Formación de los RX

Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Contenido de la materia –Segundo Cuatrimestre cursado 2007
Incubadoras: Generalidades, fisiología neonatal, ambiente térmico neutro. Partes de una
incubadora. Incubadora de transporte.
Servocunas: Principio de funcionamiento, finalidad, comparación con una incubadora.
Composición modular y tablero de control.
Rayos X: Introducción, Formación de los RX, radiación continua y característica, Interacción de los
RX con la Materia, Fuente emisora de rayos X (Tubo de RX), Tecnología del tubo de rayos X,
Equipo de diagnostico médico, Variables a ajustar para realizar una radiografía, Intensificador de
Imágenes. Características generales de un equipo de RX, Equipos monopulso o de radiografía
convencional, Equipos Tradicionales con transformadores estándar y Equipos modernos con fuentes
conmutadas. Clasificación de estudios con imágenes por RX (Placa radiográfica, Seriografía,
Fluoroscopía, etc.). Procesamiento de Imágenes
Tomografía Computada: Generalidades, Tipos de tomógrafos (generaciones). Características
constructivas: partes del equipo, emisor, detectores, diagramas eléctricos, fuente de RX.
Aplicaciones, precauciones y limitaciones del estudio.
Resonancia Magnética Nuclear: Generalidades. Bases físicas del estudio, Características del
estudio, requerimientos computacionales, comparación con la tomografía axial computada. Sistema
magnético, de gradiente y de radiofrecuencia. Adquisición y procesamiento de datos. Aplicaciones,
precauciones y limitaciones del estudio.
Ventiladores o Respiradores: Utilidad, principio de funcionamiento, diagrama en bloques
ventilador-circuito paciente-paciente. Tipos de respiradores, curvas de presión, flujo y volumen.
Variables de disparo, tiempo inspiratorio, variable de control, modos ventilatorios, etc. Modos mas
aplicados (presión controlada y volumétrico). Partes de un ventilador volumétrico sencillo.
Audiometría: Diapasones, prueba de Weber, Prueba de Rinne. Audiometría electrónica,
audiómetros y sus partes (cabina, auriculares, micrófono, pulsador, etc.). Determinación de los
umbrales Aéreos y Óseos. Logoaudiometría.
Impedanciometría: Generalidades, timpanogramas. Reflejo Acústico. Impedanciómetro: partes,
ppio. De funcionamiento.
Espectrofotómetría y Fotocolorimetría: Introducción, Componentes de un espectrofotómetro:
Fuente de luz, Monocromador, Fotodetectores, Utilidad de un espectrofotómetro, Diagrama de un
espectrofotómetro básico.
Medición de PH y Gases en Sangre: PROPÓSITO DEL EXAMEN, PRINCIPIOS DEL
MÉTODO Y PROCEDIMIENTOS USADOS PARA EL EXAMEN, ESPECIFICACIONES
TECNICAS, TIPOS Y RECOLECCIÓN DE MUESTRA, EQUIPOS Y REACTIVOS
REQUERIDOS, O SISTEMAS DE ANÁLISIS, PROCEDIMIENTOS DE CALIBRACIÓN,
REPORTE E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.
Contador Hematológico: Generalidades, diagrama en bloques y prinipio de funcionamiento del
equipo, celda de medición, electrodos, ventana, etc. Circuito para conteo de Glóbulos blancos y
Circuito para conteo de Glóbulos rojos y plaquetas.
1
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Partes de una incubadora
Existe una gran variedad de incubadoras en lo que respecta a complejidad, aplicación, etc. En todas
existen dos modos de funcionamiento:
Modo Aire: controla la temperatura del aire dentro de la cúpula. Se pueden seleccionar
temperaturas entre 20 y 39 grados centígrados.
Modo Piel: controla el ambiente para que la piel del paciente permanezca a la temperatura deseada
que puede seleccionarse entre 34 y 39 grados centígrados.
A continuación se dará una descripción de una incubadora que comparte características con la
mayoría de los equipos del mercado. Un diagrama de la misma puede observarse a continuación.
Cúpula o gabinete: es la parte superior de la incubadora. Está construida de acrílico o
policarbonato transparente generalmente de doble pared para aislamiento térmico. Esta cúpula
posee en general una puerta amplia en uno de sus laterales para introducir el bebé o para realizar
maniobras que requieran espacio. A su vez esta puerta posee dos puertas de maniobra para la
introducción de ambos brazos que pueden abrirse con los codos ya que están dotadas de resortes.
Además, la carcaza posee ventana en todos sus costados con cerramientos del tipo iris para
introducir los brazos.
En la mayoría de los casos el neonato debe ser monitoreado, medicado y alimentado. Por este
motivo debe existir una entrada llamada apertura auxiliar que permita el ingreso de tubos, cables,
etc.
Motor: es llamada así a la parte de la incubadora que posee el ventilador de circulación de aire, la
resistencia calefactora, sensor de temperatura y circuitos de control, alarmas y monitoreo.
El aire circula a través del gabinete pasando por un filtro y por las resistencias calefactores. El
control de temperatura se logra controlando la misma con el sensor de temperatura 2 (temperatura
de aire) o un sensor de temperatura de piel del paciente. Además el sistema corrobora la
estabilización de la temperatura dentro del equipo chequeando la diferencia entre el valor medido
con los sensores antes mencionados y un ubicado al lado del ventilador. Una diferencia apreciable
podría ser resultado de una falla en el giro del ventilador (en el caso de la Fanem, tiene los dos
bulbos de mediciñon de temperatura en la parte trasera del motro, donde uno mide la temp. Del aire
a la salida de la resistencia y el otro la temp. En la cabina). Para un mejor control de temperatura, la
2
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
potencia eléctrica entregada a la resistencia calefactora es proporcional a la diferencia entre el valor
seteado y el valor actual.
Alarmas: El equipo posee alarmas para situaciones peligrosas tanto para el equipo como para el
paciente. Las alarmas mas habituales son Temperatura Alta, Temperatura Baja, Falla circulación
de aire, Falla alimentación eléctrica, falla sensor temperatura (o ausencia del mismo), etc.
Servocunas: Ver apuntes de clase teórica.
3
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Rayos X
Introducción
Los rayos X se han utilizado en el diagnóstico médico por imágenes desde prácticamente
su descubrimiento por Rontgen en 1895 siendo la técnica de mayor importancia en la
formación de imágenes medicas.
La imagen radiografía se forma por la interacción de los fotones X con el detector
“bidimensional “ de tal forma que la distribución de fotones en la superficie detectora
depende de la cantidad de fotones que consiguieron traspasar el escenario por lo que la
radiografía sería una imagen formada por transmisión.
Dicho de otra forma la imagen radiografía es la proyección del objeto en el plano detector
según la capacidad de atenuación a los rayos X que posee este.
Los fotones que inciden en el detector ( p. Ej. La placa radiografía) podemos dividirlos en
fotones primarios (radiación primaria) que son los que proviniendo de la fuente de
radiación pasan a través del objeto y los fotones secundarios que se forman por la
interacción de la radiación en el objeto y que en general son deflectados de la dirección
original.
La información útil es traída al detector por la radiación primaria. Esta nos da el valor
probabilistico de la interacción de la radiación con el paciente y este valor depende de la
sumatoria de las propiedades de atenuación a los RX que ofrecen todos los tejidos que
encuentra en el camino la radiación.
Por lo que si decimos que I es la intensidad de radiación recibida en el detector para un
determinado punto (x,y) e Io la intensidad emitida por la fuente de radiación en esa
dirección:
I  x, y   I o  e 
 z dz
Siendo z la dirección del rayo
Formación de los RX
La radiación X tiene menor longitud de onda que la luz visible por lo que tienen
mayor energía.
E  h 
E = energía en Joules
h = constante de Planck (6.62 x 10-34 J.s)
v = frecuencia
La radiación electromagnética se produce en general como resultado de un cambio de
órbita de un electrón o cambio de nivel de energía de una partícula nuclear. Los rayos X
se producen cuando interactúa un electrón acelerado contra un átomo de gran peso
atómico.
El electrón obtiene energía potencial aplicándole un campo eléctrico U muy grande(k
Volts)
Tal que la energía potencial:
Epot  e  U
4
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Siendo e la carga del electrón
Esto se realiza en un tubo al vacío entre dos electrodos: el que emite electrones llamado
cátodo y el que los recibe llamado ánodo.
Gracias a esta energía potencial el electrón es acelerado transformando esta energía en
energía cinética :
Ekin 
melectron 2
v
2
Con esta energía el electrón choca contra el ánodo desacelerandose y convirtiendo parte
(99%) en calor y aproximadamente el 1% en radiación X
Producción de rayos X
Hay dos tipos de radiación producida cuando interactúa el electrón acelerado con los
átomos del ánodo: la radiación continua y característica.
La radiación continua (BREMSSTRAHLUNG-BRAKING Radiation o radiación blanca (
en similitud al ruido blanco), se produce cuando el electrón disparado no pierde toda la
energía contra el átomo (target), sino que cambia su velocidad por influencia de los
campos electromagnéticos del átomo emitiendo radiación, por lo que la energía de esta
radiación dependerá de :
- La energía cinética del electrón
- Qué tan cerca el electrón pase del núcleo
- La carga del núcleo
La radiación característica es producida cuando electrones de alta velocidad interactúa
con los electrones que orbitan el átomo target resultando una ionización o excitación del
electrón orbital en las capas K y L
Un electrón que incide con energía suficiente puede interactuar con uno que órbita
separándolo de su órbita, entrando el átomo en estado de excitación. El electrón
desprendido recibe energía cinética del electrón primario y deja libre su lugar en la órbita.
En este caso un electrón de una órbita mas lejana cubre el hueco dejado por el electrón
desprendido. Este paso de órbita produce radiación de una única frecuencia dependiendo
h   EM  EN
únicamente entre que orbitales ocurre la transición.
( siendo la energía obtenida del pasaje de la capa N a la M y por lo tanto una frecuencia
fija “nu”)
Radiación de frenado
