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Tecnicas en imágenes radioisotopicas
Apunte Nº 1
Introduccion
Encargada de Enseñanza: Lic. Caputi Anabella Virginia
Contenidos:
Reseña histórica
Radiaciones electromagnéticas
Interaccion de las R. electromagnéticas con la materia
Átomo: Caracterización de átomo. Nº atómico. Nº másico
Radiactividad.
Radiactividad natural y artificial.
Radionúclidos usados en medicina nuclear.
Radiaciones Ionizantes: α, β, γ.
Interacción con la materia.
Fundamentos de la obtención de imagen en medicina nuclear. Centelladores.
Detector de centelleo.
Unidades básicas de los equipos de medicina nuclear.
Cámara gamma
SPECT.
Colimadores.
Pet. Principios físicos del funcionamiento del Pet.
Producción de radiofármacos
PRACTICO:
Imágenes de cámara gamma
Imágenes de SPECT
Imágenes de PET.
Radionúclidos y radio fármacos.
Reseña histórica
En un breve recorrido histórico se rememoran los 115 años del nacimiento al mundo
científico, de lo que hoy se conoce como «imagenología» y los usos de las radiaciones
en provecho de la humanidad.
A finales del siglo XIX las expectativas en el progreso
médico se centraron en dos áreas de reciente aparición: la microbiología y la bioquímica
y nada hacía prever nuevos avances en el campo de la física aplicada.
Constituía una gran incógnita lo que pasaba en el interior del cuerpo de pacientes vivos
con alguna lesión o enfermedad, así como la localización y tamaño de una fractura ósea
o la presencia de un cálculo renal.
Pero pocos meses antes de terminar 1895 nacería el reino de la imagen. Casi
simultáneamente con la introducción de la cinematografía en Francia por los hermanos
Lumiere, se logra el descubrimiento de una radiación extraña que se llamó rayos X.
Este descubrimiento marcará el principio de la segunda revolución científica, el
nacimiento de la física moderna. Será el hallazgo de la física que mayor impacto directo
tendrá en la medicina. Con él nacerán la radiología, la medicina nuclear y el comienzo
de una tradición científica: los estudios de los físicos sobre la estructura de la materia,
que ofrecen, consecuentemente, importantes y novedosas herramientas para el
diagnóstico y tratamiento de algunas enfermedades.
Hoy la imagenología tiene un brillante porvenir, gracias a las posibilidades que ofrece la
informática para obtener, conservar y transmitir imágenes.
El diagnóstico y tratamiento de la enfermedad e investigación de la causa, historia y
curación de aquélla mediante el empleo de la radiación, ha aumentado enormemente
nuestra esperanza de vida, salud y bienestar. Sin embargo, en todas las ocasiones en que
se haga uso de la radiación se deben pesar los beneficios esperados y los daños que se
pueden ocasionar.
Las aplicaciones de diagnóstico de las radiaciones son innumerables, pues cada vez se
encuentran más técnicas adecuadas que visualizan no sólo los huesos, dientes y
cavidades corporales sino que hacen cortes de tejidos e imágenes que permiten precisar
desarrollos aún incipientes de cualquier enfermedad.
EL CONTEXTO DE LAS RADIACIONES
El empleo con fines de servicio de las radiaciones ionizantes y no ionizantes, tanto en la
industria como en la medicina, ha servido de pilar al desarrollo de la humanidad y su
bienestar. Además, la especie humana está siempre expuesta a las radiaciones ionizantes
de origen cósmico, a radiaciones naturales del medio donde vive.
A partir de 1895 con el descubrimiento de los rayos X por Roentgen se inicia el uso de
las radiaciones con fines médicos. Al año siguiente Henri Becquerel descubre en París
la radiactividad natural y en 1897, Joseph John Thompson descubre el electrón. En el
curso de un decenio, Rutherford, Planck y Einstein sientan las bases de la física
moderna y sus aplicaciones.
Si Copérnico, Galileo y Newton iniciaron la primera revolución científica, Roentgen
con su descubrimiento marca el comienzo de la segunda revolución, el nacimiento de la
física moderna, que lleva a reconocer la existencia de un universo microscópico en el
interior de la materia, algo insospechado hasta entonces. En rápida sucesión, uno tras
otro, los hallazgos y logros científicos, que siguen al descubrimiento de los rayos X,
cambian el mundo científico: la radiactividad natural, el electrón, la teoría cuántica de
Planck, el núcleo atómico, la radiactividad inducida, la relatividad, la mecánica
cuántica, la comprensión del átomo, la electrónica, etc.
