Instrumentacin para la obtencin de imgenes, Rayos X y Resonancia MagnticaLuis herrera y Ricardo luna

UNIVERSIDAD DE CUNDINAMARCA, INGENIERIA ELECTRONICA, ELECTIVA DE INGENIERIA II 2

Abstract En el presente artculo se dar a conocer la instrumentacin para la obtencin de imgenes rayos x y la resonancia magntica nuclear. Cada una de estas tcnicas se dio mediante la evolucin de los ordenadores y de la tecnologa mdica desarrollada desde el siglo pasado, a travs del uso de componentes electrnicos se desarrollaron una serie de instrumentos capaces de obtener imgenes del cuerpo humano, con el fin de predecir o analizar patologas que afectan a los seres humanos. Las tcnicas de rayos X se presentan como una energa electromagntica invisible capaz de obtener imgenes internas de los tejidos del cuerpo humano, huesos y rganos, igualmente existen equipos de rayos X, conformados por tubos; los cuales son los lugares en donde se originan los rayos X, as mismo las tcnicas de revelacin de los rayos X pueden ser convencionales o modernas. Por otro lado se mostraran las caractersticas, ventajas e importancia que ha tenido la resonancia magntica, como un elemento seguro y moderno para el diagnstico de patologas mediante imgenes.

Keywords rayos X, radiologa, resonancia magntica, instrumentacin, imgenes.

I. INTRODUCCIONDesde hace mucho tiempo el ser humano ha tratado de comprender y entender el cuerpo humano para as explicar los procesos funcionales de sus rganos, y ayudar a diagnosticar las diferentes enfermedades que tienen para posteriormente tratar de curarlas y as poder vivir mejor. Una herramienta muy eficaz es la instrumentacin para la obtencin de imgenes ya que con esta herramienta se han obtenido avances significativos y modernos que han contribuido al desarrollo de nuevas aplicaciones que da a da fortalecen este campo para el estudio del ser humano.Una de las herramientas que permiti empezar con el estudio del cuerpo humano mirando lo que tiene por adentro fue los rayos x ya que estos permiten obtener una fotografa de cualquier parte de cuerpo por dentro, tambin permite observar tejidos y huesos que componen el organismo humano. A medida que el tiempo ha trascurrido la ciencia ha concentrado en este campo y ha avanzado tanto que crearon una herramienta mejor que los rayos x la cual es la resonancia magntica nuclear la cual por medio de campos magnticos se puede obtener imgenes mas exactas y de mejor calidad, todo esto sin exponernos a la radiacin ya que esta es perjudicial para la salud del ser vivo.II. RAYOS XQUE SON LOS RAYOS XLos rayos x, son energa electromagntica, como lo es la luz visible, o las radiaciones ultravioleta e infrarroja, y lo nico que los distingue de las dems radiaciones electromagnticas es su llamada longitud de onda, que es del orden de 10-10m (equivalente a la unidad de longitud que conocemos como Angstrom).la cual es utilizada, como una manera para obtener o sacar imgenes internas de los tejidos, huesos y rganos de nuestro cuerpo u organismo.

HISTORIA DE LOS RAYOS XLos rayos X fueron descubiertos de forma accidental en 1895 por el fsico alemn Wilhelm Conrad Roentgen mientras estudiaba los rayos catdicos en un tubo de descarga gaseosa de alto voltaje. A pesar de que el tubo estaba dentro de una caja de cartn negro, Roentgen vio que una pantalla de platino cianuro de bario, que casualmente estaba cerca, emita luz fluorescente siempre que funcionaba el tubo. Tras realizar experimentos adicionales, determin que la fluorescencia se deba a una radiacin invisible ms penetrante que la radiacin ultravioleta. Roentgen llam a los rayos invisibles "rayos X" por su naturaleza desconocida. Posteriormente, los Rayos X fueron tambin denominados rayos Roentgen en su honor.OBTENCION DEL HAZ DE RAYOS XDebido a la interaccin de los electrones con la materia por los efectos de colisin y frenado, se generan fotones cuyas energas forman un espectro policromatico o heterogneo que suman la radiacin caracterstica y de la radiacin de frenado.EFECTO DE FRENADO

Esquema sobre la produccin de la denominada radiacin de frenado. Cuando un electrn de alta energa pasa cerca del ncleo se desva debido a la interaccin electromagntica. EFECTO DE COLISION

Esquema sobre la produccin de rayos X caractersticos de un metal. Un electrn de alta energa puede producir la salida de un electrn cercano al ncleo.EL TUBO DE RAYOS XEl tubo de rayos X es el lugar en donde se generan los rayos X, en base a un procedimiento mediante el cual se aceleran unos electrones en primer lugar, para despus frenarlos bruscamente.

