Aneurysm (olika patienter) RSJE10 Radiografi I Delkurs 2 Strålning och teknik I

Transkript

1 RSJE10 Radiografi I Delkurs 2 Strålning och teknik I Del 4 Strålningens växelverkan Sekundärstrålning, raster och förstoring Lena Jönsson Medicinsk strålningsfysik, Lunds universitet Aneurysm (olika patienter) Röntgenundersökning med kontrastmedel Datortomografiundersökning transversalsnitt (axiellt snitt) 1

2 Täthetsförändringar Aortaaneurysm med förkalkningar (olika patienter) Skalle, hjärna Tvådimensionell avbildning innebär att täthetsskillnaderna måste vara stora för att kunna synas i den överlagrade projektionen. Tvärsnittsbilder ger friprojicering av organ och en högre kontrastupplösning i bilden. 2

3 Röntgenröret och röntgenstativet Röntgenröret Vad händer med strålningen då den passerar från röntgenrör till detektor? Patient Raster Detektor 3

4 Fotoners växelverkan Växelverkar genom att jonisera och excitera atomer Attenuering, dämpning av strålningen (inte begreppet räckvidd) Beror av atomnummer (Z), densitet, tjocklek och fotonenergi (kv) Fotonstrålningen dämpas mer i ett material med högt Z och högre täthet Fotoners växelverkan Teoretiskt kan inte fotonstrålning stoppas helt. Strålningens intensitet avtar exponentiellt med tjockleken av ett material Halvvärdestjocklek (HVL): Den tjocklek av ett visst material som behövs för att reducera det infallande antalet fotoner till hälften 4

5 Strålningens transmission 100 Transmission (%) kv 120 kv Djup i vävnad (cm) Undersökning Transmission Lunga (frontal) 10% Buk (frontal) 1% Buk (sida) 0.1% Transmission och spridning av strålning absorption spridd strålning transmitterad och spridd strålning 5

6 Fotoelektrisk effekt Inkommande foton Utslagen elektron * Totalabsorption * Högt atomnummer (Z), t.ex. bly * Låg fotonenergi Comptonspridning Spridd foton Inkommande foton Utslagen elektron * Spridning * Lågt atomnummer (vävnad, vatten) 6

7 Röntgenfotonernas växelverkan Fotoelektrisk effekt Compton spridning Gardindiagrammet Atomnummer (Z) Fotoelektrisk effekt Parbildning Comptonspridning Fotonenergi (MeV) 7

8 Röntgenbilden Bromsstrålning passerar den undersökta kroppsdelen Bilden byggs upp av primära och spridda fotoner och är ett resultat av skillnader i växelverkan i vävnaderna Fotoväxelverkan större sannolikhet i ben Transmission Comptonväxelverkan stor sannolikhet i mjukvävnad Attenueringskoefficienter Attenueringskoefficient (1/cm) kortikalt ben muskel lunga Fotonenergi (kev) 8

9 Revben - 70kV Lunga kv Kontrast och rörspänning Lägre kv Högre kv 9

10 Dual-energy subtraction radiography Dual-energy subtraction radiography in healthy middle-aged woman. Conventional (a) posteroanterior, (b) bone-subtracted, and (c) soft-tissue subtracted images are normal except for scoliosis. Note improved depiction of vascular anatomy in b by Radiological Society of North America McAdams H P et al. Radiology 2006;241: Begrepp som definierar bilden - repetition Signal Kontrast Skillnad i signal (svärtning) mellan intilliggande områden i bilden Brus Kvantbrus ses som en kornighet i bilden Störning i bilden Upplösning Minsta detekterbara objekt Bildens uppbyggnad Bildmatris, pixlar, gråskala 10

11 Objektkontrast Kontrast är skillnad i signal mellan två angränsande områden i bilden Primärstrålningen bär informationen ger en projektion av strålningens attenuering i den bestrålade vävnaden Sekundärstrålningen (spridda fotoner) ger en bakgrundssignal, en slöja över bilden Röntgenkontrast och strålkvalitet 50 kv I= kv I=100 A B A B I A =40 I B =25 I A =80 I B =60 Röntgenkontrasten =40/25=1.60 Röntgenkontrasten =80/60=1.33 En höjning av rörspänningen (filtreringen) medför en lägre röntgenkontrast 11

