Radiografia

Radiografia

Una radiografia (també cridada roengenografía) és una image registrada en una placa o película fotogràfica, o de forma digital (radiologia digital directa o indirecta) en una base de senyes, obtinguda en expondre al receptor a una font de radiació d'alta energia, comunament rajos X o radiació gamma procedent d'isòtops radiactius (iridi-192, cobalt-60, cesi-137, etc.). En interpondre un objecte entre la font de radiació i el receptor, les parts més denses apareixen en diferents tons dins d'una escala de grises. Els seus usos poden ser tant meges, per a detectar fissures en ossos, com a industrials en la detecció de defectes en materials i soldadures, tals com clavills i poros. El descobriment dels rajos X es va produir la nit del divendres 8 de novembre de 1895 quan Wilhelm Röngen, investigant les propietats dels rajos catódicos, es va donar conte de l'existència d'una nova font d'energia fins a llavors desconeguda i per això denominada radiació X. Per este descobriment va obtindre el reconeiximent de la Acadèmia Sueca en l'any 1901, sent el Primer Premi Nobel de Física. Röngen va comprendre immediatament l'importància del seu descobriment per a la medicina, que feya possible l'exploració dels cossos d'una manera fins a eixe moment totalment insospitada. En el transcurs del més següent, aplicant els efectes dels rajos X a una placa fotogràfica, va produir la primera radiografia de la humanitat, la de la mà de la seua esposa. Les primeres aplicacions dels rajos x es varen centrar en el diagnòstic, encara que a partir de 1897 s'obrirà el camí de l'aplicació terapèutica, de la mà de Freund, en el seu intent de tractar el nevus pilosus i la seua observació de les depilació radiològiques precursores de la radiodermitis.

Radiació X i gamma

Efecte d'una descàrrega d'electricitat estàtica sobre la superfície d'un film radiogràfic. La descàrrega ha dibuixat un patró característic en forma de "arbre". Est és un eixemple típic d'un artefacte radiogràfic.

Els rajos X i els rajos gamma comprenen la porció de les altes energies i curtes llongituts d'ona del espectre electromagnètic. Els rajos gamma i els rajos X d'iguallongitut d'ona tenen idèntiques propietats. Característiques de la radiació ionisant es basen en les següents característiques dels rajos X i dels rajos gamma:

1. Tenen una llongitut d'ona inversamente proporcional a la seua energia
2. No tenen càrrega elèctrica ni tenen massa.
3. En l'espai, abdós viagen en llínea recta a la velocitat de la llum.
4. Poden penetrar la matèria; la profunditat de la penetració depén de la llongitut d'ona de la radiació i de la naturalea del material que és penetrat.
5. Són absorbits per la matèria; el percentage d'absorció és funció de la densitat i la gruixa del material i de la llongitut d'ona de la radiació.
6. Són dispersats per la matèria; la cantitat de dispersió és funció de la densitat de la matèria i de la llongitut d'ona de la radiació.
7. Poden ionizar la matèria.
8. Poden expondre un film/detector per ionisació.
9. Poden produir fluorescència en certs materials.
10. No poden detectar-se per mig dels sentits humans.

Mecanisme en rajos X

Els rajos X es generen quan els electrons ràpits (d'alta energia) interactuen en la matèria. Quan un electró de suficient energia interactua en un electró orbital d'un àtom, es poden generar rajos X característics. Es denominen ‘rajos X característics’ perque la seua energia és determinada per la composició característica de l'àtom pertorbat. Quan electrons en suficient energia interactuen en el núcleu dels àtoms, es genera radiació bremsstrahlung (també coneguda com a radiació de frenat). La radiació bremsstrahlung és cridada també radiació contínua perque l'espectre d'energia és continu i no depén completament de les característiques dels àtoms pertorbats. Per a crear les condicions necessàries per a la generació de rajos X deu haver una font d'electrons, un blanc per a que els electrons choquen i un mig per a accelerar els electrons en la direcció desijada. Les energies dels electrons i dels rajos x es donen generalment en quilo-electró volts (keV) o en millons d'electró volts (MeV). L'unitat quilo-electró volt correspon a la cantitat d'energia cinètica que un electró pot guanyar quan es mou entre dos punts que diferixen en 1 kV. Un electró guanya 1 MeV d'energia cinètica quan es mou entre dos punts que diferixen en 1 MV. Els punts de diferent voltage es diuen el càtodo (negatiu) i el ànodo (positiu).