Del descubrimiento de Becquerel de la radiactividad natural, se derivan, entonces en
1898, el aislamiento del radio (Ra-226) por Pierre y Marie Curie y sus aplicaciones
médicas, los progresos en el conocimiento de la estructura del átomo, la radioquímica,
los isótopos radiactivos artificiales y por último la energía atómica.
El descubrimiento del electrón por JJ Thomson en 1897 dará lugar a la electrónica
moderna y sus aplicaciones médicas.
En 1934 Irene y Fréderic Joliot Curie descubren la radiactividad artificial y se da
impulso a sus aplicaciones médicas. Se aprende así a fabricar isótopos radiactivos de la
mayor parte de los elementos naturales y, gracias a la radiación que emiten, se puede
seguir en el interior del organismo humano su destino o el de las moléculas en los que
se han introducido. Previamente George Von Heves inició el empleo de los marcadores,
en 1913, con radioisótopos naturales. En 1922, Antoine Lacassagne descubre el
principio de la autorradiografía. Con estos precursores se sientan las bases de la
medicina nuclear que experimenta un rápido desarrollo entre 1935 y 1939 y sobre todo a
partir de 1945 en adelante. Desde 1970, la escintigrafía y las cámaras de centelleo
permiten una mejor exploración de numerosos tejidos y órganos. Luego surgen la
cámara de positrones, la tomoescintigrafía y el diagnóstico funcional por imagen, que
hacen de la medicina nuclear una de las ramas más actualizadas de la imagenología.
En los años siguientes al descubrimiento de Roentgen, la expresión diagnóstico por
imagen no significaba más que radiografía, es decir, el empleo de los rayos X para
obtener una placa radiográfica; pero en los últimos 50 años el nivel técnico alcanzado
por la imagenología es grandioso, pero aún puede progresar más gracias a las
posibilidades que ofrece la informática, la telemática (al abrir nuevas vías de
teleprocesamiento de imágenes); la ultrasonografía intraoperatoria (permite descubrir
alteraciones patológicas y guiar al cirujano en el curso de una intervención); estudios de
isotopos, tomografía computadorizada (TC) (acelera la exploración de órganos y
proporciona imágenes detalladas); la tomografía potencial aplicada, el dopplerláser, la
resonancia magnética, el biomagnetismo (técnica de diagnóstico clínico por imágenes,
que en operaciones del cerebro evita los riesgos de lesiones de centros motores), la TC
láser de infrarrojos, la tomografía por emisión de positrones. La integración de las
diversas modalidades de diagnóstico por imagen mediante programas informáticos se
convertirá en una realidad clínica cotidiana, con el consiguiente mejoramiento de la
visualización, la sensibilidad y la especificidad. Las radiografías se digitalizan (se
prescinde de la película) y como su recuperación se hace instantáneamente en forma
aleatoria, se pueden transferir sus imágenes a cualquier sitio. Por medio de la
telerradiografía se podrá obtener asesoramiento de especialistas eminentes para
interpretar una imagen difícil. Todas las modalidades mencionadas se tendrán que
integrar y adaptar en el futuro a la genética médica. Aparecerán nuevas técnicas de
demostración de imágenes para identificar los portadores de genes de enfermedades y
supresores genéticos gracias a los estudios del genoma humano.
Casi todos los equipos de rayos X tienen muchos parámetros que se pueden alterar
cuando se aplican a los pacientes y dan por resultado sobreexposiciones innecesarias a
los mismos y hasta a los propios operarios, pero aún así son muy usuales y seguros si se
utiliza bien el equipo y se justifica clínicamente el empleo. En exámenes dinámicos, el
radiólogo dispone de un aparato de rayos X llamado fluoroscopio que le permite
observar en tiempo real la contracción cardíaca, el tránsito de la sangre por una arteria
de la cabeza o el flujo de orina por los riñones.
