LE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IN MEDICINA Spettro elettromagnetico Radiazioni termiche: microonde infrarossi Radiazioni ionizzanti: ultravioletti raggi X raggi gamma pag.1
Spettro elettromagnetico (fermi) 10 14 l (m) 10 12 (Å) (nm) 10 10 10 8 (mm) 10 6 (mm)(cm) 10 4 10 2 1 10 2 l (m) RAGGI GAMMA n (Hz) GeV 10 9 10 22 ln = c 10 20 MeV 10 6 RAGGI X 10 18 kev 10 3 E = hn ULTRA- -VIOLETTO 10 16 E (ev) INFRA- -ROSSO 10 14 VISIBILE 400 10 12 500 MICRO ONDE 10 10 colori 10 8 ONDE RADIO 3 10 8 Hz 600 10 6 700 n (Hz) l (nm) pag.2
Lo spettro di energia e quindi, sulla base dell energia E = hv: pag.3
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 0 3000 K 2000 K 1 2 3 mm l Sono radiazioni termiche: microonde, infrarossi pag.4
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
intensità relativa 10 5 MEDICINA visibilevicino I.R. Sole 0 0.5 1.0 1.5 2.0 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
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
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 = 400-315 nm UVB: l = 315-280 nm UVC: l = 280-100 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
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
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
Raggi X: assorbimento intensità trasmessa (%) I X, g I(x) I(x+Dx) I o e 100 75 50 ASSORBIMENTO ESPONENZIALE Dx I = I o e m x x 25 0 x = m spessore x coefficiente di attenuazione o di assorbimento pag.11
Immagine radiologica diversa opacità delle strutture biologiche (diverso coefficiente di assorbimento) m (cm 1 ) 5 2 1 0.5 0.2 0.1 0.05 0.02 50 100 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
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
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
Raggi gamma: impiego diagnostico radiodiagnostica radioisotopi radiofarmaci diffusione nell'organismo decadimento radioattivo rivelazione radiazione immagine conteggio dosimetrico pag.15
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
SPETTRO ELETTROMAGNETICO : produzione l(m) 10 14 10 12 10 10 10 8 10 6 10 4 10 2 1 10 2 l (m) RAGGI GAMMA n (Hz) 10 22 RAGGI INFRA- X ULTRA- -VIOLETTO -ROSSO 10 20 10 18 tubo raggi X 10 16 10 14 10 12 VISIBILE MICRO ONDE 10 10 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
SPETTRO ELETTROMAGNETICO : impiego l(m) 10 14 10 12 10 10 10 8 10 6 10 4 10 2 1 10 2 l (m) RAGGI GAMMA n (Hz) 10 22 10 20 RAGGI X 10 18 ULTRA- -VIOLETTO 10 16 VISIBILE diagnostica (RX, CT) INFRA- -ROSSO 10 14 10 12 terapia MICRO ONDE 10 10 10 8 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
SPETTRO ELETTROMAGNETICO : rivelazione l(m) 10 14 10 12 10 10 10 8 10 6 10 4 10 2 1 10 2 l (m) RAGGI GAMMA n (Hz) 10 22 10 20 (+ schermi) RAGGI X 10 18 ULTRA- -VIOLETTO 10 16 VISIBILE INFRA- -ROSSO 10 14 emulsione fotografica rivelatori di ionizzazione stato solido, NaI occhio umano 10 12 sistemi CCD MICRO ONDE 10 10 10 8 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