Slutrapport
Innehållförtäckning Inledning ............................................................................................................................................3 Sammanfattning ..................................................................................................................................3 Röntgen ..............................................................................................................................................4 Historia ...........................................................................................................................................4 Tekniken .........................................................................................................................................4 Metod ........................................................................................................................................... 12 Diagnostik ..................................................................................................................................... 13 Risker ........................................................................................................................................... 13 Angiografi ........................................................................................................................................ 14 Historia ......................................................................................................................................... 14 Teknik .......................................................................................................................................... 14 Metod ........................................................................................................................................... 15 Undersökningar............................................................................................................................. 16 Risker ........................................................................................................................................... 16 Slutsats ............................................................................................................................................. 16 Referenser ........................................................................................................................................ 17 Inledning I Sverige genomförs varje år mer än 5 miljoner röntgenundersökningar och varje dag ställs diagnoser med hjälp av 50 000 röntgenbilder. Dessa siffror visar att röntgentekniken som upptäcktes för mer än hundra år sedan är fortfarande den mest använda tekniken för framställnig av diagnostiska bilder även om tekniker som: nuklearmedicin, ultraljud och magnetresonans ökar i användning 1. Syftet med det här arbetet är att skriva en rapport som vänder sig till klasskamraterna för att ge dem en inblick i vad röntgen och angiografi innebär. Det ska vara en faktatext som är lätt att sätta sig in i och förstå . Den metoden som vi har använd oss av är informations insamling med hjälp av internet och kurslitteratur, därefter har vi bearbetat informationen individuellt och fått feedback för dessa, för att till sist skriva den slutliga rapporten. Till teknikdelen har boken Medicinsk fysik används till 99 % men texten har omformulerats och omstrukturerats för att göra det lättare för läsaren att förstå. Fakta till de övriga delarna i arbetet har vi hämtat från internet. På grund av brist på både tid och information har det varit omöjligt för oss att ha med den ekonomiska delen i vårt arbete. Vi avslutar inledningen med att tacka för den konstruktiva feedback vi har fått. Grupp 2 Sammanfattning Röntgenundersökning är en metod som använder sig av röntgenstrålar för att avbilda kroppens inre delar. Framställningen av bilden görs numera digital, antigen med bildplatteknik där röntgenbilden inte kan ses i realtid eller genom direkt bearbetning av