Teknik, Fysik och Strålsäkerhet i Röntgendiagnostik

Transkript

1 Teknik, Fysik och Strålsäkerhet i Röntgendiagnostik Åke Cederblad 2010 Medicinsk Fysik och Teknik

2 2

3 1. INLEDNING...7 RÖNTGENUNDERSÖKNINGAR...7 Konventionella röntgenundersökningar slätröntgen...9 Röntgenundersökningar med hjälp av kontrastmedel...9 Dynamiska undersökningar avbildning av rörliga förlopp...9 Tomografiska röntgenundersökningar skiktröntgen...9 GRUNDLÄGGANDE RÖNTGENFYSIK...10 STRÅLSÄKERHET...12 STRÅLDOS GRAY OCH SIEVERT...12 Absorberad dos - Gray...12 Ekvivalent dos Sievert KONVENTIONELL RÖNTGENTEKNIK OCH -FYSIK...13 STRÅLKÄLLAN - RÖNTGENRÖRET...13 Röntgenrörets katod...14 Röntgenrörets anod...15 Rörkåpa med röntgenrör...17 Röntgenrörets kylning...17 Bländare och fältljus...17 Röntgengenerator...18 Röntgenexponering - rörladdning (mas), rörspänning (kv) och exponeringstid...19 RÖNTGENSTRÅLNINGENS EGENSKAPER...19 Rörspänning - fotonenergi...19 Filtrering...21 Röntgenstrålning avstånd från fokus...22 PATIENTEN STRÅLNINGENS VÄXELVERKAN - RÖNTGENPROFILEN...23 Attenuering och spridning...23 Energiabsorption, dosfördelning...25 Energiabsorption, patientstråldos, objektkontrast...26 BILDDETEKTOR...27 Digitala bilder...27 Bildplattor...29 Direktdigitala detektorer...29 Analog bilddetektor kassett med film och förstärkningsskärmar...30 Bilddetektorer och patientstråldoser...32 RASTER...33 Rastertyper rasteregenskaper...34 LUFTGAP...37 RÖNTGENGEOMETRI

4 Förstoring...37 Distorsion...38 Fokusoskärpa...38 BILDKVALITETSMÅTT I RÖNTGENBILDSYSTEM TEKNIK OCH FYSIK - RÖNTGENGENOMLYSNING...39 Automatisk dosreglering vid genomlysning. Pulsad strålning...41 Förstoringslägen - inbländning RÖNTGENUTRUSTNINGAR KONVENTIONELLA UNDERSÖKNINGAR...44 RÖNTGENSTATIV GRUNDTYPER...44 VANLIGA INSTÄLLNINGAR PÅ RÖNTGENUTRUSTNINGAR...47 Manuell inställning av exponeringsparametrar...47 Exponering med automatik...47 Organprogrammering...47 Exponeringskorrektion TEKNIK OCH FYSIK - SPECIELLA UNDERSÖKNINGSMETODER...48 Konventionell tomografi...48 Tomosyntes...48 Mammografi...49 Odontologiska röntgenundersökningar...49 DEXA...49 TEKNIK FYSIK DATORTOMOGRAFI...50 Datortomografen...50 Dosfördelning inom ett CT-snitt...51 Dosfördelning inom hela det undersökta området...54 Dosfördelning utanför undersökt område...55 Effektiv dos från CT-undersökningar...55 Automatisk dosreduktion vid CT-undersökningar...55 Praktiskt patientstrålskydd vid CT-undersökningar BIOLOGISKA EFFEKTER AV JONISERANDE STRÅLNING...57 EFFEKTER PÅ MOLEKYLER OCH CELLER...57 STRÅLDOSBEGREPP FÖR RISKBEDÖMNING...59 Akuta effekter absorberad dos...59 Sena effekter ekvivalent, effektiv och kollektiv dos...59 Dosrat, doshastighet, intensitet...60 AKUTA STRÅLNINGSEFFEKTER PÅ MÄNNISKA...61 SENA STRÅLNINGSEFFEKTER PÅ MÄNNISKA...62 Strålningsinducerad cancer...62 Genetiska effekter

5 Strålningseffekter på foster...64 Tjernobyl, cancer och genetiska skador ALLMÄNNA STRÅLSKYDDSPRINCIPER...65 HISTORIK...65 RÖNTGENANVÄNDNING I SJUKVÅRDEN...67 STRÅLSKYDDETS GRUNDREGLER...69 Berättigandeprincipen...69 Optimeringsprincipen...70 Dosgränsprincipen...71 Strålningsexponering av allmänheten...71 Katastrofsituationer åtgärdsnivåer mm STRÅLSKYDDSPRINCIPER INOM RÖNTGENDIAGNOSTIK...72 RÖNTGENUNDERSÖKNING AV PATIENTER...72 Röntgenundersökning och graviditet...73 HÄLSOUNDERSÖKNING MED RÖNTGENMETODER...73 RÖNTGENUNDERSÖKNING AV FRIVILLIGA FORSKNINGSPERSONER...74 RÖNTGENUNDERSÖKNING I RÄTTSLIGA OCH FÖRSÄKRINGSTEKNISKA SAMMANHANG...75 STRÅLNINGSEXPONERING AV PERSONER I ARBETE MED STRÅLNING SVENSK STRÅLSKYDDSLAGSTIFTNING...76 ALLMÄNNA STRÅLSKYDDSFÖRESKRIFTER...76 SFS 1988:220 Strålskyddslag,...76 SFS 1988:293 Strålskyddsförordning...76 SSMFS 2008:51 Strålsäkerhetsmyndighetens föreskrifter om grundläggande bestämmelser för skydd av arbetstagare och allmänhet vid verksamhet med joniserande strålning;...77 Dosgränser för personer i verksamhet med joniserande strålning...77 Dosgränser för elever i åldern år som använder strålkällor i sin utbildning...78 Dosgränser vid bestrålning i nödlägen...78 Dosgränser för allmänheten...78 Kategoriindelning av arbetstagare och arbetsställen vid verksamhet med joniserande strålning;...79 Mätning och rapportering av persondoser;...79 Läkarundersökning...79 STRÅLSKYDDSFÖRESKRIFTER FÖR MEDICINSK RÖNTGENDIAGNOSTIK...80 SSMFS 2008:35 Strålsäkerhetsmyndighetens föreskrifter om allmänna skyldigheter vid medicinsk och odontologisk verksamhet med joniserande strålning;...80 SSMFS 2008:31 Strålsäkerhetsmyndighetens föreskrifter om röntgendiagnostik;...81 SSMFS 2008:20 Strålsäkerhetsmyndighetens föreskrifter om diagnostiska standarddoser och referensnivåer inom medicinsk röntgendiagnostik;...81 Allmänna råd om tillämpningen av föreskrifterna i SSMFS 2008:20;...81 SSMFS 2008:11 Strålsäkerhetsmyndighetens föreskrifter och allmänna råd om strålskärmning av lokaler för diagnostik eller terapi med joniserande strålning;

