TEMA-1-CARACTERIZACION-DE-LAS-RA... Sandri2906 Fundamentos Físicos y Equipos 1º Imagen para el Diagnóstico y Medicina Nuclear CENTRO DE ESTUDIOS SUPERIORES JUAN PABLO II Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 GRADO SUPERIOR EN IMAGEN PARA EL DIAGNÓSTICO Y MEDICINA NUCLEAR Sandra Cifuentes Rubio CENTRO DE ESTUDIOS SUPERIORES JUAN PABLO II Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. FUNDAMENTOS FÍSICOS Y EQUIPOS a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio TEMA 1: CARACTERIZACIÓN DE LAS RADIACIONES Y LAS ONDAS. 1. RADIACIÓN IONIZANTE Y NO IONIZANTE. Un átomo es la estructura más pequeña que forma cualquier sustancia y que posee propiedades químicas bien determinadas., es decir, la capacidad de combinarse con otros átomos para formar asociaciones más complejas llamadas moléculas. Los átomos son muy pequeños, su diámetro es del orden de 10-10 m. El origen de la palabra átomo proviene de la antigua Grecia, y su significado es indivisible Ahora sabemos que los átomos no son indivisibles, sino que están formados por partículas de menor tamaño distribuidas en dos partes claramente diferenciadas: núcleo y corteza (Figura 1). Figura 1. Núcleo y corteza. Los electrones giran en órbitas alrededor del núcleo. 1.1.1. El núcleo atómico. El núcleo alberga casi la totalidad de la masa del átomo (99.9%) aunque su tamaño es diminuto, unas 10.000 veces más pequeño. En su interior se encuentran dos tipos de partículas diferentes: los protones y los neutrones. Por ser las componentes del núcleo, a ambas partículas se les llama nucleones. Los protones son las partículas de carga eléctrica con signo positivo, de un valor igual a la carga elemental, es decir, 1.602·10-19 C (Culombios). Al número de protones que forman parte de un núcleo se le llama número atómico (Z). Este número determina las propiedades químicas del átomo. Así, todos los átomos con el mismo número Z tienen las mismas propiedades químicas, y, por tanto, son del mismo elemento químico. Los neutrones son partículas sin carga eléctrica. Su masa es un poco mayor que la de los protones, aunque la diferencia es del orden de tan solo un 0.1%. Puesto que los neutrones y los protones concentran casi toda la masa del átomo, a la suma del número de protones más el de neutrones se le llama número másico (A). No se debe confundir el número másico con la masa atómica: el primero es un número entero para contar cuántos nucleones hay en el núcleo atómico. La segunda es la masa en kilogramos de esas partículas. 1 ¿Wuolah sin publicidad GRATIS? ¡Clic aquí! Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 1.1. Estructura atómica de la materia. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio Un átomo se simboliza por medio del símbolo químico del elemento al que pertenece y los números Z y A de la siguiente manera: Número másico Número atómico Isótopos. Existen átomos con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. A estos átomos se les llama isótopos. Al tener el mismo número atómico (Z) tienen las mismas propiedades químicas y por tanto son del mismo elemento, aunque tienen masas diferentes. El hidrógeno es el elemento químico con el núcleo más ligero: tiene un solo protón Sin embargo, tiene tres isótopos: el hidrógeno sin neutrones, el deuterio con un neutrón y el tritio con dos. Hidrógeno: Z=1 y A=1+0=1. Símbolo 1H Deuterio: Z=1 y A=1+1=2. Símbolo 2H Tritio: Z=1 y A=1+2=3 Símbolo 3H 2 ¿Wuolah sin publicidad GRATIS? ¡Clic aquí! Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Símbolo del elemento a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Desintegración. Algunos núcleos no pueden mantenerse unidos a lo largo del tiempo y tarde o temprano acaban por romperse emitiendo radiación. Este proceso se llama Desintegración. A los isótopos susceptibles de desintegrarse se les llama inestables o radioactivos, en contraposición a los que nuca se desintegran o estables. Los núcleos radioactivos, tarde o temprano, se desintegran. Este fenómeno, conocido como radioactividad, da lugar a tres tipos de radiación: α, β y γ. La radiación α está compuesta por partículas cargadas muy pesadas, núcleos de helio, que son poco penetrantes pero muy ionizantes Los isótopos que la presentan, llamados emisores α, tienen números másicos altos, a partir de 150. La radiación β está formada por electrones (β-) o positrones (β+). Es más penetrante que la α, pero menos ionizante. Los elementos que la producen están distribuidos por toda la tabla periódica, sin un valor mínimo de número másico. La radiación γ es la radiación electromagnética de alta energía. Se produce por reorganizaciones internas del núcleo atómico y con frecuencia sigue a una desintegración de otro tipo. 3 ¿No te llega para pagar Wuolah Pro? ¿Un año sin anuncios gratis? Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 A la cantidad de desintegraciones por segundo que presenta una muestra radioactiva se la llama actividad, y se mide en Bequerel o Bequerelios (Bq en el SI) o en Curie (Ci en el SI). 1 Ci = 3.7 · 1010 Bq Una característica esencial de la actividad de un cuerpo radioactivo es el hecho de que disminuye en el tiempo siguiendo una ley exponencial: A = A0 · e-λ·t Donde: λ: constante radioactiva que depende del isótopo que forma la sustancia t: el tiempo transcurrido A0: actividad inicial de la muestra. Al tiempo que tarda una muestra radioactiva en perder la mitad de su actividad inicial se le llama periodo de semidesintegración, T1/2 y es un parámetro fundamental que caracteriza a cada isótopo radioactivo. 4 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio 1.1.2. Modelos atómicos. Bohr. Los niveles de energía (n) se representan por los números 1,2,3 comenzando desde el núcleo hacia fuera. La distribución de los electrones en las capas se denomina configuración electrónica y se realiza de la siguiente manera: - 1º capa contiene como máximo 2 electrones 2º capa puede contener máximo 8 electrones. Comienza a llenarse una vez que la 1º está completa. 3º capa puede contener como máximo 18 electrones y se comienza a llenar cuando la 2º capa está llena. En un átomo en estado fundamental (estado de mínima energía) los electrones ocupan los niveles más bajos. En cambio, cuando un átomo absorbe energía, sus electrones pasan a niveles superiores y se dice que el átomo está excitado. Cuando el electrón de un átomo excitado vuelve a su nivel de mínima energía, emite una cantidad determinada de energía, generalmente en forma de luz (fotón). El modelo atómico de Bohr tuvo que ser abandonado al no poder explicar los espectros de átomos más complejos. La idea de que los electrones se mueven alrededor del núcleo en órbitas definidas tuvo que ser desechada y las nuevas ideas se basaron en la mecánica cuántica. 5 ¿Wuolah sin publicidad GRATIS? ¡Clic aquí! Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. El físico Niels Bohr propone un modelo atómico en el que el átomo está formado por un núcleo positivo y una envoltura donde giran los electrones. Los electrones solo pueden ocupar ciertas órbitas de modo estable alrededor del núcleo. Se organizan en capas y en cada capa tendrán una cierta energía (n), llenando siempre las capas inferiores (de menor energía) y después las superiores. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio Schrodinger. El modelo atómico actual considera que el átomo tiene un núcleo y una nube electrónica. El núcleo es la zona central donde se encuentran los protones y neutrones. Allí se concentra la mayor parte de la masa del átomo. La nube electrónica es el espacio que se encuentra alrededor del núcleo; allí los electrones se mueven sin una trayectoria definida en distintos niveles de energía. Se denomina orbital a la región del espacio en la que existe una probabilidad elevada de encontrar al electrón Si representamos con puntos las distintas posiciones que va ocupando un electrón en su movimiento alrededor del núcleo, obtendremos el orbital. La zona donde la nube de puntos es más densa indica que ahí es más probable encontrar al electrón. 6 ¿Wuolah sin publicidad GRATIS? ¡Clic aquí! Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Estableció el modelo mecanocuántico del átomo, ya que el modelo de Bohr suponía que los electrones se encontraban en órbitas concretas a distancias definidas del núcleo; mientras que el nuevo modelo establece que los electrones se encuentran alrededor del núcleo ocupando posiciones más o menos probables, pero su posición no se puede predecir con exactitud. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio 1.1.3. La corteza atómica. Los electrones de la corteza se mueven alrededor del núcleo describiendo órbitas, de manera que evitan así caer sobre él de una manera similar a como los planetas orbitan alrededor del sol. La corteza está casi totalmente vacía, con tan solo los diminutos electrones trasladándose a gran velocidad. La distancia a la que orbita un electrón respecto al núcleo determina la energía potencial de su órbita. Según la teoría atómica de Bohr, las energías de los electrones no pueden adoptar cualquier valor sino que solo unos pocos son posibles. Es decir, los electrones se mueven alrededor del núcleo con unos valores energéticos bien definidos. A cada uno de estos valores se le denomina capa. Una capa puede contener diversas órbitas, pero todas ellas tendrán la misma energía. Las capas de la corteza se simbolizan con letras del