Kolegium Karkonoskie w Jeleniej Górze

Wydział Przyrodniczy kierunek pielęgniarstwo
rok akademicki 2009/2010

Radiologia
Wykładowca : mgr P. Posłuszny

Promieniowanie rentgenowskie

Opracowała: Aleksandra Kowalska grupa D

Promieniowanie rentgenowskie

Promieniowanie rentgenowskie (w wielu krajach nazywane promieniowaniem X lub promieniami X) - rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, którego długość fali mieści się w zakresie od 10 pm do 10 nm. Zakres promieniowania rentgenowskiego znajduje się pomiędzy ultrafioletem i promieniowaniem gamma. Znanym skrótem nazwy jest promieniowanie rtg.

Zakresy promieniowania rentgenowskiego

• twarde promieniowanie rentgenowskie - długość fali od 5 pm do 100 pm

• miękkie promieniowanie rentgenowskie - długość fali od 0,1 nm do 10 nm

Źródła promieniowania

Promieniowanie rentgenowskie uzyskuje się w praktyce (np. w lampie rentgenowskiej) poprzez wyhamowywanie rozpędzonych elektronów na materiale o dużej (powyżej 20) liczbie atomowej (promieniowanie hamowania), efektem czego jest powstanie promieniowania o charakterystyce ciągłej, na którym widoczne są również piki pochodzące od promieniowania charakterystycznego anody (rozpędzone elektrony wybijają elektrony z atomów anody). Luki po wybitych elektronach na dolnych powłokach elektronowych pozostają puste do czasu, aż zapełnią je elektrony z wyższej powłoki. Elektron przechodząc z wyższego stanu emituje kwant promieniowania rentgenowskiego - następuje emisja charakterystycznego promieniowania X. Promieniowanie X powstaje także w wyniku wychwytu elektronu, tj. gdy jądro przechwytuje elektron znajdujący się na powłoce K, w wyniku czego powstaje wolne miejsce, na które spadają elektrony z wyższych powłok i następuje emisja kwantu X. Przykładem źródła promieniowania X działającego w oparciu o wychwyt elektronu jest ⁵⁵Fe, emitujące 80% kwantów o energii ok. 5,9 keV (linia K_α) oraz 20% o energii 6,2 keV (linia K_β).

Lampa rentgenowska

Schemat lampy kolizyjnej
K: żarzona katoda
A: anoda
W_in i W_out: wlot i wylot cieczy (C) chłodzącej anodę

Lampa rentgenowska - sztuczne źródło promieniowania rentgenowskiego, bańka próżniowa posiadająca zatopione elektrody: anodę i katodę w postaci wolframowej spirali (w tzw. jonowej lampie rentgenowskiej bańka wypełniona jest gazem pod ciśnieniem rzędu 10^-3 Tr). Wysokie napięcie przyłożone do elektrod przyspiesza dodatnie jony (jonowa lampa rentgenowska) lub elektrony - które odrywają się z katody (elektronowa lampa rentgenowska), cząstki te bombardując elektrodę (odpowiednio: katodę - jonowa lampa rentgenowska lub anodę - elektronowa lampa rentgenowska) emitują promieniowanie hamowania, będące strumieniem kwantów promieniowania X o ciągłym widmie energetycznym.

Promieniowanie hamowania powstaje w wyniku oddziaływania cząstki z polami elektrostatycznymi jąder i elektronów w materii, z której wykonana jest anoda. Elektrony zderzając się z anodą są w niej hamowane, co powoduje powstawanie promieniowania X. Jednak 99% energii elektronów jest zamieniane w ciepło - stąd konieczność chłodzenia lampy. Chłodzenie zapewnia ciecz chłodząca lub wirująca anoda.

Anoda stała wykonana jest z płytki wolframowej wtopionej w blok miedziany. Wewnątrz tego bloku przepływa woda chłodząca. Anoda wirująca ma postać wolframowego talerzyka, którego oś obrotu napędza silnik elektryczny. Wirnik silnika znajduje się wewnątrz bańki lampy, uzwojenie stojana na zewnątrz. Dzięki wirowaniu dyskowej anody strumień elektronów pada na coraz to inny jej punkt, co zapobiega nadmiernemu nagrzewaniu się anody. Zdarzają się przypadki awarii silnika napędzającego i wtedy w bardzo krótkim czasie dochodzi do wytopienia się anody i nieodwracalnego uszkodzenia lampy.

