Conceptos Clave en Radiología: Interacciones de Rayos X y Resonancia Magnética

Preguntas y Respuestas sobre Interacciones de Rayos X

1. Indica cuál de las siguientes afirmaciones no es cierta, justifica la respuesta:

• Los rayos X de bremsstrahlung de alta energía se producen cuando un electrón proyectil se ve débilmente influenciado por el núcleo.

Justificación: FALSO. Los rayos X de bremsstrahlung de alta energía se producen cuando un electrón proyectil se ve fuertemente influenciado por el núcleo. Los de baja energía se producen cuando se ve débilmente influenciado.

2. Señale la afirmación incorrecta:

• La generación de calor en el ánodo es debida a la emisión de radiación electromagnética infrarroja emitida en la relajación de los átomos ionizados por los electrones proyectil.

3. En la dispersión Compton (respuesta múltiple):

• Se produce una ionización del átomo.
• La probabilidad de que se produzca disminuye al aumentar la energía de los rayos X y es independiente del número atómico del átomo implicado.
• Los rayos X dispersados pueden producir un grave riesgo de exposición para los técnicos de radiología.
• La energía del rayo X con dispersión Compton es igual a la diferencia entre la energía del rayo X incidente y la energía del electrón expulsado.

4. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas (justifica la respuesta):

• El resultado de la dispersión coherente es un cambio en la dirección del rayo X con una modificación proporcional de su energía.

Justificación: FALSO. El resultado de la dispersión coherente es un cambio en la dirección del rayo X sin que se modifique su energía.

• Una interacción fotoeléctrica no se produce a menos que el rayo X incidente presente una energía igual o superior a la energía de enlace del electrón.

Justificación: VERDADERO.

• Después de la interacción fotoeléctrica se producen rayos X característicos que contribuyen al valor diagnóstico, puesto que llegan al receptor de imagen.

Justificación: FALSO. Después de la interacción fotoeléctrica se producen rayos X característicos que no contribuyen al valor diagnóstico, puesto que no llegan al receptor de imagen.

• El efecto fotoeléctrico es inversamente proporcional a la energía del rayo X y directamente proporcional al número atómico del material absorbente.

Justificación: VERDADERO.

• Existen 2 tipos de rayos X a tener en cuenta a la hora de realizar una radiografía: los dispersados por interacción Compton y los absorbidos fotoeléctricamente.

Justificación: VERDADERO.

5. Señala cuál de las siguientes afirmaciones no es correcta, justifica tu respuesta:

• Los rayos X duros son los de mayor longitud de onda, con mayor capacidad de atravesar tejidos.

Justificación: FALSO. Los rayos X blandos son los de mayor longitud de onda, con menor capacidad de atravesar tejidos. Los rayos X duros son los de menor longitud de onda y mayor capacidad de penetración.

• En la fluorescencia se emite luz mientras dura el estímulo que la provoca.

Justificación: VERDADERO.

• Existen 2 tipos de rayos X a tener en cuenta a la hora de realizar una radiografía: los dispersados por interacción Compton y los absorbidos fotoeléctricamente.

Justificación: VERDADERO.

• El resultado de la dispersión coherente es un cambio en la dirección del rayo X sin una modificación proporcional de su energía.

Justificación: VERDADERO.

• Una interacción fotoeléctrica no se produce a menos que el rayo incidente presente una energía igual o inferior a la energía de enlace del electrón.

Justificación: FALSO. Una interacción fotoeléctrica no se produce a menos que el rayo incidente presente una energía igual o superior a la energía de enlace del electrón.

6. A medida que aumenta el kV:

• Todas son correctas.

7. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas (justifica la respuesta):

• Los rayos X dispersos propician una reducción de contraste de la imagen.

Justificación: VERDADERO.

• El diafragma de apertura es el restrictor del haz más común en radiología de diagnóstico.

Justificación: VERDADERO.

• Los conos y los cilindros se suelen utilizar en estudios radiográficos de estructuras amplias, como el abdomen.

Justificación: FALSO. Los conos y los cilindros se suelen utilizar en estudios radiográficos de estructuras pequeñas, como el oído y el seno.

