Apparecchiature Dell'area Radiologica E Controlli Di Qualita' 2018/2019

Onde

Fenomeni ondulatori e grandezze caratterizzanti le onde: ampiezza, lunghezza d’onda, frequenza, periodo, velocita`. Onde trasversali e longitudinali.Trasporto di energia. Legge dell’attenuazione per onde sferiche (inverso del quadrato della distanza, con dimostrazione).

Leggi dell’ottica geometrica: riflessione, rifrazione. Ottica ondulatoria: interferenza, diffrazione.

Onde sonore e ultrasoniche. Effetto Doppler (senza formule).

Luce e spettro energetico delle onde elettromagnetiche.

Introduzione alla Meccanica Quantistica e Modelli Atomici

La crisi della fisica classica e la vecchia teoria dei quanti: la radiazione di corpo nero e l’ipotesi di quantizzazione di Planck, l’effetto fotoelettrico e il comportamento corpuscolare della luce, modelli

atomici di Thomson e Rutherford. Gli spettri di emissione e assorbimento degli atomi e il modello di Bohr.

I fondamenti della meccanica Quantistica: comportamento delle particelle macroscopiche, delle onde e delle particelle microscopiche. Esperimento di Davisson e Germer e diffrazione degli elettroni. Principio di indeterminazione di Heisemberg. Dualismo onda-particella. Funzione d’onda e interpretazione probabilistica. Meccanica classica come caso limite della meccanica quantistica.

Gli atomi complessi e i numeri quantici. Configurazioni elettroniche, principio di esclusione di Pauli e tavola periodica.  

Introduzione alla Fisica del Nucleo e Radioattivita`

Struttura del nucleo atomico. Forza nucleare. Numero atomico e numero di massa. Isotopi. Difetto di massa ed energia di legame. Curva dei nuclei stabili ed eccesso di neutroni.

Radioattivita`: decadimenti alfa, beta, gamma;  conservazione del numero di nucleoni; legge del decadimento radioattivo; attivita`; tempo di dimezzamento e vita media.

Metodi di produzione di radioisotopi per uso medico-nucleare: fissione, attivazione con neutroni, generatori e reazioni indotte da particelle accelerate.

Interazione Radiazione-Materia

Radiazioni usate in medicina. Interazione degli elettroni con la materia: ionizzazione ( e diseccitazione atomica. Emissione di raggi X caratteristici), e Bremmstrahlung (e emissione di raggi X a spettro continuo). Spettro energetico dei raggi X.

Modalita` di interazione dei fotoni con la materia: Effetto fotoelettrico, probabilita` in funzione di energia e numero atomico; Diffusione Compton, energia ceduta agli elettroni e residua, distribuzione angolare dei fotoni diffusi, probabilita` in funzione di energia e numero atomico;  Creazione di coppie e sua probabilita`. Probabilita` totale di interazione dei fotoni.

Legge dell’ attenuazione dei fotoni e coefficiente di attenuazione lineare. Strato emivalente.

Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti

Grandezze dosimetriche: dose assorbita, equivalente, efficace, impegnata. Effetti deterministici e stocastici delle radiazioni sugli organismi biologici.

Bibliografia consigliata

Lezione 1:  Giancoli, paragrafi 11-7, 11-8, 11-9, 11-11, 11-13, 12-1, 12-8, 22-5, 24-3.

Lezione 2:  Dispense sull’Introduzione alla Meccanica Quantistica, Giancoli, paragrafi da 28-5 a  28-8. Lezione 3:  Giancoli, paragrafi da 30-1 a 30-8. Dispense sui Metodi di produzione di radioisotopi.

Lezione 4:   Passariello, paragrafo 1.6 e capitolo 2 completo. Slides della lezione in aula.

Generatori di raggi X

Composizione e principi di funzionamento dei tubi a raggi X: filamento, emissione di elettroni e corrente anodica. Anodo, macchia focale, effetto heel.  Spettro dei raggi X : righe caratteristiche e componente continua. Effetti della tensione di alimentazione e della corrente di filamento sullo spettro. Filtrazione. Sfocature radiografiche dovute a radiazione primaria e secondaria. Griglie.

Attenuazione dei fotoni e formazione dell’immagine radiografica. Mezzi di contrasto. Schermi intensificatori. Mammografia.

Rivelatori di radiazioni

Logica di un sistema di rivelazione di radiazioni. Grandezze caratterizzanti i rivelatori: risoluzione spaziale ed energetica e loro definizioni, risoluzione temporale, sistemi paralizzabili e non, efficienza totale, geometrica, intrinseca.

Rivelatori a gas: principi di funzionamento della camera a ionizzazione, del contatore proporzionale e del contatore Geiger. Usi in campo medico. Rivelatori a stato solido e a scintillazione. Fotomoltiplicatori. Risposta di un rivelatore a una sorgente gamma monoenergetica e struttura dello spettro gamma.

La TC

Limiti delle teniche radiologiche e immagini tomografiche. Il principio fisico della TAC: determinazione dei coefficienti di attenuazione, unita` Hounsfield, scale di grigio. La ricostruzione delle immagini: interpolazione, filtrazione e ricostruzione. Tecnica di ricostruzione iterativa e cenni sulla retroproiezione. La TAC spirale. Composizione del tomografo: sistema portapaziente, gantry, tubi per TC e loro caratteristiche, rivelatori ( a gas e a scintillazione) e loro posizionamento. TC multistrato e banchi di rivelatori. I generatori di tensione e i sistemi di elaborazione dati. Il pitch e la dose al paziente. Artefatti da volume parziale e da indurimento del fascio.  

Apparecchiature di medicina nucleare

Immagini scintigrafiche planari e tomografiche (SPECT). La gammacamera: rivelatore, ricostruzione delle coordinate spaziali degli eventi, collimatori (a fori paralleli, pin-hole, divergenti) e loro caratteristiche. L’analisi energetica dello spettro gamma per la sottrazione del fondo e risoluzione energetica. Il percorso logico dei dati. Correzione per l’attenuazione e ricostruzione delle immagini.

Il principio della PET. Rivelatori, tomografo, acquisizioni 2D e 3D. Risoluzione spaziale e suoi limiti. Componenti della risposta del tomografo: eventi veri, random e di scatter. Correzione per

i random e per lo scatter. Attenuazione e correzione per l’attenuazione: acquisizione trasmissiva e PET-TC. Fusione delle immagini.

Acceleratori di particelle

Usi degli acceleratori in campo medico. Il ciclotrone: moto di particelle cariche in campo magnetico,

accelerazione tramite campo elettrico alternato, frequenza di ciclotrone, energia raggiungibile, sistema di estrazione.

Bibliografia consigliata

Lezione 1:  Passariello, par 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 , 5.5 (escluso5.5.8, 5.5.10, 5.5.12 e 5.5.13), 5.9.3, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4.1, 4.4.4.1, 2.5, slides della lezione.

Lezione 2:  Marengo, da pag 101 a 116 (escluso “calibrazione” a pag 108), Suzanna, par: 11.3.3.2,                                                11.3.3.3 e 11.3.3.4, slides della lezione.

Lezione 3:  Passariello, par. 28.1, 28.2, 28.3.2b, 28.4 (escluso 28.4.4), 28.5, 28.7 (solo artefatti), 28.8.1, 28.8.3, 28.8.4, slides della lezione.

Lezione 4:  Marengo,  da pag 207 a 222,  da pag 224 a 226, da 377 a 381, da 397 a 400, da 75 a 79, slides.

Lezione 5:  Marengo, da pag 263 a 278; da pag 284 a 287 (escluso tmpo morto); da pag 294 a 298. Slides.