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RADIACIONES IONIZANTES
Las radiaciones ionizantes (electromagnéticas o particuladas) son aquellas con energía, longitud de onda y frecuencia tales que al interaccionar con un medio le transfieren energía suficiente para desligar a un electrón de su átomo. En ese instante en el que el electrón sale desprendido (es separado) del átomo al que pertenecía, se produce un proceso que se llama ionización. La ionización es, por lo tanto, la formación de un par de iones, el negativo (el electrón libre) y el positivo (el átomo sin uno de sus electrones).
Las radiaciones ionizantes se pueden clasificar en:


  • Directamente ionizantes, que será cuando la radiación incidente que interacciona con el electrón esté formada por partículas cargadas, como pueden ser electrones, protones, etc.

  1. Rayos α: son radiaciones de partículas formadas por núcleos de helio que se desplazan a gran velocidad. Como son partículas cargadas ionizan directamente. Las partículas alfa son emitidas espontáneamente por algunos núcleos radiactivos o pueden resultar de la captura de un neutrón. Poseen poco poder de penetración en la materia y son emitidos por radioisótopos naturales o artificiales.

  2. Rayos β: son radiaciones de partículas formadas por electrones o positrones emitidos desde un núcleo en desintegración beta y que viajan a gran velocidad. Puesto que son partículas con carga positiva o negativa, ionizan directamente. Poseen menor poder de penetración que las partículas α. Los rayos beta son partículas cargadas emitidas por ciertos núcleos radiactivos. Estas partículas, que son idénticas, excepto en el signo de la carga, se clasifican en positrones (β +) y electrones (β -), que son idénticos a los electrones del átomo.

  3. Protones: producidos artificialmente en un acelerador de partículas ionizando hidrógeno y acelerándolo hasta que alcance un voltaje de unos millones de volts. Estos protones son radiación ionizante, y además se pueden tener en mucho mayor cantidad que las partículas α naturales. Poseen un poder de penetración alto en función de su energía.




  • Indirectamente ionizantes, que es cuando la radiación incidente es fotónica o neutrónica. En este caso la ionización no se produce directamente por la acción de los neutrones o fotones, sino como consecuencia de la interacción de éstos con el medio. Se producen así partículas secundarias: fotoelectrones, electrones secundarios, electrones de retroceso u otros, que serán los que produzcan el fenómeno de ionización.

    1. Rayos γ: es un tipo de radiación electromagnética, y por tanto formada por fotones, producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Posee un elevado poder de penetración en la materia y acompaña a los procesos de desintegración alfa o beta. Su origen está dado en las transiciones de un estado de energía a otro en los núcleos.

    2. Rayos X: Parecidos a lo rayos gamma, se producen en procesos extra nucleares. Serán tratados más adelante.

    3. Neutrones: Los neutrones rápidos son radiación formada por partículas nucleares de masa uno y carga cero que viajan a gran velocidad. Ionizan indirectamente, sobre todo al poner en movimiento partículas cargadas de los núcleos atómicos con los que chocan. Los neutrones lentos o térmicos ionizan indirectamente al interactuar con los núcleos, produciendo radiación ionizante en un proceso llamado captura de neutrón.

2.- ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
Un espectro es una distribución, una representación de las radiaciones electromagné­ticas según su longitud de onda o su frecuencia. En él podemos encontrar desde las ondas de radio gigantescas, de muchos kilómetros de longitud, a los minúsculos rayos gamma o la radiación cósmica, millones de veces más pequeñas que un núcleo.

El espectro se divide generalmente en clasificaciones que se superponen un poco unas a otras, no obstante las características corpusculares predominan en la región de las altas frecuencias, mientras que en la región de las bajas frecuencias prevalecen las características ondulatorias.


  • Los rayos X son manifestaciones de la energía electromagnética de aún más alta frecuencia. Descubiertos, como veremos, en 1895, ocupan la banda de frecuencia que va desde los 3 x 1017 Hz, hasta los 5 x 1019 Hz. Lo que corresponde a unas longitudes de onda de entre 0,5 a 100 Á. (1 Á = 10-10 metros).

Los cuantos de rayos X se comportan como partículas y se propagan como ondas electromagnéticas a las frecuencias determinadas anteriormente.

La energía irradiada por una corriente de cuantos de rayos X sobre un área de super­ficie perpendicular a la dirección de los mismos se llama intensidad de la radiación, y se mide en vatios/ m2.