Font d'electrons

Tota matèria està composta, en part, per partícules de càrrega elèctrica negativa anomenades electrons. Quan es calfa un material adequat, alguns dels seus electrons es tornen inestables i escapen del material com a electrons lliures (conegut com emissió termoiònica). Eixos electrons lliures rodegen el material com una núvol d'electrons. En un tubo de rajos X, la font d'electrons s'ubica en una estructura anomenada el 'càtodo'. Un espiral d'aram (el filament) està contingut en el càtodo i funciona com un emissor d'electrons. Quan s'aplica un amperi (en la pràctica un miliamperio) a través del circuit de calfament del filament, el fluix de corrent resultant ho calfa fins a la temperatura d'emissió d'electrons que permaneixen junts fins que siguen atrets per l'ànodo per a produir rajos X.

Blanco d'electrons

Els rajos X es generen sempre que els electrons en alta velocitat choquen en alguna forma de matèria; siga sòlit, líquit o gas. Com el número atómico d'un element indica la seua densitat, si s'elegix el material per al blanc en més alt número atómico, major serà la seua eficiència en la generació de rajos X. Quant major siga la densitat del material, major el número de colisions generadores de rajos X. En aplicacions pràctiques de generació de rajos X, s'usa per al blanc un material sòlit d'alt número atómico, generalment wolframio.

Acceleració d'electrons

Els electrons emesos pel càtodo d'un tubo de rajos X estan carregats negativament. Seguint les lleis fonamentals del comportament elèctric, els electrons són rebujats pels objectes carregats negativament i atrets pels carregats positivament. Colocant una càrrega positiva en l'ànodo d'un tubo de rajos X i una càrrega negativa en el càtodo, els electrons lliures s'acceleren des del càtodo cap a l'ànodo. El tubo de rajos X s'equipa en un buit intern. Els tubos de rajos X, l'equipament associat i els circuits elèctrics es dissenyen de diferents formes, determinades per la necessitat de repelir els electrons pel càtodo, atraure'ls des de l'ànodo i accelerar-els en el seu pas.

Intensitat

El número de rajos x generats pels electrons que choquen en el blanc és una mida de la intensitat del fes de rajos X. Intensitat és, per lo tant, dependent de la cantitat d'electrons disponibles en el càtodo del tubo de rajos X. Si els demés factors permaneixen constants, un aument de la corrent a través del filament aumentarà la temperatura del càtodo, causant l'emissió de més electrons i, aixina, aumenta l'intensitat del fes de rajos X. D'igual forma, encara que en menor grau, un aument en el voltage positiu aplicat a l'ànodo del tubo aumenta l'intensitat del fes perque més seran els electrons disponibles en el càtodo que seran atrets i que chocaran en el blanc. Com l'intensitat del fes generat és casi directament proporcional al fluix d'electrons a través del tubo, el valor d'eixida d'un equip de rajos x és a sovint expressada en volts (kV o MV). La mateixa proporció directa establix la corrent del tubo com una de les constants d'exposició d'una radiografia en rajos X.

Llei de l'inversa del quadrat

Artícul principal → Llei de l'inversa del quadrat.

L'intensitat d'un fes de rajos X varia inversamente en el quadrat de la distància des de la font de radiació. Els rajos X, com els rajos de la llum visible, divergixen des de la seua font d'emissió i cobrixen majors àrees en la mida que aumenta la distància des de la font. Esta és una consideració important en les exposicions radiogràfiques computarisades i en procediments de seguritat. Per a dir-ho simplement, quan la distància des d'una font coneguda de radiació es duplica, l'intensitat és un quarto menor. A l'inversa, si la distància a la font de radiació es disminuïx a la mitat, l'intensitat és quatre voltes major.

