Diagnostica per Immagini

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II Corso di Laurea in Ingegneria Biomedica Anno accademico Diagnostica per Immagini Argomento 2 Tecnica radiografica Arturo Brunetti Tel Fax brunetti@unina.it Argomenti di questa lezione I raggi X Produzione dei raggi X - Tubo radiogeno Interazione dei Raggi X con la materia Formazione dell immagine radiografica Radiografia e Radioscopia Apparecchio radiografico Controllo della qualità e quantità dei raggi X Geometria dell immagine radiologica ingrandimento - deformazione - penombra Posizioni e proiezioni radiografiche 1

2 I raggi X Radiazioni elettromagnetiche ad alta energia Utilizzati in Diagnostica per Immagini per Radiografia Radioscopia TC (Tomografia Computerizzata) Per fare una radiografia Apparecchio radiografico Oggetto da studiare (paziente) Recettore dei raggi 2

3 La formazione dei raggi X elettrone RAGGI X DA FRENAMENTO (BREMSSTRAHLUNG) RAGGI X CARATTERISTICI I raggi X La scoperta dei Raggi X, nel 1895, fu merito dello scienziato tedesco Wilhelm C. Roentgen Avvenne nel corso di uno studio sui raggi catodici (cioè elettroni, in movimento in un tubo sotto vuoto) 3

4 Catodo TUBO DI CROOKES - elettroni + Anodo Catodo TUBO DI CROOKES - elettroni elettroni + Raggi X Anodo 4

5 Le tre proprietà fondamentali dei Raggi X scoperte da RÖntgen Sono in grado di oltrepassare corpi che non lasciano passare la luce Possono determinare la comparsa di una debole luce blu-verde ( fluorescenza ) in alcuni minerali contenenti sali di zinco, platino e altri metalli pesanti Possono impressionare le lastre fotografiche. I tubi di Crookes con cui Rontgen scoprì i raggi X ne producevano solo quantità modeste Il tubo radiogeno Capito il meccanismo con cui si producevano i Raggi X si cominciarono a costruire tubi radiogeni sempre più potenti, in grado di produrre quantità sempre maggiori di Raggi X Anodo Catodo + - 5

6 RADIOGRAFIA tubo radiogeno Immagine diagnostica ottenuta interponendo la struttura da esaminare tra un tubo radiogeno e un materiale sensibile alle radiazioni Materiale sensibile ai raggi X Il cuore dell apparecchio RX è il tubo radiogeno E un ampolla di vetro sotto vuoto spinto con due elettrodi uno positivo (anodo) ed uno negativo (catodo) Il catodo è costituito da un filamento di Tungsteno in forma di spirale Alcuni apparecchi hanno due spiraline di diverse dimensioni L anodo è costituito da una piastra di Tungsteno e Renio che può essere sia fissa, sia incorporata in un disco rotante (anodo fisso vs.anodo rotante) 6

7 TUBO RADIOGENO Utilizza una corrente unidirezionale La tensione di rete deve essere modificata in "discesa" per il circuito della spiralina (catodo) in "salita" per il circuito anodo-catodo Circuiti principali Nell apparecchio Rx ci sono due circuiti principali Un circuito ad alta tensione Un circuito a bassa tensione La corrente alternata di rete (230V 50Hz) non va bene Anodo Catodo 7

8 Tubo radiogeno - catodo + - Catodo sorgente di elettroni (effetto Joule) parte dei circuiti a bassa tensione e ad alta tensione indirizzamento degli elettroni verso l'anodo (focussing cap) Catodo - Spiraline vista frontale sez. laterale il filamento a spirale del catodo è attraversato da una corrente a bassa differenza di potenziale (8-12 Volt) e alta intensità (3-5 Ampere) 8

9 Tubo radiogeno - circuito catodo-anodo Anodo + - Catodo si attiva per la produzione dei raggi X ed è caratterizzato da una corrente ad alta differenza di potenziale ( KVp) e bassa intensità ( milliampere) Anodo e catodo raggiungono temperature altissime durante il funzionamento devono essere fatti di materiale ad elevata temperatura di fusione devono essere raffreddati 9

10 TUNGSTENO Elevato punto di fusione (3370 C) Ottimo conduttore Elevato potere di frenamento TUBO RADIOGENO CON ANODO ROTANTE + - Anodo Catodo 10