6 SSMFS 2008:5 Strålsäkerhetsmyndighetens föreskrifter och allmänna råd om tillstånd att inneha och använda viss röntgenutrustning för odontologisk diagnostik;...82 SSMFS 2008:42 Strålsäkerhetsmyndighetens allmänna råd om prestandaspecifikationer vid upphandling av utrustning för röntgendiagnostik;...82 SSI-rapport Förslag till kursplan. Tillståndsbunden utbildning i strålskydd och utrustningens handhavande för personal i röntgenverksamheter SSI 1994: Nordisk rapportserie om strålskyddsfrågor, No. 1. Mammography...82 SSI 1994: Nordisk rapportserie om strålskyddsfrågor, No. 2. Protection of patients in x-ray diagnostics. Shielding of gonads PATIENTSTRÅLSKYDD...83 STRÅLSKYDDSUTRUSTNING - PATIENTER...83 Gonadskydd på patienten...83 Strålskyddsförkläde på patienten?...83 PATIENTSTRÅLDOSER I RÖNTGENDIAGNOSTIK...84 DIAGNOSTISKA STANDARDDOSER, DIAGNOSTISKA REFERENSVÄRDEN...84 DAP-mätare PERSONALSTRÅLSKYDD...88 RÖNTGENUTRUSTNINGEN...88 Den spridda strålningens fördelning i rummet - personalens placering STRÅLSKYDDSUTRUSTNING...90 Strålskyddsförkläden, strålskyddskragar Strålskyddshandskar...92 Blyglasögon...92 Strålskärmar...93 PERSONALDOSMÄTNINGAR...94 Miljömätningar...94 Individuella dosmätningar RÖNTGENARBETE STRÅLSKYDD GRUNDPRINCIPER...96 Kunskaper om röntgenutrustningen...96 Tid...96 Inbländning...96 Avstånd till strålkällan och placering i rummet...97 Strålskyddshjälpmedel...97 Fokus-hudavstånd Patientstorlek - kompression ANSKAFFNING AV NY RÖNTGENUTRUSTNING LÄNKAR TILL ORGANISATIONER OCH MYNDIGHETER

7 1. Inledning Röntgenundersökningar I den svenska sjukvården görs ungefär 5 miljoner röntgenundersökningar varje år i tandvården ungefär lika många. Varje dag framställs, granskas och arkiveras tiotusentals röntgenbilder. Det som avgör röntgenbildernas värde för patientens undersökning och behandling är en kombination av medicinska, tekniska och strålningsfysikaliska faktorer. När röntgenremissen skrivs, och sedan granskas på röntgenavdelningen, avgörs vilken undersökning som bäst bidrar till patientens utredning. Vid bildtagningen avgörs bildens kvalitet och förutsättningarna för att den önskade informationen skall vara möjlig att finna. Vid granskningen av bilderna avgör bildernas kvalitet och granskarens erfarenhet hur mycket information som kan vaskas fram ur bilderna. Eftersom användningen av röntgenstrålning är förenat med vissa biverkansrisker måste man först avgöra vilka undersökningar som faktiskt behövs för att utreda patienternas sjukdomar och sedan genomföra undersökningarna på ett sådant sätt att man får fram den information som behövs utan att utsätta patienter eller röntgenpersonal för onödigt mycket röntgenstrålning. Kunskaper om strålningsfysik, röntgenteknik och strålskydd är nödvändiga förutsättningar för en bra röntgenverksamhet. Sedan 1895, då Conrad Röntgen framställde den första röntgenbilden av en hand, har användningen av röntgenutrustningar av olika slag utvecklats till en mångsidig och varierande verksamhet som inte bara innefattar vanliga röntgenbilder för att avslöja benbrott och främmande föremål i kroppen utan också en växande flora av metoder för att kartlägga kroppens funktioner och dessutom med röntgenbilders vägledning behandla sjukdomar inom den gren av röntgenverksamheten som har kommit att kallas interventionsradiologi. Inom röntgenavdelningens väggar ryms numera också undersökningsmetoder som inte utnyttjar röntgenstrålning, t ex ultraljud och magnetresonans. Conrad Röntgens viktigaste bidrag till den framtida medicinska röntgenverksamheten var att konstruera källan till den osynliga och dittills okända strålningen - röntgenröret. Strålningen från röntgenröret visade sig ha den intressanta egenskapen att i varierande grad kunna passera genom vävnaderna i den mänskliga kroppen och åstadkomma ett slags skuggbild av kroppsdelens inre. Eftersom strålningen var osynlig måste det osynliga strålningsmönstret fångas upp på en fluorescensskärm som omvandlade strålningen till synligt ljus eller en fotografisk film som kunde framkallas och avslöja bilden. Detta är fortfarande grunden för alla röntgenundersökningar: Ett röntgenrör, en kroppsdel att undersöka och en bilddetektor som kan ta hand om informationen som röntgenstrålningen bär med sig och omvandla den till en synlig bild som kan presenteras på film, papper eller TV-monitor. Under de första hundra åren av röntgendiagnostik dominerade filmen nästan totalt som bilddetektor. 7

8 Under senare år har de digitala röntgenbildsystemen blivit helt dominerande åtminstone i den högindustrialiserade i-världen. Från början kunde man bara åstadkomma stillbilder av den undersökta kroppsdelen, det vi i dag kallar projektionsradiologi, konventionell radiologi eller slätröntgen. Projektionsbilden har ju nackdelen att vara en plan tvådimensionell bild av en tredimensionell kroppsdel, på samma sätt som en pressad blomma är en platt bild av den tredimensionella levande växten. Man använder ofta röntgenbilder tagna i olika riktningar genom kroppen för att bättre kartlägga den undersökta volymen. En annan utveckling var att utveckla metoder för att avbilda utvalda skikt i kroppen i stället för projektionsteknikens tillplattade avbildning. Dessa metoder kallas skiktröntgen eller tomografi. För närvarande är den helt dominerande tomografimetoden datortomografi eller CT. En ny metod, tomosyntes, innebär att en kroppsdel undersöks med ett stort antal digitala stillbilder med olika infallsvinkel. Bildinformationen kan sedan presenteras både som konventionella projektionsbilder och som skiktbilder. När man framställer röntgenbilder av någon kroppsdel innebär det alltid att man under en viss tid, röntgenexponeringen, sänder röntgenstrålning från ett röntgenrör mot den önskade kroppsdelen samtidigt som man fångar upp den strålning som passerar kroppsdelen med någon typ av detektor eller bildmottagare. Röntgenexponering Bildbehandling Bildvisning - diagnostik - arkivering Röntgenrör Bilddetektor Med samma röntgenutrustning kan man åstadkomma många olika kvaliteter av röntgenstrålning. Vid exponeringen av en bild väljer man först den avgränsade del av patienten som skall avbildas och undersökningsmetod som skall användas. Därefter väljer man den lämpliga strålkvaliteten för den bild man skall ta samt dessutom den mängd strålning av denna kvalitet som skall användas. De olika valen av tekniska faktorer är avgörande för innehållet i och kvaliteten på den färdiga bilden. Den röntgendiagnostiska processen innehåller sedan ett antal olika steg för behandling av den ursprungliga bildinformationen ( rådata ) till en färdigprocessad bild som presenteras för radiologen som granskar bilden och formulerar ett utlåtande som svar på den fråga som var anledningen till att bilden togs. Röntgenbilden arkiveras sedan för senare granskning och jämförelse. 8

