Il Tubo Il Tubo RadiogenoRadiogenoMaster: Verifiche di Qualità in Master: Verifiche di Qualità in Radiodiagnostica, Medicina Radiodiagnostica, Medicina Nucleare e Radioterapia Nucleare e Radioterapia Lezione 1 Lezione 1

Dr. Rocco Romano (Dottore di Ricerca)Facoltà di Farmacia, Università degli Studi di SalernoVia Ponte Don Melillo, 84084 - Fisciano E-mail: rocco.romano@na.infn.it, rromano@unisa.it

Componenti Esterne: Componenti Esterne: SupportoSupporto

Sistema di supporto a soffittoSistema di supporto a soffittoSistema di supporto pavimentoSistema di supporto pavimento--soffittosoffittoSistema di supporto a braccio a CSistema di supporto a braccio a C

Il Tubo 1/2Il Tubo 1/2

Il tubo è un componente del Il tubo è un componente del sistema di sistema di imagingimaging a raggi X a raggi X generalmente inaccessibilegeneralmente inaccessibileE’ costituito da due parti E’ costituito da due parti interne principali:interne principali:

catodocatodoanodoanodo

La struttura esterna consiste di La struttura esterna consiste di tre parti: tre parti:

la struttura di supporto la struttura di supporto l’alloggiamento protettivo l’alloggiamento protettivo la chiusura in vetro o in la chiusura in vetro o in metallometallo

Il Tubo 2/2Il Tubo 2/2

Alloggiamento di ProtezioneAlloggiamento di Protezione

La radiazione è emessa La radiazione è emessa isotropicamente:isotropicamente:–– Fascio utile: il fascio Fascio utile: il fascio

emesso attraverso al emesso attraverso al finestra del tubofinestra del tubo

–– Radiazione di fuga: la Radiazione di fuga: la radiazione che fuoriesce radiazione che fuoriesce attraverso l’alloggiamento attraverso l’alloggiamento di protezionedi protezione

Un buon alloggiamento serve Un buon alloggiamento serve a prevenire sia irradiazione a prevenire sia irradiazione non dovuta (radiazione di non dovuta (radiazione di fuga minore di 1 mG/h) fuga minore di 1 mG/h) che shock elettriciche shock elettrici

ChiusuraChiusura

Un tubo a raggi X è un tubo a vuoto con chiusura Un tubo a raggi X è un tubo a vuoto con chiusura in vetro o in metalloin vetro o in metalloIl vuoto permette una più efficiente produzione Il vuoto permette una più efficiente produzione di raggidi raggiSi utilizza vetro Si utilizza vetro PyrexPyrex perché resistente al caloreperché resistente al caloreUn miglioramento dei tubi prevede l’utilizzo di Un miglioramento dei tubi prevede l’utilizzo di metallo anziché vetrometallo anziché vetroLa La finestrafinestra di un tubo a raggi X è un’area sottile di un tubo a raggi X è un’area sottile della chiusura di circa 5 cmdella chiusura di circa 5 cm22, essa permette la , essa permette la massima emissione con l’assorbimento minimo massima emissione con l’assorbimento minimo dei raggidei raggi

Proprietà dei materialiProprietà dei materiali

MaterialeMateriale Punto di Punto di Fusione Fusione

(°C)(°C)

Calore Calore SpecificoSpecifico

(J Kg(J Kg--11 KK--11))

Conducibilità Conducibilità TermicaTermica

(W cm(W cm--11 KK--11))Tungsteno (W)Tungsteno (W) 34103410 137137 1.761.76

Molibdeno (Mo)Molibdeno (Mo) 26172617 253253 1.381.38

Nichel (Nichel (NiNi)) 17261726 455455 5959

Grafite (C)Grafite (C) 38003800 730730 0.070.07

VetroVetro 14001400 670670 0.0150.015

Componenti Interne: Componenti Interne: Il CatodoIl Catodo

Il catodo è il polo negativo di un tubo a raggi X ed è Il catodo è il polo negativo di un tubo a raggi X ed è formato da due parti principali:formato da due parti principali:–– FilamentoFilamento–– Coppa di Coppa di focalizzazionefocalizzazione

Il filamentoIl filamento

Il filamento emette elettroni per effetto Il filamento emette elettroni per effetto termoionicotermoionicoGeneralmente è fatto di tungsteno arricchito di Generalmente è fatto di tungsteno arricchito di torio (1% torio (1% -- 2%), lungo 1 2%), lungo 1 –– 2 cm e di diametro di 2 cm e di diametro di 2 mm2 mmIl tungsteno ha un punto di fusione alto (3410 Il tungsteno ha un punto di fusione alto (3410 °C), è efficiente dal punto di vista della °C), è efficiente dal punto di vista della emissione, non vaporizza facilmenteemissione, non vaporizza facilmenteL’arricchimento ne migliora le proprietà di L’arricchimento ne migliora le proprietà di emissioneemissione

