Dosimetría y Magnitudes Radiológicas

• Actividad: Cantidad de material radiactivo presente en una sustancia. 1 Ci (Curie) = $3,7 \times 10^{10}$ Bq (Becquerel).
• Dosis Absorbida: Cantidad de radiación absorbida por una persona. 1 rad = $10^{-2}$ Gy (Gray).
• Dosis Equivalente: Cantidad de radiación recibida por el personal expuesto. 1 rem = $10^{-2}$ Sv (Sievert).
• Exposición: Intensidad de la radiación en el aire. 1 roentgen = $2,58 \times 10^{-4} \text{ C} \cdot \text{kg}^{-1}$.

Fundamentos de la Tomografía Computarizada (TC)

La Tomografía Computarizada (TC) es un método de imagen para el diagnóstico médico que permite observar el interior del cuerpo humano mediante cortes milimétricos transversales al eje cefalocaudal, utilizando Rayos X (Rx).

El Tomógrafo

El tomógrafo es un aparato de Rx en el cual la placa radiográfica ha sido sustituida por detectores. El tubo de Rx gira alrededor del paciente y los detectores, situados en el lado opuesto, recogen la radiación que atraviesa al paciente. La imagen se consigue mediante medidas de absorción de Rx realizadas alrededor del paciente.

Componentes Principales del Tomógrafo

1. Gantry

   En su interior se encuentra el sistema de obtención de medidas, formado por el tubo emisor de Rx y una serie de detectores que captan la radiación atenuada cuando atraviesa el cuerpo.

2. Tubo de Rx

   Se mueve sobre un riel circular alrededor del paciente situado en la camilla. El haz de Rx se colima. La intensidad de los Rx al atravesar el paciente se registra con unos detectores que se mueven de forma sincronizada con el tubo. Los detectores están alineados para que lleguen solo los fotones que viajan en línea recta, y también tienen colimadores delante para regular la radiación dispersa y el espesor del corte. Durante una vuelta, los detectores registran la intensidad de los Rx; las imágenes se producen con cada vuelta completa. El tubo debe emitir un haz monocromático, es decir, que todos los fotones de Rx tengan la misma longitud de onda, para que al reconstruir la imagen sea lo más exacta posible. A la salida del tubo hay unos filtros de Aluminio (Al) para eliminar los fotones de baja energía. La mayoría de los tubos actuales tienen un punto focal pequeño y generan Rx a ráfagas.

   Ventajas del Sistema de Tubo Moderno

   • Se obtiene mayor cantidad de radiación en tiempos cortos.
   • El sistema electrónico que controla los pulsos se puede recalibrar continuamente, manteniendo controlada la emisión de Rx.
   • Los puntos focales pueden ser más pequeños y la colimación más exacta, reduciendo la dosis de radiación recibida por el paciente.

3. Detectores

   Sirven para medir la energía que se deposita en ellos después de ser alcanzados por los fotones de Rx al atravesar al paciente. Transforman esa energía en una señal luminosa que luego se transforma en una señal eléctrica y, finalmente, es digitalizada.

   Tipos de Detectores

   • De Centelleo: Tienen un cristal de centelleo de tungtenato de Calcio (Ca) y un fotomultiplicador. Los fotomultiplicadores se sustituyeron por fotodiodos, que son más pequeños, económicos y no necesitan electricidad. La eficacia de detección es del 50%.
   • De Gas: Formados por una cámara metálica que se divide en otras cámaras más pequeñas, de forma que cada una actúa como un detector de la radiación. Está todo cerrado herméticamente y se rellena con un gas inerte con alto número atómico. Cuando llega un fotón de Rx, ioniza el gas, lo que origina electrones en movimiento que producen una señal eléctrica proporcional a la radiación recibida. La señal se amplifica y se digitaliza. Eficacia: 45%.
   • Estado Sólido: Hay un material cerámico que transforma los fotones de Rx en luz. El detector tiene un fotodiodo que transforma la señal luminosa en eléctrica, proporcional al número de fotones que incide en el material cerámico. Eficiencia: 80%. Es el más usado porque pesa menos y no necesita ser calibrado con frecuencia.

   Características de los Detectores

   • Tienen un elevado coste de fabricación.
   • La eficacia de captación de fotones varía según el sistema y es necesario un mantenimiento periódico y una calibración.
   • El tiempo que necesita el detector para recibir, producir y distribuir la señal es instantáneo y se llama conformidad.
   • El tiempo que tarda en volver al estado normal se llama remanencia.
   • La estabilidad del detector es muy importante para obtener buenas imágenes, y para ello hay que calibrar el sistema.

4. Mesa de Exploración

   Fabricada en fibra de carbono para evitar que haya artefactos en la imagen y que el paciente reciba más radiación. Es móvil y su desplazamiento debe ser preciso.

5. Otros Componentes

   Elementos electrónicos para tomar datos y un ordenador con un software apropiado para manejar el aparato y tomar imágenes.

