LE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IN MEDICINA
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- Alessandra Venturi
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1 LE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IN MEDICINA Spettro elettromagnetico Radiazioni termiche: microonde infrarossi Radiazioni ionizzanti: ultravioletti raggi X raggi gamma pag.1
2 Spettro elettromagnetico (fermi) l (m) (Å) (nm) (mm) 10 6 (mm)(cm) l (m) RAGGI GAMMA n (Hz) GeV ln = c MeV 10 6 RAGGI X kev 10 3 E = hn ULTRA- -VIOLETTO E (ev) INFRA- -ROSSO VISIBILE MICRO ONDE colori 10 8 ONDE RADIO Hz n (Hz) l (nm) pag.2
3 Lo spettro di energia e quindi, sulla base dell energia E = hv: pag.3
4 Radiazioni termiche Irraggiamento termico I(l) intensità I = Q Dt DS cal/(s m2 ) oppure W/m 2 visibile 4000 K LEGGI DELL'EMISSIONE TERMICA legge di Stefan I T 4 (W/m 2 ) l max 1/T (cm) legge di Wien K 2000 K mm l Sono radiazioni termiche: microonde, infrarossi pag.4
5 Microonde Frequenza: 300 MHz < n < 300 GHz Energia: 10 6 ev < E=hn < 10 3 ev effetti : calore (diatermia) non ionizzanti Riscaldamento di regioni limitate e profonde in corpi ricchi di acqua. Uso in terapia: artriti, borsiti, strappi muscolari. Esposizione limite per l uomo: I = 10 mw/cm 2 (1/10 della massima potenza radiante solare assorbita) pag.5
6 intensità relativa 10 5 MEDICINA visibilevicino I.R. Sole Infrarossi 3000 K 1200 K 0.7 mm < l < 20 mm vicino IR lontano IR l (mm) penetrazione emissione termica (Sole) effetto termico l 0.7 mm Dx 10 cm l > 1.4 mm Dx < 1 mm fotografia I.R. immagine termica (termografia) pag.6
7 Radiazioni ionizzanti Ionizzare un atomo = togliergli uno o più elettroni rendendolo ione. Si distrugge così la struttura chimica del materiale. Per togliere (=allontanare) elettroni bisogna compiere un lavoro, cioè fornire energia. Energia minima di ionizzazione: E = 13.6 ev (potenziale di ionizzazione atomo idrogeno) Di fatto si considerano ionizzanti le radiazioni con E>100 ev. All aumentare dell energia, gli elettroni estratti ricevono energia cinetica e possono ionizzare a catena altri atomi. Sono radiazioni ionizzanti: ultravioletti, raggi X, raggi gamma (solo UVC) pag.7
8 Ultravioletti Produzione UV naturale: Sole artificiale: lampade UV Assorbimento UV in alta atmosfera: ozono (O 3 ) inclinazione raggi nubi - inquinamento materiali: vetro opaco acqua trasparente (penetrazione alcuni cm) Si distinguono in: UVA: l = nm UVB: l = nm UVC: l = nm (ionizzanti) Effetti chimico-biologici: eccitazione atomi e molecole dissociazione legame C-C (4 ev) benefici... abbronzatura - sintesi vitamina D azione battericida... o malefici eritemi - lesioni oculari tumori alla pelle pag.8
9 Radiazioni ad alta energia raggi X produzione artificiale tubo a raggi X raggi g produzione naturale emissione g da decadimento nuclei instabili (radionuclidi) produzione artificiale acceleratori di particelle pag.9
10 Raggi X: produzione TUBO A RAGGI X raggi X generatore di corrente catodo K F filamento vuoto trasformatore + anodo A diodo generatore di alta tensione rete pag.10
11 Raggi X: assorbimento intensità trasmessa (%) I X, g I(x) I(x+Dx) I o e ASSORBIMENTO ESPONENZIALE Dx I = I o e m x x 25 0 x = m spessore x coefficiente di attenuazione o di assorbimento pag.11
12 Immagine radiologica diversa opacità delle strutture biologiche (diverso coefficiente di assorbimento) m (cm 1 ) radioscopia radiografia xeroradiografia radiografia digitale (con e senza mezzo di contrasto) ossa (d = 1.8 g cm 3 ) muscoli (d = 1.0 g cm 3 grasso (d = 0.9 g cm 3 ) ) polmoni (d = 0.3 g cm 3 ) E (kev) pag.12
13 Radiografia tubo a raggi X struttura biologica pellicola radiografica diaframmi schermo fluorescente immagine negativa sviluppo della pellicola radiografia digitale fascio X incidente muscolo aria osso fascio X trasmesso pellicola radiografica pag.13
14 Parametri per la radiografia contrasto radiologico parametri : potenziale elettrico intensità di corrente tempo di esposizione DV 45 kv 130 kv i 3 ma 50 ma Dt 1/60" 1/120" pag.14
15 Raggi gamma: impiego diagnostico radiodiagnostica radioisotopi radiofarmaci diffusione nell'organismo decadimento radioattivo rivelazione radiazione immagine conteggio dosimetrico pag.15
16 Raggi gamma: impiego terapeutico cobaltoterapia 60 Co g (1.3 MeV) fasci di elettroni(acceleratori di particelle) fasci gamma (acceleratori di particelle) adroterapia (acceleratori di particelle) protoni neutroni (BNCT) ioni pesanti Boron Neutron Capture Therapy pag.16
17 SPETTRO ELETTROMAGNETICO : produzione l(m) l (m) RAGGI GAMMA n (Hz) RAGGI INFRA- X ULTRA- -VIOLETTO -ROSSO tubo raggi X VISIBILE MICRO ONDE radiazione termica 10 8 ONDE RADIO 10 6 n (Hz) transizioni nucleari e acceleratori transizioni atomiche laser circuiti oscillanti Lauree in Discipline Sanitarie Tecniche dic.02 Corso di Fisica Medica Le radiazioni elettromagnetiche in Medicina pag. 17
18 SPETTRO ELETTROMAGNETICO : impiego l(m) l (m) RAGGI GAMMA n (Hz) RAGGI X ULTRA- -VIOLETTO VISIBILE diagnostica (RX, CT) INFRA- -ROSSO terapia MICRO ONDE ONDE RADIO 10 6 n (Hz) diagnostica (RM) diagnostica (PET, SPET) diagnostica (IR e visibile) terapia Lauree in Discipline Sanitarie Tecniche dic.02 Corso di Fisica Medica Le radiazioni elettromagnetiche in Medicina pag. 18
19 SPETTRO ELETTROMAGNETICO : rivelazione l(m) l (m) RAGGI GAMMA n (Hz) (+ schermi) RAGGI X ULTRA- -VIOLETTO VISIBILE INFRA- -ROSSO emulsione fotografica rivelatori di ionizzazione stato solido, NaI occhio umano sistemi CCD MICRO ONDE ONDE RADIO 10 6 n (Hz) induzione elm antenna Lauree in Discipline Sanitarie Tecniche dic.02 Corso di Fisica Medica Le radiazioni elettromagnetiche in Medicina pag. 19
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