Fisica Applicata - riassunto

Il filtro

Ricordiamo che se imposto il tubo con una determinata tensione, es 90 kV, i raggi in uscita andranno dai 0 ai 90 kV. Dunque per bloccare le radiazioni di bassa energia (ovvero rx molli che non contribuirebbero all'immagine radiografica, ma verrebbero solo assorbiti dai tessuti) ed impedirne il passaggio, utilizzo un filtro, ovvero una piccola e sottile lamina di alluminio posta nella finestra d'uscita del tubo a raggi X che appunto filtra il fascio radiogeno, diminuendo la radiazione diffusa e aumentando la qualità di penetrazione.

Il catodo è formato da una spirale di tungsteno dalla quale fuoriescono gli elettroni; le dimensioni della spirale sono fondamentali perché influenzano il diametro della macchia focale, quindi della penombra; alcuni catodi possiedono due filamenti, altri possiedono una coppa di focalizzazione che permette una maggiore collimazione del fascio elettronico (cioè dirige tutti i raggi x verso l'anodo). L'anodo

è formato da una placcadi tungsteno e può essere fisso (nei portatili o nelle OPT per esempio) o rotante. Il 95% dell’energia deglielettroni è termica e scalda l’anodo per questo esso è costituito da materiale ad alta temperatura di fusionee la versione rotante (10.000-12.000 giri al minuto) esiste proprio per prevenirne il surriscaldamento opossibili forature dato che gli elettroni arrivano sempre nello stesso punto; il punto in cui gli elettronicolpiscono l’anodo si chiama fuoco; esistono 2 tipi di fuoco: reale ed effettivo (proiezione del fuoco reale).Soltanto il restante 5% sono raggi X. Inoltre l’anodo è inclinato di 15° e ciò diminuisce la macchia focale egenera un fascio di raggi conico in cui quelli centrali sono quelli con più energia e con maggiore poterepenetrante, mentre quelli periferici sono meno intensi e quindi meno efficaci.

LO SPETTRO DI EMISSIONE DEI RAGGI XI raggi vengono prodotti per

(radiazioni bremsstrahlung) o per radiazione caratteristica: il fenomeno di frenamento avviene quando gli elettroni che partono dal catodo subiscono una brusca decelerazione quando si avvicinano all'anodo con conseguente emissione di energia sotto forma di raggi X; il fenomeno di radiazione caratteristica avviene quando l'elettrone proveniente dal catodo colpisce uno dei elettroni più interni degli atomi di tungsteno che formano l'anodo, provocando l'emissione dell'elettrone e la formazione di una lacuna elettronica. Questo vuoto elettronico viene colmato dagli elettroni superficiali che, passando agli orbitali più interni, con minor energia, cedono l'energia in eccesso sotto forma di raggi X. Lo spettro di emissione dei raggi X presenta pertanto una forma a campana che identifica le diverse energie di emissione dei raggi (dipendenti dalle energie degli elettroni provenienti dal catodo) X con dei picchi che rappresentano la radiazione. caratteristica in base all'elemento utilizzato per l'anodo. L'intensità del fascio radiogeno, cioè il numero di raggi X che lo costituiscono, dipende dalla quantità degli elettroni prodotti dal catodo, che viene regolata mediante il controllo dell'intensità, in milliampere (mA), sulla console dell'apparecchio radiografico. I mA determinano la brillantezza dell'immagine (+ mA + brillantezza), non la profondità di penetrazione dei fotoni che rimane la stessa. La quantità di elettroni prodotta può essere regolata anche mediante il controllo del tempo di funzionamento del tubo (tempo esposizione), in secondi (s), sulla console dell'apparecchio radiografico. Per questo, più propriamente, la quantità di elettroni prodotta viene espressa in mA x s (mAs). L'intensità ed il tempo di esposizione rappresentano, perciò, un parametro quantitativo. I kV (tensione) invece determinano la

profondità di penetrazione. Aumentando i kV diminuisce il contrasto, la scala di grigi è ampia e riesco ad individuare più elementi in modo chiaro; diminuendo i kV ho meno profondità per cui aumenta il contrasto e avrò una scala di grigi meno ampia. I kV rappresentano quindi un parametro qualitativo.

