Radiológia

1. Radiación ionizante. Generalidades. Interacción
de la radiación con la materia. Radiactividad.
Dr. Manuel A. Villarreal U.
Profesor Titular, Universidad de Los Andes

3. Física Radiológica: es la ciencia que estudia las radiaciones
ionizantes y su interacción con la materia.
Las radiaciones ionizantes

4. El origen de la Física Radiológica
1895: Roentgen descubre los rayos-X.
1896: Becquerel descubre la radiactividad.
1898: los esposos Curie descubren el radio.
Radiobiología: es la ciencia que estudia la acción de las
radiaciones ionizantes sobre los seres vivos.

5. Tipos de fuentes radiactivas
Fuentes Abiertas: todo material
radiactivo, que puede pasar a
formar parte del medio ambiente
con gran facilidad.
Fuentes Selladas: todo material
radiactivo que se encuentre
confinado en un recipiente
sólido, inoxidable, consistente y
estanco, que impida la fuga del
material radiactivo.

6. Prueba de Fuga
Toda fuente sellada en uso deberá ser sometida a la prueba
de fuga con una frecuencia anual. La prueba de fuga más
común que puede realizarse in situ es el denominado Ensayo
de Frotis Húmedo (del inglés Wipe Test).
Esta prueba consiste en limpiar la superficie de una fuente
con un hisopo o algodón humedecido en alcohol o solución
de Etilen di Amino Tetracético (EDTA). Si la actividad removida
en el hisopo o algodón es menor de 185 Bq, se considera la
fuente como exenta de fuga, es decir, la fuente radiactiva
conserva su integridad.

7. Tipo de fuente Vía de
exposición
Peligro
dominante
Condición
Sellada Irradiación
externa
Exposición a la
irradiación
externa
Irradiado
Abierta Irradiación
externa
Exposición a la
irradiación
externa
Irradiado
Abierta Inhalación Exposición a la
irradiación
interna
Contaminación
interna
Abierta Ingestión Exposición a la
irradiación
interna
Contaminación
interna
Abierta Contaminación
superficial
Exposición de la
piel
Contaminación
de piel e interna
por absorción

8. Rayos X: son radiaciones electromagnéticas, capaces de atravesar
la materia, transmitiendo parte de su energía e ionizando a los
átomos con quienes interacciona.

9. Los rayos X son producidos extranuclearmente, mientras que los
rayos  son producidos intranuclearmente. En términos
prácticos: los rayos X son producidos en un instrumento
eléctrico, mientras que los rayos  son emitidos por isótopos
radiactivos.

10. LOS EQUIPOS GENERADORES DE
RAYOS-X
Son aparatos alimentados por corriente eléctrica, de
funcionamiento discontinuo, en los que la puesta en marcha y
la parada dependen de un interruptor. No producen ni
almacenan sustancias radiactivas.

11. Componentes básicos de un equipo generador: tubo de
rayos x, fuente de alta tensión, sistema de emisión.

12. Componentes del equipo
El colimador: dispositivo colocado en la
boca del tubo, que permite restringir la
abertura del haz útil al volumen de interés.
El filtro: ubicado en el haz de rayos, atenúa
preferencialmente a los componentes
indeseables de dicho haz. Los componentes
propios del tubo tal como el vidrio actúan
como filtro (filtración inherente).

13. Consola de comando: desde donde se
controlan todos lo parámetros que definen las
características del haz y el tiempo de irradiación.
Control de tensión del tubo (kV): regulando su
valor se pueden obtener fotones de mayor o
menor energía y así regular la penetración de
acuerdo al grosor de la región del cuerpo a
radiografiar.
Control de intensidad de corriente en el tubo
(mA): regulando su valor se controla la cantidad
de fotones de rayos x que se emiten.

14. Producción de rayos X
Esquema de una emisión característica.
Curvas de emisión de rayos X característicos.

15. Rayos X característicos
Se producen cuando uno de los electrones incidentes
interacciona con un electrón de la capa interna del átomo del
blanco, dejando una vacancia en el nivel donde éste se
encontraba, presentando inestabilidad que se corrige
inmediatamente por un electrón de una de las capas externas.
En la transición de un electrón de una capa externa a una interna
ocurre de la emisión de un fotón de rayos X de energía igual a la
diferencia de energías entre los niveles.