La coppa di La coppa di FocalizzazioneFocalizzazione 1/21/2

Gli elettroni accelerati dal Gli elettroni accelerati dal catodo all’anodo, per la catodo all’anodo, per la repulsione elettrostatica, repulsione elettrostatica, tendono a far divergere il tendono a far divergere il fasciofascioLa coppa di La coppa di focalizzazionefocalizzazione, a , a potenziale negativo, potenziale negativo, confina gli elettroni confina gli elettroni facendoli convergere facendoli convergere sull’anodosull’anodoTubi a controllo a grigliaTubi a controllo a griglia

La Coppa di La Coppa di FocalizzazioneFocalizzazione 2/22/2

La Corrente di FilamentoLa Corrente di Filamento

La corrente di tubo è regolata mediante la La corrente di tubo è regolata mediante la corrente di filamentocorrente di filamentoLa relazione tra corrente di filamento e La relazione tra corrente di filamento e corrente di tubo dipende dalla differenza corrente di tubo dipende dalla differenza di potenziale applicata al tubodi potenziale applicata al tuboIn prossimità del filamento si ha la In prossimità del filamento si ha la formazione di carica spaziale (formazione di carica spaziale (effetto dieffetto dicarica spazialecarica spaziale))

Effetto della Carica SpazialeEffetto della Carica Spaziale

L’emissione L’emissione termoionica a basso termoionica a basso voltaggio ed alto voltaggio ed alto amperaggio è limitata amperaggio è limitata dall’dall’effetto carica effetto carica spazialespaziale

La Corrente di saturazioneLa Corrente di saturazione

Per una data corrente di Per una data corrente di filamento, la corrente di filamento, la corrente di tubo aumenta al crescere tubo aumenta al crescere della differenza di della differenza di potenzialepotenzialeIl massimo della corrente Il massimo della corrente di tubo è la di tubo è la corrente di corrente di saturazionesaturazione

Doppio FuocoDoppio Fuoco

Molti tubi hanno due Molti tubi hanno due macchie focalimacchie focali–– Una piccola da 0.1 ad 1.0 Una piccola da 0.1 ad 1.0

mm mm –– Una grande da 0.3 a 2 mmUna grande da 0.3 a 2 mm

Con correnti inferiori a Con correnti inferiori a 300 mA possono essere 300 mA possono essere usati entrambi, mentre usati entrambi, mentre con correnti superiori a con correnti superiori a 400 mA può essere usata 400 mA può essere usata solo la macchia focale solo la macchia focale grandegrande

L’AnodoL’Anodo

L’anodo è a potenziale positivoL’anodo è a potenziale positivoPuò essere:Può essere:–– StazionarioStazionario–– RotanteRotante

Svolge tre importanti funzioniSvolge tre importanti funzioni–– Conduce la corrente di tuboConduce la corrente di tubo–– Dissipa caloreDissipa calore–– Sorregge il Sorregge il targettarget

I materiali più usati sono il rame, il molibdeno e I materiali più usati sono il rame, il molibdeno e la grafitela grafite

Il Il TargetTarget

Il target è l’area Il target è l’area dell’anodo colpita dagli dell’anodo colpita dagli elettroni accelerati elettroni accelerati emessi dal catodoemessi dal catodoNei tubi ad anodo Nei tubi ad anodo stazionario il target è stazionario il target è contenuto nell’anodo di contenuto nell’anodo di ramerameNei tubi ad anodo Nei tubi ad anodo rotante, il target è rotante, il target è costituito dall’intero costituito dall’intero disco ruotantedisco ruotante

Elementi TargetElementi Target

ElementoElemento SimboloSimbolo Numero Numero AtomicoAtomico

Energia X Energia X K K shellshell

Temperatura di Temperatura di FusioneFusione

TungstenoTungsteno WW 7474 69 69 KeVKeV 3400 °C3400 °C

MolibdenoMolibdeno MoMo 4242 20 20 KeVKeV 2600 °C2600 °C

RodioRodio RhRh 4545 23 23 KeVKeV 3200 °C3200 °C

Anodi Rotanti 1/2Anodi Rotanti 1/2

Anodi Rotanti 2/2Anodi Rotanti 2/2

Il Motore a InduzioneIl Motore a Induzione

Il Principio della LineIl Principio della Line--FocusFocus 1/31/3

Macchia Focale (Macchia Focale (FocalFocal SpotSpot ): area del ): area del target da cui sono emessi i raggi Xtarget da cui sono emessi i raggi XMinore è la macchia focale, migliore è Minore è la macchia focale, migliore è la risoluzione spazialela risoluzione spazialeLa macchia focale è limitata dal La macchia focale è limitata dal riscaldamento del riscaldamento del targettarget

