RADIODIAGNOSTICA C.So Tecnici Ortopedici

Presentazione sul tema: "RADIODIAGNOSTICA C.So Tecnici Ortopedici"— Transcript della presentazione:

1 RADIODIAGNOSTICA C.So Tecnici Ortopedici
Dr. A. Saltarelli

2 Storia Tra i primi importanti ricercatori dei raggi X ci furono Sir William Crookes, Johann Wilhelm Hittorf, Eugene Goldstein, Heinrich Hertz, Philipp Lenard, Hermann von Helmholtz, Thomas Edison, Nikola Tesla, Charles Barkla e Wilhelm Conrad Röentgen. Il fisico Johann Hittorf osservò dei tubi a vuoto che emettevano raggi energetici dall‘elettrodo negativo. Questi raggi producevano una fluorescenza quando colpivano la parete di vetro dei tubi. Nel 1876 l'effetto fu chiamato "raggi catodici" da Eugene Goldstein. Più tardi, nel 1879 il fisico inglese William Crookes investigò gli effetti di scariche di energia in gas rari. Costruì quello che adesso è chiamato un tubo di Crookes. È un cilindro di vetro al cui interno è fatto il vuoto, contenente degli elettrodi per produrre correnti ad alta tensione. Trovò che, disponendo delle pellicole fotografiche vicino al tubo, alcune venivano esposte, ma non investigò questo aspetto.

3 Nel 1892, Heinrich Hertz dimostrò che i raggi catodici potevano passare attraverso fogli di metallo molto sottile (come l‘alluminio). Philip Lenard, uno studente di Hertz, continuò ad investigare. Sviluppò una nuova versione del tubo catodico e studiò la penetrazione dei raggi X attraverso vari metalli. Leonard, però, non si rese conto che stava producendo raggi X. Nell‘Aprile 1887, Nikola Tesla iniziò a studiare i raggi X usando sia i propri apparecchi che i tubi di Crookes. Dai suoi resoconti tecnici, si vede che inventò e realizzò uno speciale tubo a raggi X con un singolo elettrodo. I tubi di Tesla differivano dagli altri per non avere un elettrodo di target. Spiegò tutto questo nella sua lezione sui raggi X del 1897, all‘Accademia delle Scienze di New York. Il termine moderno per questo processo è bremsstrahlung, dove un'emissione secondaria di raggi X energetici viene prodotta quando particelle cariche (per esempio elettroni) passano attraverso la materia. Nel 1892 Tesla aveva compiuto numerosi esperimenti in tal senso, ma non rese pubblici i suoi risultati. I suoi esperimenti successivi lo portarono ad avvertire la comunità scientifica per primo dei rischi biologici connessi all'espozione ai raggi X.

4 Hermann von Helmholtz formulò una descrizione matematica dei raggi X
Hermann von Helmholtz formulò una descrizione matematica dei raggi X. Ipotizzò una teoria della dispersione prima che Röntgen facesse le sue scoperte ed annunci. La sua formula era basata sulla teoria elettromagnetica della luce (Wiedmann's Annalen, Vol. XLVIII). L‘8 Novembre 1895 Wilhelm Röntgen, uno scienziato tedesco, iniziò ad osservare raggi X mentre sperimentava con i tubi a vuoto. Röntgen scrisse il 28 Dicembre 1895 un rapporto preliminare "Su un nuovo tipo di raggi: una comunicazione preliminare". Lo spedì alla rivista della Würzburg's Physical-Medical Society. Fu il primo annuncio formale e pubblico dei raggi X. Röntgen chiamò la radiazione "X", per indicare che era ancora di tipo sconosciuto. Il nome rimase, anche se molti dei suoi colleghi suggerirono di chiamarli "raggi di Röntgen" (Röntgen stesso si oppose a questa denominazione). In alcune nazioni, quest'ultimo nome è ancora usato. Röntgen ricevette il primo Premio Nobel per la fisica grazie a questa scoperta. L'uso dei raggi X per scopi medici fu iniziato da John Hall-Edwards in Inghilterra. Nel 1908 dovette farsi amputare il braccio sinistro a causa di una dermatite causata dai raggi X.