Radiación característica
N
E=hv
Electrón
expulsado
M
L
K
+
Electrón
incidente
Electrón
incidente
+
e-
E=hv
5
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Cuando el haz de electrones penetra al target un gran numero de interacciones complejas
son posibles. La probabilidad de que se produzca algún tipo de interacción dependerá de
la energía del electrón E y del numero atómico del material del target Z. De aquí que es es
conveniente utilizar materiales de alto número atómico
Por lo tanto la radiación X total emitida estará formada por la radiación blanca y la
característica.
El relación entre el flujo de energía X y la
energía del fotón presenta una curva
continua para la radiación blanca y picos
correspondientes a la característica.
Para el caso del tungsteno vemos la
curva de la derecha que indica la
radiación que se obtiene fuera del tubo al
pasar por el vidrio.
Las diferentes radiaciones características
corresponden a los saltos de las capas L,
M y N a la K
Para
el
tungsteno
vemos
que
necesitamos alrededor de los 70 keV para liberar un electrón de la capa K por lo que en
la colisión el electrón perderá esta energía . El átomo entra en estado de ionización e
inmediatamente un electrón de una órbita superior pasa la capa K, el salto de la capa L a
la K produce una radiación característica ed 59keV.
Para el caso del Tungsteno el grupo de radiaciones características se encuentra alrededor
de los 70keV . Si aumentamos el voltaje aplicado sin alcanzar lo necesario para que el
electrón que salte pertenezca a una capa superior solo aumentaremos la intensidad de la
radiación (pero sus componentes energéticas serán las mismas).
La contribución de la energía característica en el total de la emitida es pequeña para
valores menores que 70keV. entre 70 y 150keV el porcentaje asciende entre el 10 a 28%
y para valores de 300keV es despreciable frente al Bremsstrahlung.
Eficiencia de la producción de rayos X
energía en Rayos X producida
F= ----------------------------------------------------- =
K Z Eo
total de la energía de los electrones emitidos
donde K es una constante empírica 0.7x 10 -6<= K 1.1 x 10-6 para energía expresadas en
electrón volts.
Interacción de los RX con la Materia :
Es importante para comprender la formación de la imagen por RX como interactúa este al paso por
el objeto y en el detector.
Comparada con la luz la longitud de onda de los RX es mucho menor que la de la luz por lo que la
energía que posee un fotón X es mucho mayor que la de un fotón de luz y puede penetrar fácilmente
un objeto e interactúa con el perdiendo parte de esta energía.
Tres efectos importantes se producen:
6
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Efecto fotoeléctrico:
Cuando un fotón X interactúa con los electrones de las capas de los átomos de la materia con
suficiente energía, el electrón puede abandonar el átomo. La vacancia es cubierta por otro electrón
mientras que la energía en juego es emitida en forma de radiación electromagnética.
Dispersión (Scattering)
El fotón X puede interactuar con los electrones de la materia sin que estos absorban
energía sino que produzcan un cambio de dirección del fotón. Si no se produce perdida el
fenómeno se denomina dispersión coherente o de Rayleigh. Si se pierde algo de energía
se denomina efecto Compton o dispersión incoherente.
Formación de pares :
Si la energía del fotón es de 1.022 MeV el fotón interactúa con el campo del nucleo y
desprende un positrón y un electrón en dirección predominantemente opuesta.
Fuente emisora de rayos X (Tubo de RX)
Se vio sintéticamente que los Rayos X se generan a partir del bombardeo con electrones
de alta energía a un blanco construido de material de alto numero atómico.
Las energías usadas en diagnostico médico están en el rango de 30 a 150kV. Para
producir radiación X de esta magnitud necesitamos:
- Una fuente generadora de electrones libres.
- Una fuente que le imparta energía a estos electrones.
- Un blanco adecuado donde impacten los electrones.
El dispositivo que usamos para esto es el tubo de rayos X, cuyo comportamiento es
similar a la válvula de vacío.
Un tubo de RX esta formado por una ampolla de
vidrio al vacío que en un extremo tiene un cátodo
y el o los filamentos y en el otro extremo tiene otro
electrodo (ánodo). Si se aplica alta tensión entre el
cátodo (-) y el ánodo (+) y se calienta el cátodo
para que sea ávido de electrones libres, se
producirá una corriente de electrones entre el
cátodo y el ánodo impactando sobre este con gran
energía ( dependiendo de la tensión aplicada),
entonces sobre el ánodo se producirá radiación X
y calentamiento según lo visto en anteriormente.
e-
v
RX
c
Para que el rendimiento sea adecuado el
target (blanco del bombardeo electrónico) se
construye de tungsteno y para disipar
rápidamente el calor el resto del ánodo se
construye de cobre. Las curvas características
del tubo de RX cumplen con la ley de Child
Langmuir que relaciona la corriente del haz de
electrónico (corriente anódica) con la tensión
entre cátodo y ánodo.Esta ley se cumple hasta
que se llega a un voltaje de saturación donde
por mas que se aumente la tensión se
mantiene la corriente.
7
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Ecuación de Child Langmuir:
Ith= K V3/2
K= constante del tubo, función del tamaño
Por otra parte la ecuación de Richardson Dushman vincula la corriente anódica con la
temperatura del emisor de electrones (cátodo) por lo que se ve que para tensiones
mayores que la de saturación la corriente del tubo queda en función prácticamente
exclusivamente del calentamiento del cátodo, o sea, de la corriente de filamento.
Ecuación de Richardson Dushman:
Ith= a A T2. e-(Ew/Et)
Ith = Corriente anódica
a = Constante característica del material
A superficie catódica que emite
T= temperatura en °K
Ew = Función de trabajo del material
Et = T/11600 equivalente en eV
temperatura.
de
la
Tecnología del tubo de rayos X
En la práctica los tubos de RX pueden ser algo diferentes entre si según la utilización .
Para pequeñas potencias P = ( kv. * mA) la capacidad de disipar calor del material del
ánodo es suficiente por lo que se construirá un tubo que en un extremo tenga el filamento
de tungsteno que hace de cátodo y en el
otro extremo un electrodo de cobre en
forma de placa inclinada con superficie
cubierta de una aleación de tungsteno y
renio que hace de ánodo. El agregado de
Tungteno y Renio es para que la
radiación X sea rica en valores
energeticos del orden de 50 a 70 keV.
El haz de electrones pega contra la
superficie de tungsteno y por lo tanto se
irradia RX . El calor generado es disipado
por el ánodo de cobre hacia el exterior
principalmente en forma de radiación.
En general se prefiere, por calidad de
imagen, que la superficie que emite RX
sea lo mas pequeña posible (foco puntual).
Por el contrario cuando mas pequeño es el
punto donde inciden los electrones mas
temperatura tomará y se fundirá el
material. El tamaño minimo del foco
queda limitado por la cantidad de calor a
disipar.
8
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Para aumentar la disipación de calor, se reemplaza la placa inclinada por un disco
giratorio como indica la figura. El haz electrónico choca contra la cara inclinada
produciendo RX.
Pero al girar el ánodo durante el bombardeo electrónico la superficie que resibe los
electrones durante todo el disparo será el anillo circular generado por la la superficie
donde inciden los electrones en un instante y la prolongación debido al giro del anodo. Al
ser la superficie mayor se aumenta la disipación.
La ampolla del tubo está sumergida en aceite y todo esto contenido en una estructura
llamada calota. Esto favorece la disipación de calor.
Equipo de diagnostico médico
En general el método de diagnostico consiste en irradiar con una fuente puntual de
Rayos X al escenario (parte que se quiere observar ) y obtener en el plano posterior (por
transmisión) la proyección de las "sombras" que ofrece el escenario a esta radiación.
La función imagen traerá información punto a punto de la atenuación que sufre el rayo
correspondiente.
Para un medio determinado la atenuación esta dada
I  x, y   I o  e
 z dz
por:
μz es el coeficiente de atenuación y depende del
material y del tipo de radiación.
Para el caso del cuerpo humano el rayo deberá atravesar
diferentes tejidos por lo que el rayo atenuado será función
de la sumatoria de las diferentes atenuaciones a lo largo del
camino. El efecto del grosor se puede observar para un
mismo tejido en la imagen de la derecha.
Existe un proceso de interacción de la radiación con la materia aparte de la absorción, es
el "scatering" o radiación secundaria que se propaga en cualquier sentido debido a la
interacción de la radiación primaria con la materia.
La radiación primaria absorbida en diferente medida por cada punto del cuerpo observado
es la que provee la información de la imagen. La radiación secundaria por tener dirección
aleatoria produce ruido, por lo que se debe de alguna forma eliminarla. Para eliminar esta
se coloca frente al sensor una grilla de laminas paralelas de tal forma que los rayos que
9
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
ingresan al sensor en forma inclinada son absorbidos por las laminas de plomo en cambio
los rayos que vienen paralelos a estas laminas pasan libremente.
Tecnicamente existen dos tipos de grillas :
Las que se forman por un fino entrelazado de laminas de plomo y aluminio a razon de 10
planchas por milimetro o mas para que no sea visible por el sensor y las que se realizan
con laminas mas gruezas en un marco movil de tal forma que cuando se va a realizar el
disparo de RX de tiempo “ti” la grilla vibre a una frecuencia lo suficientemente alta para
que durante ese tiempo realice varias idas y vueltas permitiendo que la radiación primaria
llege a todo el sensor por lo que no se llega a ver la grilla
En un equipo de rayos X convencional la imagen proyectada se convierte en información
visible por medio de la placa radiográfica.
Formación de la Imagen
La placa radiográfica consiste en
I o1  I i  e     w
un material fotosensible a la
P elícula revelada *
radiación X fijado a un celuloide
que le sirve de soporte. Para


