Protección Radiológica en Radiología Dental
EL ATOMO Estructura atómica, propiedades
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características
y
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Conceptos Fundamentales
El átomo, el núcleo y sus propiedades..
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La materia ... ¿cómo esta constituida? Toda materia está compuesta de átomos o moléculas (grupos de átomos).. Todo átomo está compuesto de un núcleo muy pesado (el cual en su interior tiene Z protones y N neutrones) y Z electrones negativos que giran aleatoriamente alrededor de él.
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Protección Radiológica en Radiología Dental 10-2 m
Moneda Atomo
10-15 m
Núcleo Nucleón
?
10-10 m
Quark
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10-16 m Dimensiones aproximadas de diferentes estructuras de la materia, desde una moneda hasta los quarks. Diapositiva 4 de 139 IPEN
Protección Radiológica en Radiología Dental Notación o nomenclatura En Física Nuclear, un núcleo se identifica según: Número Atómico (Z) … número de protones Número Másico (A) …. número total de nucleones Un nucleido queda denotado por el número másico con un superíndice a la izquierda del símbolo del elemento químico al cual pertenece,
12 6
23 11
C, Na,
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107 47
Ag,
238 92
U Diapositiva 5 de 139 IPEN
Protección Radiológica en Radiología Dental ISOTOPOS: Son nucleidos que tienen el mismo número de protones, es decir, tienen el mismo número atómico Z y número de neutrones N y másico A diferentes. 1 1
H , 21 H , 31 H
ISOBAROS: Son nucleidos que tienen el mismo número total de nucleones, o sea el mismo número másico A, pero difieren en número atómico Z y número de neutrones N. 14 6
C , 147 N
ISOTONOS: Son nucleidos que tienen el mismo número de neutrones, o sea el mismo número N, pero difieren en el número atómico Z y número másico A. 13 6
C , 147 N
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NUCLEOS ESTABLES • Son aquellos núcleos tal como los percibimos. Es decir, estos núcleos no tienen la capacidad de emitir radiación alguna a menos que la produzca algún agente externo. • Algunos materiales con núcleos de este tipo son utilizados en la industria, metalurgia, laboratorios químicos, y también como blindajes biológicos.
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NUCLEOS INESTABLES Estos núcleos tienen la particularidad de emitir algún tipo de radiación: α, β, γ . Estos núcleos, después de emitir la radiación mencionada, pueden cambiar de identidad o permanecer en un estado excitado. Este proceso es repetitivo hasta que sea estable. Los núcleos inestables son producidos vía irradiación de núcleos estables (blancos) con haces de neutrones en un Centro Nuclear como el nuestro.
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ONDAS Características y propiedades
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ONDAS Una onda es una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal o el espacio ultra alto vacío.
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ONDAS
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Ondas - Características
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Ondas - Propiedades Todas las ondas electromagnéticas poseen Energía (E), Longitud de onda (λ) y Frecuencia (ν) Que se relacionan entre si de la siguiente manera:
E = hν =
hc
ν=
λ
operando las constantes:
E=
c
λ
Donde h = 6,67 x 10-34 Js C = 3 x 108 m/s
1,239
λ
Donde E esta en keV y λ en nm IPEN : Trabajando en las fronteras de la ciencia
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EL ESPECTRO ELECTROMAGNETICO
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Es la distribución energética del conjunto de ondas electromagnéticas o, más concretamente, la radiación electromagnética, que emite o absorbe una sustancia. Esta radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar.
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Protección Radiológica en Radiología Dental Radiación No-Ionizante Es aquella que no tiene la energía suficiente para remover electrones de los átomos
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PRINCIPALES TIPOS DE RADIACIÓN
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Protección Radiológica en Radiología Dental Radiación Átomo Radioactivo Radiación Ionizante Partícula Alfa Partícula Nêutron Partícula Beta Rayos Gamma (Rayos X)
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INTERACCION DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA - Efecto Fotoeléctrico - Efecto Compton
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Fotón Incidente
Electrón expulsado
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Efecto Fotoeléctrico • Proceso que ocurre a bajas energías. • El fotón transfiere toda su energía al átomo del medio con que interactúa
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Protección Radiológica en Radiología Dental Efecto Compton Fotón Incidente ( Eg )
Electrón expulsado
El fotón cede una fracción de su energía a un átomo del medio La energía del fotón que sale dispersado del átomo tiene la siguiente energía: θ
Eγ
Eγ ' =
Fotón dispersado ( E’g ) IPEN : Trabajando en las fronteras de la ciencia
1+
Eγ me c 2
( 1 − cos θ )
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Protección Radiológica en Radiología Dental Cada uno de los efectos predomina a diferentes energías de los fotones. A bajas energías (rayos X), predomina el fotoeléctrico; a energías medianas (alrededor de 1 MeV), el Compton; a energías mayores, la producción de pares.
