Una máquina de rayos X es un dispositivo que utiliza rayos X para una variedad de aplicaciones, incluidas la medicina , la fluorescencia de rayos X , la inspección de ensamblajes electrónicos y la medición del espesor de materiales en operaciones de fabricación. En aplicaciones médicas, los radiólogos utilizan máquinas de rayos X para adquirir imágenes de rayos X de las estructuras internas (por ejemplo, los huesos) de organismos vivos, y también en la esterilización .
Un generador de rayos X generalmente contiene un tubo de rayos X para producir los rayos X. Es posible que también se puedan utilizar radioisótopos para generar rayos X. [1]
Un tubo de rayos X es un tubo de vacío simple que contiene un cátodo , que dirige una corriente de electrones al vacío, y un ánodo , que recoge los electrones y está hecho de tungsteno para evacuar el calor generado por la colisión. Cuando los electrones chocan con el objetivo, aproximadamente el 1% de la energía resultante se emite como rayos X , y el 99% restante se libera como calor. Debido a la alta energía de los electrones que alcanzan velocidades relativistas, el objetivo suele estar hecho de tungsteno, aunque se puede utilizar otro material, particularmente en aplicaciones de XRF. [ cita requerida ]
Un generador de rayos X también debe contener un sistema de enfriamiento para enfriar el ánodo; muchos generadores de rayos X utilizan sistemas de recirculación de agua o aceite. [2]
En aplicaciones de imágenes médicas, una máquina de rayos X tiene una consola de control que es utilizada por un tecnólogo radiológico para seleccionar técnicas de rayos X adecuadas para el examen específico, una fuente de alimentación que crea y produce el kVp (kilovoltaje máximo) deseado, mA (miliamperios, a veces denominados mAs, que en realidad son mA multiplicados por la duración de exposición deseada) para el tubo de rayos X y el tubo de rayos X en sí.
El descubrimiento de los rayos X se produjo a partir de la experimentación con tubos de Crookes , un tubo de descarga eléctrica experimental temprano inventado por el físico inglés William Crookes alrededor de 1869-1875. En 1895, Wilhelm Röntgen descubrió los rayos X que emanaban de los tubos de Crookes y los múltiples usos de los rayos X fueron inmediatamente evidentes. Una de las primeras fotografías de rayos X se hizo de la mano de la esposa de Röntgen. La imagen mostraba tanto su anillo de bodas como sus huesos. El 18 de enero de 1896, Henry Louis Smith exhibió formalmente una máquina de rayos X. Clarence Dally presentó al público una unidad en pleno funcionamiento en la Feria Mundial de 1904. [3] La tecnología se desarrolló rápidamente: en 1909, Mónico Sánchez Moreno había producido el primer dispositivo médico portátil y durante la Primera Guerra Mundial, Marie Curie lideró el desarrollo de máquinas de rayos X montadas en "automóviles radiológicos" para proporcionar servicios móviles de rayos X para hospitales de campaña militares.
En las décadas de 1940 y 1950, se utilizaban máquinas de rayos X en las tiendas para ayudar a vender calzado. Se las conocía como fluoroscopios para el ajuste del calzado . Sin embargo, cuando se consideraron adecuadamente los efectos nocivos de la radiación de rayos X , finalmente cayeron en desuso. El uso del dispositivo para el ajuste del calzado fue prohibido por primera vez en el estado de Pensilvania en 1957. (Eran más una herramienta de marketing inteligente para atraer clientes, en lugar de una ayuda para el ajuste). Junto con Robert J. Van de Graaff , John G. Trump desarrolló uno de los primeros generadores de rayos X de un millón de voltios.
Un sistema de imágenes de rayos X consta de una consola de control del generador donde el operador selecciona las técnicas deseadas para obtener una imagen legible de calidad (kVp, mA y tiempo de exposición), un generador de rayos X que controla la corriente del tubo de rayos X, el kilovoltaje del tubo de rayos X y el tiempo de exposición de emisión de rayos X, un tubo de rayos X que convierte el kilovoltaje y mA en rayos X reales y un sistema de detección de imágenes que puede ser una película (tecnología analógica) o un sistema de captura digital y un PACS .
Los aparatos de rayos X se utilizan en el ámbito sanitario para visualizar estructuras óseas, durante intervenciones quirúrgicas (especialmente ortopédicas) para ayudar a los cirujanos a unir huesos rotos con tornillos o placas estructurales, para ayudar a los cardiólogos a localizar arterias bloqueadas y guiar la colocación de stents o realizar angioplastias, y para otros tejidos densos como los tumores . Las aplicaciones no médicas incluyen la seguridad y el análisis de materiales.
