Propiedades de la Radiación Electromagnética y Rayos X

La radiación electromagnética (REM) es una asociación entre campos magnéticos y eléctricos. Es un tipo de energía ondulatoria que se propaga a una velocidad constante de 3×10⁸ m/s (la velocidad de la luz). Su energía, según la fórmula de Planck E=hν (donde h es la constante de Planck y ν es la frecuencia), es directamente proporcional a la frecuencia e inversamente proporcional a la longitud de onda (1/ν). Los fotones son paquetes de energía electromagnética, cuya energía es E=hν. Son partículas meramente energéticas, sin masa ni carga. Los fotones con energía mayor de 15 eV o longitud de onda menor de 10 nm son capaces de ionizar (como los RX, que son REM ionizante).

Espectro de Radiación Electromagnética

El espectro electromagnético se extiende desde las microondas (longitud de onda del orden de metros) y ondas de radio hasta los rayos cósmicos, rayos gamma (longitud de onda equivalente al núcleo atómico) y RX (longitud de onda equivalente al diámetro atómico). La longitud de onda útil para el radiodiagnóstico se encuentra entre 0.06 y 0.006 nm (la radiación ionizante empieza con la radiación UVA; a menor longitud de onda, mayor capacidad ionizante). El espectro visible es pequeño, situado por encima de los UVA y por debajo de las ondas largas de radio y RM.

Naturaleza, Origen y Producción de Rayos X

Una onda se define con 3 parámetros:

• Longitud de onda: Distancia entre dos crestas de la onda. En los RX es muy corta (0.001 a 10 nm), lo que implica alta energía y capacidad de penetración.
• Amplitud: Diferencia entre la posición basal y el pico de la cresta.
• Frecuencia: Número de ciclos en la unidad de tiempo.

La producción de RX ocurre en un tubo con un electrodo positivo (cátodo) y uno negativo (ánodo), en dos pasos:

1. Calentamiento del cátodo: El cátodo, generalmente de tungsteno, se calienta y emite electrones (efecto Edison). La cantidad de electrones emitida es directamente proporcional a la temperatura alcanzada, debido a la resistencia del material del cátodo.
2. Diferencia de potencial: La diferencia de potencial entre cátodo y ánodo impulsa los electrones hacia el ánodo, donde chocan contra la mancha focal (efecto Deforest). A mayor diferencia de potencial, mayor velocidad de los electrones, menor longitud de onda y mayor energía y poder de penetración. Controlar la diferencia de potencial es crucial para la calidad de la radiación.

La mayor parte de la energía liberada en este proceso se convierte en calor; solo una pequeña fracción son RX. En átomos pesados como el tungsteno, los RX pueden provenir de dos fuentes:

• Radiación continua o de frenado (Bremsstrahlung): Conversión de energía cinética en RX, dependiente de la diferencia de potencial. Los electrones giran alrededor del núcleo del ánodo, pierden energía y emiten RX de frenado (70% de los RX).
• Radiación discontinua o característica: Emisión desde la capa K. Un electrón del cátodo puede expulsar un electrón de la capa K del ánodo. Un electrón de una capa externa cae a la capa K, liberando energía en forma de RX (30% de los RX).

Propiedades de los Rayos X

• Viajan a la velocidad de la luz.
• Su energía depende de su longitud de onda (a menor longitud de onda, mayor energía).
• Son ionizantes: convierten un gas neutro en conductor.
• Tienen capacidad de penetración en la materia, aportando calor.
• Causan fluorescencia: emiten luz al incidir sobre ciertas sustancias (fluorescencia si es inmediata, fosforescencia si continúa).
• Producen efecto fotográfico: alteran películas fotográficas, generando densidades radiológicas.
• Tienen efecto biológico: usados en terapia.
• Sufren difracción al atravesar cristales y dispersión y radiación secundaria. La difracción se basa en obstáculos periódicos con distancias similares a la longitud de onda de los RX.
• Atenuación: la energía que sale al atravesar la materia es proporcional a la energía incidente y depende de la naturaleza y el espesor del material.

Efecto Edison y Efecto Deforest

• Efecto Edison: El calentamiento del cátodo (tungsteno) provoca la emisión de electrones. La cantidad de electrones es directamente proporcional a la temperatura.
• Efecto Deforest: La diferencia de potencial entre cátodo y ánodo impulsa los electrones hacia el ánodo, donde chocan contra la mancha focal. A mayor diferencia de potencial, mayor velocidad de los electrones y mayor energía.

Diferencia entre Magnificación y Penumbra: Consecuencias Prácticas

Definiciones:

• Penumbra: Región de sombra donde solo una parte del foco luminoso está tapada. Es la zona de borrosidad en el borde de una imagen, disminuyendo su nitidez.
• Magnificación: Aumento del tamaño de la imagen del objeto radiografiado respecto al objeto real.

Causas:

• Penumbra: Se debe a la «sombra» que hacen los RX al pasar por el borde del objeto.
• Magnificación: Se debe a la divergencia del haz de RX, no depende del objeto.

Dependencia:

• Penumbra: Depende de factores de la película radiográfica (tamaño de los gránulos, densidad, contraste), factores de exposición, movimiento del paciente y tamaño del punto focal (a menor punto focal, mayor nitidez). También depende de la distancia focal (a mayor distancia focal, mayor nitidez) y la distancia objeto-película (a menor distancia, mayor nitidez).
• Magnificación: Depende de la distancia focal (a menor distancia focal, mayor magnificación) y la distancia objeto-película (a menor distancia, menor magnificación).

Consecuencias prácticas: Para una radiografía óptima, la estructura a observar debe estar lo más pegada posible a la película para disminuir la magnificación y la penumbra. Idealmente, se debe disminuir el punto focal para aumentar la nitidez y buscar una distancia focal lo más lejana posible.

Características del Haz de Rayos X y Diferencia entre Duros y Blandos

La cantidad de RX depende de:

• Número atómico (Z) del ánodo.
• Intensidad de la corriente (miliamperaje): A mayor miliamperaje, mayor temperatura del cátodo y mayor liberación de electrones.
• Diferencia de potencial cátodo-ánodo (kilovoltaje): A mayor kilovoltaje, mayor velocidad y energía de los electrones, y menor longitud de onda. Entre 85-100 Kv se obtienen RX de longitud de onda…