RAYOS X

ProyectoKevin David Pérez crusProf.: ZamarripaFísica

Definición de rayos x

La denominación rayos X designa a una radiación electromagnética, invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos y de imprimir las películas fotográficas. La longitud de onda está entre 10 a 0,1 nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 3.000 PHz (de 50 a 5. ...

Producción de rayos x

Los rayos X se pueden observar cuando un haz de electrones muy energéticos (del orden de 1 keV) se desaceleran al chocar con un blanco metálico. Según la mecánica clásica, una carga acelerada emite radiación electromagnética, de este modo, el choque produce un espectro continuo de rayos X a partir de cierta longitud de onda mínima dependiente de la energía de los electrones. Este tipo de radiación se denomina Bremsstrahlung, o ‘radiación de frenado’. Además, los átomos del material metálico emiten también rayos X monocromáticos, lo que se conoce como línea de emisión característica del material. Otra fuente de rayos X es la radiación sincrotrón emitida en aceleradores de partículas.

Detectores de rayos x

Existen varios sistemas de detección para rayos X: películas fotográficas, dispositivos de ionización, cámaras CCD, etc.

La emulsión de las películas fotográficas varía dependiendo de la longitud de onda a la cual se quiera exponer. La sensibilidad de la película es determinada por el coeficiente de absorción másico y es restringida a un rango de líneas espectrales. La desventaja que presentan estas películas es, por su naturaleza granizada, la imposibilidad de un análisis detallado pues no permite una resolución grande.

Los dispositivos de ionización miden la cantidad de ionización de un gas producto de la interacción con rayos X. En una cámara de ionización, los iones negativos son atraídos hacia el ánodo y los iones positivos hacia el cátodo, generando corriente en un circuito externo. La relación entre la cantidad de corriente producida y la intensidad de la radiación son proporcionales, así que se puede realizar una estimación de la cantidad de fotones de rayos X por unidad de tiempo. Los contadores que utilizan este principio son el contador Geiger, el contador Proporcional y el contador de destellos. La diferencia entre ellos es la amplificación de la señal y la sensibilidad del detector.

espectros

El tubo de rayos X está constituido por dos electrodos (cátodo y ánodo), una fuente de electrones (cátodo caliente) y un blanco. Los electrones se aceleran mediante una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo. La radiación es producida justo en la zona de impacto de los electrones y se emite en todas direcciones.

La energía adquirida por los electrones va a estar determinada por el voltaje aplicado entre los dos electrodos. Como la velocidad del electrón puede alcanzar velocidades de hasta debemos considerar efectos relativistas, de tal manera que,

Los diferentes electrones no chocan con el blanco de igual manera, así que este puede ceder su energía en una o en varias colisiones, produciendo un espectro continuo.

La energía del fotón emitido, por conservación de la energía y tomando los postulados de Planck es:

Donde K y K’ es la energía del electrón antes y después de la colisión respectivamente. El punto de corte con el eje x de la gráfica de espectro continuo, es la longitud mínima

que alcanza un fotón al ser acelerado a un voltaje determinado. Esto se puede explicar desde el punto de vista de que los electrones chocan y entregan toda su energía. La longitud de onda mínima está dada por:

La energía total emitida por segundo, es proporcional al área bajo la curva del espectro continuo, del número atómico (Z) del blanco y el número de electrones por segundo (i). Así la intensidad está dada por:

Donde A es la constante de proporcionalidad y m una constante alrededor de 2.

Aplicaciones medicas

Desde que Röntgen descubrió que los rayos X permiten captar estructuras óseas, se ha desarrollado la tecnología necesaria para su uso en medicina. La radiología es la especialidad médicaque emplea la radiografía como ayuda en el diagnóstico médico, en la práctica, el uso más extendido de los rayos X.

Los rayos X son especialmente útiles en la detección de enfermedades del esqueleto, aunque también se utilizan para diagnosticar enfermedades de los tejidos blandos, como la neumonía,cáncer de pulmón, edema pulmonar, abscesos.

En otros casos, el uso de rayos X tiene más limitaciones, como por ejemplo en la observación del cerebro o los músculos. Las alternativas en estos casos incluyen la tomografía axial computarizada, la resonancia magnética nuclear o los ultrasonidos.

Los rayos X también se usan en procedimientos en tiempo real, tales como la angiografía, o en estudios de contraste.

