RADIOLOGIA TRADIZIONALE

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1 RADIOLOGIA TRADIZIONALE Radiologia Tradizionale La Radiologia è la branca della medicina che si occupa di fornire immagini (vere, ricostruite o virtuali) dell'interno del corpo umano, allo scopo di fornire informazioni utili alla diagnosi; per tale motivo si parla anche di radiodiagnostica. 1

2 Radiologia Tradizionale Storicamente nasce qualche anno dopo la scoperta dei raggi x da parte di Wilhelm Conrad Röntgen, avvenuta nel Fino alla seconda metà del XX secolo, la radiologia restava l'unico metodo di esplorazione indiretto dell'interno del paziente; sul finire del 1900 vennero inventate ed assorbite nella branca radiologica altre tecniche di esplorazione non basate sull'utilizzo di radiazioni ionizzanti. Radiologia Tradizionale Con la scoperta dei raggi x ha inizio la Radiologia ma anche la Diagnostica per immagini Scoperta dei raggi X Prime applicazioni mediche della luce a raggi X Tubo radiogeno ad anodo rotante 2

3 Radiologia Tradizionale Le immagini sono ottenute generando un potente fascio di raggi X e facendolo passare attraverso il corpo del paziente. Tali raggi possono essere assorbiti dai tessuti del paziente, deviati dagli urti con gli atomi del corpo, o passare indisturbati e le frazioni in gioco dipendono dall'energia dei raggi utilizzati e dal tipo di tessuto irradiato. Radiologia Tradizionale Il fascio uscente dal paziente deve essere reso visibile. Nella prima metà del 1900 venivano usati opportuni strati di fosfori su vetro (fluoroscopia); i raggi X colpivano lo strato, che emetteva luce ed il radiologo, di fronte al paziente (e al fascio di radiazione), osservava quanto visibile sul vetro. Questa geometria, date le quasi nulle protezioni dalle radiazioni, generò molti casi di morte tra i radiologi. 3

4 Radiologia Tradizionale Successivamente si passò all'uso di film fotografici messi a contatto con il paziente, all'interno di speciali contenitori che nascondevano il film alla luce. Impressionati dai raggi X, tali film (lastre) venivano poi sviluppati, tramite un procedimento fotografico; questo permetteva al radiologo di osservare con calma la radiografia, senza problemi di radiazione, su uno schermo illuminato in modo uniforme (negativoscopio o diafanoscopio). Radiologia Tradizionale Nella seconda metà del 1900 vennero introdotti schermi al Tungstato di Calcio in grado di convertire i raggi X in luce; se posti a contatto con il film, dopo lo sviluppo, si aveva una radiografia che da un lato era un po' meno definita nei dettagli, ma che in compenso permetteva di avere un'immagine con una dose di radiazioni ridotta almeno di un fattore 10, con riduzione del rischio per il paziente. 4

5 Radiologia Tradizionale Negli anni 60 si è passati all uso di schermi con Terre rare (Ossisolfuro di Gadolinio), con ulteriore possibilità di diminuzione della quantità di raggi x da somministrare al paziente. Successivamente ci sono stati ulteriori miglioramenti dovuti all utilizzo di tecnologie sempre più complesse e precise, ma soprattutto più sicure. Radiologia Tradizionale Lo scopritore dei raggi x fu il Dr. Conrad Röentgen ( ). 5

6 Radiologia Tradizionale Radiografia eseguita da Röentgen della mano di sua moglie; una delle prime radiografie in assoluto. I raggi X I raggi x sono quanti elettromagnetici (un quanto è la più piccola porzione di energia che può essere ottenuta dalla suddivisione della stessa), di lunghezza d onda compresa tra 0,1 e 0,3 Å. A causa della loro piccolissima lunghezza d'onda essi interagiscono debolmente con la materia e sono molto penetranti, e danno origine a ionizzazione ed eccitazione sia a carico della materia vivente che quella inerte. Essi sono utilizzati nella radiodiagnostica 6

