radiografía

Los rayos X ( radiación X ) son una forma de radiación electromagnética de alta energía . En muchos idiomas, se los conoce como radiación Röntgen , en honor al científico alemán Wilhelm Conrad Röntgen , quien los descubrió en 1895 ^[1] y los denominó radiación X para referirse a un tipo de radiación desconocido. ^[2]

Las longitudes de onda de los rayos X son más cortas que las de los rayos ultravioleta y más largas que las de los rayos gamma . No existe una definición estricta y universalmente aceptada de los límites de la banda de rayos X. Aproximadamente, los rayos X tienen una longitud de onda que va de 10  nanómetros a 10  picómetros , lo que corresponde a frecuencias en el rango de 30  petahercios a 30  exahercios (3 × 10 ¹⁶  Hz a3 × 10 ¹⁹  Hz ) y energías de fotones en el rango de 100  eV a 100  keV , respectivamente. ^[3]

Los rayos X pueden penetrar muchas sustancias sólidas, como materiales de construcción y tejidos vivos, ^[4] por lo que la radiografía de rayos X se usa ampliamente en diagnósticos médicos (por ejemplo, para verificar si hay huesos rotos ) y en ciencia de los materiales (por ejemplo, para identificar algunos elementos químicos y detectar puntos débiles en materiales de construcción). ^[5] Sin embargo, los rayos X son radiaciones ionizantes y la exposición a altas intensidades puede ser peligrosa para la salud, causando daños al ADN , cáncer y, en dosis altas, quemaduras y enfermedad por radiación . Su generación y uso están estrictamente controlados por las autoridades de salud pública.

Antes de su descubrimiento en 1895 , los rayos X eran simplemente un tipo de radiación no identificada que emanaba de tubos de descarga experimentales . Fueron detectados por científicos que investigaban los rayos catódicos producidos por dichos tubos, que son haces de electrones energéticos que se observaron por primera vez en 1869. Muchos de los primeros tubos de Crookes (inventados alrededor de 1875 ) sin duda irradiaban rayos X, porque los primeros investigadores notaron efectos que eran atribuibles a ellos, como se detalla a continuación. Los tubos de Crookes creaban electrones libres mediante la ionización del aire residual en el tubo mediante un alto voltaje de CC de entre unos pocos kilovoltios y 100 kV. Este voltaje aceleraba los electrones que venían del cátodo a una velocidad lo suficientemente alta como para crear rayos X cuando golpeaban el ánodo o la pared de vidrio del tubo. ^[6]

El primer experimentador que se cree que produjo rayos X (sin saberlo) fue William Morgan . En 1785 , presentó un artículo a la Royal Society de Londres en el que describía los efectos de pasar corrientes eléctricas a través de un tubo de vidrio parcialmente evacuado, lo que producía un resplandor creado por rayos X. ^{[7] [8]} Este trabajo fue explorado más a fondo por Humphry Davy y su asistente Michael Faraday .

A partir de 1888, Philipp Lenard realizó experimentos para ver si los rayos catódicos podían pasar del tubo de Crookes al aire. Construyó un tubo de Crookes con una "ventana" en el extremo hecha de aluminio fino, orientada hacia el cátodo para que los rayos catódicos lo alcanzaran (más tarde llamado "tubo de Lenard"). Descubrió que algo pasaba a través de él, que exponía las placas fotográficas y causaba fluorescencia. Midió el poder de penetración de estos rayos a través de varios materiales. Se ha sugerido que al menos algunos de estos "rayos de Lenard" eran en realidad rayos X. ^[9]

Helmholtz formuló ecuaciones matemáticas para los rayos X. Postuló una teoría de la dispersión antes de que Röntgen hiciera su descubrimiento y anuncio. La basó en la teoría electromagnética de la luz . ^{[10] [ cita completa requerida ]} Sin embargo, no trabajó con rayos X reales.

A principios de 1890, el fotógrafo William Jennings y el profesor asociado de la Universidad de Pensilvania Arthur W. Goodspeed estaban haciendo fotografías de monedas con chispas eléctricas. El 22 de febrero, después de terminar sus experimentos, dos monedas quedaron sobre una pila de placas fotográficas antes de que Goodspeed le demostrara a Jennings el funcionamiento de los tubos de Crookes . Mientras revelaba las placas, Jennings notó discos de origen desconocido en algunas de ellas, pero nadie podía explicarlos, y siguieron adelante. Recién en 1896 se dieron cuenta de que accidentalmente habían hecho una fotografía de rayos X (no reivindicaron ningún descubrimiento). ^[11]

También en 1890, el asistente de Roentgen, Ludwig Zehnder, notó un destello de luz proveniente de una pantalla fluorescente inmediatamente antes de que el tubo cubierto que estaba encendiendo se perforara. ^[12]

Cuando el profesor de física de la Universidad de Stanford Fernando Sanford realizó sus experimentos de "fotografía eléctrica" ​​en 1891-1893 fotografiando monedas a la luz de chispas eléctricas, ^[13] al igual que Jennings y Goodspeed, es posible que, sin saberlo, generara y detectara rayos X. Su carta del 6 de enero de 1893 a la Physical Review fue publicada debidamente ^[13] y un artículo titulado Sin lentes ni luz, fotografías tomadas con placa y objeto en la oscuridad apareció en el San Francisco Examiner . ^[14]

En 1894 , Nikola Tesla notó una película dañada en su laboratorio que parecía estar asociada con experimentos con tubos de Crookes y comenzó a investigar esta energía invisible y radiante . ^{[15] [16]} Después de que Röntgen identificara los rayos X, Tesla comenzó a hacer sus propias imágenes de rayos X usando altos voltajes y tubos de su propio diseño, ^[17] así como tubos de Crookes.

El 8 de noviembre de 1895 , el profesor de física alemán Wilhelm Röntgen se topó con los rayos X mientras experimentaba con tubos Lenard y Crookes y comenzó a estudiarlos. Escribió un informe inicial "Sobre un nuevo tipo de rayo: una comunicación preliminar" y el 28 de diciembre de 1895 lo presentó a la revista de la Sociedad Física-Médica de Würzburg . ^[18] Este fue el primer artículo escrito sobre rayos X. Röntgen se refirió a la radiación como "X", para indicar que era un tipo desconocido de radiación. Algunos textos tempranos se refieren a ellos como rayos Chi, habiendo interpretado "X" como la letra griega mayúscula Chi , Χ . ^{[19] [20] [21]} El nombre rayos X se mantuvo, aunque (a pesar de las grandes objeciones de Röntgen) muchos de sus colegas sugirieron llamarlos rayos Röntgen . Todavía se hace referencia a ellos como tales en muchos idiomas, incluidos alemán , húngaro , ucraniano , danés , polaco , checo , búlgaro , sueco , finlandés , portugués , estonio , eslovaco , esloveno , turco , ruso , letón , lituano , albanés , japonés , holandés , georgiano , hebreo , islandés y noruego . Röntgen recibió el primer Premio Nobel de Física por su descubrimiento. ^[22]