5 Radiografia della mano di Albert von Kölliker, eseguita da Röntgen

6 È nota come raggi X quella porzione dello spettro elettromagnetico con una lunghezza d’onda compresa approssimativamente tra 10 nanometri (nm) e 1/1000 di nanometro. Raggi X con una lunghezza d'onda superiore a 0,1 nm sono chiamati raggi X molli. A lunghezze minori, sono chiamati raggi X duri. I raggi X duri si sovrappongono con i raggi gamma meno energetici, ma vengono distinti da essi a seconda della loro origine: i fotoni X sono prodotti da elettroni energetici, mentre quelli gamma da transizioni all'interno di un nucleo atomico. I raggi X sono usati principalmente per fini medici (attraverso le radiografie), nell'analisi chimica con la spettrofotometria XRF e nell'analisi della struttura dei materiali con la cristallografia a raggi X e con la spettroscopia di assorbimento dei raggi X.

7 Spettro elettromagnetico
L'insieme delle radiazioni costituisce lo spettro elettromagnetico. Le radiazioni sono onde elettromagnetiche caratterizzate da una lunghezza d'onda e da una frequenza. Poiché la lunghezza d’onda e la frequenza di una radiazione sono inversamente proporzionali, tanto minore sarà la lunghezza d'onda, tanto maggiore sarà la frequenza e quindi l'energia.

8 Con la vista riusciamo a percepire lunghezze d'onda comprese tra i 400 e i 700 nanometri (nm) a cui diamo il nome di luce. Lunghezze d'onda minori corrispondono ai raggi ultravioletti, ai raggi X ed ai raggi gamma che hanno tutti quindi frequenza superiore alla luce visibile e perciò maggiore energia. Le radiazioni infrarosse, le onde radio e le microonde hanno invece lunghezze d'onda maggiori della luce e trasportano energia inferiore.

9 Come l'orecchio ha dei limiti nella percezione del suono, l'occhio ha dei limiti nella visione della luce. In entrambi i casi, vi sono limiti superiori e inferiori. L'occhio non può vedere la radiazione elettro-magnetica oltre la zona violetta dello spettro e al di sotto della zona rossa. Lo spettro elettromagnetico si compone delle zone al di sopra e al di sotto di questi limiti, incluso il campo visibile.

10 La radiazione con una lunghezza d'onda inferiore a 0,4 µ è denominata luce ultravioletta. Questa zona scende fino a una lunghezza d'onda di circa 0,5 mµ. Al di sotto di questa zona, si trova quella dei raggi X e si stende fino a una lunghezza d'onda di circa 0,006 mµ. La parte inferiore dello spettro si compone di onde denominate raggi gamma. Questa zona si trova al di sotto della zona dei raggi X. Dalla parte dello spettro, dove la luce ha lunghezza d'onda maggiore, cioè oltre il rosso, si trova la zona denominata infrarossa. Quest'ultima va da 0,7 µ a 0,4 mm. Quindi, viene la zona delle microonde, con lunghezze d'onda da 0,4 mm. a 100 cm. Oltre a questa, vi sono tre campi di onde radio: onde corte da 1 m. a 100 m.; onde medie da 200 m. a 600 m.; onde lunghe superiori a 600 m.

11 È interessante rilevare che solo una parte assai limitata dello spettro contiene radiazioni visibili all'occhio. Per quanto le onde delle diverse zone abbiano tutte le stesse proprietà, si impiega il termine luce solo per la parte visibile dello spettro e le due zone circostanti. Le parti di luce visibile dello spettro sono emesse da corpi incandescenti. Il campo di raggi gamma rappresenta il risultato della disintegrazione radioattiva. Le onde radio possono essere generate da scariche che producono onde elettromagnetiche. Quantunque si distinguano varie zone nello spettro, non si può dire che esistano tra esse limiti netti.

