Anatomia Radiografica

Anatomia radiografica: condizioni fisiologiche

Modalità di imaging

Radiologia, ecografia, tomografia (TAC), risonanza.

Radiologia

Principi fisici dei raggi X, apparato scheletrico, torace, addome (la radiologia ha poco rilevanza nell’identificazione delle strutture dell’addome: per questa regione viene infatti impiegata l’ecografia).

Ecografia

Principi fisici, addome.

Tomografia computerizzata

Principi fisici, cranio, colonna vertebrale, torace.

Radiodiagnostica

Principi fisici

• Generazione dei raggi X
• Come i raggi X interagiscono con la materia
• Rilevazione dei raggi X
• Formazione dell’immagine
• Interpretazione

Raggi X

Sono onde con velocità, frequenza e lunghezza d’onda caratteristiche. Si formano da un tubo dettoradiogeno. Per schermare i raggi X vengono usati camici, guanti e collari di piombo.

• Onde radio v = c/λ v: frequenza (n° vibrazioni nel tempo)
• Microonde c = v x λ c: velocità
• Raggi UV λ = c/v λ: lunghezza d’onda
• Raggi X
• Raggi γ

Generazione dei raggi X

I raggi X si generano a livello di tubo radiogeno di Coolidge.

Componenti

• Anodo (+) sono contenuti in un involucro di vetro con apertura per far passare il fascio di raggi X
• Catodo (-)
• Spiralina: è simile al filo di tungsteno presente nelle lampadine ed è situata nel catodo.
• Macchia focale: dispositivo posto sull’anodo composto di tungsteno.

La spiralina viene surriscaldata tramite il passaggio di corrente elettrica oltre i 2000°C. Il calore crea una debolezza nei legami che compongono la spiralina e fa sì che degli elettroni si stacchino creando una nube di elettroni. Questa nube viene attratta verso la macchia focale, determinando la liberazione di raggi X che escono tramite un’apertura nell’involucro di vetro.

Atomo

I legami tra nucleo ed elettroni sono tanto più deboli quanto più l’elettrone si trova in un orbitale esterno e quindi più distante. Nella generazione di raggi X, esistono due tipi di radiazioni che avvengono contemporaneamente:

• Radiazioni di frenamento: le radiazioni originano quando gli elettroni liberatisi dalla spiralina interagiscono con gli atomi di tungsteno della macchia focale. Da questa interazione gli elettroni vengono in parte frenati o deviati, perdendo energia cinetica o sbattendo contro il nucleo o passandogli vicino. L’energia che si libera rappresenta i fotoni. Avvengono tre casi:
  • L’elettrone passa lontano dal nucleo e viene parzialmente deviato: l’energia liberata in fotoni è scarsa;
  • L’elettrone passa vicino al nucleo e si liberano fotoni abbastanza energetici;
  • L’elettrone arriva contro il nucleo e viene completamente frenato, perdendo tutta l’energia cinetica e generando fotoni molto energetici.
• Radiazioni caratteristiche: interazione tra elettrone accelerato e un elettrone della macchia focale (generalmente dell’orbitale più interno). L’elettrone liberato dalla spiralina interagisce con l’elettrone del tungsteno nella macchia focale, scalzandolo. L’elettrone scalzato è detto fotoelettrone. L’atomo però si trova in una forma instabile: così l’elettrone che è stato appena perso viene sostituito con un elettrone di un orbitale più esterno. Questo salto dell’elettrone libera energia sotto forma di fotoni (raggi X). L’energia del fotone sarà uguale alla differenza di energia tra i due livelli.

Proprietà dei raggi X

• C = velocità → 300 000 km/sec
• V = frequenza → 10¹⁸ vibrazioni/sec
• Λ = lunghezza d’onda → 80 -0,01 A.

Variando questi parametri è possibile ad esempio generare raggi X con intensità, penetrazione, ecc diverse.

I raggi X

• Si propagano seguendo traiettoria rettilinea in tutte le direzioni dello spazio: il tubo ha infatti una sola apertura per convogliare i raggi in un solo punto e il contenitore è composto da piombo e vetro per schermarli.
• Si disperdono secondo la legge del quadrato delle distanze.
• Vengono in parte arrestati o assorbiti dai corpi che incontrano (subiscono un’attenuazione).