sensibilizar mas la placa se coloca
material sensible en ambas caras
del soporte (chasis) y se lo cubre


de una sustancia fluorescente que
al producir radiación lumínica
w
P elícula
cuando recibe Rayos X vela con
I o 2  I i  e     w
mayor intensidad la placa. La placa
se deberá revelar y fijar ( proceso
* Para el caso particular Io1< Io2
fotográfico), para obtener la
imagen definitiva.
La relación entre el ennegrecimiento y la cantidad de radiación recibida no es lineal y
relación optima donde se deberá trabajar para obtener el mayor contraste.
1
2
3
4
Variables a ajustar para realizar una radiografía
Al aumentar la corriente de filamento o su tamaño aumento la cantidad de electrones y
por lo tanto de radiación que transpasa el cuerpo (mayor definición).
Al aumentar el voltaje del tubo aumento la energía y por lo tanto la penetrabilidad de la
radiación (cuerpos mas gruesos).
Para obtener la cantidad de radiación necesaria puedo aumentar la corriente de tubo (no
confundir con la corriente de filamento) o el tiempo de emisión. En general estas dos
variables se consideran juntas y se ajustan los mA.S. Cada equipo graduará la corriente y
el tiempo según sus características constructivas y su capacidad para disipar calor.
Intensificador de Imágenes
10
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Se trata de un dispositivo complejo (tubo de alto vacío) cuya función principal en convertir
la radiación X que atravieza el objeto en radiación visible que puede ser captada por una
cámara. Esto permite obtener imágenes sin usar películas radiográficas, la edición de
mismas y su almacenamiento.
11
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Características generales de un equipo de RX
Veamos que características debe tener un equipo de rayos X y como está formado para
poder obtener una imagen adecuada.
Primero: depende del uso el equipo deberá trabajar con menor o mayor
potencia, el escenario tendrá menor o mayor tamaño y la imagen formada también.
Segundo: el escenario puede ser estatico o movil o dicho de otra forma nos interesa
una fotografia del escenario o una filmación continua para determinar movimientos.
En base a lo primero se puede dividir el equipo en las siguientes partes:
Generación de Rayos X :
Tubo de RX (visto anteriormente)
Sistema de alta tensión
Sistema de calentamiento de filamentos
Sistema de refrigeración y giro de ánodo
Sistema de protecciones : hacia el equipo y hacia el usuario
Estructura mecánica:
Soporte del tubo
Camilla ( soporte del paciente)
Soporte del sistema de captación de la imagen
Captor de imagen :
Placa radiográfica.
Intensificador de imágenes
Sistema de TV
El equipo tendrá algunos o todos los bloques anteriores dependiendo de la finalidad del
mismo, por ejemplo :
Equipo de rayos X odontológico:
- Tipo de radiografía ( escenario pequeño
contrastes )
- Potencia baja, emisor pequeño y manuable.
espesor a atravesar pequeño fuertes
Equipo para radiografía de abdomen: posee una camilla donde se acomoda al paciente,
es un equipo de alta potencia y preferentemente debe poseer sistema de observación por
fluoroscopía y placa.
12
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Equipos monopulso o de radiografía convencional
Equipos Tradicionales con transformadores estándar.
Equipo Monopulso de Baja Potencia (ej. RX Odontológico)
Equipo Monopulso de Alta Potencia (ej. RX para traumatología)
Equipos modernos con fuentes conmutadas
El uso de fuentes conmutadas permite mejor control del voltaje y menor tamaño de
transformador. Ademas en el caso de equipos de baja potencia como los portátiles
podemos contar con un banco de capacitares para almacenar energía.
13
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Clasificación de estudios con imágenes por RX
Placa radiográfica
Se obtiene utilizando un pulso de RX de una duración dependiente del área a estudiar y
de las características del tubo. El equipo a utilizar puede ser de alta o baja potencia
dependiendo del estudio.
Seriografía
Es una serie de tomas realizadas a distinto tiempo sobre una placa radiográfica. Se
pueden realizar hasta 4 o más cortes en la misma placa. El sistema de corriemiento de la
placa para exponer distintas áreas de la misma puede ser manual o automático.
Fluoroscopía
Básicamente es el mismo diagrama en bloques que en los casos anteriores pero con una
emisión pulsada de radiación y una visualización tipo cine. Se utiliza para estudios
dinámicos y para posicionar la imagen en una placa radiográfica.
Ejemplos de Estudios dinámicos
-
-
Cineangiografía: se inyecta una sustancia radioopaca en el torrente sanguíneo y
se filma la circulación a medida que el líquido fluye. Se utiliza dentro de otras cosas
para estudios del sistema circulatorio. Este estudio es uno de los tantos existentes
y que se conocen como estudios contrastados.
Cateterismo: a medida que el cateter se inserta, se puede visualizar si el recorrido
es el correcto mediante la filmación de RX.
Procesamiento de Imágenes
La capacidad de captar y almacenar imágenes junto con la tecnología digital posibilita el
procesamiento de las mismas para mayor utilidad. Esto se logra utilizando algoritmos
complejos que aplican filtros y que modifican brillo, contraste, etc. con el fin de resaltar la
información mas útil de la imagen atenueando las componentes sin importancia según el
tipo y finalidad del estudio.
Cuestionario de repaso
1- ¿Por que se dice que la radiación X es ionizante?
2- Cual es el tipo de radiación que se busca en el impacto de los electrones acelerados contra el
blanco de tungsteno y que nombre recibe.
3- Que efecto tiene la variación de cada una de las siguientes variables en la obtención de una
placa radiográfica
 Corriente de filamento (mA)
 Corriente de tubo (mA)
 Voltaje de tubo (KV)
Además del KV y la corriente de filamento, que otra variable puedo ajustar para variar la dosis de
RX aplicada.
14
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Tomografía Computada
Introducción
La tomografía es un método de diagnóstico médico que permite obtener imágenes del
interior del cuerpo humano mediante el uso de los Rayos X, a manera de rebanadas
milimétricas transversales, con el fin de estudiarlo a detalle desde la cabeza hasta los
pies.
En un estudio convencional de rayos X el haz de radiación se emite de una manera
difusa, pero en la tomografía axial computada (TAC) el haz está dirigido y tiene un
grosor determinado que puede variar desde los 0.5 mm hasta 20 mm, dependiendo del
tamaño de la estructura a estudiar.
El primer aparato de TAC fue producido en la compañía disquera EMI Capitol (Electric
and Musical Industries). Su creador y desarrollador fue el Ingeniero Goodfrey N.
Hounsfield (Premio Nobel en Fisiología o Medicina 1979 “por el desarrollo de la
tomografía asistida por computadoras”)
Tipos de tomógrafos
Generación de la señal analógica
En la figura de la derecha se puede observar como se genera
una proyección de la imagen dando como resultado una
señal analógica con una amplitud proporcional al tamaño
del objeto y de su composición
1ra Generación
Estos tomógrafos poseían un tubo que generaba un haz de RX fino y que
era detectado por un único detector. Este sistema de emisión-recepción
barría el cuerpo para generar una proyección del mismo emitiendo varios
disparos. Después rotaba un cierto ángulo y repetía el procedimiento.
Debido la cantidad de rayos necesarios y al único par emisor receptor
(tubo - detector), este tipo de estudios requería varios minutos.
2da Generación
Similar al anterior pero con un haz de RX en forma de abanico y
varios detectores para cada haz. Los movimientos de rotación
traslación son similares a los de 1ra generación pero con mayor
cantidad de información por disparo y ángulos de rotación mas
amplios (asta 180º). Los tiempos de escaneo son menores,
llegando como máximo a los 4 minutos.
15
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
3ra Generación
A diferencia de las generaciones anteriores, este tipo de
tomógrafo posee una rotación contínua (360º) emitiendo un
haz de RX en forma de abanico. Operan con RX pulsante lo
que permite una alta corriente mejorando la resolución de la
imagen, disminuye los artefactos por movimiento e irradia
una dosis menor al paciente.
4ta Generación
Existen varios tipos de tomógrafos según su sistema de
movimiento del conjunto de emisión de RX pero básicamente la característica en común es que
poseen detectores en toda la circunferencia que permanecen fijos mientras gira el tubo de RX. A
continuación se puede observar la posición del tubo para cuatro momentos distintos durante la
rotación.
16
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Características constructivas
Partes del equipo
Los aparatos de TAC están constituidos por dos secciones principales:
El Granty.
Es un cubo de 1.80m de alto, 2m de ancho y 1m de pofundidad. Tiene un orificio al centro por
donde se introduce al paciente recostado en una camilla. Este cubo contiene el tubo de rayos X
móvil y un sistema de detección.
La consola de mando.
Es un mueble que contiene el teclado, el monitor y el CPU. Éste último cuenta con una unidad de
almacenamiento de datos (raw data o datos crudos) e imágenes y un transductor (FRU) que le
permite reconstruir la imagen a partir de una matríz de puntos. Se le asigna un número a cada pixel,
que es la unidad de matríz. Algunos de los tejidos del cuerpo humano tienen apariencia similar, para
estos casos la medición de su densidad en unidades Housnfield (en honor a su descubridor), es lo
que nos permite diferenciarlos.
Emisor
Se trata de un tubo de RX similar a los estudiados
anteriormente para equipos de alta potencia, con
ánodo giratorio y refrigerado con aceite.
Los voltajes pueden variar desde los 110 Kv a 150
Kv, con corrientes de tubo que pueden alcanzar los
600 mA.
Detectores
Existen dos tipos de detectores:
 De escintilación (fluorescencia): se trata de un
cristal sensible a los Rx absorbiéndolos y
emitiendo flashes de luz por fluorescencia. Esta
luz se aplica a un fotomultiplicador que
transforma las diversas intensidades lumínicas en
variaciones de tensión. La cantidad de electrones
emitidos por el cristal es proporcional a la energía
de RX absorbido. Los materiales utilizados son
INa (ioduro de sodio), BiGO (germanato de
bismuto), etc. Un diagrama del mismo se puede
obserbar a la derecha.

De Ionización o gaseosos: Utilizan la diferencia
de potencial originada por la ionozación de un
gas (Xenón o Xenón y Kriptón) presurizado a
unas 20 atmósferas para aumentar la eficiencia.
La diferencia de tensión generada varía
linealmente con el número de RX absorbido. Son
muy eficientes, no producen post-encendido y su
respuesta es muy uniforme.
17
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi

Detector de estado sólido: Está basado en un semiconductor de ioduro mercúrico sensible a
los RX. Posee una alta eficiencia, trabaja a temperatura ambiente y posee una respuesta
estable. Sin embargo posee una larga memoria post-encendido.
Diagrama eléctrico
Lo más importante es el avance alcanzado con el uso
de circuitos de alta frecuencia lo que disminuyó el
tamaño de la parte destinada a la generación de RX,
sobre todo el transformador de alta tensión. Gracias
a esto se pudo diseñar un sistema más liviano con
una rotación mas eficiente y rápida.
Aplicaciones
El estudio de TAC es muy frecuente y cientos
de miles de pacientes se someten a él cada
año en nuestro país; es tan útil y necesario
que actualmente muchos especialistas no toman una decisión quirúrgica o terapéutica sin
antes tener el resultado de una TAC.
Es una excelente opción no invasiva de diagnóstico por imagen, de gran utilidad para la
exploración prácticamente de todo el cuerpo, aunque se utiliza principalmente en las siguientes
áreas:

Tórax

Abdomen

Sistema cardiovascular

Sistema musculoesquelético
Bondades del estudio

Proporciona imágenes de alta fidelidad a bajo costo.