Existen versiones contradictorias de su descubrimiento porque Röntgen hizo quemar sus notas de laboratorio después de su muerte, pero esta es una reconstrucción probable de sus biógrafos: ^{[23] [24]} Röntgen estaba investigando los rayos catódicos de un tubo de Crookes que había envuelto en cartón negro para que la luz visible del tubo no interfiriera, usando una pantalla fluorescente pintada con platinocianuro de bario . Notó un débil brillo verde de la pantalla, a aproximadamente 1 metro (3,3 pies) de distancia. Röntgen se dio cuenta de que algunos rayos invisibles que provenían del tubo pasaban a través del cartón para hacer brillar la pantalla. Descubrió que también podían pasar a través de libros y papeles en su escritorio. Röntgen se lanzó a investigar sistemáticamente estos rayos desconocidos. Dos meses después de su descubrimiento inicial, publicó su artículo. ^[25]

Röntgen descubrió su uso médico cuando hizo una fotografía de la mano de su esposa en una placa fotográfica formada gracias a los rayos X. La fotografía de la mano de su esposa fue la primera fotografía de una parte del cuerpo humano realizada con rayos X. Cuando vio la imagen, dijo: "He visto mi muerte". ^[28]

El descubrimiento de los rayos X generó un interés considerable. El biógrafo de Röntgen, Otto Glasser, estimó que, sólo en 1896 , se publicaron hasta 49 ensayos y 1044 artículos sobre los nuevos rayos. ^[29] Esta fue probablemente una estimación conservadora, si se tiene en cuenta que casi todos los periódicos del mundo informaron ampliamente sobre el nuevo descubrimiento, y una revista como Science le dedicó hasta 23 artículos sólo ese año. ^[30] Las reacciones sensacionalistas al nuevo descubrimiento incluyeron publicaciones que vinculaban el nuevo tipo de rayos con teorías ocultas y paranormales, como la telepatía. ^{[31] [32]}

Röntgen se dio cuenta inmediatamente de que los rayos X podían tener aplicaciones médicas. Junto con su presentación a la Physical-Medical Society del 28 de diciembre, envió una carta a los médicos que conocía en toda Europa (1 de enero de 1896). ^[33] La noticia (y la creación de los "sombragramas") se difundieron rápidamente y el ingeniero eléctrico escocés Alan Archibald Campbell-Swinton fue el primero, después de Röntgen, en crear una fotografía de rayos X (de una mano). Hasta febrero, había 46 experimentadores que utilizaban la técnica solo en América del Norte. ^[33]

El primer uso de rayos X en condiciones clínicas lo realizó John Hall-Edwards en Birmingham, Inglaterra, el 11 de enero de 1896, cuando radiografió una aguja clavada en la mano de un compañero. El 14 de febrero de 1896, Hall-Edwards también fue el primero en utilizar rayos X en una operación quirúrgica. ^[34]

A principios de 1896, varias semanas después del descubrimiento de Röntgen, Ivan Romanovich Tarkhanov irradió ranas e insectos con rayos X, concluyendo que los rayos "no sólo fotografían, sino que también afectan la función vital". ^[35] Casi al mismo tiempo, el ilustrador zoológico James Green comenzó a utilizar rayos X para examinar especímenes frágiles. George Albert Boulenger mencionó por primera vez este trabajo en un documento que presentó ante la Sociedad Zoológica de Londres en mayo de 1896. El libro Sciagraphs of British Batrachians and Reptiles (sciagraph es un nombre obsoleto para una fotografía de rayos X), de Green y James H. Gardiner, con un prólogo de Boulenger, se publicó en 1897. ^{[36] [37]}

El primer tubo de descarga de rayos X fabricado en Estados Unidos se obtuvo utilizando un tubo de descarga diseñado por Puluj. En enero de 1896, tras leer el descubrimiento de Röntgen, Frank Austin, del Dartmouth College, probó todos los tubos de descarga del laboratorio de física y descubrió que sólo el tubo de Puluj producía rayos X. Esto se debía a que Puluj había incluido en el tubo un «objetivo» oblicuo de mica , utilizado para sujetar muestras de material fluorescente . El 3 de febrero de 1896, Gilman Frost, profesor de medicina en la universidad, y su hermano Edwin Frost, profesor de física, expusieron a los rayos X la muñeca de Eddie McCarthy, a quien Gilman había tratado unas semanas antes por una fractura, y recogieron la imagen resultante del hueso roto en placas fotográficas de gelatina obtenidas de Howard Langill, un fotógrafo local también interesado en el trabajo de Röntgen. ^[38]

Muchos experimentadores, incluido el propio Röntgen en sus experimentos originales, idearon métodos para ver imágenes de rayos X "en vivo" utilizando algún tipo de pantalla luminiscente. ^[33] Röntgen utilizó una pantalla recubierta de platinocianuro de bario. El 5 de febrero de 1896, el científico italiano Enrico Salvioni (su "criptoscopio") y William Francis Magie de la Universidad de Princeton (su "Skiascope") desarrollaron dispositivos de imágenes en vivo , ambos utilizando platinocianuro de bario. El inventor estadounidense Thomas Edison comenzó la investigación poco después del descubrimiento de Röntgen e investigó la capacidad de los materiales para emitir fluorescencia cuando se exponían a los rayos X, y descubrió que el tungstato de calcio era la sustancia más eficaz. En mayo de 1896, desarrolló el primer dispositivo de imágenes en vivo producido en masa, su "Vitascope", más tarde llamado fluoroscopio , que se convirtió en el estándar para los exámenes médicos con rayos X. ^[33] Edison abandonó la investigación de rayos X alrededor de 1903, antes de la muerte de Clarence Madison Dally , uno de sus sopladores de vidrio. Dally tenía la costumbre de probar tubos de rayos X en sus propias manos, desarrollando un cáncer en ellas tan tenaz que ambos brazos fueron amputados en un intento inútil de salvar su vida; en 1904, se convirtió en la primera muerte conocida atribuida a la exposición a rayos X. ^[33] Durante la época en que se estaba desarrollando el fluoroscopio, el físico serbio-estadounidense Mihajlo Pupin , utilizando una pantalla de tungstato de calcio desarrollada por Edison, descubrió que el uso de una pantalla fluorescente reducía el tiempo de exposición que se necesitaba para crear una radiografía para imágenes médicas de una hora a unos pocos minutos. ^{[39] [33]}

En 1901, el presidente estadounidense William McKinley recibió dos disparos en un intento de asesinato mientras asistía a la Exposición Panamericana en Buffalo, Nueva York . Mientras que una bala solo le rozó el esternón , otra se había alojado en algún lugar profundo de su abdomen y no pudo ser encontrada. Un ayudante de McKinley preocupado envió un mensaje al inventor Thomas Edison para que enviara rápidamente una máquina de rayos X a Buffalo para encontrar la bala perdida. Llegó, pero no se usó. Si bien el disparo en sí no había sido letal, se había desarrollado gangrena a lo largo del camino de la bala, y McKinley murió de un choque séptico debido a una infección bacteriana seis días después. ^[40]

Con la experimentación generalizada con rayos X después de su descubrimiento en 1895 por científicos, médicos e inventores, aparecieron muchas historias de quemaduras, pérdida de cabello y peores en las revistas técnicas de la época. En febrero de 1896, el profesor John Daniel y William Lofland Dudley de la Universidad de Vanderbilt informaron sobre la pérdida de cabello después de que Dudley fuera sometido a una radiografía. Un niño que había recibido un disparo en la cabeza fue llevado al laboratorio de Vanderbilt en 1896. Antes de intentar encontrar la bala, se intentó un experimento, para el cual Dudley "con su característica devoción por la ciencia" ^{[41] [42] [43]} se ofreció como voluntario. Daniel informó que 21 días después de tomar una fotografía del cráneo de Dudley (con un tiempo de exposición de una hora), notó una calva de 5 centímetros (2 pulgadas) de diámetro en la parte de su cabeza más cercana al tubo de rayos X: "Se fijó un soporte de placa con las placas hacia el costado del cráneo y se colocó una moneda entre el cráneo y la cabeza. El tubo se fijó en el otro lado a una distancia de media pulgada [1,3 cm] del cabello". ^[44] Más allá de las quemaduras, la pérdida de cabello y el cáncer, los rayos X pueden estar relacionados con la infertilidad en los hombres según la cantidad de radiación utilizada.

