Las personas están expuestas
continuamente a radiaciones ionizantes. De estas radiaciones, unas proceden de
la propia naturaleza, sin que el hombre haya intervenido en su producción y
otras están originadas por acciones OCASIONADAS POR EL HOMBRE.
CAUSAS NATURALES
Constituyen el fondo radiactivo
natural que puede provenir de tres causas:
ESPACIO EXTERIOR (RADIACIÓN CÓSMICA): Llegan a la Tierra cada segundo (protones
(86%) y partículas alfa (12%)). Puesto que la atmósfera absorbe parcialmente
las radiaciones, el fondo natural debido a esta causa varía con la altitud, de
tal modo que es menor a nivel del mar que en lo alto de una montaña. Para el
promedio mundial, la radiación cósmica supone un 10% de la dosis.
CORTEZA TERRESTRE: Supone un 14% de la dosis
promedio mundial.
ORGANISMO HUMANO: Principalmente isótopos de
carbono y potasio, contribuyen aproximadamente el 52% de la dosis promedio
mundial.
Como promedio, la dosis procedente
del fondo natural que recibe una persona en España es del orden de 2,4 mSv/año.
Causas artificiales
Se deben a la exposición a
diversas fuentes de origen no natural, como son: exploraciones radiológicas con
fines médicos (fuente mayoritaria, dan lugar a unas dosis sobre la población
semejantes a la radiación cósmica), viajes en avión (en este caso, la mayor
dosis de radiación cósmica que se recibe son el vuelos a gran altura), etc. La radiactividad es un fenómeno físico por el
cual algunos cuerpos o elementos químicos, llamados radiactivos, emiten
radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar
gases, producir fluorescencia, etc. uno
de los grandes descubrimientos del hombre contemporáneo y, a la par que se
fueron conociendo sus efectos, también se descubrieron aplicaciones de gran
utilidad, ya que las sustancias radiactivas o los instrumentos emisores de
radiaciones ionizantes resultan insustituibles en medicina, agricultura,
industria, ciencias de la tierra, biología y otras muchas ramas. La emisión de
radiaciones ionizantes es una característica común a muchos átomos en cuyo
núcleo el número de neutrones resulta escaso o excesivo, lo que les hace
inestables (radiactivos), por lo que sus ligaduras nucleares se transforman
buscando configuraciones más estables, a la vez que se libera energía, asociada
a la radiación emitida.
TIPOS DE RADIACIONES
SEGÚN SU INTERACCIÓN CON LA MATERIA:
ALFA: Con capacidad limitada de penetración
en la materia pero mucha intensidad energética.
BETA: Algo más penetrante pero menos intenso que las
radiaciones alfa.
GAMMA: Es la radiación más penetrante de todas.
RADIACIONES: NATURALEZA
Y PROPIEDADES. RADIOACTIVIDAD.
Las radiaciones electromagnéticas se
caracterizan por la existencia en cada punto del espacio en que se transmiten
de un campo eléctrico y un campo magnético relacionados entre sí. Las ondas
electromagnéticas presentan una variación periódica que se propaga en el vacío
a una velocidad de 300.000 km/seg. La
radiación electromagnética es portadora de una cantidad de energía y presenta
características específicas según la banda de frecuencias (o longitud de onda)
en que se halle inscrita. La radiación electromagnética puede propagarse sin un
soporte material, es decir,viajar por el vacío.
ESTRUCTURA Y GENERACIÓN
DEL TUBO DE COOLIDGE.
En 1913, William Coolidge realizó varias mejoras al tubo
de Crookes. El tubo de Coolidge, también conocido como «tubo de
cátodo caliente», ha estado en uso desde entonces con algunas modificaciones
sobre el diseño básico. Funciona en un alto vacío, de unos 10−4 Pa,
o 10−6 Torr y los electrones son generados por emisión termoiónica en un filamento de wolframio —el
cátodo— calentado por una corriente eléctrica. El haz de electrones emitido por
el cátodo es acelerado aplicando una diferencia de potencial entre el cátodo y
el ánodo; al colisionar con el ánodo, los electrones producen rayos X por los
mismos procesos que en el tubo de Crookes.
TIPOS
Esquema de un tubo de ánodo rotatorio. A: ánodo; R: rotor; T: área
donde incide el haz de electrones; C: cátodo; E: superficie del tubo en vacío;
S: estator; O: volumen ocupado por el aceite refrigerador; B: fuelle que
permite la expansión termal del aceite; W: ventana de salida de los rayos X
ÁNODO
ROTATORIO
El tubo de ánodo rotatorio es un tubo de Coolidge en el que se
hace girar el ánodo mediante electromagnética
generada por estatores situados
alrededor del tubo. Al girar, el calor generado por el impacto del haz de
electrones se distribuye sobre una mayor superficie, lo que permite aumentar la
intensidad del haz de electrones en aplicaciones que requieran una alta dosis
de rayos X.
