PRESENTACIÓN............................................................................................................................................................... 13
1. CARACTERIZACIÓN DE LAS RADIACIONES Y LAS ONDAS ....................................................... 15
Objetivos.................................................................................................................................................................... 15
Mapa conceptual.................................................................................................................................................. 16
Glosario....................................................................................................................................................................... 16
1.1. Introducción a la física radiológica ............................................................................................ 17
1.1.1. Estructura física de la materia: el átomo.......................................................................... 18
1.1.2. Modelos atómicos................................................................................................................... 20
1.1.3. Energía en el átomo ................................................................................................................ 20
1.2. Radiación electromagnética y de partículas......................................................................... 22
1.2.1. Energía.......................................................................................................................................... 23
1.2.2. Dualidad onda-corpúsculo.................................................................................................. 25
1.2.3. Espectro electromagnético.................................................................................................. 26
1.3. Radiación ionizante y no ionizante............................................................................................ 27
1.3.1. Interacciones de la radiación con la materia................................................................. 28
1.4. Ondas materiales y ultrasonidos.................................................................................................. 30
1.4.1. Caracterización de las ondas periódicas....................................................................... 31
1.4.2. Comportamiento de las ondas........................................................................................... 33
Resumen..................................................................................................................................................................... 35
Ejercicios propuestos......................................................................................................................................... 36
Supuesto práctico................................................................................................................................................ 37
Actividades de autoevaluación................................................................................................................... 37
2. FUNDAMENTOS DEL ELECTROMAGNETISMO.................................................................................... 39
Objetivos.................................................................................................................................................................... 39
Mapa conceptual.................................................................................................................................................. 40
Glosario....................................................................................................................................................................... 40
6 Fundamentos físicos y equipos
Índice
2.1. Magnetismo............................................................................................................................................... 41
2.1.1. Materiales magnéticos............................................................................................................ 43
2.1.2. Campos y fuerzas magnéticas............................................................................................. 44
2.2.. Electricidad. Conceptos y aplicaciones en el diagnóstico por imagen................. 49
2.2.1. Corriente eléctrica continua y alterna............................................................................... 51
2.2.2. Inducción electromagnética................................................................................................ 56
2.2.3. Generadores, transformadores y rectificadores de corriente................................. 58
Resumen..................................................................................................................................................................... 63
Ejercicios propuestos......................................................................................................................................... 63
Supuestos prácticos........................................................................................................................................... 64
Actividades de autoevaluación................................................................................................................... 65
3. APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO EN LA OBTENCIÓN
DE IMÁGENES DIAGNÓSTICAS................................................................................................................... 67
Objetivos.................................................................................................................................................................... 67
Mapa conceptual.................................................................................................................................................. 68
Glosario....................................................................................................................................................................... 69
3.1. Aplicación de las radiaciones ionizantes en radioterapia
e imagen para el diagnóstico......................................................................................................... 69
3.1.1. Radiaciones ionizantes en radioterapia........................................................................... 70
3.1.2. Radiaciones ionizantes para el diagnóstico .................................................................. 71
3.2.. Aplicación de las radiaciones no ionizantes y las ondas materiales.................... 75
3.2.1.. Aplicación de radiaciones no ionizantes y ondas materiales
en radioterapia.......................................................................................................................... 76
3.2.2.. Aplicación de radiaciones no ionizantes y ondas materiales
en diagnóstico por imagen.................................................................................................. 76
3.2.3.. Radiaciones, equipos y especialidades médicas....................................................... 78
3.3. Unidades y magnitudes de uso en radioterapia e imagen
para el diagnóstico............................................................................................................................... 79
3.3.1. Unidades fundamentales y derivadas de medida...................................................... 79
3.3.2. Unidades de medida en radiodiagnóstico ................................................................... 81
Resumen..................................................................................................................................................................... 85
Ejercicios propuestos......................................................................................................................................... 86
Supuestos prácticos........................................................................................................................................... 86
Actividades de autoevaluación................................................................................................................... 87
4. CARACTERIZACIÓN DE LOS EQUIPOS DE RADIOLOGÍA CONVENCIONAL .................... 89