La radiación X tiene una longitud de onda que depende directamente de la tensión con que se ha producido la radiación. Por eso los rayos X se caracterizan por la tensión, igual que la radiación γ.

  • Los rayos gamma corresponden a fotones de energía de 104 eV hasta 109 eV, y aún más energéticos.

  • Cierra la representación de las ondas electromagnéticas la radiación cósmica, que puede llegar a tener ondas de una longitud de onda menor que 10-13 metros.

3.- CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE ESTRUCTURA ATÓMICA


3.1.- Condición de equilibrio orbital




Para que un electrón permanezca en equilibrio sobre una órbita de radio, r, es nece­sario que la fuerza centrífuga, mω2r, que tiende a desplazarlo de su órbita, esté conti­nuamente equilibrada con la fuerza de atracción electrostática, que tiende a atraerlo hacia el núcleo, lo cual se expresa mediante la siguiente igualdad:


2r =

qn qe

r2


En la que:

qn representa la carga positiva de un núcleo con Z protones

qe y m son, respectivamente, la carga del electrón y su masa

r es el radio de la órbita

ω es la velocidad angular del electrón.
La relación de la velocidad angular, ω, con la velocidad lineal, viene determinada por la relación v = rω, de donde ω=v/r. Sustituyendo en la igualdad antes expresada:


qn qe

r


mv2 =


3.2.- Energía de enlace del electrón
Se define como la energía necesaria que hay que consumir para arrancar el electrón de su órbita y desplazarlo a una distancia tal que escape totalmente a la fuerza de atrac­ción del núcleo, lo cual viene expresado por:

E =

1 q2n

2 r


4.- RAYOS X
4.1.- ¿Cómo se descubrieron los rayos X?
El 8 de noviembre de 1985, el científico alemán Wilhelm Conrad Röntgen, advirtió que cuando electrificaba un gas en un tubo al vacío, una pantalla fluorescente en el otro lado de la mesa del laboratorio centelleaba. Esto era señal de que rayos invisibles eran producidos en el tubo, cruzando el cuarto y chocando con la pantalla, produciendo un tenue brillo.

Para bloquear los rayos, él puso piezas de carta en el camino, pero el brillo en al pantalla continuó allí estuvieran las cartas o no, como si los rayos pudieran pasar a través de ellas sin ningún problema. Entonces trató de bloquear los rayos con metal, pero las delgadas láminas de cobre y aluminio fueron tan transparentes como las cartas lo habían sido.

Movió una pieza de plomo cerca de la pantalla y pasando la mano frente a los rayos, vió su sombra aclararse, y pudo ver el oscuro patrón esquelético de los huesos de su mano moviéndose a través de la pantalla. Tomó algunas películas fotográficas para guardar permanentemente estas imágenes.

En ese momento Röntgen había hecho uno de los mayores descubrimientos en la historia de la ciencia, los Rayos X.

Seis semanas después, el domingo antes de la navidad de 1985, invitó a su esposa Bertha al laboratorio y tomó una “sombra-grafía” de los huesos de su mano con su anillo de matrimonio claramente visible. Esta es una de las imágenes más famosas en la historia y la cual lo convirtió, dos semanas después, en una celebridad internacional.
4.2.- ¿Cómo funciona una máquina de rayos X?




La Tecnología de los rayos X utiliza rayos de alta energía que pueden pasar a través de ciertos tejidos, y es esencial para crear las imágenes de diagnóstico y tratamiento.

La máquina de rayos X se compone de un tubo de rayos X que contiene un par de electrodos, o conductores, llamados cátodo y ánodo. El cátodo es un filamento que libera la energía con el flujo de una corriente eléctrica, al igual que el de una ampolleta. Desde el cátodo se libera energía en forma de electrones, los que se dirigen hacia el ánodo, situado en el extremo opuesto del tubo de rayos X, es un disco de tungsteno, un material que atrae a los electrones.

Cuando los electrones liberados del cátodo entran en contacto con el tungsteno, se libera energía en forma de fotones. Estos fotones de alta energía son canalizadas a través de un cilindro de plomo y una serie de filtros, para generar un haz de rayos X.

