ELEMENTI DI FISICA
IN RADIODIAGNOSTICA
•RADIOGRAFIA
CONVENZIONALE
Tecniche diagnostiche
•RADIOSCOPIA
che utilizzano
•TOMOGRAFIA
COMPUTERIZZATA
di RAGGI X
sorgenti esterne
In che modo
si creano le immagini ?
N= N0 e-x
:
1
N.FOTONI
0.9
coefficiente
di
attenuazione
lineare
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
1
2
3
4
5
6
SPESSORE CORPO ATTRAVERSATO X
N= N0 e-x
: coefficiente di attenuazione lineare
Tessuti e organi di differente densità hanno diversi
ASSORBIMENTO DIFFERENZIATO
del fascio di fotoni X
allorchè esso attraversa strati di materiale disomogeneo
INTERAZIONE CON IL PAZIENTE
Elementi chimici presenti nell’organismo
idrogeno
carbonio
azoto
ossigeno
fosforo
calcio
cloro
componenti organiche
basso numero atomico
basso potere di assorbimento
dei raggi X
componenti inorganiche
elevato numero atomico
alto potere di assorbimento
dei raggi X
FORMAZIONE
dell’ IMMAGINE
RADIOLOGICA
PRIMARIA
RAGGI X
aria
tessuto molle
osso
osso
PAZIENTE
N. FOTONI
TRASMESSI
FORMAZIONE
dell’ IMMAGINE
RADIOLOGICA
PRIMARIA
IMMAGINE
VISIBILE
PELLICOLA
RADIOGRAFICA
INTENSIFICATORE
DI BRILLANZA
Sistema
computerizzato
che crea
IMMAGINI CT
TUBO A RAGGI X
elettroni
CATODO (-)
ANODO (+)
COLLIMATORE
O DIAFRAMMA
FASCIO DI RAGGI X
TUBO A RAGGI X
corrente
Effetto termoionico
2000 °C
emissione
di elettroni
riscaldamento
Intensità corrente di riscaldamento,
numero e- emessi dal filamento
intensità raggi X (quantità fotoni)
PENSILE
TUBO A RAGGI X
LETTINO
PORTA PELLICOLE
per RADIOGRAFIE
fatte in piedi
TUBO A RAGGI X
PENSILE
MAMMOGRAFO
SCHERMATURA
IN VETRO PIOMBATO
TUBO A RAGGI X
LE CARATTERISTICHE DEL FASCIO DI RAGGI X
sono determinate da
TENSIONE tra gli elettrodi
qualità radiazione
CORRENTE degli elettroni nel tubo
quantità della radiazione
TEMPO DI ESPOSIZIONE
selezionabili
dall’operatore
TENSIONE (kV) APPLICATA AL TUBO
ENERGIA (keV) ELETTRONI ACCELERATI
ENERGIA MASSIMA FOTONI PRODOTTI
L’ energia MEDIA DEI FOTONI è
1/3 DELL’ ENERGIA MAX
ENERGIA ELETTRONI ACCELERATI
1 %
SI TRASFORMA IN
RADIAZIONE X
99 %
SI TRASFORMA IN
CALORE
NECESSITA’ DI
ANODI INCLINATI
o
ANODI ROTANTI
(9000 GIRI /minuto)
SCELTA DELL’ENERGIA (TENSIONE)
coefficiente
di
assorbimento
lineare
osso
Regione di energia
in cui si ha
un contrasto
maggiore
tessuto molle
energia
EFFETTO FOTOELETTRICO: assorbimento
EFFETTO COMPTON: attenuazione
TENSIONI UTILIZZATE : 20-150 kV
mammografia <20 kV
dentali
70 kV
torace
90 kV
CT
120 kV
•la scelta della tensione dipende dal segmento corporeo:
40 kV dita
95 kV colonna vertebrale
La scelta dei parametri è effettuata in base a ciò che
si vuole vedere
Osso su tessuto
Effetto fotoelettrico
Basse energie (tensioni)
CORRENTE degli elettroni: I= Q/ t
NUMERO di FOTONI
CORRENTI UTILIZZATE:
0.5 -500 mA
SPETTRO DI RAGGI X
Spettro continuo di
fotoni di frenamento
Fotoni di
bassa energia
eliminati
Raggi X caratteristici
SPETTRO DI RAGGI X
RAGGI X DI BASSA ENERGIA
ASSORBITI NEL PAZIENTE: DOSE AL PAZIENTE
NESSUNA INFORMAZIONE DIAGNOSTICA
devono essere eliminati, aggiungendo nel tubo
FILTRI DI RAME e ALLUMINIO
SPETTRO DI RAGGI X
RAGGI X CARATTERISTICI
del materiale di cui è costituito l’anodo
(tungsteno/molibdeno)
con energie (picchi) caratteristiche degli orbitali atomici