alfabeto, empezando por la capa K, la más próxima al núcleo. La más externa se denomina capa de valencia y es la responsable de la reactividad química del átomo. Las capas más próximas al núcleo son las de menor energía, y las más lejanas son las más energéticas. Así, para que un electrón se mueva de una capa interna a una capa más externa, deberá absorber energía. Cuando un átomo no es perturbado externamente, los electrones ocupan siempre las capas más cercanas al núcleo. Se dice que el átomo está en su estado fundamental. Al perturbar un átomo, como por ejemplo al incidir radiación sobre él, los electrones pueden absorber energía del exterior y pasar de niveles más bajos a capas más altas. Este proceso se llama excitación. Al cesar la perturbación externa, vuelven a las capas más bajas devolviendo el exceso de energía en forma de radiación electromagnética. Es lo que se conoce como desexcitación, y en ella encontramos el origen de los rayos X característicos. (Figura 2). A. Electrón excitado B. Electrón ionizado C. Desexcitación con emisión de radiación electromagnética D. Desexcitación con emisión de radiación electromagnética. Figura 2. Procesos de ionización y excitación/desexcitación. 7 ¿Wuolah sin publicidad GRATIS? ¡Clic aquí! Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. La corteza está formada por unas partículas diminutas, los electrones, de carga eléctrica negativa y masa unas 1.800 veces inferior a la de los protones. El valor de su carga, sin embargo, es de la misma magnitud aunque de signo contrario. Es decir, -1.602·10-19 C. El número de electrones de la corteza es igual al número de protones del núcleo, de manera que el átomo es eléctricamente neutro. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Energía de ligadura. La energía de ligadura es la energía necesaria para arrancar un electrón del átomo en su estado fundamental. El valor de esta energía es específico de cada capa. Las energías de enlace son mayores cuanto mayor es el número atómico del átomo. En cada una de las capas encontramos distinta energía de ligadura (o de enlace) de los electrones. Debido a su proximidad con el núcleo, los electrones de la capa K tienen una energía de enlace mayor que los electrones de capa L, y éstos, mayor energía de enlace que los de la capa M. Los electrones de la capa K son electrones muy ligados y los de las capas más externas se consideran electrones libres. En el tungsteno Z=74, la energía de enlace de los electrones a la capa K es de 70 eV. En cambio, en el calcio con Z= 20 la energía de enlace es de 4 eV Ionización y excitación atómica. Si la radiación incidente sobre un átomo en estado fundamental es de suficiente energía como para arrancar un electrón del átomo, el número de protones será superior al de electrones (le faltará un electrón) y quedará cargado positivamente, convirtiéndose en un ion. Esta energía suficiente es la que vence la fuerza de atracción entre el electrón y el núcleo, es decir, la que vence la energía de enlace o de ligadura. Cuanto mayor sea el número atómico, mayor será la energía suministrada para ionizarlo. Las radiaciones con suficiente energía para ionizar un átomo se llaman radiaciones ionizantes. En la excitación, por el contrario, se proporciona una energía menor que la energía de enlace del electrón, por lo que saltará a capas más externas del átomo. En este proceso el electrón absorbe esa energía para subir a una capa más alta. En ambos procesos el átomo tiende a su equilibrio mediante la desexcitación, que es el salto de un electrón en capas externas para ocupar el hueco de la capa más interna. Si la radiación que incide en un átomo es de la energía suficiente para arrancar un electrón, esta radiación se denomina ionizante. 8 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio 2. RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Y DE PARTÍCULAS. La energía se transmite a distancia por medio de las radiaciones, que pueden ser de dos naturalezas distintas: ondas y partículas. Las ondas son perturbaciones que se transmiten a distancia sin que haya transporte de materia. Existen dos tipos de ondas: las ondas materiales y las ondas electromagnéticas. Ondas materiales: son aquellas que solo pueden transmitirse a través de medios materiales, como el sonido o las olas del mar. Ondas electromagnéticas: son ondas que no necesitan un medio físico para desplazarse, por lo que pueden hacerlo también en el vacío. Debemos destacar las ondas periódicas, en las que la perturbación se repite a lo largo del tiempo. Los ultrasonidos y las ondas electromagnéticas que se emplean en radioterapia e imagen para el diagnóstico son ondas periódicas. 