Radiodiagnostica e Radioprotezione

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RADIODIAGNOSTICA E RADIOPROTEZIONE

Anna Claudia Poliseno AA 2024-2025

DIAGNOSTICA PER IMMAGINI

Branca della medicina che si basa sull’uso di diversi tipi di energia (elettromagnetica e meccanica)

per la produzione di bioimmagini idonee a fini diagnostici e terapeutici.

RADIOPROTEZIONE→scienza interdisciplinare (medicina, biologia, ingegneria) il cui obiettivo è

quello di conservare lo stato di salute e di benessere riducendo i rischi sanitari derivanti dall’impiego

di radiazioni ionizzanti, in attività che siano giustificate medico il termine

→nell’ambito

“giustificazione” è importantissimo in quanto c’è di mezzo l’incolumità di una persona.

RADIOBIOLOGIA→campo interdisciplinare della scienza (medicina, fisica, chimica, radiologia,

ingegneria) che si occupa degli effetti biologici delle radiazioni ionizzanti e non ionizzanti.

Cos’è la radiologia? È il ragionamento clinico applicato all’immagine che permette di confermare o

escludere un’ipotesi diagnostica o descrivere un determinato quadro fisiopatologico: il tutto è

mirato ad impostare una strategia terapeutica adeguata. La radiologia interventistica usa tali

immagini come guida per procedure invasive a scopo diagnostico-terapeutico.

RADIOLOGIA CONVENZIONALE

• È una tecnica radiologica che utilizza i raggi X

• È un esame di I livello (base)

• Metodica di facile esecuzione ed a basso costo, permette di dare importanti indicazioni di

base su molte patologie che potranno essere successivamente approfondite tramite esami più

specifici e sofisticati

Tra le tecniche di radiologia convenzionale che usano i raggi X abbiamo:

• Radiografia (dal latino “radius” raggio e dal greco “graphè” scrittura)→fornisce immagini

STATICHE;

• Radioscopia (dal latino “radius” raggio e dal greco “skopè” vista)→fornisce immagini

DINAMICHE. 2

CENNI STORICI

I raggi X vengono scoperti l’8 novembre 1985→data di nascita della Radiologia.

La sera della scoperta, Roentgen (fisico tedesco) si accorse che un foglio di carta brillava di luce

emessa da raggi invisibili provenienti dal tubo a vuoto (tubo catodico) con cui stava lavorando. Nel

tentativo di scoprire le qualità di questi raggi, mise la mano sulla traiettoria del fascio di raggi, e si

accorse che sul foglio si vedeva l'ombra delle ossa della mano. Notò che tali raggi, chiamati da lui «X»,

in quanto sconosciuti, scaturivano dal contatto dei raggi catodici con l'anticatodo nel tubo. In seguito,

capì che, inserendo un oggetto tra l'emettitore dei raggi e una lastra fotografica, era possibile fissare le

immagini ottenute, e conservarle nel tempo. Dopo pochi giorni, la moglie Bertha si prestò a tenere

ferma la sua mano sulla lastra per un tempo di 30 minuti, ottenendo come risultato il famoso

prototipo della radiografia delle ossa della sua mano sinistra e degli anelli indossati.

Il 28 dicembre 1895, Rontgen distribuì il resoconto della sua scoperta alla Società di fisica medica di

Würzburg e, nel giro di pochi giorni, la notizia divenne di dominio pubblico grazie al grande risalto con

cui la stampa internazionale la diffuse. Con questa scoperta vinse nel 1901 il PREMIO NOBEL PER LA

FISICA.

APPARECCHIO RADIOGRAFICO È una MACCHINA RADIOGENA, ovvero che emette radiazioni

ionizzanti→(raggi X, gamma, alfa, beta e neutroni) sono onde

elettromagnetiche o raggi corpuscolari dotati di un'energia sufficiente per

liberare degli elettroni dagli atomi quando attraversano la materia.

È composta da:

• TESTATA: contiene il tubo radiogeno (che emette i raggi X)

• STATIVO: sorregge la testata

• TAVOLO porta paziente

• VANO PORTACASSETTE

• QUADRO COMANDI/CONSOLLE 3

Tubo radiogeno

➢

È un’AMPOLLA di VETRO SOTTOVUOTO che contiene:

CATODO (K, polo negativo)→è costituito da una spirale metallica (di solito in Tungsteno) ad

• altissima resistenza, ovvero con una grande capacità di opporsi al passaggio della corrente

elettrica.