En agosto de 1896, HD Hawks, un graduado de Columbia College, sufrió quemaduras graves en la mano y el pecho por una demostración de rayos X. Se informó en Electrical Review y dio lugar a muchos otros informes de problemas asociados con los rayos X que se enviaron a la publicación. ^[45] Muchos experimentadores, incluidos Elihu Thomson en el laboratorio de Edison, William J. Morton y Nikola Tesla , también informaron quemaduras. Elihu Thomson expuso deliberadamente un dedo a un tubo de rayos X durante un período de tiempo y sufrió dolor, hinchazón y ampollas. ^[46] A veces se culpó a otros efectos por el daño, incluidos los rayos ultravioleta y (según Tesla) el ozono. ^[15] Muchos médicos afirmaron que no hubo efectos por la exposición a los rayos X en absoluto. ^[46] El 3 de agosto de 1905, en San Francisco, California, Elizabeth Fleischman , una pionera estadounidense de los rayos X, murió por complicaciones como resultado de su trabajo con rayos X. ^{[47] [48] [49]}

Hall-Edwards desarrolló un cáncer (entonces llamado dermatitis por rayos X) lo suficientemente avanzado en 1904 como para obligarlo a escribir artículos y dar discursos públicos sobre los peligros de los rayos X. Su brazo izquierdo tuvo que ser amputado a la altura del codo en 1908, ^{[50] [51]} y cuatro dedos de su brazo derecho poco después, dejando solo un pulgar. Murió de cáncer en 1926. Su mano izquierda se conserva en la Universidad de Birmingham .

Las múltiples aplicaciones de los rayos X despertaron inmediatamente un enorme interés. Los talleres comenzaron a fabricar versiones especializadas de los tubos de Crookes para generar rayos X y estos tubos de rayos X de cátodo frío o de Crookes de primera generación se utilizaron hasta aproximadamente 1920.

Un sistema de rayos X médico típico de principios del siglo XX consistía en una bobina de Ruhmkorff conectada a un tubo de rayos X de Crookes de cátodo frío . Un espacio de chispas se conectaba típicamente al lado de alto voltaje en paralelo al tubo y se usaba para fines de diagnóstico. ^[52] El espacio de chispas permitía detectar la polaridad de las chispas, midiendo el voltaje por la longitud de las chispas, determinando así la "dureza" del vacío del tubo, y proporcionaba una carga en caso de que el tubo de rayos X se desconectara. Para detectar la dureza del tubo, el espacio de chispas se abría inicialmente al ajuste más amplio. Mientras la bobina estaba en funcionamiento, el operador reducía el espacio hasta que comenzaban a aparecer chispas. Un tubo en el que el espacio de chispas comenzaba a chispear alrededor de 6,4 centímetros (2,5 pulgadas) se consideraba blando (vacío bajo) y adecuado para partes delgadas del cuerpo, como manos y brazos. Una chispa de 13 centímetros (5 pulgadas) indicaba que el tubo era adecuado para hombros y rodillas. Una chispa de 18 a 23 centímetros (7 a 9 pulgadas) indicaría un vacío más alto adecuado para obtener imágenes del abdomen de individuos más grandes. Dado que el espacio entre la chispa y el tubo estaba conectado en paralelo, este debía abrirse hasta que cesara la chispa para que el tubo pudiera funcionar y obtener imágenes. El tiempo de exposición para las placas fotográficas era de alrededor de medio minuto para una mano y un par de minutos para un tórax. Las placas pueden tener una pequeña adición de sal fluorescente para reducir los tiempos de exposición. ^[52]

Los tubos de Crookes no eran fiables. Tenían que contener una pequeña cantidad de gas (invariablemente aire), ya que no fluiría corriente en un tubo de este tipo si se vacían por completo. Sin embargo, con el paso del tiempo, los rayos X hicieron que el vidrio absorbiera el gas, lo que provocó que el tubo generara rayos X "más duros" hasta que pronto dejó de funcionar. Los tubos más grandes y de uso más frecuente estaban equipados con dispositivos para restaurar el aire, conocidos como "suavizadores". Estos solían adoptar la forma de un pequeño tubo lateral que contenía un pequeño trozo de mica , un mineral que atrapa cantidades relativamente grandes de aire dentro de su estructura. Un pequeño calentador eléctrico calentaba la mica, lo que hacía que liberara una pequeña cantidad de aire, restaurando así la eficiencia del tubo. Sin embargo, la mica tenía una vida útil limitada y el proceso de restauración era difícil de controlar.

En 1904 , John Ambrose Fleming inventó el diodo termoiónico , el primer tipo de tubo de vacío . Este utilizaba un cátodo caliente que hacía que una corriente eléctrica fluyera en el vacío . Esta idea se aplicó rápidamente a los tubos de rayos X y, por lo tanto, los tubos de rayos X de cátodo caliente, llamados "tubos Coolidge", reemplazaron por completo a los problemáticos tubos de cátodo frío alrededor de 1920.

En 1906 aproximadamente, el físico Charles Barkla descubrió que los rayos X podían dispersarse por los gases y que cada elemento tenía un espectro de rayos X característico . Ganó el Premio Nobel de Física en 1917 por este descubrimiento.

En 1912 , Max von Laue , Paul Knipping y Walter Friedrich observaron por primera vez la difracción de rayos X por cristales. Este descubrimiento, junto con el trabajo inicial de Paul Peter Ewald , William Henry Bragg y William Lawrence Bragg , dio origen al campo de la cristalografía de rayos X. ^[53 ]

En 1913 , Henry Moseley realizó experimentos de cristalografía con rayos X emanados de varios metales y formuló la ley de Moseley que relaciona la frecuencia de los rayos X con el número atómico del metal.

El tubo de rayos X de Coolidge fue inventado el mismo año por William D. Coolidge . Hizo posible la emisión continua de rayos X. Los tubos de rayos X modernos se basan en este diseño, y a menudo emplean el uso de objetivos giratorios que permiten una disipación de calor significativamente mayor que los objetivos estáticos, lo que permite además una mayor cantidad de salida de rayos X para su uso en aplicaciones de alta potencia, como los escáneres CT rotacionales.