12 Spettro elettromagnetico
Luce visibile Infrarosso Microonde Raggi Gamma Raggi X Ultra violetto Onde.Radio Spettro visibile: Violetto | Blu | Ciano | Verde | Giallo | Arancione | Rosso

13 Lunghezza d'onda La lunghezza d'onda è la distanza tra punti ripetitivi di una forma d'onda. Viene comunemente indicata dalla lettera greca lambda (λ). In un'onda sinusoidale, la lunghezza d'onda è la distanza tra i picchi:

14 La lunghezza d'onda ha una relazione inversa con la frequenza, il numero di picchi passati in un dato tempo. la lunghezza d'onda è uguale alla velocità dell'onda divisa per la sua frequenza. Quando si ha a che fare con la radiazione elettromagnetica nel vuoto, questa velocità è la velocità della luce c, e la conversione diventa: dove: λ = è la lunghezza d'onda di un‘onda elettromagnetica c = velocità della luce = 3×108 m/s ν = frequenza dell'onda

15 Per le onde radio questa relazione viene trattata facilmente dalla formula: metri della lunghezza d'onda = 300/frequenza in megahertz (MHz) Quando le onde luminose (e altre onde elettromagnetiche) passano attaverso un materiale, la loro lunghezza d'onda viene ridotta da un fattore pari all‘indice di rifrazione n del materiale, ma la frequenza dell'onda non cambia.

16 Radiazione elettromagnetica
La radiazione elettromagnetica è, dal punto di vista dell'elettromagnetismo classico, un fenomeno ondulatorio dovuto alla contemporanea propagazione di perturbazioni periodiche di un campo elettrico e di un campo magnetico, oscillanti in piani tra di loro ortogonali.

17 Tubo radiogeno Un tubo radiogeno o Tubo a raggi X è un tipo di tubo a vuoto destinato alla produzione di Raggi X: a differenza dei normali tubi a vuoto la tensione di lavoro è estremamente elevata, da a Volt, e non amplifica nulla ma genera soltanto radiazione X.

18 Descrizione di un Tubo radiogeno minimale
Schema di tubo (K=catodo, A=anticatodo, W=fluido refrigerante)

19 Il tubo radiogeno è una ampolla di vetro sotto vuoto spinto, che contiene un catodo e un anodo ad alta tensione. Il catodo (o polo negativo), come nelle normali valvole termoioniche, a sua volta è composto dal filamento riscaldatore (alimentato a bassa tensione) e dal catodo vero e proprio collegato al circuito ad alta tensione. L'anodo (polo positivo) invece, situato al polo opposto dell'ampolla, è costituito da un disco obliquo di metallo pesante ( tungsteno per i tubi diagnostici tradizionali, molibdeno o rodio per i tubi usati in diagnostica senologica ). L'anodo può essere anche detto anticatodo.

20 Il tubo radiogeno è contenuto a sua volta in una guaina metallica (generalmente di alluminio, con schermature di piombo) riempita di olio dielettrico:l'olio consente sia di dissipare il calore generato dal tubo in funzione, che di garantire l'isolamento elettrico tra i contatti esterni di anodo e catodo. Scopo della guaina è sia di protezione meccanica, sia di assorbire alcune delle lunghezze d'onda dei raggi X emessi dal tubo che non sono utili agli scopi preposti.

21 I tubi radiogeni emettono una radiazione X di molte lunghezze d'onda diverse, cioè policromatica: tali lunghezze d'onda dipendono sia dal tipo di metallo del disco anodico sia, soprattutto, dalla tensione di funzionamento: quanto più la tensione è alta, tanto più breve è la lunghezza d'onda dei raggi X (radiazione più dura, più penetrante): mentre operando a tensione più bassa si avranno raggi X molli meno penetranti. Inoltre, aumentando la corrente aumenta proporzionalmente l'intensità della radiazione emessa: l'operatore deve quindi regolare questi parametri a seconda delle necessità.

22 Funzionamento Il filamento riscalda il catodo, che inizia ad emettere elettroni per effetto termoionico; la nube elettronica intorno ad esso viene accelerata dall'alta tensione, che proietta gli elettroni verso l'anodo dove colpiscono il disco metallico: nell'impatto l'energia cinetica che avevano acquisito si trasforma in calore (per il 99%) e in radiazione X (per l'1%). La generazione di raggi X avviene per Brehmsstrahlung (radiazione di frenamento) e per radiazione caratteristica.

