Física médica en Chile: de rayos X a resonancias, la ciencia quea | ORBITECH

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Lo que aprenderás

Objetivos

Identificar los principios físicos detrás de los rayos X y la resonancia magnética en equipos médicos chilenos.
Calcular la dosis de radiación en un examen de tomografía usando datos reales de hospitales públicos.
Explicar el efecto fotoeléctrico y el efecto Compton con ejemplos de equipos en el Hospital Clínico de la Universidad de Chile.
Describir el funcionamiento de un detector de radiación en un escáner de tomografía computarizada (TAC) de Antofagasta.
Analizar la importancia del blindaje radiológico en la protección de pacientes y personal en centros de radioterapia de Concepción.

Requisitos previos

Estructura atómica
Ondas electromagnéticas
Energía y potencia

Duración: 25 min Nivel: ●●○○ Medio

¿Sabías que cada vez que te hacen una radiografía en el Hospital San Borja de Santiago o un TAC en el Hospital Regional de Concepción, estás interactuando con tecnología basada en principios de física médica? Esta rama de la física no solo salva vidas —desde detectar fracturas en deportistas de la UC hasta guiar cirugías en el Instituto Nacional del Cáncer— pero también exige precisión matemática. Por ejemplo, en Antofagasta, un paciente que se somete a una resonancia magnética paga alrededor de $120.000 CLP, pero ¿qué hay detrás de ese precio? Hoy desglosaremos los conceptos clave: desde cómo los rayos X atraviesan tu cuerpo hasta por qué la resonancia magnética no usa radiación ionizante. ¡Prepárate para ver la física que opera en los hospitales de tu país!

Física General

espectro electromagnético (noun) /esˈpek.tɾo e.lek.tɾo.maɣˈne.ti.ko/

Conjunto de todas las ondas electromagnéticas ordenadas según su frecuencia o longitud de onda, desde ondas de radio hasta rayos gamma.

Sinónimos : espectro EM

Los rayos X y gamma son radiaciones ionizantes (energía > 10 eV), mientras que la luz visible y las microondas no lo son.

c = λ \cdot ν

En un hospital de Santiago, los equipos de rayos X operan en el rango de 0.01 a 0.1 nm del espectro electromagnético, mientras que la resonancia magnética usa ondas de radio de ~1 m de longitud de onda.

Física Médica

física médica (noun) /ˈfi.si.ka meˈdi.ka/

Rama de la física que aplica principios y métodos a la prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades humanas para mejorar la salud. Incluye subcampos como radioterapia, imagenología médica y protección radiológica.

Sinónimos : física biomédica, física aplicada a la medicina

Es la ciencia que hace posible que equipos como los TAC o resonancias funcionen con precisión en hospitales chilenos.

En el Hospital Clínico de la Universidad de Chile, los físicos médicos calibran los aceleradores lineales para tratamientos de cáncer con una precisión de ±2%.

Física de Radiaciones

coeficiente de atenuación (noun) /ko.e.fiˈsjen.to ðe a.te.nwaˈsjon/

Parámetro que indica cuánto un material absorbe o dispersa la radiación por unidad de longitud, medido en cm⁻¹. Depende de la energía de la radiación y del número atómico del material.

Sinónimos : coeficiente de absorción

El coeficiente de atenuación lineal del hueso es ~0.5 cm⁻¹ para rayos X de 60 keV, mientras que el del aire es ~0.0002 cm⁻¹.

μ = \frac{1}{I} \frac{d I}{d x}

En una radiografía de tórax en Valparaíso, el coeficiente de atenuación del pulmón (lleno de aire) es muy bajo, mientras que el de las costillas es alto, creando el contraste típico.

efecto Compton (noun) /eˈfek.to kompˈton/

Dispersión de un fotón de rayos X por un electrón libre o débilmente ligado, resultando en un fotón de menor energía y un electrón energético.

Sinónimos : dispersión Compton

Es el principal responsable de la radiación dispersa que aumenta la dosis al paciente y al personal médico.