El uso de rayos X con fines médicos (que se convirtió en el campo de la radioterapia ) fue iniciado por el Mayor John Hall-Edwards en Birmingham , Inglaterra. Luego, en 1908, tuvo que amputarse el brazo izquierdo debido a la propagación de la dermatitis por rayos X en su brazo. ^[54]

La ciencia médica también utilizó el cine para estudiar la fisiología humana. En 1913, se realizó una película en Detroit que mostraba un huevo duro dentro de un estómago humano. Esta primitiva película de rayos X se grababa a una velocidad de una imagen fija cada cuatro segundos. ^[55] El Dr. Lewis Gregory Cole de Nueva York fue un pionero de la técnica, a la que llamó "radiografía en serie". ^{[56] [57]} En 1918, se utilizaron rayos X en asociación con cámaras cinematográficas para capturar el esqueleto humano en movimiento. ^{[58] [59] [60]} En 1920, se utilizó para registrar los movimientos de la lengua y los dientes en el estudio de los idiomas por parte del Instituto de Fonética en Inglaterra. ^[61]

En 1914 , Marie Curie desarrolló automóviles radiológicos para apoyar a los soldados heridos en la Primera Guerra Mundial . Los automóviles permitirían obtener imágenes rápidas de rayos X de los soldados heridos para que los cirujanos del campo de batalla pudieran operar con mayor rapidez y precisión. ^[62]

Desde principios de la década de 1920 hasta la de 1950, se desarrollaron máquinas de rayos X para ayudar en el ajuste de zapatos ^[63] y se vendieron a zapaterías comerciales. ^{[64] [65] [66]} En la década de 1950 se expresaron preocupaciones sobre el impacto de su uso frecuente o mal controlado, ^{[67] [68]} lo que llevó al final de la práctica en esa década. ^[69]

El microscopio de rayos X se desarrolló durante la década de 1950.

El Observatorio de rayos X Chandra , inaugurado el 23 de julio de 1999 , ha permitido explorar los violentos procesos que se producen en el universo y que producen rayos X. A diferencia de la luz visible , que ofrece una visión relativamente estable del universo, el universo de rayos X es inestable. En él se observan estrellas destrozadas por agujeros negros , colisiones galácticas y novas , y estrellas de neutrones que forman capas de plasma que luego explotan en el espacio .

En la década de 1980, la administración Reagan propuso un dispositivo láser de rayos X como parte de la Iniciativa de Defensa Estratégica , pero la única prueba del dispositivo (una especie de "blaster" láser o rayo de la muerte , alimentado por una explosión termonuclear) arrojó resultados no concluyentes. Por razones técnicas y políticas, el proyecto en su conjunto (incluido el láser de rayos X) fue desfinanciado (aunque más tarde fue revivido por la segunda administración Bush como Defensa Nacional de Misiles utilizando tecnologías diferentes).

La obtención de imágenes de rayos X con contraste de fase se refiere a una variedad de técnicas que utilizan información de fase de un haz de rayos X para formar la imagen. Debido a su buena sensibilidad a las diferencias de densidad, es especialmente útil para obtener imágenes de tejidos blandos. Se ha convertido en un método importante para visualizar estructuras celulares e histológicas en una amplia gama de estudios biológicos y médicos. Existen varias tecnologías que se utilizan para la obtención de imágenes de contraste de fase de rayos X, todas ellas utilizando diferentes principios para convertir las variaciones de fase de los rayos X que emergen de un objeto en variaciones de intensidad. ^{[70] [71]} Estos incluyen el contraste de fase basado en la propagación, ^{[72] la interferometría} de Talbot , ^[71] las imágenes mejoradas por refracción, ^[73] y la interferometría de rayos X. ^[74] Estos métodos proporcionan un mayor contraste en comparación con las imágenes de rayos X basadas en la absorción normal, lo que permite distinguir entre sí los detalles que tienen una densidad casi similar. Una desventaja es que estos métodos requieren equipos más sofisticados, como fuentes de rayos X de sincrotrón o microfoco , ópticas de rayos X y detectores de rayos X de alta resolución.

Los rayos X con energías de fotones altas por encima de 5-10 keV (por debajo de 0,2-0,1 nm de longitud de onda) se denominan rayos X duros , mientras que aquellos con energía más baja (y longitud de onda más larga) se denominan rayos X blandos . ^[75] El rango intermedio con energías de fotones de varios keV a menudo se conoce como rayos X tiernos . Debido a su capacidad de penetración, los rayos X duros se utilizan ampliamente para obtener imágenes del interior de los objetos (por ejemplo, en radiografía médica y seguridad aeroportuaria ). El término rayos X se utiliza metonímicamente para referirse a una imagen radiográfica producida utilizando este método, además del método en sí. Dado que las longitudes de onda de los rayos X duros son similares al tamaño de los átomos, también son útiles para determinar estructuras cristalinas mediante cristalografía de rayos X. Por el contrario, los rayos X blandos se absorben fácilmente en el aire; la longitud de atenuación de los rayos X de 600 eV (~2 nm) en el agua es inferior a 1 micrómetro. ^[76]

No hay consenso para una definición que distinga entre rayos X y rayos gamma . Una práctica común es distinguir entre los dos tipos de radiación en función de su fuente: los rayos X son emitidos por electrones , mientras que los rayos gamma son emitidos por el núcleo atómico . ^{[77] [78] [79] [80] Esta definición tiene varios problemas: otros procesos también pueden generar estos} fotones de alta energía , o a veces no se conoce el método de generación. Una alternativa común es distinguir la radiación X y gamma sobre la base de la longitud de onda (o, equivalentemente, la frecuencia o la energía del fotón), con la radiación más corta que una longitud de onda arbitraria, como 10 ⁻¹¹  m (0,1  Å ), definida como radiación gamma. ^[81] Este criterio asigna un fotón a una categoría inequívoca, pero solo es posible si se conoce la longitud de onda. (Algunas técnicas de medición no distinguen entre longitudes de onda detectadas). Sin embargo, estas dos definiciones a menudo coinciden ya que la radiación electromagnética emitida por los tubos de rayos X generalmente tiene una longitud de onda más larga y una energía de fotones más baja que la radiación emitida por núcleos radiactivos . ^[77] Ocasionalmente, se utiliza un término u otro en contextos específicos debido a precedentes históricos, en función de la técnica de medición (detección) o en función de su uso previsto en lugar de su longitud de onda o fuente. Por lo tanto, los rayos gamma generados para usos médicos e industriales, por ejemplo la radioterapia , en los rangos de 6-20  MeV , también pueden denominarse en este contexto rayos X. ^[82]

Los fotones de rayos X transportan suficiente energía para ionizar átomos y romper enlaces moleculares . Esto los convierte en un tipo de radiación ionizante y, por lo tanto, perjudicial para el tejido vivo . Una dosis de radiación muy alta durante un corto período de tiempo causa quemaduras y enfermedad por radiación , mientras que dosis más bajas pueden dar lugar a un mayor riesgo de cáncer inducido por radiación . En la obtención de imágenes médicas, este mayor riesgo de cáncer generalmente se ve superado en gran medida por los beneficios del examen. La capacidad ionizante de los rayos X se puede utilizar en el tratamiento del cáncer para matar células malignas mediante radioterapia . También se utiliza para la caracterización de materiales mediante espectroscopia de rayos X.

Los rayos X duros pueden atravesar objetos relativamente gruesos sin ser absorbidos o dispersados ​​en exceso . Por este motivo, los rayos X se utilizan ampliamente para obtener imágenes del interior de objetos visualmente opacos. Las aplicaciones más frecuentes son la radiografía médica y los escáneres de seguridad de los aeropuertos , pero también son importantes técnicas similares en la industria (por ejemplo, la radiografía industrial y la tomografía computarizada industrial ) y la investigación (por ejemplo, la tomografía computarizada de animales pequeños ). La profundidad de penetración varía en varios órdenes de magnitud a lo largo del espectro de rayos X. Esto permite ajustar la energía de los fotones para la aplicación de modo que proporcione una transmisión suficiente a través del objeto y, al mismo tiempo, proporcione un buen contraste en la imagen.

