Title: RADIOLOGIA: GENERALITA
1RADIOLOGIAGENERALITAdi TECNICA
1
CENNI STORICI
(Lezione realizzata dal Prof. C.
Fava, Univ. di Torino)
2Possiamo ottenere IMMAGINI a scopo diagnostico
utilizzando
- RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IONIZZANTI
- RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE NON IONIZZANTI
- ONDE MECCANICHE
- FENOMENI MAGNETICI
3Il 28 dicembre 1895 W.C.Roentgen, professore di
fisica di Wurzburg, annunciava la scoperta dei
Raggi X, radiazioni elettromagnetiche che egli
aveva constatato uscire da un tubo a raggi
catodici che stava usando nel proprio laboratorio
ROENTGEN
4La definizione di raggi X ( misteriosi) è
dello stesso Roentgen. Si trattava di radiazioni
elettromagnetiche, caratterizzate da lunghezza
donda inferiore a quella della luce visibile.
5(No Transcript)
6RAGGI X impiegati in diagnostica e radioterapia
superficiale
- Lunghezza donda da 1A a 0,1A
- Energia da 12.400 ev a 124.000 ev
- La energia del fotone è legata alla frequenza
- Energia h x frequenza h costante di
Planck (6,61 x 10 -34 j x s)
7Le RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE
- procedono in linea retta
- possono attraversare il vuoto
- non sono influenzate dai campi magnetici
8FUOCO
OGGETTO
OMBRA
9Le RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE
- procedono in linea retta
- possono attraversare il vuoto
- non sono influenzate dai campi magnetici
- se incontrano un corpo solido ne vengono assorbite
10I RAGGI X
- procedono in linea retta
- possono attraversare il vuoto
- non sono influenzate dai campi magnetici
- attraversano i corpi solidi venen-done
parzialmente assorbiti
11La diversa lunghezza donda (legata alla diversa
energia) è motivo del differente comportamento
- i raggi luminosi non attraversano i corpi solidi
(con poche eccezioni), ma ne sono assorbiti o
riflessi - i raggi X attraversano i corpi solidi venendone
parzialmente assorbiti al passaggio. La loro
energia è tale da determinare ionizzazioni.
12- i raggi X sono in grado di attraversare i corpi
opachi alla luce - al passaggio, il fascio viene assorbito
lassorbimento è in rapporto alla quantità e alla
qualità della sostanza attraversata
13La qualità della sostanza è di fatto
rappresentata dal numero atomico (Z) dei
costituenti
1 8 6 20
53 56 74 82
14- Le differenze di densità
- tra le diverse componenti anatomiche sono alla
base del contrasto naturale. - In generale, tanto maggiore è il contrasto
naturale, tanto più è agevole riconoscere le
diverse componenti anatomiche.
15(No Transcript)
16- Vi sono condizioni
- (soprattutto in RT), nelle quali il contrasto
naturale non è sufficiente per distinguere tra
loro le diverse componenti anatomiche. - In questi casi si ricorre a sostanze che,
introdotte in vario modo nellorganismo, sono in
grado di - creare un contrasto artificiale.
17- Queste sostanze si chiamano MEZZI DI CONTRASTO
(mdc). - Il loro impiego è vecchio quanto è vecchia la
radiologia. - Classicamente vengono distinti in mdc opachi e
mdc trasparenti. - I primi (opachi o radiopachi) sono di gran lunga
i più usati.
18(No Transcript)
19RADIOLOGIAGENERALITAdi TECNICA
2
PRODUZIONE RAGGI X
20Le RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IONIZZANTI
sono
- create da macchine ( raggi X)
- naturali ( raggi ?)
21PRODUZIONE DI RAGGI X MEDIANTE MACCHINEI
TUBI RADIOGENI
22- Caratteristica comune di tutte queste macchine è
di determinare laccelerazione di elettroni nel
vuoto per effetto di una differenza di potenziale
elevata. - Gli elettroni così accelerati causeranno la
formazione di raggi X per interferenza con gli
atomi del metallo (abitualmente Tungsteno) - di cui è costituito lanodo.