Historia

Do najważniejszych badaczy promieni rentgenowskich należeli William Crookes, Johann Wilhelm Hittorf, Eugen Goldstein, Heinrich Hertz, Philipp Lenard, Hermann von Helmholtz, Thomas Edison, Nikola Tesla, Charles Barkla, oraz Wilhelm Conrad Roentgen.
8 listopada 1895 roku niemiecki naukowiec Wilhelm Röntgen rozpoczął obserwacje promieni katodowych podczas eksperymentów z lampami próżniowymi. 28 grudnia 1895 roku opublikował on wyniki swoich badań w czasopiśmie Würzburgskiego Towarzystwa Fizyczno-Medycznego. Było to pierwsze publiczne ogłoszenie istnienia promieni rentgenowskich, dla których Roentgen zaproponował nazwę promieni X, obowiązującą do chwili obecnej w większości krajów (m.in. w krajach anglosaskich). Potem wielu naukowców zaczęło je określać jako promienie rentgena (nazwa obowiązująca m.in. w Polsce i w Niemczech). Za odkrycie promieni X Roentgen otrzymał pierwszą nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1901 roku.

Promieniowanie i medycyna

Zdjęcie rentgenowskie dłoni żony Roentgena wykonane przez niego w 1896

Promieniowanie rentgenowskie jest wykorzystywane do uzyskiwania zdjęć rentgenowskich, które pozwalają m.in. na diagnostykę złamań kości i chorób płuc oraz do rentgenowskiej tomografii komputerowej. Naświetlanie promieniami rentgenowskimi zabija komórki nowotworowe, co wykorzystuje się w radioterapii. Przyjęcie dużej dawki promieniowania może powodować oparzenia i chorobę popromienną.

Zastosowanie

Diagnostyka obrazowa wykorzystuje różne rodzaje fal do uwidaczniania wnętrza ciała ludzkiego. Promienie rentgenowskie czy fale ultradźwiękowe umożliwiają ocenę wielkości, kształtu, struktury wewnętrznej i czynności różnych narządów, co znacznie rozszerza możliwości rozpoznawania i różnicowania skutków urazów i wielu chorób. Do najczęściej wykonywanych badań należą zdjęcia rentgenowskie narządów klatki piersiowej i układu kostnego. Zetknął się z nimi bezpośrednio prawie każdy z nas.
Podstawą wniosków rozpoznawczych są różnice pochłaniania promieni X przez elementy szkieletu, wypełnione powietrzem płuca i części miękkie, jak mięśnie czy narządy miąższowe. Emulsja fotograficzna błony ulega silnemu zaczernieniu w miejscach, gdzie dotarło więcej promieni (płuca), natomiast jaśniejsze obszary odpowiadają tym częściom ciała, które pochłonęły większość promieni lub je rozproszyły, np. kości. Tkanki miękkie widać w różnych odcieniach szarości. Uzyskany na błonie rentgenowskiej obraz nazywamy analogowym.
Konwencjonalny, analogowy zapis obrazu radiologicznego ma wiele zalet, wśród nich najważniejsze wydają się niski koszt badania oraz duża zdolność rozdzielcza, dzięki której można rozpoznawać niewielkie ogniska patologiczne, nawet o średnicy około 3 mm. Zasadnicze wady przedstawionego systemu to: brak możliwości różnicowania tkanek miękkich, np. tkanki tłuszczowej czy mięśniowej oraz wykrywania nieprawidłowych zbiorników płynu (obrzęki, torbiele, ropnie), a ponadto zużywanie dużych ilości srebra do produkcji emulsji światłoczułych, jak również zagrożenie środowiska w związku z procesami wywoływania i utrwalania błon rentgenowskich. Pewną trudność sprawia też szybkie przekazywanie wyników badań na odległość oraz rezerwowanie dużych powierzchni na archiwa. Właśnie dlatego w drugiej połowie lat sześćdziesiątych, wykorzystując postępy w dziedzinie elektroniki, informatyki i cyfrowej techniki obliczeniowej zaczęto poszukiwać innych, bardziej efektywnych systemów rejestracji obrazu radiologicznego.
W radiografii cyfrowej zmiany natężenia promieniowania po przejściu przez ciało pacjenta rejestrowane są przez układ detektorów. Uzyskane dane zostają zapisane w postaci cyfrowej w matrycy układu pamięciowego komputera, która jest płytą podzieloną na wiele małych kwadratów zwanych pikselami. Zapis cyfrowy może być wtórnie przedstawiony na błonie rentgenowskiej, jeśli wartości liczbowej każdego piksela przypiszemy odpowiedni stopień szarości. Okazało się, że przedstawione rozwiązanie nie tylko znacznie rozszerzyło możliwości rozpoznawcze, ale również usprawniło działalność zakładów radiologii. Radiografia cyfrowa z możliwością przetwarzania obrazu stała się między innymi podstawą rozwoju tomografii komputerowej i cyfrowej angiografii subtrakcyjnej

