Innehåll
Vad är strålning?
Röntgenutrustning
Grundläggande röntgenteknik & fysik
Angiografi- och interventionsutrustning
– Teknik
– Fysik
Charlotta Lundh
Sjukhusfysiker, MFT
Presentationens namn
2
Vad är strålning?
Vad är strålning?
Joniserande strålning
Ickejoniserande
strålning
Joniserande strålning
Ickejoniserande
strålning
• Transport av energi!
Elektromagnetisk
strålning
Elektromagnetisk
strålning
Partikelstrålning
Partikelstrålning
Presentationens namn
Presentationens namn
3
4
Strålning
Radio
Mikrovågor
Infrarött
Synligt ljus
Icke-joniserande
UV-ljus
Joniserande strålning
Röntgen
Gamma
•
Joniserande
Avlämnar tillräckligt mycket energi för
att orsaka jonisationer
=> Ger stråldos
Presentationens namn
5
Röntgenutrustningen
Bilddetektor
Strålkälla - röntgenrör
Vilket är
röntgenröret?
6
Underrör
Röntgenutrustningen Röntgenröret
Röntgenröret
Rörspänning (kV)
Artificiell strålkälla
Kräver ström och spänning för att producera strålning
+
+
mA
99% blir värme, 1% blir röntgenstrålning!
Presentationens namn
10
Röntgenstrålning - Principen
Glödström
Röntgenröret
Elektroner
Katoden
Anod (+)
Katod (-)
Rörström (mA)
Röntgenfotoner
Rörspänning (kV)
Glödtråd av wolfram upphettas till 23000 K med elström (glödström)
Högre glödström → högre temperatur
→ fler elektroner → högre rörström
Rörströmmen styrs med hjälp av glödströmmen
Glödströmmen upphettar katoden. Elektroner frigörs. Inställd mA styr
glödströmmens storlek & elektronernas antal ,rörströmmens storlek.
Elektronerna accelereras mot anoden av en hög spänning.
Hastigheten på elektronerna styrs av rörspänningens storlek.
Katod med fokuseringselektrod
Elektronerna träffar anoden med hög hastighet. Rörelseenergin
omvandlas till värme (99%) och röntgenstrålning, fotoner (1%).
Presentationens namn
11
Fokuseringselektrod (minusspänning)
tvingar elektronerna till ett smalt knippe
Hög minusspänning hindrar elektronströmmen helt – används för att pulsa
röntgenstrålningen
Röntgenröret
Högre kV
Roterande anodtallrik - streckfokus
Anodvinkel
Elektroner
Röntgenfotoner
Streckfokus
Rörspänning - kV
– ökar genomträngningsförmågan
– påverkar kontrasten
– påverkar dosen
Anodtallrik av wolfram
Rörets fokus är den del av tallriken som
träffas av elektronerna
I fokus bildas röntgenstrålning och värme
100 kV
60 kV
Streckfokus
- ”ser mindre ut” i centralstrålens riktning – skarpare röntgenbild
- sprider ut värmeproduktionen – mindre risk för lokal överhettning
Roterande anodtallrik
- värmeproduktionen sprids ut över skivan - underlättar kylning
Presentationens namn
14
Röntgenstrålning
Röntgenstrålning - fotonenergi
Två slags röntgenstrålning
Fotonenergi - enhet
elektronvolt (eV) = energin hos en elektron som
accelererats med spänningsskillnaden 1 V
Exempel
Rörspänning
Energi hos elektron som når anoden
Fotonenergi, maximalt
80 000 V (80 kV)
80 000 eV (80 keV)
80 000 eV (80 keV)
Under en röntgenexponering landar många elektroner i anoden
Den energi som överförs till en foton kommer att variera inom 0-100 %
Fotonerna kommer att få energier inom området 0-80 keV
Bromsstrålning
Ett spektrum av fotonenergier”låg”-”hög”
Karaktäristisk röntgenstrålning
Specifika fotonenergier beroende
på anodmaterial
Presentationens namn
Presentationens namn
15
16
Röntgenstrålning - spektrum
Antal fotoner
Fotonernas
medelenergi
Bromsstrålning
Högre mA
Rörström - mA
– ökar mängden röntgenstrålning
– minskar bruset
– ökar dosen
Karaktäristisk röntgenstrålning
Fotonernas maximala energi
0
20
40
60
80 100
Fotonenergi, keV
120