El haz de rayos X es un haz de alta energía que puede ser absorbida solamente por los tejidos más densos del cuerpo, tales como el hueso. En una radiografía, una película radiográfica se coloca detrás del paciente, y el paciente se coloca entre la placa y la máquina de rayos X. Entonces, la máquina de rayos X se centra en el área específica del cuerpo del paciente para proyectar el haz de fotones. Como la energía de rayos X pasa a través del cuerpo del paciente, los fotones del haz al llegar a la película, provocan una reacción química: las zonas donde la energía de rayos X traspasa el cuerpo se ven de color negro, mientras que las zonas donde la energía es absorbida, por ejemplo el hueso, aparecen en blanco. Este proceso produce una "radiografía".
4.3.- Naturaleza de los rayos X
La radiación electromagnética se puede explicar según el modelo ondulatorio, por el que se justificaría el comportamiento óptico de ciertas propiedades de la luz como son la reflexión, la refracción y la difracción, entre otros fenómenos diversos. Sin embargo no todas las propiedades de la luz, y de forma general no todas las radiaciones electro­magnéticas, incluyendo los rayos X, tienen una justificación siguiendo este modelo, ya que hay muchos indicadores determinantes para poder afirmar que dichas radiaciones pueden comportarse como partículas.

Las ondas electromagnéticas de onda corta y frecuencia elevada pueden interaccionar con la materia como si de partículas se tratara, más que de ondas. Estas partículas son pequeños paquetes de energía pura, sin masa ni carga eléctrica, llamados cuantos o fotones, transportados a la velocidad de la luz. La energía de cada fotón (E) es proporcional a su frecuencia (ν) e inversamente proporcional a su longitud de onda (λ). La verdadera cantidad de energía de un fotón puede calcularse multiplicando su frecuencia por la constante de Planck (4,13 · 10 -18 KeV seg.). La exposición material sería:

E = h ν
E = Energía del fotón

h = Constante de Planck

ν = Frecuencia
La unidad de medida de la energía fotónica es el eV (electronvoltio), que es la energía cinética adquirida por un fotón acelerado por la diferencia de potencial de un voltio.

Como sabemos, la longitud de onda y la frecuencia se relacionan por ν = c/λ, donde c es la velocidad de la luz en el vacío, y mediante la cual se puede medir el elemento electromagnético de los rayos X.

Podemos relacionar la naturaleza corpuscular y electromagnética de este tipo de radiación, sustituyendo ν en la fórmula E = h ν, obteniendo:
E = h c
El producto de la velocidad de la luz (c) por la constante de Planck (h) es 1,24 cuando la unidad de energía es el KeV (103 eV) y la longitud de onda es el nanómetro (10 -9 m) (nm). Por tanto, la ecuación es:
E = 1,24/λ λ = 1,24/E (Ley de Duane-Hunt)
Lo cual expresa que la longitud mínima de un fotón producido dentro de un tubo de rayos X, guardará una relación inversa con el kilovoltaje máximo utilizado para produ­cir dicho fotón.
Considerando lo anterior, se puede resumir diciendo que:

  1. Un fotón con una longitud de onda muy elevada, tendrá una energía asociada muy baja o, lo que es lo mismo, será muy poco energético.

  2. Un fotón con una longitud de onda muy corta tendrá una energía asociada muy elevada, por lo que será muy energético.


Los rayos X tienen una longitud de onda que varía desde 10 a 0,0005 nm. Los comprendidos entre 10 y 1 nm reciben el nombre de blandos, y los de 1 a 0,005 nm, por su mayor poder de penetración, duros. Los utilizados en radiografía médica se sitúan entre 0,05 y 0,012 nm. La radiación también puede caracterizarse por su energía, que está comprendida entre 0,01 y 250 KeV. En radio diagnóstico, las más utilizadas son las comprendidas entre 30 y 125 KeV.

En resumen, con la teoría cuántica se puede explicar el comportamiento de los foto­nes como partículas, pero no por ello se debe olvidar la teoría ondulatoria de la radiación electromagnética, ya que por su propia naturaleza dualista, dicha radiación se comporta al mismo tiempo como movimiento ondulatorio y como fenómeno corpuscular.

4.4.- Mecanismos de producción de rayos X
Para producir rayos X es necesario tener una fuente de electrones que choquen contra una diana con suficiente energía. En este proceso, la energía se pierde en mayor parte (99%) como calor y una pequeña parte en forma de rayos X. Es decir, es un proceso poco eficaz, ya que prácticamente toda la energía que han cedido los electrones en su interacción se va a transformar en calor.

