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    Cómo funcionan los rayos X
    Galería de imágenes de medicina moderna


    © iStockphoto.com / Mayormente Mozart
    La tecnología de rayos X nos ha permitido ver el interior del cuerpo humano desde 1895. Vea más imágenes de la medicina moderna.

    Como ocurre con muchos de los descubrimientos monumentales de la humanidad, Tecnología de rayos X fue inventado completamente por accidente. En 1895, un físico alemán llamado Wilhelm Roentgen hizo el descubrimiento mientras experimentaba con haces de electrones en un tubo de descarga de gas . Roentgen notó que una pantalla fluorescente en su laboratorio comenzó a brillar cuando se encendió el haz de electrones. Esta respuesta en sí misma no fue tan sorprendente - el material fluorescente normalmente brilla en reacción a la radiación electromagnética - pero el tubo de Roentgen estaba rodeado por cartón negro pesado. Roentgen asumió que esto habría bloqueado la mayor parte de la radiación.

    Roentgen colocó varios objetos entre el tubo y la pantalla, y la pantalla aún brillaba. Finalmente, puso su mano delante del tubo, y vio la silueta de sus huesos proyectada en la pantalla fluorescente. Inmediatamente después de descubrir los propios rayos X, había descubierto su aplicación más beneficiosa.

    El notable descubrimiento de Roentgen precipitó uno de los avances médicos más importantes en la historia de la humanidad. La tecnología de rayos X permite a los médicos ver directamente a través del tejido humano para examinar huesos rotos. caries y objetos ingeridos con extraordinaria facilidad. Se pueden utilizar procedimientos de rayos X modificados para examinar tejidos más blandos, como los pulmones, vasos sanguíneos o los intestinos.

    En este articulo, Descubriremos exactamente cómo las máquinas de rayos X realizan este increíble truco. Como resulta, el proceso básico es realmente muy simple.

    Contenido
    1. ¿Qué es una radiografía?
    2. La máquina de rayos X
    3. ¿Son malos para usted los rayos X?

    ¿Qué es una radiografía?

    Los rayos X son básicamente lo mismo que los rayos de luz visible. Ambas son formas onduladas de energía electromagnética transportados por partículas llamadas fotones (consulte Cómo funciona la luz para obtener más detalles). La diferencia entre los rayos X y los rayos de luz visible es la nivel de energía de los fotones individuales. Esto también se expresa como longitud de onda de los rayos.

    Nuestros ojos son sensibles a la longitud de onda particular de la luz visible, pero no a la longitud de onda más corta de las ondas de rayos X de energía más alta ni a la longitud de onda más larga de las ondas de radio de energía más baja.

    Los fotones de luz visible y los fotones de rayos X son producidos por el movimiento de electrones en átomos. Los electrones ocupan diferentes niveles de energía, u orbitales, alrededor del núcleo de un átomo. Cuando un electrón cae a un orbital inferior, necesita liberar algo de energía; libera la energía extra en forma de fotón. El nivel de energía del fotón depende de cuánto cayó el electrón entre orbitales. (Consulte esta página para obtener una descripción detallada de este proceso).

    Cuando un fotón choca con otro átomo, el átomo puede absorber la energía del fotón al impulsar un electrón a un nivel superior. Para que esto suceda, el nivel de energía del fotón tiene que fósforo la diferencia de energía entre las dos posiciones de los electrones. Que no, el fotón no puede mover electrones entre orbitales.



    Los átomos que forman el tejido corporal absorben muy bien los fotones de luz visible. El nivel de energía del fotón se ajusta a varias diferencias de energía entre las posiciones de los electrones. Las ondas de radio no tienen suficiente energía para mover electrones entre orbitales en átomos más grandes, por lo que pasan por la mayoría de las cosas. Los fotones de rayos X también atraviesan la mayoría de las cosas, pero por la razón opuesta:tienen demasiada energía.

    Otros usos de rayos X
    Las contribuciones más importantes de la tecnología de rayos X se han producido en el mundo de la medicina, pero los rayos X también han jugado un papel crucial en varias otras áreas. Los rayos X han sido fundamentales en la investigación que involucra la teoría de la mecánica cuántica, cristalografía y cosmología. En el mundo industrial Los escáneres de rayos X se utilizan a menudo para detectar defectos diminutos en equipos de metal pesado. Y los escáneres de rayos X se han convertido en un equipo estándar en la seguridad aeroportuaria, por supuesto.

    Ellos pueden, sin embargo, alejar un electrón de un átomo por completo. Parte de la energía del fotón de rayos X trabaja para separar el electrón del átomo, y el resto envía el electrón volando por el espacio. Es más probable que un átomo más grande absorba un fotón de rayos X de esta manera, debido a que los átomos más grandes tienen mayores diferencias de energía entre los orbitales, el nivel de energía se asemeja más a la energía del fotón. Átomos más pequeños, donde los orbitales de los electrones están separados por saltos de energía relativamente bajos, tienen menos probabilidades de absorber fotones de rayos X.

    El tejido blando de su cuerpo está compuesto por átomos más pequeños, por lo que no absorbe los fotones de rayos X particularmente bien. Los átomos de calcio que forman sus huesos son mucho más grandes, para que sean mejores en absorber fotones de rayos X .

    En la siguiente sección, Veremos cómo las máquinas de rayos X ponen en funcionamiento este efecto.

    La máquina de rayos X

    El corazón de una máquina de rayos X es un par de electrodos - un cátodo y un ánodo - que se encuentra dentro de un tubo de vacío de vidrio . El cátodo es un filamento calentado , como puede encontrar en una lámpara fluorescente más antigua. La máquina pasa corriente a través del filamento, calentándolo. El calor expulsa electrones de la superficie del filamento. El ánodo cargado positivamente, un disco plano hecho de tungsteno , atrae los electrones a través del tubo.