• Los rayos X dispersos que inciden sobre el material intermedio de la rejilla siempre son transmitidos a través de éste.

Justificación: VERDADERO.

• A mayor índice de rejilla menos efectividad en la limpieza de radiación dispersa.

Justificación: FALSO. A mayor índice de rejilla, mayor efectividad en la limpieza de radiación dispersa.

8. Respecto a las rejillas antidifusoras, indica cuál de las siguientes afirmaciones es correcta:

• Las rejillas de índices altos se usan normalmente para valores de kV bajos.

Características de la Película Radiográfica y Pantallas Intensificadoras

9. Sobre la película radiográfica, marca la opción incorrecta:

• La emulsión está contenida de una cubierta protectora de gelatina llamada sustrato.

10. Entre las características de la base se encuentra (respuesta múltiple):

• Flexible.
• Transparencia uniforme.
• Transparente a la luz.
• Son de poliéster.

11. Dentro de los tipos de películas, encontramos:

• Podemos encontrar todas.

12. Señala cuál de las siguientes afirmaciones es correcta:

• Al humedecer la película con agua, se favorece que los compuestos químicos del líquido revelador penetren y alcancen uniformemente todas las partes de la emulsión.

13. El cuarto oscuro:

• Debe contar exclusivamente con una luz de seguridad de emisión roja o roja anaranjada para, de este modo, poder trabajar con las películas vírgenes o expuestas sin temor a utilizarlas.

14. Respecto a la pantalla intensificadora, marca la correcta:

• Actúa como amplificador del efecto de los rayos X formadores de la imagen.

15. Características de los compuestos fluorescentes, señala la incorrecta:

• No pasa nada si la capa de fósforo se ve afectada por el calor o humedad, puesto que la capa reflectante está compuesta de un material plástico que disipa el calor.

16. Respecto a la velocidad de las pantallas, señala la incorrecta:

• El factor de intensificación es la ampliación de la intensidad de dosis que consigue la pantalla.

17. Según el número FI se pueden clasificar las pantallas en:

• Pantallas rápidas o de alta velocidad, utilizadas fundamentalmente en el estudio de mama.

18. Los chasis:

• Pueden ser de distinto tipo (curvos, flexibles, con rejilla, entre otros).

19. Los propósitos fundamentales que cumple el chasis son:

• Proteger la radiación ionizante a la película radiográfica, para evitar velar la película.

20. El chasis radiográfico:

• El cierre del chasis debe ser perfecto para proporcionar un contacto íntimo entre la pantalla y la película.

Espectro de Emisión de Rayos X Característicos

21. Razone por qué el espectro de emisión de RX característicos consiste en varias energías discretas y no en un continuo de energía.

Las energías discretas de los rayos X característicos son típicas de las diferencias entre las energías electrónicas de enlace de un elemento en particular. Los rayos X característicos de tungsteno, por ejemplo, pueden tener entre una de las 15 energías diferentes y ninguna otra. Una gráfica de este tipo se denomina espectro de emisión de rayos X característicos. Aparecen cinco líneas verticales que representan los rayos XK y cuatro líneas verticales que representan los rayos X L. Las otras líneas de baja energía representan emisiones características de capas electrónicas externas. Los rayos XK son los únicos rayos X característicos de tungsteno con energía suficiente para poder usarse en el diagnóstico radiológico.

22. Explica la siguiente gráfica: Un cambio en mA o mAs produce un cambio proporcional en la amplitud del espectro de emisión de rayos X a cualquier energía.

23. Define brevemente en qué consiste la capa fosforescente (fósforo) de la pantalla intensificadora.

Está constituida por una emulsión que contiene un compuesto capaz de interaccionar con fotones de rayos X, producir luz visible y transmitirla a la película. Las capas de fósforo varían espesor entre 50 y 300 mm, en función del tipo de pantalla.

Preguntas y Respuestas sobre Resonancia Magnética (RM)

1. ¿Cómo se observa una imagen en una secuencia espín-eco ponderando en T1 y T2, más blanco o más negro? La resonancia se debe centrar mejor en el tejido A, ¿Es posible? Razone su respuesta.