23(No Transcript)
24(No Transcript)
25(No Transcript)
26(No Transcript)
27(No Transcript)
28(No Transcript)
29MECCANISMI DI FORMAZIONE DEI RAGGI X
- Radiazione di frenamento (o Bremsstrahlung)
- Radiazione caratteristica
30MECCANISMI DI FORMAZIONE DEI RAGGI X
- Radiazione di frenamento (o Bremsstrahlung)
- Radiazione caratteristica
31PRODUZIONE DI RAGGI X PER FRENAMENTO
32PRODUZIONE DI RAGGI X PER FRENAMENTO
33MECCANISMI DI FORMAZIONE DEI RAGGI X
- Radiazione di frenamento (o Bremsstrahlung)
- Radiazione caratteristica o eccitazione
34PRODUZIONE DI RAGGI X PER ECCITAZIONE
e-
35PRODUZIONE DI RAGGI X PER ECCITAZIONE
36PRODUZIONE DI RAGGI X PER ECCITAZIONE
37- La radiazione caratteristica concorre in misura
quantitativamente modesta alla composizione del
fascio - alla tensione di 100 kVp solo il 15 dei fotoni
riconosce questo meccanismo di formazione.
38- Il rendimento del tubo radiogeno è molto basso,
in quanto il 95 circa dellenergia ceduta dagli
elettroni accelerati sullanodo - si trasforma in calore.
- Questo calore si sviluppa dalla macchia focale,
bombardata dagli elettroni.
39- Ciò crea importanti problemi, in quanto per
migliorare la qualità dellimmagine è soprattutto
importante ridurre il più possibile le dimensioni
della macchia focale - il fuoco ideale è puntiforme.
- Si delineano pertanto le necessità antitetiche di
ridurre le dimensioni e insieme la temperatura
della - macchia focale.
40OMBRA E PENOMBRA
F
F
F
O
O
O
D 1
D 2
D 3
41FUOCO NON PUNTIFORME
42TUBO DI COOLIDGE
43La macchia focale è in realtà unastrazione
geometrica, essendo la proiezione su una
determinata direttrice di una superficie
inclinata. In un tubo riconosciamo
- un fuoco elettronico
- un fuoco ottico
- un fuoco termico
44- Il FUOCO ELETTRONICO è la porzione di anodo
colpita dagli elettroni liberati dalla spiralina
catodica ed accelerati dalla differenza di
potenziale. - E larea sulla quale si formano
- i raggi X.
45FUOCO ELETTRONICO
46- Il FUOCO OTTICO è la proiezione geometrica del
fuoco elettronico lungo la direzione del fascio
è quindi una entità apparente, le cui dimensioni
condizionano peraltro in modo determinante la
qualità - dellimmagine radiologica.
47FUOCO OTTICO
48- Le dimensioni del fuoco ottico possono essere
ridotte senza variare le dimensioni del fuoco
elettronico, giuocando sul fattore proiettivo
(incrementando, cioè, linclinazione del piano
anodico).
49EFFETTO DELLINCLINAZIONE DEL PIANO ANODICO SULLE
DIMENSIONI DEL FUOCO OTTICO
50- Il FUOCO TERMICO è la parte di anodo sottoposta a
riscaldamento per effetto del bombardamento - degli elettroni.
- Nei tubi ad anodo fisso coincide
- con il fuoco elettronico.
- Nei tubi ad anodo rotante possiede una superficie
che aumenta - con il crescere del
- diametro del piatto anodico.
51FUOCO TERMICO
FUOCO TERMICO FUOCO ELETTRONICO NEI TUBI AD
ANODO FISSO
52TUBO AD ANODO ROTANTE
53- Esistono peraltro ulteriori opzioni tecnologiche
per ottenere il raffreddamento dellanodo una
via molto seguita è quella della circolazione di
liquido refrigerante (acqua, olio...) allinterno
della cuffia di protezione del tubo radiogeno.
54MODALITA DI ATTENUAZIONE DEL FASCIO
55INTERAZIONE DEI FOTONI X CON LA MATERIA
- EFFETTO TOMPSON
- EFFETTO FOTOELETTRICO
- EFFETTO COMPTON
- FORMAZIONE DI COPPIE
56EFFETTO FOTOELETTRICO
- il fotone incidente cede tutta la propria energia
a un elettrone, che viene sbalzato dallorbita
un altro elettrone viene allora richiamato da
unaltra orbita, con lemissione di un fotone di
fluorescenza
57EFFETTO FOTOELETTRICO o di FLUORESCENZA
58EFFETTO COMPTON
- il fotone incidente cede parte della propria
energia a un elettrone (elettrone Compton, che
viene sbalzato dallorbita), cambiando direzione
e aumentando la propria lunghezza donda
59EFFETTO COMPTON
60RIVELATORI DI RAGGI X
61RIVELAZIONE
- Limmagine di assorbimento di un fascio è una
immagine latente. - Perché acquisti significato pratico deve essere
rivelata.
