Av min arm! Røntgenstråling til diagnostik

Transkript

1 Røntgenstråling til diagnostik Av min arm! K-n-æ-k! Den meget ubehagelige lyd gennemtrænger den spredte støj i idrætshallen, da Peters hånd bliver ramt af en hård bold fra modstanderens venstre back. Det er dog svært at afgøre, om det er en kraftig forstuvning eller om noget er brækket. Efter hurtig afkøling med en ispose og med armen højt hævet må Peter en tur på skadestuen. Besøget slutter ikke på skadestuen. Peter må en tur op på røntgenafdelingen for at få stillet en mere præcis diagnose. Efter den ubehagelige lyd kommer smerten, og alle der kommer løbende til kan straks se, at der var noget helt galt med hånden. Den hæver og enhver berøring får Peter til at råbe højt. På Sygehuset benyttes røntgenstråling i stort omfang til såvel røntgenfotografering (røntgendiagnostik) som til behandling af kræft. På SVS foretages røntgenundersøgelser om året. (status rapport 2011 over energi- og miljøredegørelse) Udarbejdet af Forfatter: Ole Gadsboelle Redaktion: Beth Wehner Andersen, Claus Auning, Linda Ahrenkiel og Mette Auning Layout: Rune Skeel-Gjørling December 2012

2 Diagnosen stilles På skadestuen Efter kort tid på skadesstuen sendes Peter op på Røntgenafdelingen, hvor der - med en opstilling som på billedet til højre - tages røntgenbilleder. Da røntgenstrålingen absorberes mere af knoglerne end af det omkringliggende væv, kan der herved dannes et skyggebillede på en digital (fotografisk) film. Ved at studere billederne meget grundigt, kan der stilles en diagnose: [Figur 1] Røntgenudstyr til optagelse af et billede af f.eks. en hånd Hånden er brækket Som det fremgår af røntgenbilledet er en af håndrodsknoglerne brækket. (Bemærk, at det ene billede er taget nedenfra og det andet ovenfra) På billedet til højre kan det ses, at en løsning kræver en operation, hvor en skrue bliver indsat for at holde sammen på knoglen. [Figur 2] En brækket håndrodsknogle [Figur 3] Et billede taget efter indoperation af skrue 2

3 Røntgenrøret Strålingen frembringes i et såkaldt røntgenrør Det er et lufttomtglasrør, hvori der er indstøbt to elektroder. Den negative elektrode (katoden), er udformet som en glødetråd. Den positive (anoden) er en metalplade af f.eks. wolfram eller kobber. Når røret er i funktion, går der en strøm igennem en glødetråd i katoden. Denne strøm opvarmer katoden så meget, at det er nemt at frigøre elektronerne. De således netop frigjorte elektroner accelereres af den elektriske spændingsforskel mellem katoden og anoden. Da der er vacuum i røret, kan elektronerne accelerere frit over imod anoden, som de støder ind i med stor fart. [Figur 4] En principskitse af et røntgenrør hvor anoden udsender kortbølget elektromagnetisk stråling (fotoner) [Figur 5] Et røntgenrør, der anvendes i et røntgenapparat 3

4 Strålingens energi [Wilhelm Röntgen] ( ) Tysk fysiker, der i 1901 fik Nobelprisen fordi han i 1895 opdagede røntgenstrålerne. Han kaldte dem i starten for x- stråler, fordi han ikke var klar over, hvad de bestod af. Senere fandt man ud af, at det er kortbølgede elektro-magnetisk stråling. elektromagnetisk stråling (fotoner). Man kalder denne stråling for bremsestråling. Hvis spændingen er høj nok vil strålingen være så kortbølget, at den er i røntgenområdet. Fotonenergien: = Eksempel: Elektronernes kinetiske energi (og dermed fart) vil da stige i takt med, at de taber potentiel energi i feltet mellem katoden og anoden. Når de når anoden, er al den potentielle energi (E pot =eu) omdannet til kinetisk energi. Elektronerne rammer altså anoden med en kinetisk energi givet ved: Den del af elektronernes energi, der ikke udsendes som stråling afsættes som varme i anoden. I praksis er det normalt under 1% af energien, der udsendes som stråling. På sygehusets røntgenrør roterer anoden. Dermed fordeles den termiske energi over et større område, og det forlænger anodens holdbarhed. Hvis spændingen er 30kV, vil elektronerne ramme anoden med en kinetisk energi på 30keV svarende til 1, C 3, V = 4, J. Når elektronerne fra katoden støder ind i anoden, bremses de kraftigt op af tiltrækningen fra de positive kerner i anodematerialet. Under denne opbremsning udsender elektronerne den tabte kinetisk energi som Da elektronerne kan aflevere fra 0 ev op til deres kinetiske energi (eu), vil den udsendte stråling udgøre et kontinuert spektrum fra 0 til eu. Bølgelængderne vil variere fra den mindste bølgelængde svarende til den største energi til i princippet uendelig bølgelængde svarende til 0 energi. Fra det område af anoden, hvor elektronstrålen rammer, bliver de mange fotoner udsendt (10 13 til pr sekund). 4