Objetivos.................................................................................................................................................................... 89
Mapa conceptual.................................................................................................................................................. 90
Glosario....................................................................................................................................................................... 90
4.1. Producción de los rayos X............................................................................................................... 91
4.1.1.. Interacción entre electrones proyectil y capas exteriores de la diana ............... 93
4.1.2. Radiación de frenado............................................................................................................. 94
4.1.3. Radiación característica ......................................................................................................... 96
4.1.4. Espectro de emisión de rayos X........................................................................................ 97
4.2. Interacción de los rayos X con la materia.............................................................................. 103
4.2.1. Dispersión clásica o coherente .......................................................................................... 105
4.2.2. Dispersión o efecto Compton ............................................................................................ 105
Fundamentos físicos y equipos 7
Índice
4.2.3. Efecto fotoeléctrico o absorción fotoeléctrica............................................................ 107
4.2.4. Producción de pares.............................................................................................................. 109
4.2.5. Fotodesintegración (desintegración fotónica)............................................................. 110
4.3. Formación de la imagen radiológica......................................................................................... 110
4.3.1. Características técnicas del haz de radiación:
factores para el estudio del haz de rayos X.................................................................. 112
Resumen..................................................................................................................................................................... 114
Ejercicios propuestos......................................................................................................................................... 115
Supuestos prácticos........................................................................................................................................... 115
Actividades de autoevaluación................................................................................................................... 116
5. COMPONENTES Y FUNCIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
DE RADIOLOGÍA CONVENCIONAL............................................................................................................ 119
Objetivos.................................................................................................................................................................... 119
Mapa conceptual.................................................................................................................................................. 120
Glosario....................................................................................................................................................................... 120
5.1. Componentes y funcionamiento del tubo de rayos X................................................... 121
5.1.1. Estructura externa: soporte, carcasa y envoltura.......................................................... 122
5.1.2. Estructura interna: conjuntos de ánodo y cátodo....................................................... 125
5.2. Principios de funcionamiento del tubo de rayos X......................................................... 130
5.2.1. Refrigeración, carga y valores nominales del tubo de rayos X............................... 131
5.2.2. Efecto anódico o efecto talón............................................................................................ 133
5.2.3. Generador y componentes electrónicos del equipo de rayos X............................ 134
5.2.4. Fallos del tubo de rayos X.................................................................................................... 135
5.3. Radiación dispersa. Rejillas y restrictores del haz de rayos X.................................... 136
5.3.1. Dispositivos restrictores del haz de radiación ............................................................. 137
5.3.2. Rejillas antidifusoras................................................................................................................ 139
5.4. Mesas, dispositivos murales y exposímetros......................................................................... 143
5.4.1. Mesas de exploración radiográfica................................................................................... 143
5.4.2. Dispositivos murales............................................................................................................... 144
5.4.3. Exposímetros automáticos................................................................................................... 145
5.5. Receptores de imagen....................................................................................................................... 146
5.5.1. Radiografía computarizada .................................................................................................. 146
5.5.2. Radiografía digital directa ..................................................................................................... 147
5.6. Consola de mandos............................................................................................................................. 148
5.7. Uso eficiente de los recursos......................................................................................................... 149
Resumen..................................................................................................................................................................... 150
Ejercicios propuestos......................................................................................................................................... 151
Supuestos prácticos........................................................................................................................................... 152
Actividades de autoevaluación................................................................................................................... 152
6. PROCESADO Y TRATAMIENTO DE LA IMAGEN EN RADIOLOGÍA CONVENCIONAL ..... 155
Objetivos.................................................................................................................................................................... 155
Mapa conceptual.................................................................................................................................................. 156
Glosario....................................................................................................................................................................... 156
6.1. Imagen en radiología convencional........................................................................................... 157
6.1.1. Estructura y tipos de películas radiográficas................................................................. 158
6.1.2. Pantallas de refuerzo y chasis. Luminiscencia y fluoroscopia................................. 160
6.1.3. Intensificadores de imagen para fluoroscopia o radioscopia ............................... 161
8 Fundamentos físicos y equipos
Índice
6.2. Registro de la imagen.......................................................................................................................... 163
6.2.1. Identificación y marcado de la imagen........................................................................... 163
6.2.2. Registro de imagen digital .................................................................................................... 164
6.2.3.. Factores que condicionan la calidad de la imagen radiográfica .......................... 169