2.1.1. Caracterización de las ondas periódicas. Los parámetros que definen una onda periódica son los siguientes: Longitud de onda (): es la distancia que separa dos puntos que estén en el mismo estado de oscilación en un instante de tiempo, es decir, la distancia que separa dos crestas consecutivas. Se medirán en unidades de longitud (metros). Frecuencia (f): es el número de repeticiones de la perturbación por unidad de tiempo. Las unidades en el sistema internacional son hercios (Hz). Periodo (T): es el tiempo que tarda en repetirse la perturbación. Se mide en segundos. Podemos relacionar el periodo y la frecuencia con la siguiente expresión: 𝑻= 𝟏 𝒇 Velocidad de propagación (v): es la distancia recorrida por la onda en una unidad de tiempo. Sus unidades son m/s. Amplitud: es la diferencia entre el valor máximo de la magnitud objeto de la perturbación en una cresta y el valor cero. Sus unidades dependerán de la magnitud. 9 ¿Wuolah sin publicidad GRATIS? ¡Clic aquí! Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 2.1. Radiación ondulatoria. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio Un tipo especial de ondas periódicas son las llamadas ondas armónicas, en las que la perturbación transmitida sigue una función sinusoidal a lo largo del tiempo. Cualquier onda puede ser representada como combinación de ondas armónicas de diferentes frecuencias y amplitudes, lo que facilita el estudio de su comportamiento y sus propiedades físicas. Comportamiento de las ondas. La interacción de las ondas con el medio en el que se propagan produce diversos efectos que deben ser estudiados para conocer sus implicaciones en radioterapia y diagnóstico por la imagen. Son los siguientes: Reflexión: la onda cambia de dirección reflejándose al encontrar un nuevo medio. En este fenómeno la onda no penetra en el segundo medio, sino que vuelve a aquel por el que se propagaba. Refracción: la onda cambia de dirección al pasar de un medio a otro de distinta conductividad. En este caso la onda sí penetra al nuevo medio sufriendo una desviación en la dirección de propagación. 10 Llévate 1 año de WUOLAH PRO con BBVA. ¿Cómo? ¡+Info aquí! Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 2.1.2. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio Difracción: se produce cuando la onda atraviesa una abertura de diámetro menor o igual a la longitud de onda. 11 ¿Wuolah sin publicidad GRATIS? ¡Clic aquí! Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Polarización: la oscilación solo puede darse en una dirección determinada del espacio. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Interferencia: se produce al coincidir dos ondas en el mismo punto del espacio. La perturbación es a suma algebraica de las dos oscilaciones en cada instante del tiempo. 2.2. Radiación electromagnética. Las ondas electromagnéticas se pueden considerar como una doble onda de tipo transversal, eléctrica y magnética que están en fase y cuyos planos de propagación son perpendiculares entre sí. Los campos eléctrico y magnético se van creando por inducción sucesiva. La radiación electromagnética es el transporte de energía a través del espacio como combinación de un campo eléctrico y otro magnético. 12 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio 2.2.1. Espectro electromagnético. Sin embargo, existen otros tipos de ondas de luz que no son capaces de estimulas estas células y por tanto no son visibles para el ojo humano. Entre las ondas que no son visibles por el ojo humano podemos destacar los rayos infrarrojos, las ondas de radio, las microondas, los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos (gamma). Todos estos tipos de luz forman lo que se denomina espectro electromagnético, que es el conjunto de todas las frecuencias posibles que puede adoptar la luz. 13 Llévate 1 año de WUOLAH PRO con BBVA. ¿Cómo? ¡+Info aquí! Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. La luz visible es un tipo de radiación que es visible por el ojo humano, puesto que es capaz de estimular las células de la retina. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio 2.2.2. Dualidad onda-partícula. El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por parte de un material metálico al incidir radiación electromagnética sobre él. Si la luz tiene una frecuencia inferior a un valor umbral, no hay emisión sea cual sea la cantidad de radiación incidente. A partir del umbral, siempre se produce esta emisión y la cantidad de electrones solo depende de la intensidad de la luz aplicada. La luz roja no arranca electrones de la placa metálica independientemente de la intensidad. En cambio, la luz azul sea cual sea su intensidad, si arranca esos electrones. Las limitaciones de esta teoría las resolvió Einstein teniendo en cuenta la teoría cuántica de Planck. Asumió dos postulados: La luz no es una onda continua, sino que está formada por fragmentos de onda que se denominan fotones. Esta energía se mide en electronvoltios (eV). Cada fotón está dotado de una energía fija que depende de la frecuencia de la onda. Su valor es: 𝑬=𝒉· Donde h es la constante de Planck y tiene un valor de h = 6.63 ·10-34 J·s. De esta forma, aunque la luz es una onda electromagnética, en determinadas circunstancias se comporta como si fuese una partícula. Aún así, no se puede realizar ningún experimento en que la luz se comporte como onda y como partícula a la vez, debido a que los fotones son pseudopartículas y carecen de masa en reposo y de carga eléctrica. En RX la energía de los fotones se mide en KeV (kiloelectronvoltios). Si la frecuencia de la luz es suficientemente alta, la energía de los fotones será suficiente para arrancar electrones de los átomos sobre los que incida, y por tanto, será radiación ionizante. Este es el caso de los rayos ultravioleta lejanos, los rayos X y los rayos . 14 ¿No te llega para pagar Wuolah Pro? ¿Un año sin anuncios gratis? Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. El comportamiento de la luz como una onda electromagnética explica la mayor parte de los fenómenos relacionados con ella, tales como la reflexión, la difracción o la polarización, pero existen algunos experimentos a los que la teoría ondulatoria no puede dar una explicación, como en el caso del efecto fotoeléctrico. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio 2.3. Radiación corpuscular. Las radiaciones corpusculares son todas las formadas por partículas. Al contrario que las ondas, estas radiaciones transportan la energía en forma de energía cinética. La principal diferencia entre unas y otras reside en la capacidad de interactuar a distancia con otras partículas a través de la interacción eléctrica o fuerza de Coulomb. Las partículas cargadas pueden interactuar a distancia con otras partículas cargadas mientras que las neutras no pueden hacerlo. Esto influirá en la capacidad de ionizar la materia de unas y otras. 2.3.1. Interacción de las partículas cargadas con la materia. Las partículas cargadas tienen la capacidad de interactuar a distancia con otras partículas cargadas a través de la fuerza eléctrica o Fuerza de Coulomb. Como ya se ha mencionado, el átomo es eléctricamente neutro, pero en su interior existen cargas con las que interactuará la radiación. Los protones, cargados positivamente, se encuentran en el núcleo y los electrones, cargados negativamente, se encuentran en la corteza. Al incidir radiación de partículas cargadas sobre un átomo, se producirán diferentes efectos. La magnitud de estos efectos dependerá de diversos factores como la masa de las partículas, la carga o si la interacción se produce con el núcleo o con los electrones de la corteza. Interacción con los electrones de la corteza: si la partícula cede la energía suficiente para subirle a una capa externa, se produce la excitación del átomo. En cambio, si la energía que cede la partícula es mayor que la energía potencial del electrón, el electrón es arrancado y se produce la ionización del átomo. 15 Llévate 1 año de WUOLAH PRO con BBVA. ¿Cómo? ¡+Info aquí! Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Existen dos tipos principales de partículas: las cargadas eléctricamente (electrones, partículas α y β) y las neutras, como los neutrones. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Interacción con el núcleo: el núcleo no sufre movimiento cuando la partícula incide sobre él, debido a que el núcleo concentra casi toda la masa del átomo. En cambio, las partículas que se acercan a él, son desviadas en mayor o menor grado dependiendo de su masa, su carga y la carga del núcleo. La desviación o cambio de trayectoria de una partícula cargada al acercarse a un núcleo es debida a la aceleración producida por la fuerza eléctrica. Una carga eléctrica acelerada pierde parte de su energía, es decir, frena y emite radiación electromagnética. Esta radiación se conoce como radiación de frenado y es fundamental en la producción de rayos X en los equipos de radiología y los aceleradores lineales. En los equipos de radiodiagnóstico la energía de aceleración de los electrones es del orden de Kv y en los aceleradores lineales de radioterapia esta energía es de Megavoltios. Los núcleos pesados (átomos con alto número atómico) producen una mayor desviación y por tanto una mayor radiación de frenado. Por otra parte, si las partículas son pesadas (partículas alfa, protones o iones) apenas sufren desviación y por tanto apenas se produce radiación de frenado. 