Diagnostico radiologico

El diagnóstico radiológico se basa en la obtención de imágenes con radiación ionizante. En términos generales se puede hablar de dos métodos para producir imágenes radiológicas. En los métodos tradicionales (radiografía convencional) se emplea un detector plano para formar imágenes mediante una sola proyección. Sin embargo, avances en diversas áreas de la ciencia y la tecnología en las últimas décadas, han permitido desarrollar sistemas de radiografía digital con los que es posible obtener imágenes de secciones específicas del cuerpo humano (sistemas tomográficos). La formación de una imagen radiográfica involucra tres etapas: la producción de los rayos X, el transporte de esta radiación a través del paciente y la detección de la radiación transmitida. A continuación se da una descrip- ción, en términos muy generales, de cada uno de estos procesos.

radioterapias

Una de las aplicaciones en medicina que surgió de manera muy natural con el descubrimiento de los rayos X fue la radioterapia. El uso prolongado y no controlado de este tipo de radiación produjo, desde sus comienzos, efectos dramáticos en los tejidos sanos de los radiólogos. Los radiólogos de los primeros años desconocían el efecto nocivo de los rayos X y trabajaban sin ninguna protección. Al paso del tiempo y con el uso frecuente de los rayos X, la piel enrojecía y se caía el pelo. Esto sugirió a los científicos que el nuevo tipo de radiación podría utilizarse para el tratamiento de tumores superficiales. Es interesante hacer notar que ya en el año de 1899 se consiguió tratar con éxito un cáncer cutáneo con rayos X (Winau 1973).

Rayos x en la medicina

Los Rayos x permiten a los médicos ver a los pacientes por dentro. Cuando estos rayos se dirigen hacia un paciente, una parte son absorvidos y otra parte atraviesa el paciente. Estos rayos que atraviesan impresionan un fragmento de película fotográfica que se guarda dentro de una caja hermética a la luz. El hueso absorve más rayos X que la carne del mismo grosor, por tanto en la película revelada la estructura ósea aparece como una zona clara.

Las primeras radiografías se hicieron sin saber la exposición necesaria paraque las fotografías fueran claras, por lo que hubo pacientes y médicos que sufrieron quemaduras serias por la radiación. Cuando ya su uso fue extendido, se observó como los manipuladores de rayos X al igual que los manipuladores de sales de radio, sufrían diversas enfermedades de tipo cancerígeno que les llevaba a la muerte. Para evitar los efectos negativos de las radiaciones surge la protección radiológica. A la derecha se observa la primera radiografía que se sacó del cuerpo humano hecha por un ayudante de Röntgen en 1896. Las fotografías son de las partes del cuerpo de varias personas, las exposiciones duraban de 5 a 15 min.

Rayos x en la medicina

Radiografía convencional

Consiste en irradiar al paciente con Rayos X. Estos atraviesan en mayor o menor grado los distintos tipos de tejidos en función de su contenido en gas, líquido o elementos sólidos.

Situando al paciente entre la fuente de Rayos X y una placa con un negativo, la imagen que se forma en ésta permite identificar las vértebras, evidenciando su disposición, y da una idea grosera de la composición de las propias vértebras y de algunos de los tejidos del entorno.Qué permiteBásicamente, la radiología convencional da información sobre la forma de la columna vertebral y permite descartar el diagnóstico de patología mecánica del raquis. Permite detectar:

- Patologías que causan dolor de espalda pero que no son patologías mecánicas del ráquis; infecciones, tumores, fracturas vertebrales o señales de osteoporosis (pérdida de masa ósea). La existencia de estas afecciones descarta la posibilidad de un diagnóstico de patología mecánica del raquis.

- Las variaciones de la forma de la columna vertebral, como anomalías de transición lumbosacras, y las escoliosis. En este último caso, permite cuantificar con precisión el número de grados de la curvatura.

- Algunas anomalías orgánicas de la columna vertebral: la espondilolistesis y la artrosis facetaria. En la artrosis vertebral permite observar la existencia de osteofitos, las degeneraciones importantes del disco, en las que el núcleo pulposo prácticamente ha desaparecido y ha sido sustituido por aire -es lo que se denomina el fenómeno de “vacío discal”- y, en las fases más iniciales, la aproximación de las vértebras a consecuencia de la pérdida de altura de los discos intervertebrales por su degeneración (que es lo que antiguamente se denominaba un “pinzamiento” discal). La radiología convencional no permite diagnosticar la existencia de fisuras, protrusiones ni hernias discales, ni la de fibrosis post-quirúrgicas.

Detección y medida de rayos x PUESTO que la radiación ionizante en general no es perceptible por

los sentidos, es necesario valerse de instrumentos apropiados para detectar su presencia. Asimismo, interesan su intensidad, su energía, o cualquier otra propiedad que ayude a evaluar sus efectos. Se han desarrollado muchos tipos de detectores de radiación, algunos de los cuales se van a describir aquí. Cada clase de detector es sensible a cierto tipo de radiación y a cierto intervalo de energía. Así pues, es de primordial importancia seleccionar el detector adecuado a la radiación que se desea medir. El no hacerlo puede conducir a errores graves.