16. Los pasos del proceso se resumen a continuación:
1. Incide un electrón sobre la capa interna del átomo del blanco.
2. Queda una vacante en este nivel de energía.
3. Un electrón externo ocupa la vacancia del nivel interno.
4. Emisión de fotón de rayos X.

17. Radiación de frenado (Bremsstrahlung)
Ocurre cuando el electrón incidente interacciona con el núcleo
atómico del blanco. Es importante mencionar que los rayos X
por radiación de frenado se producen con electrones de
cualquier energía y en el área de radiodiagnóstico comúnmente
ocurre esta interacción, debido a las bajas energías, sin
embargo, los rayos X característicos ocurren en un porcentaje
menor (±15%) para energías mayores a 100 kV.

18. En la figura se puede observar la desviación de la trayectoria de un
electrón al pasar cerca del núcleo, en la interacción de los
electrones 1 y 2 se muestra que a mayor cercanía del núcleo mayor
será la energía del fotón emitido, a diferencia del electrón 3, que
muestra una interacción con mayor distancia, en este caso, la
energía del fotón es baja.

19. Interacción de la radiación con la materia
Los rayos X son fotones de alta energía que emergen del tubo e
interaccionan con el tejido del paciente, reflejando información
importante de la estructura interna de éste y para comprender
esta interacción, en radiodiagnóstico se presentan dos efectos
fundamentales: el efecto fotoeléctrico y la dispersión o efecto
Compton.

20. En las imágenes radiográficas ocurre con mayor probabilidad el
efecto fotoeléctrico ya que ocurre para energías menores a 100
kV, que son los rangos de voltaje predominante en
radiodiagnóstico.
Al usar un voltaje mayor a 100 kV se presenta la dispersión
Compton, lo cual reduce la claridad de la imagen obtenida debido
al fotón dispersado, siendo necesario el uso de una rejilla
antidispersora que mejora el contraste.

21. Efecto fotoeléctrico
Se produce cuando un fotón incidente interacciona con los electrones
fuertemente ligados del átomo, el fotón tiene la energía suficiente para
desprender el electrón convirtiéndose éste en un fotoelectrón el cual
tendrá la energía del fotón incidente hν, menos la energía de ligadura
(o función trabajo) Eo, y en su lugar se acomoda un electrón de una de
las capas más externas del átomo, este efecto ocurre principalmente a
bajas energías.
La energía cinética Ec con la
que el fotoelectrón se
desprende del átomo es:
Ec = hν - Eo

22. El efecto fotoeléctrico es predominante en radiología
diagnóstica gracias al número atómico del material de los
tejidos involucrados (hueso, músculo, tejido adiposo) lo cual
permite usar energías bajas y realizar cambios en la intensidad
del haz, esto con el fin de obtener una imagen adecuada del
interior del cuerpo ya que no produce radiación dispersa, por lo
tanto el contraste de la imagen diagnóstica es óptimo.

23. Efecto o Dispersión Compton
Se origina por la interacción de los fotones de rayos-X con los
electrones de la capa más externa, los cuales son liberados
(electrones de retroceso) para dejar el átomo ionizado, mientras
que el fotón incidente experimenta una perdida de energía y un
cambio de dirección.

24. A medida que se aumenta la energía de los rayos X, el efecto
Compton predomina sobre el efecto fotoeléctrico, afectando la
imagen obtenida, debido a la radiación dispersa, esta es otra de las
razones de usar bajas energías en radiología diagnóstica.
La principal diferencia con el efecto fotoeléctrico, es que la
probabilidad de interacción de la dispersión Compton depende de
la densidad electrónica del material la cual es aproximadamente
constante para tejidos biológicos.

25. La dispersión Compton no distingue entre los materiales del tejido
biológico esto conlleva a un aumento en la radiación dispersa y por
lo tanto una baja calidad en la imagen diagnóstica.
Tanto el efecto fotoeléctrico como la dispersión Compton son
importantes en la calidad de la imagen y en la dosis de radiación
que recibe el paciente.

