diagnostica per immagini - ingegneria biomedica · 2 i raggi x radiazioni elettromagnetiche ad alta...
TRANSCRIPT
1
ab/10/2005
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: [email protected]
ab/10/2005
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
2
I raggi X
�Radiazioni elettromagnetiche ad alta energia�Utilizzati in Diagnostica per Immagini per
– Radiografia– Radioscopia– TC (Tomografia Computerizzata)
ab/10/2005
Per fare una radiografia
�Apparecchio radiografico
�Oggetto da studiare (paziente)
�Recettore dei raggi
3
La formazione dei raggi X
RAGGI X DA FRENAMENTO(BREMSSTRAHLUNG)
elettrone
RAGGI X CARATTERISTICI
ab/10/2005
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)
4
ab/10/2005
TUBO DI CROOKES
elettroni
Catodo
-
Anodo
+
ab/10/2005
TUBO DI CROOKES
elettroni
Catodo
-
Anodo
+ Raggi X
elettroni
5
ab/10/2005
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.
ab/10/2005
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-
6
ab/10/2005
RADIOGRAFIA
Immagine diagnosticaottenuta interponendola struttura daesaminare tra un tuboradiogenoe un materiale sensibilealle radiazioni
Materiale sensibile ai raggi X
tubo radiogeno
ab/10/2005
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)
7
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)
ab/10/2005
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
8
ab/10/2005
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)
9
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)
ab/10/2005
Anodo e catodo
raggiungono temperature altissime�durante il funzionamento�devono essere fatti di materiale ad elevata
temperatura di fusionedevono essere raffreddati
10
ab/10/2005
TUNGSTENO
Elevato punto di fusione (3370°C)
Ottimo conduttore
Elevato potere di frenamento
ab/10/2005
TUBO RADIOGENOCON ANODO ROTANTE
Anodo Catodo
+ -
11
ab/10/2005
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.
ab/10/2005
Schema di un tubo radiogeno moderno
12
IL TUBO RADIOGENO E’ PROTETTODA UN INVOLUCRO CON PARETI IN PIOMBO
ab/10/2005
Tubi specifici per applicazioni particolari
Micro-angiografiaMammografiaApparecchi portatiliTubi radiogeni ad alta capacità termica per TC
Il Tubo Radiogeno
13
ab/10/2005
RADIOGRAFIA
Immagine diagnosticaottenuta interponendola struttura daesaminare tra un tuboradiogenoe un materiale sensibilealle radiazioni
Materiale sensibile ai raggi X
tubo radiogeno
ab/10/2005
interazioni dei raggi X con i tessuti
• Deviazione - scatter semplice
•Effetto fotoelettrico•Deviazione - scatter Compton• Formazione di coppie• Fotodisintegrazione
14
ab/10/2005
RADIAZIONI E.M. IONIZZANTI(raggi X e gamma)
EFFETTO FOTOELETTRICOionizzazione
ab/10/2005
RADIAZIONI E.M. IONIZZANTI(raggi X e gamma)
EFFETTO COMPTONionizzazione + raggio deviato
15
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
16
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)
17
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
18
ab/10/2005
RADIOSCOPIA
Immagine diagnosticaottenuta in tempo reale,su un monitorinterponendo la struttura daesaminaretra un tubo radiogeno e unoschermo fluorescente
Schermo fluorescente
tubo radiogeno
ab/10/2005
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
19
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.
20
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 )
21
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....)
ab/10/2005
RADIOSCOPIA
immagine dinamica"real time"
RADIOGRAFIA
immagine statica
22
ab/10/2005
APPARECCHI RADIOGRAFICI
FISSI
MOBILI
PORTATILI
ab/10/2005
Apparecchio radiografico fisso
• Tubo radiogeno con stativo• Tavolo di comando (non nella foto)• Tavolo portapaziente
23
Foto apparecchio RX Tubo radiogeno
TavoloportapazienteCassetta con pellicola
Amplificatore di brillanza
Foto apparecchio RXTubo radiogeno
Tavoloportapaziente
Portacassetta
26
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
27
ab/10/2005
PARAMETRI DA REGOLARENELL' ESAME RADIOGRAFICO
Intensità di corrente del catodo(mA)
Differenza di potenzialeanodo-catodo (KV)
Tempo di esposizione (sec)
ab/10/2005
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
28
ab/10/2005
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).
ab/10/2005
CONDIZIONI GENERALI DI LAVORO
SCOPIA 40-100 KV 3-4 mA
GRAFIA 30-120 KV 100-1000 mA
29
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
30
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
31
Limitatori del campo
Effetto Compton: deviazione (scatter) deiraggi rispetto alla direzione di origine
La “croce” dellaradiodiagnostica
33
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
34
La formazione dell’immagine radiologica
Alterazioni dell’immagine:Ingrandimento dell’oggetto
Deformazione dell’oggetto
Sfumatura
Effetto anodico
Geometria dell' immagineingrandimento
35
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