ANODO (A, polo positivo)

• -È costituito da vari elementi (come Molibdeno e Tungsteno)

-È situato di fronte al catodo

-Nei nuovi apparecchi è rotante (ne facilita il raffreddamento)

FUNZIONAMENTO:

Il catodo viene alimentato da una corrente ad alta intensità alla

chiusura dell’interruttore Uh. A causa della sua altissima resistenza,

il catodo diviene incandescente. La corrente attraversa quindi il

filamento a causa dell’eccitazione termica che rende gli elettroni

instabili. Alla chiusura dell’interruttore Ua, vengono messi in

contatto catodo e anodo dove si crea una differenza di potenziale

tra i due, che consente agli elettroni negativi (liberati dal catodo) di

essere accelerati e scagliati rapidamente contro l’anodo. Al

momento del frenamento all’anodo, l’energia cinetica degli

elettroni si trasforma in calore (98%) e fotoni (2%), ovvero raggi X.

I raggi X, una volta prodotti, vanno in tutte le direzioni→FASCIO

EMERGENTE. Si indirizzano, però, solo al bersaglio (OGGETTO

ESPOSTO=corpo umano) grazie al fatto che il tubo radiogeno è

contenuto in una scatola, chiamata «cuffia di piombo», le cui pareti

assorbono la radiazione emessa tranne che in un punto scoperto,

chiamato «finestra», che consente il passaggio del cosiddetto

FASCIO INCIDENTE.

Nell’apparecchio radiografico possiamo impostare:

• CORRENTE (milliAmpere)

- corrente che attraversa la spirale del Catodo

- determina la quantità di elettroni che vengono emessi dal

catodo

• DIFFERENZA DI POTENZIALE (deltaV, KeV)

-determina la velocità con cui gli elettroni impattano

all’anodo 4

RADIOGRAMMI-DETETTORE

Immagine diagnostica ottenuta interponendo la struttura da esaminare tra il tubo radiogeno, che

emette raggi x, e un materiale sensibile alle radiazioni.

Questo materiale può essere:

• PELLICOLA sensibile ai raggi X ed alla luce→una volta esposta ai raggi X, deve essere

sottoposta a un trattamento chimico (sviluppo e fissaggio). La pellicola presenta uno strato di

alcuni micron di gelatina purificata in cui sono immersi granuli di bromuro d’argento che,

quando colpiti dai raggi x, si riducono, liberando argento metallico, responsabile

dell’annerimento della pellicola radiografica al termine del ciclo di sviluppo;

• RILEVATORE DIGITALE sensibile ai raggi X→nel rilevatore digitale, in ogni punto colpito si

generano segnali elettrici di intensità proporzionale ai raggi x incidenti, che vengono poi

convertiti in numeri a loro volta associati ad una scala di grigi.

IMMAGINE ANALOGICA IMMAGINE DIGITALE

Un’immagine analogica può essere definita Le immagini digitali sono immagini

come una immagine SPAZIALMENTE CONTINUA SPAZIALMENTE DISCRETE, che rappresentano

in cui viene rappresentata una variabile variabili discrete:

analogica (la scala di grigi tra il nero ed il bianco • L’immagine digitale è una “somma” di

viene percepita come continua, senza salti superfici unitarie dette PIXEL;

discreti). • La scala di grigi che colora ogni pixel

Svantaggi: assume valori discreti.

• Un’immagine di qualità richiede una In sostanza l’immagine digitale può essere vista

tecnica di esecuzione perfetta; come una MATRICE NUMERICA, dove ogni

• Un’immagine tecnicamente non corretta elemento è composto da un pixel, ed ogni pixel

comporta una perdita di informazione e può assumere un valore numerico discreto

la necessità di ripetere l’esame; lungo una scala pre-impostata.

• Svantaggi:

Alti costi; • Perdita di informazione, sia in senso

• Attenzione alla dose. spaziale che nella scala di grigi;

• Non è possibile trasformare

completamente una immagine digitale in

analogica.

Vantaggi:

• Notevole flessibilità e possibilità di

elaborazione;

• Rapidità di acquisizione e gestione;

• Archiviazione versatile;

• Economia: dose e denaro

Le varie strutture del corpo attenuano/deflettono il fascio di raggi X sulla base della loro densità e del

loro spessore.

Se il fascio di raggi X viene:

• Scarsamente attenuato/deflesso il materiale sensibile sarà maggiormente esposto ai raggi X,

con conseguente forte annerimento dello stesso→radiotrasparenti; 5

• Marcatamente attenuato/deflesso) il materiale sensibile sarà meno esposto ai raggi X, con

conseguente ridotto annerimento dello stesso→radioopache.

L’immagine radiografica è bidimensionale: tutte le strutture incontrate dai raggi x durante il loro

percorso sono rappresentate su di un unico piano, per cui per avere un’analisi spaziale bisogna

ricorrere a due proiezioni.

