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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “FEDERICO II”

Corso di Laurea in Ingegneria BiomedicaAnno accademico 2005-2006

Diagnostica per ImmaginiArgomento 2

Tecnica radiograficaArturo Brunetti

Tel 0817463102 Fax 0812296117e-mail: brunetti@unina.it

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Argomenti di questa lezione

• I raggi X• Produzione dei raggi X - Tubo radiogeno• Interazione dei Raggi X con la materia

• Formazione dell’ immagine radiografica• Radiografia e Radioscopia• Apparecchio radiografico

• Controllo della qualità e quantità dei raggi X

• Geometria dell’immagine radiologica• ingrandimento - deformazione - penombra

• Posizioni e proiezioni radiografiche

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I raggi X

�Radiazioni elettromagnetiche ad alta energia�Utilizzati in Diagnostica per Immagini per

– Radiografia– Radioscopia– TC (Tomografia Computerizzata)

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Per fare una radiografia

�Apparecchio radiografico

�Oggetto da studiare (paziente)

�Recettore dei raggi

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La formazione dei raggi X

RAGGI X DA FRENAMENTO(BREMSSTRAHLUNG)

elettrone

RAGGI X CARATTERISTICI

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I raggi X

• La scoperta dei Raggi X,nel 1895, fu merito delloscienziato tedescoWilhelm C. Roentgen

• Avvenne nel corso diuno studio sui raggicatodici (cioè elettroni, inmovimento in un tubosotto vuoto)

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TUBO DI CROOKES

elettroni

Catodo

-

Anodo

+

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TUBO DI CROOKES

elettroni

Catodo

-

Anodo

+ Raggi X

elettroni

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Le tre proprietà fondamentali dei Raggi Xscoperte da RÖntgen

• Sono in grado di oltrepassare corpi che non lascianopassare la luce

• Possono determinare la comparsa di una debole luceblu-verde (“fluorescenza”) in alcuni mineralicontenenti sali di zinco, platino e altri metalli pesanti

• Possono impressionare le lastre fotografiche.

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Il tubo radiogeno• I tubi di Crookes con

cui Rontgen scoprì iraggi X ne producevanosolo quantità modeste

• Capito il meccanismocon cui si producevanoi Raggi X sicominciarono acostruire tubi radiogenisempre più potenti, ingrado di produrrequantità sempremaggiori di Raggi X

Anodo + Catodo-

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RADIOGRAFIA

Immagine diagnosticaottenuta interponendola struttura daesaminare tra un tuboradiogenoe un materiale sensibilealle radiazioni

Materiale sensibile ai raggi X

tubo radiogeno

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Il cuore dell’apparecchio RX è il tubo radiogeno

E’ un’ampolla di vetro sotto vuoto spinto con due elettrodiuno positivo (anodo) ed uno negativo (catodo)

• Il catodo è costituito da un filamento di Tungsteno informa di spirale• Alcuni apparecchi hanno due spiraline di diverse dimensioni• L’anodo è costituito da una piastra di Tungsteno e Renioche può essere sia fissa, sia incorporata in un disco rotante(anodo fisso vs.anodo rotante)

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TUBO RADIOGENO

Utilizza una corrente unidirezionale

La tensione di rete deve essere modificata

in "salita" per il circuitoanodo-catodo

in "discesa" per il circuitodella spiralina (catodo)

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Circuiti principali

• Nell’apparecchio Rx ci sono due circuiti principali• Un circuito ad alta tensione• Un circuito a bassa tensione• La corrente alternata di rete (230V 50Hz) non va bene

Anodo Catodo

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Tubo radiogeno - catodo

Catodo+ -

sorgente di elettroni (effetto Joule)

parte dei circuiti a bassa tensione e ad alta tensione

indirizzamento degli elettroni verso l'anodo (focussing cap)

Catodo - Spiraline

sez. lateralevista frontale

il filamento a spirale del catodo èattraversato da una correntea bassa differenza di potenziale (8-12 Volt)e alta intensità (3-5 Ampere)

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Tubo radiogeno - circuito catodo-anodo

Anodo Catodo+ -

si attiva per la produzione dei raggi X edè caratterizzato da una corrente ad alta differenza di potenziale (20-150 KVp)e bassa intensità (0.25 - 5 milliAmpere)

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Anodo e catodo

raggiungono temperature altissime�durante il funzionamento�devono essere fatti di materiale ad elevata

temperatura di fusionedevono essere raffreddati

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TUNGSTENO

Elevato punto di fusione (3370°C)

Ottimo conduttore

Elevato potere di frenamento

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TUBO RADIOGENOCON ANODO ROTANTE

Anodo Catodo

+ -

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ANODO ROTANTE

superficie esposta alle radiazioni

Lasciando immodificata la posizione geometrica dellamacchia focale, permette di distribuire su una piùampia superficie "reale" l'impatto degli elettroni.Pertanto, consente tempi maggiori di esposizionerispetto all' anodo fisso.