Para sus aplicaciones diagnósticas se producen con un tubo de rayos X, el cual es un tubo de vidrio al vacío, dentro del cual hay un electrodo negativo llamado cátodo y uno positivo llamado ánodo. Dentro del cátodo hay generalmente un filamento de wolframio, que emite electrones cuando se calienta hasta la incandescencia, mediante una relación lineal. Estos electrones se enfocan sobre una zona del ánodo llamado foco. El ánodo ideal debe tener un número atómico alto, un punto de fusión elevado y ser buen conductor de calor. Cuando se aplica un alto voltaje entre el cátodo y el ánodo, los electrones son acelerados por la diferencia de potencial entre ellos, y al chocar se producen rayos X.
La radiación X se puede producir fundamentalmente de dos maneras:




    1. Radiación de frenado


Cuando los electrones pasan por las proximidades del núcleo atómico del ánodo, pueden sufrir desviaciones en su trayectoria debido a la fuerza de atracción electrostáti­ca que ejerce el núcleo sobre ellos. En este caso los electrones son frenados con una gran fuerza que hará que pierdan parte de su energía. Esta pérdida de energía conlleva la emisión de un fotón de radiación X, cuya energía E la toma de la energía cinética Ec que lleva el electrón.

De este modo el electrón modera su velocidad y su energía cinética pasará a tener un valor final de Ec - E. Así es como se produce la denominada radiación de frenado o bremsstrahlung.

Los fotones emitidos tendrán una energía cuyos valores estarán comprendidos entre 0 y Ec del electrón, que corresponderá a frenados más o menos intensos. En general es difícil obtener fotones con una energía máxima, ya que esto significaría que toda la energía del electrón se ha traspasado al fotón. Esto podría ocurrir cuando un electrón sufra un choque con el núcleo, fenómeno que ocurre muy raramente. Por ello los foto­nes de baja energía serán los más numerosos, mientras que los que tengan una energía próxima a Ec serán pocos. El espectro de los rayos X emitidos durante este proceso resulta ser un espectro continuo.


    1. Radiación característica


Cuando los electrones acelerados interaccionan con los electrones de las capas más internas de los átomos del ánodo, puede ocurrir que éstos sean desplazados de su lugar, incluso despedidos del átomo. De esta manera el átomo queda en un estado energético muy inestable, por lo que el hueco libre que ha dejado el electrón arrancado va a ser ocupado inmediatamente por otro electrón de capas más externas.

El estado energético de los electrones de las capas próximas al núcleo es menor que el estado energético de las capas más retiradas de él. Por ello, en el proceso anterior, se pro­duce una cierta cantidad de energía, que tendrá el valor de la diferencia energética entre las dos capas que intervienen. Esta emisión se lleva a cabo en forma de radiación X.

Cuando esto ocurre se produce la emisión de un fotón característico cuya energía total será igual a la energía de enlace del electrón que cambia de posición en la corteza.

El espectro característico sólo depende de la estructura energética de los átomos del medio. No depende para nada de la energía de los electrones incidentes. La única con­dición es que ésta sea suficiente para romper las energías de ligadura de los electrones de las capas más internas. Por ésta razón la radiación característica tendrá valores energéticos diferentes para cada elemento, en función de Z. Cuanto mayor sea Z, mayor será el valor de la energía con que se produce dicha radiación. En el caso de los ánodos de tungsteno, la producción de radiación característica comienza a partir de los 69,5 KeV.
El espectro de frenado y el característico vendrán determinados por todos los fotones que se hayan producido en el tubo de rayos X.

El rango de energías necesarias para la producción de rayos X está situado entre 0,1 KeV y 1 MeV.

La energía de movimiento de los electrones producidos en el cátodo se va a transfor­mar en tres formas de energía principales en el ánodo: calor, radiación de frenado y radiación característica.

4.6.- Interacciones de los fotones con la materia
Cuando un haz de fotones de rayos X o γ, atraviesa un medio material, la intensidad final del haz se atenúa debido a las diferentes interac­ciones que sufren los fotones del haz con los átomos del medio, y de forma más con­creta, con los electrones de la corteza de dichos átomos.

La atenuación puede ser debida a la absorción o a la dispersión, o bien, lo más común, a una mezcla de éstas dos.

En la absorción toda la energía que portan los fotones se emplea en arrancar electro­nes de los átomos del medio atravesado, con lo cual los fotones absorbidos desapare­cerán del haz.

En la dispersión, la dirección original del haz sufre una desviación en su trayectoria debido a los fenómenos de interacción de los fotones con la materia, concretamente a los choques producidos entre los fotones y los electrones del medio.

Los fotones pueden interaccionar contra los electrones de un medio o bien, mucho más improbable, con un núcleo atómico.