9 Konventionella röntgenundersökningar slätröntgen Med konventionella röntgenundersökningar menas undersökning av skelett, lungor, urinvägar, mag-tarmkanal mm genom exponering av röntgenbilder. Detta kallas också projektionsradiologi alla organ i det undersökta området avbildas, projiceras, på varandra i bilden. Detta kan göra det svårt att urskilja olika strukturer i bilden. För att underlätta tolkningen av bilderna och därmed diagnostiken tas ofta två bilder av en kroppsdel, en frontalbild och en sidobild för att kunna urskilja överlappande anatomiska strukturer. Frontalbild Sidobild Röntgenundersökningar med hjälp av kontrastmedel Röntgenbilder bygger på att skillnader i vävnaders förmåga att absorbera röntgenstrålning. Vävnader som har samma egenskaper kan inte urskiljas. Så kan till exempel inte blod och blodkärl skiljas från omgivande mjukvävnader. Man kan då spruta in ett ämne i blodkärlet som absorberar röngenstrålning mer eller mindre än omgivningen, ett kontrastmedel, och på det sättet få blodbanan att bli synlig på bilden. På samma sätt kan man fylla mag-tarmkanal eller andra kroppshåligheter med kontrastmedel för att kunna undersöka dem med röntgenbilder. Dynamiska undersökningar avbildning av rörliga förlopp Många funktioner i människokroppen bygger på rörliga förlopp som till exempel att blod ständigt pumpas från hjärtat ut i kroppens organ och åter till hjärtat. Om man vill undersöka till exempel hur ett rörligt organ arbetar tar man serier av röntgenbilder med korta tidsmellanrum. Om man studerar flödet i ett kärlsystem talar man om angiografier angioserier. Beroende på hur snabbt förlopp man vill avbilda kan man ta 1-50 bilder per sekund. Tomografiska röntgenundersökningar skiktröntgen För att undvika svårigheten med överlagrade organ i konventionella röntgenbilder har man utvecklat olika metoder att avbilda separata skikt, snitt, i kroppen, alltifrån plan tomografi som utvecklades tidigt i röntgenhistorien till modernare metoder som datortomografi och tomosyntes som utnyttjar datoriserad. Om man avbildar många intilliggande skikt och lagrar bilddata i en dator kommer man att få information om förhållandena i en hel volym och man kan med datorns hjälp rekonstruera snitt i många riktningar genom kroppen och tredimensionella bilder. 9

10 Grundläggande röntgenfysik Röntgenrör Utsänd strålningsenergi Primärstrålning Spridd strålningsenergi Sekundärstrålning Patient Absorberad strålningsenergi "Stråldos" Transmitterad strålningsenergi Bildgivande strålning Bilddetektor Strålningens fördelning vid en röntgenexponering Med strålning brukar man mena transport av energi med hjälp av vågor och partiklar. Strålningsenergin utsänds från en strålkälla av något slag och kommer sedan att överföras till föremål som finns i strålningens väg - man säger att strålningsenergin absorberas. Hur mycket av strålningsenergin som absorberas på ett visst ställe bestäms av vilket slags strålning det gäller och vilket material den stöter på. Den strålningsenergi som inte absorberas passerar genom föremålet och transporteras vidare i form av strålning. Vid diagnostisk användning av röntgenstrålning illustreras energiresonemanget i figuren ovan. Röntgenstrålning produceras med hjälp av röntgenrör. Den röntgenstrålning som utsänds från röntgenröret vid en röntgenundersökning kommer att fördelas på tre komponenter, nämligen den del av strålningen som absorberas i patienten, den del som passerar genom patienten och träffar någon typ av bilddetektor och en resterande del som sprids från det röntgade området av patienten, både till övriga delar av patienten och ut i omgivningen. Man kallar den strålning som utsänds från röntgenröret i riktning mot patienten för primär strålning och den del som sprids ut från det röntgade området för sekundär eller spridd strålning. Så länge primärstrålning träffar patienten kommer spridd strålning att utsändas i alla riktningar från det område som träffas av primärstrålningen, mest intensivt i riktningar tillbaka mot röntgenröret. Den spridda strålningen träffar: - delar av patienten utanför det undersökta området - personal inne i rummet under pågående röntgenexponering - väggar och föremål i rummet - bilddetektorn 10

11 Mängden spridd strålning bestäms framför allt av mängden primär strålning och storleken på kroppsdelen som strålningen träffar. Strålningen från ett röntgenrör har samma karaktär av elektromagnetisk vågrörelse som vanligt ljus men med mycket kortare våglängd. De elektromagnetiska vågorna kan man också betrakta som en ström av "energipaket" som kallas fotoner. Ju kortare våglängden är desto större är energin i varje paket. Om energin är tillräckligt stor kan ett sådant energipaket åstadkomma en så kallad jonisation när det stöter på en atom i sin väg. Detta innebär att fotonen "rycker loss" en elektron ur sin bana kring atomkärnan och förvandlar atomen till en jon, det vill säga åstadkommer en liten kemisk förändring. I en levande cell kan detta leda till att cellen skadas. I metaller blir det ingen bestående förändring utan ordningen återställs omedelbart. Det betyder att ett strålskydd av till exempel bly inte förändras av bestrålning och inte kommer att tappa sin strålskyddsförmåga även om det utsätts för stora strålningsmängder. Mängden absorberad energi ("antalet jonisationer") i ett visst område kan beskrivas med olika stråldosbegrepp och är mått som kan användas för att bedöma sannolikheten för olika slags strålskador. Grunden för stråldosresonemangen kring en röntgenundersökning är att röntgenstrålningen betraktas som transport av energi från röntgenröret mot patienten och sedan vidare, dels till en bilddetektor, dels ut i omgivningen. När strålningen passerar genom patienten absorberas en stor del av energin och åstadkommer bland annat jonisationer som kan leda till skador på levande celler. Röntgenstrålning in mot kroppsdel 100 % Jonisationer Röntgenstrålning ut från kroppsdel 0,1-10 % När det gäller röntgenstrålning kommer minst 90 procent av strålningsenergin att absorberas på väg genom patienten, det vill säga att nästan all röntgenstrålning vi tillverkar inom röntgendiagnostiken absorberas i patienterna endast enstaka procent kommer fram till bilddetektorn och skapar en bild. Ultraviolett strålning, synligt ljus och radiovågor som har längre våglängder, och alltså mindre energi i varje foton, kallas med ett gemensamt namn icke-joniserande strålning eftersom energin i fotonerna inte räcker till för att åstadkomma jonisationer. Riskerna med icke-joniserande strålning bygger på helt andra meka- 11

