En dag som Radiograf. Lærervejledning. Indhold

Transkript

1 En dag som Radiograf Lærervejledning Indhold Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk afdeling, og Rybners Gymnasium. I lærervejledningen finder du følgende kapitler: SIDE 2 Introduktion til UV-forløb SIDE 3 Indhold og overblik Formålet var at vække gymnasieelevers interesse for naturvidenskab, og give dem et indblik i, hvordan naturvidenskab anvendes i teori og praksis. I dette tilfælde på Radiologisk afdeling. Formålet fra afdelingens side var også at få skabt interesse omkring professionsuddannelsen som radiograf. SIDE 4 SIDE 6 SIDE 7 SIDE 8 SIDE 9 Rammerne for forløbet Det uformelle læringssted Online formidling Røntgen-sims Perspektiv Forløbet skal gennem elevaktiverende undervisningsmetoder, give eleverne i ungdomsuddannelserne mulighed for at forstå, hvordan samspillet mellem naturvidenskab og sundhedsarbejde er nært koblet. Udviklet af Forfattere: Richard Cleyton, Ole Gadsboelle og Leif Poulsen Redaktion: Beth Wehner Andersen, Claus Auning, Linda Ahrenkiel og Mette Auning Layout/film: Rune Skeel-Gjørling 1

2 LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF Introduktion til UV-forløb Introduktion Forløbet på Sydvestjysk Sygehus giver en spændende indsigt i, hvordan det fysikfaglige anvendes i virksomheder. Forløbet giver gymnasieelever lejlighed til på nærmeste hold at opleve, hvordan radiografer på radiologisk afdelingen arbejder med anvendt fysik i forhold til billedoptagelser af kroppens knogler og organer. Elevere vil få en førstehåndsoplevelse af, hvordan det fysik faglige udmøntes i praksis. Formålet med forløbet er, at eleverne skal: - lære noget om anvendt fysik - arbejde med teorien bag røntgenstråling - arbejde med dosisbegrebet og vævsskader - arbejde med røntgen som diagnoseredskab - kunne forklare relevante faglige begreber - skrive rapport Se mere på Astra.dk Den gode idé Richard Cleyton, fysiklærer fra Rybners Gymnasium fortæller om, hvordan de fik ideén til deres undervisningsforløb. Varighed 1:44 min YouTube (HD) 2

3 LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF Indhold og overblik Undervisningshæfte Følgende er en oversigt over indholdet i undervisningshæftet til eleverne. gøre meget ud af simulationen, da det har vist sig at denne visuelle tilgang hjælper eleverne. Brug Elevbog, kapitel 3 på side 24 Kapitel 4: Simulering af billeddannelse Kapitlet indeholder en øvelse, hvor eleverne ved hjælp af Excel laver en simulation af et røntgenbillede. Brug Elevbog, kapitel 4 side 28 Kapitel 5: Øvelsesvejledninger Kapitel 1: Røntgenstråling til diagnostik. Kapitlet indeholder beskrivelser af øvelsesvejledning, som bør læses inden besøget på hospitalet. Øvelserne A, B, C, og D foretages på røntgenmodaliteten, mens øvelse E foregår på CT-scanneren. En kort introduktion til elevhæftet med fakta om hvad røntgenstråling er og hvordan den skabes. Brug Elevbog, kapitel 5 på side 30 Brug elevbog, kapitel 1 på side 10 Oversigt over forløbet Kapitel 2: Dosis og dosisberegninger. I dette kapitel uddybes forskellige metoder til at karakterisere stråling og metoder til at beskrive den skadelige effekt. Brug elevbog, kapitel 2 på side 17 Kapitel 3: Billeder Røntgenstråling er det oftest anvendte system til billeddannelse i sundhedssektoren. Dette kapitel omhandler billeddannelse, skarphed og hvordan sandsynlighederne bestemmer skarpheden i et røntgenbillede. Sidst i kapitlet er beskrevet et billeddannelsesspil. FØR BESØGET: Gennemgå kapitel 1, 2 og 3. UNDER BESØGET: Eleverne har læst øvelsesvejledning, kap. 5. Og PC med øvelsesvejledning og Excel filer medbringes til besøgsstedet. EFTER BESØGET: Billeddannelsesspillet i kapitel 3 kan gentages. Arbejd med kapitel 4: Simulationen af billeddannelse. Rapportskrivning Afsnittet om billeddannelse kan være vanskeligt for eleverne at forstå. Derfor er det hensigtsmæssigt, at 3

4 LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF Rammerne for forløbet Aldersgruppe/klassetrin Forløbet tilrettelægges, så det kan anvendes til gymnasialt fysik C -niveau og B-niveau. Varighed af forløbet Forløbet forventes at vare i alt 12 lektioner, heraf 6 lektioner til forberedelse af besøget, 4 til besøg på Sydvestjysk Sygehus og to til efterbehandling og evaluering. Ud fra en given problemstilling kunne tilrettelægge, beskrive og udføre fysiske eksperimenter med givet udstyr og præsentere resultaterne hensigtsmæssigt kunne behandle eksperimentelle data med henblik på at diskutere matematiske sammenhænge mellem fysiske størrelser kende og kunne opstille og anvende modeller til en kvalitativ eller kvantitativ forklaring af fysiske fænomener og sammenhænge Faglige Mål Følgende faglige mål fra fysik B STX opfyldes: Ud fra grundlæggende begreber og modeller kunne foretage beregninger af fysiske størrelser Centrale faglige begreber Røntgenstråling, Røntgen-kilder, absorptionsloven, afstandskvadratloven, ioniserende stråling, dosisbegreber, biologiske skadesvirkninger, tælletal og spredning. 4

