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Las radiaciones ionizantes no son inocuas. Trabajar en radiodiagnóstico puede resultar peligroso tanto para el profesional como para el paciente y el público en general. Así lo demuestra la historia de la radiología.

Los conocimientos en física de la radiología y la radiobiología, la normativa legal vigente y los progresivos avances técnicos permiten mini-mizar los efectos lesivos de las radiaciones hasta el punto de asegurar que las exploraciones radiológicas no dañen el estado de salud más de lo que lo hiciera el desempeño de cualquier otra actividad. La asunción de este contenido resulta, pues, imprescindible y de obligado cumplimiento. El texto está homologado por el Consejo Nuclear de España, máxima entidad reguladora en la materia.

Aunque buena parte de estas lecciones es aplicable al radiodiag-nóstico general, la diversidad y especificidad del radiodiagnóstico den-tal, de creciente uso, hacen necesario un estudio particularmente dedi-cado a este aspecto, de modo que la obra resulta plenamente indicada para odontólogos e higienistas dentales.

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protección en radiologíaodontológica

fernando finestres zubeldia

Departamento de Odontoestomatología

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Protección en radiologíaodontológica

Fernando Finestres Zubeldia

Departamento de Odontoestomatología

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Índice

prólogo .............................................................................................................................. 13 objetivos ............................................................................................................................ 15

Capítulo 1 CONCEPTOS BÁSICOS: INTRODUCCIÓN SOBRE LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA

1. Introducciónalafísicadelaradiología.estructuradelátomo ................. 17 1.1. nomenclatura ..................................................................................................................... 17 1.2. distribución en capas de los electrones .......................................................................... 19

2. Interaccióndeloselectronesconlamateria ..................................................... 20

3. ProducciónderayosX .................................................................................................. 21 3.1. radiación de frenado y radiación característica ............................................................ 22 3.2. espectro de los rayos X ...................................................................................................... 23

4. CualidadesdelosrayosX ............................................................................................ 23 4.1. cesión de energía en el medio que atraviesan, provocando a su paso excitaciones o ionizaciones .................................................................................................................... 24

5. NaturalezadelosrayosX ........................................................................................... 25 5.1. espectro electromagnético ............................................................................................... 26

6. InteracióndelosrayosXconlamateria ............................................................. 26 6.1. efecto fotoeléctrico (absorción del fotón) ....................................................................... 27 6.2. efecto compton (dispersión del fotón) .......................................................................... 28

7. Atenuacióndelaradiación ....................................................................................... 28 7.1. espesor hemirreductor y decimorreductor .................................................................... 30

8. Leydelinversodelcuadradodeladistancia ....................................................... 31

9. Formacióndelaimagenradiológica ...................................................................... 31 9.1. interacción del haz con la materia ................................................................................... 32

Capítulo 2 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS EQUIPOS Y HACES DE RAYOS X

1. Generador:transformador,rectificadorytemporizador .............................. 35

2. Tubo.dispositivosasociados ..................................................................................... 36

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2.1. ampolla de vidrio ............................................................................................................... 36 2.2. Filamento ............................................................................................................................ 36 2.3. cátodo .................................................................................................................................. 37 2.4. Ánodo ................................................................................................................................... 37 2.5. Sistema de refrigeración .................................................................................................... 38 2.6. Sistema de colimación ....................................................................................................... 38 2.7. Filtro ..................................................................................................................................... 38 2.8. la carcasa ........................................................................................................................... 39

3. Característicasdelaradiaciónproducidaporunequipoderayosx ......... 39 3.1. Kilovoltaje aplicado............................................................................................................ 39 3.2. naturaleza del ánodo (véase 2.4) ..................................................................................... 40 3.3. Filtración .............................................................................................................................. 40 3.4. intensidad de la corriente .................................................................................................. 40 3.5. Sistema de colimación ....................................................................................................... 40

4. Sistemasdeimagen ......................................................................................................... 40 4.1. conjunto chasis – cartulina reforzadora – película ....................................................... 41 4.1.1. Chasis ................................................................................................................................... 414.1.2. Cartulina reforzadora ........................................................................................................... 414.1.3. Película ................................................................................................................................. 41

5. Rejillaantidifusora ....................................................................................................... 42

Capítulo 3 MAGNITUDES Y MEDIDA DE LA RADIACIÓN

1. Magnitudesyunidadesradiológicasaplicablesalradiodiagnóstico ........ 43 1.1. exposición y tasa de exposición ........................................................................................ 43 1.2. concepto de Kerma ............................................................................................................ 44 1.3. concepto de dosis .............................................................................................................. 44 1.3.1. Dosis absorbida y tasa de dosis ......................................................................................... 44 1.3.2. Dosis equivalente y tasa de dosis equivalente ................................................................... 45 1.3.3. Dosis equivalente efectiva ................................................................................................. 45