12 nismer än för joniserande strålning, bland annat uppvärmning. De kunskaper som finns om riskerna med joniserande strålning har alltså ingen relevans för ickejoniserande strålning. Strålsäkerhet Omedelbart efter upptäckten av röntgenstrålningen 1895 började den medicinska användningen av strålningen och mycket snart insåg man de stora möjligheterna att göra nytta inom medicinsk diagnostik samtidig som man blev medveten om strålningsanvändningens risker. Parallellt med utvecklingen av röntgendiagnostiken påbörjade man arbetet med att se till att strålningen kunde användas på ett säkert sätt för patienter och personal de första strålskyddsanvisningarna för röntgenverksamhet publicerades före år Så småningom utkristalliserades tre allmänna grundregler för säker strålningsanvändning inom sjukvården: Strålning får bara användas om det finns en nytta för individ eller samhälle som är större än riskerna. När strålning används skall man se till att åstadkomma den medicinska nyttan med bestrålningen och samtidigt begränsa bestrålningen av människor (patienter och personal) så långt det rimligen är möjligt. De gränsvärden för bestrålning av personalen som finns för att garantera en säker arbetsmiljö får inte överskridas. Stråldos Gray och Sievert Tidigt i strålningsanvändningens historia förstod man att det var viktigt att hålla reda på strålningsmängder, i början till patienter och personal. Ordet stråldos kommer av det grekiska ordet dosis som betyder den givna mängden. Man använder numera olika dosmått på den "strålningsmängd" en person eller ett föremål (till exempel en bilddetektor) utsätts för i olika situationer - man talar om olika stråldosbegrepp, till exempel absorberad och ekvivalent dos. Absorberad dos - Gray Det rent fysikaliska begreppet absorberad dos definieras som mängden absorberad strålningsenergi per massenhet i en viss punkt i en kropp. Enheten för absorberad dos är J/kg som fått namnet Gray (Gy). Eftersom 1 Gy är en hög stråldos är det vanligt att använda milligray (mgy) och mikrogray (µgy) Det är viktigt att notera att den absorberade dosen anges i en viss punkt i t ex människokroppen och att den inte har någon direkt likhet med t ex "medicindos" som anger något som tillförts kroppen i sin helhet. En patient som genomgått lungröntgen kan t ex ha utsatts för den absorberade dosen 0.1 mgy i någon punkt i lungorna medan dosen till kroppsdelar utanför det undersökta området är mycket mindre. Ekvivalent dos Sievert För att ta hänsyn till att 1 Gy av t ex röntgen- eller alfastrålning ger upphov till olika stora biologiska effekter i levande celler har man infört strålningsviktfaktorer för olika strålslag så att man kan beräkna den ekvivalenta dosen genom att multiplicera 12

13 den absorberade dosen med respektive strålningsviktfaktor. Den ekvivalenta dosen anges i Sievert (Sv). 2. Konventionell röntgenteknik och -fysik Strålkällan - röntgenröret Den röntgenstrålning som används vid röntgenundersökningar tillverkas i ett röntgenrör i praktiken ett lufttomt glas- eller metallrör som innehåller två metallelektroder, katod och anod. Katoden har formen av en spiralformig tråd inte olik glödtråden i en vanlig glödlampa. Proceduren att åstadkomma röntgenstrålning börjar med att katoden upphettas så att den glöder genom att en kraftig elektrisk ström drivs genom tråden, den så kallade glödströmmen. Glödström Ca 2400 K Elektroner Vid den höga temperaturen kommer fria elektroner att avges från katoden, vi kallar fenomenet termisk emission av elektroner och de kommer, på grund av att de repellerar varandra genom sin negativa laddning, att bilda ett elektronmoln kring katoden, man kallar det för en rymdladdning. Termisk elektronemission från katoden Nästa steg i proceduren är att ge dessa elektroner en hög hastighet (= hög rörelseenergi) i riktning mot anoden. Detta görs genom att låta anoden få en hög positiv elektrisk spänning i förhållande till katoden. Den elektriska spänningen mellan anod och katod i medicinska röntgenrör ligger normalt i området V eller vanligare uttryckt som kv. När alltså den positiva anodspänningen slås till kommer de Elektronacceleration Katod (-) Anod (+) Acceleration av elektroner som emitterats från den upphettade katoden 13

14 negativt laddade elektronerna att attraheras av den positiva anoden och deras hastighet kommer att öka under resan från katod till anod så att den vid ankomsten till anoden är ungefär halva ljushastigheten. För att denna resa skall kunna fortgå ostörd krävs att det är vakuum i röntgenröret - gastrycket i röntgenröret får högst vara 1mPa eller en hundramiljondel av vanligt lufttryck. Eftersom elektrisk ström definieras som elektriska laddningar i rörelse och mäts som laddningsmängd/tidsenhet, kan de elektroner som transporteras genom röntgenröret också ses som en elektrisk ström i röntgensammanhang kallar vi denna för rörström. Den mäts vanligen i ma (milliampere). Om rörströmmen är 1 ma motsvaras det av att elektroner passerar genom röret varje sekund. När de accelererade elektronerna når anoden kan deras medförda rörelseenergi överföras till anoden på tre olika sätt: I: Elektronernas rörelseenergi överförs till värmeenergi i anoden vilket leder till uppvärmning. Detta sker med 99 % av den inkommande rörelseenergin. II: Bromsstrålning: Elektroner som passerar nära kärnan hos anodens atomer bromsas upp. Minskningen i elektronens rörelseenergi sänds ut som elektromagnetisk energi man kallar energipaketet en foton. En röntgenfoton kan innehålla allt från en minimal energimängd från en liten inbromsning till hela elektronens energi från en total inbromsning. Fördelningen av antalet fotoner med olika energier styrs av fysikaliska lagar. Den samlade bromsstrålningen från många inbromsade elektroner kommer alltså att vara en blandning av fotoner med olika energiinnehåll. III: Karaktäristisk röntgenstrålning: En infallande elektron frigör en elektron i ett inre skal (t ex K) och den tomma platsen ersätts av en elektron från t ex L-skalet (Kα) etc Energiskillnaden mellan skalen sänds ut från anoden som en karaktäristisk röntgenfoton. I de flesta medicinska sammanhang består röntgenstrålningen dominerande av bromsstrålning. För rörspänningar under 70 kv är den karaktäristiska strålningen försumbar, i området kv utgör den %. Den punkt där röntgenstrålningen lämnar röntgenrörets anod kallas rörets fokus. Röntgenrörets katod Värme Elektronernas rörelseenergi omvandlas till värme och röntgenstrålning Röntgenfotoner Anod (+) Katod med fokuseringselektrod 14