signalerna som registreras av stråldetektor. Förutsättningen för avbildningen är att kroppens atomer absorberar (attenuerar) röntgenstrålarna på olika sätt. Kroppsdelar med hög atomnummer som ben har mindre genomsläpplighet än kroppsdelar med lägre atomnummer, därför ser benen vita ut på en lyckad röntgenbild. För att kunna avbilda kroppens mjuka delar behövs en metod som kallas angiografi. Vid angiografi tillförs ett kontrastmedel till patienten genom injektion. Kontrastmedel som består av jod ökar attenueringen vilket medför att de delar där konstrastmedlet passerar igenom ses tydligare på röntgenbilden. Angiografi ger därför både en anatomiskbild (hur organen och/eller blodkärl ser ut) och en fysiologiskbild (hur organen och/eller blodkärl fungerar). Röntgen Historia Året 1895 upptäckte Wilhelm Conrad Röntgen ny sort av strålning och eftersom han inte visste exakt vilken typ av strålningar det handlade om döpte han dessa till X-rays. De okända strålarna trängde ut genom det urladdningsrör han experimenterade med och när han satte sin hand mellan röret och en fluorescensskärm avbildades skelettet svagt på skärmen. För att försäkra sig om att det verkligen var handskelettet han kunde se bad han få fotografera sin hustru Berthas hand med de nya strålarna. Efter 15 minuters bestrålning erhölls historiens första röntgenbild. Fru Röntgen blev så skrämd av den dödslika bilden och gick aldrig mer i närheten av makens experiment 1. Wilhelm Conrad Röntgen tilldelades året 1901 historiens första Nobelpriset i fysik 2. Figur 1 Tekniken I stora drag kan man säga att röntgentekniken använder sig av röntgenstrålning för att framställa bilder för medicinsk diagnostik. För att göra det lättare att förstå vad den ovanstående meningen innebär har teknikdelen delas in i fyra moment där varje moment innehåller de teoretiska kunskaper för att kunna svara nedanstående frågorna. Vad är röntgenstrålning? (Del: Röntgenstrålning, som handlar om deras fysikaliska principer). Hur skapas dessa? (Del: Röntgenrör, som handlar om delen av röntgenutrustningen som skapar och sänder röntgenstrålning). Vad händer när röntgenstrålningen träffar kroppen? (Del: Attenuering av fotoner, som handlar om hur materian dämpar röntgenstrålningen). Hur kan vi med hjälp av attenuering skapa en bild? (Del: Röntgenbilden, som handlar om delen av röntgenutrustningen som skapar bilden av det undersökta området ). Röntgenstrålning Röntgenstrålning är elektromagnetiskstrålning med frekvenser i området 1017-1020 Hz, och relativ höga fotonenergier dvs. mellan 100 eV och 100k eV. I figuren nedan kan vi tydligare observera var i det elektromagnetiska spektrum röntgenstrålningen befinner sig. 3 Figur 2 Röntgenstrålningen som även kallas för joniserande strålning uppkommer genom två olika processer: bromsstrålning och karakteristik strålning. Bromsstrålning sker när en elektron passerar tillräkligt nära en atomkärna och påverkas genom att ändra sin riktning och minska sin hastighet då uppstår elektromagnetisk strålning i form av fotoner (figur 3a). 1 Karakteristik från yttre liggande skal och skillnaden av energi mellan de olika nivåerna resulterar i att en foton emitteras (figur 3b). 1 strålning uppstår när en elektron invaderar en atom och slår ut en elektron i ett skal, vilket med högst sannolikhet sker i de inre skalen dvs. K- och L-skalen. Atomen blir joniserad och i det inre skalet finns en ledig plats. Den lediga platsen fylls av en banelektron figur 3 Röntgenrör Röntgenröret är den delen av röntgenutrusningen som skapar röntgenstrålningen den består av ett lufttomt glasrör med en anod och en katod. Mellan dessa läggs en spänning på cirka 100 kV. Katoden i röntgenröret består av en spiralformad glödtråd. Genom att lägga en mindre spänning på ungefär 10 V över den får man en ström på några amperer igenom detta. Tråden blir glödande och emitterar elektroner, så kallad termisk emission. Elektronerna accelereras av högspänning mot anoden och när de slår i denna övergår rörelseenergin till största delen 99 % till termisk energi och anoden upphettas. Den återstående delen av elektronernas energi ca 1 % emitteras som energirika röntgenfotoner, vilka uppkommer när elektroner med tillräcklig energi tränger in och bromsas ner i materia med hög atomnummer (bromsstrålning). 