Questi fenomeni generano molto calore e non molti raggi X. Ecco perché i materiali usati hanno un punto di fusione molto alto. Una soluzione per creare meno calore è utilizzare una macchina radiogena con anodo rotante: in questo caso la macchia focale ruota ed evita che gli elettroni sbattano sempre sullo stesso punto (come avviene nell’anodo fisso).

Quantità e qualità dei raggi

Quantità dei raggi X

È possibile modificare i parametri che andranno a formare i raggi X desiderati, quali i milliAmpere (mA), i kilovolt (kV) e i secondi. mAs: prodotto tra mA e secondi (presente solo in alcune macchine radiogene). Indica quindi la quantità di raggi X prodotti, direttamente proporzionale all’intensità di corrente che imprimo alla spiralina. Se con valore mAs 100 produco 10 raggi X, a valore mAs 200 produrrò 20 raggi X.

Qualità dei raggi X

La qualità dei raggi X dipende dai kilovolt (kV). È l’energia cinetica del fascio di raggi che produco. Con una differenza di potenziale di 100 kV produco raggi X a una certa velocità. Se cambio il valore a 50 kV, si produrranno raggi X veloci la metà e con minore energia cinetica. Quindi più si aumentano i kV, più i raggi X sono penetranti nelle strutture e veloci.

Interazione dei raggi X con la materia

Energia cinetica degli elettroni che escono dal catodo e arrivano all’anodo (1/2 mv² = elettronvolt o eV). L’effetto dell’interazione è la conversione dell’energia cinetica degli elettroni incidenti in:

• Energia termica 98-99%
• Energia elettromagnetica (raggi X) 2-1%

Il tubo radiogeno ha una bassa efficienza di produzione di raggi X dato che la maggior parte dell’energia viene trasformata in calore.

Interazioni tra radiazioni e materia

• Diffusione coerente: si verifica quando un fotone primario uscito dal tubo radiogeno interagisce con la struttura e viene semplicemente deviato senza perdere energia (fotone diffuso).
• Effetto fotoelettrico: arrivo del fotone primario che scalza un elettrone e crea instabilità nell’atomo. L’elettrone perso viene sostituito con uno proveniente da un orbitale esterno. Il salto dell’elettrone provoca liberazione di energia sotto forma di fotone (raggio X secondario).
• Effetto Compton: arrivo di un fotone primario che scalza un elettrone di un orbitale esterno e non viene arrestato. Il fotone viene deviato perdendo anche energia (raggio X secondario). Poiché si tratta di un elettrone di un orbitale esterno, non viene rimpiazzato.

Assorbimento dei raggi X

Fattori che influenzano l’assorbimento:

• Energia del fascio dei raggi X: se la lunghezza d’onda (λ) è minore, maggiori sono le probabilità che le radiazioni passino attraverso gli spazi interatomici subendo una minore attenuazione.
• Densità della materia: più una struttura è densa, più è difficile il passaggio di raggi X (spazi più piccoli) che avranno più possibilità di interazione.
• Numero atomico: più è elevato, più si avranno elettroni, più sarà probabile che i raggi X vengano deviati e che quindi passino più difficilmente.
• Spessore: a parità di numero atomico, la capacità delle strutture di assorbire i raggi varia con il loro spessore (ad esempio diverso spessore delle ossa).

Rivelazione dei raggi X

Radiografia: proprietà di impressionare le pellicole radiografiche. Solo i raggi X che oltrepassano il corpo dell’animale impressionano la pellicola. Importante è anche lo spessore che ostacola il passaggio dei raggi X. La pellicola radiografica può essere impressionata sia dai raggi X, sia dalla luce. Per questo è importante prestare attenzione quando le pellicole vengono sostituite.

La pellicola radiografica è contenuta dentro una cassetta radiografica in cui sono presenti altri due dispositivi, gli schermi di rinforzo. Questi sono costituiti da sostanze fluorescenti come l’ossisolfuro di gadolinio che hanno la capacità di emettere luce se stimolate dai raggi X. La pellicola radiografica viene colpita sia dai raggi X che oltrepassano l’animale, sia dai fotoni che si liberano dagli schermi di rinforzo, creando così un’immagine latente, cioè non ancora in grado di essere osservata.

Schermi di rinforzo

Si trovano all’interno della cassetta radiografica e sono costituiti da cristalli fluorescenti. Queste proprietà fluorescenti derivano dalla natura dell’elemento che li compone.

