X-ray machine

An X-ray machine is a device that uses X-rays for a variety of applications including medicine, X-ray fluorescence, electronic assembly inspection, and measurement of material thickness in manufacturing operations. In medical applications, X-ray machines are used by radiographers to acquire x-ray images of the internal structures (e.g., bones) of living organisms, and also in sterilization.

An X-ray generator generally contains an X-ray tube to produce the X-rays. Possibly, radioisotopes can also be used to generate X-rays.^[1]

An X-ray tube is a simple vacuum tube that contains a cathode, which directs a stream of electrons into a vacuum, and an anode, which collects the electrons and is made of tungsten to evacuate the heat generated by the collision. When the electrons collide with the target, about 1% of the resulting energy is emitted as X-rays, with the remaining 99% released as heat. Due to the high energy of the electrons that reach relativistic speeds, the target is usually made of tungsten even if other material can be used particularly in XRF applications.

An X-ray generator also needs to contain a cooling system to cool the anode; many X-ray generators use water or oil recirculating systems.^[2]

En las aplicaciones de diagnóstico por imagen médica, una máquina de rayos X cuenta con una consola de control que utiliza un técnico radiólogo para seleccionar las técnicas de rayos X adecuadas para el examen específico, una fuente de alimentación que crea y produce el kVp (kilovoltaje pico), mA (miliamperios, a veces denominados mAs, que en realidad son los mA multiplicados por la duración de exposición deseada) deseados para el tubo de rayos X, y el propio tubo de rayos X.

El descubrimiento de los rayos X surgió de la experimentación con tubos de Crookes , un tubo de descarga eléctrica experimental primitivo 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 se hicieron evidentes de inmediato. Una de las primeras radiografías se tomó 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 presentó formalmente una máquina de rayos X. Clarence Dally presentó al público una unidad completamente funcional 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 "coches radiológicos" para proporcionar servicios móviles de rayos X a los 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. Estas se conocían como fluoroscopios para probar zapatos . Sin embargo, a medida que se consideraron adecuadamente los efectos nocivos de la radiación de rayos X , finalmente cayeron en desuso. El uso de este dispositivo para probar zapatos fue prohibido por primera vez en el estado de Pensilvania en 1957. (Eran más una astuta herramienta de marketing para atraer clientes que una ayuda para probarse el calzado). Junto con Robert J. Van de Graaff , John G. Trump desarrolló uno de los primeros generadores de rayos X de un millón de voltios.

A finales de la década de 1990, la industria de fabricación de máquinas de rayos X basadas en la tecnología de película convencional se estaba convirtiendo en un producto básico.

La tecnología dio otro salto en la década de 2000, cuando los físicos del CERN desarrollaron una nueva forma de observar partículas: el detector de píxeles híbrido. Este método es más preciso que la radiografía convencional, ya que convierte la energía de cada partícula en datos. ^{[ 4 ]} El primer chip se desarrolló en la década de 1990 ^{[ 5 ]} , y en la década de 2010 la tecnología se comercializó. Se utiliza en una amplia variedad de máquinas, sobre todo en la tomografía computarizada de conteo de fotones .

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 el 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 cirugías (especialmente ortopédicas) para ayudar a los cirujanos a fijar huesos rotos con tornillos o placas estructurales, para ayudar a los cardiólogos a localizar arterias obstruidas y guiar la colocación de stents o realizar angioplastias, y para otros tejidos densos como tumores . Entre las aplicaciones no médicas se incluyen la seguridad y el 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 se utiliza generalmente para obtener imágenes rápidas y de alta penetración, y suele emplearse en zonas con alto contenido óseo, pero también puede utilizarse para detectar tumores, al igual que en la mamografía. Algunas formas de radiografía incluyen:

• ortopantomografía : radiografía panorámica de la mandíbula que muestra todos los dientes a la vez.
• mamografía : radiografías del tejido mamario
• tomografía : obtención de imágenes por rayos X en secciones

Los rayos X son radiación ionizante de alta penetración ; por lo tanto, las máquinas de rayos X se utilizan para obtener imágenes de tejidos densos como huesos y dientes. Esto se debe a que los huesos absorben la radiación en mayor medida que los tejidos blandos , que son menos densos . Los rayos X, provenientes de una fuente, atraviesan el cuerpo y llegan a un casete fotográfico. Las áreas donde se absorbe la radiación aparecen en tonos grises más claros (más cercanos al blanco). Esto permite diagnosticar fracturas óseas.