La radioterapia constituye la tercera rama de la radiología. Nace en 1896, pero sólo
toma su verdadera dimensión a partir de 1903 con el descubrimiento del radio, y se
convierte en una de las armas principales de la lucha contra el cáncer. En la actualidad
se estima que en un programa coherente de lucha anticancerosa, la radioterapia sola o
asociada con la cirugía o la quimioterapia resulta indispensable en más de la mitad de
los casos de esa enfermedad.
La radiobiología y la radioprotección nacen en los primeros años del siglo XX como
una respuesta a las observaciones de los médicos al comprobar que la exposición
repetida a estas fuentes de radiaciones podría provocar inflamaciones e incluso cánceres
en el propio operador. Así, entre 1920 y 1939, la frecuencia de leucemia era 10 veces
más elevada en los radiólogos que entre los demás médicos. En 1934 se comienza a
vislumbrar la relación entre dosis y el riesgo de cáncer y se formulan, por tanto, algunas
sencillas reglas de radioprotección y se fija una dosis máxima admisible.
Las radiaciones se utilizan también en usos industriales como la radiografía de piezas
metálicas en metalmecánica, determinación de perfiles, peso básico, densidad y niveles
de material en la industria papelera, generación de energía en los reactores atómicos y
otras aplicaciones menores como eliminación de estática, instrumentos de altitud de los
aviones, detectores de humo y pararrayos.
EL DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS X
Universidad de Würzburg, Baviera, Alemania, noviembre de 1895. El físico Wilhem
Konrad Roentgen termina su período como rector y se dispone a realizar una
investigación científica acerca de la "naturaleza de los rayos catódicos." Desde tiempo
atrás se tenía la inquietud que estos rayos eran la clave para comprender la electricidad.
Roentgen sabe de las experiencias de su colega Philipp Lenard con la extracción de
rayos catódicos del tubo donde se generan a través de una muy delgada ventana de
aluminio, pero ¿cómo se comportan estos rayos fuera del tubo, en el aire? ¿Qué tan lejos
llegan? ¿Qué efectos tienen?
Viernes 8 de noviembre de 1895. Laboratorio de Roentgen. Sobre su mesa de trabajo
está el carrete de inducción, carrete de Rühmkorff, conectado a las baterías y listo para
operar. De los bornes del carrete de inducción salen los alambres a los electrodos del
tubo de rayos catódicos, donde tiene ya un buen vacío de 10
-3
a 10
-4
mm Hg, que ha
alcanzado con la bomba de mercurio de Sprengel. Alrededor del tubo de rayos catódicos
coloca una cartulina negra, que envuelve completamente al tubo sin dejar ranura. Acaba
de cerrar el interruptor y activa así el carrete de inducción, cuando su vista capta un
resplandor que viene de una placa fluorescente, que por casualidad está sobre su mesa
de trabajo. El resplandor es visible pues el laboratorio está oscuro. Cierra las ventanas
del laboratorio y ya en plena oscuridad la fluorescencia es más notoria. La fluorescencia
es la respuesta del platinocianuro de bario de la placa a la luz que incide sobre ella:
recibe luz y emite entonces un resplandor característico. Observa que el resplandor
continúa sin que la luz incida sobre la placa, en plena oscuridad. Esto es algo raro ¿qué
es lo que excita al material de la placa fluorescente? ¿Es el resplandor producto de la
activación del carrete de inducción sobre el tubo de rayos catódicos? Al conectar y
desconectar varias veces este carrete confirma que en efecto la fluorescencia observada
en la placa es una respuesta a la actividad del tubo de rayos catódicos. Pero el tubo está
completamente cubierto por la cartulina negra y entonces ¿no hay posibilidad de envío
de luz a la placa? Así Roentgen concluye que tiene que haber un agente desconocido,
que a partir del tubo de rayos catódicos, atraviesa la cartulina y llega hasta la placa y
activa en ella su fluorescencia. Al ubicar la placa a varios metros de distancia del tubo,
todavía se presenta el resplandor. Entonces su alcance es apreciable. Ensaya con varios
tipos de cubiertas: papel, libros, madera, para ubicar materiales como obstáculo entre el
tubo y la placa pero el resplandor persiste, aunque su intensidad disminuye al aumentar
la densidad o el espesor del material.
Se sucede el momento más glorioso de su vida, cuando pone su propia mano entre el
tubo y la placa y ¡cuál no sería su sorpresa cuando en la placa fluorescente observa no la
sombra normal de su mano, sino claramente los huesos! Roentgen es así, la primera
persona que puede ver el interior del cuerpo sin tener que abrirlo quirúrgicamente.
