Bioingegneria Elettronica e Informatica, Appunti di Infermieristica

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BIOINGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA

LANDONI

BIOINGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA lez 1 DIAGNOSTICA PER IMMAGNI [esame: domande di argomenti trattati a lezione. E-learning ci sarà il programma e alcuni testi consigliati] DIAGNOSTICA PER IMMAGINI:

• espongono il paziente a una sorgente di radiazione ridotta
• si utilizzano dosi relativamente basse a scopo diagnostico, l’esposizione è contenuta e ci sono dei presidi che riducono ancora di più. Formata da diverse discipline: alcune prettamente di imaging (radiodiagnostica e medicina nucleare), altre relative alla radioprotezione dei pazienti e degli operatori e di radiopologia (ionizzanti sui tessuti): RADIOPROIEZIONE -> radiobiologia: studiano gli effetti delle radiazioni sui tessuti; RADIODIAGNOSTICA -> produce immagini bidimensionali da un volume tridimensionale: avviene tramite raggi x con tecniche di:
• (^) radiologia tradizionale e radiologia digitale, sono tecniche planari bidimensionali;
• (^) radiologia interventistica che permette all’operatore di visitare l’interno del paziente per eseguire interventi ex coronareografia;
• (^) tomografia computerizzata supera la limitazione introducendo la tridimensionalità tagliando il corpo del paziente per capire le sezioni del corpo;
• (^) risonanza magnetica utilizza onde radio e campo magnetico ottenendo informazioni consentendone di visualizzare i componenti tessutali con una risoluzione elevata senza mezzi di contrasto;
• (^) Ecografia utilizza ultrasuoni, ed è tecnica portatile. Non utilizza radiazioni ionizzanti e non espone il paziente a radiazioni nocive. Strutture anatomiche MEDICINA NUCLEARE -> modalità di indagine che, a differenza della radiodiagnostica che utilizza una sorgente di radiazioni esterna al paziente, utilizza una radiazione emessa direttamente dal paziente (vengono somministrate al paziente sostanze con un isotopo radioattivo che emettono deboli radiazioni, rilevate all’esterno -> la sorgente di radiazione è il paziente stesso. Fornisce informazioni di tipo funzionale: come funzionano le strutture anatomiche o determinate patologie. Abbiamo:
• metodiche planari : bidimensionali ( scintigrafia = corrispettivo della radiologia convenzionale nella radiodiagnostica/ RX).
• tomografia ad emissione di fotone singolo / SPET
• tomografia ad emissione di positoni / PET + SPET = sono il corrispettivo medico nucleare della tac diagnostica. utilizzano raggi gamma.

SEGNALE : tempo (quanto ci mette a tornare indietro) ed ampiezza dell’eco (dipenderà dalle caratteristiche del tessuto).

