ELEMENTI DI FISICAELEMENTI DI FISICA IN RADIODIAGNOSTICAIN RADIODIAGNOSTICA
•RADIOGRAFIACONVENZIONALE
•RADIOSCOPIA
•TOMOGRAFIACOMPUTERIZZATA
Tecniche diagnostiche
che utilizzano
sorgenti esterne
di RAGGI X
In che modo si creano le immagini ?
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 1 2 3 4 5 6SPESSORE CORPO ATTRAVERSATO X
N.FOTONI
N= N0 e-x
:
coefficient
edi attenuazione lineare
N= N0 e-x
: coefficiente di attenuazione lineare
ASSORBIMENTO DIFFERENZIATOASSORBIMENTO DIFFERENZIATO
del fascio di fotoni Xdel fascio di fotoni X
allorchè esso attraversa strati di materiale disomogeneo
Tessuti e organi di Tessuti e organi di differente densitàdifferente densità hanno hanno diversi diversi
INTERAZIONE CON IL PAZIENTE
Elementi chimici presenti nell’organismo
idrogeno
carbonio
azoto
ossigeno
componenti organiche
basso numero atomico
basso potere di assorbimento dei raggi X
fosforo
calcio
cloro
componenti inorganiche
elevato numero atomico
alto potere di assorbimento dei raggi X
aria osso
ossotessuto molle
RAGGI X
N. FOTONI TRASMESSI
FORMAZIONEdell’ IMMAGINERADIOLOGICA PRIMARIA
PAZIENTE
FORMAZIONEdell’ IMMAGINERADIOLOGICA PRIMARIA
IMMAGINE VISIBILE
INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
PELLICOLARADIOGRAFICA
Sistemacomputerizzatoche crea IMMAGINI CT
TUBO A RAGGI XTUBO A RAGGI X
CATODO (-)
COLLIMATOREO DIAFRAMMA
FASCIO DI RAGGI X
elettroni
ANODO (+)
Effetto termoionico
2000 °C
corrente
riscaldamento
emissionedi elettroni
TUBO A RAGGI XTUBO A RAGGI X
Intensità corrente di riscaldamento,
numero e- emessi dal filamento
intensità raggi X (quantità fotoni)
TUBO A RAGGI XTUBO A RAGGI XPENSILEPENSILE
LETTINOLETTINO
TUBO A RAGGI XTUBO A RAGGI X
PENSILEPENSILE
PORTA PELLICOLEPORTA PELLICOLEper RADIOGRAFIEper RADIOGRAFIEfatte in piedifatte in piedi
MAMMOGRAFOTUBO A RAGGI XTUBO A RAGGI X
SCHERMATURASCHERMATURAIN VETRO PIOMBATOIN VETRO PIOMBATO
LE CARATTERISTICHE DEL FASCIO DI RAGGI X
sono determinate da
TENSIONE tra gli elettrodiqualità radiazione
CORRENTE degli elettroni nel tuboquantità della radiazione
TEMPO DI ESPOSIZIONE
selezionabili dall’operatore
ENERGIA (keV) ELETTRONI ACCELERATI
L’ energia MEDIA DEI FOTONI è 1/3 DELL’ ENERGIA MAX
TENSIONE (kV) APPLICATA AL TUBO
ENERGIA MASSIMA FOTONI PRODOTTI
ENERGIA ELETTRONI ACCELERATI
1 % SI TRASFORMA IN RADIAZIONE X
99 % SI TRASFORMA INCALORE
NECESSITA’ DI ANODI INCLINATIoANODI ROTANTI (9000 GIRI /minuto)
SCELTA DELL’ENERGIA (TENSIONE)
coefficientedi assorbimento lineare
energia
osso
tessuto molle
EFFETTO FOTOELETTRICO: assorbimentoassorbimento
EFFETTO COMPTON: attenuazioneattenuazione
Regione di energiain cui si ha un contrasto maggiore
TENSIONI UTILIZZATETENSIONI 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)
CORRENTI UTILIZZATE: CORRENTI UTILIZZATE: 0.5 -500 mA
CORRENTE degli elettroni: I= Q/ t
NUMERO di FOTONI
SPETTRO DI RAGGI XSpettro continuo difotoni 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
•PELLICOLA RADIOGRAFICA