Al continuar su trabajo experimental ha descubierto que los efectos de estos rayos
especiales se pueden también registrar y con mayor claridad, en placas fotográficas.
Invita a su esposa Bertha y le pide que ponga la mano, con anillos y pulseras, entre el
tubo de rayos catódicos y la placa fotográfica. El resultado es la fotografía, hoy llamada
radiografía, que le dará más tarde la vuelta al mundo.
Tras siete semanas de trabajo aislado en su laboratorio, Roentgen comunica al mundo su
descubrimiento, y envía a la Sociedad de Física Médica de Würzburg el 28 de diciembre
de 1895 un artículo titulado "Sobre un nuevo tipo de rayos, una comunicación
preliminar."
Cuando le preguntaron qué pensaba de su magno descubrimiento, Roentgen respondió:
"No pienso; investigo," pues consideraba que la ciencia no pertenecía sólo a los
científicos. Al juzgar que sus descubrimientos pertenecían a la humanidad y no debían
verse limitados por patentes, licencias o contratos de monopolios, renunció a la
posibilidad de hacerse rico; no exigió derechos de autor por sus primeras imágenes
radiográficas ni aceptó un título de nobleza que le ofrecieron y donó a la Universidad de
Würzburg la dotación económica del Premio Nobel que le concedieron en 1901. Su
generosidad contribuyó sin duda a la rápida difusión del nuevo descubrimiento y
preparó el terreno para el extraordinario desarrollo ulterior del diagnóstico por imagen.
Al hablar de ese agente activo que produjo la fluorescencia y que pasaba a través de la
cartulina negra que envolvía al tubo de rayos catódicos, lo llamó rayos X: «X» por ser
desconocidos, "rayos" por la formación regular de sombras de los objetos ubicados
entre el tubo y la pantalla fluorescente y también por las fotografías de este agente con
la cámara de agujero; es decir, ese agente se propagaba en línea recta en todas las
direcciones.
Las características enunciadas fueron:
1. Los cuerpos se hacen transparentes a los rayos X: la transparencia la obtienen de la
apreciación de las impresiones fotográficas con rayos X para tiempos iguales de
exposición, aunque se anotó que estaban pendientes las mediciones fotométricas, por no
contar con un fotómetro adecuado. La transparencia de las diversas sustancias a los
rayos X disminuye entre más densa sea la sustancia y al aumentar su espesor.
2. Producen efectos especiales: la fluorescencia en diferentes sustancias, los efectos en
distintas placas fotográficas, los efectos de calentamiento para largas exposiciones a los
rayos X.
3. Sobre la naturaleza de los rayos X: aunque son generados por los rayos catódicos, son
diferentes a éstos, porque inciden sobre la pared del tubo de descarga o sobre otros
obstáculos, la placa metálica del anticátodo del tubo. Y, a diferencia de los rayos
catódicos, no son desviados por intensos campos magnéticos. En contraste con la luz,
estos rayos son completamente invisibles, no son sensibles al ojo humano, ni por
acercar los ojos al tubo de descarga. Tampoco se refractan al pasar por prismas de
diversos materiales, y concluyó que no es posible producir lentes para concentrarlos, ni
presentan fenómenos de interferencia al pasar por rendijas.
La publicación de Roentgen describía claramente la forma de obtener los rayos X, y los
equipos, que en esa época estaban en cualquier laboratorio de física y eran de fácil
adquisición. Michael Pupin, de la Universidad de Columbia, EE. UU., informó tener
éxito en generar rayos X, pues se produjeron radiografías que mostraban el esqueleto
humano: ¡el esqueleto de los vivos, no de los muertos!, lo que era muy impactante, pues
hasta ese momento el esqueleto se asociaba con la muerte.
Se genera una especulación consumista: todos deseaban tener la fotografía de sus
huesos, bañarse en rayos X, recibir los rayos para mantenerse jóvenes, limpiar la piel,
pues se les atribuían poderes mágicos, tal vez como fuente de salud y juventud. Los
carretes de inducción y los tubos de rayos catódicos ahora son llamados tubos de rayos
X. Para los médicos, en sus consultorios, se hace casi obligatorio ofrecer la posibilidad
del uso de rayos X para el diagnóstico y tratamiento de diversas enfermedades: se
utilizan los rayos X para depilar el cuero cabelludo en los niños que sufrían tiña. Se
informan éxitos en Francia logrados con los rayos X en el tratamiento de cánceres de
estómago y boca.