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Schema di un tubo radiogeno moderno

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IL TUBO RADIOGENO E’ PROTETTODA UN INVOLUCRO CON PARETI IN PIOMBO

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Tubi specifici per applicazioni particolari

Micro-angiografiaMammografiaApparecchi portatiliTubi radiogeni ad alta capacità termica per TC

Il Tubo Radiogeno

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RADIOGRAFIA

Immagine diagnosticaottenuta interponendola struttura daesaminare tra un tuboradiogenoe un materiale sensibilealle radiazioni

Materiale sensibile ai raggi X

tubo radiogeno

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interazioni dei raggi X con i tessuti

• Deviazione - scatter semplice

•Effetto fotoelettrico•Deviazione - scatter Compton• Formazione di coppie• Fotodisintegrazione

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RADIAZIONI E.M. IONIZZANTI(raggi X e gamma)

EFFETTO FOTOELETTRICOionizzazione

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RADIAZIONI E.M. IONIZZANTI(raggi X e gamma)

EFFETTO COMPTONionizzazione + raggio deviato

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Effetto Compton: deviazione (scatter) deiraggi rispetto alla direzione di origine

La “croce” dellaradiodiagnostica

COME SI FORMA QUESTAIMMAGINE ?

�Le varie strutture delcorpo attenuano il fasciodi raggi X(prevalentemente pereffetto Compton)

�per cui sul materialesensibile ai raggi(pellicola radiografica oaltri) arrivano in ognipunto quantità diverse diraggi X.

�Più raggi arrivano, piùnera diventa la pellicolaradiografica

Radiografia del torace

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muscolomuscolo

ATTENUAZIONE DEL FASCIODI RAGGI X

DIPENDE DA

muscolo osso

DENSITA' SPESSORE

COME SI FORMA L’ IMMAGINE RADIOGRAFICA ?

• Minore attenuazionedel fascio di raggi X =

aree scure(radiotrasparenza)

• Maggiore attenuazionedel fascio di raggi X =

aree chiare (radioopacità)

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IMMAGINE RADIOGRAFICASi forma sulla base della presenza di strutturedi diversa densità e spessore nei corpi attraversati dai raggi X.

I corpi radioopachi hanno un maggiore poteredi attenuazione dei raggi X

I corpi radiotrasparenti hanno un minore poteredi attenuazione dei raggi X.

ATTENZIONE !: RADIOOPACITA' E RADIOTRASPARENZA SONOCOMUNQUE CONCETTI RELATIVI, NON ASSOLUTI,

L’immagine radiografica

�Tradizionalmente si otteneva su una pellicola(sensibile ai Raggi X e alla luce) che dopoessere stata esposta ai Raggi X, è sottoposta aun trattamento chimico (sviluppo e fissaggio)

�Più recentemente sono stati sviluppati sistemidigitali in cui la pellicola è sostituita damateriali rivelatori sensibili ai Raggi X, chepossono essere riutilizzati dopo essere statiletti da un apposito apparecchio

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RADIOSCOPIA

Immagine diagnosticaottenuta in tempo reale,su un monitorinterponendo la struttura daesaminaretra un tubo radiogeno e unoschermo fluorescente

Schermo fluorescente

tubo radiogeno

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RADIOSCOPIA

FluorescenzaFenomeno per cui sostanze comeil solfuro di cadmio, il platinocianurodi bario, il fosfotungstato di calcio etc.

emettono radiazioni luminose ( ingenere nelle frequenze del verde-blu)

quando vengono colpiti dai raggi X

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RADIOSCOPIA

Il corpo attenuando ilfascio diraggi X limita laluminosità delloschermo fluorescentenella suaarea di proiezione.

RADIOSCOPIA

Il corpo attenuando ilfascio diraggi X limita laluminosità delloschermo fluorescentenella suaarea di proiezione.