Interacció en la matèria

Ionisació

Qualsevol acció que pertorbe el balanç elèctric d'un àtom produint àtoms en menor o major cantitat d'electrons es diu ionisació. Els àtoms en un electró menys (mínim) o les partícules subatòmiques (que no forma part de l'àtom) en càrrega elèctrica negativa o positiva es diuen ions. Els electrons lliures són ions negatius i les partícules lliures que duen càrrega positiva (per ej., protones) són ions positius. Els rajos X que travessen la matèria alteren el balanç elèctric dels àtoms per ionisació. L'energia d'un raig pot desestajar un electró d'un àtom i temporalment lliberar un electró. Este àtom (carregat ara positivament) i l'electró (carregat negativament) són ions positius i negatius respectivament, també coneguts com a parell iònic. D'esta manera, els rajos X causen ionisació al seu pas, en tot el material. Els rajos X són fotons (paquets d'energia) que es mouen a la velocitat de la llum. En el seu pas a través de la matèria, els rajos X fan perdre energia als àtoms per diferents processos d'ionisació.

Absorció fotoeléctrica

Quan els rajos X (fotons) d'energia relativament baixa passen a través de la matèria, l'energia del fotó pot ser transferida al orbital d'un electró. Este fenomen és conegut com 'efecte fotoeléctrico' o 'absorció'. Part de l'energia es gasta en eyectar l'electró de la seua òrbita i l'energia restant imprimix velocitat a l'electró. Esta transferència d'energia és l'efecte fotoeléctrico i generalment té lloc en fotons de baixa energia d'uns pocs eV. El procés fotoeléctrico absorbix tota l'energia del fotó. Este procés d'absorció contribuïx a aumentar la dosis que rep el pacient; no obstant ajuda a aumentar el contrast natural dels teixits en l'image.

Efecte Compton

Quan fotons de major energia (de l'orde dels KeV, entre major energia, major provabilitat d'interactuar) passen a través de la matèria, ocorre una dispersió per l'efecte Compton. Est és el terme usat per a l'interacció d'un fotó en un electró de capes orbitals més externes quan l'energia del fotó no és entregada en forma total a l'electró. Part de l'energia del fotó es gasta en eyectar un electró orbital (es produïx, llavors, ionisació) i en impartir-li velocitat; l'energia restant, es produïx un nou fotó d'energia més baixa, continua cap a davant, en un àngul a l'encert. L'energia depén d'este àngul i direcció. Este procés, que progressivament debilita al fotó, es repetix fins que l'efecte fotoeléctrico absorbix completament l'últim fotó, o ix del material sense interactuar.

Producció de parells

La producció de parells ocorre només en fotons d'alta energia (de 1022 KeV o més). A estos nivells d'energia, quan el fotó s'aproxima al núcleu d'un àtom, entrega la seua energia, i en el seu lloc "apareix" un parell electró-positrón (és l'energia es transforma en massa). Els positrones són igual que els electrons pero de càrrega positiva; tenen la mateixa massa que estos i tenen una vida extremadament curta. Este positrón interaccionarà ràpidament en algun electró present en l'àrea i es produirà el efecte d'aniquilació. D'ací s'obtenen dos fotons de 511 KeV (0,511 MeV), cada u que es propagaran en sentits oposts.

Radiació dispersa

Els tres processos (absorció fotoeléctrica, dispersió Compton i producció de parells) lliberen electrons que es mouen en diferents velocitats en distintes direccions. Com els rajos x es generen sempre que els electrons lliures colisionen en la matèria, es deduïx que els rajos X, al seu pas a través de la matèria, produïx la generació de rajos X secundaris. Estos rajos X secundaris són components menors que es coneixen com a radiació dispersa o dispersió secundària. El major component de la dispersió són els rajos de baixa energia representats per fotons debilitats pel procés de dispersió Compton. La radiació dispersa té un contingut d'energia de nivell uniformemente baix i de direcció aleatòria.

Dispersió interna

La dispersió interna és la dispersió que ocorre en l'interior de l'objecte, mostra, blanc o estructura que està sent estudiat. És la dispersió dels fotons sense pèrdua de les seues energies. Se li coneix també com a ‘dispersió clàssica’, ‘coherent de Thompson’ o ‘coherent de Rayleigh’. Afecta la definició per fer borroso el contorn de l'image. La radiació dispersa confon les vores de l'objecte radiografiat. L'aument en la radiació que passa a través de la matèria per la dispersió i en direcció cap a davant, es coneix com build-up.

Dispersió lateral

La dispersió lateral és la dispersió des de les parets dels objectes ubicats en el veïnat de l'objecte en estudi o des de les parts de l'objecte irradiado que generen rajos secundaris que entren pels costats de dit objecte

Retrodispersión

La retrodispersión és la dispersió dels rajos des de la superfície o objectes davall o darrere de l'objecte en estudi i que es dirigixen cap a dalt. La retrodispersión també enfosquix l'image de l'objecte en estudi. També se li coneix com backscattering.