• Emissione di radiazioni gamma : somministrata al paziente una sostanza che si distribuisce nell’organismo ed emette radiazioni che poi vengono rilevate dall’esterno + una componente di attenuazione; SEGNALE : si vede col marcatore radioattivo si ottengono delle immagini – radiodiagnostica -> -> tac: ci danno informazioni strutturali/ morfologiche -> immagine pet dopo che viene somministrata una sostanza viene metabolizzata nell’organismo: ci da informazione su come funzioniamo. Due metodiche complementari l’una all’altra -> il paziente può fare sia la TAC che la PET contemporaneamente e sapere le sue funzioni metaboliche. Tecnologie biomediche: sono strumentazioni, macchine sofisticate devono lavorare allo stato dell’arte e hanno bisogno di controllo di qualità, condizioni ottimali. Bisogna tener conto della radioprotezione che monitora il personale che lavora nei reparti (radiazioni assorbite dagli operatori), possiedono una placca che permette di rilevare le radiazioni assorbite dall’attività lavorativa. Assicura che il personale riceva la più bassa concentrazione di radiazioni a parità della quantità di imaging. Quindi scelgo la modalità di imaging che permette meno esposizione. Radiobiologia tiene conto delle radiazioni su tessuti biologici, raccoglie informazioni sui tessuti biologici dopo cause nucleari (Hiroshima, Chernobyl), si valuta i livelli di radiazioni che un tessuto può assorbire senza che ci siano effetti irreversibili. Planare o tomografico (2d o 3d) RADIODIAGNOSTICA Sorgente come input, un oggetto e un output. Come Input abbiamo raggi X che indirizzati all’oggetto lo penetrerà e subirà un’attenuazione più o meno elevata. Alcune radiazioni x verranno assorbite da tessuti con coefficiente di attenuazione elevati (tessuto dell’osso è il tessuto con coefficiente di attenuazione più elevato. Quello che attenua meno è l’aria quindi i polmoni). Il fascio di raggi x incidente penetra il torace del paziente, verrà poi trasmesso a valle in quantità dipendente dall’attenuazione. Devo avere un supporto di registrazione di radiazione perché viene tradotta in immagine. Slide RX torace in scala di grigi. RX DEL TORACE -> Convenzionalmente viene rappresentata come una scala kilometrica dove le strutture radio opache assumono un colore bianco , mentre le strutture radio trasparenti assumono un colore nero (i polmoni Ad esempio). Per la struttura ossea, c’è una sovrapposizione delle strutture stesse perché tutta la regione mediastinica e la regione cardiaca mascherano tutto ciò che c’è dietro. TAC (Tomografic Assiale Computerizzata) -> la differente attenuazione mi fa individuare morfologicamente tutte le diverse parti; da la terza dimensione nell’esplorazione all’interno dell’organo. slide tecnica tomografica, la foto presenta una sezione del torace del paziente mantenendo la struttura radio opaca e struttura radio trasparente. Le scale di grigi dipendono dal coefficiente di attenuazione delle strutture stesse dove il grigio più scuro è il tessuto adiposo mentre il grigio chiaro è tessuto muscolare. C’è una componente dentro al polmone di colore grigio indicata come un tumore (patologia), cosa che nell’RX toracica non si può vedere, la tac permette di vedere le strutture. Si utilizzano mezzi di contrasto per visualizzare meglio determinate strutture.

MEDICINA NUCLEARE Il paziente stesso è la sorgente radioattiva con somministrazione di radio traccianti. Il paziente quando si allontana dal reparto di medicina nucleare dopo aver eseguito l’esame dovrà seguire certe accortezze (deve stare lontano dai bambini), emette radiazioni lui stesso -> la sorgente radioattiva è dentro al paziente e verrà rilevata dalla gamma camera o dal tomografo SPET o PET. La quantità di radiazioni assorbita dal paziente è minore di quella assorbita durante una radiodiagnostica. Iniettando sia per endovenosa o anche per via respiratoria, il paziente diventa sorgente attiva. La latenza tra la somministrazione del radio tracciante e l’acquisizione delle immagini è variabile (pochi minuti, ore giorni e settimane). A livello della tiroide somministro i radio traccianti come iodio radioattivo. Quello che fa la differenza nelle tecniche medico nucleari non è tanto l’isotopo che somministriamo ma il radiotracciante (sostanza complessata con l’isotopo radioattivo). Bisogna idratarsi ed espellere urina al bisogno, gran parte della radioattività viene eliminata. Dopo il tempo necessario, il paziente viene posizionato sul lettino, verranno poi rilevati dalla gammacamera o dal tomografo. Immagine funzionale, non anatomica (scarso contenuto morfologico -> mi dice come sta funzionando il corpo del mio paziente) -> a livello toracico in basso a destra c’è una zona di maggior captazione del radio farmaco -> metabolismo aumentato del metilen fosforato per cause molteplici:

• scopo stadiativo in pazienti con patologie neoplastiche (neoplasie che possono dare localizzazioni metastatiche all’osso, ex. neoplasia mammaria e prostata); Le alterazioni strutturali morfologiche, in particolare all’osso, avvengono quando c’è un rimaneggiamento causato da stimoli diversi che porta ad una modifica del 30% del contenuto calcico all’interno dell’osso. Con la PET non studiamo il rimaneggiamento osseo, ma direttamente le cellule metastatiche che si sono impiantate nell’osso. Posso vederlo precocemente. SCINTIGRAFIA PLANARE Non è solo la distribuzione della radioattività nell’organismo ma il segnale (radiazione gamma) viene anche attenuato dai tessutià in medicina nucleare quando si fanno studi planari come nella scintigrafia bisogna fare più proiezioni perché vi è un’attenuazione se lontana (+ lontana dalla gammacamera= attenuazione della radiazione che non mi permette di rilevarla). Se voglio avere informazioni maggiori bisogna fare anche una acquisizione posteriore. Vi è una distribuzione variabile (zone captate magg. o no) e dipende da diversi fattori:
• Vicinanza delle strutture ossee alla gammacamera (strutture più posteriori vengono meno rilevate);
• (^) Essendo un’immagine di tipo funzionale, ci sono zone di maggior carico di lavoro che porta a un maggior maneggiamento dal punto di vista funzionale. Si vedono le ossa ma interessa come sta funzionando l’osso in continuo rimaneggiamento lavorando in equilibrio. Nell’immagine è il risultato del funzionamento degli osteoblasti (maggiore è l’attività maggiore è l’accumulo). A livello toracico ci sono due aree di maggiore accumulo del tracciante cioè l’attività osteoblastica è maggiore -> patologico o parafisiologico come nei tumori, ci sono sostanze che stimolano l’attività osteoblastica , in questo caso ha metastasi ossee. Non è univoca di una determinata patologia, ma anche per altre cose (traumi). Cristallo gamma camera permette di fare arrivare la radiazione gamma perpendicolare. Fenomeno di attenuazione non tanto di sovrapposizione, cioè si vede solo il tratto anteriore e non posteriore perché i tessuti che si sovrappongono tra le due coste attenuano, quindi è necessario un’immagine anche posteriore non solo anteriore. Immagine FUNZIONALE.

Atomo -> nucleo protoni e neutroni , elettroni hanno una massa 2000 volte inferiore ad neutroni e o ritieni e ruotano attorno al nucleo. Il nome: hanno la lettera del composto con due lettere a fianco: apice è il numero di massa (somma di protoni e neutroni nel nucleo), sotto invece è il numero atomico Z ed è il numero dei protoni che si trovano nel nucleo. Lo iodio può essere radioattivo, quello radioattivo è lo iodio 131 (stabile è iodio 127 nel sale da cucina), usato nella diagnostica per immagini. questo composto emette delle radiazioni gamma perché è in uno stato di instabilità, tende a raggiungere la stabilità emettendo radiazioni. Emidita o tempo di dimezzamento è il tempo necessario che una radiazione si dimezzi. Oltre al nucleo c’è una nuvola elettronica di elettroni che ruotano intorno al nucleo stesso su degli orbitali (tanto più lontane tanto è maggiore il numero di elettroni). Su ciascun orbitale ci può stare un certo numero di elettroni, che viene dato da una formuletta. Gli elettroni sono indicati con gli orbitali da k ascendente con numero massimo di elettroni 2n2 dove n è il numero dell’orbitale. L’energia di legame è l’energia necessaria per strappare un elettrone orbitale (un elettrone degli strati più esterni può staccarsi). Idrogeno z=1 carbonio z=6 sodio z= L’ENERGIA DI LEGAME che tiene insieme i costituenti dell’atomo: energia necessaria per strappare uno di questi elettrone dal suo orbitaleà equilibrio di energia che permette di mantenere la nuvola elettronica intorno al nucleo dell’atomo e questa energia può tuttavia non essere sufficiente in caso viene aggiunta l’energia che fa emettere l’elettroneà se a livello di uno di questi elettroni arriva una radiazione incidente che trasporta energia e che carica maggiormente l’elettrone dell’orbitale, se l’energia aggiuntiva è superiore all’energia di legame della struttura atomica questo elettrone va via. RADIAZIONI E’ la propagazione di energia nello spazio suddivise in:

• Corpuscolari -> propagazione di energia su particelle dotate di una massa (alfa= ioni di elio, beta – (elettroni), beta + (positroni: mazza < particelle alfa), neutroni…). Il trasporto di energia è associato al trasporto di materia. La massa dell’elettrone è circa 2000 volte più piccola di quella di un protone
• 1 ev = Energia acquistata da un elettrone sottoposto alla differenza di potenziale di 1 volt à energia che ci permette di caratterizzare una radiazione elettromagnetica e che ci consente di valutare l’interazione con la materia, modificando e svincolando elettroni. - Elettromagnetiche -> non sono associate alla materia con un moto ondulatorio vengono propagate nello spazio ex x e gamma (x, gamma, luce=visibile al nostro occhio): non sono associate a un trasporto di materia -> è energia pura che attraversa lo spazio circostante da dove viene generata. FOTONE = la più piccola quantità di radiazione elettromagnetica che può essere emessa nello spazio. Si propagano come delle onde nello spazio. Le viviamo tutti i giorni: presa nel muro, telefono: differenti frequenze e energie. Ha un moto ondulatorio con onde

caratterizzate da una velocità (c=3*10^8 m/s), lunghezza d’onda (lambda) e frequenza (raggi x ν = 10^18 - 10^19 Hz e raggi gamma ν = 10^18 - 10^21 Hz). Raggi x e gamma sono radiazioni ionizzanti perché per la loro elevata energia e frequenza possono avere effetti sulla materia provocando ionizzazioni ed eccitazioni, creando uno squilibrio formando ioni+ ioni-. Questi ioni sono importanti perché a livello dei tessuti biologici alterano proteine, struttura dna ecc può causare degli effetti biologici sulla materia vivente. RADIAZIONI

