UNIDA I FÍSICA DE LA RADIACIÓN

La radiología al igual que todas las demás especialidades médicas tiene orígenes muy humildes y antiguos, es por eso que conocer su historia es indispensable, a continuación conoceremos un poco de esta historia con la siguiente presentación.

Como sabemos ahora Röntgen fue el descubridor de los rayos X, el cual fue un descubrimiento clave para la ciencia hoy en día. A continuación para reafirmar conocimientos se muestra un vídeo sobre la historia de los rayos X.

Para entender la radiación debemos conocer la estructura atómica. Empezaremos hablando sobre los descubrimientos que llevaron hasta el modelo atómico actual.

Hace 2500 años la estructura de la materia empezaba a ponerse en claro Cuando Demócrito y Leucipo  afirmaban que 

• La materia esta constituida por partículas solidas, invisibles e indivisibles llamadas átomos.
• Los átomos son indestructibles.
• Los átomos se encuentran en constante movimiento. 
• Existen diferentes tipos de átomos según cada tipo de materia.
• La asociación de estos átomos define las propiedades de la materia.

Estas acepciones fueron rechazadas por los pensadores de esos tiempos hasta que después de 2000 años 

• John Dalton describió a los átomos como partículas esféricas, minúsculas, indivisibles e indestructibles con propiedades diferentes para cada elemento químico.

En 1853 se empezaron a fabricar recipientes de vidrio, en cuyo interior, tenían placas de metal (electrodos) el polo positivo o ánodo y el polo negativo o cátodo que conectados a un generador de corriente eléctrica generaba radiación, conocidos como rayos catódicos. Este descubrimiento por parte de Heinrich Geissler fue clave para el descubrimiento de la primera partícula subatómica. 

Posteriormente en 1985 Williams Conrad Roentgen descubrió los rayos X descubrimiento con el cual Joseph Thomson descubriría los electrones y los describiría como partículas de carga negativa que viajaban del cátodo al ánodo y producían radiación.

Thomson propuso su modelo atómico

• Este se refería al átomo como una esfera cargada uniforme y positivamente, dentro del cual están repartidos los electrones en toda la masa del átomo. 

Jean Baptiste Perrin demostró la presencia de partículas negativas en la materia, modifico el modelo de Thomson siendo el primer científico en considerar que la carga negativa se encontraba en la periferia de la masa positiva, a la que llamo núcleo. 

En 1886, Eugen Golstein en un experimento percibió que unos rayos viajaban en sentido contrario a los rayos catódicos, es decir del ánodo al cátodo, a estos los llamo rayos canales, y supuso que tenían masa y carga eléctrica positiva. Que después se llamarían protones, la segunda partícula subatómica del átomo. 

En 1914 Ernest Rutherford comprobó que la carga del protón era la misma que la del electrón pero positiva. Fue el quien identifico los tres tipos de rayos presentes en la radiación, que son rayos alfa, beta y gamma. 

Rutherford propuso su modelo atómico 

• Este modelo comparaba al átomo como un sistema planetario donde los protones estaban localizados en el núcleo rodeado de electrones girando alrededor.

En 1932 James Chadwick comprobó la existencia de otra partícula de masa igual al protón pero sin carga eléctrica ala que dio nombre de neutrón y la ubico en el núcleo atómico junto a los protones. 

El modelo atómico actual se basa en una serie de modelos como son:

• Niels Bohr propuso órbitas definidas situadas alrededor del núcleo done se desplazan los electrones y en donde solo alcanza un numero determinado de electrones. Cada órbita de energía queda determinado por un numero cuántico principal "n".

• Otro modelo atómico aceptado fue el de Sommerfeld establecido en 1916  para explicar la estructura final de los espectros atómicos, modifico el modelo de Bohr y propone que a partir del segundo nivel existen subniveles que corresponden al numero cuántico secundario representado por "s,p,d,f".