Figur x. Röntgenspektrum, rörspänning 80 kV
Ökad mA
Presentationens namn
18
Rörström, exponeringstid, mAs
Rörström:
mA
Exponeringstid:
s
kV, mA, mAs
s
Katod
-
kV
mA
Anod
+
Rörspänning, kV
Rörladdning (mAs) = Rörström (mA) x Exponeringstid (s)
Exempel, pulsad strålning:
Rörström:
20 mA
→ röntgenstrålningens ”kvalitet”, genomträngningsförmåga
Rörström, mA
→ röntgenstrålningens ”kvantitet” per sekund
Exponeringstid: 0,1 s /puls
Rörladdning: rörström (mA) x exponeringstid (s), mAs
Rörladdning (mAs/puls) = 20 x 0,1 = 2 mAs/puls
→ röntgenstrålningens ”kvantitet”; per exponerad bild, per puls,
per genomlysningspass…
Presentationens namn
20
Röntgenstrålning - filtrering
Pulsad genomlysning
Rörets glasvägg + tillsatsfiltrering = totalfiltrering
Tillsatsfiltrering kan varieras (2-6 mm Al, 0.1-1 mm Cu)
Filtrering påverkar fördelningen av fotonenergier
på
pulsad
av
Antal fotoner
tid
Röntgenstrålning
80 kV
utan filter
Tillsatsfilter
Bländare
80 kV
med filter
Glasvägg
Katod
Anod
0
20
40
keV
60
80
100
120
Röntgenspektrum med och utan filter
Röntgenrör
Presentationens namn
22
Pulsad genomlysning
Princip för röntgen
Dosrat
1
2
3
4
Röntgenrör
Luft i lungor dämpar
röntgentrålningen
mycket lite
Tid
Mjukvävnad dämpar lite
mer
Display
1
2
3
4
Bildvisning
Skelett dämpar mest
Tid
Bilden ”fylls ut” med
information från ”1” tills ”2”
kommer, osv.
Röntgenstrålning
ut från kroppsdel
0,1 - 10 %
Bild från
Håkan Petersson Linköping
Presentationens namn
Presentationens namn
23
24
Vad händer med fotonen i
primärstrålningen?
Röntgenbilden och strålningen
Kroppens organ och eventuellt tillförda ämnen och material har
olika kemisk sammansättning.
1.
Sannolikheten för absorption och spridning i ett organ beror på:
- Fotonernas energi
- Densitet hos ingående ämnen
- Atomnummer hos ingående ämnen
- Tjocklek hos organet
2.
Primärstrålning
3.
Spridd strålning
till omgivning
absorberad
strålningsenergi
Röntgenstrålningen absorberas och sprids i varierande grad
på vägen genom kroppens organ – den strålning som återstår efter
passagen fångas upp och ger upphov till röntgenbilden
4.
Spridd strålning
till bildmottagare
Bildgivande strålning
5.
Passerar genom kroppen
oförändrad och träffar
bildmottagaren
Genomgår spridning – den spridda
strålningen går igenom kroppen och
träffar detektorn
Genomgår spridning – den spridda
strålningen går igenom kroppen
men missar detektorn och går ut i
omgivningen
Genomgår spridning – den spridda
strålningen absorberas i kroppen
Absorberas helt
26
Röntgenstrålningens transmission (70 kV)
Absorption/spridning av röntgenstrålning
Transmission %
Före
Efter
10
Transmissionsskillnader:
Objektkontrast, ”röntgenprofil”
Absorption
0
Spridning
eller
blodkärl med
jodkontrast
eller
lunga
Transmission
15 cm
kota
= röntgenfoton
= kroppsdel
= energiabsorption
Presentationens namn
27
Röntgenstrålning
Presentationens namn
28
Spridd strålning – bildkvalitet - raster
Interventionsradiologi-röntgenstrålning
Bilddetektor
Raster
Bildgivande
strålning
”Mängden” spridd strålning bestäms
av:
Spridd strålning
- Bildfältets storlek
Primärstrålning
(inbländning!)
- Kroppsdelens projicerade tjocklek
Rastret minskar den spridda strålningen som når bilddetektorn och i
mindre grad även den bildgivande strålningen.
Röntgenstrålning, röntgenfotoner
Presentationens namn
Presentationens namn
29
30
Förstoringsfaktor
Detektorer
Alla röntgenbilder är
föstorade bilder av
verkligheten
FOA = fokus-objekt-avstånd
Spridd strålning som träffar
bilddetektorn innehåller ingen
bildinformation och försämrar
bildkontrasten.