Los rayos X tienen longitudes de onda mucho más cortas que la luz visible, lo que permite sondear estructuras mucho más pequeñas que las que se pueden ver utilizando un microscopio normal . Esta propiedad se utiliza en la microscopía de rayos X para obtener imágenes de alta resolución, y también en la cristalografía de rayos X para determinar las posiciones de los átomos en los cristales .

Los rayos X interactúan con la materia de tres formas principales: fotoabsorción , dispersión Compton y dispersión Rayleigh . La fuerza de estas interacciones depende de la energía de los rayos X y de la composición elemental del material, pero no tanto de las propiedades químicas, ya que la energía de los fotones de rayos X es mucho mayor que las energías de enlace químico. La fotoabsorción o absorción fotoeléctrica es el mecanismo de interacción dominante en el régimen de rayos X suaves y para las energías de rayos X duros más bajas. A energías más altas, domina la dispersión Compton.

La probabilidad de una absorción fotoeléctrica por unidad de masa es aproximadamente proporcional a , donde es el número atómico y es la energía del fotón incidente. ^[83] Esta regla no es válida cerca de las energías de enlace de electrones de la capa interna donde hay cambios abruptos en la probabilidad de interacción, los llamados bordes de absorción . Sin embargo, la tendencia general de altos coeficientes de absorción y, por lo tanto, profundidades de penetración cortas para energías de fotones bajas y números atómicos altos es muy fuerte. Para el tejido blando, la fotoabsorción domina hasta aproximadamente 26 keV de energía de fotones donde la dispersión Compton toma el control. Para sustancias de mayor número atómico, este límite es mayor. La alta cantidad de calcio ( ) en los huesos, junto con su alta densidad, es lo que hace que aparezcan tan claramente en las radiografías médicas.${\textstyle Z^{3}/E^{3}}$${\textstyle Z}$${\textstyle E}$${\textstyle Z=20}$

Un fotón fotoabsorbido transfiere toda su energía al electrón con el que interactúa, ionizando así el átomo al que estaba unido el electrón y produciendo un fotoelectrón que probablemente ionizará más átomos en su camino. Un electrón externo llenará la posición del electrón vacante y producirá un rayo X característico o un electrón Auger . Estos efectos se pueden utilizar para la detección de elementos a través de espectroscopia de rayos X o espectroscopia electrónica Auger .

La dispersión Compton es la interacción predominante entre los rayos X y los tejidos blandos en las imágenes médicas. ^[84] La dispersión Compton es una dispersión inelástica del fotón de rayos X por un electrón de la capa exterior. Parte de la energía del fotón se transfiere al electrón dispersor, ionizando así el átomo y aumentando la longitud de onda del rayo X. El fotón dispersado puede ir en cualquier dirección, pero es más probable una dirección similar a la dirección original, especialmente para rayos X de alta energía. La probabilidad de diferentes ángulos de dispersión se describe mediante la fórmula de Klein-Nishina . La energía transferida se puede obtener directamente del ángulo de dispersión a partir de la conservación de la energía y el momento .

La dispersión de Rayleigh es el mecanismo de dispersión elástica dominante en el régimen de rayos X. ^[85] La dispersión frontal inelástica da lugar al índice de refracción, que para los rayos X es solo ligeramente inferior a 1. ^[86]

Cuando partículas cargadas (electrones o iones) de suficiente energía impactan un material, se producen rayos X.

Los rayos X pueden generarse mediante un tubo de rayos X , un tubo de vacío que utiliza un alto voltaje para acelerar los electrones liberados por un cátodo caliente a una alta velocidad. Los electrones de alta velocidad chocan con un objetivo metálico, el ánodo , creando los rayos X. ^[89] En los tubos de rayos X médicos, el objetivo suele ser tungsteno o una aleación más resistente a las grietas de renio (5%) y tungsteno (95%), pero a veces molibdeno para aplicaciones más especializadas, como cuando se necesitan rayos X más suaves como en la mamografía. En cristalografía, un objetivo de cobre es el más común, y a menudo se utiliza cobalto cuando la fluorescencia del contenido de hierro en la muestra podría presentar un problema.

La energía máxima del fotón de rayos X producido está limitada por la energía del electrón incidente, que es igual al voltaje en el tubo multiplicado por la carga del electrón, por lo que un tubo de 80 kV no puede crear rayos X con una energía mayor a 80 keV. Cuando los electrones inciden en el objetivo, los rayos X se crean mediante dos procesos atómicos diferentes:

1. Emisión característica de rayos X (electroluminiscencia de rayos X): si el electrón tiene suficiente energía, puede expulsar a un electrón orbital de la capa electrónica interna del átomo objetivo. Después de eso, los electrones de niveles de energía más altos llenan las vacantes y se emiten fotones de rayos X. Este proceso produce un espectro de emisión de rayos X en unas pocas frecuencias discretas, a veces denominadas líneas espectrales. Por lo general, se trata de transiciones de las capas superiores a la capa K (llamadas líneas K), a la capa L (llamadas líneas L) y así sucesivamente. Si la transición es de 2p a 1s, se llama Kα, mientras que si es de 3p a 1s es Kβ. Las frecuencias de estas líneas dependen del material del objetivo y, por lo tanto, se llaman líneas características. La línea Kα suele tener mayor intensidad que la Kβ y es más deseable en experimentos de difracción. Por lo tanto, la línea Kβ se filtra mediante un filtro. El filtro generalmente está hecho de un metal que tiene un protón menos que el material del ánodo (por ejemplo, filtro de Ni para ánodo de Cu o filtro de Nb para ánodo de Mo).
2. Bremsstrahlung : es la radiación emitida por los electrones al ser dispersados ​​por el intenso campo eléctrico cerca de los núcleos. Estos rayos X tienen un espectro continuo . La frecuencia de la Bremsstrahlung está limitada por la energía de los electrones incidentes.

Por lo tanto, la salida resultante de un tubo consiste en un espectro continuo de radiación de frenado que cae a cero en el voltaje del tubo, más varios picos en las líneas características. Los voltajes utilizados en los tubos de rayos X de diagnóstico varían de aproximadamente 20 kV a 150 kV y, por lo tanto, las energías más altas de los fotones de rayos X varían de aproximadamente 20 keV a 150 keV. ^[90]

Ambos procesos de producción de rayos X son ineficientes, ya que solo alrededor del uno por ciento de la energía eléctrica utilizada por el tubo se convierte en rayos X, por lo que la mayor parte de la energía eléctrica consumida por el tubo se libera como calor residual. Para producir un flujo utilizable de rayos X, el tubo de rayos X debe estar diseñado para disipar el exceso de calor.

Una fuente especializada de rayos X que se está utilizando ampliamente en la investigación es la radiación de sincrotrón , que se genera mediante aceleradores de partículas . Sus características únicas son la emisión de rayos X, que es muchos órdenes de magnitud mayor que la de los tubos de rayos X, amplios espectros de rayos X, excelente colimación y polarización lineal . ^[91]

Se pueden producir de manera confiable ráfagas cortas de rayos X de una duración de nanosegundos con una energía máxima de 15 keV despegando la cinta adhesiva sensible a la presión de su soporte en un vacío moderado. Es probable que esto sea el resultado de la recombinación de cargas eléctricas producidas por la carga triboeléctrica . La intensidad de la triboluminiscencia de rayos X es suficiente para que se la utilice como fuente para la obtención de imágenes de rayos X. ^[92]

Los rayos X también pueden ser producidos por protones rápidos u otros iones positivos. La emisión de rayos X inducida por protones o por partículas se utiliza ampliamente como procedimiento analítico. Para energías altas, la sección eficaz de producción es proporcional a Z ₁ ² Z ₂ ⁻⁴ , donde Z ₁ se refiere al número atómico del ion, Z ₂ se refiere al del átomo objetivo. ^[93] En la misma referencia se ofrece una descripción general de estas secciones eficaces.

