Interacción de los Rayos X con la Materia
OBJETIVOS
Al terminar este capítulo, el lector debe ser capaz de:
1. Describir cada una de las cinco interacciones de los rayos X con la materia.
2. Definir la absorción diferencial y su efecto sobre el contraste de la imagen.
3. Explicar el efecto del número atómico y la densidad de la masa de tejido sobre la absorción diferencial.
4. Exponer por qué los agentes de contraste radiológicos se utilizan para realizar las imágenes en algunos tejidos y órganos.
5. Explicar la diferencia entre absorción y atenuación.
CONTENIDO
Cinco interacciones de los rayos X con la materia
Dispersión coherente
Efecto Compton
Efecto fotoeléctrico
Producción de pares
Desintegración fotónica
Absorción diferencial
Dependencia del número atómico
Dependencia de la densidad de masa
Exploración con contraste
Atenuación exponencial
RESUMEN
A continuación se describen las cinco interacciones fundamentales entre los rayos X y la materia:
1. La dispersión coherente es un cambio en la dirección de un rayo X incidente, sin que exista pérdida de energía.
2. El efecto Compton se presenta cuando el rayo X incidente ioniza átomos y, por este motivo, el rayo X cambia su dirección con pérdida de energía.
3. El efecto fotoeléctrico se presenta cuando el rayo incidente es absorbido por una de las capas de electrones más internas y emite un fotoelectrón.
4. La producción de pares se presenta cuando el rayo X incidente interacciona con el campo eléctrico del núcleo. El rayo X desaparece y aparecen dos electrones, uno cargado de forma positiva (positrón) y otro cargado negativamente (electrón).
5. La fotodesintegración fotónica se observa cuando el rayo X incidente es directamente absorbido por el núcleo. El rayo X desaparece y se liberan fragmentos nucleares.
Las interacciones que son importantes para la imagen diagnóstica con rayos X son el efecto Compton y el efecto fotoeléctrico.
La absorción diferencial controla el contraste de una imagen con rayos X. La imagen radiológica surge de la diferencia entre los rayos X absorbidos por la interacción fotoeléctrica y los rayos X que atraviesan el cuerpo como rayos X formadores de imagen. La atenuación es la reducción de la intensidad del haz de rayos X cuando éste penetra en los tejidos corporales. La absorción diferencial y la atenuación del haz de rayos X dependen de los siguientes factores:
• El número atómico (Z) de los átomos del tejido.
• La densidad de la masa de los átomos en el tejido.
• La energía de los rayos X.
Los agentes de contraste radiológicos, como el yodo o el bario, utilizan los principios de la absorción diferencial para realizar las imágenes de los órganos de tejidos blandos. El yodo se utiliza en la imagen de los sistemas vascular, renal y biliar. El bario se utiliza para realizar imágenes del tracto gastrointestinal. Ambos elementos presentan números atómicos elevados (yodo, 53; bario, 56) y la densidad de la masa superior a la de los tejidos blandos.
Preguntas de autoevaluación
1. Defina o identifique los siguientes términos: a. Absorción diferencial. b. Dispersión clásica. c. Densidad de masa. d. 1,02 MeV. e. Agente de contraste. f. Efecto Compton. g. Atenuación. h. Monoenergético. i. Electrón secundario. j. Efecto fotoeléctrico.
2. ¿Cuáles son los dos factores importantes para la absorción diferencial?
3. Un rayo X de 28 keV interacciona fotoeléctricamente con un electrón de la capa K del átomo de calcio. ¿Cuál es la energía cinética del electrón secundario (v. tabla 3-3)?
4. Mil rayos X con una energía de 140 keV inciden en el hueso y los tejidos blandos de igual grosor. Si 87 son dispersados en los tejidos blandos, ¿cuántos serán, aproximadamente, dispersados en el hueso?
5. ¿Por qué son los compuestos yodados agentes excelentes para las exploraciones vasculares con contraste?
