Fizica Radiațiilor Ionizante Utilizate în Radiodiagnostic

Fizica radiaţiilor

Generalităţi. Imagistica medicală utilizează instalaţii cu radiaţii de diversă natură. Razele luminoase, ultraviolete, gama şi Röntgen sunt de natură electromagnetică. Razele Röntgen sunt utilizate cu succes pe parcursul ultimilor 113 ani, fiind destinate, în particular, pentru vizualizare în medicină, ocupând un loc important în investigarea tradiţională a pacienţilor, în explorarea lor în cadrul examenelor de radiodiagnostic(RD) invazive, în tehnologiile digitale etc. Informaţia necesară poate fi obţinută la prelucrarea prin diverse procedee a radiaţiei electromagnetice.

Vizualizarea medicală modernă are la bază următoarele fenomene:

— absorbţia de către ţesuturi a razelor Röntgen(investigaţiile de RD);

— emanarea radiaţiei gama, provenită de la izotopii radioactivi, acumulaţi în anumite ţesuturi(diagnosticul cu radionuclizi, vizualizarea izotopică sau medicina nucleară- MN);

— iritarea nucleelor impare ale atomilor câmpului magnetic cu apariţia radiaţiei de frecvenţă radio(tomografia prin rezonanţa magnetică nucleară- TRMN);

— reflecţia spre transductor a razelor de mare frecvenţă, generată de emisia undelor ultrasonore(examinarea prin ecografie- E);

— emisia spontană a undelor infraroşii de către ţesuturi(vizualizarea infraroşie sau termografia-T).

Metodele sus-menţionate, cu excepţia E, se bazează pe radiaţia de natură electromagnetică din diverse segmente ale spectrului energetic. Tipurile de radiaţii (Röntgen, alfa, beta şi gama), care transmit energii mai mari decât cea a luminii (2-4 eV), au capacitatea de a ioniza atomii şi de a dezintegra moleculele, provocând alterări la nivelul biologic.

Utilizarea metodelor non- ionizante (E, RMN, T) este mai preferabilă graţie avantajelor acestora şi a absenţei iradierii ionizante cu efectele ei nocive, inclusiv din motive de securitate.

Metodele de RD pot fi divizate în:

a) radioscopia (RS)- examinare vizuală a interiorului unui corp opac, în special, a unor regiuni din corpul uman, cu ajutorul umbrei proiectate pe un ecran fluorescent de către razele X, care trec prin acest corp;

b) radiografia (RGR)- fotografierea interiorului unui corp opac, în special, a unor regiuni din interiorul corpului, prin intermediul unor radiaţii de tip special, cu utilizarea în complex a casetei, foliilor şi a filmului radiografic;

c) radiofotografia(RFGR)- fotografierea imaginii radioscopice obişnuite pe un film cu mărimi de 70 x 70 mm, 105 x 105 şi 110 x 110 mm;

d) metode computerizate de vizualizare axială(computer tomografia-CT).

Metodele de vizualizare pot fi divizate şi în conformitate cu posibilitatea evidenţierii volumului integral al ţesutului sau doar a unui singur strat subţire. La efectuarea investigaţiei de RD tradiţional obiectul tridimensional este reflectat ca o imagine bidimensională. Pe un film radiografic opacităţile diverselor organe se sumează.

Ţinând cont de faptul că acţiunii radiaţiei ionizante este supus integral un volum oarecare de ţesuturi, are loc generarea unei radiaţii secundare, care diminuează calitatea imaginii, în special, a contrastării.

Tomografia convenţională formează imaginea prin “ştergerea” restului obiectului filmat, rămas în afara planului preconizat, prin intermediul combinării mişcărilor sincrone ale tubului radiogen şi ale casetei cu film şi folii.

La vizualizarea axială(în cazul CT) radiaţia este direcţionată numai spre un strat subţire al ţesuturilor.

CT este bazată pe măsurarea, analizarea şi reflectarea secţiunilor axiale în variantă cifrică(digitală). Principalul avantaj al CT e capacitatea rezolutivă a contrastului.

Vizualizarea prin realizarea pe secţiuni, mai este utilizată şi în tomografia prin RMN şi în MN. Diversele metode de vizualizare se bazează pe diverse principii fizice, formând felurite imagini ale anatomiei şi ale fiziologiei organelor.

Fizica radiaţiilor, utilizate în imagistica medicală, se divizează în fizica radiaţiilor ionizante (I) şi fizica radiaţiilor non- ionizante (II).

I. Fizica radiaţiilor ionizante.

1.1. Fizica radiaţiilor ionizante, utilizate în radiodiagnostic.

Materia este alcătuită din particule foarte mici- atomi, element structural specific oricărui material. Atomul are un nucleu cu sarcina electrică pozitivă şi un înveliş de electroni cu sarcină electrică negativă, aşezaţi în jurul nucleului. Ultimul este alcătuit din particule mai mici, cele mai importante fiind protonii şi neutronii.

Protonul are sarcină electrică pozitivă, egală mărimii unui electron, dar cu semn invers. Numărul protonilor în nucleu, notat cu semnul Z, reprezintă numărul atomic, care serveşte la clasificarea diverselor tipuri de atomi. Atomul este neutru din punct de vedere electric, fiindcă, în mod normal, numărul protonilor este egal cu numărul electronilor. Electronii, la rândul său, se află permanent în stare de gravitaţie în jurul nucleului atomic pe trasee liniare, având formă complexă, iar orbitele circulare nu sunt pătrunse de aceştea. De aceea, electronii au mai fost numiţi şi orbitali.