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Appunti clinical instrumentation
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Il documento descrive le principali tecnologie per sensori e strumentazione clinica, tra cui spettroscopia e fluorimetria, microscopia ottica, confocale ed elettronica, e sensori a fibra ottica. Tratta poi la diagnostica a raggi X (radiografia, TC e rivelatori) e la radioterapia con acceleratori lineari e terapia con particelle. Seguono gli ultrasuoni con trasduttori piezoelettrici e modalità A, B, M e Doppler, infine la medicina nucleare (PET, gamma camera) e la risonanza magnetica con magneti, gradienti e bobine RF.
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- La prima parte introduce l'interazione tra radiazione elettromagnetica e materia, con assorbimento, emissione, stati singoletto e tripletto, diagramma di Jablonski e caratteristiche dello spettro di fluorescenza, seguite dalla fluorimetria qualitativa e quantitativa con fluorofori endogeni ed esogeni.
- Vengono poi presentati gli optrodi e i sensori a fibra ottica per la misura di ossigeno e pH nel sangue, insieme agli spettrofotometri ad assorbimento a singolo e doppio raggio, alle sorgenti continue o a righe e ai rivelatori come PMT, fototubi, fotodiodi e CCD.
- La sezione sulla microscopia illustra rifrazione, diffrazione, lenti, ingrandimento, microscopio composto, condensatore, obiettivo, apertura numerica, illuminazione di Köhler, risoluzione e formazione dell'immagine, oltre alla microscopia a fluorescenza, confocale e a scansione elettronica (SEM).
- La diagnostica a raggi X comprende la produzione di fotoni tramite bremsstrahlung e radiazione caratteristica, il tubo radiogeno con i parametri kVp, mA e tempo, le interazioni fotoelettrica, Compton e di produzione di coppie, e i rivelatori a pellicola, intensificatore di immagine, placche fotostimolabili e pannelli piatti diretti e indiretti con scintillatori, con cenni a fluoroscopia e C-arm.
- La tomografia computerizzata (TC) è spiegata come ricostruzione di immagini da proiezioni, con unità Hounsfield, geometrie e generazioni di scanner e rivelatori multi-riga, mentre la radioterapia usa acceleratori lineari (LINAC) a radiofrequenza con magnetron, klystron, collimatori e MLC, e la terapia con particelle sfrutta il picco di Bragg, ciclotroni e sincrotroni, sistemi di erogazione passivi e attivi.
- La parte sugli ultrasuoni tratta impedenza acustica, attenuazione, riflessione e rifrazione, l'effetto piezoelettrico diretto e inverso con il modello elettrico e la risonanza dei trasduttori, la struttura della sonda con backing e matching layer, i campi vicino e lontano, le risoluzioni assiale e laterale, gli array lineari e phased, le modalità A, B e M e l'effetto Doppler in configurazione CW e PW.
- Infine la medicina nucleare descrive la scintigrafia, il rivelatore a cristallo NaI con PMT, la gamma camera con collimatori e algoritmi di ricostruzione, la PET basata sull'annichilazione dei positroni con LOR, risoluzione, SiPM, coincidenze e time of flight, e i tracciatori come FDG; la risonanza magnetica tratta lo spin dell'idrogeno, la frequenza di Larmor, i tempi T1 e T2, i gradienti di codifica spaziale, lo spazio k con trasformata di Fourier, i tipi di magnete, lo shimming, le bobine RF e il SAR.
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