Monografía de biofísica

Bases biológicas de la radiografía dental

Resumen

Índice general

Índice de tablas y figuras

Introducción

La utilización de los estudios radiológicos es una parte integral de la práctica dental clínica, ya que se precisa alguna forma de este tipo de exploración en la mayoría de los pacientes. Como resultado las radiografías se suelen considerar como la principal ayuda diagnostica del clínico.

El rango de conocimiento sobre radiología dental que se requiere, puede dividirse en cuatro secciones principales de interés:

Principios físicos fundamentales y equipamiento: la producción de rayos x, las propiedades e interacciones que dan como resultado la formación de la imagen radiográfica

Protección radiológica: la protección de los pacientes y el personal clínico dental frente a los efectos nocivos de la radiación.

Obtención de la radiografía: las técnicas implicadas en la producción de las diferentes imágenes radiográficas.

Radiología: la interpretación de dichas imágenes radiográficas.

En este trabajo nos enfocaremos en el desarrollo de los principios físicos fundamentales de la radiografía dental, lo cual es trascendental para una buena práctica odontológica.

Cuerpo

Capitulo 1. Descubrimiento

Capitulo 2. Radiografía dental

Las radiografías dentales son capturas de imágenes que se hacen de los dientes y la boca a través de una radiación, comúnmente de rayos X. Este tipo de rayos son una forma de radiación electromagnética, invisible y de una potencia suficiente como para atravesar cuerpos opacos y dejar una impresión sobre una película fotográfica.

Al realizar una radiografía dental se podrán apreciar distintos elementos Los objetos densos, tales como obturaciones, amalgamas o restauraciones de metal bloquean los fotones de la radiación y aparecerán de color blanco en la película; las zonas donde no hay nada o solamente aire se verán de color negro, mientras que las estructuras óseas, como los dientes, y demás tejidos o líquidos aparecerán de un color gris. Por lo tanto, estas imágenes ayudan al odontólogo a evaluar el estado de los dientes y maxilares para detectar si existe algún problema. También ayuda detectar abscesos, forma de los dientes, dientes que se forman demás, fracturas radiculares, tumores y quistes.

Para poder evaluar todos estos problemas en los diferentes casos que se nos presentaran tenemos que revisar los conceptos físicos que rigen a la radiografía.

Capitulo 3. Conceptos físicos fundamentales

En física, se llama materia a cualquier tipo de entidad física que es parte del universo observable, tiene energía asociada, es capaz de interaccionar, es decir, es medible y tiene una localización espaciotemporal compatible con las leyes de la física.

Clásicamente se consideraba que la materia tiene tres propiedades que juntas la caracterizan: que ocupa un lugar en el espacio y que tiene masa y duración en el tiempo.

En el contexto de la física moderna se entiende por materia cualquier campo, entidad, o discontinuidad traducible a fenómeno perceptible que se propaga a través del espacio-tiempo a una velocidad igual o inferior a la de la luz y a la que se pueda asociar energía. Así todas las formas de materia tienen asociadas una cierta energía pero sólo algunas formas de materia tienen masa.

3.1. Estructura atómica

Cuanto nos rodea está compuesto por materia, entendiéndose por esta cualquier cosa que ocupe espacio y tenga inercia, posea masa y pueda ejercer fuerza o ser sometida a la acción de una fuerza. Se presenta en tres estados: solido, liquido y gaseoso. Puede dividirse en elementos y componentes, los elementos están formados por un solo tipo de átomos, mientras que los componentes están formados por lo menos por dos tipos de átomos diferentes.

Los átomos son las unidades fundamentales de los elementos, estos no pueden dividirse por métodos químicos ordinarios, pero pueden romperse en partículas menores (subatómicas) por acción de técnicas especiales de alta energía.

Se han descrito más de cien partículas subatómicas. No obstante, las denominadas partículas fundamentales, de máximo interés en radiología, son los electrones, los protones y los neutrones. Su interés radica en la generación, emisión y absorción radiación que se producen a nivel subatómico.

La teoría atómica moderna debe su origen a Dalton (1803), quien partió de la idea que la materia es discontinua para establecer una serie de postulados, el primero de los cuales describe el átomo como partícula indivisible e indestructible. Un paso más en el conocimiento de la materia fue el descubrimiento de su naturaleza eléctrica. Los experimentos en descargas eléctricas en gases realizados por Thompson (1897) pusieron en evidencia la existencia de partículas subatómicas de naturaleza eléctrica que eran iguales en todos los átomos: Thompson descubrió con carga negativa, el electrón. El descubrimiento de Golstein de una partícula de igual carga que la anterior, aunque de signo contrario, y

aproximadamente 1840 veces mayor (protón), supuso encontrar la partícula que compensaría la carga del electrón de la materia. Años más tarde, Chadmick descubrió el neutrón.