7 I raggi X Sono prodotti dalla forte decelerazione degli elettroni nelle collisioni con i nuclei atomici e dalle transizioni degli elettroni nelle orbite più profonde all'interno degli atomi. Röentgen li scoprì nel 1895 bombardando un bersaglio metallico con un fascio di elettroni (raggi catodici) emessi dal catodo di un tubo di scarica contenente gas rarefatto. Caratteristiche dei raggi X Radiazioni magnetiche ionizzanti invisibili Si propagano in linea retta alla velocità della luce nel vuoto e non posseggono massa Impressionano emulsioni fotografiche Sono attenuati dai tessuti che attraversano Perdono d intensità in misura proporzionale al quadrato della distanza Provocano il fenomeno fisico della fluorescenza, cioè eccitano alcune sostanze che poi producono lampi di luce nello spettro visibile 7

8 L interazione tra i raggi x ed i tessuti biologici dà luogo ad un fenomeno di attenuazione dei raggi la cui causa è dovuta a vari fattori: Il numero atomico degli atomi che costituiscono il mezzo o il numero atomico medio se il mezzo è costituito da specie atomiche differenti La densità del mezzo Lo spessore del mezzo attraversato La caratterizzazione energetica dello spettro del fascio di raggi x utilizzato Nella Radiodiagnostica esistono due tipi di indagini visive La RADIOGRAFIA che consta di una immagine statica (visione su di una pellicola) La RADIOSCOPIA che consta di una immagine dinamica detta in "real time (visione su di un monitor) 8

9 Radiologia tradizionale Gli apparecchi radiologici si suddividono in: Fissi - Mobili - Portatili Essi sono costituiti da: Alimentatore Consolle di controllo Tubo Radiogeno Diaframmi Griglia Cassetta portapellicola Schermi di rinforzo Pellicola radiografica Il Tubo Radiogeno I raggi x sono prodotti attraverso l urto tra un fascio di elettroni ad alta energia ed un disco composto da un elemento ad alto numero atomico (in genere tungsteno); essi vengono prodotti all interno del tubo radiogeno. Questi è formato da un ampolla di vetro in cui è stato creato il vuoto, con agli estremi due elettrodi: uno positivo (l anodo, formato da tungsteno) ed uno negativo (il catodo, formato da tungsteno e renio). 9

10 Il Tubo Radiogeno Gli elettroni vengono estratti dal catodo, attraverso un effetto termoionico (riscaldamento effettuato tramite una piccola d.d.p.), ed accelerati verso l anodo; l entità della d.d.p. determina la velocità degli elettroni. Il numero di elettroni estratti rappresenta la corrente del tubo; con l aumento della corrente aumenta la produzione di raggi x. Il Tubo Radiogeno Gli elettroni ad alta velocità provenienti dal catodo, sono bruscamente decelerati quando passano vicino agli atomi di tungsteno dell anodo. Gli elettroni, essendo a carica negativa, sono attratti dai nuclei a carica positiva e vengono deviati perdendo energia; la produzione di raggi x avviene malgrado l elevatissima dispersione d energia sotto forma di calore (97-99%). 10

11 Il Tubo Radiogeno Il rivestimento esterno assolve a varie funzioni: Preservare il vuoto Dissipare il calore Isolare il tubo elettricamente Impedire la fuoriuscita di radiazioni indesiderate Proteggere il tubo da solecitazioni meccaniche La schermatura possiede una piccola finestra che consente la fuoriuscita dei raggi x solo nella direzione voluta. Schema di un tubo radiogeno 11

12 Il Tubo Radiogeno L anodo è soggetto a riscaldamento. Per ridurre l usura si ricorre, quando necessario, ad un anello che ruota, fornendo al fascio di elettroni una superficie relativamente fredda. Questi sono detti tubi radiogeni ad anodo rotante. Tubo radiogeno e suo schema 12

13 Tubo Radiogeno ad anodo fisso Tubo Radiogeno ad anodo rotante Particolare dell anodo rotante 13

14 Limitatori del campo La formazione dell immagine radiologica Le radiazioni che emergono dal tubo, opportunamente filtrate, attraversano la materia e raggiungono la pellicola. La sorgente delle radiazioni è considerata puntiforme e le radiazioni allontanandosi da questa divergono allargandosi. 14

15 La formazione dell immagine radiologica Per ogni singolo raggio X vengono emessi circa 5000 fotoni luce (efficienza di conversione). Velocità di conversione: Alta (rapidi ed ultrarapidi) Media Bassa (elevata risoluzione spaziale) Più è bassa la velocità, maggiore è la quantità di mas da utilizzare. Schermi di rinforzo Per migliorare la resa delle immagini sono utilizzati degli schermi di rinforzo costituiti da sostanze in grado di emettere fotoni se stimolati ad un certa lunghezza d onda; ciò permette di ottenere una maggiore conversione di raggi X in immagine. 15