15 Katoden används för att tillverka fria elektroner som kan accelereras genom röret och består av en glödtråd av metallen wolfram som med hjälp av elektrisk ström upphettas till temperaturer i området K. Volfram väljs för sin höga smältpunkt, ca 3400 K. Strömmen som används för uppvärmning kallas glödström, vanligen några ampere, och den kan varieras så att temperaturen på glödtråden varierar och därmed den avgivna mängden elektroner - temperaturökning från 2400K till 3000K ger 100 gånger fler emitterade elektroner/sekund. En fokuseringselektrod omkring glödtråden, med negativ potential, tvingar elektronerna att samlas i ett smalt knippe mot anoden. Om fokuseringselektroden ges tillräckligt hög negativ spänning hindrar den elektronerna från att lämna katoden detta kallas gallerstyrning av elektronströmmen och därmed av röntgenstrålningen. Gallerstyrning används när man vill åstadkomma korta precisa pulser av röntgenstrålning för bildtagning eller pulsad strålning vid genomlysning. I de flesta röntgenrör finns två glödtrådar av olika storlek i katoden för att sända elektroner mot två skilda områden på anoden. Se vidare om fin- och grovfokus. Röntgenrörets anod Anoden används för att omvandla de accelererade elektronernas energi till röntgenfotoner. Som biprodukt fås en stor mängd värme endast ca 1 % av energin blir röntgenstrålning - resten blir värme. Som material i anoden används ofta metallen wolfram, av flera orsaker: Det höga atomnumret (74), stor kärna ger högt utbyte av bromsstrålning, metallen wolfram har hög smältpunkt (3400 C) som innebär att inte materialet i anoden smälter eller avdunstar och dessutom hög värmeledningsförmåga som underlättar att värme transporteras bort från fokus. För att underlätta avkylningen och undvika hög lokal uppvärmning av anodtallriken sprider man i ett vanligt röntgenrör ut strålningsproduktionen över ytan på en roterande tallrik anodtallriken. Anodvinkel Elektroner Genom att tallriken är avfasad och bildar en viss vinkel, Streckfokus Röntgenfotoner anodvinkeln, mot den infallande elektronströmmen kommer brännfläcken, fokus, dessutom att se mindre ut i centralstrålens riktning, detta kallas streckfokus. Ju mindre anodvinkeln är desto mindre ser fokus ut sett från centralstrålen. Ofta har anodtallriken två olika banor med olika vinkel så att två olika fokusstorlekar kan åstadkommas med samma rör fin- och grovfokus. Finfokuset har mindre yta och kan inte belastas med lika stor elektronström som grovfokuset. Däremot ger finfokuset bilder med större detaljskärpa mer om detta senare. Genom att tallriken roterar med stor hastighet under exponeringen kommer värmen att spridas ut längs hela tallrikens omkrets och punktuppvärmning undviks. Ofta kan man höra rotationen öka i varvtal före exponeringen och sedan avta efteråt. 15

16 Grovfokus, anodvinkel 12 : Finfokus, anodvinkel 6 : ca 1 x 1 mm sett från centralstrålen ca 0,3 x 0,3 mm sett från centralstrålen Häleffekt innebär att anoden i vissa vinklar dämpar intensiteten av röntgenstrålningen. Resultatet blir ett ojämnt strålfält där färre fotoner sänds ut i den del av fältet som vetter mot rörets anod. I vissa sammanhang där man röntgenundersöker en kroppsdel som varierar i tjocklek inom bildfältet kan man dra nytta av denna effekt genom att vända anod-katodriktningen på rätt sätt i förhållande till patienten. Bröstkorgen är t ex tunnare i den övre delen än i den nedre. Elektroner Röntgenfotoner 125 % 75 % 100 % Häleffekt - vinkelberoende fotonproduktion Extrafokalstrålning kan bildas genom att accelererade elektroner studsar bort från anoden men återvänder när de möter det elektriska fältet och träffar anoden på en ny punkt, utanför fokus, där röntgenstrålning uppstår. Denna strålning kommer att ge ett diffust strålningsbidrag som inte bidrar till informationen i röntgenbilden utan försämrar bildkvaliteten och utsätter patienten för onödig strålning. Elektroner Fotoner Extrafokalstrålning 16

17 Rörkåpa med röntgenrör Röntgenrörets glashölje skall: Bibehålla vakuum (< 10-5 mbar) under rörets livslängd Tåla höga och växlande temperaturer Vara elektriskt isolerande mellan anod och katod Vara genomskinligt för värmestrålning så att värme transporteras bort Rörkåpan är det metallhölje som omsluter röntgenröret Rörkåpan skall: Vara elektriskt isolerad vid höga spänningar Delta i kylning genom att transportera värme till omgivningen Skydda mot implosionssplitter om röntgenröret havererar. Skydda omgivningen mot röntgenstrålning Röntgenrörets kylning I fokuspunkten kommer temperaturen under en exponering att bli mycket hög. Blir den för hög skadas anoden ( smälter ) och röret förstörs. Värmen måste alltså transporteras bort från fokus, anoden och röntgenröret. Detta sker genom värmestrålning som passerar genom röret och genom värmeledning via olika konstruktionsdetaljer i röret. I det vanligaste fallet sker kylningen genom att värme som når rörkåpan avges till omgivningen utan hjälp av speciella kylsystem. Rörkåpan innehåller avkännare för temperaturen och säkerhetssystem för att undvika överhettning. Det finns alltså en gräns för hur mycket strålning, och därmed värme, man kan producera under en viss tid. Vid upprepade exponeringar kan man behöva vänta en viss tid för att invänta kylning innan nästa exponering kan ske man kallar detta för paustid. Ett sätt att uppskatta paustid för ett standardrör i t ex ett ryggbord är att använda den empiriska formeln: Paustid i sekunder: kv x mas/300 Exempelvis 90 kv/100 mas ger paustiden 30 sekunder. Många moderna utrustningar har automatik som spärrar exponering under paustiden. I fall där speciellt effektiv kylning krävs kan fläktar användas för att öka luftströmningen omkring rörkåpan och öka borttransporten av värme eller omge rörkåpan med kylvätska som cirkuleras till ett kylsystem utanför röntgenutrustningen. Bländare och fältljus För att avgränsa strålningen till den kroppsdel man vill undersöka används bländare. Dessa består av fasta eller rörliga skivor av material som inte släpper igenom strålning och som är monterade nära röntgenröret. Ofta finns en kombination av fokusnära, fasta bländare som skall utesluta så mycket som möjligt av extrafokal strålning och rörliga bländare för att anpassa strålfältet till det område man önskar undersöka. Om röntgenröret befinner sig över undersökningsbordet kan man utnyttja ett fältljus för att i förväg veta var exponeringen kommer att ske. Ljuset speglas in 17