λ^{'} - λ = \frac{h}{m_{e} c} (1 - \cos θ)

En un TAC de tórax en Concepción, el efecto Compton genera 'ruido' en la imagen que los algoritmos deben corregir para evitar diagnósticos erróneos.

efecto fotoeléctrico (noun) /eˈfek.to fo.to.eˈlek.tɾi.ko/

Fenómeno en el que un fotón de rayos X transfiere toda su energía a un electrón de un átomo, expulsándolo y generando contraste en la imagen.

Sinónimos : absorción fotoeléctrica

Es el principal responsable de la formación de imágenes en radiografías convencionales porque los huesos (ricos en calcio) absorben más fotones.

E_{f o t \overset{´}{o} n} = E_{e n l a c e} + E_{c i n \overset{´}{e} t i c a}

En una radiografía dental en Valparaíso, el efecto fotoeléctrico permite ver claramente la estructura de la muela porque el esmalte absorbe casi todos los fotones.

energía de fotón (noun) /eˈneɾ.xi.a ðe ˈfo.ton/

Energía transportada por un fotón, inversamente proporcional a su longitud de onda e directamente proporcional a su frecuencia, medida en electronvoltios (eV).

Sinónimos : energía fotónica

En radiología diagnóstica, los fotones de rayos X tienen energías entre 20 keV (radiografías dentales) y 150 keV (TAC).

E = h \cdot ν = \frac{h \cdot c}{λ}

En un TAC de cráneo en Concepción, los fotones usados tienen una energía de 120 keV, suficiente para atravesar el hueso pero no para causar daño significativo al tejido cerebral.

Imagenología

artefacto en imagenología (noun) /aɾ.teˈfak.to en i.ma.xe.no.loˈxi.a/

Distorsión o anomalía en una imagen médica causada por factores técnicos, físicos o del paciente, que puede llevar a interpretaciones erróneas.

Sinónimos : artefacto de imagen

Ejemplos comunes son artefactos de movimiento, de susceptibilidad magnética (en RM) o de endurecimiento del haz (en TAC).

En una resonancia magnética de tórax en el Hospital Regional de Antofagasta, un artefacto de movimiento por respiración borra los detalles del corazón en la imagen.

contraste radiográfico (noun) /konˈtɾas.te ra.ðjoˈɣɾa.fi.ko/

Sustancia administrada al paciente (oral, intravenosa o rectal) que aumenta la atenuación de rayos X en estructuras específicas, mejorando la visibilidad en imágenes médicas.

Sinónimos : medio de contraste

El sulfato de bario se usa para estudios gastrointestinales, mientras que los compuestos yodados son comunes en angiografías.

En una tomografía de abdomen en Concepción, el paciente bebe un contraste yodado que resalta los vasos sanguíneos y el intestino delgado en la imagen.

gradiente de campo magnético (noun) /ɡɾaˈðjen.te ðe ˈkam.po maɣ.ˈne.ti.ko/

Variación espacial del campo magnético en una resonancia magnética, esencial para localizar señales de resonancia y crear imágenes en 3D.

Sinónimos : gradiente magnético

Se mide en militeslas por metro (mT/m) y determina la resolución espacial de la imagen.

\nabla B = \frac{\partial B_{x}}{\partial x} + \frac{\partial B_{y}}{\partial y} + \frac{\partial B_{z}}{\partial z}

En el Hospital del Salvador, un equipo de resonancia magnética de 3 teslas tiene gradientes de hasta 80 mT/m, permitiendo imágenes de alta resolución de cerebros de recién nacidos.

rayos X (noun) /ˈra.ʝos ˈekis/

Radiación electromagnética de alta energía que atraviesa tejidos blandos pero es absorbida por estructuras densas como huesos, creando imágenes en placas o detectores digitales.

Sinónimos : radiografía, radiación X

Su energía típica en medicina es de 20 a 150 keV, suficiente para ionizar átomos pero no para romper enlaces moleculares en el ADN.