11 ANODO ROTANTE superficie esposta alle radiazioni Lasciando immodificata la posizione geometrica della macchia focale, permette di distribuire su una più ampia superficie "reale" l'impatto degli elettroni. Pertanto, consente tempi maggiori di esposizione rispetto all' anodo fisso. Schema di un tubo radiogeno moderno 11

12 IL TUBO RADIOGENO E PROTETTO DA UN INVOLUCRO CON PARETI IN PIOMBO Il Tubo Radiogeno Tubi specifici per applicazioni particolari Micro-angiografia Mammografia Apparecchi portatili Tubi radiogeni ad alta capacità termica per TC 12

13 RADIOGRAFIA tubo radiogeno Immagine diagnostica ottenuta interponendo la struttura da esaminare tra un tubo radiogeno e un materiale sensibile alle radiazioni Materiale sensibile ai raggi X interazioni dei raggi X con i tessuti Deviazione - scatter semplice Effetto fotoelettrico Deviazione - scatter Compton Formazione di coppie Fotodisintegrazione 13

14 RADIAZIONI E.M. IONIZZANTI (raggi X e gamma) EFFETTO FOTOELETTRICO ionizzazione RADIAZIONI E.M. IONIZZANTI (raggi X e gamma) EFFETTO COMPTON ionizzazione + raggio deviato 14

15 Effetto Compton: deviazione (scatter) dei raggi rispetto alla direzione di origine La croce della radiodiagnostica COME SI FORMA QUESTA IMMAGINE? Le varie strutture del corpo attenuano il fascio di raggi X (prevalentemente per effetto Compton) per cui sul materiale sensibile ai raggi (pellicola radiografica o altri) arrivano in ogni punto quantità diverse di raggi X. Radiografia del torace Più raggi arrivano, più nera diventa la pellicola radiografica 15

16 ATTENUAZIONE DEL FASCIO DI RAGGI X DIPENDE DA DENSITA' SPESSORE muscolo osso muscolo muscolo COME SI FORMA L IMMAGINE RADIOGRAFICA? Maggiore attenuazione del fascio di raggi X = aree chiare (radioopacità) Minore attenuazione del fascio di raggi X = aree scure (radiotrasparenza) 16

17 IMMAGINE RADIOGRAFICA Si forma sulla base della presenza di strutture di diversa densità e spessore nei corpi attraversati dai raggi X. I corpi radioopachi hanno un maggiore potere di attenuazione dei raggi X I corpi radiotrasparenti hanno un minore potere di attenuazione dei raggi X. ATTENZIONE!: RADIOOPACITA' E RADIOTRASPARENZA SONO COMUNQUE CONCETTI RELATIVI, NON ASSOLUTI, L immagine radiografica Tradizionalmente si otteneva su una pellicola (sensibile ai Raggi X e alla luce) che dopo essere stata esposta ai Raggi X, è sottoposta a un trattamento chimico (sviluppo e fissaggio) Più recentemente sono stati sviluppati sistemi digitali in cui la pellicola è sostituita da materiali rivelatori sensibili ai Raggi X, che possono essere riutilizzati dopo essere stati letti da un apposito apparecchio 17

18 RADIOSCOPIA tubo radiogeno Immagine diagnostica ottenuta in tempo reale, su un monitor interponendo la struttura da esaminare tra un tubo radiogeno e uno schermo fluorescente Schermo fluorescente RADIOSCOPIA Fluorescenza Fenomeno per cui sostanze come il solfuro di cadmio, il platinocianuro di bario, il fosfotungstato di calcio etc. emettono radiazioni luminose ( in genere nelle frequenze del verde-blu) quando vengono colpiti dai raggi X 18

19 RADIOSCOPIA Il corpo attenuando il fascio di raggi X limita la luminosità dello schermo fluorescente nella sua area di proiezione. RADIOSCOPIA Il corpo attenuando il fascio di raggi X limita la luminosità dello schermo fluorescente nella sua area di proiezione. 19

20 RADIOSCOPIA Nella radioscopia le aree dello schermo fluorescente corrispondenti alle parti del corpo che frenano maggiormente i raggi X appaiono scure Mentre le aree corrispondenti alle parti del corpo che frenano di meno i raggi X appaiono chiare RADIOSCOPIA si utilizzano sistemi di amplificazione dell' intensità luminosa dello schermo fluorescente collegati ad un monitor in bianco/nero (amplificatore/intensificatore di brillanza ) 20

