Radio- wyk-ady.doc

Wykład 1

4 października 2010

99% energii elektronów zamieniane jest na ciepło

1% to promieniowanie rentgenowskie

Po II wojnie światowej:

·                                       zdjęcia techniką promieni twardych

·                                       układy 4-6 prostowników w lampie (dzięki nim- duże natężenie i mniejszy czas promieniowania)

·                                       elektronowy wzmacniacz obrazu -> rentgenoskopia-> rentgenotelewizja

Lata 60-te - 70-te:

·                                       tomografia komputerowa

·                                       rezonans magnetyczny

·                                       ultrasonografia

3 specjalności radiologii lekarskiej:

·                                       radiologia (diagnostyka obrazowa); zaliczamy tu:

·                                             rentgenodiagnostykę

·                                             rezonans magnetyczny

·                                             ultrasonografię

·                                       radioterapia- wykorzystywana w leczeniu chorób nowotworowych

·                                       medycyna nuklearna- wykorzystująca izotopy promieniotwórcze do diagnostyki i terapii

1896r- Wielka Brytania, Niemcy- pierwsze wykorzystywanie RTG do diagnozowania złamań kości u koni, psów i kotów

Powstawanie promieniowania RTG:

Gdy elektrony swobodne, poruszające się z dużą prędkością, zostają gwałtownie zahamowane.

Aparat RTG:

·                                       lampa

·                                       generator wysokiego napięcia

·                                       stolik rozdzielczy- podłączony do zasilania, na nim wszystkie wskaźniki pomiarowe, włącznik, guziki, przełączniki i inne pierdolniki

Lampa- szklana bańka próżniowa z katodą (-) i anodą (+). Obie podłączone są do wysokiego napięcia, natomiast katoda połączona jest z obwodem niskiego napięcia- tzw. obwodem żarzenia (który się włącza po załączeniu prądu). Drucik wolframowy żarzy się i zaczyna wysyłać elektrony do katody, potem lecą sobie do anody.

Im większe napięcie, tym większa prędkość elektronów.

Elektrony biegną od katody do anody.

Promień centralny (długi)- znajduje się w środku wiązki promieni.

Rzut ogniska rzeczywistego w kierunku promienia centralnego tworzy tzw. ognisko optyczne.

Im mniejsze ognisko optyczne, tym ostrzejszy obraz, ale jego wielkość zależy od wielkości ogniska rzeczywistego (decyduje o mocy lampy- im większe, tym większa moc), drucika [jak ognisko może zależeć od druta?]

Duże ognisko- do dużych zwierząt (większych części ich ciała).

Rodzaje promieniowania w lampie:

·                                       hamowania

·                                       charakterystyczne

·                                       trzonkowe (szypułkowe)

Promieniowanie hamowania- powstaje, gry elektrony zostają zahamowane na talerzu anody. Elektron zostaje przyciągnięty przez jądro atomu (+) i wprowadzony w ruch hiperboliczny wokół jądra; traci energię kinetyczną, która zostaje wypromieniowana na zewnątrz atomu w postaci promieniowania X.

Promieniowanie charakterystyczne- ma jedną długość fali (jest monochromatyczne). Nakłada się na widmo ciągłe promieniowania hamowania. Ma niewielkie natężenie. Powstaje, gdy elektron uderza w inny elektron znajdujący się na powłoce elektronowej najbliżej jądra i go wybija. Emitowany jest wtedy kwant energii. Ten wybity elektron jest zastępowany e- z następnej powłoki itd. Za każdym razem wypromieniowana jest określona ilość energii.

Promieniowanie trzonkowe- wyróżniamy tu dwa rodzaje:

·                                       Niektóre elektrony katodowe uderzają w obudowę-> zostaje naelektryzowana (-)-> elektrony są od niej odbijane i uderzają w dowolne miejsce anody.

·                                       e- zamiast hamowaniu na anodzie ulegają odbiciu od jej powierzchni a następnie są znowu przez nią przyciągane. Jest to promieniowanie małe (miękkie); rozchodzi się w nieuporządkowany sposób.

Promieniowanie miękkie- nie daje obrazu na błonie RTG ale jest pochłaniane przez ciało.

Całkowite natężenie promieniowania rośnie proporcjonalnie do kwadratu napięcia na lampie i wprost proporcjonalnie do wielkości prądu płynącego przez lampę oraz do liczby atomowej pierwiastka, z którego zbudowana jest anoda.

Im wyższe napięcie na elektrodach, tym większa częstotliwość i energia promieniowania-> twardsze promieniowanie.

Własności promieniowania RTG:

·                                       wiązka fal elektromagnetycznych rozchodzących się w próżni z prędkością 300tys. km/s

·                                       długość fali= 10-11 - 10-8m

·                                       wykazuje właściwości falowe i kwantowe

·                                       ze swego miejsca powstania wysyłane są w postaci kwantów energii zwanych fotonami. Jednostką energii fotonów jest elektrovolt eV

·                                       pole elektryczne i magnetyczne nie ma na nie wpływu

Cechy promieniowania:

·                                       Nie wywołuje bezpośredniego wrażenia światła na siatkówce oka- utrudnia ochronę przed szkodliwym działaniem.

·                                       Rozchodzi się prostolinijnie- wiązka wychodząca z lampy jest rozbieżna, dlatego obraz jest zwykle większy od obiektu badanego.

·                                       Zmniejsza swoje natężenie z kwadratem odległości- im dalej, tym mniejsze natężenie

·                                       Ma wybitną zdolność przenikania ciał- która zależy od energii promieni X i stopnia pochłaniania ich przez ciało.