Il Principio della LineIl Principio della Line--FocusFocus 2/32/3

Il Principio della LineIl Principio della Line--FocusFocus 3/33/3

Macchia Focale 1/2Macchia Focale 1/2

TiicaTiica forma della macchia forma della macchia focale è la cosiddetta focale è la cosiddetta doppia bananadoppia bananaLe differenze in intensità Le differenze in intensità dipendono da: disegno del dipendono da: disegno del filamento, della coppa e del filamento, della coppa e del potenziale di coppapotenziale di coppaIl NEMA (Il NEMA (NationalNational ElectricalElectricalManifacturersManifacturers AssociationAssociation) ) ha stabilito dei limiti di ha stabilito dei limiti di accettabilità per la misura di accettabilità per la misura di macchie focalimacchie focali

Macchia Focale 2/2Macchia Focale 2/2

Dimensioni Nominali e Tolleranza Macchia Focale Dimensioni Nominali e Tolleranza Macchia Focale Dimensioni Nominali (mm)Dimensioni Nominali (mm) DimDim. Misurate Accettabili. Misurate AccettabiliLarghezzaLarghezza xx LunghezzaLunghezza LarghezzaLarghezza xx LunghezzaLunghezza

0.10.1 0.10.1 0.150.15 0.150.150.30.3 0.30.3 0.450.45 0.650.650.40.4 0.40.4 0.60.6 0.850.850.50.5 0.50.5 0.750.75 1.11.11.01.0 1.01.0 1.41.4 2.02.02.02.0 2.02.0 2.62.6 3.73.7

HeelHeel EffectEffect 1/31/3

L’intensità della L’intensità della radiazione è maggiore radiazione è maggiore sul lato del catodosul lato del catodoMinore è l’angolo Minore è l’angolo dell’anodo, maggiore è dell’anodo, maggiore è l’effetto l’effetto HeelHeelLa variazione di La variazione di intensità può essere intensità può essere anche del 45% anche del 45%

HeelHeel EffectEffect 1/31/3

Le direzioni dell’anodo Le direzioni dell’anodo e del catodo sono e del catodo sono generalmente indicategeneralmente indicatePosizionare il lato dl Posizionare il lato dl catodo sugli spessori catodo sugli spessori maggiori o con maggiori o con maggiore densitàmaggiore densitàNel torace il catodo Nel torace il catodo dovrebbe essere dovrebbe essere inferiore inferiore Nell’addome superioreNell’addome superiore

HeelHeel EffectEffect 2/32/3

La macchia focale La macchia focale ha dimensione ha dimensione minore nella minore nella direzione anodicadirezione anodicaApplicazione in Applicazione in mammografia: mammografia: minore macchia minore macchia focale sulla parete focale sulla parete toracicatoracica

Radiazione Extrafocale ½Radiazione Extrafocale ½

Elettroni che Elettroni che rimbalzano dal targetrimbalzano dal targetLa radiazione La radiazione extrafocale accresce le extrafocale accresce le dimensioni della dimensioni della macchia focalemacchia focalePiccola dose Piccola dose indesiderataindesiderataProduce parti di Produce parti di immagini indesiderate: immagini indesiderate: orecchieorecchie

Radiazione Extrafocale 2/2Radiazione Extrafocale 2/2

La Radiazione La Radiazione extrafocale può extrafocale può essere ridotta essere ridotta mediante un mediante un diaframma diaframma Chiusura in metalloChiusura in metalloLa griglia non La griglia non riduce la radiazione riduce la radiazione extrafocaleextrafocale

Vita di un Tubo 1/2Vita di un Tubo 1/2

La vita di un tubo può essere allungata La vita di un tubo può essere allungata utilizzando i parametri radiografici utilizzando i parametri radiografici minimi (mA, minimi (mA, kVpkVp, tempo di , tempo di esposizione) utili ad ottenere un buon esposizione) utili ad ottenere un buon esame esame CaloreCaloreScaricheScariche

Vita di un Tubo 2/2Vita di un Tubo 2/2

Rating Rating ChartsCharts

CoolingCooling ChartChart