Appunti di Dispositivi medicali e diagnostici

DISPOSITIVI DIAGNOSTICI

Catena di tecnologie di tipo fisico inizialmente, cioè proprio il paziente, che è l'oggetto della nostra analisi poi si sfruttano principi fisici, trasmissione di segnali e i dati che otteniamo sono entità su cui costruiamo le immagini medicali. Acquisire un segnale, trasformarlo ed elaborarlo.

Sono divisi in una parte che comporta la produzione di raggi x, le tomografie assiali. Risonanza magnetica, medicina nucleare e ultrasuoni. Sono quattro proprietà fisiche della materia che ci permettono di implementare la catena di riduzione delle immagini. Come funziona la tecnologia e come generare qualcosa di descrittivi di ciò che avviene nel paziente.

RAGGI X

La radiazione viene attenuta dai tessuti densi, dove c'è il vuoto non c'è attenuazione, alcune zone sono caratterizzate dalla riduzione mentre altre no. In alto a dx la prima immagine ottenuta di una mano. Geometria proiettiva e già dall'inizio.

si utilizzano i principi della fisica delle onde. I raggi x sono onde elettromagnetiche che si propagano nello spazio. Quando incontrano un oggetto, come ad esempio il nostro corpo, possono essere assorbiti, riflessi o trasmessi attraverso di esso. Nel caso dei tessuti a maggior consistenza, i raggi x vengono maggiormente assorbiti, quindi appaiono più scuri nelle immagini radiografiche. Al contrario, l'aria, che ha una bassa densità, permette ai raggi x di attraversarla facilmente, quindi appare più chiara. Le piccole variazioni all'interno del corpo vengono meglio evidenziate utilizzando immagini radiografiche in negativo. Questo perché il nostro occhio non è in grado di percepire facilmente le variazioni minime, ma con l'immagine in negativo diventano più evidenti. I raggi x hanno un'energia intrinseca legata alla loro frequenza e alla costante di Planck. Aumentando la frequenza, la lunghezza d'onda dei raggi x diminuisce. Solitamente, i raggi x sono rappresentati come onde sinusoidali, e il numero di oscillazioni dipende dalla velocità divisa per la lunghezza d'onda. L'energia dei raggi x è data dal prodotto della costante di Planck per la frequenza. Quindi, lunghezze d'onda più corte corrispondono a energie maggiori. In conclusione, l'utilizzo dei raggi x ci permette di vedere all'interno del nostro organismo, evidenziando le variazioni di densità dei tessuti e fornendo informazioni importanti per la diagnosi e il trattamento delle malattie.nell'organismo immaginiamo una radiazione che passa attraverso un mezzo attenuando l'energia propria, quindi dopo aver attraversato una struttura di una certa densità mi aspetto di avere un'energia inferiore. L'intensità alla fine dell'oggetto, cioè quando esce, dipende da un coefficiente di attenuazione e dalla lunghezza che i raggi devono percorrere. Se il coefficiente di attenuazione è uguale durante tutto il corpo, è una costante e quindi dipende solo dalla dimensione da attraversare. La formula indica che dipende in modo non lineare dall'intensità. La riduzione dipende dall'intensità, quindi dove è alta perdo energia, dove l'intensità è più bassa diminuisce la perdita. Per schermare medico e paziente considero la dimensione della lastra, ma almeno una minima quantità di radiazione arriverà sempre. Il valore del coefficiente di attenuazione varia in base ai tessuti.quelli con maggiore densità danno un maggior contributo al coefficiente di attenuazione, ad esempio l'osso attenuerà molto di più rispetto all'acqua. Come si generano i raggi x. Involucro esterno di vetro perché i raggi devono uscire, anche metallo ma in questo caso serve una finestra e comunque i metalli attenuano troppo. Per generarli creare una differenza di potenziale tra due elettrodi anodo e catodo, al catodo arriva una corrente che permette di rilasciare elettroni per la differenza di potenziale, si staccano e vanno a colpire una superficie metallica di tungsteno, quando lo colpiscono generano i raggi x. Il fascio di elettroni si muove liberamente solo in conduzioni di sottovuoto per evitare collisioni tra le particelle di aria e gas. Quando colpisce il bersaglio emette un fotone. Iterazione tra elettroni e atomi di tungsteno. Possono interagire in 3 modi. Il primo è che l'elettrone colpisce il nucleo e in questo caso viene prodotto un

fotone con la massima energia, possono esser prodotti fotonicon energia variabile a seconda di quanto vicino arriva l'elettrone al nucleo. Devia latraiettoria significa generare un fotone con intensità maggiore all'aumentaredell'angolo di deflessione della traiettoria. Se arrivano lontano dal nucleo l'energia è poca perché è anche piccolo l'angolo di deflessione. Si ha uno spettro continuo.Interazione con elettroni dell'atomo di tungsteno, cedono di energia e fanno spostarel'elettrone su un orbitale a livello energetico maggiore e non è stabile quindi torna a suquello stabile. Emissione di fotone quando torna al suo livello. Questi fotoni hanno unalunghezza d'onda e un'energia fissa perché da un livello all'altro l'energia è fissapressoché. Ci sono curve che stabiliscono l'energia dei raggi x creati. Le interazionicon il nucleo danno un andamento continuo

quella con gli elettroni sono spike quando gli elettroni passano da un livello all'altro. Differenza di voltaggio molto alta dai 50 ai 125 kV. La corrente deve essere continua. Quindi dobbiamo trasformare la corrente da alternata a continua. Dove c'è il catodo ci sono dei filamenti che permettono di focalizzare gli elettroni che si muovono. Dobbiamo movimentare l'anodo perché quando gli elettroni colpiscono il tungsteno erilasciano i fotoni creano anche calore, se fosse fermo ci sarebbero delle scottature quindi lo facciamo ruotare per mantenere a più bassa temperatura. Due filamenti che focalizzano gli elettroni sull'anodo. Focalizziamo il fascio di elettroni per farli arrivare su di un unico punto inducendo un campo magnetico nella zona vicino al catodo, alimentato per generare un certo campo magnetico. La tensione per il filamento è abbastanza bassa. La tensione alta è quella che stacca gli elettroni dal catodo. Come aumentare da 220V