Los rayos X también se producen en los relámpagos que acompañan a los destellos de rayos gamma terrestres . El mecanismo subyacente es la aceleración de electrones en campos eléctricos relacionados con los relámpagos y la posterior producción de fotones a través de Bremsstrahlung . ^[94] Esto produce fotones con energías de algunos pocos keV y varias decenas de MeV. ^[95] En descargas de laboratorio con un tamaño de espacio de aproximadamente 1 metro de longitud y un voltaje pico de 1 MV, se observan rayos X con una energía característica de 160 keV. ^[96] Una posible explicación es el encuentro de dos serpentinas y la producción de electrones de alta energía que se escapan ; ^[97] sin embargo, las simulaciones microscópicas han demostrado que la duración del aumento del campo eléctrico entre dos serpentinas es demasiado corta para producir una cantidad significativa de electrones que se escapan. ^[98] Recientemente, se ha propuesto que las perturbaciones del aire en las proximidades de las serpentinas pueden facilitar la producción de electrones que se escapan y, por lo tanto, de rayos X a partir de descargas. ^{[99] [100]}

Los detectores de rayos X varían en forma y función dependiendo de su propósito. Los detectores de imágenes como los utilizados para radiografía se basaban originalmente en placas fotográficas y luego en películas fotográficas , pero ahora se han reemplazado en su mayoría por varios tipos de detectores digitales , como placas de imagen y detectores de panel plano . Para la protección radiológica , el riesgo de exposición directa a menudo se evalúa utilizando cámaras de ionización , mientras que los dosímetros se utilizan para medir la dosis de radiación a la que ha estado expuesta la persona. Los espectros de rayos X se pueden medir mediante espectrómetros de dispersión de energía o de dispersión de longitud de onda . Para aplicaciones de difracción de rayos X , como la cristalografía de rayos X , se utilizan ampliamente los detectores híbridos de conteo de fotones . ^[101]

Esta sección necesita citas adicionales para su verificación . Por favor, ayude a mejorar este artículo añadiendo citas de fuentes fiables en esta sección. El material sin fuentes puede ser cuestionado y eliminado. Buscar fuentes:  «X-ray» – noticias  · periódicos  · libros  · académico  · JSTOR ( noviembre de 2017 ) ( Aprenda cómo y cuándo eliminar este mensaje )

Desde que Röntgen descubrió que los rayos X pueden identificar estructuras óseas, los rayos X se han utilizado para la obtención de imágenes médicas . ^[102] El primer uso médico fue menos de un mes después de su artículo sobre el tema. ^[38] Hasta 2010, se habían realizado cinco mil millones de exámenes de imágenes médicas en todo el mundo. ^[103] La exposición a la radiación de las imágenes médicas en 2006 representó aproximadamente el 50% de la exposición total a la radiación ionizante en los Estados Unidos. ^[104]

La radiografía de proyección es la práctica de producir imágenes bidimensionales utilizando radiación de rayos X. Los huesos contienen una alta concentración de calcio , que, debido a su número atómico relativamente alto , absorbe los rayos X de manera eficiente. Esto reduce la cantidad de rayos X que llegan al detector en la sombra de los huesos, haciéndolos claramente visibles en la radiografía. Los pulmones y el gas atrapado también se muestran claramente debido a una menor absorción en comparación con el tejido, mientras que las diferencias entre los tipos de tejido son más difíciles de ver. ^[105]

Las radiografías de proyección son útiles para detectar patologías del sistema esquelético , así como para detectar algunos procesos patológicos en los tejidos blandos . Algunos ejemplos notables son la radiografía de tórax , muy común , que se puede utilizar para identificar enfermedades pulmonares como neumonía , cáncer de pulmón o edema pulmonar , y la radiografía abdominal , que puede detectar obstrucciones intestinales , aire libre (de perforaciones viscerales) y líquido libre (en ascitis ). Los rayos X también se pueden utilizar para detectar patologías como cálculos biliares (que rara vez son radiopacos ) o cálculos renales que a menudo (pero no siempre) son visibles. Las radiografías simples tradicionales son menos útiles en la obtención de imágenes de tejidos blandos como el cerebro o los músculos . Un área en la que las radiografías de proyección se utilizan ampliamente es en la evaluación de cómo un implante ortopédico , como un reemplazo de rodilla, cadera u hombro, está situado en el cuerpo con respecto al hueso circundante. Esto se puede evaluar en dos dimensiones a partir de radiografías simples, o se puede evaluar en tres dimensiones si se utiliza una técnica llamada "registro 2D a 3D". Esta técnica supuestamente anula los errores de proyección asociados con la evaluación de la posición del implante a partir de radiografías simples. ^[106]

La radiografía dental se utiliza comúnmente en el diagnóstico de problemas bucales comunes, como las caries .

En aplicaciones de diagnóstico médico, los rayos X de baja energía (suaves) son indeseables, ya que son absorbidos totalmente por el cuerpo, lo que aumenta la dosis de radiación sin contribuir a la imagen. Por lo tanto, se suele colocar una lámina fina de metal, a menudo de aluminio, llamada filtro de rayos X , sobre la ventana del tubo de rayos X, que absorbe la parte de baja energía del espectro. A esto se le llama endurecimiento del haz, ya que desplaza el centro del espectro hacia rayos X de mayor energía (o más duros).

Para generar una imagen del sistema cardiovascular , incluidas las arterias y las venas ( angiografía ), se toma una imagen inicial de la región anatómica de interés. Luego se toma una segunda imagen de la misma región después de haber inyectado un agente de contraste yodado en los vasos sanguíneos dentro de esta área. Luego, estas dos imágenes se restan digitalmente, dejando una imagen solo del contraste yodado que delinea los vasos sanguíneos. Luego, el radiólogo o cirujano compara la imagen obtenida con imágenes anatómicas normales para determinar si hay algún daño o bloqueo del vaso.