23 Nei tubi moderni il disco metallico all'anodo è rotante: questo accorgimento allunga la vita utile del tubo evitando che gli elettroni, colpendo sempre lo stesso punto, erodano precocemente l'elettrodo (craterizzazione dell'anodo) e ne migliora la nitidezza d'immagine. I tubi radiogeni devono essere alimentati rigorosamente in corrente continua (altrimenti si avrebbe impatto ed emissione anche sul catodo, che verrebbe rapidamente distrutto)

24 Bremsstrahlung La radiazione di frenamento o bremsstrahlung è la radiazione emessa da particelle cariche quando subiscono una forte decelerazione. Ciò avviene tipicamente quando le particelle vengono scagliate contro un bersaglio metallico. Poiché gli elettroni sono molto più leggeri dei protoni, il bremsstrahlung elettronico è il più comune. Secondo le equazioni di Maxwell, le cariche accelerate emettono radiazione elettromagnetica, e se l'energia degli elettroni bombardanti è sufficientemente alta, si ha che la radiazione emessa si trova nella regione dei raggi X dello spettro elettromagnetico.

25 Per lo spettro continuo di bremsstrahlung ottenuto da particelle accelerate da una differenza di potenziale V, vale la seguente relazione: dove -e è la carica dell'elettrone, V è la tensione corrispondente all'energia delle particelle incidenti, h è la costante di Planck, c è la velocità della luce e λmin la lunghezza d’onda minima possibile della radiazione di frenamento. La radiazione di bremsstrahlung è caratterizzata da una distribuzione continua di radiazione che diviene più intensa e si sposta verso le frequenze maggiori con l'aumentare dell'energia degli elettroni bombardanti.

26 Impieghi Da quasi un secolo i tubi radiogeni sono ampiamente usati in medicina e in odontoiatria per scopi diagnostici, ma sono preziosi anche per effettuare controlli industriali su saldature e ricerca di fratture in pezzi metallici sottoposti a stress e non altrimenti ispezionabili. Altri usi si hanno in archeologia e in storia dell'arte, per indagini su corpi mummificati e su dipinti di sospetta autenticità, o che potrebbero nascondere opere antecedenti.

27 Radiologia La Radiologia o diagnostica per immagini è la branca della medicina che si occupa di fornire immagini (vere, ricostruite o virtuali) dell'interno del paziente, allo scopo di fornire informazioni utili alla diagnosi. Storicamente nasce qualche anno dopo la scoperta dei raggi X da parte di Wilhelm Conrad Röentgen, avvenuta nel Fino alla seconda metà del XX secolo, la radiologia restava l'unico metodo di esplorazione indiretto dell'interno del paziente; sul finire del 1900 vennero inventate ed assorbite nella branca radiologica altre tecniche di esplorazione non basate sull'utilizzo di radiazioni ionizzanti. Per questo motivo, pur restando il nome "radiologia" come indicativo delle indagini interne, talvolta oggi si preferisce la terminologia diagnostica per immagini.

28 Le immagini da raggi X sono ottenute generando, appunto, un potente fascio di raggi X e facendolo passare attraverso il corpo del paziente. Tali raggi possono essere assorbiti dai tessuti del paziente, deviati dagli urti con gli atomi del corpo, o passare indisturbati e le frazioni in gioco dipendono dall'energia dei raggi utilizzati e dal tipo di tessuto irradiato.

29 Il fascio uscente dal paziente deve essere reso visibile; per questo motivo, nella prima metà del 1900 venivano usati opportuni strati di fosfori su vetro (fluoroscopia): i raggi X colpivano lo strato, che emetteva luce ed il radiologo, di fronte al paziente (e al fascio di radiazione), osservava quanto visibile sul vetro. Questa geometria, date le quasi nulle protezioni dalle radiazioni, generò molti casi di morte tra i radiologi.