Classificazione degli schermi di rinforzo

• Velocità: efficienza di conversione dei fotoni X in fotoni luminosi.
• Risoluzione: efficienza di rappresentazione separata di due punti vicini.
• Emissione spettrale: lunghezza d’onda (λ) della luce emessa.

Differenze tra gli schermi di rinforzo

Più i cristalli hanno una grana grossa, più veloce sarà la conversione dei raggi X in fotoni poiché sono presenti meno sfaccettature e meno angoli che i raggi X devono colpire. D’altra parte, più i cristalli sono piccoli, più lenta sarà la conversione di raggi X in fotoni ma offriranno una risoluzione maggiore rispetto ai cristalli grossi.

• Cristalli grossi: più veloci ma offrono meno risoluzione.
• Cristalli piccoli: più lenti ma offrono maggior risoluzione.

Pellicola radiografica

Componenti

• Emulsione fotografica (alogenuri): parte che viene impressionata dai raggi X e dalla luce.
• Strati protettivi: ricoprono l’emulsione da una parte e dall’altra.
• Supporto di acetilcellulosa: contiene i granuli di alogenuro (emulsione)

Emulsione: può essere presente su un lato solo (pellicola a monoemulsione) o su entrambi i lati (pellicola a biemulsione). Può essere uguale da una parte e dall’altra (pellicola simmetrica → stessa composizione dei granuli di alogenuro) o diversa (pellicola asimmetrica → composizioni diverse dei granuli di alogenuro).

Dimensioni delle pellicole

• 35 x 43
• 30 x 40
• 20 x 40
• 24 x 30
• 18 x 24

Vengono utilizzate a seconda delle sezioni da visualizzare sulla radiografia. Anche le pellicole radiografiche (emulsione) possono avere grana grossa o fine a seconda del tipo di granuli di alogenuro. Come per gli schermi di rinforzo, la grana fine ha una risoluzione maggiore rispetto alla grana grossa. La grana degli schermi di rinforzo e della pellicola radiografica devono combaciare (non avrebbe senso infatti mettere da una parte grana grossa e dall’altra grana fine).

Sistemi schermi-pellicola

Il riempimento e lo svuotamento delle cassette radiografiche con dentro le pellicole vanno effettuati al buio.

Sviluppo dei raggi X

1. Inizializzazione: riduzione dei Sali d’argento ad argento neutro (metallico) tramite reazione chimica che crea l’immagine latente ancora illeggibile.
2. Sviluppo: completamento della riduzione dei Sali d’argento in camera oscura con utilizzo di acidi. Si ottiene ancora un’immagine latente.
3. Fissaggio: asportazione dell’alogenuro non colpito dai fotoni. La parte non colpita dai fotoni (ad esempio parte di un osso) delimita la figura da visualizzare. L’osso ha assorbito i raggi X e i suoi contorni si sono stampati sulla radiografia. L’immagine ora è chiara e visibile e rappresenta il soggetto.
4. Lavaggio e asciugatura: vengono tolte le sostanza chimiche utilizzate nei processi.

Quello appena descritto è il metodo di sviluppo radiografico manuale: ne esiste anche uno automatico. Il sistema automatico utilizza un macchinario che svolge tutti i processi (sviluppo, fissaggio, lavatura e asciugatura). Tramite questa tecnica si ha un risultato migliore perché sono meno le possibilità che i liquidi si contaminino tra loro e perché la temperatura è mantenuta costante e adeguata. Il sistema automatico ha evidentemente costi più elevati.

Fino ad ora si è parlato di radiografia tradizionale.

Radiologia digitale (indiretta) o CR (computer radiography)

Non si ha la classica pellicola radiografica ma un sistema di rivelazione direttamente inserito all’interno della cassetta radiografica, costituito da piastre ai fosfori a memoria. Anche questi fosfori si attivano sia con i raggi X sia con la luce; la piastra ai fosfori dopo essere stata colpita dai raggi X viene introdotta dentro uno scanner il quale rileva la luce rilasciata dai fosfori a memoria. L’immagine viene elaborata e spedita al computer su cui è possibile visualizzarla. L’immagine può essere anche stampata (con stampante a secco) o copiata su un dispositivo.

Inoltre con il computer è possibile correggere eventuali radiografie con valori impostati non correttamente (al contrario della radiografia tradizionale): un modesto margine di errore nell’acquisizione della radiografia si può quindi risolvere.