2. Detecciónymedidadelaradiación.fundamentosfísicos .............................. 46 2.1. consideraciones generales ................................................................................................ 46 2.2. Sistemas de detección basados en la ionización .......................................................... 47 2.3. tipos de detectores gaseosos .......................................................................................... 48 2.3.1. Cámaras de ionización ....................................................................................................... 502.3.2. Contadores proporcionales ............................................................................................... 502.3.3. Contador Geiger-Müller ..................................................................................................... 502.3.4. Otros detectores basados en la ionización ...................................................................... 51 Detectores de centelleo ............................................................................................. 51 Detectores semiconductores ..................................................................................... 51 2.4. Sistemas de detección basados en la visualización ....................................................... 522.4.1. Emulsiones fotográficas ...................................................................................................... 522.4.2. Detectores de termoluminiscencia .................................................................................... 52

2.3.4.1.2.3.4.2.

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2.4.3. Dosímetros personales ....................................................................................................... 53 Dosímetros de lectura directa .................................................................................... 53 Dosímetros de lectura indirecta ................................................................................ 53

3. Dosimetríaenpacientes ............................................................................................... 54 3.1. dosimetría individual ......................................................................................................... 54 3.2. dosimetría de área ............................................................................................................. 55

Capítulo 4 EFECTOS BIOLÓGICOS DE LAS RADIACIONES IONIZANTES

1. Aspectosgeneralesdelainteraccióndelaradiaciónconelmedio biológico ........................................................................................................................... 57 1.1. reacciones químicas .......................................................................................................... 58 1.2. efectos sobre el adn ......................................................................................................... 59 1.2.1. Efectos sobre los cromosomas .......................................................................................... 601.2.2. Efectos sobre otros elementos celulares ........................................................................... 60

2. Probabilidaddelefectobiológico ........................................................................... 60 2.1. Factores que influyen en la respuesta celular ................................................................. 62 2.2. Factores físicos .................................................................................................................... 62 2.3. Factores químicos ................................................................................................................ 63 2.4. Factores biológicos ............................................................................................................. 64 2.5. Factores ambientales ......................................................................................................... 64 2.6. respuesta celular a la radiación ....................................................................................... 64 2.7. efectos en tejidos y órganos.............................................................................................. 65 2.8. efectos sobre sistemas ...................................................................................................... 66 2.9. Síndromes de radiación en humanos .............................................................................. 69

3. Efectossomáticos .......................................................................................................... 70 3.1. efectos estocásticos ........................................................................................................... 70 3.2. efectos no estocásticos o deterministas ......................................................................... 70

4. Efectosgenéticos ........................................................................................................... 71

Capítulo 5 NORMATIVA Y LEGISLACIÓN BÁSICA EN INSTALACIONES DE RADIODIAGNÓSTICO

5.1. ley 25/1964 sobre energía nuclear .................................................................................... 74 5.2. ley 33/2007. reforma de la ley de creación del consejo de seguridad nuclear .......... 75 5.3. real decreto 783/2001. reglamento de protección sanitaria contra radiaciones ionizantes ............................................................................................................................. 93 5.4. real decreto 1085/2009. reglamento de instalación y uso de rayos X con fines de diagnóstico médico ....................................................................................................... 126 5.5. real decreto 1132/1990. Protección de pacientes........................................................... 143 5.6. real decreto 1836/1999. reglamento sobre instalaciones nucleares y radiactivas .. 144 5.7. real decreto 1976/1999. criterios de calidad en radiodiagnóstico .............................. 151

2.4.3.1.2.4.3.2.

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5.8. real decreto 413/1997. Protección operacional de los trabajadores externos con riesgo de exposición a radiación ionizante por intervención en zona controlada ............................................................................................................................ 167 5.9. real decreto 815/2001 sobre justificación del uso de las radiaciones ionizantes para la protección radiológica de las personas con ocasión de exposiciones médicas ..... 171 5.10. orden del Ministerio de Sanidad y consumo, de 12 de julio de 1982, sobre exploraciones radiológicas en medicina e higiene escolar ................................. 176 5.11. orden de 18 de octubre de 1989 por la que se suprimen las exploraciones radiológicas sistemáticas en los exámenes de salud de carácter preventivo ............. 176 5.12. ordre 16 de setembre de 1997. acord generalitat – cSn. ............................................ 177 5.13. normativa del cSn aplicable ............................................................................................ 178