16 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio 2.3.2. Interacción de las partículas neutras con la materia. La probabilidad de que un neutrón choque contra un electrón de la corteza es casi nula. De esta forma, la radiación de neutrones es frenada prácticamente por choques contra el núcleo. Debido a que el núcleo es muy, muy pequeño respecto al tamaño total del átomo, estas interacciones son muy improbables. Por esta razón, la radiación de partículas neutras es muy penetrante en la materia. En el caso de la radiación de neutrones, pueden sufrir los siguientes procesos cuando chocan contra el núcleo: Dispersión: cuando rebotan contra en núcleo y pierden parte de su velocidad. Absorción: cuando ceden su energía y quedan atrapados por el núcleo. 17 ¿Wuolah sin publicidad GRATIS? ¡Clic aquí! Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Las partículas neutras (neutrones) no sufren interacción eléctrica puesto que no tienen carga. Por esta razón, la única forma de interactuar con la materia es mediante el choque directo. Además, al no presentar carga, no emiten radiación de frenado. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio 3. APLICACIONES DE LAS RADIACIONES IONIZANTES EN RADIOTERAPIA E IMAGEN PARA EL DIAGNÓSTICO. Las radiaciones ionizantes se aplican en medicina por dos de sus características principales: Gran poder de penetración. 3.1. Aplicaciones de las RI en radioterapia. El objetivo de la radioterapia es proporcionar la dosis de radiación necesaria para tratar los tejidos enfermos sin exceder la dosis de tolerancia de los tejidos sanos circundantes. Los tratamientos en radioterapia se pueden clasificar dependiendo de dónde se encuentre la fuente de radiación con respecto al paciente: Teleterapia: las fuentes de radiación son externas al paciente. Braquiterapia: la radiación se encuentra encapsulada y se coloca sobre el paciente o dentro de él. 3.2. Aplicaciones de las RI en imagen para el diagnóstico. En imagen para el diagnóstico diferenciamos dos ramas: el radiodiagnóstico y la medicina nuclear. 3.2.1. Utilización de las RI en radiodiagnóstico. Los rayos X son capaces de atravesar el cuerpo humano y son detectados a la salida de él, lo que permite la obtención de una imagen. Para poder penetrar y llegar al detector, emplean una alta energía, por lo que tienen un efecto adverso: son ionizantes. Radiología convencional: Las imágenes obtenidas son planas (2D). Este tipo de radiología no tiene capacidad multiplanar, por lo que se pierde información sobre la profundidad. Son imágenes estáticas y en escala de grises correspondientes a las cinco densidades radiológicas. Tomografía axial computarizada (TAC): Se obtienen imágenes axiales con ayuda de un ordenador. El tubo gira alrededor del paciente mientras la mesa de exploración se mueve, generando múltiples imágenes. En este caso tenemos capacidad multiplanar y también gran resolución en contraste. 18 ¿No te llega para pagar Wuolah Pro? ¿Un año sin anuncios gratis? Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Son capaces de producir efectos sobre tejidos biológicos entre los que destaca la muerte celular. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio 3.3. Isótopos radiactivos en radiodiagnóstico. Los isótopos radiactivos se utilizan en Medicina Nuclear para obtener imágenes diagnósticas a partir de su absorción por los distintos tejidos normales o patológicos. Con ayuda de la medicina nuclear, se obtienen imágenes morfológicas y funcionales. 3.3.1. Tomografía por emisión de positrones (PET). En el PET, el radioisótopo es un emisor β+ que emite positrones. Cada positrón emitido se aniquila localmente con un electrón, formando un par de fotones gamma que son detectados por el equipo. Estos isótopos se ligan a la glucosa, de forma que las imágenes obtenidas proporcionan una visión de los órganos de mayor actividad celular y consumo de glucosa. Esta técnica es de gran utilidad en oncología. 19 ¿Wuolah sin publicidad GRATIS? ¡Clic aquí! Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. El isótopo se administra al paciente vía oral o intravenosa. A continuación, el paciente es introducido en un equipo que capta la radiación emitida por los isótopos, obteniéndose lo que se conoce como gammagrafía. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-6229150 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Fundamentos físicos y equipos Sandra Cifuentes Rubio 3.4. Aplicaciones de las radiaciones no ionizantes en imagen para el diagnóstico. En radiodiagnóstico las radiaciones no ionizantes se emplean en las siguientes técnicas: Ecografía y ultrasonidos. Resonancia magnética. Termografía: detecta los infrarrojos emitidos por el cuerpo. 20
