Laurea in LOGOPEDIA
corso integrato FISICA - disciplina FISICA MEDICA
RADIAZIONI
ELETTROMAGNETICHE
IN MEDICINA
- SPETTRO ELETTROMAGNETICO
- RADIAZIONI TERMICHE: MICROONDE E INFRAROSSI
- RADIAZIONI IONIZZANTI: ULTRAVIOLETTI, X E GAMMA
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
1
SPETTRO ELETTROMAGNETICO
(fermi)
l (m)
10–12
10–14
RAGGI
GAMMA
(Hz)
10–10
RAGGI
X
n
1022
1020
GeV
MeV
109
106
ln = c
(mm)
(Å) (nm)
10–8
10–6
1016
keV
103
10–4
10–2
102
1
INFRA-ROSSO
MICRO
ONDE
1014
1012
VISIBILE
1010
ULTRA-VIOLETTO
1018
l (m)
(mm) (cm)
ONDE
RADIO
108
106
3 108 Hz
E
n
(Hz)
(eV)
E = hn
400
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
2
500
600
700
l (nm)
RADIAZIONE TERMICA
IRRAGGIAMENTO
TERMICO
Q
intensità I =
Dt DS
I(l)
visibile
4000°K
cal s–1 m–2
oppure watt m–2
3000°K
LEGGI
DELL'EMISSIONE TERMICA
legge di Stefan
legge di Wien
I = s T4
(watt/m2)
lmax = 0.2897 / T (cm)
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
3
2000°K
0
1
2
3 mm
l
MICROONDE IN MEDICINA
radiazioni non ionizzanti
300 MHz < n < 300 GHz
10–6 eV < E = hn < 10–3 eV
effetti : calore (diatermia)
assorbimento :
x
–
I(x) = Io e D
D = D(n)
terapia
n 2450 MHz
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
4
MICROONDE IN MEDICINA
(cm) D (spessore caratteristico)
10.0
5.0
I(x) = Io
tessuto adiposo
2.0
1.0
0.5
tessuto con elevato
contenuto di acqua
0.2
0.1
e
–x
D
(GHz)
2 4 6 8 10
frequenza n
esposizione limite per l' uomo : I = 10 mW cm–2
massima potenza radiante solare assorbita dall'uomo :
I 100 mWcm–2
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
5
INFRAROSSI IN MEDICINA
0.7 mm < l < 20 mm
intensità
relativa
MEDICINA
emissione termica (Sole)
visibile vicino I.R.
10
3000°K
5
0
1200°K
Sole
0.5
1.0
1.5
effetto termico
fotografia I.R.
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
6
2.0
l (mm)
penetrazione
l 0.7 mm
Dx 10 cm
l > 1.4 mm
Dx < 1 mm
immagine termica (termografia)
ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA
intensità
relativa
origine solare
visibile
corpo nero (SOLE)
(5800°K)
radiazione solare
a livello del mare
U.V.
0.5
1
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
1.5
7
2
mm
l
ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA
intensità
(unità arbitrarie)
90 risposta
cutanea
70
50
30
10
0.28
0.32
90°
radiazione solare
rispetto al suolo
40°
emissione da lampada
a fluorescenza
10°
0.36
abbronzatura
eritema
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
8
mm
l
ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA
UVA : 400 315 nm
UVB : 315 280 nm
UVC : 280 100 nm
produzione emissione termica (Sole)
transizioni atomiche
(assorbimento)
I(500 nm)
I(600 nm)
suolo
Sole
300 200 nmassorbiti da O3
200 100 nmassorbiti in aria
(produzione ozono O3 e ossidi di azoto)
produzione naturale (Sole)
UV :
* spessore atmosfera
* nuvole
* fumi e smog
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
9
diffusione
ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA
UVA : 400 315 nm
UVB : 315 280 nm
UVC : 280 100 nm
produzione artificiale
lampade U.V.
l = 400 270 nm
H2O 400 300 nm (in 2÷5 cm)
vetro
opaco
quarzo trasparente
effetti biologici : eccitazione atomi e molecole
effetto termico
assorbimento :
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
10
ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA
uomo
sintesi vitamina D ( 280 nm)
abbronzatura
(formazione pigmento protezione da U.V.)