La tomografía computarizada (TC) es una modalidad de obtención de imágenes médicas en la que se obtienen imágenes tomográficas o cortes de áreas específicas del cuerpo a partir de una gran serie de imágenes de rayos X bidimensionales tomadas en diferentes direcciones. ^[107] Estas imágenes transversales se pueden combinar en una imagen tridimensional del interior del cuerpo. ^[108] Las tomografías computarizadas son una modalidad de obtención de imágenes más rápida y rentable que se puede utilizar con fines diagnósticos y terapéuticos en diversas disciplinas médicas. ^[108]

La fluoroscopia es una técnica de obtención de imágenes que utilizan habitualmente los médicos o los radioterapeutas para obtener imágenes en movimiento en tiempo real de las estructuras internas de un paciente mediante el uso de un fluoroscopio. ^[109] En su forma más simple, un fluoroscopio consta de una fuente de rayos X y una pantalla fluorescente, entre las que se coloca al paciente. Sin embargo, los fluoroscopios modernos acoplan la pantalla a un intensificador de imágenes de rayos X y una cámara de vídeo CCD , lo que permite grabar las imágenes y reproducirlas en un monitor. Este método puede utilizar un material de contraste. Los ejemplos incluyen cateterismo cardíaco (para examinar bloqueos de la arteria coronaria ), procedimientos de embolización (para detener el sangrado durante la embolización de la arteria hemorroidal ) y deglución de bario (para examinar trastornos esofágicos y trastornos de la deglución). Recientemente, la fluoroscopia moderna utiliza ráfagas cortas de rayos X, en lugar de un haz continuo, para reducir eficazmente la exposición a la radiación tanto para el paciente como para el operador. ^[109]

El uso de rayos X como tratamiento se conoce como radioterapia y se utiliza en gran medida para el manejo (incluido el tratamiento paliativo ) del cáncer; requiere dosis de radiación más altas que las que se reciben solo para la obtención de imágenes. Los rayos X se utilizan para tratar cánceres de piel utilizando rayos X de menor energía, mientras que los rayos de mayor energía se utilizan para tratar cánceres dentro del cuerpo, como el cerebro, el pulmón, la próstata y el seno. ^{[110] [111]}

Los ejemplos y la perspectiva de esta sección se refieren principalmente a los Estados Unidos y no representan una visión mundial del tema . Puede mejorar esta sección, discutir el tema en la página de discusión o crear una nueva sección, según corresponda. ( Septiembre de 2024 ) ( Aprenda cómo y cuándo eliminar este mensaje )

Los rayos X son una forma de radiación ionizante y están clasificados como carcinógenos tanto por la Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer de la Organización Mundial de la Salud como por el gobierno de los EE. UU. ^{[103] [112]} Los rayos X de diagnóstico (principalmente de tomografías computarizadas debido a la gran dosis utilizada) aumentan el riesgo de problemas de desarrollo y cáncer en las personas expuestas. ^{[113] [114] [115]} Se estima que el 0,4% de los cánceres actuales en los Estados Unidos se deben a tomografías computarizadas (TC) realizadas en el pasado y que esto puede aumentar hasta un 1,5-2% con las tasas de uso de TC de 2007. ^[116]

Los datos experimentales y epidemiológicos actuales no respaldan la proposición de que existe una dosis umbral de radiación por debajo de la cual no hay un mayor riesgo de cáncer. ^[117] Sin embargo, esto está cada vez más en duda. ^[118] El riesgo de cáncer puede comenzar con la exposición de 1100 mGy. ^[119] Se estima que la radiación adicional de los rayos X de diagnóstico aumentará el riesgo acumulado de una persona promedio de contraer cáncer a los 75 años en un 0,6-3,0%. ^[120] La cantidad de radiación absorbida depende del tipo de prueba de rayos X y la parte del cuerpo involucrada. ^[116] La TC y la fluoroscopia implican dosis más altas de radiación que las radiografías simples.

Para poner el riesgo aumentado en perspectiva, una simple radiografía de tórax expondrá a una persona a la misma cantidad de radiación de fondo a la que las personas están expuestas (dependiendo de la ubicación) todos los días durante 10 días, mientras que la exposición de una radiografía dental es aproximadamente equivalente a 1 día de radiación de fondo ambiental. ^[121] Cada una de estas radiografías agregaría menos de 1 por 1,000,000 al riesgo de cáncer de por vida. Una TC abdominal o de tórax sería el equivalente a 2-3 años de radiación de fondo para todo el cuerpo, o 4-5 años para el abdomen o el tórax, aumentando el riesgo de cáncer de por vida entre 1 por 1,000 a 1 por 10,000. ^[121] Esto se compara con la probabilidad de aproximadamente 40% de que un ciudadano estadounidense desarrolle cáncer durante su vida. ^[122] Por ejemplo, la dosis efectiva para el torso de una tomografía computarizada del tórax es de aproximadamente 5 mSv, y ​​la dosis absorbida es de aproximadamente 14 mGy. ^[123] Una tomografía computarizada de la cabeza (1,5 mSv, 64 mGy) ^[124] que se realiza una vez con y otra sin medio de contraste equivaldría a 40 años de radiación de fondo en la cabeza. La estimación precisa de las dosis efectivas debidas a la tomografía computarizada es difícil, ya que el rango de incertidumbre de la estimación es de aproximadamente ±19 % a ±32 % para las tomografías de la cabeza de adultos, según el método utilizado. ^[125]

El riesgo de la radiación es mayor para el feto, por lo que en pacientes embarazadas, los beneficios de la investigación (radiografía) deben equilibrarse con los riesgos potenciales para el feto. ^{[126] [127]} Si hay 1 exploración en 9 meses, puede ser perjudicial para el feto. ^[128] Por lo tanto, las mujeres embarazadas se hacen ecografías como su diagnóstico por imágenes porque esto no utiliza radiación. ^[128] Si hay demasiada exposición a la radiación, podría haber efectos nocivos para el feto o los órganos reproductivos de la madre. ^[128] En los EE. UU., se estima que se realizan 62 millones de tomografías computarizadas al año, incluidas más de 4 millones en niños. ^[116] Evitar radiografías innecesarias (especialmente tomografías computarizadas) reduce la dosis de radiación y cualquier riesgo de cáncer asociado. ^[129]

Los rayos X médicos son una fuente importante de exposición a la radiación de origen humano. En 1987, representaron el 58% de la exposición a fuentes de origen humano en los Estados Unidos. Dado que las fuentes de origen humano representaron solo el 18% de la exposición total a la radiación, la mayor parte de la cual provenía de fuentes naturales (82%), los rayos X médicos solo representaron el 10% de la exposición total a la radiación estadounidense; los procedimientos médicos en su conjunto (incluida la medicina nuclear ) representaron el 14% de la exposición total a la radiación. Sin embargo, en 2006, los procedimientos médicos en los Estados Unidos estaban contribuyendo a una radiación ionizante mucho mayor que a principios de la década de 1980. En 2006, la exposición médica constituyó casi la mitad de la exposición total a la radiación de la población estadounidense de todas las fuentes. El aumento se puede atribuir al crecimiento del uso de procedimientos de diagnóstico por imágenes, en particular la tomografía computarizada (TC), y al crecimiento del uso de la medicina nuclear. ^{[104] [130]}

La dosis debida a los rayos X dentales varía significativamente según el procedimiento y la tecnología (película o digital). Según el procedimiento y la tecnología, una sola radiografía dental de un ser humano da como resultado una exposición de 5 a 40 μSv. Una serie de radiografías de boca completa puede dar como resultado una exposición de hasta 60 (digital) a 180 (película) μSv, para un promedio anual de hasta 400 μSv. ^{[131] [132] [133] [134] [135] [136] [137]}

Se ha demostrado que los incentivos financieros tienen un impacto significativo en el uso de rayos X, ya que los médicos reciben una tarifa separada por cada radiografía, lo que proporciona más rayos X. ^[138]

La tomografía de fotones temprana o EPT ^[139] (a partir de 2015) junto con otras técnicas ^[140] se están investigando como alternativas potenciales a los rayos X para aplicaciones de imágenes.