18 före bländarna så att det tycks komma från rörets fokus och kastar ett ljusfält på patienten som motsvarar det strålfält som används vid exponeringen. Rörkåpa Röntgenrör Roterande anod Lampa för fältljus Bländarhus Katod Tillsatsfilter Rörliga bländarlameller Spegel för fältljus Primär röntgenstrålning Fältljus Röntgengenerator Röntgengeneratorn förser röntgenröret med nödvändiga spänningar och strömmar. Manöverbord Generator Röntgenundersökning Röntgenrör Rörspänning: Rörström, exponering: Rörström, genomlysning: kv ma, 0,1 25 ma Generatorns max elektriska effekt sätter en övre gräns för strålningsproduktionen. Elektrisk effekt (W) = ström (ma) x spänning (kv). Exempel: 200 (ma) x 90 (kv) = W = 18 kw. Max effekt för en vanlig röntgengenerator brukar vara kw 18

19 Av praktiska skäl omvandlas i moderna generatorer nätspänningen (50 Hz) till en högre frekvens ( khz) före omvandling till högspänning. Transformatorer mm kan då få betydligt mindre ytterdimensioner och utrustningen tar mindre plats. En tidbrytare avgör hur lång exponeringstiden skall vara genom att sluta och bryta spänningen som matar högspänningstransformatorn efter de inställningar som gjorts på manöverbordet Om utrustningen innehåller exponeringsautomatik är det i stället en strålningsmätare som registrerar den strålning som når bilddetektorn under pågående exponering och avbryter exponeringen när den förinställda strålningsmängden nått detektorn. Moderna röntgenutrustningar innehåller ofta förprogrammerade inställningar av kv, ma och exponeringstid för olika undersökningar, så kallad organprogrammering. Röntgenexponering - rörladdning (mas), rörspänning (kv) och exponeringstid När man tar en röntgenbild låter man röntgenröret sända ut strålning under en kort tid, exponeringstiden, som oftast är kortare än en sekund. Röntgenrörets arbete under exponeringstiden är bestämt av rörström och rörspänning. Rörströmmen anger hur många elektroner per sekund som flyger genom röret och kommer därmed att bestämma hur många fotoner som kan bildas per sekund. Under exponeringstiden kommer en viss laddningsmängd att ha passerat röntgenröret och vi kallar denna mängd rörladdningen och anger den oftast i tid multiplicerat med ström i enheten mas, milli-ampere-sekund. Även grundenheten för laddning (1 Coulomb = 1As) kan användas. mas-talet anger alltså hur många elektroner som totalt passerat under exponeringstiden och bestämmer hur många fotoner som totalt kan bildas. Rörspänningen anger den energi en elektron får under accelerationen. Röntgenstrålningens egenskaper Rörspänning - fotonenergi Elektroners och fotoners energi anges ofta i en speciell enhet, elektronvolt, som kan härledas till det som händer i röntgenröret,. 1 elektronvolt (ev) är det energitillskott en elektron får genom att accelereras med spänningen 1 V. Om rörspänningen är V (100 kv) kommer elektronerna att ha energin ev (100 kev) när de når anoden. Om elektronen bromsas in helt och överför hela sin energi till en foton kommer alltså även fotonen att ha energin 100 kev. Totalt kommer röntgenfotonerna, som bildas vid många inbromsningar, att ha energier i området kev. Man brukar beskriva fotonernas energifördelning med hjälp av ett så kallat röntgenspektrum. 19

20 Antal fotoner Fotonernas medelenergi Bromsstrålning Karaktäristisk röntgenstrålning Fotonernas maximala energi Fotonenergi, kev Figur x. Röntgenspektrum, rörspänning 80 kv Röntgenspektrumet visar hur fördelningen av antalet fotoner med olika fotonenergier kan se ut om rörspänningen är 80 kv. Alla fotonenergier mellan 0 och 80 kev är representerade. Den högsta möjliga energin en foton kan ha bestäms av rörspänningen som ju i sin tur bestämmer hur stor energi en elektron kan ha med sig när den träffar anoden. Medelvärdet för fotonernas energi i ett spektrum brukar vara ca 40% av den maximala fotonenergin. Energin för den karaktäristiska röntgenstrålningen bestäms av det grundämne som anoden är tillverkad av. Grundämnet är vanligen volfram men även andra ämnen förekommer för speciella ändamålet ex mammografiutrustning. Den vanligaste fotonenergin i den karaktäristiska strålningen från volfram har energin 59 kev. Antalet fotoner och deras energier vid en röntgenexponering påverkas i första hand av den valda rörspänningen och rörladdningen. Rörladdningen kallas i dagligt tal för mas-talet. Som illustreras i figur a nedan så innebär en ökning av rörspänningen att den maximala fotonenergin ökar och fotonernas medelenergi ökar. Dessutom ökar det totala antalet fotoner. Om man å andra sidan, som i figur b, behåller rörspänningen men höjer mas-talet så påverkas inte den maximala fotonenergin och inte heller medelvärdet. Däremot ökar det totala antalet fotoner, t ex till det dubbla om mas-talet fördubblas. Antal fotoner Antal fotoner a. b. 80 kv/20 mas 120 kv/10 mas 80 kv/10 mas 80 kv/10 mas kev kev a. Spektrums utseende vid olika rörspänningar b. Spektrums utseende vid olika mas-tal 20

21 Om man ser till den totalt utsända strålningsenergin vid en exponering kommer den alltså att öka både om man ökar rörspänning och mas-tal, dock inte på samma sätt som framgår av figuren ovan. Energimängden ökar med kvadraten på rörspänningen men är proportionell mot mas-talet. Utsänd strålningsenergi Utsänd strålningsenergi a. b Rörspänning. kv Rörladdning, mas 100 a. Utsänd energi vid en exponering vs rörspänning b. Utsänd energi vid en exponering vs mas-tal T ex ger en fördubbling av rörspänningen en fyrdubbling av utsänd strålningsenergi medan en fördubbling av mas-talet ger en fördubbling av den utsända strålningsenergin. Filtrering Den röntgenstrålning som sänds ut från rörets anod under en röntgenexponering Antal fotoner kan ju ses som ett flöde av energibärande fotoner. Så länge de rör 80 kv utan filter sig inne i röntgenrörets vacuum behåller fotonerna sin energi oförändrad men så snart de möter materia kommer olika processer att leda till att fotonernas 80 kv energi förbrukas och antalet fotoner i med filter kev flödet minskar. Detta är ju bland annat grunden för att olika vävnader kan urskiljas i röntgenbilderna. Ju mindre Röntgenspektrum med och utan filter energi fotonen bär med sig desto större är sannolikheten att dess energi förbrukas och att fotonen försvinner ur strålningen. Av olika skäl vill man ofta 21