Mecanisme en rajos gamma

Els rajos gamma són produïts pel núcleu d'isòtops radioactius somesos a la desintegració per la seua inestabilitat bàsica. Els isòtops són varietats d'un mateix element químic que tenen diferent pes atòmic. L'element i els seus isòtops tenen idèntic número de protones en el núcleu pero diferent número de neutrons. Entre els elements coneguts hi ha més de 800 isòtops dels quals més de 500 són radiactius. La llongitut d'ona i l'intensitat de les ones gamma estan determinades per les característiques de la font d'isòtop i no pot canviar-se ni controlar-se.

Fonts naturals d'isòtops

Tots els elements el número atómico dels quals és major de 83 tenen un núcleu que provablement es desintegra per la seua inestabilitat inherent. El ràdio, que és el millor conegut i el més usat de les fonts naturals radiactives és l'eixemple típic entre les substàncies radiactives. El radi i els seus isòtops lliberen energia de les següents formes.

1. Rajos gamma: radiacions electromagnètiques de curtes llongituts d'ona d'orige nuclear.
2. Partícules alfa: Partícules carregades positivament que tenen massa i càrrega d'igual magnitut que les del núcleu d'heli.
3. Partícules beta: Partícules carregades negativament que tenen massa i càrrega d'igual magnitut que les de l'electró. El poder de penetració de les partícules alfa i beta és relativament despreciable. Són els rajos gamma que s'usen en radiografia; constituïxen un tipo de radiació ionisant capaç de penetrar en la matèria més profundament que la radiació alfa i la beta. Poden causar greu dany al núcleu de les cèles, per lo que s'usen per a esterilisar equips mèdics i aliments.

Fonts artificials

Existixen dos formes de fabricar isòtops radiactius (radioisòtops). L'operació d'un reactor atòmic utilisat per a la fissió del urani-235 dona com resultat la producció de diferents isòtops que s'usen com a fonts de radiació. Un dels isòtops usat en radiografia és el cesi-137, que s'obté com un subproducte de la fissió nuclear. La segona forma, i la més comuna, de generar radioisòtops, és el bombardeig en neutrons de certs elements. El núcleu de l'element bombardejat es canvia, generalment per la captura de neutrons; i d'esta manera es tornen inestables o radiactius. Els radioisòtops usats comunament que s'obtenen per bombardeig en neutrons són el cobalt-60, el tuli-170, el seleni-75 i el iridi-192. La designació numèrica de cada u d'estos radioisòtops denota el seu número i ho diferencia de l'element original i d'atres isòtops del mateix element. Els isòtops produïts artificialment emeten rajos gamma, partícules alfa i partícules beta exactament en la mateixa forma que ho fan els isòtops naturals.

Intensitat

L'intensitat dels rajos gamma es medix a sovint en roengens per hora o siéverts per hora a un peu; una mida de la radiació emesa en un donat periodo de temps a una distància fixa. L'activitat (cantitat de material radiactiu) d'una font de rajos gamma determina l'intensitat de la seua radiació. L'activitat d'una font artificial d'un radioisòtop està determinada per l'efectivitat del bombardeig de neutrons que varen crear l'isòtop. La mida de l'activitat és el curie (becquerel) (3.7 x 1010 desintegracions per segon).

Vida mija o semivida

El temps necessari per a que l'activitat d'un radioisòtop decaiga a la mitat de la seua intensitat inicial es denomina ‘vida promig’ o ‘periodo de semidesintegración’. La vida promig d'un radioisòtop és una característica bàsica i pròpia d'un isòtop particular d'un element donat. En radiografia, la vida mija d'una font de rajos gamma s'usa com una mida de l'activitat en relació en el temps.

Radiografia intrabucal

Artícul principal → Radiografia intrabucal.

La radiografia intrabucal és una tècnica exploratòria consistent en la colocació, dins de la boca, de plaques radiogràfiques de diferent tamany que són impressionades, des de l'exterior, per un aparat de rajos X.

Vore també

• Espinograma
• Metal pesat
• Sal d'argent
• PET
• Urografía