Datos: Tejido A: T1 y T2 cortos; Tejido B: T1 y T2 largos.

Solución: T1 - A: blanco y B: negro. T2 - A: negro y B: blanco. Dado que la resonancia se centra en el tejido A, se verá con más diferenciación en la ponderación T1. La ponderación en T2 nos serviría para ver anomalías patológicas del tejido B.

2. ¿Cómo se observaría una imagen en una secuencia TSE en T1 y en T2?

Datos: Tejido A: T1 y T2 largos; Tejido B: T1 y T2 cortos.

Solución: T1 - A: negro y B: escala de negros. T2 - A y B: escala de blancos y grises.

Las estructuras con un T2 muy largo, como los líquidos se verán hiperintensas. La ponderación en T1 no tendría diferenciación y en T2 conseguimos obtener imágenes de todas las estructuras.

3. ¿Cómo se observaría una imagen ponderada en T1 de una secuencia con un TR largo y un TE largo cuando el tejido a observar tiene un T1 corto? ¿Habría alguna forma de cambiar como se visualiza esa imagen a peor o mejor?

Solución: Se vería sin diferenciación, porque a tiempos de repetición largos anulamos la diferenciación en T1. Se podría visualizar mejor (blanco) en una secuencia con TR corto. Aunque en ocasiones debemos dejar que en T1 no exista diferenciación para apreciar mejor ciertas estructuras patológicas que tengan un T2 corto.

4. Con un ángulo de nutación de 180º en un tejido A con T1 y T2 largos, y un tejido B con un T1 y un T2 cortos, ¿en qué momento recibiremos más señal? ¿Será mejor ponderar en T1 o en T2?

Solución: Recibiremos más señal cuando el ECO de los tejidos coincida con TE de la secuencia, o lo que es lo mismo, cuando el ECO que recogemos coincida con el paralelo o antiparalelo del tejido a estudiar.

Dado que hablamos de un ángulo de nutación largo, será mejor ponderar en T1, cuando los tejidos tengan T1 largo con secuencias de TR cortos y T2, cuando los tejidos tengan T2 largos con secuencias de TR largos y cortos al mismo tiempo. En los tiempos cortos de T1 y T2 se terminarán perdiendo sus señales.

Fundamentos de la Resonancia Magnética

1. Generalidades

La resonancia magnética es un método no invasivo de diagnóstico por imagen, que utiliza un campo magnético y pulsos de radiofrecuencia. Las señales del campo magnético rebotan del cuerpo y son enviadas a una computadora, donde son convertidas en imágenes. Según el tipo de tejido, devuelven un tipo de señales (color blanco, señal hiperintensa) (color negro, señal hipointensa). Las imágenes por resonancia magnética se denominan cortes y se pueden almacenar en una computadora o imprimir en una película. Un examen produce una docena o cientos de imágenes. Una exploración de RM no causa dolor pero sí ruido por lo que hay que utilizar protectores auditivos. Si la persona que está dentro del escáner se mueve demasiado produce borrosidad en la imagen. La resonancia magnética no produce efectos secundarios en el cuerpo humano a causa de campos magnéticos o pulsos de radiofrecuencia. La RM se basa en propiedades magnéticas de los núcleos de ciertos elementos (como el hidrógeno) y permite el estudio morfológico y funcional de múltiples estructuras y sistemas. (TABLA DE VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE RM)

2. Principios de la RM

La información obtenida en RM proviene de las propiedades magnéticas naturales de los átomos. La base física de este fenómeno está dada por la existencia de 2 tipos de movimientos de los núcleos atómicos:

• Movimiento de espín (alrededor de su eje).
• Movimiento de precesión (alrededor del eje gravitacional).

La RM es un fenómeno físico que se fundamenta en las propiedades de los núcleos atómicos y se basa en la inducción de transiciones entre diferentes estados de energía. Ocurre al someter partículas de núcleos atómicos de número impar a un potente campo magnético, de forma que estos puedan absorber energía de la frecuencia de ondas de radio (8 a 130 MHz) dentro del espectro electromagnético.

