RADIOLOGIA: GENERALITA

1
RADIOLOGIAGENERALITAdi TECNICA
1
CENNI STORICI
(Lezione realizzata dal Prof. C.
Fava, Univ. di Torino)
2
Possiamo ottenere IMMAGINI a scopo diagnostico
utilizzando

• RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IONIZZANTI
• RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE NON IONIZZANTI
• ONDE MECCANICHE
• FENOMENI MAGNETICI

3
Il 28 dicembre 1895 W.C.Roentgen, professore di
fisica di Wurzburg, annunciava la scoperta dei
Raggi X, radiazioni elettromagnetiche che egli
aveva constatato uscire da un tubo a raggi
catodici che stava usando nel proprio laboratorio
ROENTGEN
4
La definizione di raggi X ( misteriosi) è
dello stesso Roentgen. Si trattava di radiazioni
elettromagnetiche, caratterizzate da lunghezza
donda inferiore a quella della luce visibile.
5
(No Transcript)
6
RAGGI X impiegati in diagnostica e radioterapia
superficiale

• Lunghezza donda da 1A a 0,1A
• Energia da 12.400 ev a 124.000 ev
• La energia del fotone è legata alla frequenza
• Energia h x frequenza h costante di
  Planck (6,61 x 10 -34 j x s)

7
Le RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE

• procedono in linea retta
• possono attraversare il vuoto
• non sono influenzate dai campi magnetici

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FUOCO
OGGETTO
OMBRA
9
Le RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE

• procedono in linea retta
• possono attraversare il vuoto
• non sono influenzate dai campi magnetici
• se incontrano un corpo solido ne vengono assorbite

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I RAGGI X

• procedono in linea retta
• possono attraversare il vuoto
• non sono influenzate dai campi magnetici
• attraversano i corpi solidi venen-done
  parzialmente assorbiti

11
La diversa lunghezza donda (legata alla diversa
energia) è motivo del differente comportamento

• i raggi luminosi non attraversano i corpi solidi
  (con poche eccezioni), ma ne sono assorbiti o
  riflessi
• i raggi X attraversano i corpi solidi venendone
  parzialmente assorbiti al passaggio. La loro
  energia è tale da determinare ionizzazioni.

12

• i raggi X sono in grado di attraversare i corpi
  opachi alla luce
• al passaggio, il fascio viene assorbito
  lassorbimento è in rapporto alla quantità e alla
  qualità della sostanza attraversata

13
La qualità della sostanza è di fatto
rappresentata dal numero atomico (Z) dei
costituenti

• H
• O
• C
• Ca

1 8 6 20

• I
• Ba
• W
• Pb

53 56 74 82

14

• Le differenze di densità
• tra le diverse componenti anatomiche sono alla
  base del contrasto naturale.
• In generale, tanto maggiore è il contrasto
  naturale, tanto più è agevole riconoscere le
  diverse componenti anatomiche.

15
(No Transcript)
16

• Vi sono condizioni
• (soprattutto in RT), nelle quali il contrasto
  naturale non è sufficiente per distinguere tra
  loro le diverse componenti anatomiche.
• In questi casi si ricorre a sostanze che,
  introdotte in vario modo nellorganismo, sono in
  grado di
• creare un contrasto artificiale.

17

• Queste sostanze si chiamano MEZZI DI CONTRASTO
  (mdc).
• Il loro impiego è vecchio quanto è vecchia la
  radiologia.
• Classicamente vengono distinti in mdc opachi e
  mdc trasparenti.
• I primi (opachi o radiopachi) sono di gran lunga
  i più usati.

18
(No Transcript)
19
RADIOLOGIAGENERALITAdi TECNICA
2
PRODUZIONE RAGGI X
20
Le RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IONIZZANTI
sono

• create da macchine ( raggi X)
• naturali ( raggi ?)

21
PRODUZIONE DI RAGGI X MEDIANTE MACCHINEI
TUBI RADIOGENI
22

• Caratteristica comune di tutte queste macchine è
  di determinare laccelerazione di elettroni nel
  vuoto per effetto di una differenza di potenziale
  elevata.
• Gli elettroni così accelerati causeranno la
  formazione di raggi X per interferenza con gli
  atomi del metallo (abitualmente Tungsteno)
• di cui è costituito lanodo.

23
(No Transcript)
24
(No Transcript)
25
(No Transcript)
26
(No Transcript)
27
(No Transcript)
28
(No Transcript)
29
MECCANISMI DI FORMAZIONE DEI RAGGI X

• Radiazione di frenamento (o Bremsstrahlung)
• Radiazione caratteristica

30
MECCANISMI DI FORMAZIONE DEI RAGGI X

• Radiazione di frenamento (o Bremsstrahlung)
• Radiazione caratteristica

31
PRODUZIONE DI RAGGI X PER FRENAMENTO
32
PRODUZIONE DI RAGGI X PER FRENAMENTO
33
MECCANISMI DI FORMAZIONE DEI RAGGI X

• Radiazione di frenamento (o Bremsstrahlung)
• Radiazione caratteristica o eccitazione

34
PRODUZIONE DI RAGGI X PER ECCITAZIONE
e-
35
PRODUZIONE DI RAGGI X PER ECCITAZIONE
36
PRODUZIONE DI RAGGI X PER ECCITAZIONE
37

• La radiazione caratteristica concorre in misura
  quantitativamente modesta alla composizione del
  fascio
• alla tensione di 100 kVp solo il 15 dei fotoni
  riconosce questo meccanismo di formazione.

38

• Il rendimento del tubo radiogeno è molto basso,
  in quanto il 95 circa dellenergia ceduta dagli
  elettroni accelerati sullanodo
• si trasforma in calore.
• Questo calore si sviluppa dalla macchia focale,
  bombardata dagli elettroni.

39

• Ciò crea importanti problemi, in quanto per
  migliorare la qualità dellimmagine è soprattutto
  importante ridurre il più possibile le dimensioni
  della macchia focale
• il fuoco ideale è puntiforme.
• Si delineano pertanto le necessità antitetiche di
  ridurre le dimensioni e insieme la temperatura
  della
• macchia focale.

40
OMBRA E PENOMBRA
F
F
F
O
O
O
D 1
D 2
D 3
41
FUOCO NON PUNTIFORME
42
TUBO DI COOLIDGE
43
La macchia focale è in realtà unastrazione
geometrica, essendo la proiezione su una
determinata direttrice di una superficie
inclinata. In un tubo riconosciamo

• un fuoco elettronico
• un fuoco ottico
• un fuoco termico

44

• Il FUOCO ELETTRONICO è la porzione di anodo
  colpita dagli elettroni liberati dalla spiralina
  catodica ed accelerati dalla differenza di
  potenziale.
• E larea sulla quale si formano
• i raggi X.

45
FUOCO ELETTRONICO
46

• Il FUOCO OTTICO è la proiezione geometrica del
  fuoco elettronico lungo la direzione del fascio
  è quindi una entità apparente, le cui dimensioni
  condizionano peraltro in modo determinante la
  qualità
• dellimmagine radiologica.

47
FUOCO OTTICO
48

• Le dimensioni del fuoco ottico possono essere
  ridotte senza variare le dimensioni del fuoco
  elettronico, giuocando sul fattore proiettivo
  (incrementando, cioè, linclinazione del piano
  anodico).

49
EFFETTO DELLINCLINAZIONE DEL PIANO ANODICO SULLE
DIMENSIONI DEL FUOCO OTTICO
50

• Il FUOCO TERMICO è la parte di anodo sottoposta a
  riscaldamento per effetto del bombardamento
• degli elettroni.
• Nei tubi ad anodo fisso coincide
• con il fuoco elettronico.
• Nei tubi ad anodo rotante possiede una superficie
  che aumenta
• con il crescere del
• diametro del piatto anodico.

51
FUOCO TERMICO
FUOCO TERMICO FUOCO ELETTRONICO NEI TUBI AD
ANODO FISSO
52
TUBO AD ANODO ROTANTE
53

• Esistono peraltro ulteriori opzioni tecnologiche
  per ottenere il raffreddamento dellanodo una
  via molto seguita è quella della circolazione di
  liquido refrigerante (acqua, olio...) allinterno
  della cuffia di protezione del tubo radiogeno.

54
MODALITA DI ATTENUAZIONE DEL FASCIO
55
INTERAZIONE DEI FOTONI X CON LA MATERIA

• EFFETTO TOMPSON
• EFFETTO FOTOELETTRICO
• EFFETTO COMPTON
• FORMAZIONE DI COPPIE

56
EFFETTO FOTOELETTRICO

• il fotone incidente cede tutta la propria energia
  a un elettrone, che viene sbalzato dallorbita
  un altro elettrone viene allora richiamato da
  unaltra orbita, con lemissione di un fotone di
  fluorescenza

57
EFFETTO FOTOELETTRICO o di FLUORESCENZA
58
EFFETTO COMPTON

• il fotone incidente cede parte della propria
  energia a un elettrone (elettrone Compton, che
  viene sbalzato dallorbita), cambiando direzione
  e aumentando la propria lunghezza donda

59
EFFETTO COMPTON
60
RIVELATORI DI RAGGI X
61
RIVELAZIONE

• Limmagine di assorbimento di un fascio è una
  immagine latente.
• Perché acquisti significato pratico deve essere
  rivelata.

62
(No Transcript)
63
Già Roentgen si era accorto (peraltro in modo
casuale) che i raggi X erano in grado di

• annerire le emulsioni fotografiche
• rendere fluorescenti alcune sostanze

64
RIVELATORI DI RAGGI X

• SOSTANZE FLUORESCENTI
• EMULSIONI FOTOGRAFICHE
• CRISTALLI FOTOEMITTENTI
• CAMERE DI IONIZZAZIONE
• CAMPI ELETTRICI

65
RADIOLOGIAGENERALITAdi TECNICA
3
RIVELATORI DI RAGGI X
66
TUBO RADIOGENO
FASCIO DI RADIAZIONI
OGGETTO (CON LESIONE)
IMMAGINE LATENTE DI ASSORBIMENTO NEL FASCIO
(RADIORILIEVO) ANCORA DA RIVELARE
67
TUBO RADIOGENO
FASCIO DI RADIAZIONI
OGGETTO (CON LESIONE)
IMMAGINE LATENTE DI ASSORBIMENTO NEL FASCIO (c.d.
radiorilievo)
68
TUBO RADIOGENO
FASCIO DI RADIAZIONI
OGGETTO (CON LESIONE)
IMMAGINE LATENTE DI ASSORBIMENTO NEL FASCIO (c.d.
radiorilievo)
PELLICOLA
69
TUBO RADIOGENO
FASCIO DI RADIAZIONI
OGGETTO (CON LESIONE)
IMMAGINE LATENTE DI ASSORBIMENTO NEL FASCIO (c.d.
radiorilievo)
PELLICOLA
IMMAGINE RIVELATA
70
Già Roentgen si era accorto (peraltro in modo
casuale) che i raggi X erano in grado di

• annerire le emulsioni fotografiche
• rendere fluorescenti alcune sostanze

71
RIVELATORI DI RAGGI X

• SOSTANZE FLUORESCENTI

72

• SCHERMO PER RADIOSCOPIA (sezione)

73

• RISCHI PER LOPERATORE CONNESSI ALLA RADIOSCOPIA

74
INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
75
(No Transcript)
76
(No Transcript)
77
RIVELATORI DI RAGGI X

• SOSTANZE FLUORESCENTI
• EMULSIONI FOTOGRAFICHE
• CRISTALLI FOTOEMITTENTI
• CAMERE DI IONIZZAZIONE
• CAMPI ELETTRICI

78
Granuli della emulsione
EMULSIONE 1
SUPPORTO (un tempo di acetato, ora di plastica)
0,2 mm
EMULSIONE 2
79

• Nellesecuzione di radiografie
• leffetto di annerimento diretto e lattitudine
  ad evocare fluorescenza vengono
• utilizzati contemporaneamente
• con un semplice, efficacissimo, artificio

80
PELLICOLA TRADIZIONALECON DOPPIA EMULSIONE
81

• Lannerimento delle pellicole è dovuto in larga
  prevalenza allazione degli schermi di rinforzo

40 1
82

• Questo forte incremento di annerimento
  corrisponde ad eguale riduzione della dose.
• Il prezzo da pagare, però, è uno scadimento della
  qualità dellimmagine, dovuta a diversi fattori.

CROSS-OVER e altri difetti da schermi
83
PELLICOLA
DOSE
2 emulsioni, 2 schermi
1
1 emulsione, 1 schermo
2/3
2 emulsioni, non schermi
40
84
SENZA SCHERMI
UNO SCHERMO
DUE SCHERMI
85

• Il fascio di raggi X viene assorbito in misura
  maggiore o minora in rapporto alla quantità e
  qualità ( densità)
• dei tessuti attraversati.
• Il tessuto poco denso assorbe scarsamente il
  fascio è, cioè,
• trasparente al fascio o radiotrasparente.
• Allopposto, il tessuto denso che assorbe molto
  il fascio si definisce radiopaco.

86

• Se si utilizza una pellicola come rivelatore, là
  dove il fascio giunge poco assorbito si osserva
  un notevole annerimento.
• Pertanto sulla pellicola (che è un negativo!) il
  forte annerimento significa radiotrasparenza (o
  trasparenza).

Scarso annerimento è invece sinonimo di
radiopacità (od opacità).
87

• Se invece si utilizza come rivelatore uno schermo
  di radioscopia, le cose vanno in modo inverso là
  dove il fascio giunge poco attenuato
  (ipodensità!) si ha infatti forte illuminazione
  dello schermo.

Forte illuminazione ( bianco) significa
radiotrasparenza, mentre scarsa illuminazione (
nero) sta per opacità. E lopposto della
pellicola!
88

• Il concetto - fondamentale in Radiologia - di
  opacità e trasparenza deve dunque prescindere del
  sistema di rilevazione,
• che ne può far variare
• le modalità di presentazione.
• Trasparente (radiotrasparente) è la struttura
  che assorbe poco
• il fascio di raggi X,
• opaco (radiopaco) è loggetto che assorbe molto
  il fascio.

89

• RISOLUZIONE SPAZIALE

E lattitudine di una metodica di imaging a
riconoscere come distinti tra loro due punti (o
due linee). La risoluzione spaziale indica in
pratica la capacità di rappresentare particolari
fini. Si valuta in paia di linee per millimetro
(iquante coppie di linee per millimetro, luna
bianca e laltra nera, la metodica è in grado di
riconoscere come distinte).
90
(No Transcript)
91

• RISOLUZIONE DI CONTRASTO

In RT e TC è lattitudine di una metodica di
imaging a riconoscere gli scarti di densità tra
strutture diverse ( bianco dal nero). In RM il
concetto è analogo, ma basato, invece che sulla
densità, sulle differenze di distribuzione di
protoni ovvero sulle differenze dei tempi di
rilassamento nelle varie componenti
anatomiche. In ecografia il contrasto trae
origine dalle differenze di impedenza acustica.
92
(No Transcript)
93
MODALITA DI FORMAZIONE DELLIMMAGINE RADIOGRAFICA
94
RADIOLOGIAGENERALITAdi TECNICA
4
FORMAZIONE IMMAGINE
95
FASCIO DI RADIAZIONI E SUO ASSORBIMENTO
96

• I problemi con i quali dobbiamo confrontarci sono
  fondamentalmente due

• limmagine radiografica è bidimensionale, e
  corrisponde alla vista in pianta delloggetto
  nella specifica proiezione
• il fascio di raggi X diverge

97
1

• Limmagine radiografica è bidimensionale, e
  corrisponde alla vista in pianta delloggetto
  nella specifica proiezione

98
SOLIDI DIVERSI loro immagine di proiezione
lungo lasse del fascio incidente
99
2

• Il fascio di raggi X diverge

100

• Le radiazioni elettromagnetiche
• (e tra queste i raggi X) procedono in linea retta
  
• dalla sorgente verso linfinito, divergendo tra
  loro.

101

• La divergenza del fascio causa ingrandimento
• dellombra rispetto alloggetto

102

• Fattore
• di ingrandimento
• d2 distanza F-P
• d1 distanza F-O

103
RADIOLOGIAGENERALITAdi TECNICA
RADIOGRAFIA DIGITALE
104
RIVELATORI DI RAGGI X

• SOSTANZE FLUORESCENTI
• EMULSIONI FOTOGRAFICHE
• CRISTALLI FOTOEMITTENTI
• CAMERE DI IONIZZAZIONE
• CAMPI ELETTRICI

105
RIVELATORI DI RAGGI X

• SOSTANZE FLUORESCENTI
• EMULSIONI FOTOGRAFICHE
• CRISTALLI FOTOEMITTENTI
• CAMERE DI IONIZZAZIONE
• CAMPI ELETTRICI

106
RIVELATORI DI RAGGI X

• SOSTANZE FLUORESCENTI
• EMULSIONI FOTOGRAFICHE
• CRISTALLI FOTOEMITTENTI
• CAMERE DI IONIZZAZIONE
• SEMICONDUTTORI

107

• Successivamente allo sviluppo della TC, si è
  assistito alla comparsa di altre tecniche che
  forniscono immagini di tipo digitale (cioè su
  matrice numerica).
• Si tratta di immagini analoghe ai radiogrammi, ma
  elaborate dal computer partendo da sistemi di
  rivelazione diversi dalla pellicola radiografica.
• Si definiscono RADIOGRAFIE DIGITALI.

108

• Le radiografie digitali, al pari di tutte le
  immagini digitali, sono basate sul ricorso ad una
  MATRICE, nella quale limmagine viene scomposta
  in un numero finito di unità elementari di
  superficie, per lo più quadrate, chiamate PIXEL

109
(No Transcript)
110

• In una matrice tanto più piccoli sono i pixel,
  tanto più dettagliata è limmagine.
• Una matrice fitta è indispensabile quando si
  richieda una elevata risoluzione spaziale.

111
(No Transcript)
112
(No Transcript)
113

• In una matrice tanto più piccoli sono i pixel,
  tanto più dettagliata è limmagine.
• Una matrice fitta è indispensabile quando si
  richieda una elevata risoluzione spaziale.
• In questottica, il banco di prova di gran lunga
  più impegnativo è rappresentato dello studio
  radiologico del torace.

114
Si conoscono attualmente quattro modalità
principali di radiografia digitale

• rad. digitale da intensificatore di brillanza
• rad. digitale ai fosfori con memoria
• rad. digitale con CCD
• rad. digitale a piastra di materiale
  semiconduttore

115

• INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
• FOSFORI CON MEMORIA
• CCD
• PIASTRA DI MATERIALE SEMICONDUTTORE

116

• INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
• FOSFORI CON MEMORIA
• CCD
• PIASTRA DI MATERIALE SEMICONDUTTORE

117

• INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
• FOSFORI CON MEMORIA
• CCD
• PIASTRA DI MATERIALE SEMICONDUTTORE

118
FOSFORI A MEMORIA
Sistema sviluppato da una ditta giapponese a
partire dagli anni 80, è stato progressivamente
migliorato ed è attualmente lunica modalità
digitale per radiologia generale ampiamente
diffusa e sperimentata
119
FOSFORI CONVENZIONALI
RAGGI X
LUCE
FOSFORI A MEMORIA
LUCE ENERGIA MEMORIZZATA
RAGGI X
LASER
LUCE
120

• E ben noto che la qualità dellimmagine nel
  radiogramma digitale è in relazione a due fattori

• la scala dei grigi
• la finezza della matrice

121

• Anche se un po impropria, una valutazione in
  questottica del radiogramma analogico può essere
  tentata

43 cm
6 p linee/mm
35 cm
pixel 0.083 mm
122
LIVELLI DI GRIGIO
Sono determinati dal numero di bit disponibili
per la codifica
8 bit 256 livelli di grigio 10 bit
1.024 livelli di grigio 12 bit 4.098 livelli
di grigio 14 bit 16.392 livelli di grigio
123

• RISOLUZ. SPAZIALE/CONTRASTO

MATRICE
PIXEL (µm)
Bit
83
8
Rad. Tradiz.
5160 x 4200
780
10
Intensificatore
512 x 512
250
10
Fosfori
1700 x 1700
124

• INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
• FOSFORI CON MEMORIA
• CCD
• PIASTRA DI MATERIALE SEMICONDUTTORE

125

• INTENSIFICATORE DI BRILLANZA
• FOSFORI CON MEMORIA
• CCD
• PIASTRA DI MATERIALE SEMICONDUTTORE

126
The Evolution of Image Capture Technologies
127
CURVA CARATTERISTICA DI UNA PELLICOLA
128
CURVA DI RISPOSTA AI RAGGI XDI UN DETETTORE
DIGITALE
129

• RISOLUZ. SPAZIALE/CONTRASTO

MATRICE
PIXEL (µm)
Bit
83
8
Rad. Tradiz.
5160 x 4200
780
10
Intensificatore
512 x 512
250
10
Fosfori
1700 x 1700
176
12
Thoravision
2448 x 2166
205
14
G. E.
2000 x 2000
143
14
Trixel
3000 x 3000
139
14
Hologic
3072 x 2550
130
DQE
Detective Quantum Efficiency
131
RAD. DIGITALE SVANTAGGI

• Risoluzione spaziale inferiore (in quasi tutte le
  apparecchiature) al radiogramma tradizionale
• Necessità di apparecchiature dedicate
• Costi molto elevati

132
RAD. DIGITALE VANTAGGI

• Leggero risparmio di dose (con le metodiche più
  recenti)
• Ampia latitudine di esposizione (scomparsa degli
  errori tecnici)
• Ottimizzazione del contrasto
• Possibilità di post-processing
• Archiviazione in forma digitale