5 Spektret Ud over det kontinuerte spektrum, der stammer fra bremsestrålingen, kan der også være ekstra meget stråling ved bestemte bølgelængder (karakteristisk røntgenstråling). Det ses som linjer i spektret og stammer fra emission fra eksciterede atomer i anoden. Typisk er det elektroner der springer fra L- til K-skallen (K-røntgen). Energiforskellen mellem L og K-skallen vokser med Z2. Da energiforskellen mellem L og K er ca. 10 ev i hydrogen, vil energiforskellen være over 10keV hvis Z er større end ca. 30 ( ). For de fleste anoder vil der derfor være linjer i spektret med de spændinger, man normalt lægger over røntgenrøret. mas betyder milleampere gange sekund, hvilket er en enhed for ladning, altså mc. Dvs. det er et mål for hvor mange elektroner, der rammer anoden, og dermed for hvor mange røntgenfotoner anoden udsender. kv betyder kilovolt og altså enheden for spænding. Det er spændingen påtrykt røntgenrøret. kilovolterne er derfor et mål for den maksimale energi af fotonerne i røntgenstrålingen Hvordan opstår kontrasterne i billederne? Årsagen til at der opstår et billede (klare kontraster) er, at de forskellige grundstoffer ikke har samme evne til at absorbere strålingen. Grundstoffer som bly, iod og barium er gode til at stoppe strålingen (stærkt absorberende). Calcium og jern mindre gode, mens brint, ilt og kvælstof er dårlige til at absorbere strålingen. Vore knogler indeholder en del kalk, dvs. calciumforbindelser, mens det omgivende væv hovedsageligt består af vand, dvs. brint og ilt. Hermed vil færre fotoner kunne gennemtrænge en knogle end f.eks. muskler, og knoglerne vil derfor danne en skygge på røntgenbilledet. [Figur 4] Spektret fra et røntgenrør. Bemærk hvordan strålingen rykker mod kortere bølgelængde (større energi), hvis spændingen øges. Da energispringene afhænger af grundstoffet, vil linjerne ligge forskellige steder i spektret afhængig af valg af anodemateriale. Mas og meget mere Når man ligger der og venter på undersøgelsen, hører man mange af radiografernes fagudtryk/fagtermer som f.eks. maserne og kilovolterne. De kan dog let oversættes til fysisk forståelse. [Figur 5] Radiolog vurderer røntgenbillede Det er afgørende for kvaliteten (og dermed muligheden for at stille den rigtige diagnose) af et røntgenbillede, at det har en god kontrast (stor forskel mellem sort og hvidt i billedet). 5

6 Hvis accelerationsspændingen er for høj, vil fotonerne trænge gennem både blødt væv og knogler og give en jævn sværtning af filmen næsten uden kontrast. Er accelerationsspændingen for lav, kan strålingen ikke trænge igennem patienten, og filmen sværtes for lidt. God kontrast i billedet skabes ved at eksponere filmen rigtigt. Hvis filmen rammes af for få fotoner, sværtes den for lidt. Hvis den rammes af for mange, bliver den helt sort. Eksponeringen kan reguleres ved at ændre på strømmen (antallet af fotoner pr tid) og/eller ved at ændre eksponeringstiden. Summa summarum. Der skal vælges en spænding (kv), altså en energi for fotonerne. Derudover skal antallet af fotoner styres gennem valg af strømstyrke (ma) og eksponeringstid (s). I praksis er det ofte produktet af strøm og tid man ændrer (mas). CT-scanneren se, hvor dybt den ligger, eller hvilken udstrækning den har i strålernes retning [Figur 6] CT Scanner på Sydvestjysk Sygehus Et problem ved almindelig røntgenfotografering er, at man kun for et to-dimensionelt billede. På billedet ser man skygger fra alt, hvad røntgenstrålingen passerer på sin vej gennem patienten. Billedet viser derfor ikke hvor langt inde i patienten de lag ligger, som giver kontrasterne i billedet. Man opnår altså bare en todimensionel projektion af det undersøgte. Fotograferer man en kræftsvulst, kan man derfor ikke En måde at løse dette problem på er at fotografere patienten igen fra andre vinkler. I 1973 begyndte man at anvende en såkaldt CT-scanner, hvor man lader et røntgenrør bevæge sig i en cirkel omkring patienten. Når den har kørt en omgang, rykkes patienten et lille stykke vinkelret herpå og røntgenrøret foretager en ny rundtur. Mens røntgenrøret bevæger sig, sender det ganske tynde strålebundter igennem patienten. Disse stråler opfanges af detektorer på den anden side af patienten. Resultaterne af disse detektorers målinger lagres i en computer, som så konstruerer et tredimensionelt billede af det undersøgte. Da det er elektronerne, der stopper røntgenstrålingen, er materialer med stor densitet bedst til at reducere strålingen! 6

7 Beskyttelse mod stråling På røntgenafdelingen gør man meget ud af at beskytte patienterne mod uønsket stråling, bl.a. ved at anvende de lavest mulige doser. Derudover afskærmer man f. eks. patienternes kønsdele mod uønsket bestråling ved hjælp af blyforklæder og deres øjne ved hjælp af blyglasbriller. Hold om muligt afstand til røntgenrøret og sørg for at få meget/tungt materiale mellem røret og det der ikke ønskes bestrålet. [FOTO] Elev iføres blyforklæde Personalet der jo skal gennemføre mange undersøgelser gennem et arbejdsliv sikres også bedst muligt bl.a. ved at røntgenudstyret normalt er indrettet så det kun kan aktiveres fra et kontrolrum, der er afskærmet imod stråling og har god afstand til røntgenrøret. Hermed beskyttes personalet mod spredt stråling. For at kontrollere hvor meget stråling den enkelte medarbejder får, bærer de ansatte et såkaldt dosimeter, der er en lille plastikæske, der rummer en røntgenfølsom film. Denne film fremkaldes med bestemte tidsmellemrum, og man kan ud fra sværtningen vurdere, hvor stor en dosis bæreren har fået i den forløbne periode. 7