1 Figur 4 Anoden i röntgenröret är en skiva som roterar med en hastighet upp mot 9 000 varv per minut för att kunna fördela den stora mängden värme energi över en större area. Den är gjord av ämnet volfram som har högt atomnummer dvs. Z=74 och en smältpunkt på 3 370 oC. 1 Den delen av röntgenutrusningen som sänder röntgenstrålningen är även utrustat med ett filter och en bländare: Filter: vid emissionen av röntgenfotonerna kommer en del fotoner att innehålla låg energi (under 30 keV). Dessa lågenergifotoner bidrar inte till röntgenbilden utan absorberas i kroppen och ger patienten en onödig stråldos. Därför placeras i strålfältet ett tilläggsfilter, ofta bestående av 2 eller 3 mm tjock aluminium. 1 Bländare: eftersom storleken på röntgenstrålfältet bör justeras för att minimera den bestrålade delen av patienten, begränsas denna strålfältet med en bländare. Bländaren består av två par rektangulära blyskivor, som justeras för att ge ett rektangulärt tvärsnitt av strålen. 1 Attenuering av fotoner När röntgenstrålningen träffar materian passerar en del av strålningen igenom den utan att påverkas. Det finns däremot en del som påverkas av materian den passerar och materian påverkas i sin tur av strålningen. Denna ömsesidiga påverkan kallas växelverkan. Vid växelverkningen förlorar strålningen sin energi samt ändrar sin riktning. Denna process kallas attenuering och kan ske på tre olika sätt: fotoelektrisk effekt, Comptoneffekt och parbildning. Fotoelektrisk effekt de röntgenfotoner vars energi E är endast något större än elektronens bindningsenergi Eb, kan lämna hela sin energi till en banelektron i ett inre skal, vilken i sin tur lämnar atomen. En elektron från ett elektronskal utanför kommer att övergå till det inre skalet för att fylla vakansen. Skillnaden i bindningsenergi emitteras som en foton, atomens karakteristiska röntgenstrålning. Fotoväxelverkan har störst betydelse vid låga fotoenergier och för höga atomnummer (figur 5a). 1 Comptoneffekt röntgenfotoner med energi E, som är mycket större än elektronens bindningsenergi Eb, avger endast en del av denna energi i växelverkan med en av atomens yttre valenselektroner. Fotonen forstsätter med minskad energi E-Eb och där med riktning (figur 5b). 1 Parbildning röntgenfotoner med hög energi kan växelverka med atomens kärna. Fotonen ger sin energi och en elektron och en positron skapas. När positronen sedan stöter på en annan elektron får vi genom annihilation två stycken fotoner. Parbildningsprocessen kan inte ske vid röntgendiagnostik eftersom röntgenfotonerna inte har tillräkligt hör energi (figur 5c). 1 Figur 5 Som vi kan konstatera utgör både fotonernas energi och mediets atomnummer vilken av dem ovannämnda mekanismer som dominerar vid attenueringen. Detta kan vi se tydligare i figuren 6: Figur 6 Den totala attenuering blir därför: 1 𝝁𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝝁𝒇𝒐𝒕𝒐𝒆𝒍𝒆𝒌𝒕𝒓𝒊𝒔𝒌 𝒆𝒇𝒇𝒆𝒌𝒕 + 𝝁𝑪𝒐𝒎𝒑𝒕𝒐𝒏𝒆𝒇𝒇𝒆𝒌𝒕 + 𝝁𝒑𝒂𝒓𝒃𝒊𝒍𝒅𝒏𝒊𝒏𝒈 Där µ står för attenueringskoefficienten. Nu är det frågan: vilken av de tre olika attenuerings mekanismerna ska var den mest framträdande för att vi ska få en tydlig röntgenbil? Med hjälp av nedanstående tabell 1 ska vi svara på frågan. Tabellen kan kännas svårt att förstå men det väsentliga är att om vi kollar på raden fotoelektrisk effekt under kolumnen µ beror på atomnumret, Z står det: 𝝁𝒇𝒐𝒕𝒐 ∝ 𝒁𝟒 Det vill säga att vid fotoelektrisk effekt lämnar röntgenfotonerna sin energi enligt ovanstående ekvation och eftersom kroppens mjukdelar har i medelvärde atomnummer 7 (kol, väte och syre) och skelettdelar atomnummer 14 (kalcium, fosfor) 1, kommer vi att få en attenuering på: Attenuering av röntgenstrålningen vid kroppens mjukdelar genom fotoelektrisk effekt: 𝝁𝒇𝒐𝒕𝒐 ∝ 𝟕𝟒 𝝁𝒇𝒐𝒕𝒐 ∝ 𝟐𝟒𝟎𝟏 Attenuering av röntgenstrålningen vid kroppens skelettdelar genom fotoelektrisk effekt: 𝝁𝒇𝒐𝒕𝒐 ∝ 𝟏𝟒𝟒 𝝁𝒇𝒐𝒕𝒐 ∝ 𝟑𝟖𝟒𝟏𝟔 Vi ser att en skillnad på 2 gånger i jämförelse av atomnummer ger en skillnad på 16 gånger i jämförelse av attenueringskoefficient och detta är förklaring om varför skelettledarna orsakar en större attenuering och lyser vita på en lyckad röntgenbild. 