16 Schermo di rinforzo Schermo di rinforzo 16

17 Schermo di rinforzo Schermi di rinforzo Vantaggi: Riduzione della dose di radiazioni Riduzione dei tempi di esposizione Migliore contrasto dell immagine Minore usura del tubo radiogeno 17

18 Alterazioni della qualità dell immagine Ingrandimento Annebbiamento o deformazione Attenuazione o sfumatura Alterazione della qualità dell immagine Ingrandimento dell oggetto; si determina quando sono alterati i rapporti di distanza tra il fascio dei raggi x, l oggetto da esaminare ed il sistema di registrazione dell immagine. L effetto di ingrandimento è proporzionale alla distanza tra l oggetto e la pellicola; per ridurlo è indispensabile avvicinare quanto più possibile la struttura da esaminare alla pellicola modificando opportunamente la posizione del soggetto. (si tratta diminuire la distanza focale cioè quella tra il fuoco del tubo e la pellicola). 18

19 Alterazione della qualità dell immagine Annebbiamento o deformazione; si determina quando il fascio di raggi X incide obliquamente sulla struttura in esame. Per ovviare a questo fenomeno si adottano, quindi delle griglie per eliminare dall immagine le radiazioni diffuse. Tipi di griglie: Parallele, Focalizzate, Mobili Alterazione della qualità dell immagine Azione antidiffusione delle griglie (Effetto annebbiamento dell immagine). Esse sono formate da setti di piombo di grandezza variabile a seconda dell esame da effettuare. 19

20 Alterazione della qualità dell immagine Attenuazione o sfumatura; si determina a seconda della caratteristiche dei corpi attraversati e dalle caratteristiche energetiche dei raggi x impiegati. DENSITA SPESSORE Muscolo Osso Muscolo Muscolo 20

21 Parametri per l 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 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). Immagine Radiografica I corpi con maggiore potere di attenuazione sono detti radio-opachi I corpi con minore potere di attenuazione sono detti radio-trasparenti I concetti di radio-opacità e radio-trasparenza sono comunque relativi e non assoluti 21

22 Minore attenuazione del fascio di raggi X = aree scure (radio-trasparenza) Maggiore attenuazione del fascio di raggi X = aree chiare (radio-opacità) Densità di alcuni materiali (g/cm3) Muscolo 1,00 Grasso 0,91 Osso 1,85 Piombo 11,35 Tungsteno 19,30 Cemento 2,35 22

23 Sistemi Recettori di Immagini Schermi fluorescenti Pellicole radiografiche Sistemi computerizzati Dispositivi digitali diretti di lettura Sistemi Recettori di Immagini Gli schermi fluorescenti sfruttano il fenomeno della fluorescenza ed attraverso un sistema d intensificatore d immagine è possibile evidenziare su un monitor in tempo reale il distretto che si sta osservando. Sono impiegati per l esecuzione di particolari manovre (posizionamento cateteri o riduzioni di fratture scheletriche). 23

24 Sistemi Recettori di Immagini La pellicola radiografica costituisce il mezzo su cui si registrano le immagini; è costituita da un supporto plastico (robusto, indeformabile, ininfiammabile e conservabile), su cui è spalmata una emulsione di gelatina e cristalli di alogenuro di argento dello spessore di qualche micron, in grado di assorbire i raggi X, i quali modificano la struttura dei sali che formano poi l immagine. Sistemi Recettori di Immagini Le radiazioni X causano ionizzazione e l Ag+ libero precipita come Ag formando l immagine latente; questa deve essere poi rivelata con un procedimento chimico. 24

25 Pellicola radiografica Struttura di una pellicola radiografica 25

26 Struttura di una pellicola radiografica Sistemi Recettori di Immagini I sistemi computerizzati (o radiografia computerizzata), hanno il compito di trasformare in formato digitale le immagini radiografiche per poterle elaborare ed immagazzinarle in un computer. 26