62(No Transcript)
63Già Roentgen si era accorto (peraltro in modo
casuale) che i raggi X erano in grado di
- annerire le emulsioni fotografiche
- rendere fluorescenti alcune sostanze
64RIVELATORI DI RAGGI X
- SOSTANZE FLUORESCENTI
- EMULSIONI FOTOGRAFICHE
- CRISTALLI FOTOEMITTENTI
- CAMERE DI IONIZZAZIONE
- CAMPI ELETTRICI
65RADIOLOGIAGENERALITAdi TECNICA
3
RIVELATORI DI RAGGI X
66TUBO RADIOGENO
FASCIO DI RADIAZIONI
OGGETTO (CON LESIONE)
IMMAGINE LATENTE DI ASSORBIMENTO NEL FASCIO
(RADIORILIEVO) ANCORA DA RIVELARE
67TUBO RADIOGENO
FASCIO DI RADIAZIONI
OGGETTO (CON LESIONE)
IMMAGINE LATENTE DI ASSORBIMENTO NEL FASCIO (c.d.
radiorilievo)
68TUBO RADIOGENO
FASCIO DI RADIAZIONI
OGGETTO (CON LESIONE)
IMMAGINE LATENTE DI ASSORBIMENTO NEL FASCIO (c.d.
radiorilievo)
PELLICOLA
69TUBO RADIOGENO
FASCIO DI RADIAZIONI
OGGETTO (CON LESIONE)
IMMAGINE LATENTE DI ASSORBIMENTO NEL FASCIO (c.d.
radiorilievo)
PELLICOLA
IMMAGINE RIVELATA
70Già Roentgen si era accorto (peraltro in modo
casuale) che i raggi X erano in grado di
- annerire le emulsioni fotografiche
- rendere fluorescenti alcune sostanze
71RIVELATORI DI RAGGI X
72- SCHERMO PER RADIOSCOPIA (sezione)
73- RISCHI PER LOPERATORE CONNESSI ALLA RADIOSCOPIA
74INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
75(No Transcript)
76(No Transcript)
77RIVELATORI DI RAGGI X
- SOSTANZE FLUORESCENTI
- EMULSIONI FOTOGRAFICHE
- CRISTALLI FOTOEMITTENTI
- CAMERE DI IONIZZAZIONE
- CAMPI ELETTRICI
78Granuli della emulsione
EMULSIONE 1
SUPPORTO (un tempo di acetato, ora di plastica)
0,2 mm
EMULSIONE 2
79- Nellesecuzione di radiografie
- leffetto di annerimento diretto e lattitudine
ad evocare fluorescenza vengono - utilizzati contemporaneamente
- con un semplice, efficacissimo, artificio
80PELLICOLA TRADIZIONALECON DOPPIA EMULSIONE
81- Lannerimento delle pellicole è dovuto in larga
prevalenza allazione degli schermi di rinforzo
40 1
82- Questo forte incremento di annerimento
corrisponde ad eguale riduzione della dose. - Il prezzo da pagare, però, è uno scadimento della
qualità dellimmagine, dovuta a diversi fattori.
CROSS-OVER e altri difetti da schermi
83PELLICOLA
DOSE
2 emulsioni, 2 schermi
1
1 emulsione, 1 schermo
2/3
2 emulsioni, non schermi
40
84SENZA SCHERMI
UNO SCHERMO
DUE SCHERMI
85- Il fascio di raggi X viene assorbito in misura
maggiore o minora in rapporto alla quantità e
qualità ( densità) - dei tessuti attraversati.
- Il tessuto poco denso assorbe scarsamente il
fascio è, cioè, - trasparente al fascio o radiotrasparente.
- Allopposto, il tessuto denso che assorbe molto
il fascio si definisce radiopaco.
