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Radiazioni ionizzanti
Corso di Informatica e Statistica Medica
20/2/2006
Scuola di Specializzazionein Fisica Sanitaria
a.a. 2005/2006
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a seconda degli effetti sulla materia biologica
Le radiazioni
Ionizzanti e non ionizzanti
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Radiazioni ionizzantiSono pericolose!
Hiroshima e NagasakiThree Mile Island
Chernobil
Può essere utilizzata sia come visualizzatore all’interno del corpo (medicina nucleare)
Veste protettiva utilizzata dai radiologi agli inizi del 1900
sia direttamente nella radioterapia oncologica
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Raggi X1895: Röntgen scopre i raggi X
Gli oggetti risultano più o meno trasparenti ai nuovi raggi a seconda del loro
spessore e della loro natura
Radiografia della mano della signora
Röntgen del 22/12/1895 pubblicata sul New York Times
del 16/1/1896
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Radiografia
organizza un servizio di radiografia clinica per i militari
di truppa durante la I guerra mondiale
Immediati utilizzi clinici
Tubo per diagnosi con raggi x
dell’inizio del 1900
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Diagnostica clinicaCompletamente cambiata negli ultimi anni
Tomografia assiale computerizzata (TAC)
Radiografia digitale (DR)
Risonanza magnetica nucleare (NMR)
Ecografia (EC)
Tomografia a emissione singolo fotone (SPECT)
Tomografia ad emissione di positroni (PET)
Digitalizzazione ed informatizzazione
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Radiografia moderna
La radiografia rimane la più comune ed
economica terapia radiante
Visti i vantaggi, ci si sta spostando sulla radiografia digitale
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EcografiaSi basa su ultrasuoni che attraversano il corpo e vengono riflessi in modo diverso a seconda della densità del tessuto incontrato
sorgente
rivelatore interfacce
tempo
t1
t2
L'ultrasuono riflesso viene poi convertito in immagine e proiettato su un monitor
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Utilizzo ecografiaEssendo una pratica non invasiva
è un metodo diagnostico usato spesso in ostetricia
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Tomografia assiale computerizzataSerie di “radiografie” in sequenza
ottenute tramite un sottile fascio di raggi Xruotante attorno al paziente
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Tomografia assiale computerizzata
Ottima risoluzione anatomica
Addome
Cervello
come se fossero tante radiografie
sequenziali
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Tomografia ad emissione di positroni
Radionuclide iniettato emette un positrone
che si annichila immediatamente con
un elettrone
emettendo due fotoni collimati di energia fissa che possono
essere rivelati
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PET
determinazione dell’attività cerebrale nelle differenti zone
del cervello sottoposte a stimolo
visualizzazione funzionale dei
differenti organi
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Aree attivate
Compito di memorizzazione verbale a breve
termine
Confronto del flusso cerebrale rispetto ad un flusso di controllo (determinato come?)
Diagnosi precoce dell’Alzheimer
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SPECTTomografia a emissione
computerizzata di singolo fotone
concetto disonda intercorporea
tramite l’uso di composti radioattivi che emettono direttamente radiazioni gamma
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Fotone singolo
non richiesta usualmente nelle
diagnosi di routine
Visualizzazione di una riduzione dell'attivitàcerebrale (neurodegenerazione)
in quanto, nella maggior parte dei
casi, non aumenta la precisione diagnostica
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Risonanza magnetica nucleareLa scoperta più importante nella diagnostica per immagini dalla invenzione dei raggi X
L'immagine si produce mediante un intenso campo
magnetico che abbassa l'influenza
delle onde di radiofrequenza
capace di ricevere segnale dai nuclei di idrogeno (siamo fatti per 90% di acqua!)
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Risonanza magnetica nucleare
Migliore risoluzione anatomica
Sfrutta il processo di assorbimento ed emissione di fotoni con energia hν da parte dei livelli quantizzati esistenti nella materia
Si riescono ad apprezzare anche le nervature all’interno della calotta cerebrale
Pratica non invasiva
Complementare a TAC PET e SPECT
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Risoluzione altissimaColonna vertebrale
Ginocchio
La durata d’esame oscilla tra i 20 ed i 40 minuti
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Risonanza Magnetica Nuclearenucleare: proprietà del nucleo degli atomimagnetic: campo magneticoresonance: interazione tra i campi magneticioscillanti e i nuclei atomiciRabi (1944) e Bloch & Purcell (1952) vinsero ilpremio Nobel per il loro contribuo alla NMR
Felix Bloch Edward PurcellIsador Rabi
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Prima immagine NMR nell’uomoRaymond Damadian• 1971: le cellule
cancerogene sonodifferenti in NMR
• 1972: primo scanning umanonella FONAR
• Costruisce il primo magnete chiamato“Indomitable”
• Non vinse mai ilpremio Nobel per ilsuo lavoro!Damadian in 1977 with prototype of first MR scanner
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La prima immagine NRM umana
• 0.05T, omogeneo solo nel centro• 106 voxels = 4 hours!
Damadian’s postdoc, Larry Minkoff Source: Huettel et al. slides
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Immagine
Source: Huettel et al. slides
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• 1973: Paul Lauterbur ha l’idea di utilizzare i gradienti spaziali per codificare le informazioni
• 1976: Peter Mansfield propone le immagini echo-planari come mezzo per rapida codifica delle informazioni utilizzando gradienti
• Molte compagnie iniziano a costruire scanner(FONAR, GE, Philips, Siemens, Varian)
• 1982: il primo scanner commerciale 1.5 Tesla• 1985: FDA-USA approva l’uso clinico della MRI• 2003: Lauterbur-Mansfield vincono il Nobel
Lo sviluppo della RMN
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Sovrapposizione d’immagini
Anatomia e fisiologia sovrapposte!
MR
MR + PETMR + SPECT
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Informatica clinica
Necessità di elaborazione di immagini
Necessità di rivelatori a stato solido disposti radialmente (utilizzo tecnologie di punta!)
Necessità dell’informatica medica
Introduzione del concetto di teleconsulto
Notevoli problemiSanità regionalizzata: chi paga?Sicurezza e “privatezza” dei dati cliniciCogestione dei dati e delle immagini
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Juke Box CD
Archivio per immagini
CR CR
Radiografidigitali
WSWS
WSMacchine per la refertazione
clinica
Moderno Dipartimento di Radiologia
switchcentrale
PCCollegamentiin remoto
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Rete locale ospedaliera
Refertazioneclinica
Prenotazioni
Sistema di informazioneospedaliera
(HIS)
Sistema di radiografia
digitale (RIS)
Integrazione
Sistema di archiviazionedelle immagini(PACS)Modalità cliniche (TAC, RMN, CR...)
SPARCserver 1000
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Come operare?
ai medicia una “ditta affidabile” che curi sia
l’implementazione hardware che softwareagli esperti ospedalieri (ingegneri ed
informatici) per questa parte “informatica”divenire esperti da consultare
Lasciare le decisioni e la gestione
• Conoscere a fondo i macchinari• Conoscere i sistemi informativi (e WWW)• Saper operare sugli stessi (S.O. e linguaggi)