·                                       Ulega w różnym stopniu osłabieniu przy przechodzeniu przez ciało

powietrze-> tłuszcz-> woda-> kości-> metal

1.                                     W wyniku tego powstaje promieniowanie wtórne i rozproszone

miękkie (do 70kV)- pochłanianie

twarde (>100kV)- jest źródłem rozpraszania

2.                                     Wywołuje jonizację atomów i związków chemicznych- umożliwia sterowanie naświetleniem błon RTG- mierzenie promieniowania.

3.                                     Wywołuje zjawisko luminescencji- wykorzystujemy to w foliach wzmacniających oraz we wzmacniaczu obrazu do prześwietleń.

4.                                     Redukuje związki chemiczne srebra do srebra metalicznego widocznego, jako zaciemnienie błony RTG.

5.                                     Wykazuje działanie biologiczne- niekorzystne zmiany.

Parametry ekspozycji regulujące ilość i jakość promieni RTG docierających do błony:

·                                       napięcie (kV)

·                                       natężenie prądu lampy (mA)

·                                       czas ekspozycji (ms)

·                                       odległość lampa- błona RTG

Większe natężenie prądu= większe promieniowanie

Intensywność opisywana jest jako iloczyn natężenia i czasu ekspozycji i wyrażana w mAs.

Ilość mAs decyduje o zaciemnieniu błony.

kV o kontraście obrazu.

Odległość lampa- błona- nie mniej niż 1m.

Jeśli zmieniamy odległość, musimy też zmienić natężenie

nowe mAs = stare mAs x [nowa odległość/ stara odległość]2

Wykład 2

11 października 2010

Współdziałanie między promieniowaniem X a atomami materii możemy podzielić na:

1. przenikanie

2. pochłanianie (fotoefekt, absorpcja)

3. rozproszenie

4. zjawisko tworzenia się par

Przenikanie- w tkankach o niskiej gęstości, które zawierają powietrze (płuca, zatoki nosowe). Szczególnie promieniowanie o większej energii.

Pochłanianie- całkowite pochłanianie promieni RTG o bardzo niskiej energii. Promieniowanie dociera do danego obiektu i przestaje istnieć.

Foton promieniowania X dociera do atomu i wybija elektron znajdujący się na powłoce. Elektron ten uzyskuje energię kinetyczną (fotoelektron, elektron wtórny) a promieniowanie RTG przestaje istnieć.

Wybicie elektronu i przeniesienie na to miejsce e- z wyższych powłok wiąże się z powstaniem bardzo słabego i miękkiego promieniowania.

Powstaje jon dodatni.

Pochłanianie jest większe dla długofalowego (miękkiego) promieniowania i ciał cięższych (o wyższej licznie atomowej).

Liczba powstałych fotoelektronów jest proporcjonalna do liczby atomowej Z5 i długości fali promieni λ3.

Pochłanianie wzrasta proporcjonalnie do gęstości pochłaniającego obiektu.

powietrze (nie ma strat)-> tłuszcz-> woda-> kości-> metal (całkowicie pochłania- biały obszar na błonie RTG).

Pochłanianie wzrasta proporcjonalnie do grubości obiektu pochłaniającego. Im grubszy obiekt tym bardziej pochłania.

Pochłanianie jest odpowiedzialne za kontrast obiektu widocznego na zdjęciu rtg.

Przy zastosowaniu zbyt wysokich wartości kV następuje zmniejszenie kontrastu obrazu.

Rozproszenie- polega na zmianie kierunku promieniowania w wyniku zderzenia się fotonu promieniowania X z elektronem w atomie. Wyróżniamy rozproszenie:

·               klasyczne (spójne)- powstaje bez zmiany długości fali. Foton nie traci energii. Stanowi mniej niż 5% całkowitego rozproszenia wiązki i nie wpływa znacząco na obraz.

·               zjawisko Comptona- foton oddaje energię na elektron i zmienia swój kierunek. Foton pierwotnego promieniowania posiada po rozproszeniu mniejszą energię a tym samym większą długość fali.

Taki elektron dociera do błony i powoduje jej zaczernienie w przypadkowych miejscach. Jest to tzw. zadymienie obrazu.

Powstaje przy promieniowaniu twardym i substancjach lekkich o niskiej liczbie atomowej.

Tkanki o gęstości zbliżonej do wody- krew, mięśnie, narządy miąższowe- wytwarzają w ciele największą ilość promieniowania rozproszonego.

Zjawisko tworzenia się par- bardzo rzadkie. Zachodzi przy twardym promieniowaniu (fotony o elergii większej od 1,02 MeV). Nie występuje w diagnostyce medycznej.

Powstanie obrazu RTG:

Promienie X przechodząc przez badany obiekt ulegają w różnym stopniu osłabieniu.

Wtórna wiązka promieni zawiera informacje o badanym obiekcie.

W miejscu, gdzie promienie dotrą do błony, widoczne jest zaczernienie= przejaśnienie, a tam, gdzie nie dotrą, błona pozostaje jasna= zaciemnienie;

np. zaciemnienie- cień wątroby, serca, nerek

przejaśnienie- gaz

Pochłanianie zależy od promieniowania i własności badanego obiektu jego:

·         grubości

·         gęstości

·         rodzaju pierwiastków, z jakich jest zbudowany

Wszystkie tkanki miękkie zbudowane są z wodoru (Z=1), węgla (Z=6), azotu (Z=7) i tlenu (Z=8)- pochłaniają promieni X w małym stopniu.

Kości, zęby, ogniska zwapnień zawierają wapń (Z=20)- pochłaniają więc promienie X w dużym stopniu.