Capítulo 6 PROTECCIÓN RADIOLÓGICA BÁSICA

1. Objetivos ............................................................................................................................ 179 1.1. organismos españoles e internacionales de protección radiológica .......................... 179 1.2. Fuentes de radiación natural y artificial ........................................................................... 180

2. Principios:justificación,optimizaciónysistemadelimitacióndedosis ... 183 2.1. Justificación ......................................................................................................................... 183 2.2. criterios de justificación .................................................................................................... 183 2.3. optimización ....................................................................................................................... 185 2.4. criterios de optimización .................................................................................................. 186 2.5. Sistema de limitación de dosis ......................................................................................... 186 2.5.1. Valores de los límites de dosis ........................................................................................... 187

3. Normasbásicasdeprotecciónradiológicaoperacional ................................ 190 3.1. riesgo radiológico en la instalación ................................................................................ 190 3.1.1. Establecimiento y clasificación de las zonas de trabajo .................................................. 190 3.2. Señalización de las áreas de trabajo ................................................................................ 191 3.3. clasificación del personal .................................................................................................. 192 3.3.1. Miembros del público ......................................................................................................... 1923.3.2. Trabajadores profesionalmente expuestos ........................................................................ 192 3.4. contratación y traslado de los trabajadores profesionalmente expuestos ................. 192 3.5. Vigilancia médica de los trabajadores expuestos ........................................................... 193 3.5.1. Clasificación médica ............................................................................................................ 1933.5.2. Historial médico .................................................................................................................. 194 3.6. evaluación del riesgo de exposición ................................................................................. 194 3.7. criterios para la determinación de las dosis ................................................................... 194 3.8. registro de las dosis .......................................................................................................... 195 3.9. Protección del personal profesionalmente expuesto ..................................................... 195 3.10. evaluación de las dosis recibidas por los profesionales expuestos ............................. 196 3.11. Significación de los informes dosimétricos .................................................................... 197

4. Criteriosgeneralesdereduccióndedosis ........................................................... 198 4.1. dependencia de la dosis absorbida con la distancia, el tiempo y el blindaje ............. 198 4.1.1. Distancia ............................................................................................................................... 198

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4.1.2. Blindaje ................................................................................................................................. 1984.1.3. Tiempo de exposición ......................................................................................................... 199 4.2. tasa de rechazo o de repetición de imágenes ................................................................ 199 4.3. Procedimientos relacionados con el revelado ................................................................ 199

Capítulo 7 PROTECCIÓN RADIOLÓGICA ESPECÍFICA EN INSTALACIONES DE DIAGNÓSTICO DENTAL

1. Consideracionesgenerales ........................................................................................ 201 1.1. Justificación del estudio radiológico frente a otras alternativas de diagnóstico ........ 201 1.2. optimización desde el punto de vista de la protección radiológica ............................ 201

2. Condicionesbásicasdeprotecciónparalacorrectaoperación delasinstalacionesradiactivas ............................................................................... 203 2.1. Servicios y unidades de protección radiológica ............................................................. 204

3. Característicastécnicasdelassalasderadiodiagnóstico ............................ 204 3.1. Planificación del servicio de radiodiagnóstico ................................................................ 205 3.2. almacén de películas ........................................................................................................ 206 3.3. Sala de exploración ............................................................................................................ 206 3.4. Procesado de las películas intraorales ............................................................................ 206 3.5. Procesado de las radiografías extraorales ...................................................................... 207 3.6. Sala de espera .................................................................................................................... 207 3.7. Zona de visualización de placas ...................................................................................... 207 3.8. equipo de rayos X y puesto de control ........................................................................... 208 3.9. otros equipos de diagnóstico por la imagen al servicio de la odonto- estomatología .................................................................................................................... 209 3.10. Selección del equipo........................................................................................................... 210 3.11. consideraciones para la selección del equipo de procesado ....................................... 211 3.12. referente a los dispositivos de protección ...................................................................... 211 3.13. referente a dispositivos adicionales ................................................................................ 211 3.14. Marca ce .............................................................................................................................. 212 3.15. niveles de dosis .................................................................................................................. 213 3.16. cálculo de blindajes............................................................................................................ 213

4. Desarrollodelaprotecciónradiológicaoperacional .................................... 214 4.1. organigrama de la unidad de radiodiagnóstico dental ................................................. 214 4.2. responsabilidades y funciones del personal de la unidad ............................................ 215