Tensione (V) x Intensità di corrente (A) = potenza (Watt → W) --- > ricordiamo che però il tubo usa kV e mA

INTERAZIONI RADIAZIONI-MATERIA

I raggi X possono interagire con la materia in modi diversi in base all'energia e al tipo di materiale attraversato:

• EFFETTO FOTOELETTRICO: un fotone di bassa energia (<500 keV) colpisce un elettrone della materia, fortemente legato al nucleo, scalzandolo dall'atomo con energia pari alla differenza tra l'energia del fotone incidente e l'energia di legame dell'elettrone espulso dall'atomo; la lacuna elettronica prodotta viene colmata dagli elettroni degli

orbitali più esterni che occupando le posizioni più interne liberano l'energia in eccesso sotto forma di raggi X. Il fotone incidente viene quindi totalmente assorbito e non vi è radiazione diffusa, motivo per cui non si necessita di schermature. È ciò che avviene in mammografia (1,22 MeV).

• EFFETTO COMPTON: un fotone di media energia (tra 500 keV e 1 Mev) colpisce un elettrone della materia, debolmente legato al suo atomo di appartenenza, che viene espulso con un angolo di deflessione e con parte dell'energia del fotone incidente; la restante parte dell'energia viene dissipata sotto forma di fotone diffuso (che ha maggiore lunghezza d'onda, minore energia e direzione diversa rispetto a quello incidente). Quindi il fotone incidente non viene assorbito del tutto e rimane come radiazione diffusa che non contribuisce all'immagine ma è solo dannosa; per questo motivo dobbiamo applicare la radioprotezione.

radiodiagnostica.

• PRODUZIONE DI COPPIE: un fotone di elevata energia (> 1,022 MeV) colpisce un elettrone interno della materia (a livello del nucleo) e la sua energia viene totalmente assorbita da esso; come conseguenza si ha la produzione di una coppia di particelle: un elettrone e un positrone; il positrone annichila poi con un elettrone producendo due fasci di radiazione diffusa.
• La probabilità che un fotone subisca interazione fotoelettrica dipende dall'energia del fotone incidente, diminuendo con il cubo della stessa, e dal numero atomico dell'atomo colpito, aumentando proporzionalmente con il cubo di esso.
• La probabilità che un fotone subisca interazione Compton diminuisce all'aumentare dell'energia dei raggi X ed è indipendente dal numero atomico del bersaglio. → Se l'energia è > di 10 MeV viene prodotto un frammento nucleare fotodisintegrazione.

È ciò che avviene in radiodiagnostica.radioterapia.
L'ASSORBIMENTO DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI
Le radiazioni ionizzanti nella materia vengono assorbite in maniera esponenziale negativa, secondo la seguente legge:
I = I₀ * e^-µx
dove I rappresenta il numero di fotoni in uscita dal bersaglio dopo l'interazione, I₀ è il numero di fotoni che escono dal tubo, prima dell'interazione, µ rappresenta il coefficiente di assorbimento della materia e x lo spessore del bersaglio (rappresenta quindi la profondità di penetrazione) ^-1 che si misura in cm per far diventare l'esponente un numero adimensionale.
Dunque un fascio di raggi X che colpisce un bersaglio possiede inizialmente un numero di fotoni I₀, durante l'interazione con la materia il numero di fotoni diminuisce poiché alcuni di essi fanno effetto fotoelettrico, Compton o coppie, creando fotoni con traiettoria diversa da quella del fascio incidente e quindi radiazione diffusa. Il numero di particelle del fascio di fotoni.sarà diminuito proporzionalmente al coefficiente di assorbimento e allo spessore del bersaglio. L'assorbimento della radiazione dipende da:

1. numero atomico del bersaglio: è direttamente proporzionale al numero atomico Z. Materiali con un alto numero atomico avranno un coefficiente di assorbimento più alto. Ad esempio, consideriamo un osso che è costituito prevalentemente da calcio (Z=20) e un tessuto molle costituito prevalentemente da acqua (Z=10). Il calcio avrà un coefficiente di assorbimento più alto dell'acqua.
2. energia della radiazione: radiazioni con energie maggiori di 100 keV vengono assorbite allo stesso modo da tutti i materiali. Questo accade ad esempio con i tessuti molli, per cui vengono utilizzati i mezzi di contrasto.
3. tipo di radiazione incidente.
4. caratteristiche e spessore del materiale irradiato: a parità di tessuto, aumentandone lo spessore, la radiazione sarà diminuita proporzionalmente.

udiminuisce.Lo spessore di dimezzamento, o spessore emivalente (SEV), è lo spessore che riduce a metà l'intensità dellaradiazione incidente, ovvero lo spessore dopo il quale rimane il 50% dei fotoni in entrata ed è pari a SEV=0,693/μIl secondo SEV corrisponde invece a ¼ della radiazione iniziale.Più il secondo SEV si discosta dal primo, + il fascio è “sporco” cioè eterocromatico.Il SEV è inoltre un elemento per confrontare due tubi diversi poiché se essi presentato stesso SEV alloraavranno stesse caratteristiche.

CARATTERISTICHE INTRINSECHE DELLE IMMAGINI RADIOGRAFICHEUn’immagine radiografica di buona qualità deve possedere un’elevata DEFINIZIONE, data dal CONTRASTO edalla SFUMATURA, con un basso RUMORE dovuto agli artefatti. Vi sono molti fattori che influenzano laqualità di un'immagine radiografica e uno di questi è l'esposizione, ovvero il

proteggere le emulsioni dalla luce e da danni esterni. Le pellicole radiografiche vengono esposte ai raggi X durante l'esame radiologico. Durante l'esposizione, i raggi X attraversano il corpo del paziente e interagiscono con le emulsioni presenti sulla pellicola. Questa interazione provoca una reazione chimica che rende visibili le immagini sulle pellicole. Dopo l'esposizione, le pellicole vengono sviluppate in un'apposita soluzione chimica. Durante lo sviluppo, i cristalli di bromuro di argento presenti nelle emulsioni vengono convertiti in argento metallico, creando così l'immagine radiografica. Una volta sviluppate, le pellicole radiografiche possono essere visualizzate e interpretate dai radiologi. Le immagini radiografiche forniscono informazioni dettagliate sulle strutture interne del corpo, consentendo di diagnosticare e monitorare varie condizioni mediche. Le pellicole radiografiche sono state ampiamente utilizzate in passato, ma negli ultimi anni sono state progressivamente sostituite dalle immagini digitali. Le immagini digitali offrono numerosi vantaggi, tra cui la possibilità di visualizzare immediatamente le immagini, di condividerle facilmente con altri professionisti sanitari e di archiviarle in modo più efficiente.rcezione dei cristalli è maggiore di 0,1 mm, a GRANA MEDIA se la dimensione dei cristalli è compresa tra 0,01 mm e 0,1 mm, e a GRANA FINE se la dimensione dei cristalli è inferiore a 0,01 mm. Per proteggere le emulsioni dai contatti meccanici, è possibile utilizzare diversi metodi. Uno dei più comuni è l'uso di supporti di protezione, come pellicole o vetro, che vengono applicati sulla superficie dell'emulsione per proteggerla da graffi o danni fisici. Inoltre, è importante manipolare le emulsioni con cura, evitando di toccarle direttamente con le mani o con oggetti appuntiti. È consigliabile utilizzare guanti puliti e maneggiare le emulsioni con delicatezza. Infine, è fondamentale conservare le emulsioni in ambienti controllati, lontano da fonti di calore, umidità e luce intensa, per evitare alterazioni o deterioramenti. In conclusione, proteggere le emulsioni dai contatti meccanici è essenziale per garantire la qualità e la durata delle immagini fotografiche. Utilizzando i metodi di protezione adeguati e manipolando le emulsioni con cura, è possibile preservare le caratteristiche delle emulsioni e ottenere risultati ottimali.