Radiology and Physical Medicine

Ionizing Radiation. Applications in Medicine Radiación Ionizante. Aplicación en Medicina

March 1, 2015 | Translate

Ionizing radiations can be defined as those radiations with enough energy to ionize the matter; this is, to extract electrons from atoms. Two types of ionizing radiations can be distinguished on the basis of their nature: electromagnetic (X rays and gamma rays) and corpuscular (alpha particles, beta particles, protons and neutrons). Besides, two types of irradiation have been described depending on the location of the radioactive source in relation to the body: external irradiation, when the source is located outside the body, and internal irradiation, when the source is located inside the body.

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 Ionizing radiations have several applications in medicine. Firstly, radiodiagnosis, which is defined as the medical speciality that, on the basis of clinical aspects, provides medicine with anatomical, morphological, dynamic and functional knowledge that turn into normal or pathological findings when are correctly assessed by radiologists. This can be done through the attenuation of an incident X ray beam in the body used to impress a photographic or digitalized plate showing different radiological densities of the body. Therefore, any disease in which these densities are altered can be identified, as is the case with tumors, haemorrhages, fractures, etc. The most relevant examples included in this group are conventional radiography (with and without contrast), computerized tomography (CT), mammography and interventionist radiology.

The second outstanding application is the use of radiopharmaceuticals (radioactive isotopes or radionuclides attached to a carrier drug) in nuclear medicine. This medical branch uses radioactive isotopes, nuclear radiations and electromagnetic variations of nuclear components for prevention, diagnosis, treatment and medical research. The radionuclides internal radiation and the carrier drugs selectivity for one or several organs lead to obtain functional images of these organs through an external detector called gamma camera. It is important to highlight the fact that these images are functional since they explore the functioning of tissues (e.g. it is possible to detect an increased metabolism in active tumors). In this sense, scintigraphy is a remarkable exam where two-dimensional pictures of certain tissues metabolism are obtained through the use of radioisotopes, especially thyroid, kidneys and bones. Furthermore, two functional and three-dimensional image exams stand out: positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT). In recent years, functional and anatomical images are being combined, resulting in new and better image exams like PET-CT. The drugs selectivity can also be used to treat some diseases such as hyperthyroidism or thyroid cancer with 131I.

The third application is radiotherapy, where ionizing radiations are used in the treatment of several diseases, mainly malignant ones. This application takes advantage of both the potential damage of the radiation and the higher reproduction rate of cancer cells -and thus higher exposure of the genetic material- to induce lethal mutations in these cells by irradiating them. Normal cells are exposed to a much lower damage as their differentiation degree decreases their susceptibility to suffer non-repairable lesions.

There are two main types of radiotherapy, which can be combined: brachyterapy, where the encapsulated radioactive source is placed nearby the tumor; and teletherapy or external beam radiotherapy, where the radiation source is placed at a certain distance of the patient. The latter is more common and includes radiosurgery, stereotactic radiotherapy, intensity modulated radiation therapy and total body irradiation.

References

Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR). 1999. Atlanta, GA: U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service.

Mallick U, Harmer C, Yap B, Wadsley J, Clarke S, Moss L, Nicol A, Clark PM, Farnell K, McCready R, Smellie J, Franklyn JA, John R, Nutting CM, Newbold K, Lemon C, Gerrard G, Abdel-Hamid A, Hardman J, Macias E, Roques T, Whitaker S, Vijayan R, Alvarez P, Beare S, Forsyth S, Kadalayil L, Hackshaw A. Ablation with low-dose radioiodine and thyrotropin alfa in thyroid cancer. N Engl J Med.2012;366:1674–1685.

Goyal S, Kataria T. Image Guidance in Radiation Therapy: Techniques and Applications. Radiology Research and Practice, vol. 2014, Article ID 705604, 10 pages, 2014.

Author: Antonio Jesús Láinez Ramos

2º Course, Medicine. Granada University.

Las radiaciones ionizantes son aquellas que presentan energía suficiente para ionizar la materia, es decir, extraer electrones ligados al átomo. En función de su naturaleza, distinguimos las radiaciones ionizantes electromagnéticas (rayos X y rayos gamma) y las corpusculares (partículas alfa, beta, protones y neutrones). Asimismo, en función de la ubicación de la fuente radiactiva respecto del organismo, diferenciamos entre irradiación externa cuando la fuente está localizada fuera del paciente e irradiación interna cuando la fuente está dentro del organismo.