30 La situazione migliorò notevolmente con l'uso di film fotografici messi a contatto con il paziente, all'interno di speciali contenitori che nascondevano il film alla luce. Impressionati dai raggi X, tali film (lastre) venivano poi sviluppati, tramite un procedimento fotografico; questo permetteva al radiologo di osservare con calma la radiografia, senza problemi di radiazione, su uno schermo illuminato in modo uniforme (negativoscopio o diafanoscopio).

31 Nella seconda metà del 1900 vennero introdotti schermi al Tungstato di Calcio da parte della francese Dupont, in grado di convertire i raggi X in luce: se posti a contatto con il film, dopo lo sviluppo, si aveva una radiografia, che da un lato era un po' meno definita nei dettagli, ma che in compenso permetteva di avere un'immagine con una dose di radiazioni ridotta almeno di un fattore 10, con riduzione del rischio per il paziente. Il film poteva anche essere sensibile su entrambe le facce, ciascuna a contatto con un schermo, in modo da ridurre ulteriormente la dose. La situazione è ulteriormente migliorata negli anni 60, con l'introduzione di schermi alle Terrre Rare (Ossifloruro di Gadolinio) da parte dell'italiana Ferrania: l'efficienza aumentò e in corrispondenza la dose per esame fornita al paziente diminuì ulteriormente.

32 Diagnostica per immagini

33 Negli anni precedenti il 2000, entrarono in radiologia i sistemi digitali:
Tomografia assiale computerizzata (CT o TAC) Radiografia digitale angiografia digitale

34 Tomografia assiale computerizzata
In radiologia la tomografia assiale computerizzata, indicata con le sigle TAC o meglio TC (CT in inglese), è una metodica diagnostica per immagini, che sfrutta radiazioni ionizzanti (raggi X) e consente di riprodurre sezioni (tomografia) corporee del paziente ed elaborazioni tridimensionali. Per la produzione delle immagini è necessario l'intervento di un elaboratore di dati (computerizzata). L'aggettivo "assiale" è inappropriato perché obsoleto: le moderne metodiche permettono scansioni trasversali e ricostruzioni delle immagini su ogni piano e non solo su quello assiale.

35 Metodica L'immagine del corpo da studiare viene creata misurando l'attenuazione di un fascio di raggi X che attraversa tale corpo. Questa varia in modo proporzionale alla densità elettronica dei tessuti attraversati, cioè alla distribuzione spaziale degli elettroni nello strato corporeo in esame. Poiché le immagini prodotte sono di tipo digitale, il corpo studiato viene suddiviso in una serie discreta di elementi di volume (voxel), ai quali corrisponde un elemento unico d'immagine (pixel), seguente la scala dei grigi. Quanto più piccolo è il pixel ottenuto tanto maggiore è la risoluzione spaziale. L'attenuazione è direttamente proporzionale alla densità elettronica dei tessuti presenti nel voxel: il suo valore è detto “densitometrico”. Un voxel con alta densità viene rappresentato con una gradazione di grigio più chiara.

36 . La metodica TC consente risultati molto migliori della radiologia tradizionale, per quanto riguarda la differenziazione dei tessuti molli. Malauguratamente la dose di radiazioni ionizzante fornita al paziente è molto più elevata rispetto a una radiografia tradizionale, tanto più nel caso dei tomografi multistrato, pertanto si dovrebbe ragionevolmente ricorrere alla TC solo se strettamente necessario, soprattutto se i tessuti irradiati sono in accrescimento (per es. nei bambini). Lo studio TC può essere migliorato dall'infusione di mezzo di contrasto endovenoso organo-iodato, che consente una migliore differenziazione di strutture con densità simile, o della stessa struttura in tempi diversi, programmabili attraverso un iniettore a flusso variabile.

37 Il tomografo computerizzato
L'emettitore del fascio di raggi X ruota attorno al paziente ed il rivelatore, al lato opposto, raccoglie l'immagine di una sezione del paziente; il lettino del paziente scorre in modo molto preciso e determinabile all'interno di un tunnel di scansione, presentando a ogni giro una sezione diversa del corpo. Le sequenze di immagini, assieme alla informazioni dell'angolo di ripresa, sono elaborate da un computer, che presenta il risultato sul monitor. Tale risultato è costituito da una serie di sezioni contigue dello spessore reimpostato: l'insieme delle sezioni ricostruite costituiscono i dati inerenti il volume di scansione che possono essere ricostruiti da un software di rendering tridimensionale per produrre immagini tomografiche di qualsiasi altro piano spaziale o, in alternativa, per ottenere immagini tridimensionali o endoscopiche.

