Fundamentos de Radiología: Interacciones de Rayos X y Control de Imagen

Interacciones de la Radiación con la Materia

Comprender cómo los fotones interactúan con los tejidos es crucial en radiología para optimizar la calidad de la imagen y minimizar la dosis al paciente. A continuación, se describen los principales efectos:

Efecto Fotoeléctrico

Un fotón colisiona con un electrón en las capas más externas de un átomo del material absorbente. El fotón cede toda su energía al electrón, el cual es expulsado de su órbita, convirtiéndose en un fotoelectrón. Este efecto es deseable en radiología, ya que contribuye a la calidad de la imagen al eliminar la radiación no útil. Sin embargo, implica efectos biológicos, dado que la energía del fotón es absorbida por el paciente, lo que puede causar daño a los tejidos. En energías bajas (por debajo de 100 keV), este efecto es dominante.

Efecto Compton

Interacción no deseada, pero inevitable. Un fotón colisiona con un electrón de las capas más externas de un átomo. La energía transferida al electrón es suficiente para expulsarlo de su órbita, lo que produce una ionización o excitación del átomo. Sin embargo, el fotón no es absorbido completamente, sino que cambia de dirección y continúa su trayecto, generando radiación dispersa. Esto reduce la calidad de la imagen y puede causar irradiación adicional al personal presente. Además, las ionizaciones generadas en los tejidos del paciente pueden contribuir a efectos biológicos.

Efecto Thompson

Interacción de un fotón con un electrón en la que el fotón no experimenta cambio alguno de energía, y el electrón aumenta su energía, aunque no lo suficiente como para ser expulsado del átomo. Al tratarse de fotones de baja energía, no contribuyen significativamente al estudio de radiología.

Producción de Pares

Ocurre con fotones de alta energía. El fotón desaparece en el campo eléctrico del núcleo del tejido, dejando un electrón y un positrón (par iónico). El exceso de energía del fotón se convierte en energía cinética, permitiendo al par iónico moverse en sentido opuesto. El electrón actúa como ión libre y el positrón como reacción de aniquilación. Consiste en la conversión de energía en masa.

Fotodesintegración

También conocida como fototransmutación. Un fotón gamma es absorbido por el núcleo de un átomo, excitándolo y causando su ruptura. Dependiendo del tipo de partícula afectada (neutrón, protón o partícula alfa), el fenómeno recibe diferentes denominaciones. Se observa principalmente en reacciones nucleares de alta energía, como las que ocurren en bombas nucleares.

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Parámetros Clave en Radiología

Estos parámetros son fundamentales para el control de la calidad de la imagen y la dosis de radiación al paciente.

Kilovoltaje (kVp)

Determina la energía de los fotones y la penetrabilidad del haz de rayos X. A mayor kVp, se obtiene:

• Mayor penetrabilidad del haz.
• Menor contraste en la imagen (gama de grises más amplia).

Miliamperaje (mA)

Controla el número de electrones que impactan el ánodo por segundo. Usualmente se combina con el tiempo de exposición para formar el parámetro mAs (miliamperios por segundo), el cual controla la cantidad total de radiación emitida.

Tiempo de Exposición

Indica el tiempo durante el cual los electrones impactan el ánodo. Tiempos de exposición cortos reducen la borrosidad por movimiento. Cuando se reduce el tiempo de exposición, se deben aumentar los mA para mantener la dosis.

Distancia Foco-Receptor (DFR)

Afecta la intensidad de la radiación según la ley del inverso del cuadrado. La DFR estándar es de 100 cm; para estudios de tórax, se utiliza 180 cm. A mayor DFR, se necesita aumentar el mAs para compensar la reducción de intensidad.

Tamaño del Punto Focal

Puede seleccionarse entre foco fino y foco grueso. Afecta la nitidez de la imagen, pero no modifica la calidad del haz de rayos X.

Filtración

Reduce la radiación de baja energía (no útil para la imagen) para proteger al paciente. Tipos:

• Inherente: Elementos del propio tubo (ánodo, vidrio, aceite). Siempre presente.
• Añadida: Filtros colocados en la salida del haz.

Potencia del Tubo y Curvas de Carga

La potencia del tubo depende de su capacidad para disipar el calor generado. Las curvas de carga indican la combinación máxima de kV, mA y tiempo de exposición que el tubo puede soportar sin sufrir daño. Los sistemas modernos incluyen protecciones para evitar el uso de valores fuera de la curva de carga.