OBTENCION DEL HAZ RESULTANTECuando el haz incidente penetra dentro del organismo se produce la interaccin de los fotones con la estructuras atmicas del cuerpo humano. Esta interaccin reside en la fuerza que se ejercen a muy corta distancia entre los campos magnticos asociados a los fotones incidentes y los campos elctricos de los electrones orbitales.MANERAS PRINCIPALES EN QUE LOS RX INTERACCIONAN CON LA MATERIAEFECTO COMPTONSe explica cuando un e- choca contra un fotn de alta energa. Las dos partculas se desviaran, con lo que formaran un ngulo respecto a la trayectoria de la radiacin incidente de rayosX. El fotn incidente dona parte de su energa al e- y sale del materialEFECTO FOTOELECTRICOCuando unfotn correspondiente a la zona de rayosX del espectro electromagntico choca con un tomo, puede golpear un e- de una capa interna y sacarlo fuera de l. Si el fotn tiene ms energa que la necesaria para expulsar el e-, la energa sobrante le ser transmitida en forma de E cintica.TIPOS DE RADIACINRADIACION DISPERSAEl haz que sale por la ventana del tubo de rayos X. Al interaccionar con el paciente, una parte del haz directo es absorbido, otra lo atraviesa (haz primario transmitido) y otra es dispersada en direcciones mltiples. Una fraccin apreciable de los fotones dispersados atraviesa el espesor total del Esquema de formacin de la radiacin de fuga y de la radiacin dispersa paciente (haz disperso transmitido). La radiacin total que llega al detector de imagen es la suma del haz primario transmitido y el haz disperso transmitido. RADIACION RESIDUALEs cuando cierta cantidad del haz resultante atraviesa al paciente dando lugar a la imagen radiogrfica. Sin embargo, una determinada cantidad de los fotones de este haz atraviesa el chasis y la pelcula, choca contra el suelo o las paredes de la sala radiogrfica, conocida como radiacin residual.RADIACION DE FUGALa radiacin de fuga es aquella que logra atravesar la coraza de plomo y acero en la que est encapsulado el tubo.

La fig. Muestra claramente los tipos de radiacin que se emiten de una unidad de tratamientos. Estos tipos de radiacin son la primaria o directa, la de fuga (ambas emitidas por la unidad de tratamiento) y la dispersa (Emitida por el propio paciente). Transduccin analgica del haz resultanteLa pantalla fluoroscopica: existen sustancias por ejemplo el sulfuro de zinc, que al ser irradiados por rayos X emiten luz visible. Se basa en la constitucin atmica de estas sustancias cuya diferencia de niveles energticos corresponden a la energa de la luz visible. La luminosidad es proporcional a la exposicin de rayos X incidentes y la imagen luminosa es una rplica fiel y sin inercia del haz resultante.La pelcula radiogrfica: la emulsin radiogrfica es sensible a los rayos X y despus del revelado, el ennegrecimiento es tanto ms grande cuanto mayor es la cantidad de radiacin recibida. Es por tanto una imagen en negativo y la sustancia ms radiotransparente aparecer en negro. La pelcula radiogrfica es relativamente poco sensible a la accin de rayos X, con lo que seran necesarios largos tiempos para lograr una buena impresin.Visualizacin por circuito cerrado de televisin: consiste simplemente en una pantalla de fluoroscopio que transforma la radiacin X al paciente en una imagen lumnica. Esta imagen lumnica mediante un sistema ptico adecuado, es visualizada por una cmara de televisin la cual enva una seal elctrica analgica al barrer la imagen fluoroscopica. Esta seal es visualizada en una pantalla de televisin. Un sistema ptico y electrnico permite, a su vez, realizar ampliaciones de imagen.

EQUIPOS DE RAYOS X

Todo depende del tipo de estudio que se le deba realizar al paciente; pueden existir:Equipos fijos, en salas tcnicas donde se realizan la radiologa simple, subdividida en cada uno de los aparatos y rganos del cuerpo humano. El Equipo de Rayos x fijo es una mesa fija que posee un plano y guas para accesorios.Equipos mviles, que facilitan la toma de radiografas ante un paciente en cama o inmovilidad. ElEquipo de Rayos x Basculante, es un tipo de mesa que tiene movimiento.Radiografo convencional:es un equipo con alta densidad y se compone de mesa, bucky y tubo es el ms utilizado.