5. Mantenimientopreventivoycorrectivo ................................................................ 216 5.1. Mantenimiento de reveladoras ......................................................................................... 216 5.1.1. Cuidados diarios .................................................................................................................. 216 5.1.2. Cuidados semanales ........................................................................................................... 216 5.1.3. Cuidados bimensuales ........................................................................................................ 217 5.2. Mantenimientos de los líquidos de revelado .................................................................. 217 5.3. Mantenimiento del cuarto oscuro .................................................................................... 217 5.4. Mantenimiento chasis-cartulina reforzadora .................................................................. 217

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5.5. Mantenimiento del negatoscopio ................................................................................... 217 5.6. asistencia técnica de los equipos .................................................................................... 218

6. Procedimientosparalareduccióndedosisapacientes .................................. 218 6.1. Posicionadores ................................................................................................................... 219 6.2. Posición del operador radiológicamente protegida ...................................................... 219 6.3. Procedimientos de trabajo en radiología dental ............................................................ 220

7. consideracionesdeprotecciónradiológicaeninstalaciones queutilizantécnicasparticulares .......................................................................... 221 7.1. radiología digital periapical .............................................................................................. 222 7.2. ortopantomografía digital ................................................................................................ 224 7.3. tomografía computadorizada (tc) ................................................................................. 224

8. Técnicaspediátricas ....................................................................................................... 225

9. consideracionesparticularesrespectoaembarazadasyniños .................... 226

Capítulo 8 PROGRAMA DE GARANTÍA DE CALIDAD

1. Implantacióndeunprogramadegarantíadecalidad ...................................... 227

2. Justificacióndelcontroldecalidad ...................................................................... 227

3. Organizacióndeunprogramadegarantíadecalidad .................................... 229

4. Determinacióndelacalidaddelespectro ............................................................. 232 4.1. Métodos directos ................................................................................................................ 233 4.1.1. Difracción por redes cristalinas .......................................................................................... 2334.1.2. Espectrometría magnética .................................................................................................. 2334.1.3. Cristales de centelleo ........................................................................................................... 2334.1.4. Cámara de ionización .......................................................................................................... 233 4.2. Métodos indirectos ............................................................................................................ 2334.2.1. Determinación de la capa hemirreductora de una radiación X ....................................... 234 4.3. Problemas en la determinación del espectro de rayos X de baja energía ................... 234

5. Determinacióndelkilovoltajepico ......................................................................... 234

6. Determinacióndelproductointensidad-tiempo ................................................ 235

7. Fotoexposímetro ............................................................................................................. 235

8. Calidaddelaimagen ..................................................................................................... 236

9. Reveladoras ...................................................................................................................... 237

10. Cámaraoscura ................................................................................................................. 237

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11. Almacenamientodepelículas .................................................................................... 238

12. Percepciónvisualdelaimagen ................................................................................. 238

Capítulo 9 REQUISITOS TÉCNICO ADMINISTRATIVOS

1. Procedimientodedeclaraciónyregistrodelosequiposeinstalaciones derayosXdediagnósticomédico ........................................................................... 241

2. Especificacionestécnicasdefuncionamiento .................................................... 241 2.1. clasificación de las instalaciones de rX ......................................................................... 242 2.2. obligaciones del titular ..................................................................................................... 243 2.3. Programa de protección radiológica ............................................................................... 243 2.3.1. Medidas de prevención ...................................................................................................... 2442.3.2. Medidas de control ............................................................................................................ 2442.3.3. Medidas de vigilancia ......................................................................................................... 2442.3.4. Medidas administrativas .................................................................................................... 244

3. Especificaciones ............................................................................................................. 244 3.1. requisitos de personal ...................................................................................................... 244 3.2. normas de actuación ........................................................................................................ 245 3.3. Verificaciones periódicas y especiales ............................................................................. 246

4. Dispositivosyprendasdeprotección .................................................................... 246

referenciasbibliográficas .......................................................................................... 249 prácticas ............................................................................................................................ 251

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2. Interacción de los electrones con la materia

Colisiones de los electrones con medios materiales

Cuando un electrón se mueve a través de un medio material experi menta una serie de coli­siones (choques) con los átomos del mismo, interaccionando con ellos. Estas colisiones pue­den ser de tres tipos: elástica, inelástica y radiativa, según se conserve o no la energía cinéti­ca del electrón incidente o bien parte de ella se convierta en excitaciones o ionizaciones.

La energía transferida a los electrones atómicos a expensas de la energía cinética del electrón incidente repercute en una disminución de su velocidad y, si el medio atravesado tiene el grosor suficiente, llega a detenerse completamente en el mismo.