5 LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF Besøg på sygehuset Film fra forløbet [Film] 2. x fra Rybners Gymnasium er på besøg ved Sydvestjysk Sygehus i Esbjerg. Her stifter de bekendtskab med Radiologisk afdeling, hvor de udfører en række forsøg, som de arbejder videre med i fysiklokalet. (3:59 min) YouTube (HD) OVERSIGT OVER BESØGET Orientering om arbejdet som radiograf og en kort introduktion til røntgen-, CTog MR-scanner. Eleverne deles i grupper, der med hver sin medarbejder får en rundvisning på røntgenafdelingen. Grupperne gennemfører røntgen-forsøg og arbejder med billeddannelse i CTscanner. Besøget afsluttes med test, der prøver om eleverne har forstået de forskellige diagnosticeringsteknikker. [Foto]: På rundvisningen viser en radiolog CT-scanneren frem, og laver her et tværsnit af en elevernes skoletaske. 5

6 LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF Det uformelle læringssted Historien bag Sydvestjysk Sygehus Sydvestjysk Sygehus har hjemme på to adresser, i henholdsvis Esbjerg og Grindsted. Sygehuset behandler patienter indenfor næsten alle specialer, såvel medicinske som kirurgiske. Sygehuset har regionsfunktion indenfor specialerne arbejdsmedicin, plastikkirurgi, kæbekirurgi og bariatri (fedmekirurgi). Fagpersonerne kan koble sig på det givne emne med nogle af de faglige kompetencer, som de anvender i det daglige arbejde på sygehuset. Der lægges op til dialog og aktivering af eleverne og ofte med små praktiske øvelser eller redskaber. Sygehuset har godt 500 sengepladser og omkring 2500 ansatte. Årligt indlægges der patienter, mens knap aflægger besøg i et af deres ambulatorier. Der uddannes også et stort antal unge hvert år - det gælder blandt andet sygeplejersker, læger, social- og sundhedsassistenter, bioanalytikere, radiografer, fysio- og ergoterapeuter og lægesekretærer. På Sydvestjysk Sygehus i Esbjerg stiftede elever fra Rybners Gymnasium bekendtskab med Radiologisk afdeling, hvor de blandt andet fik en gennemgang af afdelingens røntgen-, MR- og CT-scanner. I den forbindelse udførte de unge en række forsøg, som de arbejdede videre med i fysiklokalet. Eleverne lavede forsøg med røntgenstråling. Elever med fysik på C- niveau eksperimenterede med de almindelige røntgenapparater, mens elever på B-niveau også fik lov at lave forsøg med CT-skanneren. EN STOR UDDANNELSESINSTITUTION Sydvestjysk Sygehus er et stort uddannelsessted, hvor der hvert år er knapt 800 uddannelsessøgende i klinisk uddannelse/ praktik. De kliniske undervisningsforløb/praktikker planlægges af relevante fagpersoner fra de mange forskellige uddannelser, som SVS rummer. Som underviser på folke- efterskole- eller gymnasialt niveau i Sydvestjysk Sygehus' optageområde kan man få besøg af en eller flere fagpersoner, der kan forbinde teori og praksis inden for det emne eller projekt, som klassen arbejder med. Se mere på sydvestjysksygehus.dk 6

7 LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF Online Formidling Røntgen-Sims er en applikation til anvendelse i undervisning om røntgenstråling. Røntgenstråling og andre former for stråling benyttes på bl.a. sygehuse til at lave billeder af patienters indre organer. Dette kan man gøre fordi røntgenstråling har en høj energi og derfor passerer en stor del af strålingen igennem patienten. Hvor stor en del bestemmes af typen af væv, som strålingen sendes igennem. Den måde som tilfældigheder og variationerne optræder i hver detektor (hver pixel) styres af kendt matematik og kan simuleres ved hjælp af Poissonfordelingen og en tilfældighedsgenerator. For at give en indsigt i dette dilemma er der udviklet en virtuelt simulator, der skal give en forståelse af billeddannelsen i en CT-scanner. Som patient ønsker man at få stillet den rigtige diagnose og samtidig at undersøgelsen skader kroppen så lidt som muligt. Radiograferne står derfor med en vigtig udfordring. De skal tage billeder med så stor skarphed, at der med stor sikkerhed kan stilles den rigtige diagnose og samtidig forsøge at give patienten så lidt stråling som muligt. Problemer ved billeddannelse Billeddannelse ved røntgen har to problemer: En lav dosis af røntgen stråling bevirker, at der vil være store variationer i hvor meget stråling der opfanges af de forskellige detektorer (pixel). Dette styres af tilfældigheder og giver et grumset billede, hvor detaljer er svære at se. Bestrålingen er forbundet med fare for en patient. En høj dosis af stråling kan gøre patienten mere syg end vedkommende er i forvejen, idet den kraftige stråling kan give forbrændinger, strålesyge, og i værste fald, kræft. [Røntgen-Sims] En Røntgen-simulator til Ipad Simulatoren viser hvordan den matematiske tilfældighed - der ligger bag de atomare processer - styrer hvilken strålingsmængde der er nødvendig for at skabe et billede med tilstrækkelig skarphed til diagnosticering. Der er indlagt et konkurrencemoment for at få eleverne til at være præcise i deres arbejde med billeddannelsen ved at have fokus på minimeringen af den nødvendige strålingsmængde. 7

8 LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF Røntgen-Sims Røntgen-Sims Undervisningsdel Simulatoren er konstrueret således, at eleverne tildeles hvert et billede med et skjult indhold, som skal findes med røntgen-simulatoren. Billedet vil som udgangspunkt se ud omtrent som vist på billederne nedenfor. Sammen med billedet har eleven et kontrolpanel, som består af en skyder til at regulere dosis, en knap til at bestråle patienten og samtidig fremkalde et nyt billede og et felt til at stille diagnose og afsende denne. Endelig er der et grafisk dosimeter som viser den samlede anvendte dosis. Den består af en linje i et rektangulært felt, som er farvet på en skala fra grøn til rød og linjen går et stykke op for hver fremkaldelse, som svarer til den dosis der er anvendt til bestrålingen. [Røntgen-Sims] Applikationen set på en Ipad. Eleven skal ved hjælp af en skyder justere dosis (opad) og fremkalde billedet, ved at bestråle med den valgte dosis. Kan billedet endnu ikke tolkes entydigt må patienten bestråles igen med den samme eller en højere dosis. [Røntgen] Hver detektor opfanger et antal røntgenfotoner (tælletal). Antallet er tilfældigt. Dette billede viser resultatet af bestråling af en plexiglas-plade med lav dosis (fra et sygehus-besøg) [Simulation] Hver pixel gives en tilfældig mængde farve efter en bestemt matematisk forskrift. 8