27 Sistemi Recettori di Immagini Il sistema computerizzato funziona con la sola registrazione di una carica elettrica che è funzione del diverso assorbimento ed attenuazione dei raggi X. Il segnale così registrato è letto successivamente da un dispositivo che determina la conversione di queste informazioni in corrente elettrica (conversione analogico/digitale), e la successiva archiviazione. Sistemi Recettori di Immagini I dispositivi digitali con lettura diretta acquisiscono e digitalizzano direttamente l immagine senza l uso delle cassette annullando i rischi di danneggiamento. Il loro limite consiste nel potere ottenere immagini digitali solo dalla apparecchiatura che disponga della lettura diretta. 27

28 La Radiografia E un immagine diagnostica ottenuta interponendo la struttura da esaminare tra un tubo radiogeno e un materiale sensibile alle radiazioni. Tecnica ed analisi radiografica Posizione; indicazione del modo in cui il paziente è posto in rapporto allo spazio circostante Proiezione; indicazione del percorso dei raggi X attraverso il corpo del paziente Orientamento per la lettura; i radiogrammi si osservano in maniera speculare (esempio: a destra il lato destro del soggetto Esame; almeno due proiezioni secondo piani tra loro ortogonali 28

29 Tecnica ed analisi radiografica Radiografia Le radiazioni emessa dal tubo vengono attenuate dal corpo in esame in maniera proporzionale alla densità delle strutture che attraversano prima di raggiungere la pellicola. Le radiazioni che raggiungono la pellicola formano l immagine latente. 29

30 Rappresentazione schematica di una radiografia Produzione di Raggi x dal tubo radiogeno Interazione dei raggi x con il segmento anatomico interessato Impressione della superficie sensibile di un recettore di immagine (pellicola radiografica) RADIOGRAFIA Dopo lo "sviluppo", le aree della pellicola corrispondenti alle parti del corpo che frenano maggiormente i raggi X appaiono chiare. 30

31 RADIOGRAFIA MANO DI BAMBINO: a: nuclei di accrescimento b: cartilagini di coniugazione Radiologia: Metodi Esame radiografico diretto Aria, scheletro, parti molli Contrastografie artificiali Contrastografie opache Sospensioni, idrosolubili, liposolubili Contrastografie trasparenti Aria, CO 2 Contrastografie, miste 31

32 Radiologia: Metodi Contrastografie artificiali In cavità anatomiche In visceri cavi In cavità virtuali In spazi cellulari lassi Opacizzazione di secreti Opacizzazione di liquidi organici Opacizzazione del sangue Opacizzazione della linfa Opacizzazione tissutale selettiva Tecniche Radiografiche Teleradiografia Plesiografia Ingrandimento geometrico diretto Seriografia Cineröentgengrafia Fotofluorografia Stratigrafia o Tomografia Xeroradiografia e Xerotomografia Angiografia tradizionale - DSA 32

33 Teleradiografia La sorgente radiogena è a 2 mt dal piano sensibile Determina l eliminazione dell effetto ingrandimento E indicata nello studio del torace per la valutazione dei volumi cardiaci e nel cranio per le analisi morfologiche e cefalometriche in campo ortodontico e maxillo facciale. Plesiografia La sorgente radiogena è a contatto con la parte in esame Evidenzia la struttura più vicina alla pellicola, mentre le altre appariranno sfumate e sfocate Ingrandimento geografico diretto La parte in esame è distanziata dal piano sensibile Determina un ingrandimento per divergenza del fascio radiogeno Seriografia Consiste nell esecuzione di una serie di radiogrammi in sequenza, ad un intervallo di tempo prestabilito E una tecnica che consente di studiare gli organi in movimento E utile per gli studi contrastografici 33

34 Stratigrafia o Tomografia Consiste in una particolare applicazione di raggi x che, grazie ad una valutazione statisticomatematica (computerizzata), dell'assorbimento di tali raggi da parte delle strutture corporee esaminate, consente di ottenere immagini di differente densità di sezioni assiali del corpo umano. Stratigrafia o Tomografia Consente di ricavare immagini radiologiche molto ricche dal punto di vista morfologico e quindi informazioni obiettive circa la densità delle strutture studiate, e inoltre ricostruire spazialmente le immagini relative ai singoli piani, ottenendo immagini tridimensionali e superando in tal modo uno dei limiti principali della radiologia tradizionale. 34