La radiación a la que se expone el paciente es mínima.

La amplia gama de tonos de gris que maneja, permite identificar con precisión los
diferentes tejidos involucrados en el estudio.

En algunos aparatos la dosificación del medio de contraste se controla por
computadora.
18
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
MRI – “Magnetic resonance Imagin”
Introducción
La resonancia magnética nuclear (RMN) permite visualizar las estructuras internas del cuerpo. Se
basa en las diferencias de contraste que producen los espacios vecinos a los núcleos atómicos ante
campos magnéticos muy intensos Además de esto, la resonancia magnética permite el análisis
químico de muestras y otras aplicaciones aún en investigación.
Las imágenes construidas por RNM ofrecen información anatómica
similar a la tomografía axial computada (TAC) y además permiten
distinguir de un modo más fino entre tejido sano y enfermo. Para
obtener una imagen por RNM se necesitan minutos, en contraposición
con los segundos que lleva el TAC. A pesar de esta desventaja, a
continuación se verá que las ventajas son mucho mayores.
La resonancia magnética nuclear (RMN, del inglés: Nuclear Magnetic Resonance) es un
fenómeno físico basado en las propiedades magnéticas que poseen los núcleos atómicos. La RMN
permite alinear los campos magnéticos de diferentes átomos en la dirección de un campo magnético
externo. La respuesta a este campo externo depende del tipo de núcleos atómicos por lo que esta
técnica puede utilizarse para obtener información sobre una muestra.
La resonancia magnética nuclear hace uso de las propiedades de resonancia aplicando
radiofrecuencias a los átomos o dipolos entre los campos alineados de la muestra y permite estudiar
la información estructural o química de una muestra. Sus aplicaciones más frecuentes se encuentran
ligadas al campo de la medicina, la bioquímica y la química orgánica.
Es el más reciente avance tecnológico de la medicina para el diagnóstico preciso de múltiples
enfermedades, aún en etapas iniciales. Está constituido por un complejo conjunto de aparatos
emisores de electromagnetismo, antenas receptoras de radio frecuencias y computadoras que
analizan datos para producir imágenes detalladas, de dos o tres dimensiones con un nivel de
precisión nunca antes obtenido que permite detectar, o descartar, alteraciones en los órganos y los
tejidos del cuerpo humano, evitando procedimientos molestos y agresivos como melografía
(punción lumbar), artrografía (introducción de medios de contraste en articulaciones) y otros que
involucran una agresión o molestia para el paciente.
La Resonancia Magnética no utiliza Rayos X, ni ningún otro tipo de radiaciones, lo que la hace ser
un procedimiento inocuo y seguro para todos los pacientes. No causa dolor ni molestia alguna. El
paciente mantiene una comunicación constante con el personal médico a través de un monitor y un
micrófono. En algunos casos (bebés, niños muy activos, pacientes agitados o graves) puede
requerirse algún tipo de sedación durante el examen.
Aplicaciones y contraindicaciones
Este método de diagnóstico por imágenes sirve para la valoración de múltiples padecimientos y
alteraciones corporales:

Del sistema nervioso central, incluyendo cualquier área del cerebro
o columna vertebral.

En padecimientos de ojos, oídos, senos paranasales, boca y
garganta.

Para valorar cualquier alteración en áreas que abarcan cabeza, cara
y cuello.

En diversas enfermedades de difícil diagnóstico que involucren
estructuras del tórax o abdomen, incluyendo corazón, pulmones,
glándulas mamarias, hígado, bazo, páncreas, riñones, útero,
ovarios, próstata, etcétera.
19
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi

En la evaluación integral de tumores de cualquier tipo.

En la valoración de alteraciones en arterias y venas.

En lesiones óseas o de músculos, ligamentos, tendones,
articulaciones de todo tipo y región: Hombro, codo, muñeca, mano,
cadera, rodilla, tobillo, pie, mandíbula, etcétera. Es el único
procedimiento que permite ver ligamentos.

En el área del corazón, así como en articulaciones, músculos,
ligamentos o tendones, es posible realizar una evaluación en
movimiento (estudio dinámico) que permite obtener una expresión
gráfica adicional en vídeo.
Características del estudio
Algunos equipos de resonancia magnética consisten en un túnel dentro del cual se encuentra el
poderoso imán. El único problema que esto llegó a representar es que algunas personas no toleran
estar dentro del aparato (debido a claustrofobia), por lo que los nuevos modelos poseen espacios
más abiertos, para que el paciente se sienta más relajado.
El equipo suele hacer una serie de ruidos que son completamente normales. Esto también llegó a
inquietar a algunos pacientes, por lo que, para incrementar el confort de la persona, se le
proporciona un par de audífonos para que escuche su música favorita.
El procedimiento no es muy largo, el estudio dura de 30 a 45 minutos.
Al finalizar el estudio, el paciente puede reanudar sus actividades habituales.
Comparación con la Tomografía Axial Computada (TAC)
Permite obtener imágenes transversales y longitudinales del cuerpo humano. La imagen es similar a
la de TAC, pero tiene más finura en detalle. Obtiene cortes en forma directa en cualquier dirección,
mientras que en el TAC se obtienen, pero por reconstrucción de la computadora.
Tiene mayor precisión que la TAC a pesar de que el poder de resolución espacial es muy inferior al
del TAC: 1.5-2 mm en la RNM, frente a 1mm del TAC. Esto se debe a que la RNM nos da la
composición del organismo y la ubicación de los átomos.
Permite observar los vasos sanguíneos sin necesidad de usar métodos de contraste, lo cual es
importante a nivel del cuello. Esto ocurre cuando los vasos son perpendiculares al plano estudiado.
No utiliza radiaciones ionizantes, mientras que la TAC se basa en los rayos X. No obstante, se
desconocen los efectos a largo plazo sobre el organismo que pudieran provocar los campos
magnéticos tan intensos.
Limitaciones del estudio
Debido al uso de fuerzas magnéticas utilizadas, el procedimiento podría ser fatal, peligroso o
delicado ante las siguientes circunstancias:

Grapas implantadas mediante cirugía, para tratamiento de aneurisma intracraneal.

Cuerpos metálicos en los ojos.

Marcapasos cardíaco.

Implantes metálicos en los oídos.

