Rayos-X

Los rayos-X fueron descubiertos por Wilhelm Konrad Roentgen en 1895 mientras se encontraba experimentando con un tubo de rayos catódicos. En estos experimentos, el utilizaba pantallas fluorescentes, las cuales comenzaban a brillar intensamente cuando eran golpeadas por la luz emitida desde el tubo. Para sorpresa de Röntgen,

este efecto persistió incluso cuando el tubo se colocó en una caja de cartón. Pronto se dio cuenta de que el tubo no estaba emitiendo sólo luz, sino que también emitía un tipo de radicación a la que llamó rayos-X debido a su naturaleza misteriosa. Este nuevo tipo de radiación no sólo viajaba a través de la caja de cartón. Röntgen descubrió que era atenuada de una manera diferente por diversos tipos de materiales y que podía, al igual que la luz, ser capturada en una fotografía. Este descubrimiento abrió el camino para su uso en medicina. La primera "foto de Röntgen" de una mano se hizo después del descubrimiento de los rayos -X. No más de unos pocos meses después, las radiografías eran utilizadas en análisis clínicos. La naturaleza de los rayos-X de onda corta como radiación electromagnética fue establecida por Max von Laue en el año 1912.

Los rayos-X son ondas electromagnéticas y a su vez la radiación electromagnética consiste de fotones, la energía de cada fotón con frecuencia y longitud de onda se define como:

= ℎ =ℎ

Donde ℎ es la constante de Planck y es la velocidad de la luz en el vacío; ℎ = . 9 × −6 _{. El espectro electromagnético (ver figura 1.4) se puede dividir en}

distintas bandas, empezando con las ondas de radio usadas en imágenes por resonancia magnética y extendiéndose sobre las microondas, el infrarrojo, la luz ultravioleta y los rayos-X. la longitud de onda de los rayos-X es del orden de los Angstroms − _{y consecuentemente, la energía correspondiente de un fotón es}

del orden de = . × − 9 _.

Los rayos-X se generaron en un tubo de rayos-X, el cual consiste de un tubo al vacío con un cátodo y un ánodo (Figura 2.3). La corriente del cátodo J libera electrones en el cátodo por medio de excitación térmica. Estos electrones son acelerados hacia el ánodo por un voltaje U entre el cátodo y el ánodo. Los electrones al golpear el ánodo liberan energía, la cual se conoce como radiación de frenado conocida también

como radiación Bremsstrahlung. Este tipo de radiación, Bremsstrahlung, es la que produce un espectro continuo de rayos-X

Figura 2.3 Estructura interna de un tubo de Rayos-X

Interacción con la materia.

Los rayos-X se pueden caracterizar como ondas ionizantes. Los fotones contenidos en esta radiación son capaces de ionizar un átomo, es decir, pueden liberar un electrón del un átomo. Los fotones con energía inferior a 13,6 eV son no ionizantes, pero son capaces de elevar un electrón a una capa de energía más alta dentro del átomo. Los fotones ionizantes pueden interactuar con la materia de diferentes maneras.

Interacción con el cuerpo humano.

Los rayos-X interactúan con el cuerpo humano ya sea por absorción, donde un fotón de rayos-X es absorbido al liberarse un electrón de la capa más baja de un átomo o por dispersión donde sólo una parte de la energía del fotón de rayos-X es usada para liberar un electrón de la capa más baja del átomo.El primer método es conocido como radiación de dosis y tiene altas probabilidades de dañar el tejido de un paciente, el segundo método es más seguro pero como consecuencia tiene una pérdida en la calidad de la imagen. Las consecuencias de estas interacciones con el cuerpo humano es que la intensidad del rayo de ve reducida, diferentes tejidos afectan el rayo de una forma distinta, esto dependiendo de su espesor y del coeficiente de atenuación del material µ . La absorción fotoeléctrica depende del número atómico efectivo del material, y de la energía de los rayos-X , de este modo los tejidos como los huesos que tienen un coeficiente de atenuación mayor, atenuarán más los rayos-X que los tejidos blandos. Una imagen obtenida mediante rayos-X, es llamada radiografía, en una proyección plana, la radiografía que se obtendrá será una imagen en dos dimensiones de un objeto tridimensional (figura 2.4).

Las radiografías pueden incluir distintas proyecciones como:

Radiografía de pantalla fílmica: incluye radiografías de todo el cuerpo, radiografías

abdominales, mamografías (imágenes del pecho, ver figura 2.5A), radiografías dentales (imágenes de los dientes y la quijada, ver figura 2.5B).

Radiografía fluoroscopica: este tipo de radiografías son capturadas en tiempo real

usando un tubo intensificador de imagen para detectar los rayos-X. En consecuencia, su campo de aplicación se centra en las investigaciones en el que el movimiento o la disponibilidad inmediata de las imágenes, o inclusive ambos, son cruciales, ejemplos de estas son las angiografías (las cuales toman imágenes de los vasos sanguíneos, ver figura 2.6).

Radiografías computarizadas; en este tipo de radiografías se sustituye la película fílmica por una película de fosforo.

Calidad de las imágenes obtenidas por Rayos-X. Resolución.

La resolución de imagen en un sistema de imágenes por medio de rayos-X, depende de varios factores:

La punta del ánodo debe hacer un ángulo grande con el haz de electrones para producir un haz de rayos-X que este bien centrado.

El paciente. Pacientes más robustos causan más dispersión de los rayos-X y como consecuencia el deterioro en la resolución de la imagen.

Las propiedades de dispersión de las pantallas fluorescentes. La resolución de la película, en la cual será grabada la imagen.

El contraste es la diferencia de intensidad a lo largo de la imagen. Como se mencionó anteriormente hay distintos coeficientes de atenuación µ y distintos tipos de espesor en un tejido. Como el coeficiente de atenuación depende de la energía de

los rayos-X, el espectro del rayo tiene un importante efecto en el contraste de la imagen. Una radiación suave, como la que se utiliza en mamografías, produce un contraste más alto.

Efectos biológicos.

Incluso en cantidades bajas de rayos-X, la energía depositada por la radiación ionizante puede ser suficiente para dañar o destruir células en el cuerpo. Aunque esto generalmente no tiene ninguna consecuencia negativa, siempre hay una probabilidad de que las modificaciones en las células individuales pueden llevar a contraer cáncer o cambios genéticos en el organismo. Actualmente no hay evidencia de una dosis umbral por debajo del cual la probabilidad de contraer estos efectos secundarios sea cero.

Figura 2.5 (B) radiografía de una fractura de mandíbula

En consecuencia y a modo de conclusión las imágenes adquiridas mediante rayos-X, tienen ventajas y desventajas. Una ventaja los son las mamografías que hasta ahora son el mejor medio para detectar el cáncer de mama, hay un menor índice de contaminantes al momento de revelar las imágenes (plomo y químicos usados en el revelado de imágenes fílmicas), facilita la creación de archivos digitales, optimiza la intercomunicación entre distintos tipos de especialistas. Una de las desventajas son las que se han mencionado anteriormente, ya que se han detectado casos en los cuales hay pacientes que son muy sensibles a este tipo de radiación por lo cual se opta por otro tipo de obtención de imágenes médicas, a continuación se hablarán de otros medios de adquisición de imágenes médicas.