22 sortera bort de fotoner som har den lägsta energin ur strålningen innan den når patienten. Detta kan man göra genom att placera olika material i strålningens väg i röntgenutrustningen. Innan strålningen har lämnat röntgenröret har den till att börja med passerat röntgenrörets vägg av glas eller metall. Till detta läggs ofta lager av olika metaller, tilläggsfilter, som monteras intill röntgenröret i strålningens väg. Vanliga material i dessa filter är aluminium och koppar. Man brukar tala om röntgenrörets inre filtrering för att ange hur mycket material som finns i röntgenrörets vägg och total filtrering för att ange den totala mängden material som strålningen måste passera innan den lämnar röntgenutrustningen. Ofta anges filtreringen i millimeter aluminium, mm Al oavsett vilka material som är inblandade. Detta innebär att om den inre filtreringen i ett röntgenrör t ex anges som 2 mm Al så innebär det att röntgenstrålningen påverkas av röntgenrörets vägg på samma sätt som av 2 mm aluminium. Röntgenspektrum påverkas av filtrering så som framgår av figuren. Det totala antalet fotoner minskar. Fler lågenergetiska än högenergetiska fotoner fastnar i filtret. Det innebär att strålningens medelenergi ökar. Röntgenstrålning avstånd från fokus De fotoner som lämnar fokus och släpps ut genom bländaren kallas ett strålfält, dvs ett antal fotoner som utgår från samma punkt och fortplantar sig vidare inom en begränsad vinkel man kallar detta ett divergerande strålfält. Fotonerna kommer allt längre från varandra när avståndet från fokus ökar. Ett sätt att ange strålningens intensitet är att tala om hur många fotoner som träffar en given yta vi kallar detta fluens som t ex kan ha enheten antal/cm 2. I det divergerande strålfältet kommer fluensen av röntgenfotoner att minska när avståndet från fokus ökar. I figuren ser vi ett kvadratiskt strålfält. På avståndet d 1 har kvadraten sidan a 1 och fluensen F 1. På avståndet d 2 sidan a 2 och fluensen F 2. Kvadratens sida ökar proportionellt mot avståndet Kvadratens yta ökar proportionellt mot sidan i kvadrat eller, om man så vill, med avståndet i kvadrat. Samma antal fotoner passerar båda kvadraterna. Alltså kommer fluensen (antal/yta) att minska med avståndet i kvadrat: F 2 / F 1 = (d 1 /d 2 ) 2 Exempel: fotoner sänds ut från röret i ett strålknippe som är 10x10 cm på 1 m avstånd. På 2 m avstånd från fokus är fältet då 20x20 cm. På 1 m avstånd: Yta 10x10=100 cm 2 Fluens / 100 = 100 fotoner/cm 2 a 1 d1 d2 På 2 m avstånd: Yta 20x20=400 cm 2 Fluens / 400 = 25 fotoner/cm 2 a 2 22

23 Patienten strålningens växelverkan - röntgenprofilen Vid en röntgenundersökning låter man röntgenstrålningen från röntgenröret passera genom den kroppsdel man vill undersöka. Passagen går olika "lätt" beroende på de olika vävnadernas egenskaper. Ben absorberar en stor del av strålningen medan mjuka vävnader absorberar i mindre grad. Luft dämpar praktiskt taget inte strålningen alls. Av det jämna strålningsflöde som faller in mot patienten från röntgenröret återstår efter passagen ett strålningsmönster av varierande antal fotoner i olika delar av det avbildade området som brukar kallas röntgenprofil. Variationerna i denna kurva kallas objektkontrast strålningsvariationer beroende på objektets egenskaper. Attenuering och spridning Växelverkan sker mellan röntgenfotoner och atomer i mänskliga vävnader genom två processer: Fotoelektrisk absorption: Fotonens energi överförs helt till en elektron i atomens skal och fotonen upphör. Comptonspridning: En del av fotonens energi överförs till en comptonelektron resten fortsätter som en spridd foton med lägre energi och en ny riktning. Fotoner kan spridas i alla riktningar - om de går tillbaka åt det håll de kom ifrån kallas fenomenet bakåtspridning. Attenuering = dämpning = summan av absorption och spridning Luft Antal fotoner till bilddetektorn Ben Röntgenstrålfält Position längs bilddetektorn Fett Kärl med jodkontrast Bariumkontrast i tarm Röntgenprofil 23

24 Om god geometri gäller tänker man sig ett smalt infallande strålknippe och en liten detektor på andra sidan det absorberande objektet. Alla fotoner som absorberas eller ändrar riktning kommer då att försvinna från antalet ut -fotoner. I röntgendiagnostiken är det infallande fotonfältet stort och detektorn / bildmottagaren stor. För de infallande fotonerna vid en röntgenexponering mot ett objekt finns alltså olika möjligheter: Primärstrålning absorberad strålningsenergi Spridd strålning till omgivning Bildgivande strålning Spridd strålning till bildmottagare Fotonen passerar genom objektet oförändrad och träffar bildmottagaren. Fotonen genomgår spridning den spridda fotonen passerar genom objektet och träffar bildmottagaren. Fotonen absorberas helt. Fotonen genomgår spridning den spridda fotonen absorberas helt. Fotonen genomgår spridning den spridda fotonen passerar genom objektet men har en riktning som gör att den missar bildmottagaren och går ut i omgivningen. Röntgenavbildning bygger på att kroppens vävnader har olika kemisk sammansättning och att därmed röntgenstrålning absorberas och sprids i varierande grad på sin väg genom människokroppen. Sannolikheten för absorption respektive spridning är beroende av röntgenfotonernas energi samt densitet och atomnummer hos grundämnena i de vävnader som de passerar. Hög densitet och högt atomnummer ger kraftig attenuering. Hög fotonenergi ger liten attenuering. I mänskliga vävnader (Z: 6-15): Fotonenergier (< 20 kev) - fotoelektrisk absorption dominerar Fotonenergier (> 20 kev) - Comptonspridning dominerar 24