Válvulas artificiales metálicas en el corazón.
Requerimientos computacionales
Lo primero que hace el complejo de computadoras que forma parte de un
equipo de resonancia magnética es transformar las ondas de amplitud
modulada en información digital. Son los programas que corren en la
computadora del control de mando los que interpretan esta información y la
transforman en imágenes de alta definición, y en este punto, el grado de
20
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
manipulación es sorprendente pues existe la posibilidad de destacar cualquier estructura, vascular o
nerviosa, por ejemplo, sobre tejidos circundantes y agregarles el color que nos parezca conveniente
para resaltarlas. También permite hacer reconstrucciones en tercera dimensión, rotarlas y hasta
seccionarlas en tantas partes como necesitemos. Esto es muy útil en la planeación de la estrategia de
una cirugía. La información obtenida se almacena en cintas magnéticas a partir de las cuales se
seleccionan las imágenes (8 ó 10) del área que se está estudiando, se imprimen y se interpretan por
el médico especialista para entregar los resultados al médico tratante.
Bases Físicas de la Resonancia Magnética Nuclear
Propiedades Atómicas
Los átomos consisten de tres partículas elementales: los protones (carga positiva), los neutrones (sin
carga) y los electrones (carga negativa).
El núcleo de un átomo está formado por protones y neutrones, mientras que los electrones se ubican
alrededor del núcleo. Las propiedades de los átomos dependen del número de estas partículas. Para
clasificar los elementos, las propiedades más comúnmente utilizadas son el número atómico y el
peso atómico. El número atómico es el número de protones en el núcleo. El peso atómico es la suma
del número de protones y de neutrones. Los átomos que tienen el mismo número atómico y
diferentes pesos atómicos son llamados isótopos.
Una tercera propiedad del núcleo es su spin, denotado por la letra I. Existe un número limitado de
valores de I que se pueden encontrar en la naturaleza. Es decir, I es un valor cuantizado a ciertos
valores discretos. Dichos valores dependen del número atómico y del peso atómico de cada núcleo.
Existen tres grupos de valores para I:
I = 0 (sin spin). Un núcleo no tendrá spin si posee un peso atómico par y un número atómico par.
Estos núcleos no interactuarán con campos magnéticos externos y no pueden ser estudiados usando
resonancia magnética.
I = 1, 2, 3, ... (spin entero). Un núcleo tendrá un valor entero de spin si posee un peso atómico par y
un número atómico impar.
I = 1/2, 3/2, 5/2, ... (spin fraccional). Un núcleo tendrá un valor fraccional de spin (con
denominador siempre 2) si posee un peso atómico impar.
El núcleo de ¹H (llamado protón) es una elección natural para utilizar las técnicas de
resonancia magnética en el cuerpo humano, ya que tiene un spin igual a 1/2 y es el
isótopo de hidrógeno más abundante, contenido en el agua y las grasas de nuestro
organismo. Las técnicas de imágenes por resonancia magnética normalmente
visualizan los núcleos de ¹H de los átomos que componen las moléculas orgánicas.
Cualquier núcleo con spin distinto de cero puede ser visto como un vector, teniendo un
eje de rotación con una magnitud y una orientación definidas. Al rotar, el núcleo con carga positiva
produce un campo magnético orientado en la dirección de su eje de rotación.
La orientación del vector del spin nuclear y el cómo cambia debido a las manipulaciones externas
determinan la base microscópica de las señales de resonancia magnética.
Consideremos un volumen arbitrario de tejido, conteniendo protones, ubicado fuera de un campo
magnético. Cada protón tiene un vector spin de igual magnitud. Sin embargo, los vectores spin de
todos los protones dentro del tejido se encuentran orientados al azar en todas las direcciones. Si se
realiza la suma de todos los vectores, la resultante sería cero. Es decir, en el tejido no existe
magnetización neta.
Matemáticamente,
M=0.
21
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Si ahora se coloca el tejido en un campo magnético B0, la interacción de éste con los núcleos
móviles con carga positiva hará que cada protón empiece a rotar con un movimiento de precesión.
Los protones se inclinarán suavemente respecto de la línea de acción de B0, pero el eje de rotación
será paralelo a B0 (observar la próxima figura). La frecuencia de precesión (w0) está dada por la
ecuación de Larmor:
w0 =  . B0 / (2.)
donde w0 es la frecuencia de Larmor en MHz, B0 es la magnitud del campo magnético que actúa
sobre el protón en Tesla (T), y  se denomina "relación giromagnética" (para el ¹H toma el valor de
2.675x108 S-1T-1).
En este gráfico la curva azul indica el movimiento de precesión del
núcleo a la velocidad angular w0. El campo magnético B0, paralelo
al eje Z, está indicado por la línea verde. Además, la curva amarilla
muestra que el núcleo sigue rotando alrededor de su vector spin.
Como se puede observar, las coordenadas X y Y varían con el
tiempo mientras el protón precesa. En cambio, la coordenada Z
permanece constante.
Si ahora se realiza la suma vectorial sobre todos los átomos del
tejido (con la presencia del campo magnético B0) los resultados
serán diferentes que para el caso anterior (fuera del campo
magnético).
Las componentes X y Y de los vectores spin de cada átomo, en un
tiempo dado, se encontrarán aleatoriamente distribuidas. Por lo
tanto no habrá magnetización neta en las direcciones X y Y.
Sin embargo, en la dirección paralela al campo magnético, el
resultado será distinto. Debido a que la orientación del eje de
precesión de los núcleos es constante, habrá una cupla entre el
protón y B0 que se conoce como interacción de Zeeman. Esta cupla
causa una diferencia de energía entre los núcleos alineados paralelos a B0 y aquellos núcleos
alineados en la posición antiparalela a B0. Esta diferencia de energía E es proporcional a B0.
Como la orientación paralela a B0 es de más baja energía, habrá más núcleos en esta orientación que
en la antiparalela (de más alta energía).
A la derecha: Vista macroscópica del tejido con la magnetización neta
resultante
La desigualdad de núcleos entre las posiciones paralela y antiparalela se
traduce en una magnetización neta en el tejido, con un valor M. La
orientación de esta magnetización es la misma que B0 y será constante con
respecto al tiempo (siempre que B0 permanezca también constante).
Esta configuración con M alineado paralelo al campo magnético es la
configuración de equilibrio de los núcleos. Es la configuración de mínima
energía, a la que los núcleos retornarán naturalmente después de cualquier
perturbación (como una absorción de energía).
Esta magnetización M es la fuente de señal para todos los experimentos de resonancia magnética.
Consecuentemente, cuanto mayor sea B0, mayor será M, y por lo tanto, mayor será también la señal
de resonancia magnética.
Manipulación de la resonancia magnética
Hasta aquí se ha visto la explicación que brinda la física clásica sobre la interacción de los núcleos
atómicos con los campos magnéticos externos. A continuación se podrá comprender como se
manipula el vector magnetización neta (M) para generar señales eléctricas que den una idea de la
naturaleza química de una muestra o tejido.
22
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Como se dijo anteriormente, todas las aplicaciones de resonancia
magnética se basan en la manipulación de la magnetización neta (M) de
un tejido biológico o de cualquier material apropiado. La manera más
sencilla de producir tal manipulación es mediante la aplicación de un
pulso de radiofrecuencia (RF), constituido por ondas electromagnéticas.
Durante dicho pulso, los núcleos de los átomos absorben una porción de la