E = h \cdot ν = \frac{h \cdot c}{λ}

Cuando te hacen una radiografía de tórax en el Hospital Barros Luco de Santiago, el técnico ajusta el voltaje a 120 kV para obtener una imagen clara de tus pulmones.

relajación longitudinal (noun) /re.la.xaˈsjon lon.ɡi.tu.ðiˈnal/

Proceso por el cual los protones en un campo magnético recuperan su magnetización a lo largo del eje del campo (T1), determinando el contraste entre tejidos en resonancia magnética.

Sinónimos : T1

El tiempo T1 varía según el tejido: grasa (200-300 ms), músculo (800-1000 ms), líquido cefalorraquídeo (4000 ms).

M_{z} (t) = M_{0} (1 - e^{- t / T 1})

En una resonancia magnética de hígado en Antofagasta, el contraste entre el hígado normal y un tumor se debe a diferencias en los tiempos T1 de cada tejido.

relajación transversal (noun) /re.la.xaˈsjon tɾans.verˈsal/

Proceso por el cual los protones pierden su coherencia de fase en el plano perpendicular al campo magnético (T2), generando el contraste en imágenes de resonancia magnética.

Sinónimos : T2

El tiempo T2 es más corto en tejidos con alta movilidad molecular (líquidos) y más largo en tejidos sólidos.

M_{x y} (t) = M_{0} e^{- t / T 2}

En una resonancia magnética de rodilla en Concepción, el líquido sinovial aparece brillante porque su T2 es muy largo (2000-3000 ms).

resonancia magnética (noun) /re.soˈnan.sja maɣ.ˈne.ti.ka/

Técnica de diagnóstico que usa campos magnéticos intensos y ondas de radio para generar imágenes detalladas de órganos y tejidos blandos sin usar radiación ionizante.

Sinónimos : RM, MRI

El campo magnético en equipos modernos es de 1.5 a 3 teslas (30.000 veces el campo magnético terrestre).

B_{0} = μ_{0} \cdot I

En el Hospital del Salvador de Santiago, un paciente con sospecha de hernia discal se somete a una resonancia magnética que cuesta alrededor de $150.000 CLP.

secuencia de pulsos (noun) /seˈkwen.sja ðe ˈpul.sos/

Combinación específica de pulsos de radiofrecuencia y gradientes de campo magnético aplicados en una resonancia magnética para obtener diferentes tipos de contraste (T1, T2, densidad de protones).

Sinónimos : protocolo de pulsos

Ejemplos comunes son SE (Spin Echo), GRE (Gradient Echo) y FLAIR (Fluid-Attenuated Inversion Recovery).

En el Hospital San José de Santiago, los radiólogos usan la secuencia FLAIR para suprimir el líquido cefalorraquídeo y resaltar lesiones en el cerebro de pacientes con esclerosis múltiple.

tiempo de exposición (noun) /ˈtjem.po ðe eks.po.siˈsjon/

Período durante el cual el paciente está expuesto a la radiación en un examen o tratamiento. En radiografías, suele ser de milisegundos; en TAC, de segundos.

Sinónimos : duración de la exposición

Minimizar el tiempo reduce la dosis al paciente y evita imágenes borrosas por movimiento (ej.: respiración o latidos cardíacos).

D = \dot{D} \cdot t

En una radiografía de columna en Valparaíso, el tiempo de exposición es de solo 0.05 segundos para evitar que el paciente se mueva y la imagen salga movida.

tomografía computarizada (noun) /to.mo.ɣraˈfi.a kom.py.ti.θaˈða/

Técnica que usa rayos X y algoritmos computacionales para crear imágenes transversales (cortes) de estructuras internas del cuerpo, como un 'panqueque' de datos.

Sinónimos : TAC, CT scan

Cada corte tiene un grosor de 0.5 a 10 mm, y se combinan para formar una imagen 3D del órgano estudiado.