• Ionizzanti (alfa, beta-, beta+, x, gamma): quando interagiscono con la materia provocano effetti biologici sui costituenti della materia (DNA, lipidi…) -> da un punto di vista positivo ci permettono di scoprire l’interno del nostro paziente senza aprirlo ma provocano danni nella materia vivente. In grado di produrre ionizzazioni ed eccitazioni nell’interazione con la materia. Interagendo con i tessuti biologici hanno la proprietà di eccitare e ionizzare le biomolecole. L’azione ionizzante causa eventi chimici che portano degli effetti biologici a carattere nocivo di tipo diretto o indiretto. - (^) Non ionizzanti (luce, raggi infrarossi, ultrasuoni, campi elettromagnetici)
• (^) Radiazioni Ionizzanti -> IONIZZAZIONE è l’interazione di una radiazione con un atomo. Avviene un trasferimento di energia dalla radiazione ad un elettrone orbitale. Viene rimosso l’elettrone orbitale dall’atomo per la creazione di una coppia di ioni (ione - negativo e ione + positivo atomo privato di un elettrone).
• (^) Radiazioni Ionizzanti -> ECCITAZIONE è l’interazione di una radiazione con un atomo. Avviene un trasferimento di energia dalla radiazione ad un elettrone orbitale con il successivo passaggio dell’elettrone stesso ad un livello di eccitato, o più alto, di energia. Il trasferimento di energia non è sufficiente a spostare l’atomoà avrà carica maggiore ma non diventerà ione. Interagendo con i tessuti biologici hanno la proprietà di eccitare e di ionizzare le biomolecole. RADIAZIONI
• (^) direttamente ionizzanti : particelle ancora corpuscolate (alfa, beta+, beta-);
• (^) indirettamente ionizzanti : causano all’interno di elementi (molecola dell’acqua) degli ioni che andranno ad esercitare come ione idrogeno e ossidrile delle alterazioni delle strutture proteiche e lipidiche (x, gamma). INTERAZIONE RADIAZIONI - MATERIA raggi alfa, beta - e beta + Se ho una relazione corpuscolata è più facile che interagisca con la materia, se più piccola l’interazione sarà minore.
• Ionizzazione specifica : si creano 40.000 coppie di ioni/cm aria, all’interno di un tessuto lo spessore di materia attraversata è 5cm aria ma solamente 100 micron di tessuto molle. Radiazioni alfa -> > interazione Radiazioni beta -> ionizzazione specifica più bassa, probabilità che interagiscono con la materia è minore. Circa 100-400 coppie di ioni/cm aria. Spessore di materia attraversato è più alto dai 10
• 100cm aria, ma la possibilità di penetrare è maggiore 1-2 cm in tessuto molle. Fenomeno della annichilazione con scomparsa della materia e produzione dell’energia. Radiazioni beta - -> elettrone Radiazioni beta + -> processo di annichilazione : effetto dell’interazione raggi x e gamma nella produzione di coppieà il positrone che viene emesso dal nucleo di un atomo eccitato da una radiazione elettromagnetica interagisce co l’elettrone e genera due coppie di fotoni gamma (PET nella generazione di immagini). 2 effetti importantià generano immagini fotografiche PRODUZIONE DI COPPIE = E > 1.02 MeV interazione con il nucleo dell’atomo, conversione dell’energia in due particelle e- e beta+ , annichilazione del beta+ con un e-. INTERAZIONE RADIAZIONI - MATERIA raggi x e raggi gamma La radiazione subisce modificazioni qualitative e quantitative attraversando un corpo per interazione dei suoi fotoni con gli atomi tissutali:
• (^) Effetto fotoelettrico (E<100 keV), interazione di un fotone con un elettrone nello strato più interno (legato). L’energia ceduta è sufficiente per cui l’elettrone si libera e gli elettroni più interni via via occupano spazi liberi. Tutta l’energia viene ceduta dal fotone primario (Radiazione x/

PENETRAZIONE DELLE RADIAZIONI

Per le radiazioni x e gamma la profondità di attraversamento è molto più elevata di quelle corpuscolate alfa e beta.

BIOINGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA 2a lez Impiego della radiazione x nella disciplina che sfrutta le caratteristica della radiazione per crear immagini del corpo umano ma anche in altri ambiti. RADIODIAGNOSTICA la radiografia è un’immagine di distribuzione spaziale (all’interno di una determinata area) delle caratteristiche di attenuazione di un fascio di raggi x nei tessuti. Una struttura radio opaca è la struttura che ha un elevato potere di attenuazione della radiazione x che è l’osso. Una struttura radio trasparente è una struttura che ha un basso potere di attenuazione e lascia passare la radiazione x (ad esempio l’aria). Apparecchiature che generano un fascio di raggi x che attraversa/ interagisce col torace del paziente e la radiazione trasmessa che va al di là del volume viene poi raccolta su un supporto che porta alla produzione dell’immagine dell’attenuazione del fascio di raggi x attraverso i tessuti. STORIA La radiazione X è stata scoperta da Roentgen alla fine del 1800 (1895) in modo del tutto casuale: stava facendo degli esperimenti di fluorescenza di determinate sostanze —> mano della moglie (prima radiografia). Sono state chiamate radiazioni x perché non si vedevano e non si sapeva che cosa fossero. SISTEMA CHE HA PORTATO ALLA LORO SCOPERTA : su uno schermo fluorescente ricoperto da una sostanza in grado di emettere una radiazione luminosa se stimolata in modo particolare —> si è rilevata la presenza di un’immagine dovuta all’interazione con la materia. PROPRIETÀ DEI RAGGI X

• I raggi X si propagano nel vuoto alla velocità della luce (3•10^8 m/s), sono onde elettromagnetiche ed è energia pura;
• Si propagano in linea retta, cioè non si muovono in maniera curva o attraversandosi genera una radiazione diversa;
• Non sono deviati dai campi elettromagnetici, cioè mantengono la loro direzione e il loro verso;
• Penetrano ed attraversano i corpi, interagendo con la materia in base alle caratteristiche di numero atomico e intensità;
• Hanno la capacità di eccitare o ionizzare gli atomi della materia (radiazioni ionizzanti —> oltre alla x c’è anche la radiazione gamma);
• Determinano fenomeni di luminescenza, cioè interagendo con determinate sostanze possono portare alla produzione di una radiazione come la luce, che è visibile all’occhio umano;
• Esplicano delle azioni chimiche e biologiche sul tessuto stesso, ci sono degli effetti radiobiologici.

Il bordino intorno al disco è dove va ad impattare il fascio degli elettroni con l’emissione delle radiazioni x. Il punto in cui va a impattare il fascio si chiama Macchia focale : area di interazione del fascio di elettroni e- sulla’anodo. Se la macchia focale è piccola si ha la capacità di evidenziare dettagli anatomici piccoli quindi in funzione delle sue dimensioni possiamo avere una densità di raggi x diverse (mammografia necessita di rilevare delle microcalcificazioni —> forme tumorali in fasi iniziali).