energía de una frecuencia particular. Después del pulso, los núcleos
reemiten la energía a la misma frecuencia.
La frecuencia particular absorbida (w0) es proporcional al campo
magnético B0. La ecuación que describe este proceso es la ecuación de
Larmor.
Cuando un núcleo es irradiado con energía de la frecuencia correcta (w0),
cambiará desde la orientación de baja energía hacia la de alta energía. Al
mismo tiempo, un núcleo del nivel de alta energía, será estimulado para
entregar su energía y cambiar su orientación para ubicarse en la dirección
de baja energía.
Sólo la energía suministrada a la frecuencia w0 estimulará las
transiciones entre los estados de alta y baja energía. Esta frecuencia
se conoce como "frecuencia de resonancia".
Es más útil discutir el efecto de resonancia examinando la absorción de energía sobre la
magnetización neta, M, en vez de sobre un núcleo individual. Cuando se considera una gran
cantidad de núcleos, como el contenido en un volumen de tejido, existe una cantidad significante de
absorción y de reemisión de energía durante la aplicación de un pulso de radiofrecuencia. Sin
embargo, como hay más núcleos en el nivel bajo de energía, habrá una absorción neta de energía en
el tejido.
La energía aplicada como un pulso de RF tiene una frecuencia central w0. El campo magnético de la
onda electromagnética de RF, B1, debe ser perpendicular a B0.
La absorción de la energía de RF por los núcleos causará que la magnetización M del tejido rote
desde su posición de equilibrio hasta quedar perpendicular a B0 y B1. Como M gira 90º desde la
posición de equilibrio, el pulso de RF se denomina pulso de 90º.
Cuando finaliza el pulso de 90º, los núcleos comienzan inmediatamente a re-alinearse a la posición
original de equilibrio, emitiendo energía a la frecuencia w0 mientras realizan este proceso. Si se
coloca una bobina conductora perpendicular al plano XY, los núcleos inducirán un voltaje en el
conductor. Ese voltaje decaerá con el tiempo a medida que los núcleos van entregando la energía
absorbida, en un proceso conocido como relajación.
El voltaje inducido (la señal de resonancia magnética) se llama FID (Free Induction Decay). La
señal FID (ver siguiente gráfica), análoga por naturaleza, es medida con un conversor analógicodigital, para producir una versión digital de la señal para su almacenamiento y post-procesado.
Si todos los núcleos experimentaran el mismo campo
magnético B0, entonces sólo habría una frecuencia en la
señal FID. En realidad, el campo magnético variará en los
distintos puntos del tejido, y así el pulso de RF será
seguido por muchas señales de RF a distintas frecuencias.
Estas señales estarán superimpuestas en el dominio
temporal. Por ello, es más sencillo examinar la señal FID
en términos de frecuencia en vez de tiempo. La conversión del dominio temporal al dominio
frecuencial se realiza utilizando el algoritmo de la Transformada Rápida de Fourier (FFT).
Esta transformación produce una desventaja. El uso de la Transformada de Fourier impide la
posibilidad de relacionar directamente las intensidades con el número de núcleos. Sin embargo, la
23
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
intensidad de la señal a una dada frecuencia puede ser comparada con otra intensidad a otra
frecuencia, dentro de la misma medición.
La molécula de agua tiene dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno, mientras que la
grasa posee varios átomos de hidrógeno unidos a largas cadenas de carbono. Debido a la diferencia
de entornos moleculares, un protón del agua está sometido a un campo magnético local distinto al
de un protón del tejido graso. Esta diferencia local produce distintas frecuencias de resonancia para
los protones del agua y de la grasa.
La diferencia en las frecuencias de resonancia es la base para el reconocimiento de las distintas moléculas que
componen los tejidos. Esta es la base de la resonancia magnética y puede utilizarse tanto para análisis químicos de
muestras como para realizar mapeos moleculares del cuerpo humano. Pero para esto último, es necesario aplicar
algunos artificios para reconocer de qué parte del cuerpo provienen las señales que se detectan en un momento dado.
Es decir, falta una localización espacial de las señales de resonancia magnética. Estos aspectos se detallan en la
siguiente sección.
Principios de las imágenes por Resonancia Magnética
En la resonancia magnética, la frecuencia a la que los protones
(que son los núcleos utilizados en MRI) absorben y reemiten
está determinada por la magnitud del campo magnético al que
están sometidos. En las imágenes por resonancia magnética, se
utilizan campos magnéticos con gradientes lineales para
relacionar distintas frecuencias con diferentes regiones del
espacio.
Los gradientes consisten en pequeñas perturbaciones (menores al 1%) producidas al campo
magnético principal. Estos gradientes se aplican por cortos períodos de tiempo y son conocidos
como pulsos de gradiente. En imágenes se utilizan tres gradientes, uno para la dirección X, otro
para la Y y otro para la Z.
Ante la presencia de campos gradiente, la ecuación de Larmor se generaliza de la siguiente manera:
wi =  . (B0 + G x ri)
donde wi es la frecuencia del protón en la posición ri y G es un vector que representa la amplitud del
gradiente y su dirección. Usualmente G se expresa en miliTesla por metro.
La ecuación anterior expresa que, ante la presencia de un campo gradiente, cada protón resonará a
una frecuencia única que dependerá de su posición exacta dentro del campo.
La imagen de resonancia magnética es un mapa de las frecuencias de los protones generadas por un
campo magnético distinto para cada punto de la imagen. La intensidad del elemento de la imagen, o
pixel, es proporcional al número de protones contenidos dentro de un volumen elemental, o voxel.
24
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Los Equipos de Imágenes por Resonancia Magnética
Debido a que existe un gran número de
sistemas de resonancia magnética
comercialmente disponibles, hay una
amplia variedad de características que
pueden estar en un scanner MRI.
Muchas de esas características están
relacionadas con el software operativo
provisto por el fabricante, pero ciertos
componentes de hardware son
comunes a todos los sistemas.
Computadoras
Cada sistema MRI tiene un
mínimo de dos computadoras.
La computadora principal
ejecuta el software de interfase con el usuario. Este programa habilita al operador para controlar
todas las funciones del scanner. Se pueden seleccionar o modificar parámetros, visualizar o guardar
las imágenes de los pacientes en distintos medios (films, discos magnético-ópticos, etc.) y realizar
procesos posteriores sobre las imágenes (como zoom en regiones de interés).
Se utiliza un disco rígido para guardar temporalmente las imágenes de los pacientes. Para el
archivado final se utilizan DVDs, CD-ROMs, etc.
Además, hay una computadora dedicada para realizar la transformada bidimensional de Fourier de
los datos detectados. Esta computadora es muy poderosa en lo que respecta a cálculos y posee
varios microprocesadores.
Sistema magnético
El imán es el componente básico de un sistema de imágenes por resonancia magnética. Existen
imanes de distintas intensidades. Estas intensidades se miden en Tesla o Gauss (1 tesla = 10000
gauss).
 Imanes de campo magnético bajo: Campos menores a 0.5 T. Usualmente son imanes
permanentes o electroimanes. Los imanes permanentes tienen un costo de mantenimiento
mínimo debido a que el campo siempre está presente. Los electroimanes se realizan con
bobinas de cobre de diversas formas. En este caso, el campo magnético estará presente
mientras fluya corriente eléctrica por la bobina.

