Una máquina de rayos X es un dispositivo que utiliza rayos X para una variedad de aplicaciones que incluyen medicina , fluorescencia de rayos X , inspección de ensamblajes electrónicos y 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 (p. ej., 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. Posiblemente también se puedan utilizar radioisótopos para generar rayos X. [1]
Un tubo de rayos X es un simple tubo de vacío 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 en forma de rayos X , y el 99% restante se libera en forma de calor. Debido a la alta energía de los electrones que alcanzan velocidades relativistas, el objetivo suele estar hecho de tungsteno , aunque se pueden utilizar otros materiales, especialmente en aplicaciones XRF. [ cita necesaria ]
Un generador de rayos X también debe contener un sistema de refrigeración 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 utiliza 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), mA ( miliamperios, a veces denominados mA, que en realidad son mA multiplicados por la longitud 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 al experimentar con los tubos de Crookes , uno de los primeros tubos de descarga eléctrica experimentales inventados 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 se hicieron evidentes de inmediato. Una de las primeras fotografías radiológicas fue la 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 Exposición Universal 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 a los militares. hospitales de campaña.
En las décadas de 1940 y 1950, las máquinas de rayos X se utilizaban en las tiendas para ayudar a vender calzado. Estos se conocían como fluoroscopios para calzar zapatos . Sin embargo, cuando se consideraron adecuadamente los efectos nocivos de la radiación de rayos X , finalmente dejaron de utilizarse. El uso del dispositivo para ajustar zapatos fue prohibido por primera vez por el estado de Pensilvania en 1957. (Eran más una herramienta de marketing inteligente para atraer clientes que una ayuda para ajustarse). 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, kilovoltaje del tubo y tiempo de exposición de emisión de rayos X, un tubo de rayos X que convierte el kilovoltaje y los 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 .
Las máquinas de rayos X se utilizan en el cuidado de la salud para visualizar estructuras óseas, durante cirugías (especialmente ortopédicas) para ayudar a los cirujanos a volver a unir huesos rotos con tornillos o placas estructurales, ayudar a los cardiólogos a localizar arterias bloqueadas y guiar la colocación de stents o realizar angioplastias y para otras operaciones densas. tejidos como los tumores . Las aplicaciones no medicinales incluyen seguridad y análisis de materiales.
Los principales campos en los que se utilizan las máquinas de rayos X en medicina son la radiografía , la radioterapia y los procedimientos de tipo fluoroscópico . La radiografía generalmente se usa para obtener imágenes rápidas y altamente penetrantes, y generalmente se usa en áreas con un alto contenido óseo, pero también se puede usar para buscar tumores, como ocurre con las mamografías. Algunas formas de radiografía incluyen:
En fluoroscopia, las imágenes del tracto digestivo se obtienen 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 sin imágenes
La fluoroscopia se utiliza en los casos en que es necesaria la visualización en tiempo real (y se encuentra con mayor frecuencia en la vida cotidiana en la seguridad del aeropuerto ). Algunas aplicaciones médicas de la fluoroscopia incluyen:
Los rayos X son radiaciones ionizantes muy penetrantes , por lo que se utilizan máquinas de rayos X para tomar fotografías de tejidos densos como huesos y dientes. Esto se debe a que los huesos absorben la radiación más que el tejido blando menos denso . Los rayos X de una fuente atraviesan el cuerpo y llegan a un casete fotográfico. Las áreas donde se absorbe la radiación aparecen como 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 tomografía computarizada, en un mGy/hora a un metro de distancia de la máquina. [4]
Las máquinas de rayos X se utilizan para examinar 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 estas radiografías de equipaje varían desde $50.000 hasta $300.000. Las partes principales de un sistema de inspección de equipaje por 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 al sistema. El generador de rayos X portátil con batería de rayos X pulsados utilizado en seguridad, como se muestra en la figura, proporciona a los socorristas de EOD un análisis más seguro de cualquier posible peligro objetivo.
Cuando el equipaje se coloca en el transportador, el operador lo introduce en 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 basada en el tipo de material y la densidad del material dentro del equipaje. Esta imagen luego se envía a la unidad de visualización.
El color de la imagen mostrada depende del material y de su densidad: el material orgánico como papel, ropa y la mayoría de los explosivos se muestra 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 verde o rojo amarillento). La oscuridad del color depende de la densidad o espesor del material.
La determinación de la densidad del material se logra mediante un detector de dos capas. Las capas de los píxeles del detector se separan con una tira de metal. El metal absorbe rayos suaves, dejando que las longitudes de onda más cortas y penetrantes lleguen a la capa inferior de los detectores, convirtiendo el detector en un tosco espectrómetro de dos bandas.
Se ha convertido en un dispositivo de rayos X una película de nanotubos de carbono (a modo de 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 a escanear y las imágenes de cada emisor se pueden ensamblar mediante software de computadora para proporcionar una imagen tridimensional del objetivo en una fracción del tiempo que lleva usar un X- convencional. dispositivo de rayos. El sistema también permite un control rápido y preciso, lo que permite obtener imágenes fisiológicas controladas prospectivas. [6]
Ingenieros de la Universidad de Missouri (MU), Columbia , han inventado una fuente compacta de rayos X y otras formas de radiación. La fuente de radiación es del tamaño de una barra de chicle y podría usarse 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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