Resumen..................................................................................................................................................................... 173
Ejercicios propuestos......................................................................................................................................... 173
Supuestos prácticos........................................................................................................................................... 174
Actividades de autoevaluación................................................................................................................... 175
7. CARACTERIZACIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS
DE TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA......................................................................................................... 177
Objetivos.................................................................................................................................................................... 177
Mapa conceptual.................................................................................................................................................. 178
Glosario....................................................................................................................................................................... 178
7.1. Introducción............................................................................................................................................. 179
7.2. Imagen tomográfica.............................................................................................................................. 181
7.2.1. Evolución de las técnicas tomográficas.......................................................................... 184
7.3.. Tomografía computarizada convencional, helicoidal y multicorte........................ 185
7.3.1. Tomografía computarizada convencional...................................................................... 186
7.3.2. Tomografía computarizada helicoidal............................................................................. 187
7.3.3. Tomografía computarizada multicorte ............................................................................ 189
7.4. Componentes de un equipo de tomografía computarizada.................................... 191
7.4.1. Gantry y mesa de exploración............................................................................................ 192
7.4.2. Consola de adquisición y control y equipo informático ......................................... 195
7.5.. Usos diagnósticos y terapéuticos de la tomografía computarizada ..................... 196
7.5.1. Tomografía computarizada en radioterapia .................................................................. 197
7.5.2. Tomografía por emisión de positrones........................................................................... 198
7.6. Seguridad en exploraciones de tomografía computarizada ..................................... 200
7.6.1. Medidas técnicas para optimizar la dosis de radiación .......................................... 202
7.7. Representación de la imagen en tomografía computarizada................................... 203
7.7.1. Representación de la imagen.............................................................................................. 205
7.8. Calidad de la imagen en tomografía computarizada...................................................... 208
7.8.1. Artefactos.................................................................................................................................... 209
7.9. Uso eficiente de recursos................................................................................................................ 211
Resumen..................................................................................................................................................................... 212
Ejercicios propuestos......................................................................................................................................... 212
Supuestos prácticos........................................................................................................................................... 213
Actividades de autoevaluación................................................................................................................... 214
8. CARACTERIZACIÓN DE LOS EQUIPOS DE RESONANCIA MAGNÉTICA ............................. 217
Objetivos.................................................................................................................................................................... 217
Mapa conceptual.................................................................................................................................................. 218
Glosario....................................................................................................................................................................... 218
8.1. Introducción............................................................................................................................................. 219
8.2. Comportamiento del espín nuclear en un campo magnético.................................. 221
8.2.1. Estructura del átomo y concepto de espín................................................................... 221
8.2.2. Comportamiento del espín nuclear en un campo magnético............................... 223
8.2.3. Frecuencia de precesión nuclear: ecuación de Larmor............................................ 225
8.2.4. Componentes longitudinal y transversal de la resonancia....................................... 225
Fundamentos físicos y equipos 9
Índice
8.3. Generación de la señal de resonancia magnética........................................................... 226
8.3.1. Excitación: pulsos de radiofrecuencia ............................................................................ 226
8.3.2. Potenciación en RM................................................................................................................. 229
8.4. Sala de exploración de resonancia magnética................................................................... 234
8.5. Equipos de resonancia abiertos y cerrados......................................................................... 235
8.6. Clasificación de los imanes.............................................................................................................. 236
8.7. Emisores y receptores de resonancia magnética.............................................................. 239
8.7.1. Bobinas de gradiente: selección del plano y grosor de corte .............................. 242
8.8. Consola de mandos y planificación de la exploración.................................................. 243
8.8.1. Consola de mandos................................................................................................................ 244
8.8.2. Planificación de la exploración .......................................................................................... 244
Resumen..................................................................................................................................................................... 245
Ejercicios propuestos......................................................................................................................................... 246
Supuestos prácticos........................................................................................................................................... 247
Actividades de autoevaluación................................................................................................................... 248
9. PROTOCOLOS DE ACTUACIÓN EN RESONANCIA MAGNÉTICA............................................. 251
Objetivos.................................................................................................................................................................... 251
Mapa conceptual.................................................................................................................................................. 252
Glosario....................................................................................................................................................................... 252
