Diagnostica per Immagini - Appunti

Diagnostica per immagini

Introduzione

Prof. Giuseppe De Vincentis

Simone Salvitti

Corso di laurea in Fisioterapia • I Anno • II Semestre

Università degli studi di Roma “Sapienza”

Fondamenti: radiazioni elettromagnetiche

Campo elettromagnetico

È costituito dalla combinazione di campo elettrico e campo magnetico, è generato localmente da qualunque distribuzione di carica elettrica variabile nel tempo e si propaga sotto forma di onde elettromagnetiche.

Proprietà fisiche dell’onda

• Lunghezza (λ): distanza tra le creste di un’onda (punti di inizio e fine di un’oscillazione completa) e si misura in metri;
• Periodo (T): intervallo di tempo impiegato per compiere un’oscillazione completa e si misura in secondi;
• Frequenza (ν): il numero di oscillazioni compiute nell’unità di tempo e si misura in hertz (Hz). 1 Hz corrisponde a una oscillazione al secondo, ν = 1/T;

N.B. Frequenza e Periodo sono inversamente proporzionali: T = 1/ν.

Un’onda si propaga alla velocità della luce (c) che equivale a 300.000 Km/s nel vuoto.

Fotoni X e γ

Derivano dalla diseccitazione energetica di nuclei instabili e si propagano come radiazioni elettromagnetiche alla velocità di 300.000 Km/s (nel vuoto). La differenza tra i due fotoni è che i γ originano dal nucleo, mentre gli X originano dal mantello elettronico (orbitali).

I fotoni interagiscono con la materia che attraversano e la ionizzano “strappando” un elettrone da un altro atomo oppure creando una coppia elettrone-positrone (elettrone con carica positiva). Questo fenomeno è alla base degli effetti radiobiologici che possono essere rilevati mediante la diagnostica per immagini.

Interazioni con la materia

Tra le varie interazioni dei fotoni con la materia, solo alcune sono utilizzate in medicina nucleare:

Effetto fotoelettrico

• Un fotone interagisce con un elettrone degli orbitali più interni (in genere dello strato K) cedendogli la sua energia e scomparendo.
• La ionizzazione provoca l’emissione di un elettrone di Auger (quello precedentemente eccitato) e il rilassamento degli altri elettroni che vanno ad occupare il livello energetico più basso emettendo fotoni X.
• L’effetto fotoelettrico è più probabile per mezzi ad alto Z (numero elettronico) e per fotoni a bassa energia secondo la formula: Probabilità Effetto Fotoelettrico ∝ Z³/E³.

Effetto Compton (scattering incoerente)

• Un fotone interagisce con un elettrone degli orbitali più esterni (debolmente legati al nucleo) cedendogli parte della sua energia.
• Questa ionizzazione provoca l’emissione di un elettrone e di un fotone gamma secondario (gamma Compton) che varia la sua direzione in base all’energia ceduta all’elettrone (angolo di scatter).
• Sia l’elettrone che il fotone gamma Compton possono continuare ad interagire con la materia fino ad esaurire la loro energia.
• L’effetto Compton ha importanti risvolti in medicina nucleare e in radiologia perché, tra l’altro, è causa di perdita di qualità dell’immagine.

Produzione di coppie (effetto fotonucleare)

Un fotone con energia sufficiente può interagire con il nucleo atomico, generando una coppia elettrone-positrone.