6. Realice un diagrama del efecto Compton e identifique el rayo X incidente, el ión positivo, el ión negativo, el rayo X secundario y el rayo X disperso.
7. Describa la radiación retrodispersa. ¿Puede recordar ejemplos en la radiología diagnóstica?
8. En ocasiones existe una aleación de tungsteno en los colimadores que definen el haz de rayos X en un sistema radiológico de imagen. Si un rayo X de 63 keV se somete a una interacción Compton con un electrón de la capa L y expulsa un electrón con una energía de 12 keV, ¿cuál es la energía del rayo X dispersado (v. fig. 3-9)?
9. De los cinco mecanismos básicos de la interacción de los rayos X con la materia, tres no son importantes para la radiología diagnóstica. ¿Cuáles son y por qué no son importantes?
10. Como promedio, se precisan 33,7eV para cada ionización en el aire. ¿Cuántos pares de iones podría producir probablemente un rayo X de 22 keV en el aire? ¿Cuántos de éstos podrían ser producidos fotoeléctricamente?
11. ¿Cómo se calcula la energía del rayo X dispersado por efecto Compton?
12. ¿Depende la probabilidad del efecto Compton del número atómico del átomo diana?
13. Cuando aumenta el kVp, ¿existe un aumento o una reducción de la dispersión Compton?
14. Describa el efecto fotoeléctrico.
15. Cuando aumenta el kVp, ¿qué ocurre con la probabilidad absoluta del efecto fotoeléctrico frente al efecto Compton?
16. ¿Cuánto más probable es que interaccione un rayo X con el hueso que con el músculo?
17. ¿Cuál es la relación entre el número atómico (Z) y la absorción diferencial?
18. ¿Cuál es la relación entre la densidad de la masa y la absorción diferencial?
19. En una exploración con contraste radiológico utilizando yodo, ¿cuál es la probabilidad relativa de que el haz de rayos X interaccione con el yodo más que los tejidos blandos?
20. ¿Qué kVp se utiliza para penetrar el bario en una exploración con contraste?
Al terminar este capítulo, el lector debe ser capaz de:
1. Describir cada una de las cinco interacciones de los rayos X con la materia.
2. Definir la absorción diferencial y su efecto sobre el contraste de la imagen.
3. Explicar el efecto del número atómico y la densidad de la masa de tejido sobre la absorción diferencial.
4. Exponer por qué los agentes de contraste radiológicos se utilizan para realizar las imágenes en algunos tejidos y órganos.
5. Explicar la diferencia entre absorción y atenuación.
CONTENIDO
Cinco interacciones de los rayos X con la materia
Dispersión coherente
Efecto Compton
Efecto fotoeléctrico
Producción de pares
Desintegración fotónica
Absorción diferencial
Dependencia del número atómico
Dependencia de la densidad de masa
Exploración con contraste
Atenuación exponencial
RESUMEN
A continuación se describen las cinco interacciones fundamentales entre los rayos X y la materia:
1. La dispersión coherente es un cambio en la dirección de un rayo X incidente, sin que exista pérdida de energía.
2. El efecto Compton se presenta cuando el rayo X incidente ioniza átomos y, por este motivo, el rayo X cambia su dirección con pérdida de energía.
3. El efecto fotoeléctrico se presenta cuando el rayo incidente es absorbido por una de las capas de electrones más internas y emite un fotoelectrón.
4. La producción de pares se presenta cuando el rayo X incidente interacciona con el campo eléctrico del núcleo. El rayo X desaparece y aparecen dos electrones, uno cargado de forma positiva (positrón) y otro cargado negativamente (electrón).
5. La fotodesintegración fotónica se observa cuando el rayo X incidente es directamente absorbido por el núcleo. El rayo X desaparece y se liberan fragmentos nucleares.
Las interacciones que son importantes para la imagen diagnóstica con rayos X son el efecto Compton y el efecto fotoeléctrico.