26. Para el caso del efecto fotoeléctrico, el bajo contraste es
adecuado al momento de diferenciar tejidos con absorción
similar, lo cual no ocurre con la dispersión Compton debido a que
se presenta radiación dispersa, sin embargo, la dosis al paciente
aumenta cuando se presenta el efecto fotoeléctrico, razón por la
cual es importante realizar una combinación adecuada de la
técnica radiológica (kV y mA) para que la imagen diagnóstica
tenga una buena calidad y la dosis al paciente sea mínima.

27. Radiactividad
Durante siglos los alquimistas practicaron una química que a
menudo era más arte que ciencia, queriendo la transmutación de
los metales en oro. En 1896, el físico francés Henri Becquerel
descubre casualmente el fenómeno de la radiactividad, mientras
estudiaba los fenómenos de fluorescencia y fosforescencia en
algunos minerales (sales de uranio). Pero fue Marie Curie quien
introduce el nombre de radiactividad al fenómeno descubierto
por Becquerel. En 1898, junto a su esposo Pierre, descubren dos
nuevas sustancias: el Radio y el Polonio, mucho más activas que el
Uranio.

28. La radiactividad puede ser natural, la que manifiestan los
isótopos que se encuentran en la naturaleza y artificial o
inducida, la que ha sido provocada por transformaciones
nucleares artificiales.
La radiactividad es la capacidad que manifiestan ciertos elementos
químicos de emitir partículas o radiaciones de forma espontánea
o artificial.
Cuando el núcleo de estos átomos se
fisiona, se libera energía en forma de
radiación alfa, beta y gamma. A este
proceso se le denomina decaimiento
radiactivo.

29. Radiactividad natural
El potasio tiene un isótopo radiactivo de vida muy larga y es
parte importante de la radiactividad natural; el rubidio, el
samario y el lutecio también tienen isótopos radiactivos pero
contribuyen en menor escala.
El torio y el uranio se encuentran en cantidades variables tanto
en el suelo como en las rocas. Cerca de los yacimientos de estos
minerales, la radiactividad se encuentra en concentraciones
muy superiores a la normal.
La mayoría de los isótopos radiactivos provienen de las cadenas
radiactivas del uranio-238, el torio-232 y el uranio-235.

30. El Gas Radón
El radón es un gas radiactivo que no tiene
color ni olor. Proviene de la
descomposición natural del uranio,
presente en casi todos los tipos de suelo,
incluso en la roca y el agua.
El 48% de la dosis de radiación recibida por un individuo
promedio en todo el mundo se debe a la presencia del gas
radón. Sin embargo, la causa principal de esa dosis no es
tanto la acción de este gas inerte sino la de sus hijas que son
químicamente activas.

31. Radiactividad artificial
Se produce cuando se bombardean ciertos núcleos estables
con partículas apropiadas. Si la energía de estas partículas
tiene un valor adecuado penetran dentro del núcleo
bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en caso de ser
inestable, se desintegra después radiactivamente.
Fue descubierta por los esposos Joliot-Curie, al bombardear
núcleos de boro y aluminio con partículas alfa ().
Observaron que las sustancias bombardeadas emitían
radiaciones después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de
las partículas  de bombardeo.

32. ¿Cómo surge la radiactividad?
Surge como consecuencia de la existencia de numerosos
núcleos que son inestables, los cuales para superar esa
condición y alcanzar un grado de estabilidad, se transforman
en otro tipo de núcleos con la emisión de determinadas
partículas (alfa y beta) o de fotones gamma.
Partícula alfa: dos neutrones y dos
protones = un núcleo de Helio

33. ¿Qué es un núcleo inestable?
La estabilidad nuclear está dada por el cociente del número
de protones y neutrones, Z/N. Si el cociente cae dentro de la
banda de estabilidad el elemento es estable, pero si por el
contrario cae fuera, el elemento es inestable o radiactivo.

34. Referencias
1. D. Lea. Curso básico de protección radiológica para
oficiales de seguridad radiológica. Caracas 2007.
2. H. Lobo. Curso de Física Moderna. Núcleo Universitario
Rafael Rangel, Universidad de los Andes, Trujillo 2010.
3. www.google/imágenes.com