CLASSE DELLE LAUREE TRIENNALI DELLE PROFESSIONI SANITARIE DELLA RIABILITAZIONE LE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE (in medicina) SPETTRO ELETTROMAGNETICO RADIAZIONI TERMICHE RADIAZIONI IONIZZANTI P.Montagna 11-14 A. A. 2014 -­‐ 2015 FLe abrizio Boffelli radiazioni in Medicina Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie pag.1 Spettro elettromagnetico (fermi) λ (m) 10–12 10–14 RAGGI GAMMA GeV 109 10–10 RAGGI X ν (Hz) (Å) (nm) 1022 1020 MeV 106 λν = c P.Montagna 11-14 10–8 10–6 ULTRA-VIOLETTO 1018 1016 keV 103 (µm) E (mm) (cm) 10–4 10–2 INFRA-ROSSO 102 1 MICRO ONDE 1010 1014 1012 VISIBILE colori λ (m) ONDE RADIO 108 106 ν (Hz) 3 108 Hz (eV) E = hν 400 500 600 λ 700(nm) Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.2 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie Radiazioni termiche – intensità Irraggiamento termico intensità I = Q Δt ΔS I(λ) visibile cal/(s•m2) oppure 4000 K W/m2 3000 K LEGGI DELL'EMISSIONE TERMICA legge di Stefan legge di Wien I ∝ T4 (W/m2) λmax ∝ 1/T (cm) 2000 K 0 1 2 Sono radiazioni termiche: microonde, infrarossi P.Montagna 11-14 3 µm λ Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.3 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie Microonde Frequenza: 300 MHz < ν < 300 GHz Energia: 10–6eV < E=hν < 10–3eV non ionizzanti effetti: calore Riscaldamento di regioni limitate e profonde in corpi ricchi di acqua. Uso in terapia: artriti, borsiti, strappi muscolari.. (Esposizione limite per l’uomo: I = 10 mW/cm2, cioè 1/10 della massima potenza radiante solare assorbita) P.Montagna 11-14 Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.4 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie Infrarossi intensità relativa 0.7 µm < λ < 20 µm MEDICINA vicino IR visibile vicino I.R. 10 3000 K 5 0 1200 K Sole λ (µm) 0.5 1.0 1.5 effetto termico fotografia I.R. P.Montagna 11-14 lontano IR emissione termica (Sole) 2.0 penetrazione λ ≈ 0.7 µm Δx ≈ 10 cm λ > 1.4 µm Δx < 1 mm immagine termica (termografia) Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.5 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie Radiazioni ionizzanti Ionizzare un atomo = Farlo diventare uno ione, liberando uno o più elettroni ->bisogna compiere lavoro, cioè fornire energia: Energia minima di ionizzazione: E = 13.6 eV (potenziale di ionizzazione dell’atomo di idrogeno) Di fatto si considerano ionizzanti le radiazioni con E>100 eV. Se gli elettroni liberati hanno ricevuto sufficiente energia cinetica, a loro volta possono ionizzare altri atomi. Sono radiazioni ionizzanti: raggi UV, raggi X, raggi gamma (solo UVC) P.Montagna 11-14 Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.6 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie Ultravioletti Produzione UV naturale: Sole artificiale: lampade UV Si distinguono in: UVA: λ = 400-315 nm UVB: λ = 315-280 nm UVC: λ = 280-100 nm (ionizzanti) Effetti chimico-biologici: eccitazione di atomi e molecole dissociazione legame C-C (4 eV) benefici... sintesi vitamina D azione battericida ... o malefici eritemi - lesioni oculari tumori della pelle (melanomi) P.Montagna 11-14 Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.7 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie Radiazioni ad alta energia raggi X produzione artificiale tubo a raggi X raggi γ produzione naturale emissione γ da decadimento di nuclei atomici instabili (“radionuclidi”) produzione artificiale acceleratori di particelle P.Montagna 11-14 Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.8 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie Assorbimento dei raggi X intensità trasmessa (%) I 100 Io e 75 ASSORBIMENTO ESPONENZIALE I = Io e 50 coefficiente di attenuazione 25 0 P.Montagna 11-14 –µ x x = 1/µ spessore x Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.9 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie impiego terapeutico delle radiazioni ionizzanti: radioterapia Raggi X di alta energia fasci di elettroni (←acceleratori di particelle) adroterapia (← acceleratori di particelle): protoni ioni pesanti (tipicamente Carbonio) neutroni (Boron Neutron Capture Therapy) P.Montagna 11-14 Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.10 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie SPETTRO ELETTROMAGNETICO : impiego λ (m)–14 10 RAGGI GAMMA ν (Hz) 1022 10–12 10–10 RAGGI X 1020 1018 10–8 10–6 ULTRA-VIOLETTO INFRA-ROSSO 1016 1014 VISIBILE diagnostica (RX , CT) 10–4 1012 terapia 10–2 MICRO ONDE 1010 102 1 λ (m) ONDE RADIO 108 ν 106 (Hz) diagnostica (RM) diagnostica (PET, SPET) diagnostica (IR e visibile) terapia Lauree in Discipline Sanitarie Tecniche Corso di Fisica Medica P.Montagna dic.02 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni e.m. in medicina Le radiazioni elettromagnetiche in Medicina pag. 11 Backup slides P.Montagna 11-14 Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.12 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie Raggi X: produzione TUBO A RAGGI X generatore di corrente catodo K raggi X + F filamento vuoto anodo A trasformatore diodo generatore di alta tensione rete P.Montagna 11-14 Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.13 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie Immagine radiologica diversa opacità delle strutture biologiche (diverso coefficiente di assorbimento) µ radioscopia (cm–1) radiografia xeroradiografia radiografia digitale (con e senza mezzo di contrasto) 5 2 1 0.5 0.2 0.1 0.05 0.02 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 P.Montagna 11-14 100 E (keV) Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.14 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie Radiografia tubo a raggi X struttura biologica fascio X incidente muscolo aria osso fascio X trasmesso diaframmi schermo fluorescente pellicola radiografica immagine negativa sviluppo della pellicola radiografia digitale P.Montagna 11-14 pellicola radiografica Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.15 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie Parametri per la radiografia contrasto radiologico parametri : ΔV i Δt P.Montagna 11-14 potenziale elettrico intensità di corrente tempo di esposizione 45 kV ÷ 130 kV 3 mA ÷ 50 mA 1/60" ÷ 1/120" Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.16 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie Raggi gamma: impiego diagnostico radiodiagnostica radioisotopi immagine P.Montagna 11-14 radiofarmaci diffusione nell'organismo decadimento radioattivo rivelazione radiazione conteggio dosimetrico Le radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.17 F. Ballarini – Fisica Applicata – Radiazioni Fisica Medica – Lauree triennali nelle Professioni Sanitarie