    La diferencia de voltaje entre el cátodo y el ánodo es extremadamente alta, por lo que los electrones vuelan a través del tubo con mucha fuerza. Cuando un electrón choca con un átomo de tungsteno, golpea suelto un electrón en uno de los orbitales inferiores del átomo. Un electrón en un orbital superior cae inmediatamente al nivel de energía más bajo, liberando su energía extra en forma de fotón. Es una gran gota por lo que el fotón tiene un alto nivel de energía:es un fotón de rayos X.


    El electrón libre choca con el átomo de tungsteno, sacando un electrón de un orbital inferior. Un electrón orbital superior llena la posición vacía, liberando su exceso de energía en forma de fotón.

    Los electrones libres también pueden generar fotones sin golpear un átomo. El núcleo de un átomo puede atraer un electrón acelerado lo suficiente como para alterar su curso. Como un cometa dando vueltas alrededor del sol, el electrón se ralentiza y cambia de dirección a medida que pasa por delante del átomo. Esta acción de "frenado" hace que el electrón emita un exceso de energía en forma de fotón de rayos X.


    El electrón libre es atraído por el núcleo del átomo de tungsteno. A medida que el electrón pasa rápidamente, el núcleo altera su curso. El electrón pierde energía, que libera como un fotón de rayos X.


    Medios de contraste
    En una imagen de rayos X normal, la mayoría de los tejidos blandos no se ven claramente. Para concentrarse en los órganos, o para examinar los vasos sanguíneos que forman el sistema circulatorio, los médicos deben presentar medios de contraste en el cuerpo.

    Los medios de contraste son líquidos que absorben los rayos X con mayor eficacia que el tejido circundante. Para enfocar los órganos del sistema digestivo y endocrino, un paciente tragará una mezcla de medios de contraste, típicamente un compuesto de bario. Si los médicos quieren examinar vasos sanguíneos u otros elementos del sistema circulatorio, inyectarán medio de contraste en el torrente sanguíneo del paciente.

    Los medios de contraste se utilizan a menudo junto con un fluoroscopio .En fluoroscopia, los rayos X pasan a través del cuerpo hacia una pantalla fluorescente, creando una imagen de rayos X en movimiento. Los médicos pueden utilizar la fluoroscopia para rastrear el paso del medio de contraste a través del cuerpo. Los médicos también pueden grabar las imágenes de rayos X en movimiento en películas o videos.

    Las colisiones de alto impacto involucradas en la producción de rayos X generan mucho calor. Un motor hace girar el ánodo para evitar que se derrita (el haz de electrones no siempre se enfoca en la misma área). Un baño de aceite frío que rodea el sobre también absorbe calor.

    Todo el mecanismo está rodeado por un grueso escudo de plomo. Esto evita que los rayos X se escapen en todas direcciones. Una pequeña ventana en el escudo permite que algunos de los fotones de rayos X escapen en un haz estrecho. El haz pasa a través de una serie de filtros en su camino hacia el paciente.

    Una cámara al otro lado del paciente registra el patrón de luz de rayos X que atraviesa todo el cuerpo del paciente. La cámara de rayos X utiliza la misma tecnología de película que una cámara normal, pero la luz de rayos X desencadena la reacción química en lugar de la luz visible. (Consulte Cómo funciona la película fotográfica para obtener más información sobre este proceso).

    Generalmente, los médicos mantienen la imagen de la película como un negativo . Es decir, las áreas que están expuestas a más luz aparecen más oscuras y las áreas que están expuestas a menos luz aparecen más claras. Material duro, como hueso, parece blanco, y el material más blando aparece negro o gris. Los médicos pueden enfocar diferentes materiales variando la intensidad del haz de rayos X.

    ¿Son malos para usted los rayos X?

    Los rayos X son una maravillosa adición al mundo de la medicina; permiten a los médicos mirar dentro de un paciente sin ninguna cirugía. Es mucho más fácil y seguro observar un hueso roto con rayos X que abrir a un paciente.

    Pero los rayos X también pueden ser dañinos. En los primeros días de la ciencia de los rayos X, muchos médicos expondrían a los pacientes y a ellos mismos a los rayos durante largos períodos de tiempo. Finalmente, médicos y pacientes comenzaron a desarrollar enfermedad por radiación , y la comunidad médica sabía que algo andaba mal.

    El problema es que los rayos X son una forma de radiación ionizante . Cuando la luz normal golpea un átomo, no puede cambiar el átomo de manera significativa. Pero cuando una radiografía golpea un átomo, Puede arrancar electrones del átomo para crear una ion , un átomo cargado eléctricamente. Los electrones libres luego chocan con otros átomos para crear más iones.

    La carga eléctrica de un ion puede provocar reacciones químicas no naturales dentro de las células. Entre otras cosas, la carga puede romper cadenas de ADN. Una célula con una hebra de ADN rota morirá o el ADN desarrollará una mutación. Si mueren muchas células, el cuerpo puede desarrollar diversas enfermedades. Si el ADN muta, una célula puede volverse cancerosa, y este cáncer puede extenderse. Si la mutación está en un espermatozoide o en un óvulo, puede provocar defectos de nacimiento. Debido a todos estos riesgos, los médicos utilizan los rayos X con moderación en la actualidad.

    Incluso con estos riesgos, La exploración por rayos X sigue siendo una opción más segura que la cirugía. Las máquinas de rayos X son una herramienta invaluable en medicina, así como un activo en seguridad e investigación científica. Realmente son uno de los inventos más útiles de todos los tiempos.

    Para obtener más información sobre rayos X y máquinas de rayos X, consulte los enlaces en la página siguiente.

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