La colisión elástica se produce cuando un electrón incidente (V1) se acerca a otro elec­

trón de la corteza atómica, el cual se mueve a una velocidad determinada (V2). Lo que su­

cede es que existe una dispersión del electrón incidente dada la fuerza electrostática repul­siva de ambos. Como se conservan la variación de la cantidad de movimiento y la variación de la energía cinética antes y después de la colisión, y además las masas de ambas partículas son iguales, el electrón incidente cederá velocidad y energía cinética dependiendo de la relación V

1 / V

2 . En resumen, no varía el estado energético del átomo y tan sólo aparece

una desviación de la trayectoria del electrón incidente. En la colisión inelástica el electrón incidente cede parte de su energía a uno o varios

electrones atómicos y, como se conserva la variación de la cantidad de movimiento, pero no la variación de la energía cinética antes y después de la colisión –dada la perdida de energía en forma de calor durante la colisión–, si el electrón inci dente tiene la energía suficiente desplazará algún electrón, produciéndose el fenómeno conocido como ionización. Por el contrario, si la energía transferida por el electrón incidente al electrón atómico no es sufi­ciente como para ionizar al átomo, se producirá la excitación del mismo, que pasará a ocu­par una órbita más externa, es decir, de nivel energético superior. Por tanto, con las coli­siones inelásticas, por una parte la corteza atómica queda alterada y se modifican las pro­piedades físico­químicas de dicho átomo, y por otra se explica el fenómeno de la radiación característica de los rayos X que veremos más adelante.

La colisión radiativa se produce cuando un electrón incidente, sin chocar con ningún electrón cortical del átomo, sufre una deceleración brusca por pasar muy cerca de su núcleo atómico (cuya carga eléctrica lo atraía), lo que da lugar a una desviación de su trayectoria inicial y a la pérdida de buena parte de su energía, que será devuelta en forma de radiación de frenado –Bremsstrahlüng– (se origina por la desaceleración del electrón incidente), y constituye el fundamento físico de la producción de los rayos X (85% de la radiación para un

haz de 100 KeV); se aceleran electrones que se frenan bruscamente en un material de número atómico alto (ánodo). La energía de estos rayos X puede variar desde 0 hasta el máximo (según la energía cinética perdida del electrón incidente), así que su espectro es continuo.

Este proceso es un caso particular del fenó­meno general de Física Básica sobre generación o producción de ondas electromagnéticas. Cual­quier emisor de ondas electromagnéticas (por ejemplo una antena de una emisora de radio) su­pone un movimiento no uniforme, o sea con ace­leración, de cargas eléctricas.

Figura 1.3. Colisión radiativa.

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21

CAPÍTULO

1.

CO

NC

EPTO

S B

ÁSI

CO

S

3. Producción de rayos X

Los rayos X se generan mediante la aceleración de los electrones producidos en el filamento del tubo de rayos X después de hacerlos chocar contra un blanco denominado ánodo. Por lo tanto, para su producción se precisa de:

1) Presencia de electrones libres2) Aceleración de los mismos hacía una superficie de frenado (ánodo)3) Impacto y desaceleración brusca de los mismos en el ánodo

Fueron descubiertos, quizás accidentalmente, por Wilhem Konrad Röntgen en 1895, mientras investigaba sobre los rayos catódicos. Actualmente los rayos X empleados en ra­diodiagnóstico se producen mediante el llamado «tubo de rayos X», que ha ido incorporan­do diversos avances técnicos a lo largo del tiempo (figura 1.4).

El filamento del cátodo desprende elec­trones libres cuando es calentado hasta la in­candes cencia. Estos electrones liberados, co­mo es ló gico, tienen carga eléctrica de signo negativo, por lo que son atraídos hacia el polo positivo (ánodo) cuando se someten a un cam­po eléctrico. La tensión existente entre el polo positivo y negativo determinará la velocidad que alcanza rán estos elec trones, ya que son acelerados en su camino. Si en el camino que deben seguir los electrones se coloca un me­dio material, los elec trones interaccionarán con él, emitiendo energía. La mayor parte de esta energía se desprende en forma de calor (99%), y el resto en forma de rayos X.

Para que nos hagamos una idea gráfica del mecanismo de producción de los rayos X, podríamos comparar los electrones con unas bolas que son lanzadas contra una pared, que representaría al ánodo. Las bolas al chocar contra la pared se detendrían (transformación en calor), pero harían ruido. Este ruido sería el equivalente a los rayos X.