9 LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF Perspektiv Samarbejdet mellem radiograferne på Sydvestjysk Sygehus og gymnasierne i regionen har sit udgangspunkt og sin drivkraft i en fælles interesse. Denne interesse består i at formidle de lokale muligheder for at anvende fysik i en spændende og relevant sammenhæng som radiograf til eleverne på gymnasierne. Den anden side består af nær kontakt med patienter og tæt samarbejde med læger og det øvrige plejepersonale. Oplevelsen af dette appellerer til et bredt elev-segment og bidrager dermed for fysiklæreren - sammen med det lokale islæt - til at motivere undervisningen på fysiks B-niveau. Radiograferne på sygehuset kan samtidig udbrede kendskab til og interesse for deres job og uddannelse til præcis den del af en ungdomsårgang de gerne vil rekruttere. Dette samarbejde har derfor et grundlag som gør, at det kan fortsætte i en længere årrække. Det er oplagt at forsøge at skabe fuldstændig tilsvarende samarbejder mellem gymnasier og sygehuse i andre større byer. [Foto] Elev iføres beskyttende blyforklæde Radiografernes arbejde på sygehuset har to sider. Den ene side er højteknologisk med anvendelser af fysik. Derudover kan det udbredes til lignende samarbejder for eksempel mellem fagene kemi, bioteknologi og biologi på gymnasierne på den ene side og bioanalytikere på sygehusene sammen med bioanalytiker-uddannelserne på den anden. Nye metoder og værktøjer At bruge virksomheder som motivationsfaktor og interesseskabende for naturvidenskab er ikke nyt. Men i dette forløb har det været med til at give en dybere indsigt i et obligatorisk emne fra fysikundervisningen. Anvendelsen af simulator har bidraget positivt til forståelsen af et svært matematisk emne: statistikken bag de atomare processer og betydning af denne statistik for billeddannelsen i CT-scanneren Aktualisering gennem udadrettet virksomhed Der skal så vidt praktisk muligt tilrettelægges mindst ét forløb, hvor holdet arbejder med aktuelle problemstillinger, som har udgangspunkt i en konkret virksomhed eller forskningsinstitution. [LPB 3.1] 9

10 Kapitel 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 10

11 RØNTGENSTRÅLING TIL DIAGNOSTIK 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 ntsnet.dk/projektsyd 11

12 RØNTGENSTRÅLING TIL DIAGNOSTIK 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 12

13 RØNTGENSTRÅLING TIL DIAGNOSTIK 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). 13

14 RØNTGENSTRÅLING TIL DIAGNOSTIK 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). 14

15 RØNTGENSTRÅLING TIL DIAGNOSTIK 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! 15

16 RØNTGENSTRÅLING TIL DIAGNOSTIK 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. 16

17 Kapitel 2: Dosis og dosisberegninger Forskellige dosisbegreber Røntgenstråling er ioniserende elektromagnetisk stråling. Når røntgenstråling propagerer gennem et materiale, vil vekselvirkningen mellem strålingen og materialet give anledning til, at der overføres energi fra strålingen til materialet, hvorved neutrale atomer eller molekyler splittes op i positive og negative ioner. Det er dannelsen af disse ioner, der giver anledning til betegnelsen ioniserende stråling, og som har en biologisk skadelig effekt (se nærmere under afsnittet Biologisk skadesvirkning). Af historiske årsager findes der forskellige metoder til at karakterisere strålingen, og disse - sammen med metoder til at beskrive den skadelige effekt - uddybes nedenfor. Udarbejdet af [Foto] Røntgen afdeling SVS dosis indtastet i computeren Kapitlet vil gennem teori og regneeksempler give dig indsigt i den komplicerede proces med at beregne hvor farlig en røntgenundersøgelse er for patienten. Du vil blive i stand til at vurdere den enkeltes kræftrisiko og hvor mange kræfttilfælde på landsplan undersøgelserne er årsag til. Forfatter: Leif Poulsen (og konsulent Asbjørn Seegert) Redaktion: Beth Wehner Andersen, Claus Auning, Linda Ahrenkiel og Mette Auning Layout: Rune Skeel-Gjørling 17