Esta interacción se basa en las fuerzas que ejercen entre sí el campo electromagnéti­co asociado al fotón y el campo eléctrico del electrón o núcleo. Para explicar los fenó­menos siguientes se considera al fotón como si fuera un pequeño proyectil.



    1. Efecto Fotoeléctrico




El efecto fotoeléctrico tiene lugar cuando un fotón, con una energía no muy alta, pasa cerca de un átomo e interacciona con los electrones de las capas más internas del átomo, que son los más fuertemente unidos al núcleo, debido a su proximidad. En el momento del choque toda la energía que lleva el fotón es cedida al electrón, con lo cual se rompe la unión electrón-núcleo y aquél sale de su órbita con una cierta energía ciné­tica. A este electrón liberado se le da el nombre de fotoelectrón.

Para que tenga lugar el efecto fotoeléctrico es necesario que la energía del fotón sea mayor, o por lo menos igual, que la energía de enlace del electrón. De esta manera vemos que se trata de un fenómeno de absorción total, pues toda la energía del fotón queda absorbida por la materia, distribuyéndose de dos maneras: por un lado se ha de vencer la energía de enlace del fotoelectrón y por otro hay que comunicarle una cierta energía cinética que haga posible el cambio de posición.

En este proceso el fotón desaparece, quedando absorbida la práctica totalidad de su energía. No se produce ningún fenómeno de dispersión. Con la salida del electrón de su órbita lo que se producen son un par de iones, por una parte el fotoelectrón, que tendrá carga negativa, y por otra el átomo ionizado, que tendrá carga positiva. Se ha producido por tanto una ionización.

El lugar que ha dejado libre el electrón en la capa K se llenará con otro de la capa L; el hueco dejado por el electrón de la capa L se llenará con otro de la capa M, y así sucesivamente. Puede ocurrir, aunque es poco probable, que el hueco libre de la capa K sea rellenado por un electrón de la capa M. En cada uno de los saltos producidos se emite una radiación que se denomina radiación característica, y se llama así porque es característica para cada material.

El valor de la energía de la radiación característica será la diferencia entre las energías de enlace de las dos capas entre las que salta el electrón.
Al ser absorbido en su totalidad, este tipo de radiación no producirá dispersión, pero a la vez, será el paciente quien reciba toda la radiación, siendo un factor de peligro. Esto habrá que tenerlo en cuenta siempre en la práctica, puesto que dicho efecto se podrá reducir eligiendo el mayor valor posible de la energía media del haz de radia­ción. Llegando, claro está, a un compromiso con la calidad de la exploración.


    1. Dispersión Simple


Se trata de un proceso en el que un fotón, al colisionar con uno o varios electrones orbitales de los átomos, sufre una desviación en su trayectoria conservando íntegra toda su energía. Cuando pasan los fotones por las proximidades de los átomos, se produce una vibración momentánea de los electrones, lo que supone una alteración de su estado normal. Una vez que los electrones vuelven a su situación original se produce una emi­sión de radiación X. Se trata de un proceso en el que sólo hay dispersión, sin que se produzca ni absorción ni ionización.

Probabilísticamente se trata de un tipo de interacción que es difícil que tenga lugar con los fotones de rayos X, pudiéndose afirmar que menos del 5% de las interacciones de dichos fotones será debida a este fenómeno.



    1. Efecto Compton


Este tipo de interacción tiene lugar cuando un fotón, de una energía relativamente alta, colisiona con un electrón libre o de las capas más externas de los átomos, cedien­do tan sólo parte de su energía al electrón, en forma de energía cinética, a la vez que sufre una desviación en su trayectoria con un ángulo determinado. De esta manera se forman un par de iones, el átomo que se ha ionizado y el electrón que, por efecto de la energía cinética, ha salido fuera del átomo.



Se puede decir que el fotón choca con el electrón sufriendo tanto un cambio en su dirección como una reducción de su energía original. De esta forma lo que sufre el fotón de rayos X es un fenómeno de dispersión, por lo que se llamará fotón disperso, y la radiación producida por él, radiación dispersa. Al electrón que ha intervenido en este proceso se le llama electrón de retroceso.

La cantidad de energía que se transfiere al electrón variará con la energía del fotón incidente, siendo mayor a medida que aumenta la energía de éste. Cuando tiene baja energía, el electrón de retroceso es expulsado con muy poca velocidad, quedándose el fotón disperso con casi toda la energía.