I (x, y) = I_{0} \cdot e^{- μ (x, y) \cdot d}

En el Hospital Clínico de la Universidad Católica, un TAC de abdomen cuesta aproximadamente $180.000 CLP y ayuda a detectar apendicitis en menos de 10 minutos.

unidad de Hounsfield (noun) /uˈni.ðað ðe ˈxonz.fild/

Escala numérica que cuantifica la atenuación de rayos X en un TAC, donde -1000 HU corresponde al aire y +3000 HU al hueso denso. El agua es 0 HU por definición.

Sinónimos : HU

Permite distinguir entre tejidos: grasa (-100 HU), músculo (+40 HU), sangre (+60 HU) y hueso cortical (+1000 HU).

H U = 1000 \cdot \frac{μ - μ_{a g u a}}{μ_{a g u a} - μ_{a i r e}}

En un TAC de cerebro en el Hospital del Salvador, un hematoma aparece como una zona con valores de +70 a +90 HU, claramente diferenciable del tejido cerebral normal.

Instrumentación

detector de radiación (noun) /deˈtek.toɾ ðe ra.ðjaˈsjon/

Dispositivo que mide la intensidad de radiación ionizante, convirtiendo la energía depositada en una señal eléctrica o digital. En medicina, los más usados son los detectores de centelleo y los de semiconductor.

Sinónimos : sensor de radiación

En un TAC, el detector es un anillo de cientos de cristales de óxido de gadolinio que convierten rayos X en luz visible.

N = N_{0} e^{- μ x}

En el Hospital San Borja de Santiago, los detectores del TAC registran 1 millón de fotones por segundo para reconstruir una imagen en tiempo real.

Protección Radiológica

blindaje radiológico (noun) /blinˈda.xe ra.ðjoˈlo.xi.ko/

Materiales densos (plomo, hormigón baritado o acero) usados para reducir la intensidad de la radiación ionizante en áreas no deseadas, protegiendo a pacientes y personal.

Sinónimos : escudo radiológico

El plomo es el material más común porque su alto número atómico (Z=82) lo hace muy efectivo para absorber rayos X y gamma.

I = I_{0} e^{- μ x}

En el búnker de radioterapia del Hospital Clínico de la Universidad Católica, las paredes tienen 2 metros de hormigón baritado para proteger al personal de la radiación dispersa.

Comisión Chilena de Energía Nuclear (noun) /ko.miˈsjon ˈtʃi.le.na ðe eˈneɾ.xi.a nu.kleˈaɾ/

Organismo público chileno encargado de regular, supervisar y fiscalizar el uso seguro de la energía nuclear y las radiaciones ionizantes en el país.

Sinónimos : CChEN

Establece los límites de dosis para trabajadores y público, y autoriza equipos médicos que usan radiación.

Antes de instalar un nuevo acelerador lineal en el Hospital Regional de Antofagasta, la CChEN debe aprobar su diseño y realizar pruebas de fuga de radiación.

control de calidad (noun) /konˈtɾol ðe ka.liˈðað/

Conjunto de pruebas y verificaciones periódicas a equipos médicos que usan radiación para garantizar que cumplan con los estándares de seguridad y precisión, realizadas por físicos médicos.

Sinónimos : aseguramiento de calidad

Incluye pruebas de alineación del haz, verificación de dosis y calibración de detectores, siguiendo protocolos internacionales.

Cada mes, en el Hospital Clínico de la Universidad de Chile, un físico médico verifica que el acelerador lineal entregue exactamente 2 Gy por minuto en el blanco de tratamiento.

dosis de radiación (noun) /ˈdo.sis ðe ra.ðjaˈsjon/

Cantidad de energía absorbida por tejido vivo por unidad de masa, medida en gray (Gy) o sievert (Sv). Determina el riesgo de efectos biológicos.

Sinónimos : dosis absorbida, exposición radiológica

1 Sv = 1 J/kg, pero en radiología diagnóstica se usan milisieverts (mSv): una radiografía de tórax equivale a 0.1 mSv.

D = \frac{E}{m}

Un técnico en radiología del Hospital Regional de Antofagasta recibe una dosis anual máxima de 20 mSv, según normas de la Comisión Chilena de Energía Nuclear.

gestión de residuos radiactivos (noun) /xesˈtjon ðe reˈsi.ðos ra.ðjaˈtik.tos/

Proceso de recolección, transporte, tratamiento y disposición final de materiales radiactivos usados en medicina, para evitar la contaminación del medio ambiente y la exposición humana.