• El modelo atómico de Schrodinger es un modelo atómico matemático que plantea la posibilidad de conocer la posición del electrón y la energía del mismo. Introdujo el tercer numero cuántico que llamo momento magnético "m". Este modelo permite calcular la posición del electrón.

•  En 1928 Paul Dirac y Pascual Jordán proponen un modelo basado en la mecánica cuántica que considera que cuando las partículas son muy pequeñas ya no es posible fijar su posición y su velocidad al mismo tiempo, y deja de tener sentido la órbita. Entonces se piensa que el electrón ya no describe una órbita sino una nube electrónica. E introdujeron un cuarto número cuántico que equivale al giro "s" del electrón sobre el mismo. 

Debemos darnos cuenta que la imagen que se ha tenido desde el primer modelo atómico hasta el modelo actual del átomo. Teniendo en cuenta que el átomo consta de dos partes bien definidas: el núcleo que representa el 99.98% de la masa del átomo y la nube electrónica que representa el 99.99% del volumen del átomo, se conocen las partículas subatómicas mas importantes: neutrones y protones ubicados en el núcleo y electrones ubicados en la nube electrónica. Para entender la estructura atómica se debe estudiar a las partículas subatómicas y las características que presentan. A continuación se muestra un vídeo con esta información.

Ahora conocida la estructura de la materia y sus componentes nos es fácil explicar el siguiente tema. 

RADIACIÓN 

Propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material.

 Ahora que conocemos la definición de radiación podemos conocer el tubo de rayos X dental

El tubo de rayos X dental es el encargado de producir rayos X y que gracias a el obtenemos radiografías que han sido muy útiles a lo largo de la historia de la medicina.

Estructura del tubo de rayos X 

Consta de:

• Un filamento metálico (cátodo)
• Una plancha metálica (ánodo)

Ahora veremos mas a fondo la estructura del tubo de rayos X 

EQUIPO DE RAYOS X DENTAL 

• Cabezal o cabezote: contiene el tubo de rayos X que produce estos rayos, de el se extiende el dispositivo de indicación de posición (DIP) o cono, éste limita el tamaño del haz de los rayos. 

• Cono colimador: hecho de plástico o metal, funciona como direccionador de los rayos X, esta situado en el cabezal.

• Base: sostiene al cabezal, aloja los cables de electricidad y da el movimiento y la posición al cabezal. Esta base puede ser fija, es decir instalada permanentemente en la pared de algún lugar del consultorio con tres brazos. O móvil con un trípode lo que permite que se pueda mover, sin duda este último es un diseño bastante ergonómico.

• Tablero de mandos: este permite que el radiología regule el haz de rayos X, el panel de control consta de: a) un interruptor de encendido/apagado, b) un botón se exposición, c)un dispositivo de control de tiempo y d) botón para el control de pico de kilovoltaje y miliamperaje.

Ahora debemos mencionar que la cantidad y la calidad de los rayos X esta dada por el miliamperaje y el kilovoltaje, que describiremos en seguida.

Kilovoltaje

El kilovoltaje mide la calidad, y la energía del haz de rayos X. El voltaje es la medida entre dos cargas eléctricas que mide la diferencia potencial. Dentro del cabezal, el voltaje es la medida que hace que los electrones se desplacen desde el cátodo al ánodo, el voltaje también determina la velocidad. Cuando el voltaje aumenta la velocidad también aumenta y cuando la velocidad aumenta los electrones chocan con mayor fuerza en el blanco dando un haz de rayos X mas penetrante. 

El voltaje se mide en voltios (V), este es la unidad de medida para describir el potencial que conduce una corriente eléctrica a través de un circuito. El equipo de rayos X dental requiere el uso de altos voltajes por lo tanto la mayoría de las unidades funciona con kilovoltios(kV). 1 kilovoltio es igual a 1000 voltios. Los rayos X dentales requieren el uso de 65 a 100 kilovoltios. Pero el uso del kilovoltaje se puede ajustar a las necesidades requeridas. 