En Menlo Park, Estados Unidos, Thomas Alva Edison trabajaba con nuevas sustancias
para mejorar las placas fluorescentes a fin de producir una respuesta más rápida, que
permita obtener imágenes de rayos X en movimiento (hay que recordar que en esa
época ya se tenía el cinematógrafo). Edison experimentó así con lo que llamó
"fluoroscopio", que permitía observar el interior del cuerpo humano en movimiento.
Para lograr esto hubo que ensayar largas horas de exposición a los rayos X de mucha
intensidad, y un colaborador de Edison sufrió serias quemaduras producidas por los
rayos X. Al ser tan grave este accidente, Edison decidió suspender los experimentos.
Luego pudo mejorar los equipos de rayos X, y aumentar su potencia, su precisión y su
seguridad.
En la presentación del descubrimiento de Roentgen se encuentra Antoine Henri
Becquerel, quien está muy interesado en comprender la naturaleza de la fluorescencia.
Se pregunta ¿acaso la fluorescencia produce rayos X? Inicia una serie de experiencias
con sustancias fluorescentes puestas sobre placas fotográficas muy bien cubiertas con su
envoltura protectora. Pero el sol de invierno de esa época (enero 1896) es débil y no
logra excitar suficientemente la fluorescencia para que ésta genere rayos X que
atraviesen la cubierta protectora del material fotográfico. Guarda las placas en un cajón
cerrado, en espera de mejores condiciones de sol. En marzo revela las placas y buscaba
obtener una huella débil de la poca fluorescencia que logró generar. Pero su sorpresa es
mayúscula al ver la huella más intensa que lo que calculaba; así Becquerel descubrió la
«radiactividad natural»: en aquel cajón había unas sales de uranio que emitían una
radiación mayor, independientemente de cualquier fenómeno de fluorescencia. Este
nuevo tipo de radiación era aún más penetrante que los rayos X.
Nuevamente la especulación consumista surge, pues al descubrir la existencia de zonas
con intensa radiactividad natural, muchos propietarios de balnearios termales
anunciaron los efectos benéficos para la salud que resultaban de beber sus aguas
radiactivas, se incitaba al público a introducirse en el agua y a respirar el aire de minas
antiguas, como tratamiento curativo para la artritis reumatoidea, afecciones vasculares y
padecimientos geriátricos. Posteriormente se llega a recetar compuestos de radio (Ra
-
226
) para afecciones como la caída del cabello, el decaimiento general, etc.
Con la primera y segunda guerras mundiales se da amplia utilización a las radiaciones y
se avanza en elementos de equipos, materiales opacos de contraste, fuentes de alta
energía para la radioterapia, aplicadores de radio para el tratamiento de cáncer y en
mejorar las técnicas clínicas. Se logra la intensificación electrónica de la imagen en
movimiento en la fluoroscopia; equipos especiales como los mamógrafos y otros.
Derivados del sonar y del radar se generan los equipos ultrasónicos, que resultan muy
atractivos para examinar a las embarazadas en busca de anomalías fetales, diagnóstico y
vigilancia de ciertas parasitosis (amibiasis, esquistosomiasis y enfermedad de Chagas).
En 1979, GN Hounsfield recibe el premio Nobel por su invención de la tomografía
computadorizada, que permite estudiar cortes del cuerpo en los que se combinan miles
de elementos de información para producir una imagen clara que revele nuevos datos a
radiólogos y médicos. Diez años después surge la resonancia magnética, en la que se
utilizan campos magnéticos artificiales intensivos para producir señales de radio a partir
del cuerpo del paciente, que traducidas por computadores dan imágenes detalladas y en
color. La introducción en la práctica clínica de las técnicas de Doppler ha hecho posible
observar la actividad cardíaca fetal y visualizar el flujo sanguíneo en el interior de
arterias y venas.
