Introduzione alla diagnostica per immagini

INTRODUZIONE ALLA DIAGNOSTICA PER IMMAGINI

Natura e proprietà dei raggi X: nozioni di base

Un sistema fisico che trasferisca energia all'ambiente circostante viene definito sorgente e l'energia trasferita radiazione.

In diagnostica per immagini (DxI) si utilizzano radiazioni ionizzanti (r.i.) ed non ionizzanti (n.i.r.)

Le radiazioni ionizzanti vengono così definite perché hanno la capacità di produrre ioni nell'interazione con la materia. Esse vengono distinte in radiazioni non corpuscolari, o elettromagnetiche, nel caso in cui trasportino solo energia, o in radiazioni corpuscolari, se al trasporto di energia è associato anche un trasporto di materia.

Le radiazioni non corpuscolari, a differenza delle onde sonore, si possono propagare anche nel vuoto, in assenza di materia, perché le perturbazioni che viaggiano sono variazioni di intensità del campo magnetico e del campo elettrico, per cui vengono anche denominate "onde elettromagnetiche".

Le r.i. elettromagnetiche trovano applicazione in radiologia tradizionale (RT) ed in tomografia computerizzata (TC).

Le r.i. corpuscolari invece trovano applicazione in medicina nucleare (MN).

Entrambe vengono utilizzate in radioterapia.

Le n.i.r si impiegano in ecografia (US) ed in risonanza magnetica (RM).

Interazioni con la materia

RADIOLOGIA TRADIZIONALE : trocostratigrafo, teleradiografo e telecomandato

I raggi X sono radiazioni elettromagnetiche, formate da piccoli pacchetti di sola energia chiamati fotoni.

I fotoni sono la risultante del passaggio di elettroni da un orbitale elettronico più esterno, e quindi a maggiore energia, ad uno più interno, e quindi a minore energia; questo salto di orbitale si accompagna alla emissione di una quota di energia  sotto forma di radiazione.

Poiché questo salto energetico determina la produzione di radiazioni elettromagnetiche con una lunghezza d'onda tipica dell'atomo nel quale è avvenuta la transizione elettronica: tale radiazione viene  denominata "radiazione caratteristica".

I raggi X, nell'attraversare il segmento del corpo da esaminare, interagiscono con i tessuti biologici, venendo deviati od in parte o del tutto attenuati in funzione della:

1. densità
2. spessore
3. peso atomico delle strutture attraversate
4. caratterizzazione energetica dello spettro del fascio di raggi X utilizzato.

L'informazione portata dalla radiazione emergente dal soggetto rappresenta l'immagine radiante, la quale può essere concretizzata solo mediante un opportuno recettore di immagini, che registra il fascio risultante.

I meccanismi fondamentali di interazione dei raggi X con i tessuti biologici sono:

1. effetto fotoelettrico, in cui il fotone incidente cede all'elettrone urtato tutta la sua energia, il fotone scompare e l'elettrone viene fuori dall'atomo con una certa energia cinetica
2. effetto Compton, in cui il fotone incidente cede all'elettrone urtato una parte della sua energia, il fotone continua il suo cammino, deviato e con minore energia , l'elettrone viene fuori dall'atomo con una certa energia cinetica
3. effetto diffusione coerente, detta anche diffusione classica, in cui il fotone incidente viene deviato nella direzione da un elettrone atomico, senza  perdita di energia. Questo fenomeno non porta alcuna informazione utile ai fini diagnostici ma contribuisce alla formazione del sottofondo grigio della pellicola, cioè alla velatura.

Vi sono altri due meccanismi di interazione dei raggi X con la materia ma sono di scarsa rilevanza in radiodiagnostica, perché avvengono ad energie superiori a quelle di norma utilizzate:

1. la produzione di coppie, in cui il fotone raggiunge il nucleo e si materializza dando luogo a due elettroni, e
2. la fotodisintegrazione, in cui raggiunge il nucleo e viene assorbito.