Mi pregunta es, ¿cómo se pueden producir imágenes de rayos X si los rayos X se refractan a medida que pasan del aire al cuerpo y luego regresan al aire?
Respuesta corta
- Las imágenes de rayos X nos brindan información sobre el cuerpo al detectar la diferencia en el número de fotones de rayos X absorbidos por tejidos con átomos más pesados (p. ej., hueso - calcio) versus fotones transmitidos a través de tejidos con átomos más ligeros (p. ej., músculo, órganos, tejido conectivo, grasa y fluidos - carbono/hidrógeno/oxígeno/nitrógeno).
- Las energías de los rayos X son altas, por lo que se refractan muy poco, independientemente del material. La distorsión producida por el diferencial de refracción aire-tejido-aire es pequeña.
- Las rejillas se utilizan en la formación de imágenes de rayos X porque los rayos X dispersos tienen un ángulo paralelo al detector de imagen (película/semiconductor/fósforo). Una cuadrícula sobre el detector de imágenes con una altura para cada celda capturará una parte de los fotones dispersos. Cuanto más pequeño sea el cuadrado de la cuadrícula y más alta la altura de la cuadrícula, más fotones dispersos capturará. Sin embargo, un tamaño de cuadrícula pequeño absorberá más fotones útiles, por lo que la dimensión y la altura del cuadrado de la cuadrícula se optimizan para maximizar la información y minimizar el ruido.
Mas detalle:
Las imágenes de rayos X , con sus regiones claras y oscuras características, resultan de la variación en la absorción de diferentes tipos de tejidos. (Las áreas oscuras en la imagen de rayos X corresponden a áreas de alta exposición a rayos X, áreas de baja absorbancia). El calcio en los huesos absorbe los rayos X con más fuerza que los átomos más livianos en otros tejidos.
La refracción de los rayos X es un efecto muy pequeño en comparación con la atenuación de la intensidad debido a los diversos métodos de absorción de fotones de rayos X. El índice de refracción de los rayos X para todos los materiales es muy cercano a 1 para todos los materiales. Es decir, la velocidad de fase de una radiografía en tejido, aire y vacío son casi idénticas. Por lo tanto, incluso si los rayos X se dirigieran a un objetivo con un alto ángulo de incidencia, la dirección de propagación del fotón a medida que pasa del aire al tejido produce un pequeño cambio de dirección. De nuevo, la refracciónno es el efecto utilizado para producir imágenes de rayos X. Si bien hay algo de refracción de los rayos X cuando pasan entre el aire y el tejido, la diferencia en el índice de refracción entre el aire y el tejido es pequeña, por lo tanto, la refracción tiene poco efecto en la información de densidad del tejido de la imagen de rayos X.
Dispersión de rayos X: los fotones de rayos X interactúan con el tejido y se dispersan de varias maneras. Idealmente, para fines de formación de imágenes, cualquier fotón de rayos X disperso es un fotón absorbido. Los fotones absorbidos no golpean el detector, lo que se interpreta como la presencia de tejido. La imagen de rayos X refleja la diferencia entre los fotones absorbidos y la penetración no dispersada. Los fotones dispersos degradan la imagen y se utiliza una rejilla de plomo sobre el detector para absorber los fotones dispersos.
Modos de absorción de rayos X:
- 1) Solo ionización: un rayo X golpea un electrón orbital y el rayo X pierde completamente su energía en un electrón orbital.
- 2) Dispersión de Compton: el fotón de rayos X golpea un electrón orbital. La colisión conserva la energía y ambas se dispersan en un ángulo con respecto al haz de rayos X. El electrón se ioniza y el fotón pierde una parte de su energía. Su frecuencia se reduce, al igual que su capacidad de penetración en los tejidos. El fotón disperso de menor energía puede tener energía insuficiente para abandonar el tejido y será absorbido por completo por colisiones posteriores con electrones orbitales. Sin embargo, algunos de los rayos X dispersos de menor energía penetrarán en el tejido e incidirán en el detector de rayos X. Esos rayos X dispersos se distribuirán aleatoriamente sobre la película, produciendo un ruido de fondo, que no aporta información útil, y degrada la relación señal/ruido de la imagen con su información de densidad ósea y tisular.
- Producción de pares: los rayos X de suficiente energía (1.022 MeV) producirán un par electrón-positrón si pasan cerca del núcleo de un átomo. Cuanto más pesado sea el núcleo, mayor será la distancia donde se producirá este efecto. Los rayos X de esta energía son demasiado energéticos para obtener imágenes del tejido humano , lo que normalmente se realiza a voltajes entre 20 y 150 KeV.
Las fuentes han declarado que se usa una rejilla de plomo para cubrir la película, de modo que solo las ondas que no se refractan se pueden usar para formar la imagen. Pero, ¿por qué algunas ondas se refractan cuando otras no?
- El fenómeno utilizado por las imágenes de rayos X es la absorción, no la refracción. La imagen se forma detectando fotones de rayos X que están dispersos frente a no dispersos . Los rayos X se dispersan con más fuerza por los núcleos más pesados, por lo que la proporción de dispersión/no dispersión es un indicador del tejido con núcleos pesados. La dispersión es el equivalente a la absorción ya que solo queremos registrar los fotones que han atravesado el tejido sin interactuar. En las imágenes de rayos X, el hueso aparece blanco porque no han penetrado tantos rayos X en el hueso sin dispersarse.
- Como se mencionó, parte de la energía de rayos X se pierde debido a la colisión de electrones en Compton Scattering. Después de la dispersión, algunos (quizás la mayoría) de los rayos X aún tendrán suficiente energía para penetrar el tejido. Pero, después de la dispersión, el ángulo de los rayos X estará fuera del eje del haz. La intención de las imágenes de rayos X es capturar solo los fotones que viajan directamente a través del cuerpo sin dispersarse. Los huesos dispersan los rayos X más que los tejidos carnosos, lo que produce un área en el detector con menos rayos X. Así, la variación en las sombras proyectadas por el hueso y el tejido denso reflejan información estructural.
- Los fotones dispersos aterrizan aleatoriamente sobre la imagen, no aportan información útil y aumentan el ruido. Los rayos X dispersos tienen un ángulo de trayectoria paralelo al plano de la película. Esto permite un método para diferenciar fotones dispersos y no dispersos.
- Los fotones dispersados en un ángulo suficientemente grande (según lo determinado por la geometría de la rejilla - altura de la pared frente al área de la rejilla), golpearán las paredes elevadas de la rejilla de plomo. Cuanto más altas sean las paredes de la rejilla, mayor será el número de fotones dispersos que capturará la rejilla de plomo antes de golpear la película/detector de rayos X.