Coeficiente de atenuación

Qué es el coeficiente de atenuación

Cuando un haz de rayos X incide sobre un cuerpo, parte de los fotones son absorbidos y parte se desvían por dispersión. La fracción que no llega al detector disminuye de forma exponencial con el espesor del material, según la ley descrita por Pierre Bouguer en 1729 y reformulada más tarde por Johann Heinrich Lambert y August Beer. El coeficiente de atenuación lineal (símbolo habitual: μ, en cm⁻¹) expresa esa pérdida por unidad de longitud recorrida.

La palabra atenuación procede del latín attenuare (adelgazar, reducir), formado por ad- y tenuis (delgado). Coeficiente, a su vez, del latín tardío coefficiens (que produce conjuntamente). La combinación de ambos vocablos se consolidó en el vocabulario de la física de la radiación durante la segunda mitad del siglo XIX, cuando la interacción entre los fotones y la materia empezó a cuantificarse con precisión experimental.

De la física al diagnóstico por imagen

Hasta la década de 1970, el fenómeno de la atenuación solo servía para interpretar la densidad relativa de las estructuras en una radiografía convencional: los huesos, muy absorbentes, aparecían blancos; los pulmones, casi transparentes al haz, aparecían negros. La aportación de Godfrey Newbold Hounsfield consistió en medir esa atenuación desde múltiples ángulos alrededor del paciente y reconstruir, mediante algoritmos matemáticos, un mapa bidimensional de coeficientes de atenuación tejido a tejido.

Para hacer las cifras más manejables, Hounsfield definió una escala de referencia que toma el agua como punto cero (0 UH) y el aire como extremo inferior (−1 000 UH). El hueso cortical se sitúa en torno a +1 000 UH. Cada píxel de la imagen de tomografía computarizada almacena el coeficiente de atenuación del pequeño volumen de tejido correspondiente, convertido a esa escala. Cuando un radiólogo observa que una lesión hepática mide −15 UH y otra mide +45 UH, lo que está comparando son coeficientes de atenuación normalizados al del agua.

Factores que modifican el valor del coeficiente

El coeficiente de atenuación lineal de un tejido no es una constante fija; depende tanto de la energía del haz de fotones como de la composición atómica y la densidad del material. Tres mecanismos de interacción fotón-materia contribuyen a μ en el rango de energías que emplea la tomografía clínica: el efecto fotoeléctrico, la dispersión Compton y, a energías más altas de las habituales en diagnóstico, la producción de pares electrón-positrón.

Se maneja también el coeficiente de atenuación másico (μ/ρ, en cm²/g), que divide μ entre la densidad del material y resulta útil cuando se quiere comparar sustancias con distinta densidad pero composición elemental similar. Esta variante es la preferida en dosimetría y en protección radiológica, donde interesa más la composición que el volumen del absorbente.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene el término atenuación en este contexto?

Del latín attenuare, que significa adelgazar o reducir. En física, se adoptó para describir la disminución de intensidad de cualquier onda o haz de partículas al atravesar un medio. La extensión al diagnóstico médico llegó con la radiología de principios del siglo XX, pero la formalización numérica se debe a Hounsfield, cuyo primer prototipo de escáner se probó en 1971.

¿El coeficiente de atenuación es lo mismo que la unidad Hounsfield?

Estrictamente, no. La unidad Hounsfield es una transformación del coeficiente de atenuación lineal: se normaliza al coeficiente del agua y se reescala para que el agua valga 0 y el aire valga −1 000. El coeficiente de atenuación es la magnitud física original, medida en cm⁻¹; la unidad Hounsfield es su traducción clínica, pensada para que el radiólogo interprete las imágenes sin necesidad de calcular exponenciales.

¿Por qué varía el coeficiente de atenuación con la energía del haz?

Porque el peso relativo de cada mecanismo de interacción (fotoeléctrico, Compton, producción de pares) cambia con la energía de los fotones. A baja energía domina la absorción fotoeléctrica, que depende mucho del número atómico del tejido; a energía intermedia predomina la dispersión Compton, que depende sobre todo de la densidad electrónica. La tomografía computarizada espectral, de desarrollo más reciente, explota precisamente esa variación para mejorar la caracterización tisular.

¿Tiene utilidad práctica medir el coeficiente de atenuación de una lesión?

Sí. Medir las UH de un nódulo permite, por ejemplo, distinguir una burbuja de aire (en torno a −1 000 UH) de un quiste líquido (cerca de 0 UH) o de un lipoma (valores negativos intermedios, propios de la grasa). Son cifras que, en muchos casos, orientan el diagnóstico sin necesidad de pruebas adicionales.

Referencias

1. MedlinePlus en español. Tomografía computarizada.
2. Armiñana A et al. Tomografía computarizada espectral y unidades Hounsfield: bases para una correcta interpretación. An RANM. 2023;140(02):101-113.
3. National Cancer Institute. Tomografía computarizada para el cáncer.
4. Sociedad Radiológica de Norteamérica / Colegio Americano de Radiología. Exploración por TC de cabeza. RadiologyInfo.org.