9.1. Usos diagnósticos y terapéuticos de la resonancia magnética................................ 253
9.2. Seguridad en las exploraciones de resonancia magnética......................................... 254
9.2.1. Influencia del campo magnético estático...................................................................... 255
9.2.2. Influencia del campo magnético de gradientes.......................................................... 256
9.2.3. Influencia de los campos de radiofrecuencia.............................................................. 256
9.2.4. Exposición al ruido ................................................................................................................. 257
9.2.5. Exposición a líquidos criogénicos.................................................................................... 258
9.2.6. Dispositivos incompatibles con la resonancia magnética....................................... 259
9.3.. Captura de señal: transformada de Fourier, espacio K y matriz de datos........ 259
9.4.. Tiempo de repetición, tiempo de eco, tiempo de inversión
y tiempo de adquisición................................................................................................................... 262
9.5.. Secuencias de adquisición clásicas: espín eco y eco de gradiente..................... 264
9.5.1. Secuencia espín eco .............................................................................................................. 264
9.5.2. Secuencia eco de gradiente ............................................................................................... 265
9.5.3.. Técnica de saturación-recuperación. Secuencia de inversión-recuperación.. 266
9.6. Reconstrucción en 2D y 3D............................................................................................................. 267
9.6.1. Selección del plano de corte............................................................................................. 267
9.6.2. Reconstrucción 2D................................................................................................................... 268
9.6.3. Reconstrucción 3D................................................................................................................... 268
9.7. Artefactos en resonancia magnética......................................................................................... 271
9.7.1. Artefactos originados por la física molecular de los tejidos.................................. 271
9.7.2. Artefactos de origen fisiológico......................................................................................... 272
9.7.3. Artefactos originados por defectos de la técnica o el equipo............................. 273
9.8. Técnicas emergentes en resonancia magnética................................................................. 275
9.8.1. Resonancia magnética funcional ........................................................................................ 275
9.8.2. Resonancia magnética intervencionista........................................................................... 277
9.8.3. Resonancia magnética en simulación radioterápica................................................... 277
9.8.4. Espectroscopia por resonancia magnética ................................................................... 279
9.8.5. Resonancia magnética y medicina nuclear .................................................................... 280
9.9. Uso eficiente de los recursos......................................................................................................... 280
10 Fundamentos físicos y equipos
Índice
Resumen..................................................................................................................................................................... 281
Ejercicios propuestos......................................................................................................................................... 282
Supuestos prácticos........................................................................................................................................... 283
Actividades de autoevaluación................................................................................................................... 283
10. CARACTERIZACIÓN DE LOS EQUIPOS DE ULTRASONIDO........................................................ 287
Objetivos.................................................................................................................................................................... 287
Mapa conceptual.................................................................................................................................................. 288
Glosario....................................................................................................................................................................... 288
10.1.Ondas mecánicas: características y rangos sonoros....................................................... 289
10.1.1. Características y rangos sonoros......................................................................................... 290
10.2.. Producción y recepción de ultrasonidos: efecto piezoeléctrico.......................... 294
10.3.Interacciones de los ultrasonidos con el medio............................................................... 296
10.3.1.. Propagación de ultrasonidos en medios homogéneos y no homogéneos...... 296
10.4. Transductores: componentes y tipos....................................................................................... 298
10.4.1. Tipos de sonda......................................................................................................................... 299
10.4.2. Modos de funcionamiento .................................................................................................. 301
10.5. Elementos de control y dispositivos accesorios del ecografo................................. 301
10.5.1. Consola y mesa de control................................................................................................... 301
10.5.2. Dispositivos de salida: monitores e impresoras.......................................................... 303
10.6.. Usos diagnósticos y terapéuticos de las imágenes de ultrasonidos..................... 304
10.7.Imagen digitalizada estática y en movimiento: 2D, 3D y 4D....................................... 305
10.7.1. Ecogenicidad............................................................................................................................ 306
10.7.2. Resolución de la imagen ....................................................................................................... 307
10.8. Ecografía Doppler.................................................................................................................................. 308
10.8.1. Sistemas Doppler..................................................................................................................... 310
10.9.Artefactos en ecografía..................................................................................................................... 311
10.9.1. Artefactos en imágenes Doppler....................................................................................... 313
10.10.Uso eficiente de los recursos......................................................................................................... 314
Resumen..................................................................................................................................................................... 315
Ejercicios propuestos......................................................................................................................................... 316
Supuestos prácticos........................................................................................................................................... 317
Actividades de autoevaluación................................................................................................................... 317
11. GESTIÓN DE LA IMAGEN DIAGNÓSTICA.............................................................................................. 319
Objetivos.................................................................................................................................................................... 319