Tabla1-1. Partículas fundamentales

Carga eléctrica Masa (kg) Masa atómica (u) LugarProtón 1,602×10-19 1674×10-30 1,00728 Núcleo

Neutrón 0 1675×10-30 1,00867 NúcleoElectrón -1,602×10-19 0,911×10-30 0,00055 Corteza

La tabla 1-1 muestra una primera clasificación de partículas fundamentales, protón y neutrón son partículas del núcleo. La primera tiene carga positiva, mientras que los neutrones no tienen carga. Ambas partículas reúnen prácticamente toda la masa del átomo. Los electrones giran en torno al núcleo en igual número de protones. De esta forma los átomos son eléctricamente neutros.

3.2.1. Modelos atómicos

El modelo atómico ha ido evolucionando desde la descripción inicial del átomo realizada por Dalton. En 1904, Thompson definió el átomo como una esfera dotada de carga electropositiva en cuyo interior se encuentran distribuidos electrones con carga negativa. En 1911, Rutherord dio un paso más al proponer un modelo nuclear para el átomo en el que la carga positiva y casi la totalidad de la masa se concentran en un núcleo pequeño. Los electrones giran alrededor del núcleo ocupando la mayor parte del átomo.

Niels Bohr creó en 1913 un modelo de átomo que permite comprender los procesos de absorción y emisión de energía que suceden a este nivel. Bohr se baso para su construcción en aspectos teóricos y experimentales como la teoría cuántica de Planck, el efecto fotoeléctrico y los espectros atómicos. Relaciono la energía de los electrones con sus orbitas: si el electrón se encuentra en orbitales estables no radiara energía (en ellas la energía del electrón será constante), pero cuando salta de una órbita estable a otra de distinta energía emite o absorbe radiación electromagnética.

Figura 1-1. Saltos electrónicos entre dos orbitas.

Esta figura representa el salto de un electrón a una órbita más externa por absorción de energía. Al volver a saltar a otra más próxima al núcleo emitirá una energía igual a la diferencia de energía existente entre los dos niveles (como E1 y E2 están cuantizados, la frecuencia de la radiación emitida tendrá un valor determinado)

E1−E2=hv

Este modelo, fue perfeccionado cuando los avances tecnológicos permitieron disponer de espectroscopios de mayor precisión, explica satisfactoriamente el espectro del átomo de hidrogeno. In embargo, no puede explicar los espectros atómicos de sistemas constituidos por más de un electrón y, por ello, fue necesario elaborar una nueva teoría. El modelo que reemplazaría al anterior fue el modelo mecano cuántico en el que las orbitas que describen los electrones pasan a ser orbitales atómicos cuyas propiedades geométricas las determinan los llamados números cuánticos.

Gracias al desarrollo de estos modelos se pudo llegar a la conclusión de que dentro del átomo hay dos zonas muy importantes: el núcleo y la corteza.

El átomo está compuesto por un núcleo central cargado positivamente, rodeado por nube electrónica cuya carga negativa es igual a la carga positiva del núcleo. Hoy se acepta que el átomo tiene un diámetro de unos 10-10 m, mientras que el del núcleo es del orden 10-14 m. las partículas nucleares, protones y neutrones, reciben el nombre de nucleones.

En la tabla 1-1 resumimos las partículas fundamentales y sus características más importantes. Sin embargo, la idea de un átomo formado por un núcleo con nucleones y una corteza con electrones ha sufrido grandes cambios. La pregunta

de si los nucleones están compuestos por partes aun más pequeñas ha encontrado respuesta en las investigaciones sobre la constitución de la materia que mostraron su existencia de cientos de partículas que eran desconocidas.

De esta manera, podemos describir la estructura microscópica de la materia del siguiente modo: la materia está formada por dos tipos de partículas fundamentales, los leptones y los quarks. Existen seis leptones y seis quarks (doce partículas y su correspondientes antipartículas) encuadrados en tres familias. Con la primera familia se describe la materia ordinaria (protones, neutrones y electrones). Las otras dos familias explican la materia que se crea en aceleradores de partículas, materia altamente inestable que se desintegra muy rápidamente.

3.2.2. Isómeros

Hay núcleos que tienen el mismo número atómico y el mismo número de masa pero presentan diferente estado de energía. A estos se les conoce con el nombre de isómeros. Por ejemplo, el tecnecio 99 meta estable presenta una situación de mayor energía transformándose en tecnecio 99 estable mediante la emisión de emisión gamma. La tabla 1-2 resume las características de estas estructuras nucleares.

Tabla 1-2. Características de las estructuras nucleares.

