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RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IN MEDICINA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 1 corso integrato FISICA - disciplina FISICA MEDICA Laurea in LOGOPEDIA - SPETTRO.

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1 RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE IN MEDICINA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 1 corso integrato FISICA - disciplina FISICA MEDICA Laurea in LOGOPEDIA - SPETTRO ELETTROMAGNETICO - RADIAZIONI TERMICHE: MICROONDE E INFRAROSSI - RADIAZIONI IONIZZANTI: ULTRAVIOLETTI, X E GAMMA

2 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA SPETTRO ELETTROMAGNETICO ONDE RADIO MICRO ONDE INFRA- -ROSSO VISIBILE ULTRA- -VIOLETTO RAGGI X GAMMA –2 10 –4 10 –6 10 –8 10 –10 10 –12 10 –14 (m) (m) (Hz) (Hz) Hz (cm)(mm) ( m) (Å) (fermi) (nm) = c (nm) MeVMeV keVkeV E = h GeVGeV (eV) E

3 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 3 RADIAZIONE TERMICA IRRAGGIAMENTO TERMICO intensità I = Q t S cal s –1 m –2 oppure watt m –2 legge di Stefan I = T 4 (watt/m 2 ) legge di Wien max = / T (cm) LEGGI DELL'EMISSIONE TERMICA I( ) 123 m 4000°K 3000°K 2000°K 0 visibile

4 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA MICROONDE IN MEDICINA 4 radiazioni non ionizzanti 300 MHz < < 300 GHz 10 –6 eV < E = h < 10 –3 eV effetti : calore (diatermia) I(x) = I o e x D – D = D( ) assorbimento : terapia 2450 MHz

5 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 5 MICROONDE IN MEDICINA (cm) frequenza (GHz) tessuto adiposo tessuto con elevato contenuto di acqua (spessore caratteristico) D I(x) = I o e x D – I = 10 mW cm –2 massima potenza radiante solare assorbita dall'uomo : I 100 mWcm –2 esposizione limite per l' uomo :

6 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA INFRAROSSI IN MEDICINA m < < 20 m intensità relativa °K1200°K visibile Sole vicino I.R. MEDICINA ( m) emissione termica (Sole) effetto termico 0.7 m x 10 cm > 1.4 m x < 1 mm penetrazione fotografia I.R. immagine termica (termografia)

7 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA 7 origine solare intensità relativa corpo nero (SOLE) (5800°K) radiazione solare a livello del mare visibile m 0.5 U.V.

8 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 8 ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA intensità (unità arbitrarie) m ° radiazione solare rispetto al suolo 40° 10° emissione da lampada a fluorescenza risposta cutanea abbronzatura eritema

9 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA 9 UVA : nm UVB : nm UVC : nm produzione emissione termica (Sole) transizioni atomiche produzione naturale (Sole) I (500 nm) I (600 nm) (assorbimento) Sole suolo UV : assorbiti in aria (produzione ozono O 3 e ossidi di azoto) nm assorbiti da O nm spessore atmosfera nuvole fumi e smog diffusione * * *

10 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 1010 ULTRAVIOLETTI IN MEDICINA UVA : nm UVB : nm UVC : nm produzione artificiale lampade U.V. = nm assorbimento : H 2 O nm (in 2÷5 cm) vetro opaco quarzo trasparente effetti biologici :eccitazione atomi e molecole effetto termico

11 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 battericida lesioni oculari (cataratta)

12 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA RADIAZIONI IONIZZANTI 12 radiazioni ionizzanti : E > 100 eV (ionizzazione nella materia attraversata) radiazioni elettromagnetiche (m > 0) fotoni X e fotoni E = h radiazioni corpuscolari alfa (nucleo 4 He) beta (elettroni e –, positroni e + ) protoni neutroni ioni (nuclei) E = 1 2 m v 2 (m > 0) assorbimento cessione di energia alla struttura atomica e molecolare del materiale attraversato

13 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 1313 PRODUZIONE DI FOTONI DI ALTA ENERGIA raggi X raggi produzione artificiale tubo a raggi X produzione naturale emissione da decadimento nuclei instabili (radionuclidi) produzione artificiale acceleratori di particelle

14 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA RAGGI X: PRODUZIONE 14 rete trasformatore diodo anodo A filamento F catodo K generatore di alta tensione generatore di corrente vuoto + raggi X TUBO A RAGGI X

15 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 15 RAGGI X E : ASSORBIMENTO x x I(x) I(x+ x) X, intensità trasmessa (%) I x = IoIo e spessore x ASSORBIMENTO ESPONENZIALE I = I o e – x coefficiente di attenuazione o di assorbimento

16 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA IMMAGINE RADIOLOGICA 16 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 ) (keV) (cm –1 ) E radioscopia radiografia xeroradiografia radiografia digitale (con e senza mezzo di contrasto)

17 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA RADIOGRAFIA 17 tubo a raggi X struttura biologica diaframmi schermo fluorescente pellicola radiografica fascio X trasmesso fascio X incidente osso muscolo aria pellicola radiografica immagine negativa sviluppo della pellicola radiografia digitale

18 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA RADIOGRAFIA 1818 contrasto radiologico parametri : potenziale elettrico intensità di corrente tempo di esposizione V 45 kV 130 kV i 3 mA 50 mA t 1/60" 1/120"

19 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA RAGGI : IMPIEGO IN DIAGNOSTICA 19 radiodiagnostica radioisotopi radiofarmaci diffusione nell'organismo decadimento radioattivo rivelazione radiazione immagine conteggio dosimetrico

20 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 20 cobaltoterapia 60 Co (1.3 MeV) fasci di elettroni (acceleratori di particelle) fasci gamma adroterapia (acceleratori di particelle) protoni neutroni ioni pesanti (BNCT) Boron Neutron Capture Therapy RAGGI : IMPIEGO IN TERAPIA

21 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA SPETTRO ELETTROMAGNETICO : produzione ONDE RADIO MICRO ONDE INFRA- -ROSSO VISIBILE ULTRA- -VIOLETTO RAGGI X GAMMA –2 10 –4 10 –6 10 –8 10 –10 10 –12 10 –14 (m) (m) (Hz) (Hz) X circuiti oscillanti ONDE RADIO MICRO ONDE radiazione termica MICRO ONDE INFRA- -ROSSO -VIOLETTO transizioni atomiche -VIOLETTO -ROSSO INFRA- ULTRA- laser tubo raggi X RAGGI ULTRA- -VIOLETTO X transizioni nucleari e acceleratori GAMMA RAGGI

22 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 2 ONDE RADIO MICRO ONDE INFRA- -ROSSO VISIBILE ULTRA- -VIOLETTO RAGGI X GAMMA –2 10 –4 10 –6 10 –8 10 –10 10 –12 10 –14 (m) (m) (Hz) (Hz) SPETTRO ELETTROMAGNETICO : impiego diagnostica (RM) diagnostica (RX, CT) diagnostica (PET, SPET) diagnostica (IR e visibile) terapia

23 RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA 2323 ONDE RADIO MICRO ONDE INFRA- -ROSSO VISIBILE ULTRA- -VIOLETTO RAGGI X GAMMA –2 10 –4 10 –6 10 –8 10 –10 10 –12 10 –14 (m) (m) (Hz) (Hz) SPETTRO ELETTROMAGNETICO : rivelazione induzione elm antenna emulsione fotografica (+ schermi) occhio umano sistemi CCD rivelatori di ionizzazione stato solido, NaI

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