18 DOSIS OG DOSISBEREGNINGER Absorberet dosis Vekselvirkning mellem stråling og materiale vil betyde, at materialet absorberer energi fra strålingen. Definition på absorberet dosis: den energi røntgenstrålingen afsætter i et materiale per kilogram af materialet. Absorberet dosis gives betegnelsen og måles i enheden Gray (Gy). 1 Gy svarer til, at der er afsat 1 Joule i 1 kg af det materiale, der har absorberet strålingen. Det er vigtigt at huske, at begrebet absorberet dosis eller bare dosis først giver mening, når man ved, hvilket materiale energien for røntgenstrålingen er afsat i. Disse materialer kan f.eks. være luft, knogle, blødvæv, kobberfiltre, aluminiumsfiltre osv. Når der i daglig tale benyttes ordet dosis (uden at specificere begrebet yderligere), er det formentlig den absorberede dosis i luft (eller bare luftdosis), der beskrives. Den absorberede dosis i luft betegnes. Det er denne størrelse, man typisk måler med en røntgendetektor. Dosis afsat i det eksponerede væv er meget mere kompliceret. Her kan nævnes følgende til illustration af kompleksiteten. Dosis afhænger bl.a. af: 2) Hvilken mas der påtrykkes. mas er produktet af rørstrømmen og eksponeringstiden. Rørstrømmen er ikke strømmen i glødetråden (som også kaldes filamentstrømmen), men derimod den strøm der går mellem glødetråd og anode. For en given kv og en given filamentstrøm vil rørstrømmen antage en bestemt værdi. 3) Hvilken afstand fra fokus dosis evalueres i. (Diagnostiske røntgenfelter er altid divergerende, og derfor skal der tages hensyn til afstandskvadratloven) 4) Hvilket materiale der afsættes dosis i. For et bestemt materiale og et bestemt spektrum, vil der være en bestemt vekselvirkning mellem materiale og stråling, hvorved strålingen afsætter energi i materialet. Rent faktisk vil denne vekselvirkning ændres ved strålingens passage gennem materialet fordi strålingens energifordeling ændres ved strålingens passage gennem materialet (lavenergetisk stråling absorberes i større grad end højenergetisk stråling). Røntgenstrålings passage gennem 1 kg luft og 1 kg bly vil resultere i to meget forskellige doser til de to materialer. Hvis man kender/fastholder indstillingerne i et røntgenrør og måler på samme emne (f.eks. luft) vil man dog kunne regne dosis ud som følger D(luft) = konstant*mas 1) Hvilket spektrum røntgenrøret udsender. Spektret afhænger af den påsatte rørspænding, kv (maxenergi), rørets egenfiltrering og eventuel indsatsfiltreringer i lysvisiret. Der kan være stor forskel i filtreringerne fra rør til rør! hvor konstanten tager højde for alle nævnte parametre og mas en er slangsproget for ovennævnte produkt af rørstrømmen og eksponeringstiden, dvs. (ladningen af) det antal elektroner, der rammer anoden. 18

19 DOSIS OG DOSISBEREGNINGER Ækvivalent dosis Definition for ækvivalent dosis: Den absorberede dosis vægtet i forhold til strålingstypen med strålevægtningsfaktoren ( tidligere kaldet kvalitetsfaktoren Q). er et rent tal, dvs. det har ingen enhed. Ækvivalent dosis måles i enheden Sievert (Sv) og gives betegnelsen. er en absorberet dosis af alfastråling i et organ ca. 20 gange så skadeligt som en absorption af røntgenstråling. Beregning af ækvivalent dosis for røntgenstråling er nemt, da er lig med 1. Her gælder det, at den absorberede dosis D målt i Gy er lig den ækvivalente dosis H målt i Sv. Det betyder, at en absorberet dosis på 0,1 mgy stammende fra røntgenstråling svarer til en ækvivalent dosis på 0,1 msv. Men det giver også anledning til forvirring, da begreberne ækvivalent dosis og absorberet dosis og deres enheder Gy og Sv ofte forveksles med hinanden. Dette biofysiske begreb indføres, da forskellige strålingstyper (røntgenstråling, alfastråling, betastråling) påvirker vævet forskelligt. For eksempel Dosisgrænser til enkelte organer såsom øje, hud, lunger etc. samt til ekstremiteterne (fødder, hænder osv.) angives som en ækvivalent dosis. Effektiv dosis Effektiv dosis er en beregnet dosis, som bruges til at vurdere risikoen for stråleinduceret kræft. Effektiv dosis beregningen tager hensyn til forskellen i absorption og farlighed i de enkelte organer. En oversigt over beregningsgangen ses under eksempler side 7. Effektiv dosis beregnes i trin. For hvert bestrålet organ (organer i den primære stråling såvel som organer, der kun har modtaget spredt stråling) tages den absorberede dosis og omregnes til den ækvivalente organdosis. Herefter multipliceres den med organets vævsvægtningsfaktor wt (tabel). Herved fås en række effektive organdoser. Effektiv dosis findes ved at addere alle disse udregnede effektive organdoser. Vævsvægtningsfaktorerne er direkte et udtryk for, hvor risikofyldt en bestemt ækvivalent dosis i et organ er. Værdien af disse faktorer for de forskellige organer kan ses i nedenstående liste 1. Organ eller væv Vævsvægtningsfaktor, wt Kønskirtler (gonader) 0,20 Rød knoglemarv 0,12 Tyktarm 0,12 Lunger 0,12 Mavesæk 0,12 Urinblære 0,05 Bryst 0,05 Lever 0,05 Spiserør 0,05 Skjoldbruskkirtel 0,05 Hud 0,01 Knogleoverflader 0,01 Resten af kroppen 0,05 [Figur 1] Vævsvægtningsfaktorer, ICRP 60 1 Gældende vævsvægtningsfaktorer fastsættes af International Commission of Radiation Protection ICRP i deres rapport nr

20 DOSIS OG DOSISBEREGNINGER Eksempel Et eksempel på udregning fra absorberet organdoser til effektiv dosis, f.eks. hidrørende fra en indåndet radioaktiv kilde eller CT-røntgenundersøgelser: Lunger har absorberet en dosis på 5 mgy. Dette giver en ækvivalent dosis til lungerne på 5 msv. Bryst har absorberet en dosis på 2 mgy. Dette giver en ækvivalent dosis til brystet på 2 msv. Den effektive dosis (også kaldet helkropsdosis) udregnes således: ( ) ( ) ( ) ( ) Risikoen for børn og unge er større, fordi børn og unge stadig vokser. Celler, som deler sig, har en større følsomhed over for stråling. Risikoen falder også som funktion af alder, da høj alder betyder mindre sandsynlighed for at kræftsygdommen kommer til udtryk i den resterende livsperiode. Procenttallet skal ses i forhold til, at livstidsrisikoen for at dø af kræft er ca. 25 % i Danmark. I dag giver en konventionel røntgenundersøgelse en effektiv dosis på omtrent mens CT-undersøgelser sjældent giver over 20 msv. Til sammenligning får en dansker i gennemsnit en dosis på ca. 1-3 msv årligt fra den naturlige baggrundstråling. Eksempel (fortsat) Cancerrisikoen fra eksemplet ovenfor bliver med de opgivne data: Effektiv dosis (helkropsdosis) og risiko for kræft. Som allerede fortalt er effektiv dosis et mål for, hvor risikofyldt en bestråling har været. Det er altså en beregningsteknisk størrelse. Statistisk set anses risikoen for at udvikle kræft i dag at være sådan, at hver gang den effektive dosis øges med 1 msv, så øges risikoen for at udvikle kræft i løbet af livet med risikofaktoren 005%. Det skal understreges, at dette er et gennemsnit over køn og alder. For en hel befolkning vil det give tilfælde Bemærk: Antallet skal ses i forhold til, at livstidsrisikoen for at dø af kræft er ca. 25 % i Danmark). Se flere eksempler sidst i kapitlet. Praktiske metoder til at måle og beregne absorberet dosis Målinger af absorberede dosis Absorberet dosis til luft (luftdosis) målt med halvlederdosismeter: Der måles kun dosisbidrag fra den stråling der rammer den strålefølsomme overflade på halvleder-dosismeteret (fig. 1.1). Derfor er det vigtigt at placere halvlederens strålefølsomme overflade vinkelret på røntgenstrålen. Stråling reflekteret tilbage mod detektoren giver ikke bidrag til den målte luftdosis. Luftdosis målt på denne måde er en god indikator til at karakterisere den stråling, der kommer fra et røntgenrør. Absorberet dosis til luft (luftdosis) målt med ionkammer-dosismeter: Der detekteres både 20