El diseño de los detectores está basado en el conocimiento de la interacción de las radiaciones con la materia. Como ya sabemos, las radiaciones depositan energía en los materiales, principalmente a través de la ionización y excitación de sus átomos. Además, puede haber emisión de luz, cambio de temperatura, o efectos químicos, todo lo cual puede ser un indicador de la presencia de radiación. Se van a describir los detectores más comunes en las aplicaciones de la radiación, como son los de ionización de gas y los de centelleo.

Tomografía con rayos x

Tomografía viene del griego tomos que significa corte o sección y de grafía que significa representación gráfica. Por tanto la tomografía es la obtención de imágenes de cortes o secciones de algún objeto.

La palabra axial significa "relativo al eje". Plano axial es aquel que es perpendicular al eje longitudinal de un cuerpo. La tomografía axial computarizada o TAC, aplicada al estudio del cuerpo humano, obtiene cortes transversales a lo largo de una región concreta del cuerpo (o de todo él).

Computarizar significa someter datos al tratamiento de una computadora.

Muchas veces el "objeto" es parte del cuerpo humano, puesto que la TAC se utiliza mayoritariamente como herramienta de diagnóstico médico.

La TAC es una tecnología sanitaria de exploración de rayos X que produce imágenes detalladas de cortes axiales del cuerpo. En lugar de obtener una imagen como la radiografía convencional, la TAC obtiene múltiples imágenes al rotar alrededor del cuerpo. Una computadora combina todas estas imágenes en una imagen final que representa un corte del cuerpo como si fuera una rodaja. Esta máquina crea múltiples imágenes en rodajas (cortes) de la parte del cuerpo que está siendo estudiada.

Se trata de una técnica de visualización por rayos X. Podríamos decir que es una radiografía de una fina rodaja obtenida tras cortar un objeto.

En la radiografía se obtiene una imagen plana (en dos dimensiones) de un cuerpo (tridimensional) haciendo pasar a través del mismo un haz de rayos X.

Tomografía axial computarizada

Aparato de tomografía con rayos x

La industria

Además de las aplicaciones de los rayos X para la investigación en física, química, mineralogía, metalurgia y biología, los rayos X también se emplean en la industria como herramienta de investigación y para realizar numerosos procesos de prueba. Son muy útiles para examinar objetos, por ejemplo piezas metálicas, sin destruirlos. Las imágenes de rayos X en placas fotográficas muestran la existencia de fallos, pero la desventaja de este sistema es que el equipo de rayos X de alta potencia que se necesita es voluminoso y caro. Por ello, en algunos casos se emplean radioisótopos que emiten rayos gamma de alta penetración en vez de equipos de rayos X. Estas fuentes de isótopos pueden albergarse en contenedores relativamente ligeros, compactos y blindados. Para la radiografía industrial se suelen utilizar el cobalto 60 y el cesio 137. En algunas aplicaciones médicas e industriales se ha empleado tulio 70 en proyectores isotópicos pequeños y cómodos de usar.

Muchos productos industriales se inspeccionan de forma rutinaria mediante rayos X, para que las unidades defectuosas puedan eliminarse en el lugar de producción. Existen además otras aplicaciones de los rayos X, entre las que figuran la identificación de gemas falsas o la detección de mercancías de contrabando en las aduanas; también se utilizan en los aeropuertos para detectar objetos peligrosos en los equipajes. Los rayos X ultrablandos se emplean para determinar la autenticidad de obras de arte y para restaurar cuadros.

Muchos productos industriales se inspeccionan de forma rutinaria mediante rayos X, para que las unidades defectuosas puedan eliminarse en el lugar de producción. Existen además otras aplicaciones de los rayos X, entre las que figuran la identificación de gemas falsas o la detección de mercancías de contrabando en las aduanas; también se utilizan en los aeropuertos para detectar objetos peligrosos en los equipajes. Los rayos X ultrablandos se emplean para determinar la autenticidad de obras de arte y para restaurar cuadros.

Rayos x en la industria

conclusión Los rayos X son muy utilizables, sobre todo en el campo de

la medicina, ya sea para cualquier tipo de uso. Así como los rayos X nos ayudan a facilitar sobre algo

también nos puede afectar. Estos tres tipos de rayos (X, infrarrojos y láser), son muy

utilizados en la actualidad, ya que nos permiten realizar muchos trabajos y muchas investigaciones.

Los rayos láseres al igual que los rayos X, también tienen aplicaciones en la medicina, como por ejemplo para una persona que tiene cálculos renales o a la vesícula, en vez de hacer la operación se le puede hacer una intervención mediante estos rayos. Resulta más rápido y no deja rastros, como también sirve para borrarse un tatuaje.

Como conclusión final se puede decir que estos descubrimientos de los tres tipos de rayos ya mencionados, han sido una verdadera ayuda para todos y también ha sido de mucha importancia, para descubrir cosas o para saber algo más de ellas.