Numero atómicoZ

Numero másicoA

Numero de neutronesN

Isotopo Igual Distinto DistintoIsobaro Distinto Igual DistintoIsótono Distinto Distinto IgualIsómero Igual Igual Igual

3.3. Radiactividad

Algunos átomos existen en un estado anormal de excitación caracterizado por un núcleo inestable. Para conseguir la estabilidad, el núcleo emite espontáneamente partículas y energía, y se transforma en otro átomo. Este proceso se conoce como desintegración radiactiva o decaimiento radiactivo. Los átomos involucrados son los radionúclidos. Cualquier disposición nuclear se llama núclido; solo los núcleos que experimentan desintegración radiactiva son radionúclidos.

Por lo tanto se considera a la radiactividad como la emisión de partículas y energía con la finalidad de alcanzar la estabilidad.

3.3.1. Radioisótopos, la naturaleza de las radiaciones.

Muchos factores afectan la estabilidad nuclear. Quizá el más importante sea el número de neutrones. Cuando un núcleo contiene o muy pocos o demasiados neutrones, el átomo se puede desintegrar por radiactividad, llevando al número de neutrones y protones a una proporción estable y adecuada.

Además de los isotopos estables, muchos elementos tienen isotopos radiactivos o radioisótopos. Estos pueden producirse artificialmente en maquinas como aceleradores de partículas o reactores nucleares. Se han descubierto siete radioisótopos del bario, todos ellos producidos artificialmente. Se han identificado radioisótopos producidos artificialmente para casi todos los elementos. De igual manera, solo unos pocos elementos poseen radioisótopos naturales.

Hay dos fuentes primarias de radioisótopos naturales. Algunos se originaron en tiempos de la formación de la tierra y todavía hoy se están desintegrando muy lentamente. Un ejemplo es el uranio que, en último termino, se transforma en radio, que, a su vez, se transforma en radón. Estos y otros resultados de la desintegración del urano también son radiactivos. Otros como el 14C, son producidos continuamente en la atmosfera exterior debido a la acción de la radiación cósmica.

Los radioisótopos pueden decaer a la estabilidad de varias maneras, pero solo dos, la emisión beta (β) y la emisión alfa (α), son de especial importancia para nosotros.

Durante la emisión beta, un electrón creado en el núcleo es expulsado del núcleo del núcleo con la energía cinética considerable, y escapa del átomo. El resultado es la perdida de una pequeña cantidad de masa y de una unidad de carga eléctrica negativa del núcleo del átomo. Simultáneamente, un neutrón se convierte en un protón.

Por tanto, el resultado de la emisión beta es el aumento del número atómico en 1 (Z a Z + 1), mientras que el número másico permanece constante (A cte.). Consecuentemente, esta transformación nuclear resulta en un cambio de átomo desde un tipo de elemento a otro (figura 1-2)

Figura 1-2. Desintegración 3H a 3He con la emisión de una particula beta.

La desintegración por emisión alfa es un proceso mucho más violento. La partícula alfa está formada por dos protones y dos neutrones unidos entre sí; su número másico es 4. Un núcleo debe ser extremadamente inestable para emitir una partícula alfa, pero, cuando lo hace, pierde dos unidades de carga positiva y cuatro unidades de masa. La transformación es importante ya que el átomo resultante no solo es diferente químicamente, sino que también es más ligero en 4 umas.

Figura 1-3. Ejemplo de emisión alfa.

La emisión beta se da con mucha más frecuencia que la emisión alfa. Virtualmente, todos los radioisótopos son capaces de transformarse mediante una emisión beta, pero solo los radioisótopos pesados son capaces de hacerlo por emisiones alfa. Algunos radioisótopos son emisores puros alfa o emisores puros beta, y la mayor parte emiten rayos gamma simultáneamente con la emisión de partículas.

Entonces podemos concluir que la desintegración radiactiva desemboca en la emisión de partículas alfa, partículas beta, y; a menudo, rayos gamma.

3.3.2. Vida media radiactiva

La materia radiactiva no es tal que un día existe y al siguiente no. Antes bien, los radioisótopos se desintegran en isotopos estables de diferentes elementos, en proporción decreciente, de forma que la cantidad de material radiactivo nunca llega a ser totalmente cero.

El ratio de desintegración radiactiva y la cantidad de material presente en un momento determinado se describen matemáticamente por medio de una formula conocida como la ley de la desintegración radiactiva. De esta fórmula obtenemos una cantidad conocida como vida media. Las vidas medias de los radioisótopos varían desde menos de un segundo hasta un gran número de años. Cada radioisótopo tiene una única y característica vida media.

Teóricamente, toda la radiactividad de un radioisótopo no desaparece nunca. Después de cada periodo de tiempo equivalente a una vida media, quedara la mitad de la actividad total presente al comienzo de ese tiempo. Por tanto, aunque la medida de radiactividad se reduce progresivamente nunca alcanzara completamente al cero.

Entonces, la vida media de un radioisótopo es el tiempo requerido para que una cantidad de radiactividad se reduzca a la mitad de su valor inicial.

Conclusiones

Bibliografía

Apéndice