Por otro lado, la imagen por RM en medicina es una técnica diagnóstica en la que se introduce al paciente en un campo magnético creado por un gran imán y mediante la aplicación de ondas electromagnéticas se consigue la “resonancia“ de los núcleos de los átomos y posteriormente se recoge la energía liberada en forma de señal.

2.1. Espín Nuclear

El núcleo del átomo de hidrógeno contiene un único protón, que gira de forma constante alrededor de su eje, actuando como una carga eléctrica en continuo movimiento. Este movimiento intrínseco del protón se denomina espín y es la base del magnetismo del núcleo, por lo que podemos decir que el espín nuclear es una característica intrínseca del núcleo de hidrógeno, y que consiste en un protón de forma continua gira alrededor de su eje, comportándose como un pequeño imán.

Momento Dipolar Magnético: es el campo magnético que genera la carga eléctrica del espín.

Equilibrio Electromagnético: donde se encuentra el cuerpo material con una carga magnética igual a cero, provocado por una anulación mutua. Cuando no están sometidos a un campo magnético externo y están en su posición de reposo.

2.2. Magnetización Plutónica

Es cuando un protón es expuesto a un campo magnético externo constante, una fuerza actúa sobre su momento dipolar magnético de forma que este se orienta en paralelo con el campo externo.

Precesión: su movimiento es similar al de una peonza y se produce por la interacción del campo magnético externo y el campo magnético nuclear.

Vector de Sumación o Magnetización Neta: es la suma de todos los vectores alineados.

2.3. Ecuación de Larmor

Es cuando el paciente se coloca en un campo magnético externo, los protones se alinean con dicho campo en un movimiento de precesión y a una determinada velocidad angular. W = y X B0

w → es la frecuencia angular de LARMOR (MHz) y es la relación giromagnética (MHz/t) que viene dada por la relación entre las propiedades mecánicas del núcleo y depende del tipo del núcleo. B0 es la fuerza del campo magnético Tesla (T).

La frecuencia de precesión (Ley o frecuencia de Larmor) tiene una relación lineal con la fuerza del campo externo, expresada en la ecuación de Larmor vista anteriormente.

La unidad de la fuerza del campo magnético es el Tesla (T), y la frecuencia de precesión de los protones es de 42,58 MHz/T, una constante denominada índice giromagnético del protón (hidrógeno). La frecuencia de Larmor no es exactamente igual para todos los protones, pero puede diferir poco en función de los enlaces químicos establecidos (en el caso del hidrógeno es de 42.5 MHz/T).

2.4. Estados Energéticos. Protones en Paralelo y Antiparalelo

En un campo magnético, los protones pueden alinearse de dos formas diferentes con respecto al campo magnético:

• Estado Paralelo o de Baja Energía: los protones se encuentran alineados con el campo magnético externo.
• Estado Antiparalelo o de Alto Energía: los protones han sido estimulados por ondas de radiofrecuencia han absorbido energía.
• El Vector de Magnetización: de los protones paralelos tienen el mismo sentido que el campo magnético externo, mientras que los antiparalelos tienen el sentido opuesto.

2.5. Magnetización Longitudinal

En RM se trabaja con el momento magnético total, que resulta de la suma de todos los momentos magnéticos individuales en cada núcleo. El momento dipolar magnético del protón en precesión, puede ser representado por un vector puesto que tiene una magnitud y una dirección.

Momento Magnético: cuando los protones se alinean en paralelo o antiparalelo una vez inducido el campo magnético.

El exceso de protones en paralelo crea el llamado vector de magnetización neta o momento magnético. Dicho vector es el resultado de la suma de los vectores de cada uno de los átomos y su magnitud es directamente proporcional a la intensidad del campo magnético externo y tiene su misma dirección.

Magnetización Longitudinal: el vector está paralelo al eje longitudinal del campo.

Magnetización Transversa: es cuando la magnetización longitudinal gira hasta el plano transverso, una vez se aplica el pulso de radiofrecuencia.

3. Radiofrecuencia en Resonancia

Para que se transmita energía al protón hay que inducir una frecuencia de 42,5 MHz en un campo magnético de 1 T (Tesla).

Emisor de Radiofrecuencia: es la banda de frecuencias a la que emite la radio. Dado que la duración de la emisión es sumamente rápida y en forma en pulsos de frecuencia se habla de, PULSOS DE RADIOFRECUENCIA.