12 Faktorer som påverkar kontrasten Skillnader i transmitterad strålning beroende på: Tjocklek Densitet Atomnummer, Z Strålkvalitet (rörspänning, kv) Andelen spridd strålning Utan raster Med raster Rörspänning (kv) 60 kv, 141 mas. Huddos 7.6 mgy 75 kv, 36 mas. Huddos 3.2 mgy, 120 kv, 6 mas. Huddos 1.4 mgy, 12

13 Kontrast för olika rörspänning 100 kv 60 kv Kontrastmedel Varför används kontrastmedel? För att förstärka kontrasten, signalskillnaden, mellan olika vävnader som normalt uppvisar liten skillnad i attenuering Exempel: mag-tarmkanalen njurarna Blodkärl Kontrastmedel baserade på attenueringsskillnader Jod (Z=53) Barium (Z=56) Digital subtraktionsangiografi Pilarna indikerar njurartärstenoser 13

14 Kontrastmedel Varför används kontrastmedel? För att förstärka kontrasten, signalskillnaden, mellan olika vävnader som normalt uppvisar liten skillnad i attenuering Exempel: mag-tarmkanalen njurarna Blodkärl Kontrastmedel baserade på attenueringsskillnader Jod (Z=53) Barium (Z=56) Digital subtraktionsangiografi Pilarna indikerar njurartärstenoser Effektivt atomnummer och täthet Material Effektivt atomnummer Täthet (g/cm 3 ) Vatten Muskel Fett Luft Kalcium Jod Barium

15 Dubbelkontraststudie Colon fylls med bariumkontrast töms ut Colon fylls med luft Ger detaljerad bild av inre ytan av colon Polyper, colorectal cancer, inflammationer 15

16 Angiografi Sidobild av skallen. Kontrastfyllnad av inre huvudartären (a.carotis interna). Subtraherad sidobild av skallen. Kontrastfyllnad av inre huvudartären (a.carotis interna) i tidigt skede Subtraherad frontal bild av skallen. Kontrastfyllnad av inre huvudartären (a.carotis interna). Sekundärstrålning Förstoringsgrad 16

17 Sekundärstrålning Inbländning och kompression minskar mängden spridd strålning som produceras Raster och luftgap minskar mängden spridd strålning som når detektorn Sekundärstrålning (spridd strålning) Uppkomst vid fotoners växelverkan Viktigast: Comptonspridda fotoner Sekundärstrålningen orsakar Signal som saknar information Kontrastförsämring Onödig stråldos till personal och patienter 17

18 Spridd strålning lägger sig som en dimma över bilden Parametrar som påverkar sekundärstrålningen Uppkomsten av spridd strålning (sekundärstrålning) påverkas av: Fältstorlek (inbländning) Patienttjocklek Rörspänning, kv Åtgärder för att minska den spridda strålningen till detektorn och omgivning: Minskning av den spridande volymen Inbländning Komprimering Sekundärstrålraster Luftgapsteknik 18

19 Transmission och spridning av strålning absorption spridd strålning transmitterad och spridd strålning Spridd strålning Stor spridande volym Liten spridande volym Den spridda strålningen reducerar kontrasten (egentligen bildkvalitén) i bilden 19

20 Spridd strålning - fältstorlek 125 kv Fältstorlek Spridd strålning (rel.) 5x5 cm 2 4% 10x10 cm 2 20% 15x15 cm 2 60% 20x20 cm 2 100% Använd inte onödigt stor utbländning Mindre strålfält ger lägre patientstråldos och bättre bildkvalitet 30 cm Mindre strålfält ger mindre mängd spridd strålning till personer intill patienten. Spridd strålning - patienttjocklek 125 kv Patienttjocklek Spridd strålning (rel.) 10 cm 11% 15 cm 30% 20 cm 100% 20x 20 cm 2 Komprimering av patienten 3-5 cm medför en halvering av exponeringstiden vid konstant ström och rörspänning 30 cm Detta medför lägre stråldos till patienten och mindre spridd strålning i bilden. 20

21 Reduktion av spridd strålning Inbländning Komprimering 21

22 Spridd strålning - rörspänning 20x 20 cm 2 Rörspänning Spridd strålning (rel.) 70 kv 61% 81 kv 76% 90 kv 86% 102 kv 92% 125 kv 100% 30 cm Högre rörspänning ger mer spridd strålning MEN. Det är undersökningen som bestämmer vilken rörspänning som ska användas Vad händer när kv ändras? Högre kv 22