Radiografo porttil:es aquel equipo que podemos trasladarlo de un lugar a otro es muy utilizado en reas destacadas de los hospitales como lo es UCI.

VENTAJAS DE LOS RAYOS XEconmicoAccesibleRpido Brinda importante informacin anatmica (IMPORTANTE para estructuras seas)Por la aparatologa que emplea se pueden utilizar en personas de las ms diversas contexturas fsicas.DESVENTAJAS DE LOS RAYOS XCONTRAINDICADO en embarazadasLa radiacin es acumulativaLos rayos X pueden causar diferentes enfermedades: alteraciones hematolgicas, piel, tumores, etc.Una dosis excesiva puede causar la muerte.Tiene menos definicin que otros mtodos de estudio (Ej: RNM)

RESONANCIA MAGNTICA

La Resonancia Magntica es un sistema de diagnstico muy especializado que tiene como fin obtener imgenes detalladas del interior del cuerpo humano sin usar radiacin.Los exmenes realizados con este equipo no causan dolor y permiten a los mdicos detectar muchas enfermedades de forma rpida y temprana cuando pueden pasar desapercibidas por otros mtodos. (Ejemplo: escanografa, ecografa y rayos X).

HISTORIA DE LA RESONANCIA MAGNETICA

En 1971, el doctor Raymond Damadian demostr que la resonancia magntica poda ser usada para detectar enfermedades porque distintos tipos de tejidos emiten seales que varan en su duracin, en respuesta al campo magntico. Damadian cre el primer equipo de resonancia magntica en 1972. Pocos meses ms tarde aplic a una patente para su invento con el ttulo Aparato y mtodo para detectar tejidos cancergenos. La patente fue otorgada el 1974 en Estados Unidos, y fue la primera que se dio en el campo de la resonancia magntica.Reconociendo la importancia del descubrimiento de Damadian, el investigador Paul Lauterbur desarroll la tcnica para generar las primeras imgenes en resonancia magntica en 2 y 3 dimensiones utilizando gradientes, y public la primera en 1973.

FUNCIONAMIENTO

La Resonancia Magntica Nuclear (RMN) se basa en la aplicacin de un poderoso campo magntico esttico y la aplicacin de ondas de radiofrecuencia combinadas con pequeas y rpidas variaciones al poderoso campo magntico. Esta energa es absorbida por los ncleos de los tomos de Hidrgeno del cuerpo y liberada a distintas intensidades y diferentes velocidades, siendo detectada esta energa por antenas o bobinas que a travs de circuitos electrnicos la transmiten en forma digital a una computadora central, que procesa toda la informacin, dando por resultado imgenes digitales de altsima calidad e informacin.

PASOS ELEMENTALES DE LA RESONANCIA MAGNETICA

PARTES DE UN EQUIPO DE RESONANCIA MAGNETICA

El imn: Es el componente bsico de un equipo de RM. La intensidad, la homogeneidad y la estabilidad del campo magntico que genera determinan la sensibilidad y resolucin mximas del imn.La potencia del campo magntico se mide en unidades Tesla (T), que oscila entre 0,2 y 3,0 T en los imanes que se utilizan en la prctica clnica.

Gradientes de campo: Un gradiente de campo es una variacin de la magnitud del campo a lo largo de una distancia, que se crea activando unos electroimanes dispuestos en los tres planos del espacio e incluidos en el tnel del imn. Estos gradientes se encienden y apagan muchas veces durante una secuencia, y generan ligeras diferencias en el campo magntico principal que provocan que los protones en cada punto del espacio precesen con ligeras diferencias que, codificadas en el espacio, permiten obtener imgenes anatmicas en el plano seleccionado.

Generador de la radiofrecuencia: Genera las ondas de radiofrecuencia (RF) necesarias para excitar los protones. Deben ser pulsos de muy corta duracin aplicados a una frecuencia igual a la frecuencia de precesin de los ncleos que se pretenden excitar y con una amplitud de pico a pico de varios cientos de voltios Antenas o bobinas: Las antenas son dispositivos que se utilizan para detectar la seal emitida por los tejidos. Pueden ser transmisoras (envan los pulsos de RF que excitan los tejidos), receptoras (captan la seal que emiten los tejidos) o emisoras-receptoras (envan pulsos de RF y captan la seal que emiten los tejidos), y poseen formas diferentes que se utilizan segn la morfologa y el tamao de la zona anatmica que se quiere estudiar. Receptor-amplificador: Es bsicamente un detector muy sensible de seales de RF que amplifica las seales liberadas por los protones, que normalmente tienen una amplitud de unos pocos microvoltios. Sistema de adquisicin de datos: Tras amplificar la seal de RF en el receptor, sta pasa a un conversor analgico-digital que la transforma en una gama de grises predefinida determinando la intensidad de cada pxel de un plano tomogrfico en virtud de la aplicacin de la ecuacin transformada de Fourier.