38 Radiografia digitale Sono indicati con questo termine i sistemi di radiografia diretta, nei quali la rivelazione dell'immagine avviene tramite un sensore che fornisce in uscita direttamente i dati digitali, senza bisogno di procedimenti intermedi. Questi sensori sono utilizzati nella stessa posizione in cui vengono messi i sistemi analogici basati sul film radiografico, cioè dietro al paziente, dalla parte opposta del tubo a raggi X, in modo da raccogliere il fascio emergente dal paziente. Entro breve tempo dall'esposizione (da 5 a 30 secondi), i dati digitali dell'immagine sono spediti lungo un cavo, normalmente una fibra ottica, fino al computer di controllo, che mostra l'immagine appena acquisita. Questa viene poi spedita per la stampa e per l'archiviazione lungo la rete ospedaliera.

39 Metodiche di medicina nucleare
Metodiche che sfruttano una sorgente radiante o RADIOFARMACO posta all'interno del corpo umano in forma liquida iniettabile: Metodiche di medicina nucleare (PET, SPECT, Gamma Camera, Scintigrafia)

40 Modalità diagnostiche che, pur ottenendo immagini senza l'uso dei raggi x, sono entrate anch'esse nel campo radiologico: ecografia / ultrasuoni Risonanza magnetica (RMN o MRI)

41 Ecografia L'ecografia è un sistema di indagine diagnostica medica che non utilizza radiazioni ionizzanti, ma ultrasuoni e si basa sul principio dell'emissione di eco e della trasmissione delle onde ultrasonore. L'ecografia è in ogni caso, operatore-dipendente, poiché vengono richieste particolari doti di manualità e spirito di osservazione, oltre a cultura dell' immagine ed esperienza clinica.

42 Gli ultrasuoni utilizzati sono compresi tra 1 e 20 MHz
Gli ultrasuoni utilizzati sono compresi tra 1 e 20 MHz. La frequenza è scelta tenendo in considerazione che frequenze maggiori hanno maggiore potere risolutivo dell'immagine, ma penetrano meno in profondità nel soggetto. Queste onde sono generate da un cristallo piezoceramico inserito in una sonda mantenuta a diretto contatto con la pelle del paziente con l'interposizione di un apposito gel (che elimina l'aria interposta tra sonda e cute del pazientę, permettendo agli ultrasuoni di penetrare nel segmento anatomico esaminato); la stessa sonda è in grado di raccogliere il segnale di ritorno, che viene opportunamente elaborato da un computer e presentato su un monitor.

43 La Risonanza Magnetica Nucleare (RMN) è una tecnica di indagine sulla materia basata su principi fisici che utilizzano la misurazione della precessione dello spin di alcuni nuclei atomici sottoposti ad un campo magnetico.

44 Le informazioni date dalle immagini di risonanza magnetica sono essenzialmente di natura diversa rispetto a quelle degli altri metodi di imaging. Infatti sono normalmente visibili esclusivamente i tessuti molli, ed è inoltre possibile la discriminazione tra tipologie di tessuti non apprezzabile con altre tecniche radiologiche.

45 Radiologia Interventistica
Oltre ad occuparsi di diagnostica, la radiologia ha un settore ove radiologi dedicati effettuano procedure terapeutiche guidate dalle metodiche di imaging radiologico quali fluoroscopia, TAC o ecografia: Radiologia Interventistica

46 Radiologia interventistica
La radiologia interventistica (RI) comprende un’ampia gamma di procedure invasive o mini-invasive diagnostiche o terapeutiche.

47 La RI nasce negli anni ’60 per condizioni fortuite
La RI nasce negli anni ’60 per condizioni fortuite. Infatti nel1964, il dr. Charles Dotter eseguì "casualmente" la prima angioplastica di un'arteria iliaca semplicemente passandovi all'interno con un catetere per angiografia cerebrale. Il giorno dopo la paziente andò a ringraziare il medico perché poteva di nuovo camminare normalmente ed era stata guarita della stenosi iliaca.

