Radiología: Historia, principios físicos y producción de rayos X

Historia de los Rayos X

El 8 de noviembre de 1895, el ingeniero mecánico Wilhelm Conrad Röntgen, mientras realizaba experimentos en física, descubrió que una pieza de cartón cubierta con cristal de platinocianuro de bario se volvía fluorescente cuando un haz de rayos catódicos pasaba a través de un tubo al vacío de Hittorf y Crookes. Paulatinamente, se demostró que esta fluorescencia ocurría a pesar de colocar diferentes objetos entre el tubo y la superficie fosforescente, mientras que el plomo no permitía el paso de estos “nuevos rayos”. Posteriormente, se realizaron impresiones sobre placas radiográficas.

El 28 de diciembre de 1895, en la Sociedad Físico-Médica de Würzburg, se presentó la comunicación de “una nueva clase de rayos”, denominándosele rayos “X”.

Cronología de avances:

• 1913: El físico Coolidge consiguió un tubo de alto vacío con filamento caliente y ánodo de tungsteno.
• 1916: Se diseñaron las parrillas fijas (Potter) y el Bucky, mejorando considerablemente la calidad de la imagen.
• 1925: Ruggles diseñó la cineradiografía, es decir, la imagen radiográfica con secuencia de cine.
• 1948: Moon diseña el intensificador de imagen, con mejoría considerable de la visualización en radioscopia y rebaja importante en la dosis administrada al paciente y al operador de equipos radiógenos.
• Años 60: La introducción del procesado automático de placas radiográficas marca otra mejora considerable en la optimización de los estudios radiográficos tal cual hoy conocemos.
• Actualidad: Nos encontramos en la era digital, en la cual los estudios radiográficos se realizan vía computarizada por cable de internet, obviándose los reactivos químicos para el procesado de las radiografías, y las imágenes se entregan vía CD o USB.

Principios Físicos de las Radiaciones Ionizantes Generadoras de Alta Tensión

Los rayos X forman parte del espectro de radiaciones electromagnéticas.

• Las ondas eléctricas y las de radio están en un extremo del mismo.
• Los rayos infrarrojos, los visibles y los ultravioletas están en la zona media.
• Los rayos X y los rayos cósmicos están en el otro extremo.

La diferencia de los rayos X con los rayos luminosos está en la frecuencia, es decir, en el número de vibraciones por segundo. Es así que los rayos X se parecen a los rayos de luz, pero tienen mucha menor longitud de onda, aproximadamente 1/10.000 de la longitud de onda de la luz visible.

La diferencia de onda se mide en unidades Amstrong (A). Las longitudes de onda utilizadas en radiografía médica son aproximadamente de 0.5 a 0.12 A.

Origen y Producción de Rayos X

Para producir rayos X es necesario tener una fuente de electrones que choque contra una diana con suficiente energía. Este es el proceso físico en el que la mayor parte de la energía del electrón se convierte en calor y una pequeñísima cantidad de energía se convierte en rayos X.

Los rayos X se originan cuando los electrones inciden con muy alta velocidad sobre la materia y son frenados repentinamente.

La radiación X así producida consiste en muchas y variadas longitudes de onda que juntas forman lo que se llama el espectro continuo. Esto se debe a que no todos los electrones chocan con la misma velocidad. Si la energía del bombardeo de los electrones es mayor todavía, se producirá otro tipo de radiación, cuyas características dependerán del material del blanco. Esta es la llamada radiación característica, que tiene una longitud de onda definida.

La diferente longitud de onda determina la calidad o dureza de los rayos X. Cuanto menor es la longitud de onda, se habla de radiación más dura, que tiene mayor poder de penetración. Lo contrario a esto se llama radiación blanda.

Tubo de Rayos X

El tubo de rayos X consiste básicamente en un envolvente de vidrio vacío, dentro del cual hay un electrodo negativo llamado cátodo, por donde ingresa la corriente eléctrica, y uno positivo llamado ánodo. Dentro del cátodo hay un filamento, generalmente de alambre de tungsteno, que emite electrones cuando se calienta.

El filamento del cátodo se calienta y se pone incandescente. La cantidad de electrones está en relación directa con la temperatura que alcanza. Por tanto, ese calentamiento del filamento controla la cantidad de radiación. Estos electrones producidos en el cátodo son enfocados para chocar contra una zona del ánodo que se llama “mancha focal o foco”.

Cuando se aplica un alto voltaje entre el cátodo y el ánodo, los electrones son atraídos hacia el ánodo y chocan contra la “mancha focal” con una gran fuerza. Cuanto más alto es el voltaje, mayor es la velocidad de estos electrones; con esto se consiguen rayos X de longitud de onda más corta y, por tanto, de mayor intensidad y poder de penetración. Por tanto, la tensión existente entre el ánodo y el cátodo regula la velocidad de los electrones y controla la calidad de la radiación.

Relación entre kilovoltaje y características de los rayos X:

A mayor kilovoltaje:

1. Electrones más rápidos.
2. Mayor energía en los rayos X.
3. Menor longitud de onda.
4. Mayor poder de penetración.
5. Rayos X más duros.

A menor kilovoltaje:

1. Electrones más lentos.
2. Menor energía de los rayos X.
3. Mayor longitud de onda.
4. Menor poder de penetración.
5. Rayos X más blandos.

El impacto de los electrones produce fundamentalmente calor y una pequeña parte de rayos X. El calor debe ser disipado, por lo que todos los tubos presentan diferentes métodos de enfriamiento. El más sencillo de estos consiste en que el ánodo se continúe hacia atrás con un buen conductor del calor, tal como cobre, etc.