En resumen, hemos visto que los electrones al interaccionar con la materia le transfie­ren energía mediante las colisiones explicadas en el punto 1.2. Recordemos que estas pue­den ser de tres tipos: elástica, cuando no se altera la estructura de la corteza del átomo; ine lástica, si la corteza atómica queda modificada en forma de excitación o ionización; y radiativa, cuando el electrón experimenta una decelera ción brusca y emite radiación. De la interacción que realicen los electrones con los átomos dependerá su energía, es decir, de la velocidad adquirida y por tanto de la diferencia de potencial a la que hayan estado some­tidos ánodo y cátodo, y también del número atómico del elemento con el que interacciona. Los rayos X se producen por interacción radiativa (que supone la emisión de ondas electro­magnéticas denominadas radiación de frenado), pero también por colisiones inelásticas en el seno del material, con lo que los átomos quedan excitados y al volver al estado funda­mental pueden emitir rayos X característicos.

Figura 1.4. Tubo de rayos X. 1) Soporte del ánodo que se continúa con el eje. 2) Ánodo giratorio. 3) Paredes de vidrio endurecido. 4) Ventana. 5) Foco (zona del ánodo donde impactan los electrones). 6) Filamento. 7) Focalizador de electrones.

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3.1. Radiación de frenado y radiación característica

De acuerdo con la colisión radiactiva, cuando un electrón (carga negativa) pasa por las proximidades del núcleo atómico (carga positiva), este es fuertemente atraído, pero como su velocidad es muy elevada se desvía de su trayectoria sufriendo una brusca desacelera­ción (pérdida de velocidad y de energía cinética). Se define como poder de frenado la pér­dida de energía de la partícula por unidad de longitud. La energía que pierde el electrón da lugar a la aparición de un fotón, por el principio de la ecuación E = m · c2, es decir, se genera una radiación electromagnética que es la que transporta la energía cedida por el electrón incidente. La longitud de onda de esta radiación se encuentra en la zona de los rayos X.

Cuando un haz de electrones generado por un tubo de rayos X posee una energía ciné­tica máxima (E

max) y atraviesa un medio material, se produce en cada colisión radiactiva un

fotón cuya energía está comprendida entre 0 y Emax

. Eso quiere decir que los rayos X así ob­tenidos no tienen todos la misma energía, sino que su espectro es continuo abarcando to­das las energías posibles desde 0 hasta alcanzar la E

max de los electrones inci dentes, a dife­

rencia del espectro discontinuo, propio de la radiación característica.Cuando el electrón incidente cede parte de su energía cinética a algún electrón del orbi­

tal interno K, el vacío creado por dicha partícula desplazada a una capa más externa es ocu­pado por otro electrón periférico generando una cierta cantidad de energía sobrante que es emitida para recuperar su estado fundamental, en forma de rayo X característico, pues de­pende de la disposición peculiar de los electrones de la estructura atómica de este material.

Esta radiación característica, cuantitativamente menos importante que la de frenado, sólo supone del 10 al 15% del total de la radiación en un haz de 100 KeV. El rayo X caracte­rístico tiene una energía igual a la diferencia de las energías de ligadura de los electrones orbitales correspondientes. Dado que las energías de ligadura más elevadas corresponden a la de los electrones de la capa más interna (K), el rayo X característico de mayor energía será el correspondiente a alguna transición des de una capa más externa hacia la K, cuya energía será igual a la de enlace del electrón desplazado de la capa K menos la de enlace del electrón de una capa más exterior que llena el vacío de dicha capa K. A estos rayos caracte­rísticos que resultan de las transiciones M­K, N­K, O­K y P­K se les denomina rayos X K,

pues proceden de la ionización de electrones del ni­vel K. Los rayos característicos X K para el material con que suele construirse el ánodo, wol framio, tie­nen una energía de 69 KeV. Su espectro es disconti­nuo. Los demás rayos X característicos tienen ener­gías muy bajas.

El espectro energético de un elemen to se repre­senta gráficamente por medio de un sistema de coor­denadas. En el eje de ordenadas se expresa la energía y en el de abscisas la cantidad de partículas de una determinada energía. La figura (a) repre senta un es­pectro discontinuo, de rayas, en el que las partículas sólo pueden tener determinadas energías, mientras que la fi gura (b) muestra un espectro continuo. En él son posibles todos los valores de energía entre 0 y la energía máxima (E

max). En las radiaciones con espec­

tro continuo se toma como referencia de su energía el valor de la E

max.

Figura 1.5. Modelo de representación

de un espectro característico y continuo.