48 Vantaggi Nel 90% dei casi viene eseguita in anestesia locale
Richiede tempi di ricovero estremamente brevi e in alcuni casi può essere effettuata anche in regime ambulatoriale Le tecniche di RI sono considerate mini-invasive in quanto in più del 90% dei casi vengono eseguite per via percutanea, senza necessità quindi di tomia, ovvero di esposizione chirurgica dell'organo da trattare. I rischi della metodica, rispetto alla chirurgia, sono decisamente inferiori e, in buona parte dei casi, trascurabili.

49 Svantaggi Necessità frequente dell'uso di metodiche a raggi X per la guida e il controllo delle procedure, con esposizione al paziente e in parte all'operatore. Uso di mezzi di contrasto intra-arterioso o intra-venoso. Operatore-dipendenza: il buon esito della procedura è legato all'esperienza dell'operatore.

50 Effetti biologici delle radiazioni
Gli effetti della radiazione elettromagnetica sugli esseri viventi dipendono principalmente da due fattori: la frequenza della radiazione e le modalità di esposizione (intensità della radiazione, durata dell'esposizione, parti del corpo esposte...). Per quanto riguarda la frequenza della radiazione si usa distinguere tra radiazioni ionizzanti e radiazioni non ionizzanti.

51 Radiazioni ionizzanti
Per radiazioni ionizzanti si intendono le radiazioni elettromagnetiche di frequenza sufficientemente alta da essere in grado di ionizzare gli atomi della sostanza esposta. Tali radiazioni sono quindi capaci di modificare la struttura chimica delle sostanze su cui incidono e possono produrre effetti biologici a lungo termine sui viventi interagendo con il DNA delle cellule.

52 Da sempre l'uomo è soggetto all'azione di radiazioni ionizzanti naturali, alle quali si da il nome di fondo radiattivo naturale (o più semplicemente fondo naturale). Il fondo naturale è dovuto sia alla radiazione terrestre (radiazione prodotta da nuclidi primordiali o da nuclidi cosmogenici) che da quella extraterrestre (la radiazione cosmica). Per la loro presenza l'uomo riceve mediamente una dose di 2.4 mSv/a, valore che però varia moltissimo da luogo a luogo. Nel nostro paese ad esempio la dose media valutata per la popolazione è di 3.4 mSv/a.

53 Questo valore deve costituire il riferimento per dare eventuali valutazioni di rischio radioprotezionistico. La caratteristica di una radiazione di poter ionizzare un atomo, o di penetrare più o meno in profondità all'interno della materia, dipende oltre che dalla sua energia anche dal tipo di radiazione e dal materiale con il quale avviene l'interazione. Le radiazioni ionizzanti si dividono in due categorie principali: quelle che producono ioni in modo diretto (le particelle cariche α , β− e β+;) e quelle che producono ioni in modo indiretto (neutroni, raggi gamma raggi X ).

54 Radiazioni non ionizzanti
Si designano come non ionizzanti quelle radiazioni di frequenza non sufficiente a provocare gli effetti su esposti. Un esempio di radiazioni non ionizzanti sono le onde radio. Si ritiene comunemente che le radiazioni non ionizzanti possano avere effetti sui viventi solo per i loro effetti termici, non possedendo quindi il potenziale mutageno e cancerogeno delle radiazioni ionizzanti.

55 Tipi di Radiazione

56 I diversi tipi di radiazione elettromagnetica: raggi alfa (basso potere di penetrazione nella materia), radiazione beta e radiazione gamma (alto potere di penetrazione) Le radiazioni ionizzanti possono essere prodotte con vari meccanismi. i più comuni sono : decadimento radioattivo, fissione e fusione nucleare, emissione da corpi estremamente caldi (radiazione di corpo nero) o da cariche accelerate (bremstrahlung, o radiazione di sincrotone).