Si los protones no tuviesen su propio espín, no crearían su campo magnético por lo que no pasaría nada al exponerlos a un campo magnético externo.

Esta transferencia de energía por resonancia tiene 2 efectos en los protones de precesión.

3.1. Excitación Nuclear por Radiofrecuencia

Se envía energía a través de un emisor llamado ANTENA. Cuando se absorbe energía de la señal de RF recibida, provoca que la magnetización se aparte de su alineación respecto al eje longitudinal. Este movimiento de separación de la alineación de magnetización del protón se denomina MOVIMIENTO DE NUTACIÓN y el ángulo alfa es el ÁNGULO DE INCLINACIÓN DE VECTOR DE MAGNETIZACIÓN (ángulo de desviación o nutación o flip angle). También se produce otro fenómeno, el vector de magnetización neta se inclina progresivamente hacia la orientación transversal mientras gira a la frecuencia de Larmor. Se dice que los protones (o núcleos) están en fase. A este proceso en conjunto se le denomina EXCITACIÓN POR PULSO DE RADIOFRECUENCIA.

3.2. Relajación Nuclear

El volumen de protones ha adquirido energía desde el exterior a través del pulso de RF y cuando cesa el mismo debe desprenderse de ella. El conjunto de dicha liberación energética es lo que conocemos como RELAJACIÓN NUCLEAR (necesita que las estructuras del entorno sean capaces de absorber energía).

Constantes de tiempo:

• T1: recuperación de la magnetización longitudinal.
• T2: pérdida de la fase de precesión.

A) RELAJACIÓN LONGITUDINAL (T1): fenómeno de realineamiento en paralelo con el eje longitudinal. Esta recuperación es diferente para cada tipo de tejido, ya que no todos los protones se relajan al mismo tiempo puesto que se encuentran en distintas estructuras moleculares. Cuando cesa el pulso de RF y comienza la fase de relajación con el fin de eliminar la energía sobrante y los protones vuelven a la posición paralela. El T1 de un tejido se define como el tiempo que tarda en recuperarse el 63% de su magnetización longitudinal. Cuanto más corto sea el tiempo de T1, más hiperintenso se visualizará si ponderamos (seleccionamos el tiempo de relajación de los átomos de hidrógeno) en T1.

B) RELAJACIÓN TRANSVERSAL (T2) RELAJACIÓN ESPÍN- ESPÍN: es el fenómeno de pérdida energética en el plano transversal y está relacionado con la pérdida de fase de los protones. La T2 se define como el tiempo que tarda hasta que persiste el 37% de su valor inicial. El T2 mide el tiempo que los protones permanecen en fase después de un pulso de RF. Estos cambios o alteraciones que tras cesar el pulso de RF se produce una progresiva pérdida de la coherencia de precesión sobre el plano transversal o desfase, de tal forma que unos protones procesarán más lentamente que otros hasta la magnetización transversa pierda el 63% de su valor inicial o se mantenga en el 37% de la misma. No existen imágenes en T1 y T2 puras, sino que todas las imágenes en RM tienen componentes T1 y T2.

4. Modos y Secuencias de Pulso en RM

4.1. Modos

Las imágenes ponderadas en T1 tienen como objetivo visualizar las diferencias entre tejidos durante la recuperación de la magnetización de equilibrio longitudinal después de haber sido alterada por un pulso de RF. Proporcionan la mejor resolución anatómica general.

Las imágenes ponderadas en T2 tienen como objetivo visualizar las diferencias entre tejidos durante el descenso de la magnetización transversal después de haber sido inducida por un pulso de RF. Especialmente útiles para la diferenciación en LCR. Los cambios patológicos suelen acompañarse de la acumulación de líquido y normalmente aparecen con claridad en las imágenes ponderadas en T2.

4.2. Secuencia de Pulso

En secuencia de RM consta de varios pulsos de RF que además pueden ser diferentes entre sí. La diferencia entre las secuencias y otras dependen del tipo de pulsos de radiofrecuencia utilizados y el tiempo que hay entre ellos.