Es importante considerar el pico de kilovoltaje (kVp), que se define como el voltaje máximo, es importante considerarlo porque este nos dará la densidad de la imagen es decir si se aumenta el pico de kilovoltaje la imagen aparecerá mas obscura y si se disminuye la imagen aparecerá mas clara. 

Una imagen con un alto contraste es ideal para el diagnostico, y ¿por que es ideal?. El contraste se refiere a las áreas blancas y obscuras que se diferencian en una imagen, cuando se utilizan los niveles bajos del pico de voltaje se obtiene una imagen con alto contraste 

Miliamperaje

La cantidad del haz del rayo X se refiere al número de rayos X producidos en la unidad de rayos X dental. El amperaje determina la cantidad de electrones que pasan a través del filamento del cátodo. Un aumento en el número de los electrones viajan del cátodo al ánodo da lugar a la producción de un número creciente de rayos X. La cantidad de rayos X producido es controlada por el miliamperaje. Es el amperio (A) el indicado para determinar el numero de electrones que atraviesa el cátodo, el numero de amperios necesario en la unidad dental es pequeño por lo tanto se utilizan los miliamperios. Un miliamperio (mA) es igual a 1/1000 de un amperio. El miliamperaje regula la temperatura del filamento del cátodo. Un aumento en el miliamperaje produce mas rayos X.

Es importante tener en cuenta estos dos conceptos para así obtener una buena imagen y cuidar el tiempo de exposición junto con la cantidad de exposición a la que someteremos al paciente. 

COLIMACIÓN

La colimación se emplea para modificar la forma y el tamaño del haz de radiación y ajustarlo a la geometría necesaria para el estudio de una región especifica. El colimador consta de dos mandíbulas ajustables que atenúan el haz de irradiación al estar constituidas de plomo. En radiología dental consta de un escudo metálico que se adapta en el extremo del cono reduciendo su abertura al tamaño de la radiografía dental usualmente 3.1 x 4.1 cm.

La colimación evita el riesgo de la exposición innecesaria del resto del cuerpo, disminuye la cantidad de radiación dispersa y por consecuencia aumenta la calidad de la imagen.

REFERENCIAS 

1.Youtube. Estructura atómica, teoría [Internet]. 2013 [revisado 19 de agosto de  2017]. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=uu7EqSKvQxM

2.Youtube. El tubo de rayos X [Internet]. 2010 [revisado 19 de agosto de  2017]. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=AyInW42QIm8

3.radiación - Wikcionario [Internet]. Es.wiktionary.org. 2017 [revisado 19 de agosto de  2017]. Disponible en: https://es.wiktionary.org/wiki/radiaci%C3%B3n

4. Características de la radiación [Internet]. [revisado 18 de agosto de 2017]. Disponible en: http://media.axon.es/pdf/97478_1.pdf

5. Alcaraz M. El equipo de rayos X [Internet]. [revisado 19 de agosto de 2017]. Disponible en: https://www.google.com.mx/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiLsJKgvufVAhVK8IMKHa2IDmcQFg

6. Finestres F. Protección en radiología odontológica [Internet]. Barcelona: Universitat de Barcelona; 2017 [revisado 20 de agosto de  2017]. Disponible en: https://books.google.com.mx/books?id=yGkXo8utRTMC&pg=PA38&lpg=PA38&dq=colimacion+radiologia+DENTAL&source=bl&ots=fgNl0hSZCh&s

 7. Autores C. Guía de gestión e incorporación de tecnología. Radiología de propósitos generales [Internet]. La habana: Ciencias Médicas; 2009 [revisado 18 de agosto de 2017]. Disponible en: http://www2.paho.org/hq/dmdocuments/2010/RADIOLOGIA%20DE%20PROPOSITOS%20GENERALES.pdf

 8. García Becerril M. Química I. 2nd ed. México: McGraw-Hill/Interamericana de México; 2010.