Adquisición y Procesamiento de la Imagen en TC

1. Sistema de Recolección de Datos (Sala de Exploración)

   Incluye el generador de alta tensión, el gantry, el tubo de Rx y los detectores. El haz de Rx colimado produce un haz primario que atraviesa el cuerpo del paciente. La radiación que emerge del paciente es proporcional al coeficiente de atenuación y es de menor energía. La radiación atenuada llega a los detectores, que la convierten en señal eléctrica. Luego, estas señales pasan a través de un conversor analógico-digital para que se transformen en números y puedan ser usados por el ordenador. Para que el ordenador reconstruya la imagen, necesita un número determinado de señales digitales que llegan de la exploración del paciente. La mesa de exploración debe moverse de forma muy exacta y está controlada por el ordenador.

2. Sala del Operador Técnico

   Contiene el ordenador, el sistema de visualización y el archivo.

   Pupitre de Mando

   • Pantallas: Un monitor en comunicación con el ordenador y otro donde se visualizarán las imágenes.
   • Unidad de Selección de Amplitud de Ventana: Para usar la más apropiada según el caso y observar el mayor número de estructuras posible.
   • Pulsador de Disparo.
   • Pulsador de Emergencia: Para bloquear totalmente el aparato.
   • Unidades de Archivo.

   La sala tiene que estar comunicada con la sala de exploración mediante un cristal para ver qué ocurre y con un interfono para poder comunicarse con el paciente. Se coloca al paciente en la mesa, se introducen sus datos, los parámetros radiográficos correctos y se pone en marcha el tubo de Rx.

3. Sala de Evaluación Diagnóstica (Sala de Análisis)

   No siempre se cuenta con ella. Se usa para la evaluación diagnóstica de la imagen. El monitor permite visualizar la imagen mientras se continúan haciendo barridos. La imagen se va interpretando y el médico podrá indicar al técnico variaciones en el estudio, permitiendo manipular la imagen sin exponer de nuevo al paciente a más radiación.

Reconstrucción de la Imagen

Para reconstruir una imagen, hay que dividirla usando una cuadrícula de forma que a cada celda se le asigna un número. El conjunto se llama matriz, que se caracteriza por el número de divisiones que tiene. Cada celda de la matriz se llama píxel, que es la representación bidimensional de un cierto volumen de tejido. La matriz más habitual es de $520 \times 520$. Cuanto más grande es la matriz, más fina será la resolución y mejor será la imagen.

La matriz se puede expresar también en un sistema tridimensional de coordenadas en el que cada elemento se llama vóxel: el área del píxel multiplicada por el grosor del corte.

La reconstrucción de la imagen es una síntesis de los valores de atenuación de cada píxel y se le asigna un valor numérico llamado Número TC (Unidad Hounsfield, UH). Al agua se le asigna el número 0. Los tejidos más densos que el agua tienen un número de TC positivo y los menos densos, negativo.

Ventanas de Visualización (Windowing)

Las ventanas permiten optimizar la visualización de diferentes tejidos:

• De Hueso: Centro aproximado 300 UH y anchura 1000 UH. El cerebro es casi invisible.
• De Partes Blandas: Para examinar el mediastino y tejidos blandos de la pared torácica.
• De Cerebro: Muy estrecha (80-100 UH). El contraste será alto y el centro está en 35 UH para diferenciar sustancia gris de sustancia blanca.
• De Pulmón: Para ver el parénquima pulmonar. Centro en 200 UH.

Parámetros de Adquisición del TC

• Angulación del Gantry: Puede situarse perpendicular al paciente (ángulo 0), angulado hacia la cabeza (rayos caudales, ángulo menor que 0), o angulado hacia los pies (rayos craneales, ángulo mayor que 0). El ángulo se establece desde la consola.
• Matriz: Se selecciona la matriz que se quiera usar.
• Campo de Visión (FOV): Diámetro de la imagen reconstruida. Si se aumenta el tamaño de la matriz con el FOV fijo, se reducirá el tamaño del píxel y se captarán más detalles, mejorando la resolución espacial.
• Scan Time (Tiempo de Barrido): Tiempo de barrido. Depende del grosor y del número de cortes (ej. 4-5 segundos).
• Thick (Grosor del Corte): Determina el volumen del vóxel. Se escogerá un corte u otro según se busque una mayor resolución espacial (más detalles) o una mayor resolución de contraste (más diferencias de gris).
• Kv y mAs: Con regiones anatómicas de alta absorción se usan niveles más altos de Kv. Con niños o estudios con contraste se puede usar menos Kv que los estándares.
• Scan-Count: Número de cortes o distancia entre cortes.
• Punto de Luz: Luz de centraje de la parte del paciente a estudiar. Punto a partir del cual se empieza a hacer cortes.
• Desplazamiento Mesa: La mesa se desplaza atravesando el gantry y tiene mandos para moverse.