Sinónimos : disposición de residuos radiactivos

En Chile, la CChEN regula que los residuos de baja actividad (como agujas de I-131) se almacenen en contenedores blindados por al menos 10 años.

En el Hospital San Borja de Santiago, los residuos de yodo radiactivo usados en tratamientos de cáncer de tiroides se guardan en barriles blindados en una bodega especial hasta su disposición final.

protección radiológica (noun) /pɾo.tekˈsjon ra.ðjoˈlo.xi.ka/

Conjunto de medidas y normas para minimizar la exposición a radiaciones ionizantes en pacientes, trabajadores y público, reguladas por la Comisión Chilena de Energía Nuclear.

Sinónimos : seguridad radiológica

Incluye blindajes, tiempo de exposición limitado y distanciamiento, siguiendo el principio ALARA (As Low As Reasonably Achievable).

D = \frac{k \cdot I \cdot t}{d^{2}}

En el Hospital San José de Santiago, los técnicos usan delantales de plomo de 0.5 mm de espesor y monitores de dosis para cumplir con las normas de protección radiológica.

unidad de sievert (noun) /uˈni.ðað ðe ˈsjeb.eɾt/

Unidad del Sistema Internacional (Sv) que mide la dosis equivalente de radiación, considerando el tipo de radiación y su efecto biológico. 1 Sv = 1 J/kg, pero ponderado por factores de calidad.

Sinónimos : Sv

En radiología diagnóstica, las dosis típicas son: radiografía de tórax (0.1 mSv), TAC de abdomen (10 mSv) y radioterapia (2 Gy = 2 Sv).

H = w_{R} \cdot D

Un técnico en radiología del Hospital Regional de Antofagasta recibe una dosis anual de 1.5 mSv, muy por debajo del límite legal de 20 mSv.

Radioterapia

acelerador lineal (noun) /ak.se.le.ɾaˈðoɾ li.neˈal/

Dispositivo que acelera electrones a altas energías (4 a 25 MeV) para producir haces de rayos X o electrones usados en radioterapia contra el cáncer.

Sinónimos : LINAC

En Chile, los aceleradores lineales más comunes en hospitales públicos son de 6 a 10 MeV, suficientes para tratar tumores superficiales y profundos.

E_{c i n \overset{´}{e} t i c a} = q \cdot V

En el Instituto Nacional del Cáncer, un acelerador lineal trata a pacientes con cáncer de próstata aplicando 2 Gy por sesión durante 8 semanas.

haz de radiación (noun) /ˈaθ haz ðe ra.ðjaˈsjon/

Flujo direccional de partículas (fotones, electrones) o radiación electromagnética emitido por una fuente (como un acelerador lineal) hacia un blanco específico en el cuerpo.

Sinónimos : haz terapéutico

Se modela como un cono con perfil de dosis que disminuye con la profundidad, optimizado para cubrir el tumor sin dañar tejidos sanos.

Φ = \frac{d N}{d A \cdot d t}

En una sesión de radioterapia en el Hospital Clínico de la Universidad de Chile, el haz de radiación se enfoca en la próstata del paciente usando un sistema de colimación.

radioterapia (noun) /ra.ðjo.teˈra.pja/

Tratamiento del cáncer que usa haces de radiación ionizante (rayos X, electrones o protones) para destruir células tumorales con mínima daño al tejido sano.

Sinónimos : radiación terapéutica, terapia con radiación

Se aplica en fracciones de 1.8 a 2 Gy por sesión para permitir la reparación de tejidos normales entre tratamientos.

D_{t o t a l} = n \cdot D_{f r a c c i \overset{´}{o} n}

Un paciente con cáncer de mama en el Instituto Nacional del Cáncer recibe 25 sesiones de radioterapia, cada una costando $35.000 CLP en el sistema público.