Badania obrazowe

Badania rentgenowskie (RTG)

Płuca

Do badań obrazowych zalicza się badania rentgenowskie. Jest to główna metoda wykrywania pierwotnych i wtórnych nowotworów płuc, nowotworów śródpiersia i chłoniaków. Jest to tylko wstępne badanie. W przypadku wykrycia podejrzanej zmiany przeprowadza się bardziej precyzyjne badania, np. tomografię komputerową.

Radiogram klatki piersiowej wykonywany jest z podaniem do przełyku środka cieniującego. Zmiany nowotworowe w takim badaniu mogą się objawiać widocznymi okrągłymi cieniami na powierzchni płuc, zaburzeniami napowietrzania płuc (rozedma bądź niedodma), zmianami w zarysie wnęki bądź śródpiersia, lub też widocznymi zaciekami w miąższu płucnym.

Nie należy jednak podejmować żadnych decyzji terapeutycznych na podstawie badania rentgenowskiego, gdyż bardzo często daje ono niepełne informacje na temat zaawansowania zmian i ich typu. Konieczne jest uzupełnienie badań o tomografię komputerową lub też badania endoskopowe (bronchoskopia, mediastinoskopia, wideotrakoskopia, ezofagoskopia).

Kości

Gdy objawy u pacjenta wskazują na zmiany nowotworowe w kościach, konieczne jest zrobienie ich radiogramu. W tym przypadku należy jednak pamiętać, że bardzo często objawy kliniczne wyprzedzają znacznie fakt pojawienia się rozpoznawalnych zmian radiologicznych.
W kościach stosunkowo rzadko pojawiają się zmiany nowotworowe pierwotne, znacznie częściej obserwowane są przerzuty. Mogą one mieć charakter osteolityczny (ubytek tkanki kostnej), osteoblastyczny (narośle) bądź też mieszany. Rozpoznanie typu zmian często jest utrudnione przez efekty osteoporozy.
Dobrze rozpoznawane tą metodą są zmiany kostne w przypadku szpiczaka, raka gruczołu krokowego oraz w niektórych nowotworach pierwotnych kości.
W niektórych przypadkach badanie rentgenowskie kości należy uzupełnić bardziej czułym badaniem scyntygraficznym.

Przewód pokarmowy

Badania radiologiczne są nadal głównym elementem diagnostyki nowotworów przewodu pokarmowego. Do badań przełyku, żołądka i jelita grubego stosuje się metodę podwójnego kontrastu (baryt i powietrze). Metoda ta nie wykrywa jednak mniej zaawansowanych zmian. Dlatego też pełne wyniki uzyskuje się, stosując połączenie radiogramu z badaniami endoskopowymi (ezofagoskopia, gastroskopia, rektoskopia, kolonoskopia). Nie tylko wykrywają one drobniejsze zmiany, ale podczas takiego badania można również precyzyjnie pobrać materiał do badania histologicznego.

Piersi

Mammografia jest podstawową metoda, diagnostyki zmian w obrębie gruczołu sutkowego. Stanowi główne badanie przesiewowe. Jej czułość wynosi ponad 90%. Ważne jest, by zabieg ten wykonywać w specjalistycznych gabinetach wyposażonych w sprawny sprzęt oraz z wykwalifikowanym personelem współpracującym - patologiem i chirurgiem-onkologiem. Aparatura mammograficzna musi spełniać wszelkie normy bezpieczeństwa, jeśli chodzi o narażenie badanych na działanie promieniowania.
Badanie to przeprowadzane co 12 miesięcy u kobiet powyżej 50. roku życia pozwala na zmniejszenie ryzyka zgonu z powodu raka sutka o ok. 30%.
Jest to również niezbędne badanie w przypadku stwierdzenia podejrzanych zmian w obrębie sutków. Może być ono również wykonywane podczas badania u chorych przebiegu chemioterapii lub hormonoterapii.