Ai fini della qualità dell’immagine radiografica sono fondamentali:

• Una corretta angolazione del fascio di raggi X;

• Il mantenimento di un corretto rapporto di reciproca distanza fra i tre elementi del sistema,

cioè tra la sorgente del fascio, l’oggetto da esaminare e la pellicola radiografica.

TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA (TC)

La TC è una tecnica diagnostica che sfrutta le radiazioni ionizzanti per ottenere immagini dettagliate

dei differenti distretti corporei.

A differenza della radiologia convenzionale, non è una fotografia (ha lo stesso principio), ma è stata

sviluppata dall’idea che un oggetto tridimensionale in uno spazio stesso che è tridimensionale può

essere ricostruito matematicamente analizzando le sue proiezioni su diversi piani spaziali. Non è

quindi una fotografia ma una serie di numeri di densità che sono i valori di attenuazione delle

radiazioni che variano in base al distretto di corpo analizzato. Se acquisisco le immagini di una

persona posso quindi estrapolare i valori/numeri della parte che mi interessa analizzare del paziente.

La TC viene chiamata TAC (Tomografia Assiale Computerizzata) ma in realtà è più corretto usare

questo termine quando viene analizzato l’encefalo.

Ora esistono delle TC chiamate DECT (Dual Energy Computer Tomografy) che hanno o un tubo

radiogeno che da intensità di radiazioni diverse oppure ha direttamente due tubi radiogeni. Il vantaggio

in più di queste TAC è che riescono ad ottimizzare molto di più la dose, ottenendo comunque delle

ottime immagini; ricopre uno spazio più ampio e quindi impiega meno tempo a prendere le immagini.

La TC è quindi un procedimento radiologico digitalizzato in grado di fornire immagini tomografiche,

ovvero immagini di sottili strati corporei di spessore finito, consentendo di distinguere i vari organi e

̀

tessuti sulla base della loro densità

, rilevata, misurata e quantizzata in base all’attenuazione di un

fascio di raggi X che li attraversa da differenti punti dello spazio. La valutazione in sequenza delle varie

immagini assiali di uno studio permette di avere un quadro complessivo del distretto anatomico

indagato.

È un esame solitamente di II livello→nell’encefalo però si riduce ad esame di I livello. (L’encefalo dei

bambini può essere analizzato attraverso ecografia in quanto più sottile rispetto a quello di un adulto).

̀

Le immagini TC sono assiali, cioè «tagliano» perpendicolarmente l’asse sagittale mediano.

̀

Oggi la serie delle immagini assiali può essere ricostruita in maniera da ottenere delle immagini lungo

piani anatomici diversi (sagittale, coronale, obliqui o anche curvi) (MPR = Multi Planar Reformation). 6

CENNI STORICI

Alla TC hanno partecipato due studi in modo indipendente.

Negli USA, intorno alla prima metà degli ’60, il fisico Allan Cormack McLeod, pubblica due lavori in cui

descrive le equazioni per ricostruire le immagini sulla base dell’attenuazione di un fascio di raggi X

attraversante un piano corporeo da diverse angolazioni.

In Inghilterra, l’ingegnere elettrotecnico Godfrey Hounsfield, che lavorava alla EMI (casa discografica

dei Beatles che finanziava il progetto), metteva a punto un sistema per l’elaborazione e la conversione

in immagini di multipli fasci di raggi X attraversanti un corpo nel medesimo piano geometrico.

Nel 1972, veniva messo in produzione il primo modello commerciale di Tomografo, all’epoca prodotto

dalla EMI. L’introduzione della TC ebbe un’eco altissima sia nella Medicina sia fra la gente comune.

Alcune differenze con la radiografia

-Possibilità di restituire le immagini senza sovrapposizione di strutture

-Migliore discriminazione dei vari tessuti

-Impiego di una maggiore quantità di radiazioni (1 TCF equivale a circa 800 radiografie)

Radiografia TC 7

STRUTTURA

La TC è costituita da quattro elementi principali:

1) TUBO RADIOGENO→Ruota attorno al paziente su un piano ortogonale all’asse longitudinale del

paziente stesso, tracciando una circonferenza;

2) SISTEMA DI DETETTORI (o rilevatori)→Si muove consensualmente al tubo radiogeno e rende

̀

possibile la misurazione dell’intensità del fascio di raggi x emergente dai tessuti;

3) LETTINO PORTA PAZIENTE→In grado di muoversi avanti e indietro;

4) WORKSTATION (COMPUTER)→Con software di ricostruzione e visualizzazione delle immagini.