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Atenuación Si se envía un haz de intensidad I0 (número de fotones) de rayos X o gamma sobre un material de espesor x, y se coloca detrás de éste un detector; en el material, el haz será atenuado por las tres interacciones ya mencionadas, llegando al detector sólo la cantidad I, menor que I0.
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Ley de la atenuación de la radiación La atenuación obedece la ley exponencial:
I = I0 e
−µ x
Donde µ se llama coeficiente lineal de atenuación. Se puede definir la capa hemirreductora x1/2 como el grueso de absorbedor que reduce la intensidad inicial a la mitad. La capa hemirreductora está relacionada con el coeficiente lineal de atenuación según la ecuación
x1/ 2 =
ln(2)
µ
=
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0,693
µ Diapositiva 25 de 139 IPEN
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Relación entre el blindaje y la intensidad
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MAGNITUDES Y UNIDADES RADIOLÓGICAS Exposición, Dosis absorbida, Dosis equivalente, Dosis efectiva
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Protección Radiológica en Radiología Dental Exposición (X) La cantidad de cargas del mismo signo producidas en el aire, cuando todos los electrones liberados por los fotones en un elemento de volumen de aire, son completamente absorbidos en este medio. Sistema International (SI) : Coulomb/kilogram (C/kg) Tradicional: Röentgen ( R )
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1 R = 2,58x10-4 C/kg
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Protección Radiológica en Radiología Dental Exposición (X):
Q X= m Q=
carga del mismo signo producida por la radiación X o γ en el aire.
m = masa de aire donde se produce “Q”.
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Protección Radiológica en Radiología Dental Dosis Absorbida Energía depositada por cualquier tipo de radiación ionizante en la masa de un determinado volumen. unidad SI : unidad tradicional :
Gray (Gy) rad ; 1 Gy = 100 rad
Vale para todos los tipos de radiación y todos los tipos de materiales absorbedores
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E Absorbida D= m Eabsorbida = energía promedio absorbida por el medio. m
= masa del medio que absorbió la energía.
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Protección Radiológica en Radiología Dental Dosis Equivalente La dosis equivalente relaciona el efecto biológico de una dosis absorbida y un tipo particular de radiación o una mezcla de radiaciones para el cuerpo humano. Dosis Equivalente (DE) en rem = Dosis en rad x Q Dosis Equivalente (DE) en Sv = Dosis en Gy x Q SI :
Sievert (Sv) tradicional: rem y 1 Sv = 100 rem
mrem
Para fotones: 1 R ≈ 1 rad = 1 rem IPEN : Trabajando en las fronteras de la ciencia
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HT = QR. DT,R QR = factor de ponderación de la radiación DT,R = dosis absorbida por el tejido T debido a la radiación R
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Tipo y Energía de Radiación
Factor de ponderación, QR
Fotones todas las energías
1
Electrones y muones
1
Neutrones < 10 keV
5
Neutrones 10 kev a 100 keV
10
Neutrones 100 kev a 2 MeV
20
Neutrones 2 MeV a 20 MeV
10
Neutrones > 20MeV
5
Protones
5
Partículas alfa, nucleos pesados
20
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Protección Radiológica en Radiología Dental Dosis Efectiva Se define como la suma ponderada de las dosis equivalentes en los distintos tejidos
E = ∑ WT .H T Hay órganos que son más sensibles a la radiaciones que otros; WT es el factor de ponderación que toma en cuenta la radiosensibilidad relativa de diferente tejidos T; HT es la dosis equivalente en el tejido T
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Protección Radiológica en Radiología Dental Factores de Ponderación de Tejidos y Organos (wT) Tejido u Órgano
wT
Gónada
0.20
Médula Osea (rojas)
0.12
Mama
0.12
Pulmón
0.12
Estómago
0.12
Vejiga
