HISTORIA: El 8 de noviembre de 1895, el físico alemán Wilhelm Konrad Roentgen (1845-1923) realiza experimentos con los tubos de Hittorff-Crookes y la bobina de Ruhmkorff; analizaba los rayos catódicos (radiación de electrones o de neutrones). Creando un ambiente de oscuridad, cubre el tubo con una funda de cartón negro. Era tarde y al conectar su equipo por última vez se sorprende al ver un débil resplandor amarillo-verdoso en un pequeño cartón con una solución de cristales de platino-cianuro de bario.
Observó que al apagar el tubo se obscurecía y al prenderlo se producía nuevamente, retiró más lejos el cartón y comprobó que la fluorescencia se seguía produciendo, repitió el experimento y sucedió lo mismo, los rayos creaban una radiación muy penetrante, pero invisible.
Observó que los rayos atravesaban grandes capas de papel e incluso metales menos densos que el plomo. Hizo un nuevo descubrimiento, la caja de placas fotográficas que tenían estaban veladas, intuyo la acción de los rayos sobre la emulsión fotográfica y se dedicó a comprobarlo colocando una caja de madera con unas pesas sobre una placa fotográfica, el resultado fue sorprendente hizo varios experimentos; la brújula de bolsillo, el cañón de la escopeta, para comprobar la distancia y el alcance de los rayos, pasó por el cuarto de al lado, cerró la puerta y colocó una placa fotográfica, obtuvo la imagen de la moldura, el gozne de la puerta e incluso los trazos de la brocha. A más de cien años ninguna de sus investigaciones ha sido errada.
El 22 de diciembre, el cual seria un día memorable, al no poder manejar al mismo tiempo su carrete, la placa fotográfica de cristal y colocar su mano sobre ella, le pide a su esposa que coloque la mano sobre la placa durante quince minutos, al revelar la placa de cristal estaba la mano de Berta, la primera imagen radiográfica del cuerpo humano. Así nace una de las ramas más poderosas y excitantes de la Medicina: la Radiología.
Röentgen fue galardonado con el premio nobel de física (1901) por el descubrimiento de los Rayos X. Él los definió como un “agente que no podía verse, ni oírse,ni nada por el estilo, era nuevo y capaz de atravesar todos los cuerpos como si fueran de mantequilla, excepto el plomo”.
Otto Walkhoff fue el primer odontólogo que realizó una radiografía dental de su boca (1896).
NATURALEZA DE LOS RAYOS X: El término “radiación” significa básicamente transferencia de energía de una fuente a otra. El efecto fotoeléctrico es la transformación de la energía radiante, o la luz, formada por cuantos, en energía cinética de los electrones. Los Rayos X se producen en virtud de un proceso inverso, en el cual la energía cinética de los electrones se transforma en radiaciones de muy corta longitud de onda. Los Rayos X son ondas electromagnéticas con una longitud de onda que varía entre 10 y 0,005 nm, aunque las longitudes de onda de utilidad en el diagnóstico por la imagen se sitúan entre 0,06 y 0,006 nm (20-200 KeV). Las energías más utilizadas están entre los 30 y 120 KeV.
PROPIEDADES DE LOS RAYOS X: La Radiación X presenta además de las propiedades de las ondas electromagnéticas en general, una serie de efectos que son el fundamento de las aplicaciones médicas:
– PODER DE PENETRACIÓN (capacidad de penetrar en la materia): Depende de laenergía de la radiación, de la atenuación sufrida por el haz al atravesar las estructura del medio y de las características físicas de dicho medio.
1. Al incidir un haz de rayos X, parte de la radiación es absorbida (Radiación incidente).
2. Otra es dispersada (radiación dispersa).
3. Parte no es modificada, atravesando la materia (radiación emergente).
Se definen como cuerpos radiotransparentes o radiolúcidos los que son atravesados fácilmente. Hablamos de cuerpos radiopacos los que absorben los rayos X dificultando su paso.
– EFECTO LUMINISCENTE: Algunas sustancias emiten luz al ser bombardeadas por los rayos X (fluorescencia). Cuando siguen emitiendo luz después de haber cesado la radiación, durante un corto espacio de tiempo se produce la “fosforescencia”.
La combinación de ambos efectos es el llamado efecto luminiscente. En la práctica radiológica se utilizan pantallas fluorescentes para radioscopia y pantallas reforzadoras en radiografía.
– EFECTO FOTOGRÁFICO: Los rayos X actúan, como los rayos visibles sobre una emulsión fotográfica de sales de bromuro de plata, de forma que después de ser revelada y fijada ofrece una imagen radiológica, en forma de negativo.
– EFECTO IONIZANTE: Los rayos X pueden medirse en relación con la cantidad y calidad de la radiación, mediante la ionización de gases contenidos en receptáculos adecuados.
– EFECTO BIOLÓGICO: Los efectos biológicos de los rayos X pueden ser de utilidad en terapias médicas. También deben ser tomados en consideración por las posibles alteraciones biológicas que pueden causar.
PRODUCCIÓN DE RAYOS X: En el interior del tubo de rayos X, una ampolla de vidrio en la que se ha hechoel vacío, electrones acelerados mediante una diferencia de potencial elevada colisionancontra un blanco.