A partir de 1948 se inicia la inyección (marcado) en el hombre de radioisótopos
artificiales, al observar la fijación del iodo radiactivo (I
-131
) en la glándula tiroides se
puede medir su radiactividad y así evaluar su actividad funcional desde un punto de
vista morfológico. Con la aparición de la escintigrafía y las cámaras de centelleo se
obtienen imágenes de calidad que permiten evaluar la función de cualquier órgano
determinado del cuerpo (gammagrafía ósea con fosfato marcado; la gammagrafía
tumoral, miocárdica y por perfusión cerebral), luego las cámaras de positrones
(tomografía de emisión de positrones), la tomoescintigrafía y el diagnóstico funcional
por imagen, hacen que la medicina nuclear se convierta en una de las ramas más
dinámicas de la imagenología médica.
Con la radioterapia se busca destruir selectivamente las células responsables de los
fracasos postoperatorios en más de 90 % de los casos de los tratamientos contra el
cáncer. Se maneja la radioterapia externa (con equipos de cobaltoterapia, rayos X de
alta energía, aceleradores lineales de fotones y electrones); la braquiterapia con fuentes
radiactivas colocadas en los tejidos o cavidades naturales durante cierto tiempo; la
radiofísica médica que permite medir la cantidad exacta de radiación que se debe
administrar al paciente y distribuirla de modo adecuado en los tejidos para destruir la
neoplasia cancerosa sin alterar el tejido sano; y la radiobiología que permite conocer los
mecanismos de acción de las radiaciones y su uso óptimo tanto en el tejido normal
como en el patológico.
Los servicios radiológicos de diagnóstico, tratamiento y prevención (protección contra
posibles riesgos) se conciben actualmente en beneficio de toda la comunidad en lugar de
concentrarlos en un grupo o una enfermedad concretos.
Otros usos de las radiaciones son el empleo de la radiación ultravioleta, en procesos de
desinfección y enfermedades cutáneas; del láser en las operaciones quirúrgicas; de los
microscopios electrónicos; unidades diatérmicas de microondas.
ONDAS ELECTROMAGNETICAS
La palabra “electromagnética” es la combinación de los términos “eléctrica” y
“magnética”. Esto es debido a que los efectos eléctricos y magnéticos están íntimamente
relacionados, siendo producidos por la misma propiedad de la materia a la que damos el
nombre de “carga eléctrica”. Estas ondas electromagnéticas se producen por la
oscilación o aceleración de una carga eléctrica
En 1864, James Clark Maxwell, físico escocés, publico un artículo que titulo “Teoría
dinámica del campo electromagnético” en el que presento cuatro ecuaciones que
unificaban los campos eléctricos y magnéticos (Ley de Gauss del campo eléctrico; ley
de Gauss del campo magnético; ley de Ampere y Ley de Faraday).
La teoría de Maxwell demostraba que la electricidad y el magnetismo no pueden existir
aisladamente, sino que son dos aspectos de un mismo fenómeno. El cambio de valor o
de posición de las cargas con el tiempo hace que tanto el campo eléctrico como el
campo magnético varíen con respecto al tiempo, propagándose simultáneamente a
través del espacio formando un campo electromagnético. La propagación de la
perturbación recibe el nombre de onda electromagnética.
ESPECTRO ELECTROMAGNETICO
Cuando un rayo de luz pasa de un medio transparente como el aire a otro medio
transparente, por ejemplo vidrio o agua, el rayo se desvía; al volver a salir al aire vuelve
a desviarse. Esta desviación se denomina refracción; la magnitud de la refracción
depende de la longitud de onda de la luz. La luz violeta, por ejemplo, se desvía más que
la luz roja al pasar del aire al vidrio o del vidrio al aire. Así, una mezcla de luces roja y
violeta se dispersa al pasar por un prisma en forma de cuña y se divide en dos colores.
Se diferencian en su frecuencia y longitud de onda. Dos rayos de luz con la misma
longitud de onda tienen la misma frecuencia y el mismo color. La longitud de onda de la
luz es tan corta que suele expresarse en nanómetros (nm).
Los científicos descubrieron que más allá del extremo violeta del espectro podía
detectarse una radiación invisible para el ojo humano pero con una marcada acción
fotoquímica; se la denominó radiación ultravioleta. Igualmente, más allá del extremo
rojo del espectro se detectó radiación infrarroja que aunque era invisible transmitía
energía, como demostraba su capacidad para hacer subir un termómetro. Como
consecuencia, se redefinió el término espectro para que abarcara esas radiaciones
invisibles, y desde entonces se ha ampliado para incluir las ondas de radio más allá del
infrarrojo y los rayos X y rayos gamma más allá del ultravioleta.