FOA
FDA
FFA
FDA = fokus-detektor-avstånd
Förstoringsfaktor: FDA/FOA
Presentationens namn
31
Bildförstärkare
Detektorer
Ingångsskärm
-glas eller titan
Infallande
röntgenstrålning
Utgångsskärm
-fosfor
Elektroner
Synligt ljus
Fluorescens skikt
fosfor (ZnCdS: Ag)
Anoder
Scintillationsskikt
Fokuseringselektroder
Cesiumjodid
Fotokatod
(CsI:Na)
Cesium antimonid (CsSb)
Bilddetektor – intervention
Bilddetektor: Bildtagning – genomlysning - angio
X-rays
Direktdigitalt system
scintillator
CsJ(Tl)
amorphous Silicon
a-Si:H
photodiodes
cross section
X-rays
signa
l lines
cont
rol lin
es
light
pixelsize
x x143
pixelsize 143
150 µm
150 µm
µm
image matrix
Röntgenstrålning
Scintillator
Enkelbild, ”röntgenbild”: En strålningspuls → en röntgenbild
Ljus
Fotodioder i matris
Genomlysning, angioserie: Pulsad strålning (1-30p/s) →
Digital bildinformation i matrisform
1-30 röntgenbilder/s → rörligt förlopp visas på monitor
Presentationens namn
Presentationens namn
35
36
Dosreglering kV/mA-reglering
Den digitala detektorn/bilden
kV
120
Detektor-/bildmatris
Bildinformationen mäts in,
bearbetas och visas i matrisformat
100
Exempel:
Detektor- / bildstorlek: 30 x 30 cm
Matrisstorlek: 1024 x 1024 (1k)
Pixelstorlek: 0,3 x 0,3 mm
80
Ökande tjocklek
"Hög-kontrast”
mA
60
0
Dosvärden för strålning till detektor
för varje pixel
10
kV / mA
Rörspänning (kV) - bildkontrast - dos
Automatisk exponeringskontroll (AEC) bibehåller konstant dos/puls (mA
vid kontinuerlig genomlysning) till bildmottagaren
Gråskalevärden (1-256/1024) i bild
för varje pixel.
Presentationens namn
Presentationens namn
37
38
Dosreglering
Genomlysning-angioserie
Bilddetektor
Dosmätare
Genomlysningsbilden är ett arbetsverktyg vid
kateterisering och betraktas som en ”film” där ögat
inte urskiljer enstaka bilder.
Dossignal
Styrsignal
kV, mA
"Låg-dos”
Lägre krav på bildkvalitet i enstaka bildrutor.
Röntgenrör
Röntgengenerator
Den angiografiska bildserien är dokumentation av
kärlanatomi och behandlingsresultat. Betraktas som
en ”film” och som enstaka bilder.
•Exponeringen sköts manuellt med fotpedalen
•Bilddetektorns dosmätare registrerar strålningen till detektorn och styr kV,
mAs så att strålningsmängden som når detektorn i varje puls är den
önskvärda
Högre krav på bildkvalitet i enstaka bildrutor.
•Dos/puls till detektorn väljs med tanke på acceptabel brusnivå i bilderna
Presentationens namn
39
Genomlysning - angiografi
Genomlysning
Pulsad genomlysning
på
pulsad
av
tid
Angiografiska bilder efter
kontrastmedelsinjektion
DSA
Nativa bilder:
Konventionella
röntgenbilder av anatomiska
strukturer tillsammans med
kontrastmedelsfyllda kärl
Maskbild
Subtraherade bilder –
anatomiska strukturer
subtraheras bort, bilder
visar enbart
kontrastmedelsfyllda kärl
DSA före kontrastinj.
DSA efter kontrastinj.
En serie subtraherade stillbilder (1-5 b/s) under kontrastinjektionen
läggs samman till en översiktsbild av hela kärlträdet
Presentationens namn
43
Bildtagning
Bildserie
Bildtagning
på
av
tid
-i
Rotationsangiografi
Alt 1
Systemdes
ign
IQ / Dose
Alt 2
3D
3D –Acquisition
–Acquisition Modes
Modes
3D
3D –– DA
DA
3D
3D –– DSA
DSA
3D
3D –– B&D
B&D Fusion
Fusion
3D
3D –– CT
CT
Rotation: 180-240 grader, 25-50 gr/s
Angular segment
:
200°
Rotation speed
:
50°/s @ 2°/frame 30°/s @ 1°/frame
Acquisition Frame rate :
30 B/s
25°/s @ 250 Projections
20°/s @ 400 Projections
10°/s @ 600 Projections
