TECNICHE E TECNOLOGIE DI RIVELAZIONE DI RAGGI X PER APPLICAZIONI MEDICHE
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- Marcella Caputo
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1 FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI TESI DI LAUREA I LIVELLO TECNICHE E TECNOLOGIE DI RIVELAZIONE DI RAGGI X PER APPLICAZIONI MEDICHE Relatore: Dott. A. Di Bartolomeo Correlatore: Candidato: Meluccio Daniela Prof.ssa I. Rabuffo
2 Lo scopo di questo lavoro di tesi è di illustrare i principi fisici e le applicazioni dei rivelatori a RX Nella tesi mi sono occupata: 1. Caratteristiche dei RX 2. Metodi tradizionali di rivelazione (schermo-pellicola) 3. Metodi moderni di rivelazione: radiografia computerizzata (fosfori di storage, intensificatori di brillanza) 4. Radiologia digitale diretta: CCD e Flat Panel 5. Elaborazione immagini radiografiche con fosfori di storage
3 1. CARATTERISTICHE DEI RX I RX ( Röntgen 1896) sono radiazioni elettromagnetiche e vengono creati nei tubi radiogeni catodo anodo Parametri principali del tubo a RX Il kvp determina la qualità del fascio. La corrente nel tubo, ma, determina la quantità di RX per un fissato kvp.
4 1. CARATTERISTICHE DEI RX I RX sono costituiti da radiazione di frenamento (bremssttrahlung) e da radiazione caratteristica. Spettro dei RX creati dal tubo
5 1. CARATTERISTICHE DEI RX Interazione RX con la materia. Tre tipi di interazione: EFFETTO FOTOELETTRICO EFFETTO COMPTON PRODUZIONE DI COPPIE bersaglio rivelatore direzione Direzione del fascio del fascio
6 2. SCHERMO-PELLICOLA Emulsione: Spessore ~ 10 m Gelatina con cristalli di bromuro d argento (0.1-1 m ) Supporto: ~ 0.2 mm Ha bassa sensibilità per la rivelazione diretta dei raggi X. Strati di adesivo Emulsione Supporto di poliestere Emulsione Strati esterni di protezione Uno schermo fluorescente con alta efficienza di rivelazione (25%), è usato per convertire i raggi X in luce. Dall immagine latente all immagine radiografica. Processamento: sviluppo fissaggio lavaggio Essiccamento Queste operazioni vengono fatte in una macchina sviluppatrice.
7 2. SCHERMO-PELLICOLA La curva sensitometrica si ottiene esponendo la pellicola a quantità note di radiazione. nera DO= log (I inc /I trasm ) I= intensità di luce bianca Sensibilità: rappresenta la velocità con cui la pellicola risponde all esposizione Schermopellicola Solo pellicola
8 3. RADIOGRAFIA COMPUTERIZZATA Immagine digitale: Matrice di elementi (pixel) a cui corrisponde un certo livello di grigio (o RGB) Numeri livelli di grigio: 2 N N= Numero di bit ES: N=8 livelli di grigio = 256 Sistema di acquisizione di immagini digitali: Rivelatore Convertitore A/D PC di elaborazione e visualizzazione
9 3. RADIOGRAFIA COMPUTERIZZATA Vantaggi sistemi digitali: Immagine in forma numerica: conservazione, trasferimento Elaborazione: aumento contrasto, luminosità etc.. Rivelatori con risposte lineare DO ridotti problemi di esposizione minore dose ESPOSIZIONE
10 3. RADIOGRAFIA COMPUTERIZZATA FOSFORI DI STORAGE cristalli che quando investiti da RX Risoluzione ~2.5 lp/mm assorbono energia e se stimolati emettono spessore ~ 0.5 mm Costituite da uno strato di 150 m di fluoro-alogenuro di bario attivato all Europio. Formazione dell immagine radiologica: Lettori laser di piastre a fosfori luce F+ -> F F -> F+ stimolazione Eu2+ -> Eu3+ emissione Eu3+ -> Eu2+
11 3. RADIOGRAFIA COMPUTERIZZATA Intensificatori di brillanza Immagine a RX Immagine a e - Usa l accelerazione di e - per intensificare l immagine 1 Guaina di vetro. 2 Schermo fluorescente grande 3 Catodo 4 Collimatori 5 Anodo 6 Schermo fluorescente piccolo
12 4. RADIOLOGIA DIGITALE CCD È un circuito integrato costruito con gate (elettrodi) su un substrato semiconduttore. Condensatori MOS posti l uno vicino all altro (Metallo-Ossido-Semiconduttore). La carica può essere spostata da un MOS (pixel) all altro. Dimensione del pixel:~ 40 µm, Risoluzione 10 lp/mm
13 4. RADIOLOGIA DIGITALE FLAT PANEL Schermi piatti a matrice attiva (40cmx40cm) Rivelatori a grande area Permettono di ridurre la dose al paziente Due tipi: conversione diretta conversione indiretta Dimensione pannello: 14 inc x 17 inc Dimensione pixel 139 m x 139 m Numero pixel: 2480 x 3072=7.9 milioni
14 4. RADIOLOGIA DIGITALE FLAT PANEL DETECTOR (FPD) A CONVERSIONE INDIRETTA Scintillatore: CsI:Tl AMA: a-si Struttura fisica del materiale scintillatore
15 4. RADIOLOGIA DIGITALE FPD A CONVERSIONE DIRETTA Fotoconduttore (a-se) Le coppie e-h vengono separate dal potenziale di bias. Il trasferimento è realizzato da uno swich (TFT).
16 4. RADIOLOGIA DIGITALE
17 4. RADIOLOGIA DIGITALE
18 4. RADIOLOGIA DIGITALE
19 4. RADIOLOGIA DIGITALE
20 4. RADIOLOGIA DIGITALE
21 5. ELABORAZIONE IMMAGINI Utilizzo piastra a fosfori Dati Lettura e riutilizzo Visualizzazione(MUSICA)
22 5. ELABORAZIONE IMMAGINI PRIMA DOPO
23 5. ELABORAZIONE IMMAGINI PRIMA DOPO DX SX
24
25 3. RADIOGRAFIA COMPUTERIZZATA MTF(f) modulation transfer function descrive quanto bene un sistema processa il segnale, e una funzione decrescente della frequenza. Segnale di uscita dal rivelatore decresce all aumentare della frequenza. >lp/mm < lp/mm
26 RADIOLOGIA DIGITALE RICERCA SUI RIVELATORI A RX Compromesso tra efficienza e costo: - Migliorare la risoluzione spaziale - Migliorare efficienza di rivelazione - Diminuire costo Le dimensioni dei fori: - Trasversali ~ 10 m - Profondità ~ 100 m Prototipo di rivelatore riempito con lo scintillatore.
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