21 RADIOSCOPIA - applicazioni ottimizzazione della posizione del paziente per l'esame radiografico guida/monitoraggio di interventi chirurgici (ortopedia!) guida per procedure di radiologia interventistica (biopsie, cateterismi...) valutazione di fenomeni dinamici (deglutizione, peristalsi, respirazione, movimenti articolari...) RADIOGRAFIA immagine statica RADIOSCOPIA immagine dinamica "real time" 21

22 APPARECCHI RADIOGRAFICI FISSI MOBILI PORTATILI Apparecchio radiografico fisso Tubo radiogeno con stativo Tavolo di comando (non nella foto) Tavolo portapaziente 22

23 Foto apparecchio RX Tubo radiogeno Cassetta con pellicola Tavolo portapaziente Amplificatore di brillanza Foto apparecchio RX Tubo radiogeno Tavolo portapaziente Portacassetta 23

24 Tubo radiogeno Tavolo di comando Sistemi pensili 24

25 apparecchio mobile 25

26 Per fare una buona radiografia Bisogna scegliere con cura i parametri di esposizione Quantità dei raggi X Energia dei raggi X Tavolo di comando Scelta di KV Tempo ma PARAMETRI RX 26

27 PARAMETRI DA REGOLARE NELL' ESAME RADIOGRAFICO Intensità di corrente del catodo (ma) Differenza di potenziale anodo-catodo (KV) Tempo di esposizione (sec) PARAMETRI PER ESECUZIONE DI RADIOGRAFIE Per incrementare l'energia del fascio di raggi X, si deve aumentare l'energia cinetica degli elettroni che colpiscono l'anodo. Pertanto, si deve aumentare la differenza di potenziale (KV) tra anodo e catodo 27

28 PARAMETRI PER ESECUZIONE DI RADIOGRAFIE Per incrementare il numero di raggi X, si deve aumentare il numero degli elettroni che colpiscono l'anodo. Pertanto, si deve aumentare l' intensità della corrente (ma) che attraversa il catodo e/o la durata dell' emissione dei raggi (s). CONDIZIONI GENERALI DI LAVORO SCOPIA KV 3-4 ma GRAFIA KV ma 28

29 Effetto di Effetto KV di e KV ma e ma qualità e l'intensità del fascio sulla di raggi qualità X e l'intensità del fascio di raggi X Intensità variazione ma con KV costante ma alti variazione KV con ma costante KV alti ma bassi KV bassi Lunghezza d' onda Esempio di sovra e sottoesposizione Sovraesposta Sottoesposta Buona 29

30 ACCESSORI PER APPARECCHI RADIOGRAFICI CONI (DIAFRAMMI) per delimitare le dimensioni del fascio di raggi X FILTRI (di Al) per intercettare i raggi di minore energia, rendendo più omogeneo il fascio Filtrazione del fascio di raggi X I n t e n s i t à fascio non filtrato fascio filtrato KV 30

31 Limitatori del campo Effetto Compton: deviazione (scatter) dei raggi rispetto alla direzione di origine La croce della radiodiagnostica 31

32 Radiazione diffusa Griglia antidiffusione GRIGLIA ANTIDIFFUSIONE 32

33 rapporto di griglia h 8:1 10:1 12:1 16:1 b GEOMETRIA DELL IMMAGINE RX DISTANZA FOCALE è la distanza che separa il fuoco del tubo radiogeno dalla pellicola radiografica 33

34 La formazione dell immagine radiologica Alterazioni dell immagine: Ingrandimento dell oggetto Deformazione dell oggetto Sfumatura Effetto anodico Geometria dell' immagine ingrandimento 34

35 EFFETTO DI INGRANDIMENTO è proporzionale alla distanza tra l'oggetto da radiografare e la pellicola radiografica per ridurlo è indispensabile avvicinare quanto più possibile la struttura da esaminare alla pellicola modificando opportunamente la posizione del soggetto Geometria dell' immagine deformazione quando il fascio di raggi X incide obliquamente sulla struttura in esame 35

36 Geometria dell' immagine penombra 36