21 DOSIS OG DOSISBEREGNINGER dosisbidrag til luften fra stråling forfra samt fra stråling, der reflekteres tilbage mod detektoren (fig. 1.2). Det er dog igen vigtigt, at tænke over orienteringen af ionkammeret. Primære/Direkte stråle Primære/Direkte stråle Halvleder-dosismeter, som kun detektere den stråling der rammer den strålefølsomme side af detektoren Dosismeter (ionkammer eller TLD-tablet), som kun detektere både den primære/direkte stråling og den spredte stråling Spredende objekt, f.eks. En patient eller et fantom Spredende objekt, f.eks. En patient eller et fantom [Fig. 1.1] Princip for strålingsdetektion med halvleder [Fig. 1.2] Princip for strålingsdetektion med ionkammer eller TLD-tablet Biologisk skadevirkning. Hos mennesket indeholder benvæv ca. 45 % vand, mens andre vævstyper indeholder mellem 10 % og 90 % vand. Når vand (i cellevæsken) absorberer energirig ioniserende stråling, kan der foregå følgende processer: 1), hvorefter 2) hvorefter og kaldes frie radikaler, (de indeholder en uparret elektron). De er ekstremt kemisk aktive og vil i løbet af brøkdele af sekunder reagere med andre molekyler. De fleste radikaler vil reagere med hinanden og danne vand igen, men enkelte reagerer med andre af vævets molekyler, som f. eks. Brintoverilte, er et kraftigt oxidationsmiddel. Det er altså giftigt for cellerne og medvirker til at slå dem ihjel. Radikalerne kan også reagere med molekyler, som styrer cellerne, f.eks. DNA molekyler. Disse kan også beskadiges direkte af strålingen. Skaderne kan føre til ændringer i cellens funktion (f.eks. cancerudvikling), evt. kan de forhindre cellen i at dele sig, eller de kan direkte ødelægge cellen. Det har vist sig, at der er størst sandsynlighed for varig skade på et DNA-molekyle, hvis to eller flere bindinger brydes samtidig af strålingen. Det er derfor alfastråling har en meget større Q faktor,, end røntgenstråling, hvor. De omtalte fysisk-kemiske processer, som er omtalt her, foregår meget hurtigt (1ms). De efterfølgende biologiske forandringer foregår meget langsommere. Cancer- udviklingen kan vise sig mange år efter bestrålingen. Det er blandt andet derfor, at det er svært at sætte sikre tal på risikofaktorerne. 21

22 DOSIS OG DOSISBEREGNINGER Eksempler Dosis ved røntgenbilleder (og anden stråling) følger følgende regneskabelon: Fysisk Måling eller Computer Simulering Vægtning for stråletyper (røntgen, alfa, beta osv.) Vævsvægtningsfaktorer (ICRP 103) Strålepåvirkning Absorberede organdoser Ækvivalente organdoser Effektiv dosis Eksempel 1 a) Når der bliver taget et røntgenbillede af brystkassen, bruges typisk røntgenstråler med en fotonenergi på op til 100 kev. Effekten pr. areal er omkring 0,050 W/m 2 og bestrålingen varer ca. 0,1 sek. (apparatdata) b) I væv er halveringstykkelsen for sådanne stråler omkring 4 cm og ca. 90 % af strålingen absorberes. Et bestrålet område på 10*10 cm, 15 cm tykt, svarer til 1,5 kg. Den absorberede energi er da J Da kvalitetsfaktoren er 1, er den ækvivalente strålingsdosis givet ved Statistisk model Risiko for stråleinduceret kræft [Figur 2] Metodik i bestemmelse af forskellige doser og risiko ved strålepåvirkning c) Effektiv dosis eller helkropdosis er da (se fremgangsmåden ovenfor): 7 d) Cancerrisikoen (over et helt liv) er: 7 Ganges denne størrelse med antal billeder på et år, fås antallet af kræfttilfælde i befolkningen. Eksempel 2 a) I et andet eksempel bestråles lungerne med et røntgenudstyr indstillet på kv og en mas - værdi på. Med en afskærmning på 3 mm Al og en afstand på 1,85 m vil patienten modtage en stråledosis i størrelsesordenen 0,6 mgy (fx målt med dosismeter). b) Ækvivalent dosis er, da, som fordeles på forskelligt væv. c) I lungevæv er halveringstykkelsen 8 cm. Lungerne fylder i sammenklappet tilstand 4 cm. Den ækvivalente strålingsdosis i lungerne vil derfor være 50 % af det der kommer frem til lungerne. I størrelsesordenen til lungerne. 22