Los electrones se desprenden,por efecto termoiónico,de un filamento incandescente (cátodo)en cantidad tanto mayor cuanto mayor sea la intensidad de la corriente que circula por él. El material que hace de blanco (ánodo) está a un potencial eléctrico muy positivo respecto al cátodo.
1.- Los electrones en movimiento (rayos catódicos) son frenados por un metal.
2.- Su energía cinética no se pierde, sino que se transforma en fotones de rayos X.
• Básicamente es un tubo conformado por una ampolla de vidrio, provista de dos electrodos, en la que se ha realizado un vacío elevado.
• Se produce un calentamiento del filamento del cátodo.
– Es un tubo de vidrio al que se ha practicado el vacío.
– Contiene al cátodo y al ánodo.
EL CÁTODO: 1.- Recipiente focalizador de molibdeno cargado negativamente.
2.- Filamento de wolframio o tungsteno (2 mm. de diámetro y 1 cm. de longitud).
Se produce un calentamiento del filamento del cátodo.
– La diferencia de potencial entre cátodo y ánodo se mantiene gracias al circuito de alto voltaje.
– El cátodo está constituido por un filamento que forma parte del circuito de bajo voltaje.
TRANSFORMADOR REDUCTOR: Adapta el voltaje de la red eléctrica al del circuito de bajo voltaje (≈ 10 V)
EL ÁNODO: Los electrones viajan desde el cátodo (electrodo negativo) hasta el ánodo (electrodo positivo). Es ahí donde chocan contra un material llamado anticátodo (de wolframio o tungsteno, de molibdeno,…). Entre el cátodo y el ánodo hay una diferencia de potencial muy elevada (50 a 250 Kv.). En estos choques se producen dos tipos de efectos:
• La acción de frenado de los electrones en sus colisiones, da lugar a la emisión de radiación de frenado.
• Se arrancan electrones de niveles atómicos profundos, lo que conduce a la emisión del espectro de rayos X característico.
Los electrones pueden ser frenados por el núcleo atómico o por otros electrones. En realidad,sólo un 1 % de la energía cinética que portan los electrones se transforma en rayos X;el 99 % se transforma en calor. Los dos mecanismos fundamentales de producción de rayos X proporcionan dos tipos de radiación que actúan frecuentemente de forma simultánea: radiación de frenado y radiación característica. La acción de frenado de los electrones en sus colisiones, da lugar a la emisión de radiación de frenado. Se arrancan electrones de niveles atómicos profundos, lo que conduce a la emisión del espectro de rayos X característicos.
RADIACIÓN DE FRENADO O BREMSTRAHLUNG: El electrón es atraído por el núcleo con una fuerza directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa (Ley de Coulomb).
La Ec perdida por un electrón libre en cada interacción con un núcleo (colisión radiativa) se transforma en un fotón de rayos X “de frenado” o Bremstrahlung. La energía del fotón (calidad de radiación) es variable. Forma un espectro continuo y depende de:
· La Ec del electrón.
· La proximidad del electrón al núcleo.
· El número de interacciones sufridas por el electrón.
LONGITUD DE ONDA MÍNIMA DEL ESPECTRO DE RADIACIÓN:
· La máxima energía cinética que puede perder el electrón en un frenado es la que posee un eV. Que corresponde a la longitud de onda mínima del espectro continuo.
- lmín= (h · c) / (e · V) = 1,2398/V.
- (h · c / e tiene el valor fijo de 1,2398).
· lmín se expresa en nanómetros (nm.).
· V se expresa en Kilovoltios (Kv).
· Al aumentar el mA, aumenta el nº de fotones.
· Al aumentar el kVp (kilovoltaje pico), aumenta el nº de fotones y la calidad máxima de la radiación.
RAYOS X CARACTERISTICOS:
· Un electrón libre cede su energía a un electrón de la órbita más interna del átomo.
· Éste último salta a otra órbita (excitación) o sale del átomo (ionización).
· Cuando otro electrón ocupa la nueva plaza vacante en la órbita más interna (desexcitación) emite un fotón de rayos X “característicos”.
· La energía de un fotón característico es la del salto del electrón de una a otra órbita.
· Este salto energético es característico del elemento químico.
· En el tungsteno aparece con ≥ 70 kVp.
La Energía cinética de los electrones al chocar se transforma:
– 99% en calor.
– 1% en rayos X:
* Rayos X de frenado: 0,7%.
* Rayos X característicos: 0,3%.
El 99% de la energía de los electrones se transforma en calor, contra el que luchan:
· Los materiales del ánodo.
· La presencia de aceite que rodea el tubo.
· La superficie focal.
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL ESPECTRO DE RAYOS X. La intensidad de corriente en el filamento del cátodo se llama miliamperaje (mA). A mayor mA Þmayor temperatura Þmayor emisión de electrones (emisión termoiónica). La cantidad de electrones emitidos se miden en Miliamperios por segundo. Al aumentar el kilovoltaje, los electrones aumentan su energía cinética. Los rayos X son más duros. LA CANTIDAD TOTAL DE RADIACIÓN X AUMENTA CON EL INCREMENTO DEL NUMERO ATÓMICO DEL ÁNODO, YA QUE AL POSEER LOS NÚCLEOS ATÓMICOS MAS CARGAS POSITIVAS (PROTONES), AUMENTA LA POSIBILIDAD DE FRENADO DE LOS ELECTRONES.