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3.2. Espectro de los rayos X

En un tubo de rayos X el espectro obtenido consta de dos compo nentes: el espectro conti­nuo de la radiación de frenado al cual se superponen una serie de líneas que constituyen el denominado espectro característico debido a la generación de rayos X como consecuencia del retorno al estado fundamental de los electrones atómicos que habían quedado excita­dos mediante las colisiones inelásticas.

Como decíamos, el espectro de la radia ción de frenado va desde 0 hasta la ener gía máxima que coincide con la tensión de pico aplicada al tubo. El espectro de la radiación característica es discreto debido a que tiene los valores de la energía de excitación propia de los electrones atómicos del material que forma el ánodo.

El fotón emitido al desexcitarse los elec trones atómicos posee una energía determi­nada, que coincide con la energía cedida por el electrón incidente.

La radiación característica representa entre un 10 y un 30% de la radiación de frenado, para el intervalo de energías de los rayos X empleados en radiodiagnóstico.

La forma del espectro de rayos X depende fundamentalmente de la diferencia de po­tencial establecida entre ánodo y cátodo (transfor­mación a alta tensión), del modo como se rectifica la corriente alterna en continua, de la filtración que se interpone y puede ser modificada haciendo que las radiaciones atraviesen diferentes medios materiales de grosor determinado. A este proceso se le conoce con el nombre de filtrado. La interacción de las ra­diaciones con los filtros se produce fundamental­mente a expensas de las radiaciones de baja energía.

El filtraje disminuye la cantidad de radiación detectada, pero esta reducción es mucho más importante en la parte de baja energía del espectro; tanto, que prácticamente desapa­rece, mientras que en la de alta energía apenas se modifica (el haz se endurece). Este es el objetivo que se persigue al interponer un filtro de aluminio.

El espectro de los rayos X generados mediante los tubos de rayos X se ve influenciado por la forma de la onda de la corriente eléctrica que lo alimenta. La corriente que le llega de la red es alterna, normalmente de 220 voltios y debe ser transformada en alta tensión para poder acelerar los electrones en el tubo. La transformación a alta tensión se realiza median­te un transforma dor, cuyo voltaje secundario es mayor que el primario, ya que el número de arrollamientos secundarios es superior al de los primarios. En el tubo de rayos X, los elec­trones solo pueden circular en una dirección determinada, ya que únicamente son atraídos hacia el blanco cuando la polaridad es adecuada, por lo tanto para conservar la correcta dirección de los electrones (de cátodo a ánodo) es necesario rectificar la tensión secundaria del transformador de alta. La rectificación es un proceso consistente en convertir la corrien­te alterna en continua.

4. Cualidades de los rayos X

Para comprender los rayos X se deben conocer sus cualidades, algunas de ellas de especial interés en el radiodiagnóstico: – Los rayos X se desplazan a la velocidad de la luz (3·108 m/seg). – Son invisibles y no tienen masa (ingrávidos). – Siempre se desplazan en línea recta. Pueden desviarse de su dirección original, pero

Figura 1.6. Espectro de la radiación X.

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su trayectoria seguirá siendo lineal. – Desde su inicio, constituyen un haz más o menos divergente. – Su longitud de onda es pequeña (de 0,01 a 0,05 nm). – Dada su corta longitud de onda, pueden penetrar en la materia. – Su absorción dependerá directamente del número atómico del material interpuesto

e inversamente a la energía del propio fotón. – Si inciden sobre determinadas sustancias, producen fluorescencia (emisión de luz

visible o ultravioleta). Esta propiedad permite el empleo de las pantallas de refuerzo. – Son capaces de alterar uniones de moléculas biológicas. Por ello su utilización en

radiodiagnóstico debe ser cuidadosa (radioprotección). – Son capaces de ionizar gases. Dicho efecto se utiliza para controlar su presencia (cá­

maras de ionización).

4.1. Cesión de energía en el medio que atraviesan, provocando a su paso excitaciones o ionizaciones

Ionización y excitación

Cuando un átomo tiene a todos sus electrones que lo componen en las capas más bajas po­sibles (las de menor energía) se dice que el átomo se encuentra en su estado fundamental.

Si la estructura electrónica absorbe una cantidad suficiente de energía para romper el enlace de uno de sus electrones, este queda liberado. Este proceso recibe el nombre de io­nización y la energía mínima para que se produzca es la ener gía de ionización. Con la ioni­zación se producen dos iones: uno de carga negativa que es electrón liberado y otro de carga positiva que es el resto del átomo al que le falta un electrón.