• Mammografia: tempi di esposizione brevi, Macchia focale: 150-300 mm;
• Fluoroscopia: tempi di esposizione lunghi, Macchia focale: mm. TUBO A RAGGI X PARAMETRI DI LAVORO Il tubo a raggi x è un sistema che può essere modulato per la produzione di radiazione x a seconda della differenza di potenziale apportata tra l’anodo e il catodo e la quantità di radiazione x dipenderà dal tempo in cui questa corrente al catodo e differenza di potenziale anodo e catodo viene applicata. Parametri di lavoro che permettono di definire la produzione di immagini radiografiche:
• Tensione al tubo (kV) —> differenza di potenziale tra anodo e catodo e determina l’energia massima di radiazione X;
• Corrente (mA), applicata al catodo per la produzione della nube di elettroni e-
• Tempo di esposizione: tempo durante il quale viene applicato sia la corrente sia la tensione al tubo per la produzione di raggi x. CORRENTE X TEMPO DI ESPOSIZIONE (mAs) perché ci dà la quantità di dose radiazione che viene assorbita dai tessuti biologici (dall’organismo). < tempo di esposizione < quantità di radiazioni assorbite —> ridurre al minimo l’esposizione alla radiazione x.
• osteocastici : anche se vi prendete solo una singola radiazione x che va interagire con il DNA della cellula, indipendente dalla dose, questa si trasforma in tumorale;
• (^) probabilistici : legati alla quantità di dose che viene associata (esposizione al sole). ATTENUAZIONE DELLE RADIAZIONI X Ci dà l’entità della radiazione che viene assorbita e che porterà alla differenziazione dei diversi tessuti attraversati dai raggi x. La sorgente a raggi x attraversa il torace del paziente, avremo una serie di fotoni trasmessi alla pellicola sul supporto di rilevazione della radiazione che reagisce con gli elementi costituenti della materia. C’è una certa quota della radiazione x che attraverserà il corpo del paziente senza interagire con la materia. C’è un’altra quota di fotoni X che verranno assorbiti completamente grazie all’effetto fotoelettrico (tutta l’energia viene ceduta a un elemento e una radiazione x non viene trasmessa e non interagisce con la pellicola sottostante). Terza quota di fotoni che vengono diffusi per interazione di tipo compton cioè cede parte del fotone x, cede parte dell’energia a un elettrone periferico, questo può essere allontanato, ma il fotone x non cede tutta la sua energia quindi prosegue nel suo percorso deviato rispetto alla sua direzione originaria.

L’effetto compton ci dà l’effetto di velatura dovuto a un rumore di fondo conseguente l’effetto) —> I raggi X non danno informazione utile e producono una velatura della pellicola. Un’immagine radiografica è il risultato della differenza tra la quantità di raggi x assorbiti per effetto fotoelettrico e quelli non assorbiti del tutto (assorbimento differenziale). Il risultato dell’interazione della radiazione x è molteplice. Si può avere un passaggio della radiazione x che finisce direttamente sul mio substrato di registrazione della radiazione senza interagire con la materi. Un’altra quota che viene assorbita completamente e non raggiungerà mai la pellicola, si avranno delle zone con delle strutture radio opache e infine un disturbo dell’immagine dovuto all’effetto compton. PRODUZIONE DI IMMAGINI RADIOLOGICHE La radiologia diagnostica sfrutta le proprietà di assorbimento dei raggi x da parte dei tessuti per ottenere informazioni di tipo morfologico-funzionale di strutture anatomiche. Quello che si viene a creare costituisce l’immagine primaria che è dentro al supporto di registrazione ma non ancora visibile. Il sistema di rilevazione può essere di diverso tipo (immagini digitali ora) —> immagine visibile che è possibile vedere in piena luce. Tali informazioni devono essere rappresentate sotto forma di immagine visibile mediante opportuni sistemi di registrazione. TECNICHE RADIOLOGICHE

- RADIOGRAFIA : tecnica utilizza pellicole radiografiche o fotografiche oppure piastre per raggi x. Dà origine a immagini radiografiche fisse. Una volta che i raggi x attraversano il paziente e impattano sulla pellicola radiografica rimangono impresse sotto forma di immagini. - FLUOROSCOPIA : si utilizzano degli schermi fluoroscopici (schermi che si illuminano) con l’interazione della radiazione x, l’accensione deve cessare quando la radiazione x viene interrotta. Ci consente di avere delle immagini in movimento quindi dinamiche (es. angiografie). LA PELLICOLA RADIOGRAFICA E’come una pellicola fotografica di un tempo, lastra fotografica costituita da un supporto trasparente/ acetato di cellulosa/ plastica sulla quale viene depositato uno strato di emulsione di bromuro di argento sensibile alla radiazione luminosa. FORMAZIONE IMMAGINE LATENTE e poi FORMAZIONE IMMAGINE VISIBILE:

• Sviluppo
• Lavaggio intermedio
• Fissaggio
• Lavaggio finale
• Essicamento Portano alla nostra radiografia per valutare ciò che è stato l’esame eseguito. PROBLEMA: le pellicole radiografiche con il bromuro di argento sono poco sensibili alla radiazione x e di conseguenza per avere un’immagine leggibile devo esporre il paziente a tante radiazioni. Perciò le aziende si sono inventate dei sistemi che possono migliorare l’immagine riducendo le esposizioni x mediante gli —> SCHERMI DI RINFORZO (rivestito di una sostanza luminescenza hanno la capacità di emettere luce grazie a una sorgente eccitatoria - radiazione x).

