LE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE (in medicina)

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Leone Grandi
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1 CLASSE DELLE LAUREE TRIENNALI DELLE PROFESSIONI SANITARIE DELLA RIABILITAZIONE LE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE (in medicina) SPETTRO ELETTROMAGNETICO RADIAZIONI TERMICHE RADIAZIONI IONIZZANTI A. A Fabrizio Boffelli Le radiazioni in Medicina pag.1

2 Spettro elettromagnetico (fermi) λ (m) (Å) (nm) (µm) 10 6 (mm)(cm) λ (m) RAGGI GAMMA ν (Hz) GeV λν = c F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina MeV 10 6 RAGGI X kev 10 3 E = hν ULTRA- -VIOLETTO E (ev) INFRA- -ROSSO VISIBILE MICRO ONDE colori 10 8 ONDE RADIO Hz pag.2 ν (Hz) λ (nm)

3 Radiazioni termiche intensità Irraggiamento termico intensità I = Q Δt ΔS cal/(s m 2 ) oppure W/m 2 I(λ) visibile 4000 K LEGGI DELL'EMISSIONE TERMICA legge di Stefan I T 4 (W/m 2 ) 1/T (cm) legge di Wien Sono radiazioni termiche: microonde, infrarossi F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina λ max K 2000 K µm λ pag.3

4 Microonde Frequenza: 300 MHz < ν < 300 GHz Energia: 10 6 ev < E=hν < 10 3 ev effetti: calore non ionizzanti 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/cm 2, cioè 1/10 della massima potenza radiante solare assorbita) F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.4

5 intensità relativa 10 5 F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina MEDICINA visibile vicino I.R. Sole Infrarossi 3000 K 1200 K 0.7 µm < λ < 20 µm vicino IR (µm) λ penetrazione lontano IR emissione termica (Sole) effetto termico λ 0.7 µm Δx 10 cm λ > 1.4 µm Δx < 1 mm fotografia I.R. immagine termica (termografia) pag.5

6 Radiazioni ionizzanti Ionizzare un atomo = Farlo diventare uno ione, liberando uno o più elettroni ->bisogna compiere lavoro, cioè fornire energia: Energia minima di ionizzazione: E = 13.6 ev (potenziale di ionizzazione dell atomo di idrogeno) Di fatto si considerano ionizzanti le radiazioni con E>100 ev. Se gli elettroni liberati hanno ricevuto sufficiente energia cinetica, a loro volta possono ionizzare altri atomi. Sono radiazioni ionizzanti: raggi UV, raggi X, raggi gamma (solo UVC) F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.6

7 Ultravioletti Produzione UV naturale: Sole artificiale: lampade UV Si distinguono in: UVA: λ = nm UVB: λ = nm UVC: λ = nm (ionizzanti) F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina Effetti chimico-biologici: eccitazione di atomi e molecole dissociazione legame C-C (4 ev) benefici... sintesi vitamina D azione battericida... o malefici eritemi - lesioni oculari tumori della pelle (melanomi) pag.7

8 Radiazioni ad alta energia raggi X produzione artificiale tubo a raggi X raggi γ produzione naturale emissione γ da decadimento di nuclei atomici instabili ( radionuclidi ) produzione artificiale acceleratori di particelle F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.8

9 Assorbimento dei raggi X I o e intensità trasmessa (%) I ASSORBIMENTO ESPONENZIALE I = I o e µ x 25 0 x = 1/µ spessore x coefficiente di attenuazione F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.9

10 impiego terapeutico delle radiazioni ionizzanti: radioterapia Raggi X di alta energia fasci di elettroni ( acceleratori di particelle) adroterapia ( acceleratori di particelle): protoni ioni pesanti (tipicamente Carbonio) neutroni (Boron Neutron Capture Therapy) F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.10

11 SPETTRO ELETTROMAGNETICO : impiego λ (m) λ (m) RAGGI GAMMA ν (Hz) RAGGI X ULTRA- -VIOLETTO VISIBILE diagnostica (RX, CT) INFRA- -ROSSO terapia MICRO ONDE ONDE RADIO 10 6 ν (Hz) diagnostica (RM) diagnostica (PET, SPET) diagnostica (IR e visibile) terapia Lauree in Discipline Sanitarie Tecniche dic.02 Corso di Fisica F. Ballarini Medica Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni elettromagnetiche e.m. in Medicina medicina pag. 11

12 Backup slides F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.12

13 Raggi X: produzione TUBO A RAGGI X raggi X generatore di corrente catodo K F filamento vuoto trasformatore + anodo A diodo generatore di alta tensione F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.13 rete

14 Immagine radiologica diversa opacità delle strutture biologiche (diverso coefficiente di assorbimento) µ (cm 1 ) F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag radioscopia radiografia xeroradiografia radiografia digitale (con e senza mezzo di contrasto) 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 ) E (kev)

digitale fascio X incidente muscolo aria osso fascio X trasmesso pellicola

15 Radiografia tubo a raggi X struttura biologica pellicola radiografica diaframmi schermo fluorescente immagine negativa sviluppo della pellicola radiografia digitale fascio X incidente muscolo aria osso fascio X trasmesso pellicola radiografica F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.15

16 Parametri per la radiografia contrasto radiologico parametri : potenziale elettrico intensità di corrente tempo di esposizione ΔV 45 kv 130 kv i 3 ma 50 ma Δt 1/60" 1/120" F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.16

17 Raggi gamma: impiego diagnostico radiodiagnostica radioisotopi radiofarmaci diffusione nell'organismo decadimento radioattivo rivelazione radiazione immagine conteggio dosimetrico F. Ballarini Fisica Applicata Le radiazioni Radiazioni in Medicina e.m. in medicina pag.17

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