23 DOSIS OG DOSISBEREGNINGER Eksempel 3. Følg beregningen ved hjælp af modellen ovenfor. Hvis vi tænker os en lungeoptagelse af en kvinde hvor vi har følgende ækvivalentdoser: - Hud: 0.1 msv w= Lungevæv: 0.5 msv w= Brystvæv: 0.2 msv w= Knogleoverflade: 0.3 msv w= Rød knoglemarv: 0.2 msv w=0.12 Vævsvægtningsfaktorer er hentet fra tabellen i Figur 1 ( )+( )+( )+( )+( ) = = = msv 23

24 Kapitel 3: Billeder Når en røntgen-foton rammer en prøve, en patient eller et fantom, sker der en af to ting. Hvorvidt den enkelte foton går igennem eller ej er et spørgsmål om sandsynlighed, som ved kast med en terning, plat eller krone med en mønt og sandsynligheden varierer afhængigt af, hvad der er inde i kroppen det sted, hvor strålen går igennem. Når mange røntgen-fotoner sendes mod patienten, er det stadig et spørgsmål om sandsynlighed, hvor mange der passerer, præcis som hvis man kaster med terninger. [Figur 1] Røntgen-fotoner sendes mod patienten Enten absorberes fotonen eller også går den igennem. Hvis fotonen går igennem og bliver målt af detektoren på den anden side, bidrager den til et lyst felt på skærmbilledet. Du vil i øvelsen få indsigt i den statistik, der ligger bag eksponeringen af et billede og dermed forstå radiografernes dilemma, når de skal tage et billede. Billedet skal jo være skarpt nok til, at den rigtige diagnose skal stilles, men samtidigt skal patienten have så lidt stråling som muligt. - Prøv også spillet Find svulsten og forstå dilemmaet! Udarbejdet af Forfatter: Richard Cleyton Redaktion: Beth Wehner Andersen, Claus Auning, Linda Ahrenkiel og Mette Auning Layout: Rune Skeel-Gjørling 24

25 BILLEDER Kast med 6 terninger Sandsynlighed 0,4 0,3 0,2 0,1 [Figur 3] Hvis vi kaster mange gange med 6 terninger, vil der i gennemsnit være 1 etter per kast. Men for de enkelte kast vil der oftest ingen etter være, ofte 1 etter, ind imellem 2-3 ettere og mere sjældent 4, 5 og 6 ettere. De præcise sandsynligheder er vist til venstre Antal ettere Kast med 300 terninger Sandsynlighed 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 [Figur 2] I røntgen-detektoren er der tale om et meget stort antal fotoner, men terningeforsøget giver en korrekt fornemmelse af den statistik, der ligger bag. Hvis vi kaster med 300 terninger er sandsynlighederne for antallet af ettere vist på figuren til venstre antal ettere I gennemsnit er en sjettedel af terningerne ettere, dvs. 50 ettere per kast, men der er faktisk mindre end 6 % sandsynlighed for at få præcis 50 ettere (det kan beregnes ved hjælp af Poisson-fordelingen med middeltal 50, som ses til venstre) Spredning Spredningen er et udtryk for, hvor meget resultaterne varierer fra middeltallet. I fysik kalder vi den omtalte spredning for usikkerhed. Når resultater, som svinger på grund af tilfældigheder, opsamles så vil omtrent af resultaterne ligge i intervallet. Den teoretiske spredning for statistiske eksperimenter med store middeltal (over 10) kan udregnes, som kvadratroden af middeltallet. Så med 300 terninger har vi et middeltal på 50 og en spredning på. Hvis vi foretager fx 200 kast med 300 terninger, så vil antallet af ettere i ca. 68 % af kastene ligge mellem 43 og 57. De sidste 32 % (altså 64 kast) vil have et højere eller et lavere antal ettere. Omsættes det til 300 fotoner, som sendes gennem et område i kroppen, der i gennemsnit stopper 5/6 af fotonerne, så ved vi, at i 68 % af tilfældene vil tælletallet på den anden side ligge mellem 43 og 57. I de sidste 32 % vil tælletallet ligge højere eller lavere! 25

26 BILLEDER Billedskarphed og spredning Når en patient med ondt i hånden udsættes for røntgenstråling, har vi et dilemma. Røntgenstråling er som bekendt ikke just sundt, men samtidigt skal der sendes nok stråling gennem patienten til at danne et skarpt billede, så man kan se, om der er brækket en knogle. [Figur 4] Stor relativ spredning [Figur 5] Halvt så stor relativ spredning Den relative spredning Når der kun sendes lidt stråling gennem patienten, fx et middeltælletal på 100, som svarer til fotoner opfanget af detektorerne, så bliver spredningen. Så det faktiske antal, som opfanges af hver del af detektoren, varierer med den relative spredning: Øges den tid, belysningen varer, øges tælletallet. Hvis vi f.eks. venter 4 gange så længe, så middeltælletallet bliver, så er spredningen. Den relative spredning bliver nu: Nu bliver der så halvt så meget statistisk støj, men patienten udsættes for 4 gange så meget stråling! Helt generelt beregnes den relative spredning med formlen: Det betyder, at selvom materialet, som røntgenstrålen belyser, er ensartet, vil antallet af fotoner som opfanges, variere meget og billedet bliver kornet. Derfor vil man ikke kunne finde f.eks. et lille hårlinjebrud med en for lav bestråling (se ovenstående figurer). I forbindelse med røntgenbilledet er det gennemsnitlige tælletal i detektorerne, og den relative spredning fortæller, hvor kornet billedet bliver. 26