Imanes de campo magnético medio: Campos mayores a 0.5 T y menores a 1 T.

Imanes de campo magnético alto: Campos mayores a 1 T. Tanto éstos como los imanes de
campo magnético medio están confeccionados con solenoides superconductores de una
aleación de niobio-titanio inmersa en helio líquido. Esta aleación no opone resistencia al
flujo de corriente eléctrica cuando se encuentra a temperaturas por debajo de 20 K. El
criostato de los imanes superconductores, que contiene el helio líquido, a veces posee el
diseño de un vaso Dewar (como los termos) doble, con un receptáculo de nitrógeno líquido
rodeando el contenedor de helio. Esto se hace para minimizar las pérdidas de helio por
evaporación.
La consideración primaria en lo que respecta a la calidad del imán es la homogeneidad o
uniformidad de su campo magnético, usualmente medida en ppm relativas al campo principal a una
cierta distancia.
25
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
La mayoría de los equipos de MRI utilizan un sistema conocido como shim coil para compensar las
distorsiones del campo magnético debidas a imperfecciones en la fabricación o problemas locales
(como columnas de acero cercanas, disposiciones asimétricas de metales). Para corregir estas
distorsiones del campo magnético se utilizan elementos pasivos (placas metálicas) y activos
(bobinas por las que circulan corrientes eléctricas).
Sistema de gradiente de campo magnético
Para localizar las señales de los distintos tejidos, se aplican pequeñas distorsiones lineales al campo
magnético principal denominadas campos gradiente o simplemente gradientes. Se utilizan tres
gradientes, uno para cada eje cartesiano, producidos mediante el flujo de corriente por las bobinas
de gradiente.
La intensidad del gradiente se mide en mT.m-1 o G.cm-1, con intensidades máximas entre 10 y 15
mT.m-1.
Sistema de radiofrecuencia
El sistema transmisor de RF es responsable de la generación y transmisión de la energía de
radiofrecuencia utilizada para excitar los protones. El transmisor de RF contiene cuatro
componentes principales:

Sintetizador de Frecuencia: La señal de RF que es irradiada hacia el paciente consiste de dos partes: una
frecuencia central o portadora y una envolvente discreta (función que contiene un rango de frecuencias). El
sintetizador de frecuencia produce la portadora, cuya frecuencia se calcula a partir de la ecuación de Larmor
generalizada. Esta señal es mezclada con la envolvente de RF previamente a la amplificación.