Radiazioni secondarie

Si generano in un secondo momento, quando il fascio primario interagisce con la struttura da analizzare. Hanno una direzione diversa rispetto a quella del fascio primario, sono sempre raggi X e possono deformare e sfumare le immagini. Per ridurre o annullare le radiazioni secondarie si utilizzano degli strumenti specifici.

• Collimatore: agisce direttamente alla fonte dei raggi X. Si trova in corrispondenza dell’uscita dei raggi X dal tubo radiogeno. È composto da lamelle di piombo che fungono da diaframma, aumentando o diminuendo l’ampiezza del fascio di raggi X, in modo da centrare esattamente l’oggetto da analizzare (collimare), compatibilmente con le necessità diagnostiche. In questo modo lo spazio nero attorno ai contorni dell’oggetto analizzato è ridotto al minimo, evitando eccessive deformazioni e generazioni di raggi X inutili dato che non colpiscono il soggetto ma finiscono direttamente sulla pellicola radiografica.
• Griglie: sono dispositivi applicati sulla cassetta radiografica (possono essere fisse o mobili) costituiti da tante lamelle di piombo parallele tra loro con la funzione di bloccare le radiazioni secondarie che interagiscono con le lamelle e di far passare solo le radiazioni che passano negli spazi tra una lamella e l’altra, cioè le radiazioni primarie.

Utilizzando il collimatore e le griglie si riducono sensibilmente gli effetti delle radiazioni secondarie. La griglia è consigliata per spessori superiori ai 10-12 cm, quindi negli animali viene quasi sempre utilizzata (a parte nelle radiografie degli arti).

Fototimbro

Area rettangolare della cassetta radiografica in posizione laterale protetta dall’azione dei raggi X. È uno spazio che serve per identificare la radiografia, apportando informazioni quali nome del proprietario, razza, sigla, ecc.

Formazione dell’immagine

È legata a:

1. Fattori fisici (caratteristiche della struttura analizzata)
2. Fattori tecnici (impostati nel dispositivo radiografico)
3. Fattori ottico-geometrici

Fattori fisici

Composizione del mezzo attraversato (numero atomico e densità). I due estremi sono l’aria (densità di 0,0001 g/cm³ e numero atomico 7,8) e il piombo (densità 8,7 g/cm³ e numero atomico 82). L’acqua e il muscolo hanno numero atomico e densità molto simili per cui si comporteranno in maniera quasi identica (hanno simile radiopacità).

Scala della radiopacità: è una scala composta da 5 differenti categorie di radiopacità. Queste 5 categorie hanno diversa radiopacità perché sono diverse in termini di composizione (numero atomico e densità). Queste 5 categorie sono in ordine crescente, dalla struttura più radiotrasparente a quella più radiopaca:

• Aria
• Grasso
• Liquidi (tessuti)
• Ossa
• Metallo

Tutte le strutture che non vengono citate in queste 5 categorie, sono comunque incluse in questa divisione: ad esempio tessuti e muscoli rientrano nella categoria liquidi. La radiopacità dell’aria è rappresentata dal colore nero, i grassi dal grigio scuro, i liquidi dal grigio, l’osso dal grigio chiaro/bianco, i metalli dal bianco. Quindi più una struttura ha densità e numero atomico elevato, più sarà radiopaca.

• Radiopacità dell’aria: in realtà è la radio trasparenza. Le aree nere sono strutture contenenti aria (polmoni, trachea).
• Radiopacità dei grassi: colore grigio scuro, ad esempio adipe nella zona addominale.
• Radiopacità dei liquidi: colore grigio, strutture contenenti liquidi come la vescica o l’aorta. Nella stessa categoria potrebbero esserci strutture contenenti ad esempio liquidi che però hanno radiopacità diversa: questa differenza è dovuta solo allo spessore (ad esempio il cuore confrontato con la vescica o l’aorta). Comprende anche tessuti, muscoli, parenchima.
• Radiopacità dell’osso: è quasi bianco nella corticale ma è più scuro all’interno dove è presente il canale midollare.
• Radiopacità dei metalli: comprende anche i liquidi di contrasto. Hanno il massimo valore di radiopacità (bianco luminoso).

Oltre alla composizione del mezzo analizzato, un altro fattore fisico che influenza la radiopacità è il coefficiente di assorbimento, direttamente proporzionale allo spessore del soggetto da analizzare. Più aumenta lo spessore, più sarà in grado di assorbire i raggi X e sarà quindi più radiopaca (colore bianco). Ad esempio sarà diversa la radiopacità del corpo vertebrale rispetto ad altre strutture.