RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IN MEDICINA

Транскрипт

1 Laurea in LOGOPEDIA corso integrato FISICA - disciplina FISICA MEDICA RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IN MEDICINA PETTRO ELETTROMAGNETICO ADIAZIONI TERMICHE: MICROONDE E INFRAROSSI ADIAZIONI IONIZZANTI: ULTRAVIOLETTI, X E GAMMA

2 SPETTRO ELETTROMAGNETICO ermi) (Å) (nm) (µm) (mm)(cm) l l (m) (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 Hz 600 ONDE RADIO 10 6 n (Hz) l 700 (nm)

3 RADIAZIONE TERMICA IRRAGGIAMENTO TERMICO ntensità I = Q Dt DS cal s 1 m 2 oppure watt m 2 EGGI ELL'EMISSIONE TERMICA I(l) visibile 4000 K 3000 K 2000 K gge di Stefan I = s T 4 (watt/m 2 ) gge di Wien l max = / T (cm) mm l

4 MICROONDE IN MEDICINA radiazioni non ionizzanti 300 MHz < ν < 300 GHz 10 6 ev < E = hν < 10 3 ev effetti : calore (diatermia) assorbimento : I(x) = I o e x D D = D(n) terapia ν 2450 MHz

5 cm) D MICROONDE IN MEDICINA (spessore caratteristico) tessuto adiposo tessuto con elevato contenuto di acqua I(x) = I o e D x (GHz) frequenza esposizione limite per l' uomo : I = 10 mw cm 2 massima potenza radiante solare assorbita dall'uomo : I 100 mwcm 2 n

6 intensità relativa 10 INFRAROSSI IN MEDICINA MEDICINA visibilevicino I.R. 0.7 mm < l < 20 mm 3000 K 1200 K emissione termica (Sole 5 Sole l (mm) penetrazione effetto termico l» 0.7 µm Dx» 10 cm l > 1.4 µm Dx < 1 mm fotografia I.R. immagine termica (termografia)

7 ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA intensità relativa visibile origine solare U.V. 0.5 corpo nero (SOLE) (5800 K) radiazione solare a livello del mare mm l

8 ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA intensità (unità arbitrarie) risposta cutanea abbronzatura 90 radiazione solare rispetto al suolo 40 emissione da lampada a fluorescenza 10 mm l eritema

9 ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA UVA : nm UVB : nm UVC : nm roduzione V : emissione termica (Sole) transizioni atomiche produzione naturale (Sole) I(500 nm) nmassorbiti da O nm assorbiti in aria (produzione ozono O 3 e ossidi di azoto) * spessore atmosfera * nuvole fumi e smog diffusione * (assorbimento) I(600 nm) Sole suolo

10 ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA UVA : nm UVB : nm UVC : nm produzione artificiale lampade U.V. l = nm ssorbimento : H2O nm (in 2 5 cm) vetro opaco quarzo trasparente ffetti biologici : eccitazione atomi e molecole effetto termico

11 ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA omo sintesi vitamina D ( 280 nm) abbronzatura (formazione pigmento fi protezione da U.V.) eritema(uvb, UVC) (dilatazione vasi da sostanze prodotte) isposta cutanea massima l» 300 nm ( 4 ev fi dissociazione legame C C ) lesioni oculari (cataratta) azione battericida

12 RADIAZIONI IONIZZANTI radiazioni ionizzanti : E > 100 ev (ionizzazione nella materia attraversata) radiazioni elettromagnetiche (m > 0) fotoni X e fotoni g radiazioni corpuscolari alfa (nucleo 4 (m > 0) He) beta (elettroni e, positroni e + ) protoni neutroni ioni (nuclei) ssorbimento E = h n E = 1 2 m v2 cessione di energia alla struttura atomica e molecolare del materiale attraversato

13 PRODUZIONE DI FOTONI DI ALTA ENERGIA raggi X raggi g produzione artificiale tubo a raggi X produzione naturale emissione g da decadimento nuclei instabil (radionuclidi) produzione artificiale acceleratori di particelle

14 RAGGI X: PRODUZIONE UBO A RAGGI X raggi X generatore di corrente catodo K F filamento vuoto trasformatore + anodo A diodo generatore di alta tensione rete

15 RAGGI X E g: ASSORBIMENTO I o e intensità trasmessa (%) I X, g ASSORBIMENTO ESPONENZIALE I(x) I(x+Dx) Dx I = I o e m x x 25 0 x = m spessore x coefficiente di attenuazione o di assorbimento

16 IMMAGINE RADIOLOGICA diversa opacità delle strutture biologiche (diverso coefficiente di assorbimento) m m 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 ) (kev) E

17 tubo a raggi X struttura biologica pellicola radiografica RADIOGRAFIA diaframmi schermo fluorescente fascio X incidente muscolo aria osso fascio X trasmesso immagine negativa sviluppo della pellicola radiografia digitale pellicola radiografica

18 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"

19 RAGGI g: IMPIEGO IN DIAGNOSTICA radiodiagnostica radioisotopi radiofarmaci diffusione nell'organismo decadimento radioattivo rivelazione radiazione immagine conteggio dosimetrico

20 RAGGI g: IMPIEGO IN TERAPIA 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

21 SPETTRO ELETTROMAGNETICO : produzione (m) l (m) RAGGI GAMMA n Hz) RAGGI INFRA- MICRO X ULTRA- ONDE -VIOLETTO -ROSSO tubo raggi X VISIBILE radiazione termica 10 8 ONDE RADIO 10 6 n (Hz) nsizioni nucleari cceleratori transizioni atomiche laser circuiti oscillanti

22 SPETTRO ELETTROMAGNETICO : impiego (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 agnostica (PET, SPET) diagnostica (IR e visibile) rapia

23 SPETTRO ELETTROMAGNETICO : rivelazione (m) l (m) RAGGI GAMMA n Hz) RAGGI X ULTRA- -VIOLETTO VISIBILE INFRA- -ROSSO emulsione fotografica (+ schermi) velatori di ionizzazione stato solido, NaI occhio umano sistemi CCD MICRO ONDE ONDE RADIO 10 6 n (Hz) induzione elm antenna

24