1 Röntgenbilden I stora drag kan man säga att det finns två olika system för framställning av en röntgenbild: analoga system (röntgenfilmen som i stort inte längre används) och digitala system (bildplatta, digital detektor och bildförstärkare) Däremot kommer vi för pedagogiskt syfte att dela dem i: Röntgenbildsystem som inte arbetar i realtid (röntgenfilmen och bildplatta) Röntgenbildsystem som arbetar i realtid (digital detektor och bildförstärkare). Röntgenbildsystem som inte arbetar i realtid Röntgenfilmen har ersatts av bildplattan och även om det rör sig av två olika tekniker finns de här under samma rubrik eftersom de har mycket gemensamt. Så för att förstå hur den nuvarande digitala tekniken fungerar måste vi börja med den analoga. Röntgenfilm den aktiva delen i en röntgenfilm består av silverbromidkristaller, som vid absorption av strålning joniseras och ger en bestående förändring av kristallerna tills man framkallar filmen. Framkallning av filmen är en kemisk reaktion där silverjoner övergår till svarta silveratomer. Svärtningen av filmen är proportionell mot bestrålningen (exponering) för röntgenstrålning. 1 Bildplatta den verksamma delen i en bildplatta är ett skikt av fotostimulerad fosfor, en så kallad minnesfosfor eftersom den har som egenskap att den ”minns” bestrålning. När röntgenstrålningen (som har passerat patienten) träffar detta material kommer elektronerna i materialen att omfördelas genom att elektroner från valensbandet exciteras till ledningsbandet. I denna process fastnar del av elektroner i så kallade fällor på en energinivå mellan dessa band1 (figur 7a). Vid avläsning av plattorna tillförs energi från en laserstråle och de infångade elektronerna exciteras upp till ledningsbandet varifrån de omedelbart återgår till sitt grundtillstånd under utsändande av ljus1(figur 7b) Figur 7 Det utsända ljuset träffar en anordnig som kallas fotomultiplikator och den skickar en signal (vars styrka är proportionell mot den absorberade röntgenstrålningen) genom en A/D-omvandlare till en dator1. Bildplattan återställs genom intensiv belysning, då alla fällor töms, vilket innebär att bildplattan helt raderas och kan därefter användas på nytt. 1 Hela denna process kan vi betrakta i figuren 8. De två ovannämnda tekniker brukar ingå under begreppet, vanligt röntgenundersökning eller radiografi. Fördelen vid dessa är att patienten utsätts för en relativ låg stråldos och undersökaren kan gå ut ur rummet medan exponering sker. Dessutom kan bilderna granskas i lugn och ro utan att patienten utsätts för extra röntgenstrålning. En annan fördel är att en objektiv dokumentation erhålls av patientens tillstånd vid undersökningstillfälle, vilket underlättar jämförelsen under sjukdomsförloppet. Nackdelen är att dessa kräver nästan lika många arbetsmoment, därför har det varit ett önskemål att få fram en teknik där bilden kan avläsas från detektor i realtid. Flera sådana system används idag och andra är under utveckling 1. Vi ska nu ta en titt på två av dessa system. 4 Röntgenbildsystem som arbetar i realtid Digital bilddetektor röntgenstrålningen efter passage genom patienten får exponera en vanlig förstärkningsskärm, där omvandlas röntgenfotonerna till ljus i ett scintillationsskikt. Ljuset mäts därefter punkt för punkt i en matris medhjälp av ett CCD-chip liknande de man har i digitalkameror. Antalet pixlar i matrisen avgör upplösningen av bilden. 