eritema (UVB, UVC)
(dilatazione vasi da sostanze prodotte)
risposta cutanea massima l 300 nm
( 4 eV dissociazione legame C— C )
lesioni oculari (cataratta)
azione battericida
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
11
RADIAZIONI IONIZZANTI
radiazioni ionizzanti : E > 100 eV
(ionizzazione nella materia attraversata)
radiazioni elettromagnetiche (m > 0)
fotoni X e fotoni g
radiazioni corpuscolari (m > 0)
alfa (nucleo 4He)
beta (elettroni e–, positroni e+)
protoni
neutroni
ioni (nuclei)
assorbimento
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 12
E=hn
2
1
m
v
E=
2
cessione di energia alla
struttura atomica e molecolare
del materiale attraversato
PRODUZIONE DI FOTONI DI ALTA ENERGIA
raggi X
produzione artificiale
tubo a raggi X
raggi g
produzione naturale
emissione g da decadimento nuclei instabili
(radionuclidi)
produzione artificiale
acceleratori di particelle
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
13
RAGGI X: PRODUZIONE
TUBO A RAGGI X
generatore di
corrente
catodo
K
raggi X
+
F
filamento
vuoto
anodo
A
trasformatore
generatore di
alta tensione
rete
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
14
diodo
RAGGI X E g: ASSORBIMENTO
intensità
trasmessa
(%) I
I(x) I(x+Dx)
X, g
100
Io
75
e
50
ASSORBIMENTO
ESPONENZIALE
I = Io e
x=m
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
15
–m x
coefficiente di
attenuazione o di
assorbimento
25
0
x
Dx
spessore
x
IMMAGINE RADIOLOGICA
diversa opacità delle strutture biologiche
(diverso coefficiente di assorbimento)
radioscopia
radiografia
xeroradiografia
radiografia digitale
m
(cm–1)
5
2
1
0.5
0.2
0.1
0.05
0.02
(con e senza mezzo di contrasto)
ossa (d = 1.8 g cm–3 )
muscoli (d = 1.0 g cm–3 )
grasso (d = 0.9 g cm–3 )
polmoni (d = 0.3 g cm–3 )
50
100
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
150
16
(keV)
E
RADIOGRAFIA
tubo a raggi X
fascio X incidente
muscolo
aria
osso
struttura
biologica
fascio X trasmesso
diaframmi
schermo
fluorescente
pellicola radiografica
immagine negativa
sviluppo della pellicola
radiografia digitale
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
17
pellicola radiografica
RADIOGRAFIA
contrasto radiologico
parametri :
DV
i
Dt
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
potenziale elettrico
intensità di corrente
tempo di esposizione
45 kV 130 kV
3 mA 50 mA
1/60" 1/120"
18
RAGGI g: IMPIEGO IN DIAGNOSTICA
radiodiagnostica
radioisotopi
radiofarmaci
diffusione nell'organismo
decadimento radioattivo
rivelazione radiazione
immagine
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
conteggio
dosimetrico
19
RAGGI g: IMPIEGO IN TERAPIA
cobaltoterapia
60Co
g (1.3 MeV)
fasci di elettroni (acceleratori di particelle)
fasci gamma (acceleratori di particelle)
adroterapia (acceleratori di particelle)
protoni
neutroni (BNCT)
ioni pesanti
Boron Neutron Capture Therapy
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
20
SPETTRO ELETTROMAGNETICO : produzione
l (m)–14
10
RAGGI
GAMMA
n
(Hz)
1022
10–12
10–10
RAGGI
X
1020
10–8
10–6
ULTRA-VIOLETTO
1018
10–4
INFRA-ROSSO
1016
1014
VISIBILE
tubo raggi X
1012
10–2
102
1
MICRO
ONDE
1010
l(m)
ONDE
RADIO
108
n
106
(Hz)
radiazione termica
transizioni nucleari
circuiti oscillanti
e acceleratori
transizioni atomiche
laser
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
21
SPETTRO ELETTROMAGNETICO : impiego
l (m)–14
10
RAGGI
GAMMA
n
(Hz)
1022
10–12
10–10
RAGGI
X
1020
10–8
10–6
ULTRA-VIOLETTO
1018
INFRA-ROSSO
1016
1014
VISIBILE
diagnostica (RX , CT)
10–4
1012
terapia
10–2
MICRO
ONDE
1010
102
1
ONDE
RADIO
108
22
n
106
(Hz)
diagnostica (RM)
diagnostica (PET, SPET)
diagnostica (IR e visibile)
terapia
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
l(m)
SPETTRO ELETTROMAGNETICO : rivelazione
l (m)–14
10
RAGGI
GAMMA
n
(Hz)
1022
10–12
10–10
RAGGI
X
1020
10–8
10–6
ULTRA-VIOLETTO
1018
10–4
INFRA-ROSSO
1016
1014
VISIBILE
1012
10–2
102
1
MICRO
ONDE
1010
l(m)
ONDE
RADIO
108
n
106
(Hz)
occhio umano
emulsione fotografica
(+ schermi)
rivelatori di ionizzazione
stato solido , NaI
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
sistemi CCD
23
induzione elm
antenna