Consola principal, consola auxiliar y almacenamiento de imgenes: La consola principal es el centro de la planificacin y adquisicin del estudio. Los estudios adquiridos pueden manipularse y pos procesarse en una segunda consola de trabajo sin interferir en la consola principal. Las imgenes adquiridas y procesadas se pueden enviar a un sistema de impresin en soporte fsico (placa fotogrfica, papel, etc.), o transferir a una red y almacenar en el sistema.

EQUIPOS DE RESONANCIA MAGNETICA NUCLEAR

Campo cerrado es en el cual le entra completamente el cuerpo al paciente como se observa en la siguiente figura.

Campo abierto es en el cual no le entra todo el cuerpo al paciente sino que ms bien se escoge la zona en estudio y se pone en observacin como lo observamos en la siguiente figura.

EN QUE TIPO DE ENFERMEDADES SE UTILIZAN Enfermedades del sistema nervioso central, incluyendo cualquier rea del cerebro o columna vertebral Enpadecimiento de ojos, odos, senos, paranasales, boca y garganta. En diversas enfermedades de difcil diagnostico que involucren estructuras del trax o abdomen, incluyendo corazn, pulmones, glndulas mamarias, hgado, bazo, pncreas, riones, tero, ovarios, prstata, etctera En la evaluacin integral de tumores de cualquier tipo En valoracin de alteraciones en arterias y venas. En lesiones seas o de msculos, ligamentos, tendones, articulaciones de todo tipo y regin: hombro, codo, mueca, mano, cadera, rodilla, tobillo, pie, mandbula, etctera. Es el nico proceso que permite ver ligamentos. En el rea del corazn, as como en articulaciones, msculos, ligamentos o tendones.

Algunas contraindicaciones para someterse a una resonancia magntica?Generalmente no se puede someter a una resonancia magntica si su cuerpo tiene:un implante de un dispositivo electrnico, como marcapasos, clips quirrgicos, alguna vlvula cardaca artificial o implantes auditivos metlicos;un objeto de metal que contenga hierro.Tambin debe avisarle a su mdico si:tiene antecedentes de haber trabajado con metales;es diabtico y toma hipo glucmicos;est embarazada.

Ventajas de la RMN respecto de otras pruebas de imagen

No utiliza radiaciones ionizantes reduciendo riesgo de mutaciones o cncer. Permite la obtencin de imgenes en todos los planos del espacio. Alcanza un gran contraste entre los tejidos corporales, mayor que el obtenido con cualquier otra tcnica de imagen. Esta ltima caracterstica permite diferenciar unos tejidos de otros, caracterizar tejidos y lesiones y determinar con precisin su extensin.DESVENTAJAS DE LA RMN RESPECTO DE OTRAS PRUEBAS DE IMAGEN Su elevado costo Largos tiempos de estudio. Sensacin de claustrofobia cuando se est adentro del tnel. El mayor porcentaje de imposibilidad para realizar la exploracin se debe a este tipo de problemas, llevando a la necesidad de sedar al paciente en algunas ocasiones. Aparte de estos tres, en la actualidad no se conocen riesgos biolgicos relacionados con el uso mdico de la RMN.

CONCLUCIONES

Se observ que tanto los rayos x como la resonancia magntica en la actualidad nos son de mucha ayuda ya que como lo mencionaba anteriormente, nos ayudan a encontrar alguna anomala en nuestro cuerpo y no necesariamente tenemos que imprimir la pelcula de estos.Por otra parte tambin se concluye que la mala utilizacin o el abuso de la herramienta de rayos x pueden causar anomalas en el cuerpo humano, pero si se utiliza adecuadamente es buena para prevenir enfermedades o diagnosticarlas.El rpido desarrollo de la resonancia magntica nuclear ha sido favorable para los pacientes con lesiones cerebrales ya que los diagnsticos son ms rpidos y exactos que hacerlos con otro instrumento.