radiazioni elettromagnetiche in medicina radiazione elettromagnetica 1 corso integrato fisica -...
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RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE
IN MEDICINA
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 1
corso integrato FISICA - disciplina FISICA MEDICALaurea in LOGOPEDIA
- SPETTRO ELETTROMAGNETICO- RADIAZIONI TERMICHE: MICROONDE E INFRAROSSI- RADIAZIONI IONIZZANTI: ULTRAVIOLETTI, X E GAMMA
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
SPETTRO ELETTROMAGNETICO
ONDERADIO
MICROONDE
INFRA--ROSSO
VISIBILE
ULTRA--VIOLETTO
RAGGIX
RAGGIGAMMA
102110–210–410–610–810–1010–1210–14(m) (m)
(Hz)
(Hz) 106108
3 108 Hz
1010101210141016101810201022
(cm)(mm)(m)(Å)(fermi) (nm)
= c
2 700600500400
(nm)
MeV keV
E = h
GeV
(eV)
E103106109
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 3
RADIAZIONE TERMICA
IRRAGGIAMENTO TERMICO
intensità I = Qt S
cal s–1 m–2 oppure watt m–2
legge di Stefan I = T4 (watt/m2)
legge di Wien max = 0.2897 / T (cm)
LEGGI DELL'EMISSIONE TERMICA
I()
1 2 3 m
4000°K
3000°K
2000°K
0
visibile
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
MICROONDE IN MEDICINA
4
radiazioni non ionizzanti
300 MHz < < 300 GHz10–6 eV <E = h < 10–3 eV
effetti : calore (diatermia)
I(x) = Io e xD–
D = D()
assorbimento :
terapia2450 MHz
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 5
MICROONDE IN MEDICINA
(cm)
frequenza(GHz)
tessuto adiposo
tessuto con elevatocontenuto di acqua
10.05.0
2.0
1.0
0.5
0.2
0.1 2 4 6 8 10
(spessore caratteristico)
D
I(x) = Io e xD
–
I = 10 mW cm–2
massima potenza radiante solare assorbita dall'uomo :I 100 mWcm–2
esposizione limite per l' uomo :
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
INFRAROSSI IN MEDICINA
6
0.7 m < < 20 mintensità relativa
10
5
0 0.5 1.0 1.5 2.0
3000°K 1200°K
visibile
Sole
vicino I.R.
MEDICINA
(m)
emissione termica (Sole)
effetto termico 0.7m x 10 cm > 1.4 m x < 1 mm
penetrazione
fotografia I.R. immagine termica (termografia)
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA
7
origine solareintensitàrelativa
corpo nero (SOLE)(5800°K)
radiazione solare a livello del mare
visibile
1 1.5 2
m0.5
U.V.
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 8
ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA
intensità (unità arbitrarie)
1030
507090
m0.28 0.32 0.36
90°radiazione solarerispetto al suolo
40°
10°
emissione da lampada a fluorescenza
risposta cutanea
abbronzatura
eritema
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA
9
UVA : 400 315 nmUVB : 315 280 nmUVC : 280 100 nm
produzione emissione termica (Sole)transizioni atomiche
produzione naturale (Sole) I(500 nm) I(600 nm)
(assorbimento)
Sole suoloUV :
assorbiti in aria(produzione ozono O3 e ossidi di azoto)200 100 nm
assorbiti da O3300 200 nm
spessore atmosferanuvolefumi e smog diffusione*
*
*
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 10
ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA
UVA : 400 315 nmUVB : 315 280 nmUVC : 280 100 nm
produzione artificiale
lampade U.V. = 400 270 nm
assorbimento : H2O 400 300 nm (in 2÷5 cm)vetro opacoquarzo trasparente
effetti biologici : eccitazione atomi e molecoleeffetto termico
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA
11
uomo
sintesi vitamina D ( 280 nm)abbronzatura(formazione pigmento protezione da U.V.)
eritema(dilatazione vasi da sostanze prodotte)
(UVB, UVC)
risposta cutanea massima 300 nm( 4 eV dissociazione legame C— C )
azione battericidalesioni oculari (cataratta)
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
RADIAZIONI IONIZZANTI
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radiazioni ionizzanti : E > 100 eV(ionizzazione nella materia attraversata)
radiazioni elettromagnetiche (m > 0) fotoni X e fotoni
E = h
radiazioni corpuscolarialfa (nucleo 4He)beta (elettroni e–, positroni e+)protonineutroniioni (nuclei)
E = 12
m v2(m > 0)
assorbimento cessione di energia alla struttura atomica e molecolare del materiale attraversato
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 13
PRODUZIONE DI FOTONI DI ALTA ENERGIA
raggi X
raggi
produzione artificialetubo a raggi X
produzione naturaleemissione da decadimento nuclei instabili(radionuclidi)
produzione artificialeacceleratori di particelle
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
RAGGI X: PRODUZIONE
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rete
trasformatorediodo
anodoA
filamentoF
catodo K
generatore di alta tensione
generatore di corrente
vuoto
+
raggi XTUBO A RAGGI X
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 15
RAGGI X E : ASSORBIMENTO
x x
I(x)I(x+x)
X,
0
25
50
75
100
intensitàtrasmessa
(%) I
x =
Io
e
spessore x
ASSORBIMENTOESPONENZIALE I = Io e
– x
coefficiente diattenuazione o di assorbimento
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
IMMAGINE RADIOLOGICA
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diversa opacità delle strutture biologiche(diverso coefficiente di assorbimento)
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 )
50 100 1500.020.050.10.20.5
12
5
(keV)
(cm–1)
E
radioscopiaradiografiaxeroradiografiaradiografia digitale
(con e senza mezzo di contrasto)
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
RADIOGRAFIA
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tubo a raggi X
strutturabiologica
diaframmi schermofluorescente
pellicola radiografica
fascio X trasmesso
fascio X incidente
osso
muscoloaria
pellicola radiograficaimmagine negativasviluppo della pellicolaradiografia digitale
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
RADIOGRAFIA
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contrasto radiologico
parametri : potenziale elettricointensità di correntetempo di esposizione
V 45 kV 130 kVi 3 mA 50 mA
t 1/60" 1/120"
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
RAGGI : IMPIEGO IN DIAGNOSTICA
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radiodiagnostica
radioisotopi radiofarmacidiffusione nell'organismodecadimento radioattivorivelazione radiazione
immagine conteggiodosimetrico
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 20
cobaltoterapia 60Co (1.3 MeV)
fasci di elettroni (acceleratori di particelle)
(acceleratori di particelle)fasci gamma
adroterapia (acceleratori di particelle)protonineutroniioni pesanti
(BNCT)
Boron Neutron Capture Therapy
RAGGI : IMPIEGO IN TERAPIA
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
SPETTRO ELETTROMAGNETICO : produzione
ONDERADIO
MICROONDE
INFRA--ROSSO
VISIBILE
ULTRA--VIOLETTO
RAGGIX
RAGGIGAMMA
102110–210–410–610–810–1010–1210–14(m) (m)
(Hz)
(Hz) 1061081010101210141016101810201022
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X
circuiti oscillanti
ONDERADIO
MICROONDE
radiazione termica
MICROONDE
INFRA--ROSSO
-VIOLETTO
transizioni atomiche
-VIOLETTO-ROSSOINFRA-
ULTRA-
laser
tubo raggi X
RAGGIULTRA-
-VIOLETTOX
transizioni nucleari
e acceleratori
GAMMARAGGI
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 22
ONDERADIO
MICROONDE
INFRA--ROSSO
VISIBILE
ULTRA--VIOLETTO
RAGGIX
RAGGIGAMMA
102110–210–410–610–810–1010–1210–14(m) (m)
(Hz)
(Hz) 1061081010101210141016101810201022
SPETTRO ELETTROMAGNETICO : impiego
diagnostica (RM)diagnostica (RX , CT)
diagnostica (PET, SPET)
diagnostica (IR e visibile)
terapia
terapia
RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 23
ONDERADIO
MICROONDE
INFRA--ROSSO
VISIBILE
ULTRA--VIOLETTO
RAGGIX
RAGGIGAMMA
102110–210–410–610–810–1010–1210–14(m) (m)
(Hz)
(Hz) 1061081010101210141016101810201022
SPETTRO ELETTROMAGNETICO : rivelazione
induzione elm
antenna
emulsione fotografica(+ schermi)
occhio umano
sistemi CCD
rivelatori di ionizzazione
stato solido , NaI