1 Bildförstärkare röntgenstrålningen träffar först ett scintillationsskikt där kommer en del av fotonenergin att absorberas och emitteras som ljusfotoner. I anslutning till det fluorescerande skiktet sitter en fotokatod i vilken ljusfotonerna ger upphov till en skur av elektroner. Dessa elektroner accelereras och fokuseras mot en mindre fluorescerande skärm. Bilden scannas med en TV eller CCD-kamera och en signal skickas vidare till en A/D omvandlare för digitalisering. 1 Realtid avbilning används vid fluoroskopi. Fluoroskopi är en teknik som använder sig av både röntgenstrålning och angiografi för att få en rörlig bild av patientens inre kroppsdelar. 5 Metod Inför en vanlig röntgenundersökning behöver patienten inte vara fastande och ifall patienten har ett vaginalt preventivmedel bör denne informera om detta. Plagg från undersökningsområdet och metall liknande föremål som smycken bör avlägsnas vid undersökningen. Beroende på vilket område man vill undersöka kan patienten få vara i stående, liggande eller i sittande position (figur 9). Men det är ytterst viktigt att patienten alltid är stilla under expone ringstiden. 6 Figur 9 Diagnostik Tekniken vid röntgenundersökningen av de olika organsystemen varierar avsevärt och används bland annat vid följande undersökningar: Skelett Skelettets strukturer är lätta att avbilda, då speciella kontrast medel inte behöver införs i kroppen. Även det otränade ögat kan ibland iaktta benbrott. Respirationsorgan Thoraxröntgen görs främst för att undersöka lungor och hjärta. För att reducera störande skelettskuggor väljs vid lungundersökningar höga rörspänningar, upp till 150 kv. Digestinsorganen Hela mag-tarmkanalen kan avbildas genom utnyttjande av en uppsamling av bariumsulfat som kontrastmedel. Kontrastmedlet nedsväljs eller införs genom lavemang beroende på vilka avsnitt som skall undersökas. Exkretionsorganen Urinvägarna undersöks med hjälp av olika kontrast medel som tillförs antigen via två katetrar inlagda i urindelarna eller via blodbanan, då kontrastmedlet utsöndras genom njurarna. Urografi är en röntgenundersökning där njurarna och de övriga urinvägarna görs synliga på röntgenbilder med hjälp av ett jodhaltigt kontrastmedel. Kontrastmedlet sprutas in i blodet via en nål som sätts i ett blodkärl oftast i armen och passerar så småningom njurarna. Urografi använder man sig av vid exempelvis njursten för att lokalisera om stenar fortfarande är kvar men också för att undersöka så inte njurarna har tagit skada. Risker Röntgenstrålning, liksom all joniserande strålning kan ha en negativ påverkan för levande celler. Även om röntgenstrålarna innehåller lägre energi i jämförelse men den strålningen man använder vid nuklearmedicin (alfa, beta, gamma) finns det alltid en risk för patienten om den får en för stor dos. Risken är att cancer eller andra vävnadsskador uppstår därför bör man undvika varje form av onödig strålning. 7 Detta gäller både för patienten och undersökningspersonalen. En annan typ av risk är att röntgenbilden inte är tydlig nog och patienten utsätts för fel diagnos, därför strävar undersökningspersonalen efter att få en bra diagnostiskbild med så lite stråldos som möjligt. Angiografi Angiografi är en röntgenundersökning för avbildning av insidan (hålrummet, lumen) av blodkärl och organ, och då framför allt artärer (arteriografi), vener (flebografi) och hjärtkammare. En bild som är framställd med hjälp av angiografi kallas för angiogram. 8 Angiografi kan användas: - När läkaren behöver en tydlig bild av blodkärlen inför ett kirurgiskt ingrepp. - För att ge en överblick över pulsådrorna på halsen och deras förgreningar, bland annat för att kartlägga förträngningar som kan orsaka slaganfall (stroke). - För att undersöka hjärtats kransartärer och eventuella blockeringar eller förträngningar. - För att undersöka blodkärl i tumörer, benens och njurarnas artärer. - För att undersöka stora kroppspulsådern. 