La radioterapia es el uso de radiación de rayos X para tratar células cancerosas malignas y benignas . Es una aplicación que no utiliza imágenes.

La fluoroscopia se utiliza en casos donde se requiere visualización en tiempo real (y se encuentra con mayor frecuencia en la vida cotidiana, por ejemplo, en los controles de seguridad de los aeropuertos ). Algunas aplicaciones médicas de la fluoroscopia incluyen:

• Angiografía : se utiliza para examinar los vasos sanguíneos en tiempo real, así como para la colocación de stents y otros procedimientos para reparar arterias obstruidas.
• Enema de bario : un procedimiento utilizado para examinar problemas del colon y del tracto gastrointestinal inferior.
• deglución de bario : similar a un enema de bario, pero se utiliza para examinar el tracto gastrointestinal superior.
• biopsia : extracción de tejido para su examen
• Control del dolor : se utiliza para visualizar y guiar las agujas para administrar/inyectar analgésicos, esteroides o medicamentos bloqueadores del dolor en toda la región espinal.
• Procedimientos ortopédicos : se utilizan para guiar la colocación y extracción de placas, varillas y elementos de fijación para el refuerzo de la estructura ósea, que ayudan al proceso de curación y a la alineación de las estructuras óseas para que se consoliden correctamente.
• La obtención de imágenes del tracto digestivo se realiza con la ayuda de un agente de contraste radiológico como el sulfato de bario , que es opaco a los rayos X.

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 estos análisis de rayos X de equipaje varían entre 50.000 y 300.000 dólares. Los componentes principales de un sistema de inspección de equipaje por rayos X son el generador que produce los rayos X, el detector que detecta la radiación tras pasar por el equipaje, la unidad de procesamiento de señales (normalmente un ordenador) que procesa la señal del detector y un sistema de transporte para introducir el equipaje en el sistema. El generador portátil de rayos X pulsados ​​alimentado por batería, utilizado en seguridad como se muestra en la figura, proporciona a los equipos de desactivación de explosivos un análisis más seguro de cualquier posible peligro.

Cuando el equipaje se coloca en la cinta transportadora, el operario lo introduce en la máquina. Un conjunto de transmisor y receptor infrarrojo detecta el equipaje al entrar en el túnel. Este conjunto activa el generador y el sistema de procesamiento de señales. El sistema procesa las señales recibidas del detector y genera una imagen basada en el tipo y la densidad del material dentro del equipaje. Esta imagen se envía a la pantalla.

El color de la imagen mostrada depende del tipo y la densidad del material. El análisis de rayos X se basa en la tabla periódica. ^{[ 6 ]} Los elementos del 1 al 10, como el hidrógeno, el carbono, el nitrógeno y el oxígeno, clasificados como materia orgánica, se colorearán en tonos anaranjados. Estos materiales incluyen papel, ropa, la mayoría de los alimentos y la mayoría de los explosivos.

Los elementos del 19 al 56, como el titanio, el hierro, el cobre, el circonio, la plata y el estaño, clasificados como materiales inorgánicos, aparecen en tonos azules.

El color verde se utiliza para lo que se conoce como el grupo mixto . Este grupo incluye los elementos del 11 al 18, como el sodio, el aluminio y el cloro. También incluye materiales que son una mezcla de elementos que normalmente se representan en naranja y verde o naranja y azul.