CARATTERISTICHE DELLE IMMAGINI TC

Uno strato più o meno sottile del corpo viene attraversato da un fascio di raggi X altamente collimato

(ovvero i raggi sono paralleli tra loro), prodotto da un tubo radiogeno che ruota a 360° intorno al

paziente in maniera consensuale a dei detettori posti invece al di là di quest’ultimo. Ogni strato

corporeo, contenente i diversi tessuti, viene suddiviso dalla macchina in unità di volume elementari

detti Voxel (VOlume x ELement), la cui dimensione dipende dalla collimazione del fascio di raggi x e

dal numero e dimensioni dei singoli detettori. Essendo nota l’intensità dei raggi emessi dal tubo

radiogeno e quella misurata dai detettori, la macchina è in grado di rilevare l’attenuazione che subisce

il fascio di raggi X per ogni “fila” di voxel attraversata. Grazie ad un algoritmo chiamato di

retroproiezione, la macchina è poi in grado di calcolare l’attenuazione del fascio di raggi x per ciascun

singolo Voxel (e quindi la sua densità).

Il DATO GREZZO è, quindi, un insieme di valori assoluti di radiodensità per ogni Voxel dello strato

corporeo considerato. 8

Ciascun VALORE ASSOLUTO DI RADIODENSITÀ di ciascun Voxel viene poi disposto su una scala

densitometrica, la SCALA DI HOUNSFIELD (in onore dell’inventore della TC), che ne permette, poi, la

rappresentazione in una scala di grigi.

Alla base della scala di Hounsfield abbiamo le unità o numeri di Hounsfield (HU) (chiamati anche

numeri TC), i quali sono valori adimensionali proporzionali alla densità, e quindi all’ATTENUAZIONE

DEI RAGGI X, del tessuto.

I numeri di Hounsfield:

• Fanno riferimento alla DENSITÀ DELL’ACQUA, che per convenzione è pari a 0 HU (l’acqua è

stata scelta non a caso, visto che è ben presente nel nostro corpo)

• Vanno da +1000, che corrisponde alla densità massima, che è quella dell’OSSO, a -1000 HU,

che corrisponde invece alla densità minima, che è quella dell’ARIA.

Nella parte più bassa della scala avremo quindi le regioni radiotrasparenti, come aria (-1000 HU),

polmoni (-700/-800 HU), grasso(-200/-20HU), mentre nella parte intermedia avremo i parenchimi,

ovvero tessuti specifici di un organo (+30/+89 HU) e nella parte alta l'osso (+1000 HU). Quindi, sulla

base del relativo profilo di attenuazione, ad ogni Voxel viene assegnato un numero di Hounsfield.

Successivamente, ogni Voxel, con il suo relativo numero in HU, viene assegnato alla matrice

dell’immagine, la quale è solitamente di 512 x 512 pixel.

Ogni voxel viene quindi rappresentato in una gradazione di grigio simile a quella radiografica:

maggiore densità = bianco; minore densità = nero.

Nelle immagini TC si parla di DENSITÀ, nelle immagini Radiografiche di

RADIOPACITA’/RADIOTRASPARENZA In TC gli organi ed i tessuti potranno essere iperdensi (più

→

chiari), ipodensi (più scuri) o isodensi in relazione ad un altro organo o tessuto o alla densità di

riferimento dell’acqua. 9

ECOGRAFIA

L’ecografia o ecotomografia è una metodica che NON utilizza radiazioni ionizzanti ma

ultrasuoni→sono delle onde sonore che noi non sentiamo perché hanno una frequenza altissima,

sono emesse da una sonda e l’elaborazione di segnali di ritorno (ECHI), che attraversano i vari tessuti

e organi, ci permettono di studiarli.

È un esame di I livello (base).

Economico, disponibile, ripetibile→OPERATORE DIPENDENTE, la qualità dell’esame dipende dalla

bravura dell’operatore.

Mezzo di contrasto PARAMAGNETICI (perturbano il campo magnetico)→bolle d’aria rivestite di

zucchero, l’aria blocca l’ultrasuono. Viene fatto endovena ed espulso tramite la respirazione, non

rimane nell’interstizio ma va nei vasi.

Gli ultrasuoni

➢

Gli ultrasuoni, o onde sonore, sono ONDE MECCANICHE che si propagano in un mezzo idoneo

sottoforma di onde elastiche longitudinali che determinano fasi alterne di compressione e rarefazione

del mezzo in cui si trovano

vuoto non è quindi possibile la loro trasmissione, primo ostacolo degli ultrasuoni è l’aria, al

→Nel

contrario mezzo che facilita l’espansione degli ultrasuoni è l’acqua (se per esempio bisogna fare

un’ecografia ginecologica si consiglia di avere la vescica piena).

Gli ultrasuoni sono onde sonore ad altissima frequenza, maggiore di 20.000 Hz (0,02 Mhz): sono

così detti perché non udibili dall’orecchio umano, che è in grado di percepire suoni nell’intervallo di

20-20.000 Hz