35 Xeroradiografia e Xerotomografia Xeroradiografia: costituisce una particolare modo di rilevazione dell'immagine prodotta dalle radiazioni ionizzanti, sfruttando la proprietà dei raggi X di annullare la carica elettrostatica di una piastra con un sottile strato di selenio. Si ottengono immagini molto suggestive, soprattutto per quanto riguarda le parti molli, a scapito però di una notevole dose di radiazioni e di una minore sensibilità; è perciò un esame che attualmente viene prescritto sempre più raramente. Fornisce un'eccellente riproduzione delle protesi in silicone e delle miositi ossificanti. Xerotomografia: si basa sulla visione a sezioni Angiografia tradizionale Nella angiografia tradizionale un mezzo di contrasto iodato viene iniettato nei vasi del paziente mediante cateteri; il K-edge dello iodio determina un picco nell assorbimento dei raggi X a partire da 33.17keV. 35

36 Angiografia tradizionale - DSA Nell angiografia a sottrazione di immagine (DSA), viene acquisito un insieme di immagini prima (immagine maschera), durante e dopo (immagini live), la somministrazione dello iodio. La morfologia dei vasi risulta dalla sottrazione dalle immagini live della maschera. Questa tecnica comporta un rischio non trascurabile per il paziente sia per l alta concentrazione del mezzo di contrasto sia per l elevata dose di raggi X necessaria per ottenere una buona immagine diagnostica. RADIOSCOPIA E un indagine radiografica che consente di avere un immagine diagnostica in tempo reale interponendo la struttura da esaminare tra un tubo radiogeno ed uno schermo fluorescente; consente, quindi, di osservare gli organi interni in movimento o di seguire gli spostamenti di uno strumento introdotto nel corpo su uno schermo fluorescente. 36

37 RADIOSCOPIA Fluorescenza E il 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 colpite dai raggi X. RADIOSCOPIA Sullo schermo fluorescente i tessuti risultano colorati in modo inverso rispetto ad una radiografia tradizionale, per cui l'immagine radioscopica è più scura in corrispondenza delle parti scheletriche (più opache ai raggi X), e più chiara in corrispondenza delle zone di maggiore radiotrasparenza (aria nei polmoni e nel colon), che hanno scarsamente attenuato il fascio fotonico incidente. 37

38 RADIOSCOPIA Oggi è eseguita esclusivamente con sistemi di amplificazione dell' intensità luminosa dello schermo fluorescente collegati ad un monitor televisivo in bianco/nero. (amplificatore/intensificatore di brillanza) GRAFIA SCOPIA 38

39 Applicazioni della Radioscopia Valutazione di fenomeni dinamici (deglutizione, peristalsi, respirazione, movimenti articolari...) Ottimizzazione della posizione del paziente per l'esame radiografico Guida/monitoraggio di interventi chirurgici (ortopedia) Guida per procedure di radiologia interventistica (biopsie, cateterismi, etc.) Radiologia Digitale L immagine radiologica viene digitalizzata ed archiviata in un elaboratore elettronico (immagine di polidattilia) Vantaggi: Riduzione dei costi di esecuzione Compensazione dell esposizione Elaborazione (luminosità e contrasto) Archiviazione Svantaggi: Elevati costi di installazione e di manutenzione 39

40 Radiologia Digitale Sistemi di immagini digitali: Acquisizione da fluoroscopia Utilizzo di piastre a fosfori sensibili Vantaggi: Rapida esecuzione Rapida disponibilità delle immagini acquisite Svantaggi: Ridotta ampiezza del campo Scarsa risoluzione spaziale Radiologia Digitale Piastre radiosensibili: Sono costituite da fosfori in grado di catturare l immagine latente e di rilasciarla se stimolati da una luce ad un determinata lunghezza d onda Vantaggi: Ottima risoluzione spaziale Utilizzo uguale alle cassette tradizionali Svantaggi: Costi di installazione elevati Tempi di attesa per le immagini simili a quelli tradizionali 40

41 Limiti Radiologia tradizionale Sovrapposizione delle strutture specialmente se di densità simile (differenza di densità necessaria per distinguere due strutture: 5%) Difficoltà per riconoscere un oggetto omogeneo di spessore non uniforme da un oggetto disomogeneo ma di spessore uniforme 41