Curva de atenuación

Qué es la curva de atenuación

Cuando un haz de fotones penetra en un material, parte de su energía se absorbe y otra fracción se dispersa. La intensidad resultante disminuye de forma exponencial con el espesor del medio atravesado, relación que la física de radiaciones describe mediante la ley de Lambert-Beer. Si se mide la dosis o la intensidad del haz para distintos grosores de un absorbente (habitualmente láminas de aluminio o cobre) y se representan los valores frente al espesor, se obtiene la curva de atenuación.

El término procede del latín attenuare ("adelgazar", "reducir"), compuesto de ad- y tenuis, "delgado". En física de radiaciones se adoptó a finales del siglo XIX para designar la pérdida de intensidad de un haz al interactuar con la materia.

Mecanismos de interacción del haz con la materia

En el rango de energías empleado en radiología convencional (entre 20 y 200 keV aproximadamente), dos fenómenos dominan la atenuación. El efecto fotoeléctrico predomina a energías bajas: el fotón colisiona con un electrón orbital, le cede toda su energía y desaparece. La probabilidad de que ocurra depende fuertemente del número atómico del material, razón por la cual el plomo y el bario son tan eficaces como blindajes.

A energías más altas cobra protagonismo el efecto Compton, en el que el fotón transfiere solo parte de su energía al electrón y sale dispersado con una longitud de onda mayor. La curva de atenuación de un material dado refleja la contribución combinada de ambos procesos, y su forma cambia según la calidad espectral del haz.

Utilidad en la calibración de equipos y en tomografía computarizada

En los laboratorios de dosimetría, la curva de atenuación medida con aluminio de alta pureza constituye el método estándar para verificar la calidad del haz de un tubo de rayos X. A partir de ella se calcula la capa hemirreductora (HVL, del inglés half-value layer), que es el espesor de material necesario para reducir la intensidad del haz a la mitad. Ese dato resume en una sola cifra la penetrabilidad del haz y permite comparar equipos o comprobar que un tubo mantiene sus especificaciones a lo largo del tiempo.

Godfrey Hounsfield aprovechó en 1971 la relación entre atenuación y densidad tisular para construir las primeras imágenes de tomografía computarizada. Cada vóxel de la imagen recibe un valor numérico, la unidad Hounsfield, que expresa cuánto atenúa ese tejido en relación con el agua. Las curvas de energía-atenuación de distintos tejidos (grasa, hueso esponjoso, músculo) permiten identificarlos, y en los equipos de tomografía espectral sirven para diferenciar materiales con coeficientes de atenuación similares a una sola energía pero distintos a lo largo del espectro.

Preguntas frecuentes

¿Es lo mismo curva de atenuación y coeficiente de atenuación?

No. El coeficiente de atenuación (lineal o másico) es un valor numérico que cuantifica la probabilidad de interacción del haz con un material para una energía dada. La curva de atenuación, en cambio, es la representación gráfica completa de la intensidad del haz frente al espesor del absorbente, y a partir de ella puede derivarse el coeficiente.

¿Por qué se usa aluminio para medir la curva?

Porque su número atómico (Z = 13) se sitúa en un rango intermedio que reproduce de forma razonable la interacción de los rayos X con el tejido blando humano. Además, el aluminio de alta pureza es fácil de obtener en láminas de espesor calibrado, lo que facilita la reproducibilidad de las medidas.

¿Tiene aplicación fuera de la radiología?

Sí. El concepto de curva de atenuación se aplica también en radioterapia, para planificar la distribución de dosis, y en protección radiológica, para dimensionar los blindajes de las salas donde se utilizan fuentes de radiación ionizante. En física de partículas y en la industria nuclear, la misma lógica se extiende a radiaciones gamma y neutrones.

Referencias

1. Real Academia Nacional de Medicina de España. Diccionario de términos médicos: atenuación.
2. Anales de la Real Academia Nacional de Medicina. Tomografía computarizada espectral y unidades Hounsfield: bases para una correcta interpretación.
3. MedlinePlus en español. Rayos X.
4. MedlinePlus en español. Tomografía computarizada.