Por orden decreciente de frecuencias (o creciente de longitudes de onda), el espectro
electromagnético está compuesto por rayos gamma, rayos X duros y blandos, radiación
ultravioleta, luz visible, rayos infrarrojos, microondas y ondas de radio. Los rayos
gamma y los rayos X duros tienen una longitud de onda de entre 0,005 y 0,5
nanómetros (un nanómetro, o nm, es una millonésima de milímetro). Los rayos X
blandos se solapan con la radiación ultravioleta en longitudes de onda próximas a los 50
nm. No existen límites definidos entre las diferentes longitudes de onda, pero puede
considerarse que la radiación ultravioleta va desde los 350 nm hasta los 10 nm. El
ultravioleta, a su vez, da paso a la luz visible, que va aproximadamente desde 400 hasta
800 nm. La longitud de onda de la luz violeta varía entre unos 400 y 450 nm, y la de la
luz roja entre unos 620 y 760 nm. Los rayos infrarrojos o "radiación de calor" se
solapan con las frecuencias de radio de microondas, entre los 100.000 y 400.000 nm.
Desde esta longitud de onda hasta unos 15.000 metros, el espectro está ocupado por las
diferentes ondas de radio; más allá de la zona de radio, el espectro entra en las bajas
frecuencias, cuyas longitudes de onda llegan a medirse en decenas de miles de
kilómetros.
FOTONES
El fotón se define como la cantidad mínima de cualquier tipo de radiación
electromagnética, al igual que un átomo es la menor cantidad de un elemento que
conserva sus propiedades. El fotón puede representarse como un pequeño haz de
energía, llamado a veces cuanto, que recorre el espacio a la velocidad de la luz. Si bien
los fotones carecen de masa y por lo tanto no tienen una forma fácilmente identificable,
poseen campos eléctricos y magnéticos que cambian continuamente según un esquema
sinusoidal.
FRECUENCIA Y LONGITUD DE ONDA
El modelo de onda sinusoidal de la radiación electromagnética describe las variaciones
de los campos eléctricos y magnéticos durante el desplazamiento del fotón a la
velocidad de la luz. Las propiedades importantes de este modelo son la frecuencia
representada por la letra f y la longitud de onda, simbolizada por la letra griega lambda
(λ).
La velocidad de subida y bajada de una onda sinusoidal recibe el nombre de frecuencia.
Por lo común ésta magnitud se define como el número de oscilaciones por segundos o
ciclos por segundos. La unidad de medida de frecuencia es el Hertz (Hz). Un Hz. es
igual a un ciclo por segundo.
La longitud de onda es la distancia entre dos picos sucesivos o dos valles sucesivos, o
también la distancia de un determinado punto de la onda sinusoidal al mismo punto de
la onda siguiente.
NATURALEZA DE LA RADIACION ELECTROMAGNETICA
Un fotón de radiación X y un fotón de luz visible son, en esencia, iguales. Solo difieren
en que el primero posee una frecuencia muy superior y una longitud de onda más corta
que el segundo. Estas diferencias reflejan el modo en que estos fotones interaccionan
con la materia. La luz visible interacciona con la materia de una forma muy distinta a
los rayos X. Cuando un fotón de luz choca con un objeto, hace vibrar sus moléculas.
Los electrones orbitales de algunos átomos de determinadas moléculas son excitados
hasta un nivel de energía mayor que el normal. Esta energía se irradia inmediatamente
como otro fotón de luz. Las estructuras atómica y molecular del objeto determinan las
longitudes de onda de la luz irradiada. Así, una hoja de árbol aparece verde bajo la luz
solar por que los fotones de la luz visible son absorbidos por la hoja y solo vuelven a ser
emitidos aquellos con longitudes de onda en la región del verde.
Múltiples fenómenos familiares de la luz, como la reflexión, absorción y transmisión,
son más fáciles de explicar si se utiliza el modelo de onda de la radiación
electromagnética.
Los fotones de rayos X, en cambio, se comportan mas como partículas
que como ondas. Aunque, en realidad, en ambos tipos coexisten los dos tipos de
naturaleza, un fenómeno que se conoce como dualidad partícula-onda de la radiación
(ver interacción de los rayos x con la materia).