Mapa conceptual.................................................................................................................................................. 320
Glosario....................................................................................................................................................................... 320
11.1. Sistemas de información sanitaria............................................................................................... 321
11.1.1. Redes de comunicación y bases de datos.................................................................... 322
11.2. Telemedicina............................................................................................................................................. 324
11.2.1. Telerradiología.............................................................................................................................. 326
11.3. Estandarización de la gestión y planificación de los servicios................................. 326
11.3.1. Estandarización de la imagen médica: Dicom............................................................. 327
11.3.2.. Gestión y planificación de la actividad hospitalaria:
hospital information system................................................................................................. 328
11.3.3.. Gestión del sistema de imagen médica: radiology information system ............ 328
11.3.4.. Picture archiving and communication system y modalidades de adquisición.... 330
11.4.Integración HIS, RIS y PACS.............................................................................................................. 333
Fundamentos físicos y equipos 11
Índice
11.4.1. Software de gestión HIS y RIS............................................................................................. 334
11.4.2. Software de gestión de las imágenes médicas........................................................... 335
11.5. Requerimientos de la protección de datos......................................................................... 336
Resumen..................................................................................................................................................................... 337
Ejercicios propuestos......................................................................................................................................... 338
Supuestos prácticos........................................................................................................................................... 338
Actividades de autoevaluación................................................................................................................... 339
12. FUNDAMENTOS FÍSICOS Y EQUIPOS DE RADIOTERAPIA.......................................................... 343
Objetivos.................................................................................................................................................................... 343
Mapa conceptual.................................................................................................................................................. 344
Glosario....................................................................................................................................................................... 344
12.1. Introducción a la radioterapia ...................................................................................................... 345
12.2. Radiactividad............................................................................................................................................ 346
12.2.1. Reacciones de desintegración radiactiva....................................................................... 347
12.3. Clasificación de la radioterapia..................................................................................................... 350
12.3.1. Braquiterapia.............................................................................................................................. 350
12.3.2. Equipos de braquiterapia automática............................................................................. 352
12.3.3. Teleterapia o radioterapia de haces externos............................................................... 354
12.3.4. Equipos de radioterapia de haces externos................................................................. 356
12.3.5. Aceleradores lineales............................................................................................................. 357
12.3.6. Equipos de radiocirugía: Cyberknife® y Gamma knife®............................................. 365
12.3.7. Radioterapia guiada por imagen........................................................................................ 366
12.3.8. Terapia con protones............................................................................................................. 367
12.4. Elementos de una instalación de radioterapia................................................................... 368
Resumen..................................................................................................................................................................... 369
Ejercicios propuestos......................................................................................................................................... 370
Supuestos prácticos........................................................................................................................................... 371
Actividades de autoevaluación................................................................................................................... 371
13. FUNDAMENTOS FÍSICOS Y EQUIPOS DE MEDICINA NUCLEAR .............................................. 375
Objetivos.................................................................................................................................................................... 375
Mapa conceptual.................................................................................................................................................. 376
Glosario....................................................................................................................................................................... 376
13.1. Introducción a la medicina nuclear........................................................................................... 377
13.1.1. Isótopos radioactivos............................................................................................................. 378
13.1.2. Desintegración nuclear........................................................................................................... 380
13.1.3. Radionúclidos y radiofármacos.......................................................................................... 383
13.2. Equipos de medicina nuclear........................................................................................................ 386
13.2.1. Activímetros............................................................................................................................... 387
13.2.2. Gammacámaras......................................................................................................................... 387
13.2.3. SPECT (tomografía computarizada por emisión de fotón único)......................... 388
13.2.4. PET (tomografía por emisión de positrones)................................................................ 389
13.3. Medicina nuclear y terapia.............................................................................................................. 391
Resumen..................................................................................................................................................................... 391
Ejercicios propuestos......................................................................................................................................... 392
Supuesto práctico................................................................................................................................................ 393
Actividades de autoevaluación................................................................................................................... 393