TUBOS
DE MICRO FOCO
Ciertas técnicas, como la microtomografía, precisan de
imágenes de muy alta resolución que pueden conseguirse usando un haz de rayos X
de sección reducida. Los tubos de microfoco producen haces con un diámetro
típico menor de 50 µm in diámetro. Los tubos de microfoco de ánodo sólido
son similares a un tubo de Coolidge convencional, pero con el haz de electrones
incide sobre una área muy pequeña del ánodo, normalmente entre 5 y 20 µm;
la densidad de potencia del haz de electrones está limitada a un valor máximo
de 0.4-0.8 W/µm para no
derretir el ánodo, por lo que
estas fuentes son poco potentes, por ejemplo, 4-8 W para un haz de
electrones de 10 µm de diámetro. Los tubos de ánodo de metal líquido, en
cambio, pueden funcionar con una potencia de 3-6 W/µm. En estos
instrumentos, el ánodo sólido es reemplazado por un chorro de metal líquido,
generalmente galio en circulación continua. La potencia total es un orden de magnitud
mayor que en las fuentes de ánodo fijo, lo que permite disminuir el foco hasta
los 5 µm de diámetro, acompañado de una mejora de la resolución de las
imágenes y un menor tiempo de exposición.
CÁTODO
DE NANOTUBOS DE CARBONO
El cátodo empleado en los tubos convencionales se puede reemplazar
por una serie de nanotubos de
carbono que emiten electrones al aplicárseles un voltaje, en vez de por
calentamiento, como el filamento de wolframio, por lo que pueden funcionar a
temperatura ambiente. Este diseño fue concebido por un grupo de científicos de
la Universidad de Carolina del Norte y patentado en el año 2000. Además de
mejorar el consumo de energía, este diseño presenta ventajas en aplicaciones
que requieran imágenes de objetos en movimiento: los haces de electrones
provenientes de distintos nanotubos emiten rayos X en direcciones distintas,
por lo que no es necesario mover el aparato, como ocurre con los tubos con un
único filamento, lo que resultaría en imágenes más nítidas.
APLICACIONES
MEDICINA
Los primeros usos de los tubos de rayos X en medicina y en odontología datan de finales del siglo XIX. Ya los
primeros tubos de gas eran empleados para realizar fluoroscopias y radiografías, explotando el contraste en absorción
de los rayos X por diferentes tejidos, y se ha documentado su uso en el campo
de batalla para localizar balas en soldados heridos. En la actualidad, también se usan para
obtener imágenes médicas tridimensionales mediante la tomografía axial computarizada.
Además de su papel como instrumentos de diagnóstico para lesiones óseas,
dentales, aflicciones del sistema digestivo y en angiografías, forman parte del equipo usado en
algunos procedimientos
quirúrgicos, sobre todo para visualizar la correcta implantación de
dispositivos. Otra aplicación importante, sobre todo en el pasado, fue en el
campo de la radioterapia, especialmente en el tratamiento del cáncer y tumores,
posible gracias a la capacidad de los rayos X de provocar la muerte
celular. Mientras que los tubos de Crookes podían emplearse para
tratar tumores superficiales, no fue hasta el desarrollo de los tubos en vacío
que se pudo obtener radiación de la suficiente energía para poder alcanzar los
tumores internos. Los tubos de rayos X para esta aplicación requieren un
voltaje muy alto y gradualmente han sido reemplazados por otras fuentes de
rayos X, como los aceleradores lineales.
INSPECCIONES
COMERCIALES Y DE SEGURIDAD
Los tubos de rayos X forman parte de los dispositivos de seguridad
en aeropuertos y edificios públicos y de inspección de
mercancías. En los controles de equipajes el generador de rayos X emite
radiación de espectro ancho y dos placas detectoras separadas por una lámina de
metal, que solo pueden atravesar los rayos X de mayor energía lo que resulta un
mejor contraste entre objetos de diferente composición. Para la inspección se personas, se
pueden utilizar generadores de rayos X de alta energía, que atraviesan el
cuerpo; en el siglo XXI empezaron a aparecer escáneres de rayos X de menor
energía, que pueden atravesar la ropa pero son reflejados por objetos densos.
El haz de rayos X se traslada horizontal y verticalmente y los rayos reflejados
en cada posición componen una imagen bidimensional del exterior del
cuerpo. Los tubos de rayos X forman
parte del equipo de inspección de productos y control de calidad en numerosas
industrias meadiante diversas técnicas, como la fluoroscopio o la tomografía
computarizada. Los tubos de
microfoco son particularmente útiles para visualizar componentes electrónicos
en circuitos integrados.