86- Se si utilizza una pellicola come rivelatore, là
dove il fascio giunge poco assorbito si osserva
un notevole annerimento. - Pertanto sulla pellicola (che è un negativo!) il
forte annerimento significa radiotrasparenza (o
trasparenza).
Scarso annerimento è invece sinonimo di
radiopacità (od opacità).
87- Se invece si utilizza come rivelatore uno schermo
di radioscopia, le cose vanno in modo inverso là
dove il fascio giunge poco attenuato
(ipodensità!) si ha infatti forte illuminazione
dello schermo.
Forte illuminazione ( bianco) significa
radiotrasparenza, mentre scarsa illuminazione (
nero) sta per opacità. E lopposto della
pellicola!
88- Il concetto - fondamentale in Radiologia - di
opacità e trasparenza deve dunque prescindere del
sistema di rilevazione, - che ne può far variare
- le modalità di presentazione.
- Trasparente (radiotrasparente) è la struttura
che assorbe poco - il fascio di raggi X,
- opaco (radiopaco) è loggetto che assorbe molto
il fascio.
89E lattitudine di una metodica di imaging a
riconoscere come distinti tra loro due punti (o
due linee). La risoluzione spaziale indica in
pratica la capacità di rappresentare particolari
fini. Si valuta in paia di linee per millimetro
(iquante coppie di linee per millimetro, luna
bianca e laltra nera, la metodica è in grado di
riconoscere come distinte).
90(No Transcript)
91In RT e TC è lattitudine di una metodica di
imaging a riconoscere gli scarti di densità tra
strutture diverse ( bianco dal nero). In RM il
concetto è analogo, ma basato, invece che sulla
densità, sulle differenze di distribuzione di
protoni ovvero sulle differenze dei tempi di
rilassamento nelle varie componenti
anatomiche. In ecografia il contrasto trae
origine dalle differenze di impedenza acustica.
92(No Transcript)
93MODALITA DI FORMAZIONE DELLIMMAGINE RADIOGRAFICA
94RADIOLOGIAGENERALITAdi TECNICA
4
FORMAZIONE IMMAGINE
95FASCIO DI RADIAZIONI E SUO ASSORBIMENTO
96- I problemi con i quali dobbiamo confrontarci sono
fondamentalmente due
- limmagine radiografica è bidimensionale, e
corrisponde alla vista in pianta delloggetto
nella specifica proiezione - il fascio di raggi X diverge
971
- Limmagine radiografica è bidimensionale, e
corrisponde alla vista in pianta delloggetto
nella specifica proiezione
98SOLIDI DIVERSI loro immagine di proiezione
lungo lasse del fascio incidente
992
- Il fascio di raggi X diverge
100- Le radiazioni elettromagnetiche
- (e tra queste i raggi X) procedono in linea retta
- dalla sorgente verso linfinito, divergendo tra
loro.
101- La divergenza del fascio causa ingrandimento
- dellombra rispetto alloggetto
102- Fattore
- di ingrandimento
- d2 distanza F-P
- d1 distanza F-O
103RADIOLOGIAGENERALITAdi TECNICA
RADIOGRAFIA DIGITALE
104RIVELATORI DI RAGGI X
- SOSTANZE FLUORESCENTI
- EMULSIONI FOTOGRAFICHE
- CRISTALLI FOTOEMITTENTI
- CAMERE DI IONIZZAZIONE
- CAMPI ELETTRICI
105RIVELATORI DI RAGGI X
- SOSTANZE FLUORESCENTI
- EMULSIONI FOTOGRAFICHE
- CRISTALLI FOTOEMITTENTI
- CAMERE DI IONIZZAZIONE
- CAMPI ELETTRICI
106RIVELATORI DI RAGGI X
- SOSTANZE FLUORESCENTI
- EMULSIONI FOTOGRAFICHE
- CRISTALLI FOTOEMITTENTI
- CAMERE DI IONIZZAZIONE
- SEMICONDUTTORI
107- Successivamente allo sviluppo della TC, si è
assistito alla comparsa di altre tecniche che
forniscono immagini di tipo digitale (cioè su
matrice numerica). - Si tratta di immagini analoghe ai radiogrammi, ma
elaborate dal computer partendo da sistemi di
rivelazione diversi dalla pellicola radiografica. -
- Si definiscono RADIOGRAFIE DIGITALI.