Con las energías utilizadas en el diagnóstico médico, el fotón cede muy poca energía al electrón, quedándose aquel con la mayor parte de su energía. Sin embargo, la inte­racción es suficiente para que se produzcan desviaciones en la trayectoria de los foto­nes de rayos X. Esto ocasiona serios problemas, sobre todo, en lo que se refiere a la formación de la imagen radiográfica. La radiación dispersa no aporta información para la configuración de la imagen y contribuye a aumentar el velo gris de la misma. Si se llega a valores muy elevados del efecto Compton la calidad de la imagen final será muy deficiente.

Por otro lado es muy importante destacar que la radiación dispersa es la primera res­ponsable de la irradiación no deseada que recibe el personal operador en un departamento de radiodiagnóstico.


    1. Formación de Pares


Éste es un fenómeno que en radiodiagnóstico no se va a producir, ya que, para que ocurra, la energía del fotón incidente ha de ser superior a 1,02 MeV, valor al que nunca se llega con las energías utilizadas habitualmente en la práctica radiográfica.
El proceso de materialización tendrá lugar cuando un fotón, con energía superior a 1,02 MeV, pase por las cercanías del núcleo atómico, pudiéndose transformar en un par electrónico electrón-positrón.

Tanto el positrón, que es una partícula elemental, como el electrón, tienen la misma masa y el mismo valor numérico de carga eléctrica, pero son de signo opuesto.

Se habla de materialización porque se produce una conversión de energía a masa.

La distribución energética que tiene lugar tras la desaparición del fotón se produce entre el par electrónico formado, de manera que cada uno de los componentes tendrá una energía de 0,51 MeV.

Tanto el positrón como el electrón acaban agotando su energía cinética en las sucesi­vas colisiones que experimentan con el medio, que actúa, por tanto, como absorbente de energía. Al final de su trayectoria, el positrón se va a encontrar con un electrón del medio, produciéndose un fenómeno de aniquilamiento. La energía liberada tendrá la forma de dos fotones de aniquilación de 2 x 0,51 Mev.
Detallados los tipos de interacciones posibles, se puede afirmar que, en función de la energía utilizada, predominará uno u otro. Con energías fotónicas de hasta 50 KeV, y refiriéndonos siempre a tejidos blandos, predominará la absorción. Entre los 50 y 70 KeV se produce un reparto equilibrado en la distribución de cada uno de ellos, casi a partes iguales absorción y dispersión. A partir de los 100 KeV casi toda la pérdida de energía del haz se debe al efecto Compton.

En el agua, exceptuando la región de bajas energías, predomina la dispersión Compton. En el hueso compacto aumenta la interacción fotoeléctrica, por el elevado Z del calcio en relación a los tejidos blandos. Cuando se utilizan medios de contraste iodados o baritados, el predominio de la absorción es prácticamente absoluto.
6.7.- Poder de penetración de los rayos X
Cuando se toma una radiografía a un paciente, lo que se aprovecha primero es la capacidad de los rayos X para atravesar la materia, pero también, cuando un rayo X atraviesa un medio se atenúa en mayor o menor grado, dependiendo de algunos factores.

Así tenemos que lo realmente importante en la técnica radiográfica no es el poder de penetración de los rayos X, sino la manera en que van a ser atenuados los fotones en su interacción con la materia.

Es así como cuando un haz de rayos X atraviesa un medio de densidad homogénea, la intensidad media del mismo será igual en todos los fotones debido a que la atenuación experimentada será la misma en cada uno de ellos. Si ahora, el objeto tiene varias densidades, la atenuación fotónica será diferente para cada densidad atravesada, es decir, existirá un contraste de radiación. Es por este contraste que existe la posibilidad de obtener imágenes radiológicas.
Los principales factores que determinan el grado de atenuación sufrido por un haz de rayos X son:


  1. Número atómico (Z) del medio con el que interacciona el haz


El valor de Z depende del número de protones del átomo, lo cual junto al número de neutrones, determinan el peso del elemento.

Cuanto más alto sea el valor de Z, mayor será la atenuación que sufra un haz de rayos X al interaccionar con ese elemento, sin que influya de una manera determinante el estado físico en que se encuentre, sea sólido, líquido o gaseoso. La atenuación de los rayos X guarda una relación proporcional a la tercera potencia del valor de Z. De esta forma se tiene que un gramo de calcio, Z = 20, atenuará un haz de radiación X 8.000 veces más que un gramo de hidrógeno, Z = 1.