Los principales campos en los que se utilizan los aparatos de rayos X en medicina son la radiografía , la radioterapia y los procedimientos de tipo fluoroscópico . La radiografía se utiliza generalmente para obtener imágenes rápidas y de alta penetración, y suele emplearse en zonas con un alto contenido óseo, pero también se puede utilizar para buscar tumores, como en el caso de las mamografías. Algunas formas de radiografía incluyen:
En la fluoroscopia, la obtención de imágenes del tracto digestivo se realiza con la ayuda de un agente de radiocontraste como el sulfato de bario , que es opaco a los rayos X.
Radioterapia : el uso de radiación de rayos X para tratar células cancerosas malignas y benignas , una aplicación no relacionada con la obtención de imágenes.
La fluoroscopia se utiliza en casos en los que es necesaria la visualización en tiempo real (y es la más habitual en la vida cotidiana en los controles de seguridad de los aeropuertos ). Algunas aplicaciones médicas de la fluoroscopia son:
Los rayos X son radiaciones ionizantes muy penetrantes , por lo que se utilizan aparatos de rayos X para tomar imágenes de tejidos densos como los huesos y los dientes. Esto se debe a que los huesos absorben la radiación más que los tejidos blandos menos densos . Los rayos X de una fuente pasan a través del cuerpo y se depositan en un casete fotográfico. Las áreas donde se absorbe la radiación aparecen en tonos de gris más claros (más cercanos al blanco). Esto se puede utilizar para diagnosticar huesos rotos o fracturados.
En 2012, la Comisión Europea de Protección Radiológica estableció el límite de radiación de fuga de los generadores de rayos X, como los tubos de rayos X y las máquinas de TC, en un mGy/hora a un metro de distancia de la máquina. [4]
Las máquinas de rayos X se utilizan para inspeccionar objetos de forma no invasiva. El equipaje en los aeropuertos y el equipaje de los estudiantes en algunas escuelas se examinan en busca de posibles armas, incluidas bombas. Los precios de estos rayos X para equipaje varían de $50,000 a $300,000. Las partes principales de un sistema de inspección de equipaje con rayos X son el generador utilizado para generar rayos X, el detector para detectar la radiación después de pasar a través del equipaje, la unidad procesadora de señales (generalmente una PC) para procesar la señal entrante del detector y un sistema transportador para mover el equipaje hacia el sistema. El generador de rayos X portátil con pulsos alimentado por batería utilizado en seguridad, como se muestra en la figura, proporciona a los respondedores de EOD un análisis más seguro de cualquier posible peligro objetivo.
Cuando el equipaje se coloca en la cinta transportadora, el operador lo mueve hacia la máquina. Hay un conjunto de transmisor y receptor de infrarrojos para detectar el equipaje cuando ingresa al túnel. Este conjunto da la señal para encender el generador y el sistema de procesamiento de señales. El sistema de procesamiento de señales procesa las señales entrantes del detector y reproduce una imagen en función del tipo de material y la densidad del material dentro del equipaje. Luego, esta imagen se envía a la unidad de visualización.
El color de la imagen que se muestra depende del material y de su densidad: los materiales orgánicos, como el papel, la ropa y la mayoría de los explosivos, se muestran en naranja. Los materiales mixtos, como el aluminio, se muestran en verde. Los materiales inorgánicos, como el cobre, se muestran en azul y los elementos no penetrables se muestran en negro (algunas máquinas lo muestran en un verde amarillento o rojo). La oscuridad del color depende de la densidad o el grosor del material.
La determinación de la densidad del material se realiza mediante un detector de dos capas. Las capas de píxeles del detector están separadas por una tira de metal. El metal absorbe los rayos suaves, dejando pasar las longitudes de onda más cortas y penetrantes hasta la capa inferior del detector, convirtiendo el detector en un espectrómetro de dos bandas rudimentario.
Se ha diseñado un dispositivo de rayos X a partir de una película de nanotubos de carbono (que actúa como cátodo) que emite electrones a temperatura ambiente cuando se expone a un campo eléctrico. Se puede colocar una serie de estos emisores alrededor de un elemento objetivo que se va a escanear y las imágenes de cada emisor se pueden ensamblar mediante un software informático para proporcionar una imagen tridimensional del objetivo en una fracción del tiempo que lleva utilizar un dispositivo de rayos X convencional. El sistema también permite un control rápido y preciso, lo que permite la obtención de imágenes prospectivas fisiológicas controladas. [6]
Los ingenieros de la Universidad de Missouri (MU), en Columbia , han inventado una fuente compacta de rayos X y otras formas de radiación. La fuente de radiación tiene el tamaño de una barra de chicle y podría utilizarse para crear escáneres de rayos X portátiles. Un prototipo de escáner de rayos X portátil que utilice la fuente podría fabricarse en tan solo tres años. [7]
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