Principios Físicos de las Ondas

Propiedades de las Ondas

• Refracción: Variación en la dirección que experimenta una onda al pasar de un medio a otro con propiedades diferentes. A mayor longitud de onda, mayor refracción.
• Reflexión: La onda se refleja al encontrar un obstáculo en el medio en el que se propaga. A más frecuencia, más fácil se refleja en objetos sólidos; las de baja frecuencia pueden traspasarlos.
• Difracción: Desviación de las ondas al rozar la superficie entre dos medios con diferente conductividad.

Parámetros de las Ondas

• Amplitud (A): Distancia que recorre una partícula en un movimiento ondulatorio.
• Velocidad de Propagación ($V_{propag}$): Espacio recorrido por la onda en la unidad de tiempo.
• Longitud de Onda ($\lambda$): Espacio que recorre la onda en un ciclo completo.
• Periodo (T): Tiempo que tarda la onda en recorrer una longitud de onda.
• Frecuencia ($\nu$): Número de ciclos por segundo.

Efectos de la Radiación Ionizante

Clasificación de los Efectos Biológicos de la Radiación

• Efectos Estocásticos: La probabilidad de que haya daño biológico aumenta con la dosis de radiación recibida. Son de carácter probabilístico y cualquier dosis puede producir efectos. Ejemplo: Cáncer radioinducido y alteraciones genéticas. Se representa gráficamente el efecto frente a la dosis en una línea recta (modelo lineal sin umbral).
• Efectos No Estocásticos (Determinísticos): La gravedad depende de la dosis recibida y hay un valor (umbral) por debajo del cual no hay efectos. Los efectos aparecen inmediatamente. Ejemplo: Lesiones cutáneas, cataratas, esterilidad. La representación gráfica es una curva sigmoidea.

Efectos Físicos de la Radiación

Efecto Fotográfico

Los Rx actúan sobre las emulsiones fotográficas, obteniéndose así imágenes permanentes. Las emulsiones utilizan Bromuro de Plata (AgBr). Cuando la radiación incide en los cristales, los átomos de Ag se depositan en ciertos puntos que luego, al revelarse, quedarán ennegrecidos. Los rayos de luz actúan de forma parecida, pero al ser menos energéticos, el ennegrecimiento es menor. Las películas utilizadas son gruesas porque los Rx llegan hasta niveles muy internos de la emulsión fotográfica.

Efecto Ionizante

Los Rx, al atravesar un medio, producen ionizaciones en él.

• Directamente Ionizantes: La radiación que interacciona con el electrón está formada por partículas cargadas.
• Indirectamente Ionizantes: Partículas sin carga (neutrones o fotones). Por la interacción se producirán partículas secundarias con carga, extendiéndose así la ionización.

Si se consigue encauzar el movimiento de las cargas que producen la ionización, se consigue una corriente eléctrica cuya intensidad será directamente proporcional a la intensidad del haz de radiación.

Efecto Biológico (Radiobiología)

Aspectos Fundamentales de la Radiobiología

• La interacción entre las células y la radiación es probabilística: puede producirse o no, y si se produce, puede tener efectos biológicos o no.
• La acción de la radiación puede actuar sobre cualquier célula.
• Los daños producidos por la radiación son inespecíficos.
• La energía de la radiación se deposita en tiempos muy cortos.

Acción Directa o Indirecta

• Acción Directa: Se produce cuando interacciona la radiación con la célula (ADN, proteínas, etc.). Las estructuras quedan alteradas y funcionan mal.
• Acción Indirecta: La acción de la radiación se da en el medio intercelular o intracelular, generalmente agua.

Efectos Genéticos y Daño Celular

La radiación ionizante produce mutaciones, que son alteraciones del ADN. Si se da en las células germinales, se transmite a la descendencia. Los cambios en el ADN producirán cambios en la síntesis de proteínas y, por tanto, en procesos metabólicos que pueden producir la muerte celular. En la replicación celular, la radiación puede producir daños:

• Rupturas en el esqueleto de las cadenas: en una cadena o en las dos (menos frecuente).
• Alteración en las bases: incluso puede destruirlas, pero suelen transformarlas químicamente y no pueden realizar su función.
• Alteraciones en los azúcares que componen el esqueleto.

Cuando esto ocurre, las enzimas suelen repararlo, pero si no pueden, se producen mutaciones en la célula.

Radiosensibilidad Tisular

La sensibilidad de las células es mayor en aquellas que se duplican más rápido y en las que están menos envejecidas. La sensibilidad del tejido dependerá de la presencia de estas células.

• Muy Sensibles: Epidermis, médula ósea, epitelio intestinal.
• Sensibilidad Media: Hígado, tiroides, vasos.
• Poco Sensibles: Sistema nervioso, tejido muscular.

Factores que Afectan la Radiosensibilidad

• Físicos: Cuanto mayor es la Transferencia Lineal de Energía (LET), más lesiva es la radiación.
• Químicos:
  • Radiosensibilizadores: Compuestos que aumentan el efecto letal de la radiación (ej. O₂).
  • Radioprotectores: Compuestos que reducen el efecto letal.
• Biológicos: (El texto original se corta aquí, pero se mantiene la estructura).