Si la energía que ha recibido la estructura electrónica es menor que la necesaria para romper su enlace con el núcleo se dice que esta estructura se encuentra excitada. El proceso

se denomina excitación. Mediante la excitación el electrón que ha absorbido la energía pasa a situarse en una capa de energía superior, es decir, más externa. La energía que ha absorbido el electrón es la diferencia entre las energías de enlace de la capa inicial y la final.

Un átomo que haya experimentado una ionización o excitación tiende a recuperar su estado fundamental mediante la emisión de la energía absorbida. Este proceso recibe el nombre de desexcita ción. La energía que libera el átomo es en forma de uno o varios fotones que tienen cada uno de ellos una energía determinada (y por tanto una frecuencia) que depende de la capa a la que perte nezca el electrón y será igual a la diferencia entre las energías de enlace del electrón en la capa más externa y la de la capa más profunda a la que haya ido el electrón. Este desplazamiento del electrón a su estado fundamental puede no hacerse de forma directa, sino a través de estados interme­dios, por lo que no todos los fotones producidos tendrían la misma energía sino que podrían tener energías distintas. La suma de las energías de todos los fotones liberados es igual a la energía de ioniza­ción si el átomo estaba ionizado, o a la diferencia entre la energía en estado fundamental y excitado que tenía el átomo. La longitud de onda de los fotones liberados da lugar a luz visible si la trans ición ocurre en las capas superficiales del átomo, pero si la transición se da

Figura 1.7. Representación de ionización.

Figura 1.8. Representación de excitación.

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a nivel de las capas profundas se emiten rayos X, dada la mayor diferencia de la energía de ligadura del electrón a estos niveles. Como ya hemos mencionado, esta emisión de rayos X forma el denominado espectro caracterís tico, obteniéndose entonces un espectro de líneas que es característico de los elementos que constituyen el material, es decir que el espectro no es continuo sino discreto.

5. Naturaleza de los rayos X

Los rayos X son paquetes de energía (fotones) sin carga eléctrica que se propagan en forma de ondas a una frecuencia dada y a la velocidad de la luz. Su masa es ínfima. A mayor fre­cuencia y menor longitud de onda, mayor energía y consecuentemente mayor capacidad de penetración tendrá el fotón. Por su propia naturaleza, los rayos X no pueden contaminar y sólo producen radiación externa en el instante de su emisión por el aparato.

Los rayos X constituyen un tipo de radiación electromagnética. Otros ejemplos de ra­diaciones electromagnéticas son:

– Las ondas de la radio – Las microondas que utilizamos en la cocina – Las ondas de la luz – Los rayos ultravioleta del Sol – Los rayos gamma de las bombas atómicas – Los rayos cósmicos del espacio – Los rayos infrarrojos que permiten ver en la oscuridad

Los rayos X deben considerarse como ondas y como partículas. Mientras que el con­cepto de ondas de radiación electromagnética explica cómo pueden sufrir reflexión, refrac­ción, difracción y polarización, el concepto de partícula describe su interacción con la ma­teria. Esta doble naturaleza de los rayos X (ondas y partículas) es inseparable. La cantidad de energía transportada en cada fotón depende de la frecuencia de la onda (cantidad de ondas que pasan por un punto durante un período de tiempo dado). Si la frecuencia au­menta, la energía del fotón también (su unidad es el electronvoltio –eV–). A partir de 34 eV los fotones son capaces de ionizar átomos y moléculas de agua (por ello se llaman radiacio­nes ionizantes como los rayos gamma y algunos tipos de rayos ultravioleta). Con una ener­gía de 13 eV se puede arrancar un electrón del átomo de hidrógeno (Dutreix).

Recordemos que radiación ionizante es toda aquella capaz de ionizar el medio que atraviesa. Cuando sus partículas tienen carga (electrones, partículas alfa, positrones, proto­nes) y por sí misma ioniza el medio que atraviesa se dice que la radiación es directamente ionizante. Cuando la radiación (neutrones o fotones), por sí misma, no ioniza el medio a menos que movilice algunas de sus partículas cargadas, se dice que la radiación (como los rayos X) es indirectamente ionizante. La radiación electromagnética es una modalidad de propagación de energía a través del espacio sin necesidad de un medio material, y se propa­ga en el vacío con la velocidad de la luz. Por otra parte, toda corriente eléctrica variable o toda partícula cargada (electrones, protones) en movimiento acelerado produce ondas electromagnéticas.

La teoría cuántica de la radiación de Planck nos indica que la energía es transportada en «paquetes» de energía elemental que se denominan quantos. La energía total que trans­porta una onda electromagnética es la suma de las cantidades elementales que reciben el nombre de fotones. La energía de un fotón se mide en electrón­voltios. Esta unidad de me­

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