23 Vad händer när mas ändras? Högre mas Sekundärstrålraster Tar bort en del av sekundärstrålningen (spridd strålning) Snett infallande strålning fotoväxelverkar i blylamellerna Även en del primärstrålning vxv i blylamellerna Kompensera med att höja mas (ger ökad patientstråldos) Högre rasterratio tar bort mer sekundärstrålning Parallella och fokuserade raster 23

24 Utan raster Med raster Rasteranvändning 24

25 Rasteranvändning 75 kv 3 mas, S 240 Inget raster 75 kv 25 mas S 240 raster 25

26 Rätt placering av rastret Låg signal i kanterna av bilden orsakas av: Fel avstånd mellan fokus och raster Både för parallella och för fokuserade raster Röntgenrör Röntgenrör Primärstrålning som passerat rastret Luftgapsteknik Spridd strålning Spridd strålning Film 26

27 Inbländning av strålfältet Inbländning Katod Anod Bländarhus 27

28 Inbländning 70 kv and 3 mas 28

29 Inbländning Vad händer i röntgenröret? Vad händer i bilden? Varför förändras bildkvaliteten? Avstånd Strålningens intensitet avtar kvadraten på avståndet från strålkällan (fokus) Inversa kvadratlagen Intensiteten ~ 1/r 2 Ökas avståndet till det dubbla minskar stråldosen till en fjärdedel 29

30 Avstånd Ökas avståndet mellan röntgenrör och patient+detektor, påverkar bland annat förstoringsgraden av objektet minskar Signalen i bilden minskar Stråldosen till patienten minskar Strålskydd: ökas avståndet till strålkällan minskar stråldosen (större avstånd till patienten vid exponering ger lägre personalstråldos) Inversa kvadratlagen Relativ huddos (%) Fokus-hudavstånd (cm) Huddosen till patienten påverkas kraftigt av fokushudavståndet beroende på inverkan av inversa kvadratlagen 30

31 Poängsystemet Hur mycket ska man ändra mas om man ändrar t.ex. raster? Poängsystemet eller punktsystemet Poängsystemet är ett standardiserat sätt att kvantifiera ÄNDRINGEN av en viss parameter som påverkar exponeringen av röntgenfilmen. ETT STEGS ÄNDRING ska motsvara en liten men synlig svärtningsändring i bilden. (En ökning med 1.26) TRE STEGS ÄNDRING ska motsvara en fördubbling (eller halvering) av expositionen. (Dvs. 1.26*1.26*1.26=2) 31

32 Poängsystemet eller punktsystemet Generatorfaktorer Rörspänning (kv) Rörström (ma) Exponeringstid (s) Generatortyp Skärm-film-känslighet Patientfaktorer Fältstorlek patienttjocklek Stativfaktorer Rastertyp Fokus-film-avstånd (FFA) Poängsystemet eller punktsystemet Ett bäcken tas normalt på ett pendelstativ, med FDA = 125 cm och raster ratio 12:1. Använda exponeringsdata är 70 kv och 80 mas. Eftersom glödtråden gått sönder i röntgenröret, måste undersökningen göras på ett annat undersökningsrum där man använde FDA = 112 cm, raster ratio 6:1och 73 kv. Vilken mas ska man ställa in för att få likvärdig signal (brusnivå) i bilden? 32

33 Diskussionsuppgift Hur påverkas kontrast, signal, förstoring i bilden, patientstråldos, exponeringstid samt sekundärstrålning när du gör följande förändringar; bländar in från 30x40 cm 2 till 18x24 cm 2 sänker kv ökar mas tar bort rastret ökar fokus-detektor-avståndet (FDA) minskar FOA (fokus-objekt-avstånd) och ökar ODA (objektdetektoravstånd) med bibehållet FDA SSM Radiografering SSM avser inte medicinsk användning Det är en teknik som används för att avbilda och undersöka olika typer av produkter. Exempelvis bagageröntgen, undersökning av tekniska konstruktioner, gods, material, genomlysning av tekniska detaljer Röntgen Medicinska och odontologiska verksamheter med joniserande strålning 33