27 BILLEDER Find svulsten! Du skal bruge: Fra spil til forståelse 30 4-sidede (eller 8-sidede) terninger 90 6-sidede terninger 4 store bægerglas et stort antal kugler eller lignende (til markering) Vi vil nu spille os frem til en forståelse af, hvordan sandsynlighederne bestemmer skarpheden i et røntgenbillede (og faktisk mange andre former for fotografiske billeder). Regler: 1. Klassen deles ind i hold. 4 hold - kaldet A, B, C, D - på 4 elever hver. Det er detektor -holdene. Det er dem, der skal kaste terningerne. Resten af klassen deles på 3-mands hold E, F, G og kaldes røntgenoperatørerne. Det er dem, der skal finde svulsten. 2. Af holdene ABCD får kun et hold de 30 fire-sidede terninger (svulsten). De øvrige hold får hver 30 almindelige seks-sidede terninger (alm. væv). 3. VIGTIGT: Røntgen-operatørerne må ikke vide, hvem der har hvad. 4. Operatørerne sendes ud. 5. Holdene ABCD kaster én gang, og lægger for hver 1 er en kugle i deres bægerglas. Bægerglassene står på et fælles bord i et kvadratmønster (svarende til et udsnit af et røntgenbillede). 6. Røntgen-operatørerne kommer ind og skal gætte hvilket bægerglas, der viser svulsten. 7. Der kan tildeles point ved at give operatørerne -1 for hvert forkert gæt, 0 for ved ikke, 2 for korrekt gæt. Operatøren får dog ikke at vide, hvor svulsten er, før end alle omgange er spillet færdig (10-12 omgange skal der til for at være sikker nok ). Til sidst lægges pointene sammen og vinderen med flest point kan kåres. Operatør omgang omgang omgang 4. omgang Spillet gentages, så alle elever får en chance for at være røntgen-operatør. Ved 100 kast med en 4-sidet terning er middeltallet 25 og spredningen 5. Med 100 kast med en sekssidet terning er middeltallet 16,7 og spredningen godt 4. Så selv efter 10. runde kan det være svært at finde svulsten. 27

28 Kapitel 4: Simulering af billeddannelse i Excel Excel kan lave en simulation af et røntgenbillede ved at bruge farvekodning af felter, en tilfældighedsgenerator og poisson-fordelingen. I øvelsen kan du en simulering, der viser hvordan et digitalt billede opbygges. Leg radiograf og giv lægen et billede, der er så skarpt, at hun kan stille den rigtige diagnose og samtidig skal du sørge for at patienten får mindst mulig stråling. Udviklet af Forfattere: Richard Cleyton, Ole Gadsbølle og Leif Poulsen Redaktion: Beth Wehner Andersen, Claus Auning, Linda Ahrenkiel og Mette Auning Layout/film: Rune Skeel-Gjørling 28

29 BILLEDDANNELSE Opgave med billeddannelse Nedenfor er vist et billede af variationen i tælletal, hvor hvid svarer til et tælletal på 0 og et mørkt orange svarer til et tælletal på 2 gange middeltælletallet. Tælletallet kan reguleres øverst til venstre. Feltet B1 angiver % -vis forskel i tælletal i raske og syge celler. Nogle har større, nogle mindre tælletal. (Svarende til vævets absorptionsevne). Et nyt billede fremkaldes ved at ved at trykke på F9 eller ændre et af tallene og taste enter % 100 Løs opgaverne 1) Reguler tælletallet langsomt op indtil eventuelle svulster og brud kan ses. Det gælder om at finde alle syge områder ved så lavt et tælletal som muligt. 2) Skru ned for den procentvise forskel i syge/raske områder (10 %, 5 %, 1 %) og prøv igen. Bemærk hvor højt et tælletal, der skal bruges, for at de syge områder ses tydeligt. 29

30 Kapitel 5: Røntgenøvelser på SVS Øvelsesvejledning Endelig vil du se hvordan radiograferne kan styre kvaliteten af billedet ved hjælp af mængden af stråling og energien af strålingen. Ved CT-scanneren vil du kunne forstå hvordan radiografen gør alt for at patienten ikke får mere stråling, end det der er nødvendigt, for at radiografen kan aflevere et billede til lægen, som er så godt, at der kan stilles den rigtige diagnose. [Foto] Røntgen afdeling SVS Elever tager røntgenbilleder Eksperimenterne vil give dig en indsigt i hvordan strålingen aftager med afstanden fra røntgenrøret, og dermed hvorfor radiografen stiller sig langt væk, når billedet skal tages. Du vil se hvordan absorptionen i et materiale afhænger af tykkelsen af materialet, og dermed indse hvorfor man ikke kan tage et billede uden, at patienten får en hel del stråling. Til øvelserne findes en excel-fil med tabel og graftegning klargjort. Resultaterne fortolkes umiddelbart sammen med sygehusets personale, hvis tiden tillader det. Udarbejdet af Forfatter: Leif Poulsen Redaktion: Beth Wehner Andersen, Claus Auning, Linda Ahrenkiel og Mette Auning Layout: Rune Skeel-Gjørling 30

31 RØNTGENØVELSER Forsøgsopstilling [Figur 1] Forsøgsopstilling på røntgenmodaliteten [Figur 2] Forsøgsopstilling på røntgenmodaliteten [Figur 3] Skitse af forsøgsopstillingen (røntgenrøret). BEMÆRK: Den nøjagtige afstand måles fra anoden inde i røret. 31

32 RØNTGENØVELSER Øvelser Øvelse A: Strålingens variation med afstanden. R100 proben anbringes i en flamingoholder, som på figur 1 og 2. Højden varieres ved forskydning af apparatet. Afstanden kan måles med det indbyggede målebånd på apparatet, som sidder på blænden (bemærk nulpunkt). røntgenrøret, 1 mmcu sættes på blænden som ekstern filtrering (for at begrænse strålingen). Se afstande i tabel nedenfor. BEMÆRKNING [FOTO] Afstanden måles med indbygget målebånd. De målte dosisresultater flyttes fra Ortigoprogrammet til Excel regnearket. mas - indstillingerne (foretages af operatøren): 50 mas og 125 kv. Indblænding 10x10 cm aflæses på Kan kilden betragtes som en punktkilde - altså følge afstandskvadratloven? Det vil vi undersøge! Da vi ikke kender kildens nøjagtige afstand (inde i apparaturet), kan afstanden korrigeres ved at lægge korrektionsværdien (korr.) til eller fra den målte afstand. Grafen er lavet ud fra disse data. (Den første afstand er nødt til at være større end nul af hensyn til potenstendenslinien). Udfyld nedenstående Korrigeret Afstand afstand Dosis (cm) (cm) (µgy) 0,001 0, korr. = 0 32