En el caso del tejido orgánico ocurre que en su composición interviene un elevado número de elementos químicos, con diferentes valores de Z, que agrupándose en molé­culas complejas conforman los diferentes tejidos del organismo. Debido a esta variedad de números atómicos es posible obtener los múltiples contrastes que aparecen en una imagen radiográfica.

En las partes blandas de nuestro organismo el valor del número atómico eficaz, Zef, tiene un valor medio de 7,3, que es muy parecido al Zef del agua, mientras que el número atómico eficaz del sistema óseo tiene un valor de 14. Por tanto, la atenuación que sufre un haz cuando atraviesa una estructura compuesta por hueso será siete veces mayor que la que sufre en las partes blandas, (143 = 2.744 y 7,33 = 389,01)


  1. Densidad, ρ, del medio atravesado

La densidad de un medio es el cociente entre su masa y volumen, así entre mayor sea la densidad de un medio, mayor será la cantidad de átomos por unidad de volumen, y mayor será la atenuación sufrida por el haz de rayos X, estableciendo una relación lineal entre la densidad y la atenuación.

Así, teniendo en cuenta la densidad de los componentes del cuerpo, podemos establecer una clasificación, desde el punto de vista radiológico, basada en al atenuación que sufren los rayos X según el órgano que atraviese.


  • La densidad del aire producida por los gases, pueden deberse a zonas aéreas normales (pulmones y gases digestivos) o patológicas, como el gas en el neumotórax o neumoperitoneo.

  • La densidad del agua incluye a las densidades de grasas y músculos, que tiene densidades cercanas a la del agua.

  • La densidad hueso está dada por lo tejidos duros, formados por los cartílagos y huesos.

  • La densidad metal produce una elevada atenuación de los rayos X. Los metales no son naturales, pero se utilizan para realizar contrastes artificiales, en elementos de protección del paciente y en prótesis.


La atenuación sufrida por un haz de rayos X al atravesar una estructura del cuerpo condiciona la densidad fotográfica que aparecerá en la película. Los gases y las estruc­turas que los contienen, por tener una densidad media muy baja, prácticamente no atenúan la radiación, dejándola pasar casi en su totalidad. Por ello, la intensidad de los fotones apenas sufre cambios, lo que se traducirá en la imagen como una zona de tonos negros o grises muy oscuros, aspecto que en la terminología radiográfica se define como una zona muy radiolúcida. Desde el punto de vista fotográfico será una zona de alta densidad fotográfica.

En los tejidos grasos y órganos de densidad agua, como puede ser el hígado, se pro­duce una moderada atenuación de la radiación X por lo que en la radiografía apare­cerán zonas de tonalidad grisácea, cuyo grado de ennegrecimiento será inversamente proporcional al espesor que tenga la estructura atravesada.

Las estructuras óseas, por tener un Z alto y una elevada densidad, producirán una fuerte atenuación de la radiación, por lo que la cantidad de fotones que conseguirán atravesarlas sin sufrir absorción es muy baja y se traducirá en una imagen cuya tonali­dad estará situada entre el gris claro y el blanco. En este caso se hablará de zonas radioopacas, que desde el punto de vista de la densidad fotográfica serán zonas de baja densidad.


  1. Espesor del medio atravesado

La relación que se establece entre el espesor del medio atravesado y la atenuación de un haz de rayos X es directamente proporcional, de manera que, para un medio de la misma densidad, la atenuación de un haz de rayos X será mayor cuanto mayor sea el espesor que debe atravesar el haz.

La atenuación que sufre el haz incidente cuando atraviesa un medio se duplica cuando se duplica el espesor atravesado (de la misma densidad), pudiéndose afirmar que la atenuación sufrida por el haz incidente y la intensidad del haz emergente, a la salida del medio, guardan una relación inversamente proporcional.

Lo anterior es fácil de observar en la práctica diaria de la técnica radiográfica. Supóngase que se tiene que hacer una radiografía de la misma estructura anatómica a dos pacientes de diferente constitución física. El paciente A es muy delgado y el paciente B es muy grueso. Si se utilizan los mismos factores de exposición radiográfica del paciente A, que dan como resultado una imagen técnicamente buena, en el paciente B, se obtendrá una radiografía demasiado clara, subexpuesta o blanda. Si se procede de manera inversa, los factores utilizados para B los aplicamos en el paciente A, resultará que la imagen obtenida será demasiado oscura, sobreexpuesta o dura.