Envolvente Digital de RF: La envolvente de RF usualmente consiste de 512 puntos discretos. Dichos puntos
digitales se convierten al dominio analógico antes de mezclar esta señal con la portadora. Se utilizan dos clases
de envolvente de RF: las de banda angosta y las de banda ancha. Las envolventes de banda ancha (pulsos
rectangulares) son de corta duración y de amplitud constante. Se utilizan normalmente para determinar la
frecuencia de resonancia del paciente. Las envolventes de banda angosta no poseen amplitud constante para
todas las frecuencias. El ancho de banda determina el espesor del corte observado. Las funciones más
utilizadas son la función sinc truncada, la gaussiana y la secante hiperbólica.

Amplificador de Potencia: El amplificador de RF de potencia es responsable de la
producción de la energía que excitará los protones. Los amplificadores utilizados en equipos
de MRI pueden ser de estado sólido o valvulares, con potencias típicas de 10 KW. La
cantidad de potencia requerida para rotar los protones desde su posición de equilibrio
depende de la intensidad del campo magnético principal, de la eficiencia de transmisión de
la antena, de la duración del pulso emitido y del ángulo de excitación seleccionado.

Antena: Todos los equipos de medición por resonancia magnética requieren una antena
(bobina) transmisora para irradiar las señales de RF. La mayoría de los sistemas de
resonancia magnética utilizan una antena con forma de silla de montar. Este diseño sirve
para dos propósitos: Producir una penetración uniforme de las señales de RF y generar un
campo magnético (B1) perpendicular al campo principal (B0).
Sistema de adquisición de datos
El sistema de adquisición de datos es el encargado de medir las señales provenientes de los protones
y de digitalizarlas para su procesamiento posterior. Todos los sistemas de MRI utilizan una bobina
receptora para detectar los voltajes inducidos por los protones luego del pulso de RF. La forma y
tamaño exactos de las bobinas receptoras dependen del fabricante, pero su campo de recepción
efectivo debe ser perpendicular al campo magnético principal (B0).
Para estudios de grandes volúmenes de tejido (como en imágenes del cuerpo o la cabeza), la bobina
transmisora normalmente sirve también como receptora. Para estudios de pequeños volúmenes de
tejido se utilizan bobinas receptoras de superficie. Éstas tienen alta sensibilidad pero baja
penetración.
Nuevos tipos de bobinas, conocidas como matrices de antenas en fase utilizan dos o más pequeñas
bobinas de superficie para cubrir grandes áreas. Las señales producidas por los protones son
26
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
usualmente del orden de los nV ó V (en amplitud) y de los MHz (en frecuencia). Para procesar
estas señales se necesita amplificación, la cual se realiza usualmente en varias etapas.
Para evitar la contaminación de las señales de resonancia magnética con ruidos externos, los
scanners MRI se encuentran normalmente rodeados de un escudo de cobre o de acero inoxidable
conocido como jaula de Faraday.
Ventiladores
Introducción
Un ventilador es una máquina a la cual le entregamos energía eléctrica y/o neumática que es
transformada y transmitida por el mecanismo de funcionamiento del ventilador en una manera
determinada (regida por un sistema de control) para reemplazar o reformar los músculos
inspiratorios del paciente en lo que respecta a la realización de trabajo inspiratorio.
Principio de funcionamiento
El ciclo básico en el ventilador más sencillo sería:
1. Tapar la salida del aire desde los pulmones a la atmósfera. Esto se logra utilizando una
válvula espiratoria.
2. Abrir la entrada e inyectar la mezcla de gases dentro del pulmón. Para esto se necesita una
válvula inspiratoria.
3. Cerrar la entrada y abrir la salida para que los gases salgan del pulmón. La fuerza impulsora
en el caso de la espiración proviene de los pulmones.
Siguiendo el razonamiento del funcionamiento
del sistema anterior podemos graficar de forma
aproximada el comportamiento se la presión
dentro del pulmón y del flujo de aire desde y
hacia el paciente (en la gráfica valores negativos
y positivos respectivamente).
Partes del sistema
Este sistema simple explicado anteriormente no basta para ventilar correctamente a un paciente. La
utilidad de un ventilador aumenta significativamente agregando ciertas partes en función de las
necesidades que se plantean a continuación.
27
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
Necesidad 1: Administrar aire enriquecido con Oxígeno. Esto es necesario en paciente con
problemas ventilatorios relacionados con el rendimiento de los pulmones, glóbulos rojos, etc.
Necesidad 2: Adaptar las presiones de alimentación (7 Kg/cm2) a las presiones de trabajo del
equipo.
Necesidad 3: Medición de presión y/o volumen para regular el tratamiento según las características
del paciente (seteo de valores mínimos) y evitar daños debido a excesos en los valores máximos de
presión y volumen (Barotrauma y volutrauma respectivamente).
Necesidad 4: El aire y oxígeno utilizados son deshumectados para que no condensen cuando son
comprimidos. Además llegan temperatura ambiente que pueden ser muy bajas. Se requiere
calefaccionar y humidificar la mezcla de gases antes de administrarla.
Necesidad 5: Filtros para bacterias e impurezas provenientes de la red de suministro y del paciente.
Necesidad 6: Alarmas relacionadas al monitoreo de valores de presión, volumen, etc. que se activen
cuando los valores excedan ciertos límites maximos o mínimos.
Existen muchas otras necesidades que aparecen en el momento de tratar con pacientes especiales
como son los neonatos o aquellos que han sido ventilados durante mucho tiempo y deben ser
destetados. De todas formas lo visto nos alcanza para entender el funcionamiento de un respirador
sencillo que nos servirá como base para estudiar el resto de los equipos.
Basándonos en las necesidades enunciadas anteriormente le agregaremos partes al primer gráfico
presentado de tal forma que nos queda como se muestra a continuación.
Descripción:
- Los gases ingresan con una presión de suministro (entre 3 y 4 Kg/cm2). Estos se regulan en
el interior del aparato un una presión de trabajo (aprox. 17 psi o 1,156 Kg/cm2 o 1200
cmH2O) dependiendo del ventilador. Las presiones son igualadas antes de entrar al
mezclador para que las proporciones se respeten.
- Desde el mezclador, los gases son impulsados (en la fase inspiratoria) hacia el paciente por
un sistema de impusión que puede ser un fuelle presionado por aire comprimido o un motor
o simplemente por un gradiente de presión. Antes de ingresar al paciente la mezcla es
28
Tecnicatura Superior en Mantenimiento de Servicios de Salud
Materia: Electromedicina Profesor: Bioingeniero Jorge Luciano Curi
-
calefaccionada y filtrada para adaptarla a los requerimientos fisiológicos del paciente. El
sistema de alarmas avisará en el caso que las presiones de suministro sean bajas, no halla
alimentación eléctrica o la presión en las vías aéreas no esté dentro de los valores seteados.
Una vez que se halla llenado el pulmón y se termine el intercambio gaseoso en el alvéolo, se
cierra la válvula inspiratoria y se abre la espiratoria permitiendo que el gas viciado salga del
pulmón. A veces se Interpone un filtro de bacterias para no contaminar la atmósfera y
proteger a la válvula espiratoria de secreciones del paciente.
A la derecha se onserva un diagrama real
de un respirador volumétrico para
adultos marca Neumovent modelo 900-S
fabricado en Córdoba, Argentina. Se
trata de un modelo que ya no se fabrica
pero es muy útil gracias a su simplicidad
y buen desempeño. El gas impulsor
entra en la cam pana impulsando el
fuelle que contiene la mezcla de gases
hacia arriba vaciandolo dentro de los
pulmones del paciente.
Para saber mas detalles de este equipo se
puede consultar su manual.
29