La presa a 50-125 kV viene utilizzata utilizzando un trasformatore. Il materiale paramagnetico attraverso il quale scorre la corrente alternata della nostra rete crea un campo magnetico che a sua volta induce una differenza di potenziale e quindi una carica elettrica. Questo dipende dal numero di spire sulle quali scorre la corrente. Se il numero di spire a destra e a sinistra è uguale, si tratta di un isolatore perché se da un lato ho un cortocircuito, dall'altro non ho effetti. Se voglio aumentare la tensione, devo avere n2>n1. Nel caricabatterie, invece, è il contrario perché si vuole abbassare la tensione. Per calcolare la potenza, utilizziamo la formula P = VI, quindi per avere la stessa potenza abbiamo bisogno di una corrente più bassa, in modo da diminuire la dissipazione dell'energia dovuta alla resistenza. Per ottenere corrente continua, utilizziamo un diodo che permette il flusso in un solo verso. Tuttavia, ci sarebbero ancora molti picchi, quindi vengono utilizzati più diodi per sommare i diversi flussi.

Picchi però dovrei anche intensificarli. Allora prendo la corrente tre-fase. Le singole fasi producono differenze di potenziale sfasate. 360/3, ogni 120 gradi ho una sinusoide. La tensione tra una fase e il centro della stella. Nelle case abbiamo il collegamento tra una fase e il neutro. Nelle macchine moderne si utilizzano gli inverter che permettono di fare oscillazioni, raddrizzare i picchi con i diodi per aumentare la frequenza di oscillazione e poi ho un andamento costante. Oscillazione ad alta frequenza e poi la raddrizzo. Permettono di avere differenze di potenziale costanti. Portare il sistema al domicilio con una fase. Procedura. L'operatore seleziona la differenza di potenziale, energia maggiore a seconda della dimensione dell'oggetto che stiamo prendendo in considerazione. La quantità di luce/fotoni è importante affinché non sia né troppa né poca. Stabilire la corrente cioè la quantità di elettroni che arriva sul target.

La differenza di potenziale determina la penetrabilità. La corrente determina l'energia, cioè l'intensità della luce che investe l'oggetto. Abbiamo bisogno di stabilire il tempo di esposizione per avere l'immagine corretta.

Possiamo avere selettori che decidono il grado di riduzione del numero di spire e quindi della differenza di potenziale. Circuito primario di alimentazione e secondario di utilizzo. Rilevatore della quantità di fotoni che arrivano e mediante il sistema di controllo blocca l'arrivo di altri.

Collimatore che limita il fascio di raggi x per aprire o chiudere il campo dove arrivano e servono i raggi per non farli arrivare in posti indesiderati. I fotoni hanno una lunghezza d'onda non compresa nel visibile quindi è pericoloso. Per capire dove sono si utilizza un vetro di croix, pellicole a specchio, in certe condizioni riflettono e in altre lasciano passare. Specchi che riflettono i raggi di una lampadina.

Il collimatore serve per eliminare i fotoni non efficienti con bassa energia che si muovono su traiettorie non lineari e sfuocano l'immagine. Detector, detettori diretti basati sulla tecnologia del silicio che permettono di rilevare il numero di fotoni perché trasformano l'energia dei raggi x in elettroni. Ricostruiamo l'immagine con i pixel con intensità luminose diverse. Pannelli di selenio amorfo che cambia la sua conducibilità a seconda della quantità che lo attraversa. È un segnale monocromatico indica se c'è più o meno corrente. La risoluzione è legata a quanti elementi unitari riesco a mettere per unità di lunghezza, fino a 10 linee per millimetro, 0,1mm dimensione del pixel, abbastanza elevata. La singola unità ha del selenio amorfo che a seconda dei raggi x cambia la conducibilità cioè cambia la quantità di corrente che registra. Circuiti integrati che permettono di vedere.

Le correnti che si generano. Metto in collegamento le celle lateralmente. I pixel rilevano la quantità di energia che gli arriva.

Applicazioni cliniche, utilizzo dei raggi x in sala operatoria. Quando il chirurgo non vede può utilizzare la tecnica di fluoroscopia. Altra tecnica è quella dei mezzi di contrasto che permettono di vedere le diramazioni dei vasi. Non vedo più le ossa perché prendo un'immagine prima del mezzo di contrasto e una dopo averlo inserito. Le sovrappongo/sottraggo e se i pixel hanno la stessa intensità si eliminano. Angiografia a sottrazione di immagine.

Effetti biologici. Attraversando il tessuto cedono energia e hanno una lunga d'onda, per cui l'energia può modificare acidi nucleici contenuti nella cellula. Modificando le strutture del DNA è un danno irreparabile e quando si duplica si creano problemi nella funzionalità delle cellule, formazione di cellule senza il controllo della crescita, tumori.

Soprattutto per i tessuti con replicazione veloce e dei sistemi riproduttivi. Se lara