Środki cieniujące stosowane w badaniach promieniami Roentgena

Wkrótce po odkryciu przez Roentgena promieni X i wykazaniu różnicy w ich prze­nikaniu przez tkanki miękkie i kości, zwró­cono uwagę na możliwość zastosowania ich w diagnostyce. Równocześnie rozpoczęto intensywne poszukiwania środków cieniu­jących zwanych też kontrastowymi przez które promienie Roentgena nie przenikają lub przenikają w ograniczonym stopniu. Wszystkie aktualnie stosowane w rentgeno- diagnostyce środki cieniujące, z wyjątkiem siarczanu baru, są organicznymi związkami jodu.

Promienie Roentgena mogą być użyte w diagnostyce, przy uwzględnieniu techniki wykonywania zabiegu, w trojaki sposób:
-bez zastosowania środka cieniującego;
-przy użyciu tzw. ujemnych środków cieniujących (powietrze, azot, tlen itp-);
-przy użyciu dodatnich, czyli właści­wych środków cieniujących.

Umiejętne wykorzystanie wymienionych technik badania umożliwia rozpoznanie nie tylko zmian morfologicznych, ale również czynnościowych.

Środki cieniujące nie zawierające jodu

Siarczan baru jest jednym z najstarszych i w dalszym ciągu powszechnie używanym środkiem cieniującym. Jest to biały, nieroz­puszczalny w wodzie proszek, pozbawiony smaku i zapachu. Stosuje się go do rentgeno- diagnostyki przewodu pokarmowego w po­staci zawiesiny sporządzonej bezpośrednio przed użyciem, w jednorazowej ilości do 200 g. Często dla poprawienia jego smaku dodaje się do siarczanu baru różne związki (cukier, kakao, olejki eteryczne), które po­nadto zwiększają trwałość zawiesiny.

Siarczan baru jako związek nierozpusz­czalny w wodzie (rozpuszczeniu ulega jedy­nie 3 mg/l), nie wchłania się z przewodu po­karmowego i jest całkowicie pozbawiony działania toksycznego. Inne sole baru (chlo­rek, siarczek, węglan - z którego w żołądku I powstaje chlorek) są w wodzie rozpuszczal- § ne, wchłaniają się z przewodu pokarmowe- I go i mogą powodować ciężkie zatrucia.

Jony baru są bowiem, w odróżnieniu od pozostałych wapniowców, bardzo toksyczne, i Kilka gramów rozpuszczalnych w wodzie so­lili baru może spowodować śmiertelne zatru­li cie. W leczeniu zatruć, poza środkami działającymi objawowo, stosuje się siarczan sodowy lub siarczan magnezowy, które z jonami baru tworzą nierozpuszczalne siarczany,
Jony baru mogą wywołać skurcz mięśni gładkich, mięśni szkieletowych oraz mięśnia sercowego. Innym, stosunkowo rzadkim powikłaniem występującym przy stosowa­niu siarczanu barowego jest wprowadzenie kontrastu do oskrzeli lub do jamy otrzewnej w przypadkach perforacji żołądka lub jelit. Dochodzi wówczas do otorbienia kontrastu, ale może też powstać konieczność interwen­cji chirurgicznej. Warto również wspo­mnieć, że użycie siarczanu barowego w dia­gnostyce chorób przewodu pokarmowego powoduje często długie zaleganie tego związku w fałdach błony śluzowej. Z tego wględu należy tak planować badania, aby najpierw wykonać badania angiograficzne, cholecystografię lub urografię (stosowane kontrasty wydalają się szybko), a dopiero potem badania przy użyciu siarczanu baro­wego.

Środki cieniujące zawierające jod

Jodowe środki cieniujące, zawierające jod wbudowany do różnych związków organicz­nych, są przeważnie rozpuszczalne w wo­dzie i w związku z tym są stosowane rów­nież parenteralnie. Mogą one powodować wiele objawów niepożądanych, z których najczęstsze to miejscowe reakcje alergiczne. Niezależnie od tego mogą spowodować uszkodzenie krwinek czerwonych (agluty­nacja, hemoliza) podwyższenie stężenia y- globulin, obniżenie stężenia albumin oraz a- i (3-globulin, a także obniżenie stężenia wapnia i magnezu we krwi. Po dożylnym, a zwłaszcza dotętniczym zastosowaniu tych środków mogą wystąpić zaburzenia pracy serca, obniżenie tętniczego ciśnienia krwi, skurcz oskrzeli, obrzęk krtani, drgawki, zatrzymanie oddechu i krążenia.