• Telecamere - circuito TV Cinepresa 35 mm, per filmare il dinamismo di processi fisiologici Spot camera 100x100 mm, per esecuzione di radiofotogrammi. VANTAGGI:
• Maggiore luminosità – visione fotopica: visione che avviene alla luce presente nell’ambiente;
• Uso di radiazioni meno intense – minore dose al paziente e all’operatore
• Uso di circuiti TV che consentono di:
• Regolare luminosità e contrasto con i circuiti televisivi
• Collegare più monitor alla stessa catena TV (visione anche a distanza)
• Eseguire controllo radiologico durante intervento operatorio in piena luce (es. riduzione di fratture, cateterismi, ecc.). ANGIOGRAFIA Permette di valutare in modo dettagliato quello che è il circolo vascolare. In modo dinamico si possono raccogliere una serie di immagini al passaggio di una determinata sostanza chiamata di contrasto nel compartimento vascolare (aorta discendente opacizzata da un mezzo di contrasto - sono delle sostanze che aumentano il contrasto tra ciò che è una struttura anatomica e il suo contenuto). CORONOGRAFIA Angiografia in ambito cardiologico. Uno schema che mostra su un piano posteriore le coronarie:
• coronaria sinistra: si divide in due rami (discendente anteriore e circonflessa);
• coronaria destra: si divide nell’Inter-reticolare posteriore ed irroga le diverse pareti miocardiche; Questa modalità di angiografia viene compiuta in modo dinamico per visualizzare ciò che sono complicazioni (stenosi - cardiopatie ecc…). Può essere ottenuto tramite cateterismo cardiaco, cioè dalla vena del femore, si somministra un mezzo di contrasto e in modo dinamico si valuta il ciclo coronarico. Visualizza non solo le pareti delle coronarie ma anche di intervenire, si parla quindi di chirurgia interventistica. L’angiografia Coronarica è importante perché possiamo monitorare eventuali procedure di correzione a livello delle coronarie eseguite durante cateterismo. Paziente con stenosi coronaria importante 99% (si assottigliala parete della coronaria e vediamo il passaggio del mezzo di contrasto attraverso questa stenosi). STENT CORONARICO : consentono di dilatare mediante prima un palloncino e poi posizionamento di una specie di cilindro retato all’interno del lume del vaso stenotico favorendo la normale pervietà del vaso stesso —> con un catetere si giunge fino a livello della stenosi, il

palloncino viene fatto gonfiare, dilata il tratto stenotico della coronaria; queste gabbiette cilindriche rimangono aperte e mantengono pervio il vaso una volta dilatato. Importante perché : durante le procedure di angioplastica posso immediatamente andare a vedere se il mio trattamento ha esordito un effetto positivo: vaso pervio e abbiamo risparmiato al paziente un infarto. RADIOLOGIA DIGITALE Convertire un’immagine analogica (lastra del torace) in un immagine numerica dove a ciascun punto dell’immagine stessa viene dato un valore numerico che corrisponderà a un colore (immagine sul monitor). Per fare ciò si è provveduto a fare il cosiddetto campionamento spaziale cioè la mia immagine deve essere suddivisa in tanti quadratini che sono i pixel. La matrice in cui io suddivido l’immagine deve essere variabile in funzione della risoluzione del sistema che io voglio ottenere, tanto più piccolo è il quadratino, maggiore sarà la risoluzione del dettaglio dell’immagine. In questa matrice m x n che può essere ad esempio 512 x 512 —> ciascun quadratino viene caratterizzato da un valore numerico che esprime un determinato parametro della metodica di indagine utilizzata. Ad esempio in radiodiagnostica potrebbe essere l’attenuazione della radiazione x in un punto. in un punto dove la mia immagine è bianca cioè radio opaca avrò un valore numerico elevato (attenuazione elevata), in un punto a livello del polmone avrò un numero contenuto nel pixel a livello della struttura molto più basso. La mia immagine può essere rappresentata da una serie di numeri esprimenti un coefficiente di attenuazione. VANTAGGI : su questa matrice posso eseguire delle operazioni matematiche, filtri, posso modificare la luminosità, il contrasto, operazioni che una lastra radiografica non mi consente. Posso applicare anche degli algoritmi che permettono di ottenere determinate caratteristiche dell’immagine che non sono ottenibili da un’immagine analogica (Amplificare il contrasto di una determinata struttura rispetto alla componente vasale o circolatoria). RADIOLOGIA DIGITALE INDIRETTA Quando si ha la conversione della lastra analogica in un formato digitale. Conversione di immagini radiografiche analogiche (lastre) in formato digitale (conversione A/D) mediante sistemi di:

• Telecamera digitale: immagine analogica in numerica;
• Scanner a sensore CCD;
• Scanner Laser. RADIOLOGIA DIGITALE DIRETTA In cui, invece che la lastra radiografica, abbiamo un sensore sensibile alla radiazione x e alla radiazione luminosa, genera un segnale elettrico e con un’elettronica di conversione in un segnale digitale che trasforma l’immagine analogica in un’immagine digitale. Ottengo direttamente l’immagine digitale senza passare dall’immagine analogica (stampaggio

BIOINGEGNERIA INFORMATICA 3a lez

TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA A RAGGI X TC

LIMITI DELLE IMMAGINI RADIOGRAFICHE

Impossibilità di ottenere da un immagine radiografica bidimensionale tutte le informazioni strutturali contenute nel distretto corporeo (tridimensionale) sottoposto ad indagine. Difficoltà nella discriminazione dei tessuti molli e Impossibilità di attuare misure quantitative di assorbimento della radiazione X nella regione di interesse. Con la tac si fa a fette il paziente in un determinato volume per capire cosa c’è dentro e le linee gialle sono le fette tagliate e capisce cosa c’è dentro e si capisce quali sono le diverse strutture nel volume considerato. Si basa sull’attenta ione del fascio di radiazione x (maggiore dove ci sono componenti radio opache e radio trasparenti). Con i moderni tomografi otteniamo l’acquisizione di un volume corporeo in Toto. STORIA 1917 RADON - ricostruzione di un oggetto a 2 o 3 dimensioni a partire da una serie infinita di sue proiezioni. W.H.OLDENDORF - sistema per produrre sezioni assiali del cranio basato sul metodo della back-projection. A.M. CORMACK - ricerche basandosi su queste idee. Pubblicazione sul “Journal of Applied Physics”. 1971 G.HOUNSFIELD - costruzione del primo “Tomografo Computerizzato”, operativo nel 1972, supportato dalla ditta EMI, ed impiegato in particolare per la ricostruzione di sezioni assiali del cervello 1979 Hounsfield e Cormack - Premio Nobel per la Medicina. Funziona per sommi capi

• bisogna acquisire dei dati (campionamento)
• Ricostruzione delle immagini partendo dal campionamento

Prima fase composta da un campionamento lineare con una sorgente di un tubo a raggi x ed è collegato al rivelatore distanziato al volume considerato. Che invia un fascio di radiazioni x discreto e focalizzato, all’interno del volume trasla linearmente da acquisire i coefficienti di attenuazione nella sezione presa in considerazione. Mano mano che si sposta con il rivelatore registrerà la radiazione x assorbita nel volume. Zona più chiara a bassa attenuazione e nera con alta attenuazione e intermedia. Mano a mano che si trasla si ottiene una curva con la massima attenuazione e via via scendendo —> profilo utilizzato per la ricostruzione delle immagini. La tac ruota anche intorno al paziente e non è fisso ed è necessario anche un campionamento angolare avrò un profilo differente al precedente —> le attenuazioni sono cambiate e le due strutture sovrapposte. E così via ruotando attorno al volume. Da queste singole proiezioni si procede con la ricostruzione delle immagini. Metodi matematici con algoritmi con il metodo della retroproiezione filtrata con la possibilità di ricostruire la sezione dalle sezioni ottenute con i campionamenti (FBP - sezione tomografica di un volume considerato con diversi spessori). L’immagine radiologica può essere espresso in termini digitali con valori numerici rappresentando con una matrice che prende in considerazione il campo di vista con caselle chiamate pixel con un numero rappresentativo di un determinato parametro fisico che permette di avere l’immagine. Attenuazione della radiazione —> se metto un valore numerico l’attenuazione: numeri bassi con zone con poca attenuazione, numeri alti dove le zone hanno un’attenuazione alta. Unità Hounsfield ha per convenzione stabilito una scala di valori che va da + 1000 a - 1000 passando per lo 0 (+ 1000 struttura radio opaca e - 1000 struttura radio trasparente). Lo zero è stato fissato a livello del coefficiente attenuazione dell’acqua. Sono rappresentati da una scala colorimetrica dal bianco al nero con i grigi.