0.05
Tiroides
0.05
Huesos (superficie ósea)
0.01
Piel
0.01
Resto del cuerpo
0.05
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Protección Radiológica en Radiología Dental DOSIMETRÍA A PACIENTES
Dosis típicas en mGy en exámenes TC Examen TC
Ojos
Tiroides
Tórax
Útero
Ovarios
Gónadas
50
1.9
0.03
*
*
*
Cervicales
0.62
44
0.09
*
*
*
Columna (r. toráxica)
0.04
0.46
28
0.02
0.02
*
Tórax
0.14
2.3
21
0.06
0.08
*
Abdomen
*
0.05
0.72
8.0
8.0
0.7
L. Supine
*
0.01
0.13
2.4
2.7
0.06
Pelvis
*
*
0.03
26
23
1.7
Cabeza
El símbolo * indica que la dosis es < 0.005 mGy IPEN : Trabajando en las fronteras de la ciencia
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Protección Radiológica en Radiología Dental DOSIMETRÍA A PACIENTES Dosis Efectiva en CT y Exámenes Radiográficos Tomografía computarizada
Dosis efectiva Exámenes (mSv) Radiográficos
Dosis Efectiva (mSv)
Cabeza
2
Cráneo
0.07
Tórax
8
Tórax
0.02
Abdomen
10-20
Abdomen
1.0
Pelvis
10-20
Pelvis
0.7
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NATURALEZA, PROPIEDADES Y PRODUCCION DE LOS RAYOS X
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Naturaleza de los Rayos X Los rayos X son ondas electromagnéticas Se encuentran dentro de la clasificación de radiación ionizante Tienen una longitud de onda desde los 0,005 nm Su energía está comprendida desde los 10 keV. De 50 a 150 keV es utilizado en diagnóstico y a mayores energías en terapia
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Propiedades de los Rayos X Penetran los materiales que reflejan o absorben la luz visible Producen ionización en los átomos Afectan las películas fotográficas (emulsionan) Producen fluorescencia y fosforescencia en ciertos materiales Producen modificaciones biológicas Viajan en línea recta No responden a campos eléctricos o magnéticos IPEN : Trabajando en las fronteras de la ciencia
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Producción de rayos X Los rayos X se generan al hacer colisionar electrones contra un material blanco, debido al efecto Bremsstrahlung Bremsstrahlung significa ‘frenado’; en el sentido más estricto, ‘desvío de la trayectoria’ Es decir, si a un electrón que viaja en línea recta con energía del orden de los keV de alguna forma lo hacemos desviar de su trayectoria original, éste emitirá radiación en forma de rayos X La energía de los rayos X emitidos será mayor cuanto mayor sea el desvío de la trayectoria original.
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Esquema del efecto Bremsstrahlung
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Esquema de la formación de rayos X
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Espectro de emisión de los Rayos X
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Espectro de emisión de los Rayos X
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FORMACION DE LA IMAGEN Influencia del kilovoltaje, miliamperaje, tiempo, posición y nitidez
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Formación de la imagen radiográfica Para formar una imagen radiográfica algunos rayos X deben alcanzar la película y algunos deben absorberse. El número de rayos X que se absorben será más elevado en las zonas donde la densidad sea mayor y será de menor cantidad en zonas donde la densidad sea menor El fenómeno de la absorción de los rayos X no es un fenómeno de ‘todo o nada’, no indica que si un fotón es absorbido en una zona todos lo serán y si un fotón no es absorbido todos no lo serán. La mayor densidad indica mayor probabilidad de absorción de fotones.
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Formación de la imagen
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La película radiográfica es capaz de mostrar muchos tonos de gris, lo que proporciona mucha información sobre la estructura de los objetos que se están estudiando. Una buena radiografía aprovecha los distintos tonos de gris, no es ni demasiado clara (blanda) ni demasiado oscura (quemada)
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