25 I ämnen med höga atomnummer t ex kontrastmedel (jod, barium) och strålskydd (bly): Vid alla fotonenergier beror attenueringen mest på fotoelektrisk absorption. -Fotoelektrisk absorption står för de attenueringsskillnader som ger upphov till bildinformation. -Comptonspridning står för attenuering av fotoner genom att de tappar energi, byter riktning och träffar patient, bildmottagare eller omgivning där energin slutligen förbrukas. Dessa fotoner bär ingen bildinformation. För en given strålkvalitet, ett homogent objekt och god geometri kommer attenueringen att vara exponentiell. Genom ett halvvärdesskikt av ett material passerar hälften av antalet infallande fotoner, genom två halvvärdesskikt passerar en fjärdedel, genom tre halvvärdesskikt en åttondel och så vidare. Halvvärdesskiktet i vatten för röntgenstrålning är: 50 kv 2 cm 70 kv 3 cm 100 kv 4 cm Egenskaper hos vävnader och kontrastmedel Material Densitet (kg/m 3 ) Effektivt atomnummer Halvvärdesskikt, cm 70 kv röntgenstrålning Vävnader Lungvävnad 320 7,4 9 Fett 910 6,3 3,1 Muskel ,4 2,8 Ben ,8 0,8 Kontrastmedel Jod ,009 Barium ,006 Luft 1,3 7, CO 2 2,0 7, Energiabsorption, dosfördelning Strålningsenergi förbrukas längs vägen på grund av jonisationer mm och detta leder till att den absorberade dosen minskar med djupet i det röntgade objektet Hur dosen varierar i olika punkter i en röntgenundersökt kroppsdel kan man beskriva med hjälp av djupdoskurvor och isodosdiagram 25

26 Dos, % 100 Djup Djup, cm En djupdoskurva beskriver hur strålningen avtar när den passerar genom en kroppsdel. Stråldosen där strålningen lämnar kroppsdelen är bara en liten bråkdel av stråldosen vid inträdespunkten. Med ett isodosdiagram kan man illustrera hur stråldoserna fördelas både i djup- och sidled vid en röntgenexponering ,5 Djup, cm Absorberad dos, % Linjerna i isodosdiagrammet sammanbinder punkter med samma stråldos, man kan se dem som dosnivåer i den bestrålade volymen. Energiabsorption, patientstråldos, objektkontrast Ju större genomträngningsförmåga strålningen har desto mindre mängd primärstrålning krävs för att mängden bildgivande strålning skall "räcka till" för en användbar bild och desto mindre blir den absorberade strålningen i patienten, dvs patientstråldosen. Samtidigt blir skillnaderna i absorption mellan olika vävnader mindre. Ur ren patientdossynpunkt bör man alltså använda så högt kv-tal/hög filtrering som möjligt. Eftersom absorptionsskillnaderna samtidigt sjunker finns det en gräns för hur långt man kan gå utan att objektkontrasten går förlorad. Ju kraftigare kroppsdel som exponeras, desto större andel av strålningen kommer att absorberas och desto mindre andel kommer att passera och vara bildgivande strålning. Bilddetektorn kräver en viss strålningsmängd för att bilden skall bli tillräckligt bra. Detta innebär att man måste använda mera primärstrålning för att ta bilder av en kraftig kroppsdel och att patientstråldosen blir högre. 26

27 Kroppsdelens tjocklek har också betydelse för bildens kvalitet ju kraftigare kroppsdelen är desto större andel av strålningen som träffar bilddetektorn är spridd strålning som inte innehåller någon bildinformation utan minskar objektkontrasten Bilddetektor För att omvandla variationerna i den bildgivande strålningen, röntgenprofilen, till en synlig röntgenbild, krävs en bilddetektor som registrerar röntgenstrålningen och återger den i synlig form. När strålningen fångats upp av bilddetektorn och strålningsvariationerna förvandlats till en synlig röntgenbild kallar vi variationerna i bildens gråskala för bildkontrast. Olika bildmottagare kan återge objektkontrasten med olika bildkontrast. Röntgenbilder togs under lång tid uteslutande med hjälp av röntgenfilm. Filmen var både bilddetektor, visnings- och arkivmedium. Den en gång exponerade och framkallade filmbilden kunde inte bearbetas och förändras utan var en fix kopia av röntgenprofilen. Den möjlighet som fanns att påverka bildens utseende låg i att ändra strålningens kvalitet (kv) och därmed objektkontrasten eller byta till en annan filmtyp och påverka återgivningen av objektkontrasten. Nu håller filmbaserad röntgendiagnostik på att bli en sällsynthet i den industrialiserade västvärlden. Digitala bildsystem för bildinsamling, bearbetning, visning och arkivering tar alltmer över röntgendiagnostiken. Digitala bilders utseende kan i stor utsträckning påverkas efter exponeringen genom att datorer behandlar den digitala bildinformation och förändrar t ex kontrast, ljus och skärpa i bilden. Digitala bilder Digitaliseringen innebär att bildinformationen finns i sifferform genom att bildytan är indelad i ett rutnät en matris med rader och kolumner och bildens gråton i varje ruta kan beskrivas som numret på ett steg i en skala med ett fastställt antal gråskalesteg. Den enskilda rutan i bilden, bildelementet, kallas pixel efter engelskans picture element. En vanlig matrisstorlek för röntgenbilder är 1024x1024 pixlar, kallad 1k-matris, som totalt alltså innehåller drygt en miljon ( ) pixlar. Om bildytan är 30 x 30 cm innebär det att varje pixel i verkligheten är 0,3 x 0,3 mm. Gråskalan är indelad i ett antal fasta steg mellan vitt och svart - ett vanligt antal är 256. Bildinformationen för en bild kan då sägas bestå av en tabell med pixelnummer från 1 till och till varje pixel ett gråskalevärde (eller pixelvärde) mellan 1 och 256. Bildinformationen samlas in genom att strålningen in till bildmottagaren mäts/registreras i varje pixel i matrisen. 27

28 Det finns två huvudtyper av digitala bildmottagare: I. Strålningen till bilddetektorn registreras jämnt fördelat över hela ytan och indelningen av bildinformationen i pixlar görs i efterhand när bilddetektorns registrerade strålningsmönster läses av. Exempel på detta är bildplattesystem. På engelska CR - Computed Radiography II. Själva bilddetektorn innehåller strålningsdetektorer i pixelstorlek och mätvärdet för varje pixel fås direkt i bilddetektorn. Dessa kallas direktdigitala system, på engelska DR Direct Radiography. Som modell för en bildmottagare använder vi en rad pixeldetektorer från hela matrisen i en digital bilddetektor. Ben För att illustrera hur röntgenprofilen för vår kroppsdel) vid två kv-tal visas mätvärdena från matrisraden (pixelvärdena) som stapeldiagram, en stapel för varje pixel i raden. Pixelvärde 60 kv Pixelvärde 100 kv Pixelnummer Pixelnummer Oftast översätts pixelvärdena till en vanlig röntgenbild på så sätt att höga värden motsvarar mörkare delar av bilden och låga värden ljusare delar. Vid genomlysning och rörliga bilder är gråskalan ofta omvänd. 28