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En cuanto a sus aplicaciones en medicina, podemos señalar que son numerosas. En primer lugar, destaca el radiodiagnóstico, definido como la especialidad médica que, basándose en el aspecto clínico de la medicina, proporciona a esta conocimientos anatómicos, morfológicos, dinámicos y funcionales, que debidamente correlacionados y valorados por los radiólogos, se convierten en hallazgos con traducción normal o patológica. Esto se consigue mediante la atenuación de un haz de rayos X incidente sobre el cuerpo para impresionar una placa fotográfica o digitalizada que muestra las distintas densidades radiológicas del organismo. Así, pueden identificarse patologías en las que se produzca una alteración de dichas densidades (tumores, hemorragias, fracturas, etc.). Los ejemplos más destacados dentro de este grupo son la radiografía convencional (con y sin contraste), la tomografía computarizada (TC), la mamografía y la radiología intervencionista.

En segundo lugar, destaca la utilización de radiofármacos (isótopos radiactivos o radionúclidos unidos a un fármaco transportador) en medicina nuclear. Esta rama de la medicina emplea los isótopos radiactivos, las radiaciones nucleares y las variaciones electromagnéticas de los componentes del núcleo para la prevención, diagnóstico, terapéutica e investigación médicas. Se aprovecha la irradiación interna del radionúclido y la selectividad por uno o varios órganos del fármaco transportador para obtener imágenes funcionales de dichos órganos a través de un detector externo, la gammacámara. Cabe reseñar la importancia de que estas imágenes sean funcionales, en tanto que exploran el funcionamiento de los tejidos, pudiendo detectar, por ejemplo, un metabolismo aumentado en el caso de tumores activos. Una prueba importante a este nivel es la gammagrafía, en la que se obtiene una imagen bidimensional que muestra el metabolismo de ciertos tejidos mediante radioisótopos, fundamentalmente tiroides, riñones y hueso. Igualmente destacan dos técnicas de imagen funcional tridimensional: la tomografía por emisión de positrones (PET) y la tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT). Desde hace unos años se están combinando técnicas de imagen funcional con técnicas de imagen anatómica, dando lugar a nuevas y mejoras técnicas como el PET-TAC. También se aprovecha la selectividad del fármaco para el tratamiento de ciertas patologías como el hipertiroidismo o el cáncer tiroideo con I131.

Finalmente, destaca la radioterapia, en la que se emplean las radiaciones ionizantes para el tratamiento de las enfermedades, sobre todo malignas. Se aprovecha el potencial lesivo de la radiación y la mayor tasa de reproducción celular de las células cancerosas con la consiguiente exposición del material genético para inducir mutaciones letales a través de la radiación en dichas células, con un perjuicio mucho menor para las células sanas cuyo grado de diferenciación disminuye la susceptibilidad a sufrir lesiones irreparables.

Existen dos modalidades principales de radioterapia que pueden combinarse: la braquiterapia, en la que la fuente radiactiva encapsulada se coloca en las inmediaciones del tumor, y la teleterapia o radioterapia externa, en la que la fuente de irradiación se localiza a cierta distancia del paciente. Esta última es la más común e incluye la radiocirugía, la radioterapia estereotáctica, la radioterapia con intensidad modulada y la radioterapia corporal total.

Bibliografía

Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR). 1999. Atlanta, GA: U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service.

Mallick U, Harmer C, Yap B, Wadsley J, Clarke S, Moss L, Nicol A, Clark PM, Farnell K, McCready R, Smellie J, Franklyn JA, John R, Nutting CM, Newbold K, Lemon C, Gerrard G, Abdel-Hamid A, Hardman J, Macias E, Roques T, Whitaker S, Vijayan R, Alvarez P, Beare S, Forsyth S, Kadalayil L, Hackshaw A. Ablation with low-dose radioiodine and thyrotropin alfa in thyroid cancer. N Engl J Med.2012;366:1674–1685.

Goyal S, Kataria T. Image Guidance in Radiation Therapy: Techniques and Applications. Radiology Research and Practice, vol. 2014, Article ID 705604, 10 pages, 2014.

 

Autor: Antonio Jesús Láinez Ramos

2º Curso, Medicina. Universidad de Granada.

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