ANÁLISIS
DE MATERIALES
Los rayos X son muy usados para examinar la estructura,
propiedades y composición de todo tipo de materiales orgánicos e inorgánicos.
Los tubos de rayos X se emplean en los difractó metros, instrumentos empleados para
estudiar material cristalino mediante difracción de rayos X, con el
objetivo de identificar minerales y compuestos inorgánicos y determinar la
estructura de la materia a resolución atómica. Estos experimentos son cruciales
para la investigación y desarrollo en disciplinas tan diversas como la
geología, biología, física de la materia y ciencia del medio ambiente. También se utilizan como fuente de
rayos X para el análisis de la composición de materiales por fluorescencia, técnica ideal para
la determinación de la concentración de diversas sustancias en sólidos y en
líquidos e importante tanto en la investigación básica como en diversas
industrias de los sectores de telecomunicaciones, alimentación, farmacéutico,
agricultura, textil, petrolero, etc. En
los experimentos analíticos es común desechar los rayos X generados por
radiación de frenado y usar solo el haz monocromático correspondiente a la
emisión característica del ánodo.
RIESGOS
Quemaduras sufridas durante una fluoroscopia médica. En medicina
se sopesan cuidadosamente los beneficios de los rayos X como instrumento de
diagnóstico y terapia frente a los efectos secundarios. Cuando se descubrieron
los rayos X no se sospechaba que fueran peligrosos para la salud y durante un
tiempo los tubos de rayos X y válvulas de vacío de alto voltaje se usaron sin
ningún tipo de precaución para resguardarse de la exposición innecesaria a los
rayos X. Incluso cuando se empezaron a observar efectos adversos, como lesiones
de la piel y ojos y tumores, su aparición no siempre se asociaba al uso de
rayos X. Thomas Edison y Nikola Tesla estuvieron
entre los primeros que notaron una relación de causa y efecto entre el trabajo
con rayos X e irritación ocular. Finalmente
se estableció que una dosis de
3 Sv puede
causar enrojecimiento e irritación de la piel. Dado que algunos tubos pueden
resultar en exposiciones entre 10 y 10 000 Sv/h, es necesario adoptar
medidas para minimizar la dosis recibida durante el uso y manipulación de los
tubos de rayos X. En todas las fuentes
modernas, el tubo está rodeado de una coraza protectora de plomo, que
absorbe todos los rayos X excepto los dirigidos hacia la ventana de salida.
También se usan dispositivos para regular el máximo voltaje en el tubo, y
filtros y colimadores para confinar el haz de rayos X en la dirección de la
muestra o paciente. Incluso cuando la dosis recibida en una sola exposición no
es lo suficientemente alta para provoca efectos a corto plazo, la acumulación
de repetidas exposiciones aumenta el riesgo de contraer cáncer,
por lo que normalmente se implementan protocolos de seguridad —por ejemplo, el
requisito de ocluir el haz de rayos X mientras el aparato no esté en uso— y se
vigila que la dosis de radicación acumulada esté dentro de límites seguros para
el personal que maneja tubos de rayos X regularmente. Cuando los tubos se usan en medicina,
se protegen las áreas del cuerpo alrededor de la zona a tratar; en medicina
diagnóstica los pacientes son situados a cierta distancia, para disminuir la
dosis por unidad de superficie, y se usan tiempos de exposición tan cortos como
sea posible.
ADSORCIÓN DE LA
RADIACIÓN X (LEY DE OWEN)
La absorción de rayos X posee un comportamiento complejo debido a
que la radiación X emitida (espectro) es policromática. La absorción de la
radiación X monocromática sigue la ley de Lambert, cuya expresión es:
Donde: I = intensidad emergente o transmitida
I0 =
intensidad incidente
m = coeficiente de absorción
x = espesor
El coeficiente de absorción es una constante que depende del
material absorbente y de la longitud de onda de la radiación. Cada tejido
presenta un coeficiente de absorción determinado; por ejemplo: µ hueso > µ
dermis.