dell’elemento di cui è costituito l’anodo
•RADIODIAGNOSTICA CONVENZIONALE
•PELLICOLA RADIOGRAFICA
ATOMO D’ARGENTO
RAGGI X
elettrone
+
IONE ARGENTO
PELLICOLA RADIOGRAFICA
ATOMO D’ARGENTO
PROCESSO
CHIMICO
(SVILUPPO)
ANNERIMENTO
PELLICOLA
GRADI DI ANNERIMENTO
DELLA PELLICOLA DIFFERENTI
per N. FOTONI TRASMESSI DIVERSI
per TESSUTI/ ORGANI DIFFERENTI
PELLICOLA RADIOGRAFICA
Relazione dose-annerimento: curva sensitometrica
DOSE
“Sigmoide”
o
sottoesposizione
1
REGIONE di linearità
annerimento
sovraesposizione
Relazione dose-densità ottica
DOSE
o
Regione di linearità
1
annerimento
bisogna scegliere i parametri
in modo da impressionare la pellicola
in questa zona
RADIAZIONE
PRIMARIA E DIFFUSA
PELLICOLA RADIOGRAFICA
Utilizzo di una
GRIGLIA ANTIDIFFUSIONE
RADIAZIONE
DIFFUSA
dal PAZIENTE
RAGGI X
PELLICOLA
La radiazione diffusa
è arrestata dalle lamelle della griglia
RADIOSCOPIA
2-luce
3-elettroni
1-raggi X
FOSFORO
5-segnale
6elettrico
4-luce
immagine
tele
camera
ANODO FOSFORO
monitor
FOTOCATODO
INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
Utilizzata: in camera operatoria, per angiografie
In radiografia convenzionale:
quello che otteniamo non fa conoscere la reciproca posizione
degli oggetti attraversati…...
..che si può conoscere
invece se si indagassero
i distretti corporei
“sezionandoli”
TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA (CT)
(x,y)
Sorgente
di raggi X
Io
I
rivelatore
a
I=Io*e- (x,y) l
b
Strato sottile (“tomos”)
del paziente
TOMOGRAFIA
Sorgente
di raggi X
COMPUTERIZZATA
Io
I
rivelatore
TOMOGRAFIA
COMPUTERIZZATA
Cavità a basso numero atomico
N. FOTONI
TRASMESSI o
INTENSITA’
TRASMESSA I
TOMOGRAFIA
COMPUTERIZZATA
(x,y)
Io
I
a
Il rivelatore misura I
Io è nota
b
I=Io*e- (x,y) l
per ogni punto dello strato
numeri CT
TOMOGRAFIA
COMPUTERIZZATA
numeri CT
livelli di grigio
osso
muscolo
polmone
Ogni tessuto ha un suo n. CT
CT diverso: anomalia
TOMOGRAFIA
Immagini 2 D
COMPUTERIZZATA
Ricostruzione 3 D
CT dell’ ultima generazione: ELICOIDALE
Rotazione sistema sorgente-rivelatore e …...
….e spostamento del lettino
SISTEMA DI RIVELAZIONE
IODURO DI SODIO: RIVELATORE A SCINTILLAZIONE
NaI(Tl)
2-Emissione 3-Impulso luminoso
5-segnale
convertito in elettroni elettrico
di luce
FOTOMOLTIPLICATORE
anodo
fotocatodo
4-moltiplicazione
1-Radiazione incidente
AMPIEZZA SEGNALE
degli elettroni
INTENSITA’ DEI RAGGI X
IMMAGINI CT
osso
tessuto molle
CARATTERISTICHE
dell’IMMAGINE RADIOLOGICA
RISOLUZIONE SPAZIALE
CONTRASTO
RUMORE
RISOLUZIONE SPAZIALE
E’ la minima distanza tra 2 oggetti che possono essere
visualizzati come separati
( 1/2 mm)
Perché:
Oggetti reali
•la sorgente (macchia focale) non è puntiforme,
ma ha una lunghezza e larghezza
(sfumatura geometrica)
•diffusione del fascio primario
(penombra)
•movimento di:
sorgente, rivelatore e paziente
Immagini degli
oggetti
CONTRASTO
alto contrasto
Si riferisce a quanto più è annerito o chiaro
l’oggetto da indagare
rispetto alla zona circostante
basso contrasto
RUMORE
Incertezza con cui viene registrato un segnale
gatto reale
gatto “rumoroso”
(Dipende da:
•n fotoni che colpiscono il rivelatore
•n grani d’argento presenti nella pellicola
•rumore dell’elettronica di misura)