Podwyższone ryzyko pojawienia się dzia­łań niepożądanych występuje u pacjentów:
- u których wystąpiły powikłania po po­przednim podaniu środka cieniujące­go;
- chorych na astmę;
- z niewydolnością układu krążenia i uk­ładu oddechowego;
- z niewydolnością nerek;
- z niewydolnością wątroby;
- u dzieci do lat 10 oraz u pacjentów po­wyżej 65 lat.

W ostatnich latach wprowadzono do dia­gnostyki nową grupę tzw. niejonowych środków cieniujących, w których miejsce grupy karboksylowej zajmuje łańcuch ami­dowy. Są one lepiej rozpuszczalne w wodzie i znacznie rzadziej wywierają działania nie­pożądane. Wiąże się to przede wszystkim ze zmniejszeniem ich osmolarności, która ma decydujące znaczenie dla tolerancji środka cieniującego przez organizm.

Przeciwwskazania do stosowania jodo­wych środków cieniujących:
- u chorych z podwyższonym ryzykiem rozwinięcia się nadczynności tarczycy (np.wole
guzkowe) i już istniejącą nadczynnością, uczulenie na jod - mo­gą być stosowane jedynie ze
wskazań życiowych;
- ostry krwotok śródmózgowy, niewy­dolność nerek ze stężeniem kreatyniny we krwi >4,5
mg% stanowią bez­względne przeciwwskazanie.

Najnowsze środki cieniujące wolniej przenikają do przestrzeni pozanaczyniowej i z tego względu powodują wzmocnienie kontrastu w tomografii komputerowej.

Środki używane do cholecystografii i cholangiografii

Rentgenodiagnostyka pęcherzyka żółcio­wego (cholecystografia) oraz dróg żółcio­wych (cholangiografia) może być wykonana po doustnym lub dożylnym zastosowaniu środka cieniującego. W pierwszym wypad­ku wykonuje się trzy badania uzyskując rentgenogram przeglądowy, po podaniu środka cieniującego oraz po podaniu środka obkurczającego pęcherzyk żółciowy. Środki cieniujące tej grupy zastosowane zarówno doustnie, jak i parenteralnie są wydalane głównie przez wątrobę i ulegają zagęszcze­niu w pęcherzyku żółciowym. Optymalne zagęszczenie, w zależności od użytego środ­ka, występuje po 8-14 godz., a przy podaniu dożylnym po 15 min do 2 godz.

Środki używane do urografii i angiografii

Rentgenodiagnostykę dróg moczowych wykonuje się jako urografię zstępującą bądź znacznie rzadziej wstępującą, czyli pielogra- fię. W pierwszym przypadku środek cieniu­jący podaje się dożylnie, a w drugim cewni­kiem do miedniczki nerkowej lub moczo- wodu. Optymalne stężenie środka cieniują­cego w nerkach uzyskuje się po kilkunastu minutach od wstrzyknięcia. W badaniach angiograficznych środek cieniujący podaje się drogą bezpośredniego wstrzyknięcia donakłutej tętnicy lub żyły bądź za pomocą cewnika do tętnic odpowiednich narządów a zdjęcia rentgenowskie wykonuje się w trakcie podawania środka cieniującego. Najczęściej stosowanym preparatem jest uropolina (kwas amidotryzonowy). Z now­szych środków cieniujących używanych zwłaszcza do angiografii należy wymienić także niejonowe środki cieniujące: iopami- dol, ioheksol, iopromid, iotrolan (Isovist), ioversol (Optiray), iopentol ([Imagopaąue).

Środki używane do limfo- oraz mielo- i wen- trikulografii

Do limfografii stosuje się jodowane oleje (np. Lipiodol). Do mielografii, a także wen- trikulografii i cysternografii zaleca się now­sze środki cieniujące, takie jak: Dimer X, Duroliopaąue. Należy jednak podkreślić, że mielografia, a zwłaszcza wentrikulogra- fia, może powodować wiele poważnych po­wikłań.

Bibliografia:

Matthias Hofer - ”Podstawy radiologii klatki piersiowej”

Pruszyński Bogdan - ”Radiologia Diagnostyka obrazowa. RTG TK USG MR
i medycyna nuklearna”

Richard Nakielny, Stephen Chapman - ”Metody obrazowania radiologicznego”

David L. Waldman, Nikhil C. Patel, Wael E.A. Saad, - ”Sekrety radiologii interwencyjnej”

Bogdan Pruszyński, Bohdan Daniel - „Anatomia radiologiczna. RTG, TK, MR, USG, SC”

---