Otros usos notables de los rayos X incluyen:

• Cristalografía de rayos X , en la que se registra el patrón producido por la difracción de rayos X a través de la red de átomos estrechamente espaciados en un cristal y luego se analiza para revelar la naturaleza de esa red. Una técnica relacionada, la difracción de fibras , fue utilizada por Rosalind Franklin para descubrir la estructura de doble hélice del ADN . ^[141]
• Astronomía de rayos X , que es una rama observacional de la astronomía , que se ocupa del estudio de la emisión de rayos X de los objetos celestes.
• Análisis microscópico de rayos X , que utiliza radiación electromagnética en la banda de rayos X blandos para producir imágenes de objetos muy pequeños.
• Fluorescencia de rayos X , técnica en la que se generan rayos X dentro de una muestra y se detectan. La energía saliente de los rayos X se puede utilizar para identificar la composición de la muestra.
• La radiografía industrial utiliza rayos X para la inspección de piezas industriales, especialmente soldaduras .
• Radiografía de objetos culturales , generalmente radiografías de pinturas para revelar dibujos subyacentes , alteraciones de arrepentimientos en el transcurso de la pintura o por restauradores posteriores y, a veces, pinturas anteriores sobre el soporte. Muchos pigmentos, como el blanco de plomo, se ven bien en las radiografías.
• La espectroscopia de rayos X se ha utilizado para analizar las reacciones de los pigmentos en las pinturas. Por ejemplo, para analizar la degradación del color en las pinturas de Van Gogh . ^[142]

• Autenticación y control de calidad de artículos empaquetados.
• Tomografía computarizada industrial , proceso que utiliza equipos de rayos X para producir representaciones tridimensionales de componentes tanto externos como internos. Esto se logra mediante el procesamiento informático de imágenes proyectadas del objeto escaneado en muchas direcciones.
• Los escáneres de equipaje de seguridad del aeropuerto utilizan rayos X para inspeccionar el interior del equipaje en busca de amenazas de seguridad antes de cargarlo en el avión.
• Los escáneres de camiones de control fronterizo ylos departamentos de policía nacionalesutilizan rayos X para inspeccionar el interior de los camiones.

• Arte de rayos X y fotografía de bellas artes , uso artístico de rayos X, por ejemplo, las obras de Stane Jagodič
• Depilación con rayos X , un método popular en la década de 1920 pero ahora prohibido por la FDA. ^[144]
• Los fluoroscopios que se ajustan al calzado se popularizaron en la década de 1920, fueron prohibidos en los EE. UU. en la década de 1960, en el Reino Unido en la década de 1970 y, más tarde, en Europa continental.
• La estereofotogrametría de Roentgen se utiliza para rastrear el movimiento de los huesos basándose en la implantación de marcadores.
• La espectroscopia fotoelectrónica de rayos X es una técnica de análisis químico que se basa en el efecto fotoeléctrico , generalmente empleada en la ciencia de superficies .
• La implosión por radiación es el uso de rayos X de alta energía generados a partir de una explosión de fisión (una bomba A ) para comprimir el combustible nuclear hasta el punto de ignición de la fusión (una bomba H ).

Aunque generalmente se consideran invisibles para el ojo humano, en circunstancias especiales los rayos X pueden ser visibles. Brandes, en un experimento realizado poco tiempo después del artículo de referencia de Röntgen de 1895, informó que después de adaptarse a la oscuridad y colocar su ojo cerca de un tubo de rayos X, vio un débil resplandor "azul grisáceo" que parecía originarse dentro del ojo mismo. ^[145] Al escuchar esto, Röntgen revisó sus libros de registro y descubrió que él también había visto el efecto. Al colocar un tubo de rayos X en el lado opuesto de una puerta de madera, Röntgen había notado el mismo resplandor azul, que parecía emanar del ojo mismo, pero pensó que sus observaciones eran falsas porque solo vio el efecto cuando usó un tipo de tubo. Más tarde se dio cuenta de que el tubo que había creado el efecto era el único lo suficientemente potente como para hacer que el resplandor fuera claramente visible y, a partir de entonces, el experimento fue fácilmente repetible. El conocimiento de que los rayos X son en realidad débilmente visibles para el ojo desnudo adaptado a la oscuridad ha sido en gran parte olvidado hoy en día; Probablemente, esto se debe al deseo de no repetir lo que ahora se consideraría un experimento imprudente y potencialmente dañino con radiación ionizante . No se sabe qué mecanismo exacto en el ojo produce la visibilidad: podría deberse a la detección convencional (excitación de moléculas de rodopsina en la retina), excitación directa de las células nerviosas de la retina o detección secundaria a través de, por ejemplo, la inducción de fosforescencia con rayos X en el globo ocular con detección retiniana convencional de la luz visible producida secundariamente.

Aunque los rayos X son invisibles, es posible ver la ionización de las moléculas del aire si la intensidad del haz de rayos X es lo suficientemente alta. La línea de luz del detector de ondas de la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón ^[146] es un ejemplo de esa alta intensidad. ^[147]

La medida de la capacidad ionizante de los rayos X se denomina exposición:

• El culombio por kilogramo (C/kg) es la unidad SI de exposición a la radiación ionizante y es la cantidad de radiación necesaria para crear un culombio de carga de cada polaridad en un kilogramo de materia.
• El roentgen (R) es una unidad tradicional de exposición obsoleta, que representaba la cantidad de radiación necesaria para crear una unidad electrostática de carga de cada polaridad en un centímetro cúbico de aire seco. 1 roentgen = 2,58 × 10 ⁻⁴  C/kg .

Sin embargo, el efecto de la radiación ionizante sobre la materia (especialmente sobre los tejidos vivos) está más relacionado con la cantidad de energía depositada en ellos que con la carga generada. Esta medida de energía absorbida se denomina dosis absorbida :

• El gray (Gy), cuyas unidades son julios/kilogramo, es la unidad SI de dosis absorbida y es la cantidad de radiación necesaria para depositar un julio de energía en un kilogramo de cualquier tipo de materia.
• El rad es la unidad tradicional correspondiente (obsoleta), igual a 10 milijulios de energía depositada por kilogramo. 100 rad = 1 gray.

La dosis equivalente es la medida del efecto biológico de la radiación sobre el tejido humano. En el caso de los rayos X, es igual a la dosis absorbida .

• El equivalente Roentgen man (rem) es la unidad tradicional de dosis equivalente. Para los rayos X es igual al rad , o, en otras palabras, 10 milijulios de energía depositada por kilogramo. 100 rem = 1 Sv.
• El sievert (Sv) es la unidad del SI de dosis equivalente y también de dosis efectiva . Para los rayos X, la "dosis equivalente" es numéricamente igual a un Gray (Gy). 1 Sv = 1 Gy. Para la "dosis efectiva" de rayos X, normalmente no es igual al Gray (Gy).

• "Sobre un nuevo tipo de rayos". Nature . 53 (1369): 274–276. Enero 1896. Bibcode :1896Natur..53R.274.. doi : 10.1038/053274b0 .
• "Tubos de rayos X iónicos". Sitio web de Tubos de rayos catódicos .
• "Índice de artículos antiguos sobre radiación de frenado". Shade Tree Physics . 12 de abril de 2010.
• Samuel JJ (20 de octubre de 2013). "El descubrimiento de los rayons X par Röntgen". Educación Bibnum (en francés).El descubrimiento de los rayos X por Röntgen (PDF; traducción al español)
• Oakley, PA, Navid Ehsani, N., y Harrison, DE (2020). Cinco razones por las que las radiografías para la escoliosis no son dañinas. Relación dosis-respuesta. https://doi.org/10.1177/1559325820957797
• "Cristalografía de rayos X". Una web para aprender cómo los rayos X pueden "ver" dentro de los cristales .