108- Le radiografie digitali, al pari di tutte le
immagini digitali, sono basate sul ricorso ad una
MATRICE, nella quale limmagine viene scomposta
in un numero finito di unità elementari di
superficie, per lo più quadrate, chiamate PIXEL
109(No Transcript)
110- In una matrice tanto più piccoli sono i pixel,
tanto più dettagliata è limmagine. - Una matrice fitta è indispensabile quando si
richieda una elevata risoluzione spaziale.
111(No Transcript)
112(No Transcript)
113- In una matrice tanto più piccoli sono i pixel,
tanto più dettagliata è limmagine. - Una matrice fitta è indispensabile quando si
richieda una elevata risoluzione spaziale. - In questottica, il banco di prova di gran lunga
più impegnativo è rappresentato dello studio
radiologico del torace.
114Si conoscono attualmente quattro modalità
principali di radiografia digitale
- rad. digitale da intensificatore di brillanza
- rad. digitale ai fosfori con memoria
- rad. digitale con CCD
- rad. digitale a piastra di materiale
semiconduttore
115- INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
- FOSFORI CON MEMORIA
- CCD
- PIASTRA DI MATERIALE SEMICONDUTTORE
116- INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
- FOSFORI CON MEMORIA
- CCD
- PIASTRA DI MATERIALE SEMICONDUTTORE
117- INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
- FOSFORI CON MEMORIA
- CCD
- PIASTRA DI MATERIALE SEMICONDUTTORE
118FOSFORI A MEMORIA
Sistema sviluppato da una ditta giapponese a
partire dagli anni 80, è stato progressivamente
migliorato ed è attualmente lunica modalità
digitale per radiologia generale ampiamente
diffusa e sperimentata
119FOSFORI CONVENZIONALI
RAGGI X
LUCE
FOSFORI A MEMORIA
LUCE ENERGIA MEMORIZZATA
RAGGI X
LASER
LUCE
120- E ben noto che la qualità dellimmagine nel
radiogramma digitale è in relazione a due fattori
- la scala dei grigi
- la finezza della matrice
121- Anche se un po impropria, una valutazione in
questottica del radiogramma analogico può essere
tentata
43 cm
6 p linee/mm
35 cm
pixel 0.083 mm
122LIVELLI DI GRIGIO
Sono determinati dal numero di bit disponibili
per la codifica
8 bit 256 livelli di grigio 10 bit
1.024 livelli di grigio 12 bit 4.098 livelli
di grigio 14 bit 16.392 livelli di grigio
123- RISOLUZ. SPAZIALE/CONTRASTO
MATRICE
PIXEL (µm)
Bit
83
8
Rad. Tradiz.
5160 x 4200
780
10
Intensificatore
512 x 512
250
10
Fosfori
1700 x 1700
124- INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
- FOSFORI CON MEMORIA
- CCD
- PIASTRA DI MATERIALE SEMICONDUTTORE
125- INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
- FOSFORI CON MEMORIA
- CCD
- PIASTRA DI MATERIALE SEMICONDUTTORE
126The Evolution of Image Capture Technologies
127CURVA CARATTERISTICA DI UNA PELLICOLA
128CURVA DI RISPOSTA AI RAGGI XDI UN DETETTORE
DIGITALE
129- RISOLUZ. SPAZIALE/CONTRASTO
MATRICE
PIXEL (µm)
Bit
83
8
Rad. Tradiz.
5160 x 4200
780
10
Intensificatore
512 x 512
250
10
Fosfori
1700 x 1700
176
12
Thoravision
2448 x 2166
205
14
G. E.
2000 x 2000
143
14
Trixel
3000 x 3000
139
14
Hologic
3072 x 2550
130DQE
Detective Quantum Efficiency
131RAD. DIGITALE SVANTAGGI
- Risoluzione spaziale inferiore (in quasi tutte le
apparecchiature) al radiogramma tradizionale - Necessità di apparecchiature dedicate
- Costi molto elevati
132RAD. DIGITALE VANTAGGI
- Leggero risparmio di dose (con le metodiche più
recenti) - Ampia latitudine di esposizione (scomparsa degli
errori tecnici) - Ottimizzazione del contrasto
- Possibilità di post-processing
- Archiviazione in forma digitale