Un ejemplo es el PVC. El PVC es una combinación de carbono (naranja), hidrógeno (naranja) y cloruro (verde). Otro ejemplo son ciertos tipos de fertilizantes, como el nitrato de amonio que contiene potasio. El nitrato de amonio es una combinación de hidrógeno, nitrógeno y oxígeno (todos naranjas) y potasio (azul). Cuando estos materiales se presentan en la máquina de rayos X, según su composición, pueden mostrarse como materiales mixtos en verde.

Una tercera razón para el uso del color verde es cuando un material, por ejemplo el cobre, recubre otro, por ejemplo la madera. Normalmente, el cobre sería azul y la madera naranja; sin embargo, donde se superponen, la máquina lo interpreta como una mezcla y utiliza el color verde.

Los elementos de 57 o más, como el platino, el mercurio, el oro y el plomo, se mostrarán en color negro. Este color también se utilizará cuando la densidad sea suficiente para impedir que el equipo de rayos X analice eficazmente los materiales.

Algunas máquinas pueden mostrar la densidad mediante un color verde amarillento o rojo.

La intensidad de los colores depende de la densidad o el grosor de los materiales. Cuanto más grueso o denso sea el material, más oscuro será el tono.

La determinación de la densidad del material se logra mediante un detector de dos capas. Las capas de los píxeles del detector están separadas por una tira de metal. El metal absorbe los rayos suaves, permitiendo que las longitudes de onda más cortas y penetrantes lleguen a la capa inferior de detectores, convirtiendo así el detector en un espectrómetro de dos bandas rudimentario.

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. ^{[ 7 ]}

Se ha creado un dispositivo de rayos X a partir de una película de nanotubos de carbono (como cátodo) que emite electrones a temperatura ambiente al exponerse a un campo eléctrico. Se puede colocar una matriz de estos emisores alrededor del objeto a escanear, y las imágenes de cada emisor se pueden combinar mediante un software informático para obtener una imagen tridimensional del objeto en una fracción del tiempo que requiere un dispositivo de rayos X convencional. El sistema también permite un control rápido y preciso, posibilitando la obtención de imágenes fisiológicas sincronizadas. ^{[ 9 ]}

El fabricante australiano de rayos X Micro-X fue el primero en comercializar rayos X de nanotubos de carbono en el sector médico. En colaboración con investigadores de la Universidad de Flinders y la Universidad de Adelaida, la empresa inventó y patentó una nueva y estable forma de generar emisión de rayos X de alta corriente utilizando nanotubos de carbono. ^{[ 10 ]} Actualmente están desarrollando una tomografía computarizada miniaturizada para el diagnóstico de accidentes cerebrovasculares en colaboración con la Alianza Australiana para el Accidente Cerebrovascular. ^{[ 11 ]}

Ingenieros de la Universidad de Missouri (MU), Columbia , han inventado una fuente compacta de rayos X y otras formas de radiación. Esta fuente de radiación tiene el tamaño de un chicle y podría utilizarse para crear escáneres de rayos X portátiles. Un prototipo de escáner de rayos X portátil que utilice esta fuente podría fabricarse en tan solo tres años. ^{[ 12 ]}

• Fluoroscopio
• Rayos X de retrodispersión , por ejemplo, para el escaneo de seguridad de pasajeros (en lugar de equipaje).
• cristalografía de rayos X
• Radiografía
• fluorescencia de rayos X
• Astronomía de rayos X (detectores)

• Zhang, J; Yang, G; Cheng, Y; Gao, B Qiu, Q; Lee, YZ; Lu, JP y Zhou, O (2005). "Fuente de rayos X de barrido estacionario basada en emisores de campo de nanotubos de carbono" . Applied Physics Letters . 86 (2 de mayo): 184104. Bibcode : 2005ApPhL..86r4104Z . doi : 10.1063/1.1923750 . S2CID  120546441 .{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )