LE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IN MEDICINA

1. LE RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHEIN MEDICINA Spettro elettromagnetico Radiazioni termiche: microonde infrarossi Radiazioni ionizzanti: ultravioletti raggi X raggi gamma

2. (fermi) (mm) (Å) (nm) (mm) (cm) l (m) (m) l 10–12 10–10 10–6 10–4 10–14 10–8 10–2 102 1 RAGGI INFRA- MICRO RAGGI ONDE ULTRA- GAMMA X -ROSSO ONDE RADIO n -VIOLETTO n 1022 1010 1020 1018 1016 1014 1012 108 106 (Hz) (Hz) VISIBILE 3 108 Hz colori E GeV MeV keV 109 106 (eV) 103 l ln =c E = hn (nm) 700 400 500 600 Spettro elettromagnetico

3. visibile I(l) Q 4000°K cal/(s•m2) oppureW/m2 intensità I = Dt DS 3000°K LEGGI DELL'EMISSIONETERMICA 2000°K I  T4(W/m2) legge di Stefan 0 lmax 1/T(cm) mm legge di Wien 1 2 3 l Radiazioni termiche  Irraggiamento termico Sono radiazioni termiche: microonde, infrarossi

4. Microonde Frequenza: 300 MHz < n < 300 GHz Energia:10–6eV <E=hn < 10–3eV  nonionizzanti 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)

5. intensità relativa MEDICINA visibile vicino I.R. 10 3000°K 1200°K 5 Sole l (mm) 0 0.5 1.0 2.0 1.5 penetrazione effetto termico l » 0.7mm Dx » 10 cm l > 1.4 mm Dx < 1 mm (termografia) fotografia I.R. immagine termica Infrarossi 0.7 mm < l < 20 mm vicino IR lontano IR emissione termica (Sole)

6. 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)

7. Ultravioletti Produzione UV naturale: Sole artificiale: lampade UV Si distinguono in: UVA: = 400-315 nm UVB:  = 315-280 nm UVC:  = 280-100 nm(ionizzanti) Assorbimento UV in alta atmosfera: ozono (O3) – inclinazione raggi nubi - inquinamento materiali: vetro opaco acqua trasparente (penetrazione alcuni cm) 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

8. raggi X produzione artificiale tubo a raggi X raggi g produzione naturale emissione g da decadimento nuclei instabili (radionuclidi) produzione artificiale acceleratori di particelle Radiazioni ad alta energia

9. TUBO A RAGGI X raggi X catodo generatore di corrente + K anodo F A filamento vuoto diodo trasformatore generatore di alta tensione rete Raggi X: produzione

10. I(x) I(x+Dx) intensità trasmessa X, g I (%) 100 x Dx ASSORBIMENTO ESPONENZIALE 75 Io –m x I = Ioe e 50 coefficiente di attenuazione o di assorbimento 25 0 x = m spessore x Raggi X: assorbimento

11. diversa opacità delle strutture biologiche (diverso coefficiente di assorbimento) m radioscopia (cm–1) radiografia 5 xeroradiografia radiografia digitale 2 1 (con e senza mezzo di contrasto) ossa (d = 1.8 g cm–3) 0.5 muscoli (d = 1.0 g cm–3) 0.2 grasso (d = 0.9 g cm–3) 0.1 polmoni (d = 0.3 g cm–3) 0.05 E 0.02 (keV) Immagine radiologica 50 100

12. tubo a raggi X fascio X incidente muscolo aria osso struttura biologica fascio X trasmesso diaframmi pellicola radiografica immagine negativa pellicola radiografica sviluppo della pellicola radiografia digitale Radiografia schermo fluorescente

13. Parametri per la radiografia contrasto radiologico parametri : potenziale elettrico intensità di corrente tempo di esposizione DV 45 kV ¸ 130 kV 3 mA ¸ 50 mA i Dt 1/60" ¸ 1/120"

14. Raggi gamma: impiego diagnostico radiodiagnostica radioisotopi radiofarmaci diffusione nell'organismo decadimento radioattivo rivelazione radiazione immagine conteggio dosimetrico

15. Raggi gamma: impiego terapeutico 60Co g (1.3 MeV) cobaltoterapia (acceleratori di particelle) fasci di elettroni (acceleratori di particelle) fasci gamma (acceleratori di particelle) adroterapia protoni (BNCT) neutroni ioni pesanti Boron Neutron Capture Therapy

16. Spettro elettromagnetico:produzione

17. MICRO MICRO ONDE ONDE ONDE RADIO SPETTRO ELETTROMAGNETICO : produzione l (m) l (m) 10–6 10–12 10–10 10–4 10–14 10–8 10–2 102 1 RAGGI RAGGI INFRA- INFRA- INFRA- MICRO RAGGI RAGGI ONDE ULTRA- ULTRA- ULTRA- GAMMA GAMMA X X X -ROSSO -ROSSO -ROSSO ONDE RADIO n n n n -VIOLETTO -VIOLETTO -VIOLETTO -VIOLETTO 1022 1010 1020 1018 1016 1014 1012 108 106 (Hz) (Hz) VISIBILE tubo raggi X radiazione termica transizioni nucleari circuiti oscillanti e acceleratori transizioni atomiche laser Lauree in Discipline Sanitarie Tecniche P.Montagna dic.02 Corso di Fisica Medica Le radiazioni elettromagnetiche in Medicina pag. 17

18. SPETTRO ELETTROMAGNETICO : impiego l (m) l (m) 10–12 10–10 10–6 10–4 10–14 10–8 10–2 102 1 RAGGI INFRA- MICRO RAGGI ONDE ULTRA- GAMMA X -ROSSO ONDE RADIO n n -VIOLETTO 1022 1010 1020 1018 1016 1014 1012 108 106 (Hz) (Hz) VISIBILE diagnostica (RX , CT) diagnostica (RM) terapia diagnostica (PET, SPET) diagnostica (IR e visibile) terapia Lauree in Discipline Sanitarie Tecniche P.Montagna dic.02 Corso di Fisica Medica Le radiazioni elettromagnetiche in Medicina pag. 18

19. SPETTRO ELETTROMAGNETICO : rivelazione l (m) l (m) 10–12 10–10 10–6 10–4 10–14 10–8 10–2 102 1 RAGGI INFRA- MICRO RAGGI ONDE ULTRA- GAMMA X -ROSSO ONDE RADIO n n -VIOLETTO 1022 1010 1020 1018 1016 1014 1012 108 106 (Hz) (Hz) VISIBILE occhio umano emulsione fotografica (+ schermi) induzione elm rivelatori di ionizzazione antenna stato solido , NaI sistemi CCD Lauree in Discipline Sanitarie Tecniche P.Montagna dic.02 Corso di Fisica Medica Le radiazioni elettromagnetiche in Medicina pag. 19