www.fisiokinesiterapia.biz RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IN MEDICINA - SPETTRO ELETTROMAGNETICO - RADIAZIONI TERMICHE: MICROONDE E INFRAROSSI - RADIAZIONI IONIZZANTI: ULTRAVIOLETTI, X E GAMMA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 1

SPETTRO ELETTROMAGNETICO (fermi) λ (m) 10 14 10 12 (Å) (nm) 10 10 10 8 (μm) 10 6 (mm)(cm) 10 4 10 2 1 10 2 λ (m) RAGGI GAMMA ν (Hz) GeV 10 9 10 22 λν = c 10 20 MeV 10 6 RAGGI X RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 10 18 kev 10 3 E = hν 2 ULTRA- -VIOLETTO 10 16 E (ev) INFRA- -ROSSO 10 14 VISIBILE 400 10 12 500 MICRO ONDE 10 10 10 8 3 10 8 Hz 600 ONDE RADIO 10 6 ν (Hz) λ 700 (nm)

RADIAZIONE TERMICA IRRAGGIAMENTO TERMICO intensità I = Q Δt ΔS cal s 1 m 2 oppure watt m 2 LEGGI DELL'EMISSIONE TERMICA I(λ) visibile 4000 K 3000 K 2000 K legge di Stefan I = σ T 4 (watt/m 2 ) legge di Wien λ max = 0.2897 / T (cm) 0 1 2 3 μm λ RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 3

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

(cm) 10.0 5.0 2.0 1.0 0.5 D MICROONDE IN MEDICINA (spessore caratteristico) tessuto adiposo tessuto con elevato contenuto di acqua I(x) = I o e D x 0.2 0.1 2 4 6 8 10 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 5 (GHz) frequenza esposizione limite per l' uomo : I = 10 mw cm 2 massima potenza radiante solare assorbita dall'uomo : I 100 mwcm 2 ν

intensità relativa 10 INFRAROSSI IN MEDICINA MEDICINA visibilevicino I.R. 0.7 μm < λ < 20 μm 3000 K 1200 K emissione termica (Sole) 5 Sole effetto termico RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 6 λ (μm) 0 0.5 1.0 1.5 2.0 penetrazione λ 0.7 μm Δx 10 cm λ > 1.4 μm Δx < 1 mm fotografia I.R. immagine termica (termografia)

ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA intensità relativa visibile origine solare U.V. 0.5 corpo nero (SOLE) (5800 K) radiazione solare a livello del mare 1 1.5 2 μm λ RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 7

ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA intensità (unità arbitrarie) 90 70 50 risposta cutanea 30 10 0.28 0.32 0.36 abbronzatura 90 radiazione solare rispetto al suolo 40 emissione da lampada a fluorescenza 10 μm λ eritema RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 8

ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA UVA : 400 315 nm UVB : 315 280 nm UVC : 280 100 nm produzione UV : RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA emissione termica (Sole) transizioni atomiche produzione naturale (Sole) (assorbimento) I(500 nm) I(600 nm) 300 200 nmassorbiti da O 3 200 100 nm 9 Sole assorbiti in aria (produzione ozono O 3 e ossidi di azoto) * spessore atmosfera * nuvole fumi e smog diffusione * suolo

ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA UVA : 400 315 nm UVB : 315 280 nm UVC : 280 100 nm produzione artificiale lampade U.V. λ = 400 270 nm assorbimento : effetti biologici : RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 10 H2O 400 300 nm (in 2 5 cm) vetro opaco quarzo trasparente eccitazione atomi e molecole effetto termico

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

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

PRODUZIONE DI FOTONI DI ALTA ENERGIA raggi X raggi γ produzione artificiale tubo a raggi X produzione naturale emissione γ da decadimento nuclei instabili (radionuclidi) produzione artificiale acceleratori di particelle RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 13

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 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 14

RAGGI X E γ: ASSORBIMENTO intensità trasmessa (%) I X, γ I(x) I(x+Δx) I o e 100 75 50 ASSORBIMENTO ESPONENZIALE Δx I = I o e μ x x 25 0 x = μ spessore x coefficiente di attenuazione o di assorbimento RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 15

RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA IMMAGINE RADIOLOGICA diversa opacità delle strutture biologiche (diverso coefficiente di assorbimento) μ (cm 1 ) 5 2 1 0.5 0.2 0.1 0.05 0.02 50 100 150 16 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

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 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 17

contrasto radiologico RADIOGRAFIA parametri : potenziale elettrico intensità di corrente tempo di esposizione ΔV 45 kv 130 kv i 3 ma 50 ma Δt 1/60" 1/120" RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 18

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

RAGGI γ: IMPIEGO IN TERAPIA cobaltoterapia 60 Co γ (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 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 20

SPETTRO ELETTROMAGNETICO : produzione λ(m) 10 14 10 12 10 10 10 8 10 6 10 4 10 2 1 10 2 λ (m) RAGGI GAMMA ν (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 ν (Hz) transizioni nucleari e acceleratori transizioni atomiche laser RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 21 circuiti oscillanti

SPETTRO ELETTROMAGNETICO : impiego λ(m) 10 14 10 12 10 10 10 8 10 6 10 4 10 2 1 10 2 λ (m) RAGGI GAMMA ν (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 ν (Hz) diagnostica (RM) diagnostica (PET, SPET) diagnostica (IR e visibile) terapia RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 22

SPETTRO ELETTROMAGNETICO : rivelazione λ(m) 10 14 10 12 10 10 10 8 10 6 10 4 10 2 1 10 2 λ (m) RAGGI GAMMA ν (Hz) 10 22 10 20 RAGGI X 10 18 ULTRA- -VIOLETTO 10 16 VISIBILE INFRA- -ROSSO 10 14 emulsione fotografica (+ schermi) rivelatori di ionizzazione stato solido, NaI occhio umano 10 12 sistemi CCD MICRO ONDE 10 10 10 8 ONDE RADIO 10 6 ν (Hz) induzione elm antenna RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 23