Radiazioni ionizzanti

Corso di Informatica e Statistica Medica

20/2/2006

Scuola di Specializzazionein Fisica Sanitaria

a.a. 2005/2006

a seconda degli effetti sulla materia biologica

Le radiazioni

Ionizzanti e non ionizzanti

Radiazioni ionizzantiSono pericolose!

Hiroshima e NagasakiThree Mile Island

Chernobil

Può essere utilizzata sia come visualizzatore all’interno del corpo (medicina nucleare)

Veste protettiva utilizzata dai radiologi agli inizi del 1900

sia direttamente nella radioterapia oncologica

Raggi X1895: Röntgen scopre i raggi X

Gli oggetti risultano più o meno trasparenti ai nuovi raggi a seconda del loro

spessore e della loro natura

Radiografia della mano della signora

Röntgen del 22/12/1895 pubblicata sul New York Times

del 16/1/1896

Radiografia

organizza un servizio di radiografia clinica per i militari

di truppa durante la I guerra mondiale

Immediati utilizzi clinici

Tubo per diagnosi con raggi x

dell’inizio del 1900

Diagnostica clinicaCompletamente cambiata negli ultimi anni

Tomografia assiale computerizzata (TAC)

Radiografia digitale (DR)

Risonanza magnetica nucleare (NMR)

Ecografia (EC)

Tomografia a emissione singolo fotone (SPECT)

Tomografia ad emissione di positroni (PET)

Digitalizzazione ed informatizzazione

Radiografia moderna

La radiografia rimane la più comune ed

economica terapia radiante

Visti i vantaggi, ci si sta spostando sulla radiografia digitale

EcografiaSi basa su ultrasuoni che attraversano il corpo e vengono riflessi in modo diverso a seconda della densità del tessuto incontrato

sorgente

rivelatore interfacce

tempo

t1

t2

L'ultrasuono riflesso viene poi convertito in immagine e proiettato su un monitor

Utilizzo ecografiaEssendo una pratica non invasiva

è un metodo diagnostico usato spesso in ostetricia

Tomografia assiale computerizzataSerie di “radiografie” in sequenza

ottenute tramite un sottile fascio di raggi Xruotante attorno al paziente

Tomografia assiale computerizzata

Ottima risoluzione anatomica

Addome

Cervello

come se fossero tante radiografie

sequenziali

Tomografia ad emissione di positroni

Radionuclide iniettato emette un positrone

che si annichila immediatamente con

un elettrone

emettendo due fotoni collimati di energia fissa che possono

essere rivelati

PET

determinazione dell’attività cerebrale nelle differenti zone

del cervello sottoposte a stimolo

visualizzazione funzionale dei

differenti organi

Aree attivate

Compito di memorizzazione verbale a breve

termine

Confronto del flusso cerebrale rispetto ad un flusso di controllo (determinato come?)

Diagnosi precoce dell’Alzheimer

SPECTTomografia a emissione

computerizzata di singolo fotone

concetto disonda intercorporea

tramite l’uso di composti radioattivi che emettono direttamente radiazioni gamma

Fotone singolo

non richiesta usualmente nelle

diagnosi di routine

Visualizzazione di una riduzione dell'attivitàcerebrale (neurodegenerazione)

in quanto, nella maggior parte dei

casi, non aumenta la precisione diagnostica

Risonanza magnetica nucleareLa scoperta più importante nella diagnostica per immagini dalla invenzione dei raggi X

L'immagine si produce mediante un intenso campo

magnetico che abbassa l'influenza

delle onde di radiofrequenza

capace di ricevere segnale dai nuclei di idrogeno (siamo fatti per 90% di acqua!)

Risonanza magnetica nucleare

Migliore risoluzione anatomica

Sfrutta il processo di assorbimento ed emissione di fotoni con energia hν da parte dei livelli quantizzati esistenti nella materia

Si riescono ad apprezzare anche le nervature all’interno della calotta cerebrale

Pratica non invasiva

Complementare a TAC PET e SPECT

Risoluzione altissimaColonna vertebrale

Ginocchio

La durata d’esame oscilla tra i 20 ed i 40 minuti

Risonanza Magnetica Nuclearenucleare: proprietà del nucleo degli atomimagnetic: campo magneticoresonance: interazione tra i campi magneticioscillanti e i nuclei atomiciRabi (1944) e Bloch & Purcell (1952) vinsero ilpremio Nobel per il loro contribuo alla NMR

Felix Bloch Edward PurcellIsador Rabi

Prima immagine NMR nell’uomoRaymond Damadian• 1971: le cellule

cancerogene sonodifferenti in NMR

• 1972: primo scanning umanonella FONAR

• Costruisce il primo magnete chiamato“Indomitable”

• Non vinse mai ilpremio Nobel per ilsuo lavoro!Damadian in 1977 with prototype of first MR scanner

La prima immagine NRM umana

• 0.05T, omogeneo solo nel centro• 106 voxels = 4 hours!

Damadian’s postdoc, Larry Minkoff Source: Huettel et al. slides

Immagine

Source: Huettel et al. slides

• 1973: Paul Lauterbur ha l’idea di utilizzare i gradienti spaziali per codificare le informazioni

• 1976: Peter Mansfield propone le immagini echo-planari come mezzo per rapida codifica delle informazioni utilizzando gradienti

• Molte compagnie iniziano a costruire scanner(FONAR, GE, Philips, Siemens, Varian)

• 1982: il primo scanner commerciale 1.5 Tesla• 1985: FDA-USA approva l’uso clinico della MRI• 2003: Lauterbur-Mansfield vincono il Nobel

Lo sviluppo della RMN

Sovrapposizione d’immagini

Anatomia e fisiologia sovrapposte!

MR

MR + PETMR + SPECT

Informatica clinica

Necessità di elaborazione di immagini

Necessità di rivelatori a stato solido disposti radialmente (utilizzo tecnologie di punta!)

Necessità dell’informatica medica

Introduzione del concetto di teleconsulto

Notevoli problemiSanità regionalizzata: chi paga?Sicurezza e “privatezza” dei dati cliniciCogestione dei dati e delle immagini

Juke Box CD

Archivio per immagini

CR CR

Radiografidigitali

WSWS

WSMacchine per la refertazione

clinica

Moderno Dipartimento di Radiologia

switchcentrale

PCCollegamentiin remoto

Rete locale ospedaliera

Refertazioneclinica

Prenotazioni

Sistema di informazioneospedaliera

(HIS)

Sistema di radiografia

digitale (RIS)

Integrazione

Sistema di archiviazionedelle immagini(PACS)Modalità cliniche (TAC, RMN, CR...)

SPARCserver 1000

Come operare?

ai medicia una “ditta affidabile” che curi sia

l’implementazione hardware che softwareagli esperti ospedalieri (ingegneri ed

informatici) per questa parte “informatica”divenire esperti da consultare

Lasciare le decisioni e la gestione

• Conoscere a fondo i macchinari• Conoscere i sistemi informativi (e WWW)• Saper operare sugli stessi (S.O. e linguaggi)