33 RØNTGENØVELSER Øvelse B: Halveringstykkelse af plexiglas. Plexiglas absorption af stråling er meget lig kroppens. I denne øvelse placeres derfor varierende lag af plexiglas over proben. Afstanden fra rør til probe fast holdes, 100 cm. Dosismålingerne overføres til Excel programmet og halveringstykkelsen bestemmes. Overvej ud fra målingerne den dosis patienten modtager. Overvej om der kan ses spredt stråling ud fra målingerne. (Spredt stråling giver evt. personale utilsigtet dosis). mas indstillingerne (foretages af operatøren): 20 mas og 70 kv. Indblænding 25x25 cm. Udfyld nedenstående Afstand Dosis (cm) (µgy) Absorptionskoefficienten µ aflæst (graf): Halveringstykkelsen bestemmes med formlen ( ) 33

34 EN DAG SOM RADIOGRAF RØNTGENØVELSER Øvelse C: Dosis afhængighed af ladningen (antal fotoner) R 100 proben anbringes i den direkte stråling. FFA er 100cm. Der anbringes 10cm. plexiglas over proben. mas erne varieres, spændingen holdes på 125 kv. Dosismålingerne overføres til Excel. Bemærk: mas erne er mål for det elektronantal, der rammer anoden. Heraf bliver ca. 1 % til fotoner. Udfyld nedenstående Ladning Dosis mas µgy Dosis (µgy) / ladning (mas) 1,5 Dosis/ mikrogy 1 0,5 Dosis µgy Ladning/mAs 100 Øvelse D: Dosis afhængighed af spændingen (kv). R 100 proben anbringes i den direkte stråling. FFA er 100cm. Der anbringes 10cm plexiglas over proben. Spændingen kv erne varieres, mas`holdes på 10 ma. Dosismålingerne overføres til Excel. Udfyld nedenstående Dosis (µgy) / spænding (kv) U Dosis (kv) (µgy) ,5 Dosis/ mikrogy 1 0,5 Dosis µgy U/kV 34

35 RØNTGENØVELSER Øvelse E på CT Scanner: Dosis sammenhæng med Standardafvigelsen (SD) Øvelsen skal vise hvordan man får et skarpt nok billede med den mindst mulige stråling. den statistiske standardafvigelse SD. Værdierne plottes ind i Excel arket. I CT-scanneren er placeret en dummy af plexiglas, som udsættes for bestrålingen. Skarpt nok billede afhænger af opgavens art og afgøres af operatøren via erfaring og bedømmelse af statistikoptagelsen ved målingen, kaldet standardafvigelsen SD (Standard Deviation). På CT-scannerens styrepanel aflæses værdierne for henholdsvis mas erne (vælges af operatøren), dosis og Sammenhængen mellem mas og dosis er allerede kendt fra røntgen øvelsen (proportionalitet), men lav grafen alligevel også her. Standardafvidelsen SD afsættes som funktion af dosis. Forventningen her er, at den relative afvigelse SD er omvendt proportional med kvadratroden af dosis (tælletallet), se kap. 3 Billeddannelse. Udfyld nedenstående Standardafvigelse / dosis Standardafvigelse (SD) Ladning Dosis SD (mas) (µgy) tal SD 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, ,5 1 1,5 Dosis/mikroGy SD "tal" Dosis/ mikrogy 1,5 1 0,5 0 Dosis µgy / ladning mas Dosis µgy Ladning/mAs 35

36 TERNINGESPIL Kapitel 6: Find BRUDDET! Fra spil til forståelse: Vi vil nu spille os frem til en forståelse af hvordan sandsynlighederne bestemmer skarpheden i et røntgenbillede (og faktisk mange andre former for fotografiske billeder). stråling igennem. Altså kan bruddet ses som en mørk skygge eller linje. Du skal bruge: 6 firesidede (eller ottesidede) terninger 18 almindelige seks-sidede terninger Knogler standser mere af røntgen-strålingen end det omgivende væv. Derfor vil bruddet kunne ses ved at der kommer mere stråling igennem. I praksis vil billedet blive mørkere der hvor der kommer mest en portion (50-60 styk) duplo-klodser eller lignende Man kan også bruge 4 store bægerglas og et større antal kugler eller lignende (til markering) Regler: 1. Der vælges 4 personer fra klassen til at kaste terningerne. Det er detektorerne. Det er dem, der skal kaste terningerne. Resten af klassen deles passende små hold. De er røntgen-operatørerne. Det er dem, der skal finde bruddet. 2. Af terningkasterne får kun en de 6 fire-sidede terninger (bruddet). De tre øvrige terningkastere får hver 6 almindelige seks-sidede terninger (alm. knogle). VIGTIGT: Røntgen-operatørerne må ikke vide, hvem, der har hvad. 3. Terning-kasterne skal sidde skjult bag en papskærm eller lignende mens de rafler. 4. De 4 terningkastere rafler én gang, og sætter for hver 1 er en klods ovenpå. (Eller lægger en kugle i deres bægerglas. 5. Efter hvert kast får Operatørerne en chance for at gætte hvilken stabel klodser der svarer til bruddet. Altså hvem sidder med de 4-sidede terninger. Operatør omgang omgang omgang 4. omgang Spillet kan gentages, så alle elever får en chance for at være røntgen-operatør eller detektor. NB: Ved 60 kast med en 4-sidet terning er middeltallet 15 og spredningen 4. Med 60 kast med en seks-sidet terning er middeltallet 10 og spredningen godt 3. Så selv efter 10. runde kan det være svært at finde bruddet. Det er endnu sværere at finde bruddet hvis man bruger 8-sidede terninger. 36