Laboratorio di Fisica Biomedica

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Cecilia Rossi
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1 Laboratorio di Fisica Biomedica

2 Fasci di raggi X Argomenti trattati Tecniche di rivelazione dei raggi X Qualita dell immagine radiografica Radiografia con fasci quasi monocromatici Radiografia con mezzi di contrasto Strumentazione in Alessandria Proposta di misure in laboratorio / analisi immagini

3 Impieghi dei raggi X in medicina Morfologia: Raggi X convenzionali Angiografia a raggi X Angiografia a sottrazione digitale Tomografia computerizzata (TAC) Radiologia interventistica: strumenti chirurgici guidati mediante fluoroscopia Altre tecniche (PET, SPECT, Risonanza Magnetica) forniscono informazioni sulla funzionalita dell organismo

4 La prima rivoluzione raggi X convenzionali radiografia del torace: ottimo contrasto tra aria e tessuto molle Radiografia delle ossa: ottimo contrasto tra osso e tessuto molle

5 Un problema: poco contrasto tra tessuti molli Radiografia dell addome: Ottimo contrasto aria-tessuto molle, Radiografia del cranio: ottimo contrasto osso-tessuto molle, ma nessun contrasto tra tessuti molli

6 Seconda rivoluzione mezzi di contrasto Ventricolografia cardiaca, angiografia coronarica e pelvica: ottimo contrasto vasi-tessuto molle

7 Terza rivoluzione: immagini a sezioni & calcolatore Principio della TAC: ricostruzione di una sezione dalle immagini proiettate sezione TAC dell addome

8 Fasci di raggi X (1) I raggi X vengono generati per radiazione di frenamento (bremsstrahlung) di elettroni emessi dal catodo, accelerati da una ddp e frenati dall anodo La distribuzione energetica dei fotoni X e determinata da: Differenza di potenziale di picco applicata (kvp) Materiale dell anodo (per la radiazione caratteristica) Filtrazione intrinseca e aggiunta Effetto su un fascio da 80 kvp della filtrazione con un materiale leggero (Al) e con una terra rara (La, K-edge a 39 kev)

9 Fasci di raggi X (2) I materiali piu comuni usati come anodo sono: W (Z=74) per radiografia generale Mo (Z=42) e Rh (Z=45) per mammografia Cu (Z=29) per diffrattometria L energia emessa sotto forma di raggi X e solo 0.5-1% dell energia immessa, il resto viene dissipato sotto forma di calore I tubi a raggi X con potenza moderata sono ad anodo fisso, quelli ad alta potenza sono ad anodo rotante Le correnti tipiche sono di 1-5 ma per tempi prolungati (fluoroscopia) e ma per tempi di esposizione brevi (grafia)

10 Fasci di raggi X (3) L esposizione e proporzionale al prodotto corrente x tempo e si misura in mas La macchia focale determina la risoluzione spaziale delle immagini radiografiche, dipende da: Dimensione dell area colpita da elettroni sull anodo: l w Angolo dell anodo θ per cui la dimensione della macchia focale efficace risulta pari a: l sinθ w θ anodo l catodo piano dell immagine

11 Tecniche di rivelazione Film fotografico: la sensibilita e molto bassa e richiederebbe una dose proibitiva al paziente Film + schermo: radiografie convenzionali Intensificatore di immagine (I.I.): fluoroscopia Fosforo fotostimolabile (computed radiography) Radiografia digitale indiretta (I.I. o fotoconduttore accoppiato a semiconduttore) Radiografia digitale diretta (semiconduttore)

12 Film + schermo (1) raggi X trasmessi dal paziente schermo anteriore doppio strato di emulsione / AgBr schermo posteriore Circa il 50% dei fotoni X sono assorbiti nel sistema film-schermo, prevalentemente (95%) dai due schermi L esposizione del film e dovuta prevalentemente alla luce blu-verde emessa dagli schermi fosforescenti (CaWO 4, Gd 2 O 2 S:Tb, etc.) I sistemi film-schermo vengono classificati in base alla c.d. velocita, quelli piu veloci richiedono meno radiazione incidente per ottenere la stessa densita ottica Velocita standard = 100, si trovano comunemente film piu lenti (50) e piu veloci (200, 400, 600) oltre a quelli standard

13 Assorbimento di raggi X in funzione dell energia per diversi tipi di schermi Film + schermo (2) Spettro di raggi X primari e diffusi con un tubo operante a 80 kvp con un fantoccio di Perspex (resina acrilica trasparente) utilita schermo al Gd per sopprimere RX diffusi

14 Esposizione e densita ottica (1) L annerimento del film radiografico (provocato principalmente dalla luce visibile emessa dai due schermi) viene quantificato mediante la densita ottica (D): D = -log(t) dove T e la trasmissione: T = I 1 /I 0 La densita ottica utile va da 0.2 a circa L esposizione X misura la quantita di raggi X incidenti sul sistema film+schermo

15 Esposizione e densita ottica (2) Relazione tra densita ottica D ed esposizione X: Trasm. T D = -log(t) 0.0 trasm. 100% 1) Film-schermo: D = cx γ altamente non lineare, dipende dalla velocita del film base buona esp. polmone molto scuro massima oscurita 2) Rivelatore elettronico (es. fosforo + fotodiodo): D =kx lineare (l immagine puo essere elaborata in seguito per emulare film con diverse velocita )

16 Confronto del range dinamico tra film-schermo e rivelatore digitale Log (esposizione relativa) 0 densita ottica (O.D). 1

17 Film a raggi X: range dinamico 0.5 mas 2 mas 4 mas 8 mas 16 mas 32 mas 63 mas sottoesposto sovraesposto M. Overdick (PHILIPS), 11/09/2002, IWORID 2002, Amsterdam

18 Flat panel: range dinamico uso tipico Digital Diagnost (PHILIPS) 43 cm x 43 cm, 143 m x 143 m M. Overdick (PHILIPS), 11/09/2002, IWORID 2002, Amsterdam

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