9 Historia I slutet av 40-talet utfördes de första angiografierna för hjärtat och kranskärlen på levande människor. Dessa undersökningar var egentligen rena forskningsarbete eftersom operationerna inte var möjliga på denna tidpunkt utan tillkom sedan under 50-talet. Det stora genombrottet för röntgenundersökningar med kontrastmedel i blodbanan kom på 50talet då mindre giftigt kontrasmedel togs fram. Innan dess var röntgen med kontrasmedel en chansning med den egna hälsan som insats. 2 Teknik Vanlig röntgen bygger på att kroppens olika vävnader attenuerar röntgenfotonerna i olika grad. Eftersom flera olika typer av kroppens vävnader har ungefär samma medelatomnummer blir skillnaden i absorptionen liten och därmed kontrasten på bilden mellan vävnaderna otillräcklig. För att öka kontrasten används kontrastmedel med högt atomnummer, vanligtvis jod (Z=53) eller barium (Z= 56). För att ytterligare förbättra kontrasten kan man med digitala system subtrahera en bild från en annan. Bildtekniken, som används för bildtagning med kontrastmedel i blodkärlen, kallas Digital Subtraktions Angiografi, DSA. Först tas en bild utan kontrasmedel av det området som skall undersökas. Bilden lagras i dator och en omvänd bild, en så kallad maskbild skapas. Därefter tas en serie bilder som följer flödet av konstrastmedel genom kärlen. Från dessa bilder subtraheras maskbilden och resultatet blir en serie bilder som endast visar blodkärlen (figur 10). 1 Figur 10 Metod Beroende på vilket organ eller område som ska undersökas tilldelas olika kontrastmedel, till exempel injiceras jod i blodkärl (figur 11). Här nedan följer en beskrivning av hur en kärlangiografiskundersökning kan gå till: Man börjar med att ge patienten lokalbedövning i området där katetern ska föras in. Sedan förs en tråd med rundad spets in i kärlen. När tråden är i rätt läge förs en kateter in över tråden och kontrastvätskan sprutas in. 9 Röntgenbilden skapas sedan genom de metoder som beskrevs i teknikdelen. Figur 11 Undersökningar Undersökningen benämns efter det undersökta organet, exempelvis cerebralangiografi, koronarangiografi, pulmanalisangiografi och mammografi 10 Cerebral angiografi görs för att undersöka intrakraniell cirkulation 11 Koronarangiografi som i vardagligt språk kallas för kranskälsröntgen görs för att se om det finns förträngningar eller stop i hjärtats kranskärl 12 Pulmonalisangiografi görs för avbilning av lungans artärer 13 Koronarangiografi Risker En liten minoritet av patienterna är allergiska mot den flytande färgämne, främst på grund av halten jod. Den som tidigare har upplevt sådana reaktioner bör nämna detta för läkaren. Det finns en liten risk för att katetern kan skada blodkärlen. Gravida kvinnor bör inte genomgå angiografi eftersom kontrastvätskan som används vid undersökningen kan skada fostret. 9 Slutsats Röntgen är idag en väl utvecklad teknik för diagnostisering av de flesta förekommande patologiska tillstånd. Idag genomgår man nästan ingen medicinsk diagnostisk utredning utan att någon form av röntgenundersökning är involverad. Röntgen har blivit också en ren teknik för miljön. De kemiska framkallningsvätskorna för plastfilmerna man använde förr har helt ersätts av digital datorteknik. Referenser 1 Medicinsk fysik; Eva Berglund, Bo-Anders Jönsson Upplaga 1:1 år 2007 2 http://www.rontgen.com/sida/2/om_rtg_historia_1.html 3 http://sv.wikipedia.org/wiki/R%C3%B6ntgenstr%C3%A5lning 4 Teknik i praktisk sjukvård (Bertil Jacobson) 5 http://en.wikipedia.org/wiki/Fluoroscopy 6 http://www.tuotromedico.com/temas/radiografia.htm 7 http://www.vardguiden.se/Sjukdomar-och-rad/Omraden/Undersokningar/Rontgen/ 8 http://sv.wikipedia.org/wiki/Angiografi 9 http://www.vardguiden.se/Sjukdomar-och-rad/Omraden/Undersokningar/Angiografi/ 10 Jacobsons Medicin och Teknik redaktörer Maria Lindén och P. Åke Öberg, Studentlitteratur 2006 s. 294 11 http://www.lakartidningen.se/engine.php?articleId=4470 12 http://www.vardguiden.se/Sjukdomar-och-rad/Omraden/Undersokningar/Kranskarlsrontgen/ 13 http://www.sbu.se/upload/Publikationer/Content0/1/blodpropp_2002/kapitel3/3.5_Pulmangiogr.pdf 14 http://www.vardguiden.se/Sjukdomar-och-rad/Omraden/Undersokningar/Mammografiscreening/
© Copyright 2024