57 Per poter ionizzare la materia la radiazione deve possedere un'energia tale da poter interagire con gli elettroni degli atomi cui viene a contatto. Le particelle cariche possono interagire fortemente con la materia, quindi elettroni, positroni e particelle alfa, possono ionizzare la materia direttamente. Queste particelle possono derivare dai decadimenti nucleari che vengono chiamati decadimento alfa per le particelle alfa e beta per gli elettroni e i positroni. In questi casi il potere di penetrazione di queste radiazioni è limitato, in quanti le particelle alfa (anche se molto ionizzanti) non possono superare strati di materia superiori ad un foglio di carta, mentre le particelle beta possono essere schermate da un sottile strato di alluminio.

58 Anche i fotoni e i neutroni d'altro canto, pur non essendo carichi, se dotati di sufficiente energia possono ionizzare la materia (fotoni con frequenza pari o superiore ai raggi ultravioletti sono ritenuti ionizzanti per l'uomo). In questo caso, queste particelle sono meno ionizzanti delle precedenti, ma possono penetrare molto a fondo nella materia e per quelli più energetici potrebbe non bastare un grosso muro di cemento armato per schermarle

59 Effetti biologici Nei casi in cui la radiazione ionizzante incida su tessuti biologici, può causare danni di tipo sanitario. La radiazione alfa presenta una basso potere di penetrazione, quindi viene facilmente fermata dallo strato superficiale della pelle costituita da cellule morte, quindi non è pericolosa per l'uomo nei casi di irradiazione esterna. Diventa invece pericolosa nelle situazioni in cui la sorgente radioattiva viene inalata o ingerita (irradiazione interna) perché in questo caso può ledere direttamente tessuti radiosensibili (tipico caso è quello del radon in cui appunto l'isotopo radioattivo viene inspirato e quindi può decadere all'interno del corpo umano emettendo radiazione alfa). La radiazione gamma (fotoni) invece, avendo un potere di penetrazione molto elevato, può risultare pericolosa per gli esseri viventi anche in situazioni di irradiazione esterna. La quantità di radiazione assorbita da un corpo viene chiamata dose assorbita e si misura in gray. Altre grandezze importanti da considerare sono la dose equivalente e la dose efficace.

60 Dose assorbita La dose assorbita rappresenta la quantità di energia rilasciata dalla radiazione ad un tessuto organico. La dose assorbita si misura in Gray (Gy), dove 1 Gy rappresenta 1 J di radiazione assorbita per 1Kg di massa. Poiché tale definizione coinvolge solamente la quantità di energia rilasciata, ne deriva che 1 Gy produce sui tessuti effetti biologici di diversa intensità a seconda del tipo di radiazione in esame (α, β, γ). Spesso è interesse riferirsi alla dose assorbita per unità di tempo, ovvero all'intensità di dose assorbita

61 I danni della radiottività sull'organismo
Dose (Gray) Sintomi immediati Fase Latente Malattie Conseguenze 0,1 -0,5 Lieve nausea Giorni, settimane Lieve anemia Sopravvivenza 100% 1,0 – 2,0 Nausea e vomito 10-14 giorni Disappetenza, stanchezza anemia Sopravvivenza 90% 2,0 – 3,5 Nausea e vomito da 1-2 gg 7-14 giorni Perdita di capelli, danni midollari, infezioni Mortalità al % 3,5 – 5,5 Nausea e vomito per 2 gg Perdita di capelli, sanguinamenti interni, danno midollare grave, lievi lesioni intestin. Mortalità del 50% entro 6 settimane

62 Dose (Gray) Sintomi immediati Fase Latente Malattie Conseguenze
5,5 – 7,5 Vomito grave per 2 gg 5-10 giorni Perdita di capelli, distruzione midollare, infezioni, lesioni intestinali Morte probabile entro 3 settimane 7,5 – 10 Vomito immediato per gg 5-7 giorni Danni gravi all’intestino ed al midollo osseo Morte quasi certa entro 3 settimane 10 – 20 Vomito e stanchezza Lesioni gravi intestino, midollo e polmoni, perdita di coscienza Morte certa entro 15 giorni Oltre 20 Coma Nessuna Morte certa entro poche ore Morte certa