LE RADIAZIONI
ELETTROMAGNETICHE
IN MEDICINA
Spettro elettromagnetico
Radiazioni termiche:
microonde
infrarossi
Radiazioni ionizzanti:
ultravioletti
raggi X
raggi gamma
P.Montagna
dic-15
Le radiazioni in Medicina
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pag.1
Spettro elettromagnetico
(fermi)
l (m)
10–12
10–14
RAGGI
GAMMA
(Hz)
GeV
109
10–10
RAGGI
X
n
1022
1020
MeV
106
ln = c
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(mm)
(Å) (nm)
10–8
1016
keV
10–4
10–2
INFRA-ROSSO
MICRO
ONDE
1014
1012
VISIBILE
1010
ULTRA-VIOLETTO
1018
103
10–6
(mm) (cm)
E
102
1
l(m)
ONDE
RADIO
108
106
n
(Hz)
3 108 Hz
colori
(eV)
E = hn
l
400
500
Le radiazioni in Medicina
600
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700(nm)
pag.2
Radiazioni termiche
 Irraggiamento termico
intensità I = Q
Dt DS
I(l)
visibile
cal/(s•m2)
oppure W/m2
4000°K
LEGGI
DELL'EMISSIONE TERMICA
legge di Stefan
legge di Wien
I  T4 (W/m2)
lmax  1/T (cm)
3000°K
2000°K
0
1
2
Sono radiazioni termiche: microonde, infrarossi
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3 mm
l
pag.3
Microonde
Frequenza: 300 MHz < n < 300 GHz
Energia: 10–6eV < E=hn < 10–3eV  non ionizzanti
effetti : calore (diatermia)
Riscaldamento di regioni limitate e profonde
in corpi ricchi di acqua.
Uso in terapia: artriti, borsiti, strappi muscolari.
Esposizione limite per l’uomo: I = 10 mW/cm2
(1/10 della massima potenza radiante solare assorbita)
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pag.4
Infrarossi
intensità
relativa
0.7 mm < l < 20 mm
MEDICINA
vicino IR
visibile vicino I.R.
10
3000°K
5
1200°K
Sole
l (mm)
0
0.5
1.0
1.5
effetto termico
fotografia I.R.
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lontano IR
emissione
termica
(Sole)
2.0
penetrazione
l  0.7 mm
Dx  10 cm
l > 1.4 mm
Dx < 1 mm
immagine termica (termografia)
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pag.5
Radiazioni ionizzanti
Ionizzare un atomo =
togliergli uno o più elettroni rendendolo ione.
Si distrugge così la struttura chimica del materiale.
Per togliere (=allontanare) elettroni
bisogna compiere un lavoro, cioè fornire energia.
Energia minima di ionizzazione: E = 13.6 eV
(potenziale di ionizzazione atomo idrogeno)
Di fatto si considerano ionizzanti le radiazioni con E>100 eV.
All’aumentare dell’energia, gli elettroni estratti ricevono energia
cinetica e possono ionizzare “a catena” altri atomi.
Sono radiazioni ionizzanti: ultravioletti, raggi X, raggi gamma
(solo UVC)
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pag.6
Ultravioletti
Produzione UV
naturale: Sole
artificiale: lampade UV
Assorbimento UV
in alta atmosfera:
ozono (O3) – inclinazione raggi
nubi - inquinamento
materiali:
vetro opaco
acqua trasparente
(penetrazione alcuni cm)
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Si distinguono in:
UVA: l = 400-315 nm
UVB: l = 315-280 nm
UVC: l = 280-100 nm (ionizzanti)
Effetti chimico-biologici:
eccitazione atomi e molecole
dissociazione legame C-C (4 eV)
benefici...
abbronzatura - sintesi vitamina D
azione battericida
... o malefici
eritemi - lesioni oculari
tumori alla pelle
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pag.7
Radiazioni ad alta energia
raggi X
produzione artificiale
tubo a raggi X
raggi g
produzione naturale
emissione g da decadimento nuclei instabili
(radionuclidi)
produzione artificiale
acceleratori di particelle
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Raggi X: produzione
TUBO A RAGGI X
generatore di
corrente
catodo
K
raggi X
+
F
filamento
vuoto
anodo
A
trasformatore
diodo
generatore di
alta tensione
rete
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Raggi X: assorbimento
intensità
trasmessa
(%) I
I(x) I(x+Dx)
X, g
100
Io
75
e
50
ASSORBIMENTO
ESPONENZIALE
I = Io e
25
0
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x=m
spessore
x
Dx
x
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–m x
coefficiente
di attenuazione
o di assorbimento
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Immagine radiologica
diversa opacità delle strutture biologiche
(diverso coefficiente di assorbimento)
m
radioscopia
radiografia
xeroradiografia
radiografia digitale
(con e senza mezzo di contrasto)
(cm–1)
5
2
1
0.5
0.2
0.1
0.05
0.02
ossa (d = 1.8 g cm–3 )
muscoli (d = 1.0 g cm–3 )
grasso (d = 0.9 g cm–3 )
polmoni (d = 0.3 g cm–3 )
50
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100
E
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(keV)
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Radiografia
tubo a raggi X
fascio X incidente
muscolo
aria
osso
struttura
biologica
fascio X trasmesso
diaframmi
schermo
fluorescente
pellicola radiografica
immagine negativa
sviluppo della pellicola
radiografia digitale
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pellicola radiografica
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Parametri per la radiografia
contrasto radiologico
parametri :
DV
i
Dt
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potenziale elettrico
intensità di corrente
tempo di esposizione
45 kV  130 kV
3 mA  50 mA
1/60"  1/120"
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Raggi gamma: impiego diagnostico
radiodiagnostica
radioisotopi
immagine
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radiofarmaci
diffusione nell'organismo
decadimento radioattivo
rivelazione radiazione
conteggio
dosimetrico
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pag.14
Raggi gamma: impiego terapeutico
cobaltoterapia
60Co
g (1.3 MeV)
fasci di elettroni (acceleratori di particelle)
fasci gamma (acceleratori di particelle)
adroterapia (acceleratori di particelle)
protoni
neutroni (BNCT)
ioni pesanti
Boron Neutron Capture Therapy
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pag.15
Spettro elettromagnetico:
produzione
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SPETTRO ELETTROMAGNETICO : produzione
l (m)–14
10
RAGGI
GAMMA
n
(Hz)
1022
10–12
10–10
RAGGI
X
1020
10–8
10–6
ULTRA-VIOLETTO
1018
10–4
INFRA-ROSSO
1016
1014
VISIBILE
tubo raggi X
1012
10–2
(m)
l
2
1
MICRO
ONDE
1010
10
ONDE
RADIO
108
n
106
(Hz)
radiazione termica
transizioni nucleari
circuiti oscillanti
e acceleratori
transizioni atomiche
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Corso di Fisica Medica
laser
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dic.02
pag. 17
SPETTRO ELETTROMAGNETICO : impiego
l (m)–14
10
RAGGI
GAMMA
n
(Hz)
1022
10–12
10–10
RAGGI
X
1020
1018
10–8
10–6
ULTRA-VIOLETTO
INFRA-ROSSO
1016
1014
VISIBILE
diagnostica (RX , CT)
10–4
1012
terapia
10–2
MICRO
ONDE
1010
(m)
l
2
1
10
ONDE
RADIO
108
n
106
(Hz)
diagnostica (RM)
diagnostica (PET, SPET)
diagnostica (IR e visibile)
terapia
Lauree in Discipline Sanitarie Tecniche
Corso di Fisica Medica
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SPETTRO ELETTROMAGNETICO : rivelazione
l (m)–14
10
RAGGI
GAMMA
n
(Hz)
1022
10–12
10–10
RAGGI
X
1020
10–8
10–6
ULTRA-VIOLETTO
1018
10–4
INFRA-ROSSO
1016
1014
VISIBILE
1012
10–2
(m)
l
2
1
MICRO
ONDE
1010
10
ONDE
RADIO
108
n
106
(Hz)
occhio umano
emulsione fotografica
(+ schermi)
induzione elm
antenna
rivelatori di ionizzazione
stato solido , NaI
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Corso di Fisica Medica
sistemi CCD
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