La absorción diferencial controla el contraste de una imagen con rayos X. La imagen radiológica surge de la diferencia entre los rayos X absorbidos por la interacción fotoeléctrica y los rayos X que atraviesan el cuerpo como rayos X formadores de imagen. La atenuación es la reducción de la intensidad del haz de rayos X cuando éste penetra en los tejidos corporales. La absorción diferencial y la atenuación del haz de rayos X dependen de los siguientes factores:
• El número atómico (Z) de los átomos del tejido.
• La densidad de la masa de los átomos en el tejido.
• La energía de los rayos X.
Los agentes de contraste radiológicos, como el yodo o el bario, utilizan los principios de la absorción diferencial para realizar las imágenes de los órganos de tejidos blandos. El yodo se utiliza en la imagen de los sistemas vascular, renal y biliar. El bario se utiliza para realizar imágenes del tracto gastrointestinal. Ambos elementos presentan números atómicos elevados (yodo, 53; bario, 56) y la densidad de la masa superior a la de los tejidos blandos.
Preguntas de autoevaluación
1. Defina o identifique los siguientes términos: a. Absorción diferencial. b. Dispersión clásica. c. Densidad de masa. d. 1,02 MeV. e. Agente de contraste. f. Efecto Compton. g. Atenuación. h. Monoenergético. i. Electrón secundario. j. Efecto fotoeléctrico.
2. ¿Cuáles son los dos factores importantes para la absorción diferencial?
3. Un rayo X de 28 keV interacciona fotoeléctricamente con un electrón de la capa K del átomo de calcio. ¿Cuál es la energía cinética del electrón secundario (v. tabla 3-3)?
4. Mil rayos X con una energía de 140 keV inciden en el hueso y los tejidos blandos de igual grosor. Si 87 son dispersados en los tejidos blandos, ¿cuántos serán, aproximadamente, dispersados en el hueso?
5. ¿Por qué son los compuestos yodados agentes excelentes para las exploraciones vasculares con contraste?
6. Realice un diagrama del efecto Compton e identifique el rayo X incidente, el ión positivo, el ión negativo, el rayo X secundario y el rayo X disperso.
7. Describa la radiación retrodispersa. ¿Puede recordar ejemplos en la radiología diagnóstica?
8. En ocasiones existe una aleación de tungsteno en los colimadores que definen el haz de rayos X en un sistema radiológico de imagen. Si un rayo X de 63 keV se somete a una interacción Compton con un electrón de la capa L y expulsa un electrón con una energía de 12 keV, ¿cuál es la energía del rayo X dispersado (v. fig. 3-9)?
9. De los cinco mecanismos básicos de la interacción de los rayos X con la materia, tres no son importantes para la radiología diagnóstica. ¿Cuáles son y por qué no son importantes?
10. Como promedio, se precisan 33,7eV para cada ionización en el aire. ¿Cuántos pares de iones podría producir probablemente un rayo X de 22 keV en el aire? ¿Cuántos de éstos podrían ser producidos fotoeléctricamente?
11. ¿Cómo se calcula la energía del rayo X dispersado por efecto Compton?
12. ¿Depende la probabilidad del efecto Compton del número atómico del átomo diana?
13. Cuando aumenta el kVp, ¿existe un aumento o una reducción de la dispersión Compton?
14. Describa el efecto fotoeléctrico.
15. Cuando aumenta el kVp, ¿qué ocurre con la probabilidad absoluta del efecto fotoeléctrico frente al efecto Compton?
16. ¿Cuánto más probable es que interaccione un rayo X con el hueso que con el músculo?
17. ¿Cuál es la relación entre el número atómico (Z) y la absorción diferencial?
18. ¿Cuál es la relación entre la densidad de la masa y la absorción diferencial?
19. En una exploración con contraste radiológico utilizando yodo, ¿cuál es la probabilidad relativa de que el haz de rayos X interaccione con el yodo más que los tejidos blandos?
20. ¿Qué kVp se utiliza para penetrar el bario en una exploración con contraste?
