Significado de rayos x Definición, características, e imágenes (uso y formación)
Licenciada en Física
Definición formal
Al igual que la luz visible, los rayos X forman parte del espectro electromagnético, pero su energía y frecuencia son mucho mayores, por ello son capaces de interactuar con la materia y causar ionización en sus átomos. De allí que se los conozca como radiación ionizante.
En el espectro electromagnético los rayos X se ubican entre la radiación ultravioleta y los rayos gamma, pero precisamente, por ser tan energéticos, es que pueden atravesar con facilidad los materiales, entre ellos los tejidos orgánicos.
Los huesos en particular absorben mucho más los rayos X, destacándose en color claro en las imágenes radiográficas, aunque de otros tejidos como los pulmones y el corazón también se obtienen imágenes muy útiles en la medicina diagnóstica, lo cual cuyo funcionamiento se analiza en detalle en este texto.
Descubrimiento: Wilhelm Röntgen en 1895
Los rayos X fueron descubiertos por el físico alemán Wilhelm Röntgen en 1895, mientras experimentaba con el tubo de rayos catódicos, en cuyo interior se producen haces de electrones acelerados. Cuando estos electrones impactan sobre un blanco de tunsgteno, una fracción de su energía se convierte en rayos X y el resto (en realidad la mayor parte) se transforma en calor.
La primera radiografía, y una de las imágenes más famosas de la ciencia, fue la que tomó Wilhelm Röntgen de la mano de su esposa en 1896, mostrando el anillo. Tras esto, la radiografía se estableció como una de las principales herramientas diagnósticas. Sin embargo la energía de la radiación ionizante es capaz de afectar el tejido orgánico, de allí que los primeros radiólogos sufrieron enfermedades y lesiones como consecuencia de la exposición prolongada.
Características: Producción de rayos X
Casi siempre se producen en un tubo de rayos X, un dispositivo que tiene dos electrodos: el cátodo y el ánodo. El conjunto es alimentado por una corriente eléctrica y además cuenta con una serie de circuitos y elementos para controlar y dirigir la radiación.
La física de la producción de rayos X es como sigue: al calentarse, el cátodo emite un haz de electrones por un proceso llamado emisión termoiónica, los cuales son acelerados gracias a la diferencia de potencial que se establece entre los electrodos.
Los rayos X se producen al impactar los electrones contra el blanco en el ánodo a través de dos mecanismos diferentes, que tienen lugar en el tubo al mismo tiempo:
– Por radiación de frenado o Bremsstrahlung, en alemán. Los electrones del haz frenan al acercarse a los átomos del blanco al ser repelidos por los electrones de estos, y una parte de su energía cinética se convierte en rayos X, cuya frecuencia depende de qué tanto son ralentizados.
– Por ionización de los átomos del blanco. Algunos electrones del haz incidente consiguen golpear a los electrones internos de los átomos en el ánodo, sacándolos de su posición habitual. Cuando se produce una vacante, los electrones de las capas externas se apresuran a llenarla, emitiendo rayos X en el proceso.
La frecuencia de estos rayos X es característica del átomo que compone el blanco, porque depende de la diferencia de energía existente entre las capas. Debido a esto, los rayos X producidos de esta manera se llaman rayos X característicos.
Uso de los rayos X para producir imágenes
Los rayos X se usan para fines de diagnóstico médico y para examinar objetos como equipajes y buscar fallas y defectos en los materiales. Son económicos y no es necesario destruir la muestra al examinarla.
Los dos procesos descritos en el apartado anterior producen rayos X de diversas frecuencias, pero los de frecuencias más bajas o rayos X blandos no son tan enérgeticos, mientras que los de alta frecuencia o rayos X duros sí lo son.
Estos últimos son los que producen imágenes de buena calidad, por lo que es necesario filtrar la radiación que sale directamente del tubo con una lámina de material que absorba los rayos X blandos y deje pasar los duros. El aluminio es uno de los más empleados con este propósito.
El procedimiento también ayuda a disminuir la cantidad de radiación necesaria, lo cual es importante cuando va dirigida a un ser vivo.
Otro punto importante es que el haz de rayos X debe ser concentrado y estrecho, por lo que se necesita adicionar un sistema de colimación, que ayuda a delimitar el área a ser iluminada con los rayos X.
Una vez logrado el haz apropiado de rayos X, la persona o el objeto a examinar se posiciona según el área que se va a examinar, la cual se ilumina con el haz. La imagen se obtiene gracias a que cada material que compone el objeto interpuesto en el camino del haz, atenúa a este de manera distinta.
En el caso de un ser vivo, los diferentes tejidos del cuerpo atenúan los rayos X de acuerdo a su composición. En los huesos, por ejemplo, que tienen un alto contenido mineral, la radiación se atenúa mucho más que cuando pasa por músculo o grasa, porque estos tejidos están hechos de elementos más ligeros y por eso dejan pasar mucha radiación sin atenuar.
El resultado de todo esto es que distintas cantidades de rayos X logran atravesar el cuerpo, y estos son precisamente los que contienen la información de los tejidos que los atenuaron.
Para recoger esa información y a partir de ella formar una imagen, la radiación saliente debe registrarse en un elemento sensible, como las antiguas películas radiográficas, y allí es donde por fin se forma el patrón distintivo de la imagen.
La tendencia actual es guardar la imagen en un archivo de computación y visualizarla en un monitor, lo que permite hacer más y mejores ajustes y evita la necesidad de tener grandes espacios de almacenamiento para archivar las radiografías.
Formación de la imagen
Para minimizar la distorsión y aumentar la nitidez de la imagen, es necesario que el área a examinar esté lo más cercana posible del elemento sensible.
En la imagen, los rayos X que fueron atenuados dejan sin exponer el área correspondiente en la película y cuando se revela, aparece blanca. Por eso los rayos X son la herramienta por excelencia para examinar los huesos y distinguir dislocaciones, fracturas, problemas con los cartílagos y tumores, así como observar la dentadura. También las piedras en los riñones se ven claras en las radiografías, porque suelen contener sales de calcio, así que los rayos X son una buena herramienta para detectarlas.
En cambio, los rayos X mínimamente atenuados exponen mucho más la película y esta aparece más oscura en el revelado, según el tipo de tejido, se tendrán diversos matices de gris. Por ejemplo el aire en los pulmones se ve de un gris muy oscuro casi negro, mientras que los tejidos blandos se ven más o menos grises. Es bastante similar a como lucen los negativos de las fotografías.
Aparte de los huesos, los pulmones y el corazón también pueden examinarse a través de una radiografía. Como los pulmones se llenan de aire, se ven muy oscuros en comparación a los tejidos circundantes, haciendo un buen constraste. La forma del corazón también se distingue de un color gris, y hace posible al especialista diagnosticar algunas patologías.
En algunos casos, cuando no hay buen contraste, como en el caso del aparato digestivo, para obtener una buena imagen radiográfica se emplea una sustancia que resalte el contraste entre el tejido a examinar y el tejido circundante.
Finalmente otra aplicación diagnóstica de los rayos X que vale la pena mencionar es el examen de las arterias en busca de obstrucciones en el flujo sanguíneo, para lo cual se requiere también de una sustancia de contraste.
Trabajo publicado en: Ene., 2021.