APLICACIONES DE LA
RADIACIÓN X
Además de su utilidad en el diagnóstico, los rayos X se emplean
con fines terapéuticos. Dado que la radiación destruye células con cierta
selectividad, puede servir para liberarse de células indeseables como las
de formaciones tumorales. Puede dirigirse sobre la masa blanca un haz colimado
de rayos X, utilizándose para tumores de piel un potencial acelerador de 250
KV. Para tumores profundos se utilizan potenciales del orden de los megavolts,
produciendo radiación de alta energía y gran penetración. Las bacterias y virus
pueden matarse exponiéndolos a la radiación X. Debido a esto los alimentos
empaquetados, los vendajes quirúrgicos precintados y otros materiales
similares, son sometidos, a menudo, a grandes dosis de radiación. La unidad de
dosificación actualmente acordada, es el RAD. Un RAD de rayos X es la cantidad
de radiación que produce una absorción de energía de 10 Joules por gramo de
material absorbente. La radio sensibilidad varía según las condiciones del
medio (temperatura, hidratación, oxigenación, etc.) y depende principalmente
del estado funcional y de la actividad mitótica del tejido. La radiación actúa
con mayor intensidad sobre las células, cuanto mayor sea su actividad
reproductiva y cuanto menor sea su morfología y funciones específicas
(indiferencia ión celular). La escala de radiosensibilidad de Engelmann de
mayor a menor radiosensibilidad es: tejido hematopoyético, timo, ovario,
testículo, mucosas y glándulas mucosas, glándulas sudoríparas y sebáceas,
epidermis, serosas, riñón, adrenales, glándulas intestinales, hígado, páncreas,
tiroides, músculo estriado, tejido conjuntivo, vasos, tejido cartilaginoso,
óseo y nervioso.
CONTROLES RADIOLÓGICOS
Las imágenes movidas son la causa más frecuente de una mala
radiografía. Generalmente se debe a que el paciente se mueve durante la toma
radiográfica, llegándose a los mismos efectos cuando el aparato se encuentra en
una situación inestable o se lo mueve durante la exposición. La forma de
reducir al mínimo este efecto consiste en utilizar el menor tiempo posible de
exposición, para lo cual se debe aumentar la corriente del filamento. De esta
manera se mantiene aproximadamente constante la cantidad de rayos X que inciden
sobre la placa. Al trabajar con un animal consciente es imprescindible
sujetarlo adecuadamente, colocarlo en una postura cómoda y esperar la pausa
respiratoria, para entonces realizar la toma. También puede recurrirse al uso
de sedantes o de anestesia general. Los tiempos de exposición frecuentemente
usados en radiología están comprendidos entre los 0,05 - 0,4 segundos.
Para la obtención de una buena radiografía es necesario la
complementación de tres puntos principales:
A. Que el objeto
sometido a examen radiológico sufra un mínimo de aumento de tamaño y de
deformación sobre la placa radiográfica.
B. Que exista una clara
definición de los detalle.
C. Que presente un
contraste adecuado.
AUMENTO Y DEFORMACIÓN
Para corregir esta anormalidad se debe tener en cuenta la posición
entre el tubo de rayos X, el objeto y el chasis donde se encuentra la placa
radiográfica (geometría del sistema). El tubo debe colocarse de forma tal que
el rayo central del haz de radiación, incida en forma perpendicular al objeto y
al chasis. En caso de tubos fijos, se acomodará el chasis y el objeto, teniendo
en cuenta la misma característica Las
imágenes aumentadas se dan cuando el objeto no se encuentra próximo a la placa
radiográfica: en consecuencia la zona a radiografiar deberá situarse lo más
cerca posible del chasisLa deformación de la imagen se producirá en casos de no
alineación del rayo central respecto al objeto y/o del chasis y también cuando
el objeto no está paralelo a la placa. (Figura 4)
DEFINICIÓN
La información radiológica dependerá de la correcta definición de
los perfiles entre dos estructuras de distinta densidad. La mala definición
radiográfica puede deberse, entre otras cosas, a una imagen movida o a
radiaciones secundarias. El uso de altos potenciales aceleradores provoca la
aparición de radiaciones secundarias o residuales de alta energía que modifican
la imagen produciendo manchas en la placa. Este efecto se puede evitar
colocando láminas de plomo (rejillas) entre la película radiográfica y el
objeto, que absorberán dichas radiaciones divergentes.
CONTRASTE
El contraste o diferenciación de estructuras también dependerá del
voltaje aplicado. También influirá sobre el contraste una subexposición o
sobreexposición como también un subrevelado y sobrerevelado.
CONCEPTOS DE
RADIOPACIDAD
Llamamos radiopaco a todo cuerpo que ofrece resistencia a ser
atravesado por los rayos X y es visible en la radiografía como una zona blanca.
Esto sucede porque la estructura tiene resistencia, absorbiendo o repeliendo a
los rayos X, por lo que impide que los rayos choquen contra la película
radiográfica. Este efecto tiene lugar especialmente en los huesos con una
densidad más alta.
DEFINICIÓN DE RADIOPACO
Es una estructura que no permite el paso de los rayos X o de otra
energía radiante. Los huesos son relativamente radiopacos debido a su densidad,
por lo tanto, aparecen como áreas blancas en las placas de rayos X.
Asimismo, también podemos diferenciar el término radio lúcido.
Esta palabra se refiere a la estructura poco densa en que los rayos pueden
chocar contra una película radiográfica produciendo depósitos de placa
metalicen negrecida. (Guzmán, 2012)
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