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RADIOSCOPIANella radioscopia learee dello schermofluorescentecorrispondenti alleparti del corpo chefrenano maggiormentei raggi X appaiono scure

Mentre le areecorrispondenti alleparti del corpo chefrenano di meno iraggi X appaiono chiare

RADIOSCOPIAsi utilizzano sistemi di amplificazione dell' intensità luminosa delloschermo fluorescente collegati ad un monitor in bianco/nero(amplificatore/intensificatore di brillanza )

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RADIOSCOPIA - applicazioni

ottimizzazione della posizione del pazienteper l'esame radiografico

guida/monitoraggio di interventi chirurgici(ortopedia!)

guida per procedure di radiologiainterventistica (biopsie, cateterismi....)

valutazione di fenomeni dinamici(deglutizione, peristalsi, respirazione,movimenti articolari....)

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RADIOSCOPIA

immagine dinamica"real time"

RADIOGRAFIA

immagine statica

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APPARECCHI RADIOGRAFICI

FISSI

MOBILI

PORTATILI

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Apparecchio radiografico fisso

• Tubo radiogeno con stativo• Tavolo di comando (non nella foto)• Tavolo portapaziente

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Foto apparecchio RX Tubo radiogeno

TavoloportapazienteCassetta con pellicola

Amplificatore di brillanza

Foto apparecchio RXTubo radiogeno

Tavoloportapaziente

Portacassetta

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Tubo radiogeno

Tavolo di comando

Sistemi pensili

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apparecchio mobile

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Per fare una buona radiografia

•Bisogna scegliere con cura i parametri diesposizione–Quantità dei raggi X–Energia dei raggi X

PARAMETRI RX

•Tavolo di comando•Scelta di–KV–Tempo–mA

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PARAMETRI DA REGOLARENELL' ESAME RADIOGRAFICO

Intensità di corrente del catodo(mA)

Differenza di potenzialeanodo-catodo (KV)

Tempo di esposizione (sec)

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PARAMETRI PER ESECUZIONEDI RADIOGRAFIE

Per incrementare l'energia del fascio diraggi X, si deve aumentare l'energiacinetica degli elettroni che colpisconol'anodo.

Pertanto, si deve aumentare la differenzadi potenziale (KV) tra anodo e catodo

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PARAMETRI PER ESECUZIONEDI RADIOGRAFIE

Per incrementare il numero diraggi X , si deve aumentare il numerodegli elettroni che colpiscono l'anodo.

Pertanto, si deve aumentare l' intensitàdella corrente (mA) che attraversa il catodoe/o la durata dell' emissione dei raggi (s).

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CONDIZIONI GENERALI DI LAVORO

SCOPIA 40-100 KV 3-4 mA

GRAFIA 30-120 KV 100-1000 mA

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Effetto di KV e mA sulla qualità e l'intensitàdel fascio di raggi X

Lunghezza d' onda

Intensità

variazione KVcon mA costante

variazione mAcon KV costante

KV alti

mA bassi

mA alti

KV bassi

Effetto di KV e mA sulla qualità e l'intensitàdel fascio di raggi X

Esempio di sovra e sottoesposizione

Sovraesposta Sottoesposta Buona

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ACCESSORI PERAPPARECCHI RADIOGRAFICI

CONI (DIAFRAMMI)

per delimitare le dimensionidel fascio di raggi X

FILTRI (di Al)

per intercettare i raggi di minore energia, rendendopiù omogeneo il fascio

Filtrazione del fascio di raggi X

fascio filtrato

fascio non filtrato

KV

Intensità

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Limitatori del campo

Effetto Compton: deviazione (scatter) deiraggi rispetto alla direzione di origine

La “croce” dellaradiodiagnostica

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Grigliaantidiffusione

Radiazione diffusa

GRIGLIA ANTIDIFFUSIONE

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rapporto di griglia

8:1 10:1 12:1 16:1

h

b

GEOMETRIA DELL’IMMAGINE RX

è la distanza che separa il fuoco del tubo radiogeno dalla pellicola radiografica

DISTANZA FOCALE

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La formazione dell’immagine radiologica

Alterazioni dell’immagine:Ingrandimento dell’oggetto

Deformazione dell’oggetto

Sfumatura

Effetto anodico

Geometria dell' immagineingrandimento

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EFFETTO DI INGRANDIMENTO

è proporzionale alla distanzatra l'oggetto da radiografare e la pellicola radiografica

per ridurlo è indispensabileavvicinare quanto più possibilela struttura da esaminare allapellicola modificando opportunamente la posizionedel soggetto

Geometria dell' immaginedeformazione

quando il fascio diraggi X incide obliquamentesulla struttura in esame

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Geometria dell' immaginepenombra