TECNICHE E TECNOLOGIE DI RIVELAZIONE DI RAGGI X PER ... · 4. RADIOLOGIA DIGITALE CCD Ø È un...
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FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALITESI DI LAUREA
I LIVELLO
TECNICHE E TECNOLOGIE DI RIVELAZIONE
DI RAGGI X PER APPLICAZIONI MEDICHE
Relatore:
Dott. A. Di Bartolomeo
Correlatore:
Prof.ssa I. Rabuffo
Candidato:
Meluccio Daniela
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Lo scopo di questo lavoro di tesi è di illustrare i
principi fisici e le applicazioni dei rivelatori a
RX
Nella tesi mi sono occupata:
1. Caratteristiche dei RX
2. Metodi tradizionali di rivelazione (schermo-pellicola)
3. Metodi moderni di rivelazione: radiografia computerizzata (fosfori di storage, intensificatori di brillanza)
4. Radiologia digitale diretta: CCD e Flat Panel
5. Elaborazione immagini radiografiche con fosfori di storage
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1. CARATTERISTICHE DEI RX
I RX ( Röntgen 1896) sono radiazioni elettromagnetiche e vengono creati nei tubi radiogeni
Parametri principali del tubo a RX– Il kVp determina la qualità del
fascio.
– La corrente nel tubo, mA, determina la quantità di RX per un fissato kVp.
anodocatodo
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1. CARATTERISTICHE DEI RXI RX sono costituiti da radiazione
di frenamento (bremssttrahlung)
e da radiazione caratteristica.
Spettro dei RX creati dal tubo
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1. CARATTERISTICHE DEI RX
Interazione RX con la materia.
Tre tipi di interazione:
• EFFETTO FOTOELETTRICO
• EFFETTO COMPTON
• PRODUZIONE DI COPPIE
bersagliorivelatore
Direzione
del fascio
direzione del
fascio
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2. SCHERMO-PELLICOLAEmulsione: • Spessore ~ 10 m• Gelatina con cristalli di bromuro
d’argento (0.1-1 m )Supporto: • ~ 0.2 mmHa bassa sensibilità per larivelazione diretta dei raggi X.
Uno schermo fluorescente con altaefficienza di rivelazione (25%) , è usato per convertire i raggi X in luce.
Dall’immagine latente all’immagineradiografica.
Processamento: • sviluppo • fissaggio • lavaggio • EssiccamentoQueste operazioni vengono fatte in una macchina sviluppatrice.
Emulsione
Emulsione
Strati di adesivo
Strati
esterni di protezione
Supporto di poliestere≈
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2. SCHERMO-PELLICOLA
La curva sensitometricasi ottiene esponendo la pellicola
a quantità note di radiazione.
DO= log (Iinc/Itrasm)
I= intensità di luce
Sensibilità: rappresenta la velocità
con cui la pellicola risponde all’
esposizione Solo pellicola
Schermo-
pellicola
bianca
nera
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3. RADIOGRAFIA COMPUTERIZZATA
Immagine digitale:
Matrice di elementi (pixel)a cui corrisponde un certo livellodi grigio (o RGB)Numeri livelli di grigio: 2N
N= Numero di bit ES: N=8 livelli di grigio = 256
Sistema di acquisizione di immaginidigitali: • Rivelatore• Convertitore A/D• PC di elaborazione e
visualizzazione
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3. RADIOGRAFIA COMPUTERIZZATA
Vantaggi sistemi digitali:
• Immagine in forma numerica:
conservazione, trasferimento
• Elaborazione: aumento contrasto,
luminosità etc..
• Rivelatori con risposte lineare
ridotti problemi di esposizione
minore dose
DO
ESPOSIZIONE
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3. RADIOGRAFIA COMPUTERIZZATA
FOSFORI DI STORAGE cristalli che quando investiti da RX
• Risoluzione ~2.5 lp/mm assorbono energia e se stimolati emettono
luce
• spessore ~ 0.5 mm
• Costituite da uno strato di 150 m
di fluoro-alogenuro di bario attivato
all’Europio.
Formazione dell’immagine radiologica:
Lettori laser di piastre a fosfori
Eu2+ -> Eu3+ Eu3+ -> Eu2+
F+ -> F F -> F+stimolazione emissione
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3. RADIOGRAFIA COMPUTERIZZATA
Intensificatori di brillanzaImmagine a RX Immagine a e-
Usa l’accelerazione di e-
per intensificare l’immagine
1 Guaina di vetro.
2 Schermo fluorescente grande
3 Catodo
4 Collimatori
5 Anodo
6 Schermo fluorescente piccolo
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4. RADIOLOGIA DIGITALECCD
Ø È un circuito integrato
costruito con gate (elettrodi)
su un substrato semiconduttore.
Ø Condensatori MOS posti l’uno
vicino all’altro
(Metallo-Ossido-Semiconduttore).
La carica può essere spostata
da un MOS (pixel) all’altro.Dimensione del pixel:~ 40
µm, Risoluzione 10 lp/mm
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4. RADIOLOGIA DIGITALE
FLAT PANEL• Schermi piatti a matrice attiva (40cmx40cm)
• Rivelatori a grande area
• Permettono di ridurre la
dose al paziente
Due tipi:
conversione diretta
conversione indiretta
Dimensione pannello: 14 inc x 17 inc
Dimensione pixel 139 m x 139 m
Numero pixel: 2480 x 3072=7.9 milioni
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4. RADIOLOGIA DIGITALEFLAT PANEL DETECTOR (FPD) A CONVERSIONE INDIRETTA
Scintillatore: CsI:Tl
AMA: a-Si
Struttura fisica del materiale scintillatore
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4. RADIOLOGIA DIGITALE
FPD A CONVERSIONE DIRETTA
Fotoconduttore (a-Se)
Le coppie e-h vengono separate
dal potenziale di bias.
Il trasferimento è realizzato da uno
swich (TFT).
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4. RADIOLOGIA DIGITALE
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4. RADIOLOGIA DIGITALE
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4. RADIOLOGIA DIGITALE
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4. RADIOLOGIA DIGITALE
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4. RADIOLOGIA DIGITALE
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5. ELABORAZIONE IMMAGINIUtilizzo piastra a fosfori
Dati Lettura e riutilizzo Visualizzazione(MUSICA)
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5. ELABORAZIONE IMMAGINIPRIMA DOPO
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5. ELABORAZIONE IMMAGINIPRIMA DOPO
DX
SX
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3. RADIOGRAFIA COMPUTERIZZATA
MTF(f) “modulation transfer function”
descrive quanto bene un sistema processa il segnale, e’ una funzione decrescente della frequenza.Segnale di uscita dal rivelatore decresceall’aumentare della frequenza.
< lp/mm
>lp/mm
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RADIOLOGIA DIGITALERICERCA SUI RIVELATORI A RX
Compromesso tra efficienza e costo:
- Migliorare la risoluzione spaziale
- Migliorare efficienza di rivelazione
- Diminuire costo
Le dimensioni dei fori:
- Trasversali ~ 10 m
- Profondità ~ 100 m
Prototipo di rivelatore
riempito con lo scintillatore.