RAGGI X
elettrone
+
IONE ARGENTO
ATOMO D’ARGENTO
•RADIODIAGNOSTICA CONVENZIONALE
PELLICOLA RADIOGRAFICA
GRADI DI ANNERIMENTO
DELLA PELLICOLA DIFFERENTI
per N. FOTONI TRASMESSI DIVERSI
PROCESSO CHIMICO(SVILUPPO)
ANNERIMENTO PELLICOLA
ATOMO D’ARGENTO
per TESSUTI/ ORGANI DIFFERENTI
Relazione dose-annerimento: curva sensitometrica
annerimento
DOSE
REGIONE di linearità
““Sigmoide”Sigmoide”
PELLICOLA RADIOGRAFICA
sottoesposizionesovraesposizioneo 1
Relazione dose-densità ottica
annerimento
DOSERegione di linearità
o 1
bisogna scegliere i parametriin modo da impressionare la pellicolain questa zona
RADIAZIONEPRIMARIA E DIFFUSA
Utilizzo di una GRIGLIA ANTIDIFFUSIONE
La radiazione diffusa è arrestata dalle lamelle della griglia
PELLICOLA
RAGGI XRADIAZIONE DIFFUSAdal PAZIENTE
PELLICOLA RADIOGRAFICA
RADIOSCOPIA
FOSFOROFOTOCATODO
1-raggi X
2-luce 3-elettroni
ANODO FOSFORO
4-luce
telecamera
5-segnaleelettrico
monitor
6-immagine
Utilizzata: in camera operatoria, per angiografie
INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
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”
a b
Sorgentedi raggi X
Io
rivelatore
I
(x,y)
I=Io*e- (x,y) l Strato sottile (“tomos”) del paziente
TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA (CT)
TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA
Sorgentedi raggi X rivelatore
IoI
Io
Sorgente
di raggi X
rivelatore
I
Sorg
ente
di ra
ggi X
rivelatore
Io
I
TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA
N. FOTONI TRASMESSI o INTENSITA’TRASMESSA I
Cavità a basso numero atomico
TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA
a b
I
(x,y)
I=Io*e- (x,y) l
Il rivelatore misura IIo è nota per ogni punto dello strato
numeri CT
Io
TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA
numeri CT
osso
livelli di grigio
muscolo
polmone
Ogni tessuto ha un suo n. CT CT diverso: anomalia
TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA
Ricostruzione 3 DImmagini 2 D
Rotazione sistema sorgente-rivelatore e …...
CT dell’ ultima generazione: ELICOIDALECT dell’ ultima generazione: ELICOIDALE
….e spostamento del lettino
SISTEMA DI RIVELAZIONE
IODURO DI SODIO: RIVELATORE A SCINTILLAZIONE NaI(Tl)
1-Radiazione incidente
2-Emissione di luce
fotocatodo
3-Impulso luminosoconvertito in elettroni
FOTOMOLTIPLICATORE
4-moltiplicazionedegli elettroni
5-segnaleelettrico
AMPIEZZA SEGNALE INTENSITA’ DEI RAGGI X
anodo
IMMAGINI CT osso tessuto molle
CARATTERISTICHEdell’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:
•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
Oggetti reali
Immagini degli oggetti
CONTRASTO
Si riferisce a quanto più è annerito o chiaro
l’oggetto da indagare
rispetto alla zona circostante
alto contrastobasso contrasto
RUMORE
Incertezza con cui viene registrato un segnale
(Dipende da:
•n fotoni che colpiscono il rivelatore
•n grani d’argento presenti nella pellicola
•rumore dell’elettronica di misura)
gatto reale gatto “rumoroso”