  1. Energía fotónica del haz de rayos X

La energía fotónica del haz viene determinada por la longitud de onda de los fotones que lo componen. Si los fotones son muy energéticos tendrán una longitud de onda muy corta; si son poco energéticos, el valor de su longitud de onda será mayor. Se puede decir, por tanto, que cuanto mayor sea la intensidad del haz incidente, o cuanto más energético sea, menor será la atenuación sufrida por el mismo. La relación que se establece entre la energía de un haz de radiación X y la atenuación que experimentará, guarda una relación inversamente proporcional al cubo de la longitud de onda.

Si se analiza la atenuación que sufre un haz de rayos X al atravesar una zona en la que hay estructuras óseas y partes blandas, se puede apreciar que la atenuación entre unas y otras difiere mucho dependiendo de que se utilice radiación dura o radiación blanda. Cuando la radiación utilizada es dura, la resistencia que opone el hueso al paso del haz es menor que cuando la radiación es blanda; el hueso se hace en definitiva más radiolúcido para radiación más energética. Sin embargo, cuando la radiación uti­lizada es blanda, el hueso producirá una atenuación mayor, actuando como un elemento más radioopaco. En el primer caso, utilizando radiación dura, la imagen tendrá menos contraste que cuando se utiliza radiación blanda, puesto que, en este último caso, las diferencias de atenuación son más marcadas.


Se puede resumir diciendo que, entre contraste y dureza de la radiación, se establece una relación inversamente proporcional, por lo que, en aquellos casos en que se utilice radiación dura o muy energética, el contraste de radiación disminuirá, mientras que con el uso de radiación blanda, o poco energética, el contraste aumentará.

6.8.- Efecto fotográfico de los rayos X
Los rayos X, al igual que la luz visible, tienen la capacidad de actuar sobre emulsio­nes fotográficas, lo cual tiene una importancia fundamental en el uso de los rayos X utiliza­dos en medicina, ya que, gracias a esta propiedad, es posible obtener una imagen per­manente de las estructuras radiografiadas.

Las emulsiones fotográficas tienen como elemento fotosensible fundamental los cristales de bromuro de plata, AgBr. Cuando el bromuro de plata es sometido a la acción de los rayos X, los cristales sufren una disociación, por lo que algunos átomos de plata se van a depositar sobre determinados puntos de la emulsión, que se denomi­nan centros de sensibilidad de la emulsión. Este depósito de átomos de plata es debido a procesos electrónicos que se producen tras la absorción de la radiación X. Si a conti­nuación se somete la película a un proceso de revelado y fijado, se podrá observar que aquellos puntos en los que ha tenido lugar el fenómeno antes descrito, aparecerán como zonas ennegrecidas. Cuanto más intensa sea ésta mayor grado de ennegrecimiento se producirá. Los cristales de bromuro de plata que no hayan sido afectados por la radiación seguirán intactos y se eliminarán durante la fase de fijado del proceso fotográfico, quedando las zonas correspondientes a éstos completamente transparentes.

Existe una diferencia fundamental entre los fotones luminosos y los fotones de rayos X: los fotones lumi­nosos, al tener una longitud de onda mayor que los de rayos X son menos energéticos. Por esta razón el ennegrecimiento producido por unos y otros será diferente. Un solo fotón X será capaz de actuar sobre la emulsión fotográfica, mientras que los fotones luminosos deben ser varios cientos.
Otra característica importante de los fotones de radiación X es que son capaces de llegar hasta los niveles más internos de la emulsión, con lo que los cristales de bromuro de plata que estén en dicha zona podrán ser disociados en sus respectivos iones, produ­ciéndose, además, una distribución energética uniforme en toda la emulsión.

Con lo dicho anteriormente se podría pensar que las radiografías se pueden obtener con tan sólo utilizar una película radiográfica introducida en un envoltorio hermético a la luz, lo cual' es posible, pero en la práctica la realidad es otra muy distinta. Si se tuviera que obtener la imagen radiográfica utilizando solamente la energía de los fotones de radiación X, la dosis recibida por el paciente sería muy elevada. Tan sólo en algunos casos, como ocurre en la radiología dental, la mamografía o cuando se hacen radiografías de estructuras de pequeño tamaño, resulta posible conseguir la imagen de este modo. En el resto de las exploraciones radiográficas se impone el uso de pantallas intensificadoras.

Con la combinación pantalla-película, la dosis recibida por el paciente se reduce considerablemente, debido a que el mayor porcentaje de la imagen se obtendrá por la acción de los fotones luminosos emitidos por la pantalla de refuerzo.



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