Otra forma de evaluar la interacción de la radiación electromagnética
con la materia es con arreglo a la longitud de onda. Los fotones interaccionan con la
materia con más facilidad cuando el tamaño de las partículas materiales es comparable a
la longitud de onda del fotón. Por tanto, los fotones de las emisiones de radio, cuyas
longitudes de onda se miden en metros, interaccionan con grandes varillas metálicas o
alambres denominados antenas. Sin embargo, las microondas, de longitudes de onda
expresadas en centímetros, interaccionan principalmente con objetos de este tamaño,
como son los productos alimentarios. La luz visible posee longitudes de onda medidas
en micrómetros, e interacciona con las células vivas, por ejemplo los conos y bastones
de la retina ocular. Por su parte, la luz ultravioleta interacciona con las moléculas, y los
rayos X lo hacen con los átomos y las partículas subatómicas. Toda radiación con
longitudes de onda superiores a las de los rayos X muestra en sus interacciones un
comportamiento predominantemente ondulatorio; en cambio, los rayos X actúan como
si fueran partículas.
PROPIEDADES
Las radiaciones electromagnéticas poseen las propiedades generales de las ondas
(propagación, reflexión, refracción, difracción, absorción, etc.) y, a diferencia de las
ondas mecánicas pueden transmitirse en el vacío. Además le son aplicables las
siguientes leyes: Ley del inverso del cuadrado de la distancia, Ley del coseno de
Lambert, Ley de Bunsen-Roscoe y Ley de Grotthus-Draper.
Según la Ley del inverso del cuadrado la intensidad de la radiación electromagnética
que incide sobre una superficie es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
entre la superficie y el foco emisor. Esta relación entre intensidad de radiación y
distancia con respecto a la fuente se aplica, por ejemplo a los rayos X: cuando se
duplica la distancia desde el origen la intensidad de la radiación se reduce la cuarta
parte.
De acuerdo con la Ley del coseno de Lambert la máxima intensidad de la radiación
sobre una superficie ocurre cuando el haz incide perpendicularmente sobre la misma. Si
la incidencia es oblicua, es decir si la irradiación se realiza en una dirección que forma
un ángulo con la perpendicular la intensidad recibida es menor.
I
b=
I
a cos α
Donde
I
a
es el valor de la intensidad sobre la superficie perpendicular al haz. Por esto,
en las aplicaciones medicas, cuando se irradia a un enfermo, el haz debe incidir de
forma lo mas perpendicular posible sobre la superficie sometida a examen.
La Ley Bunsen-Roscoe establece que el producto de la intensidad de la radiación por
una potencia del tiempo de exposición debe mantenerse constante para que el efecto
biológico producido sea el mismo:
I t
n
=cte
Donde n es un exponente cuyo valor, en procesos biológicos, es uno. Así, por ejemplo,
si se reduce la intensidad a la mitad es necesario aumentar el tiempo de exposición al
doble para producir el mismo efecto biológico.
Finalmente la Ley de Grotthus-Draper, Al enunciar que “solo es eficaz la radiación
absorbida”, expresa la importancia de conocer la dosis de radiación que realmente
transforma su energía en el interior del sujeto (dosis absorbida), que es la que puede
producir un efecto biológico.
MODELO DE PARTÍCULAS: TEORÍA CUÁNTICA.
A diferencia de otras regiones del espectro electromagnético, los rayos X suelen
identificarse en función de su energía, que se mide en electrón-voltios (eV). La energía
de los fotones de rayos X oscila aproximadamente entre 1 KeV y 50 MeV o más. Las
longitudes de onda que se asocian a este intervalo son de 10
-9
a 10
-12
m,
aproximadamente. La frecuencia de estos fotones, por su parte, está comprendida entre
10
18
y 10
21
Hz.
El interés principal del radiólogo en este campo es el rango diagnostico de la radiación
X, aunque lo dicho para este rango es igualmente aplicable a otros tipos de radiación X.
La máxima energía posible de los rayos X solo está limitada por las dimensiones del
aparato de rayos X de que se disponga.
Cada fotón de rayos X puede verse como un contenedor de un campo eléctrico y otro
magnético que varían de forma sinusoidal en direcciones perpendiculares entre sí. La

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