Rentgenografia klasyczna
Do rentgenografii klasycznej wykorzystuje się promienie X. Promienie te są falą elektromagnetyczną o długościach zawartej między promieniowaniem gamma, a promieniami ultrafioletowymi (zakres promieni X 1-10nm). Stosunkowo duża energia tego promieniowania powoduje, że jest ono bardzo przenikliwe. Dzięki tej właściwości w/w promieni znalazły one zastosowanie w metodach obrazowania w medycynie. Fale elektromagnetyczne ulegają wielu zjawiskom i przekształceniom podczas przechodzenia przez różne substancje. Pierwiastki wchodzące w skład ciała ludzkiego również oddziałują z wysokoenergetycznym promieniowaniem rentgenowskim. Energie fal rentgenowskich stosowanych w medycynie nie osiągają tak dużych wartości, żeby zachodziły zjawiska tworzenia par lub rozpadu jąder atomów, ale zjawisko Comptona, zjawisko fotoelektryczne zachodzą. To oddziaływanie promieniowania rentgenowskiego z materią powoduje powstawanie różnych artefaktów w powstawaniu obrazu. Dlatego też stosuje się wiele urządzeń i technik, które zapobiegają zjawisku rozproszenia wiązki promieniowania powstałej w lampie rentgenowskiej. Promieniowanie rentgenowskie rozproszone ma dużo mniejszą energię, ponieważ część swojej początkowej energii oddają elektronom w materii, przez którą przechodzą. Zależy nam na tym, aby wiązka promieniowania miała określoną energię i kierunek oraz aby wiązki składowe były jak najbardziej równoległe względem siebie. W tym celu stosujemy też kratkę przeciwrozproszeniową, która umieszczona jest między kliszą a pacjentem. Zbudowana jest ona z pionowo ustawionych płytek ołowianych poprzedzielanych od siebie przestrzeniami, przez które przechodzą promienie, które po przejściu przez ciało pacjenta nie uległy znacznemu rozproszeniu i zmianie kierunku ruchu. Te rozproszone promienie - jak już wcześniej napisałem - mają mniejszą energię i nieodpowiedni kierunek rozchodzenia się. Niskoenergetyczne (czyli długie) fale są dużo bardziej szkodliwe dla pacjenta, ponieważ zostają one zatrzymane przez skórę i tam robią duże spustoszenie jonizując tkanki. Dawniej zdarzały się znacznie częściej popromienne uszkodzenia skóry, ale aktualnie jest to dosyć rzadkie. Drugą ważną rzeczą odnośnie szkodliwości promieniowania dla pacjenta jest chronienie go, przed promieniowaniem, które po przejściu przez kliszę fotograficzną dochodzi do podłogi i innych elementów i ulega rozproszeniu. Te późno rozproszone fale również działają szkodliwie na tkanki pacjenta. Możemy temu zapobiec instalując ekran ołowiany za kliszą, lub ubierając pacjenta w fartuch w przypadku, gdy musi mieć prześwietloną tylko rękę, zęba bądź głowę.
Lampa rentgenowska składa się z komory próżniowej, w której znajdują się katoda wolframowa w obiegu niskonapięciowym oraz anody w obiegu wysokonapięciowym. Katoda rozgrzewa się do temperatury 2200 stopni i wtedy uwalniane są z jej powierzchni wolne elektrony. Elektrony te pod wpływem prądu o bardzo dużym napięciu (tzw. Napięciu anodowym) nabierają dużej energii kinetycznej. Rozpędzone elektrony uderzają o anodę i zatrzymanie ich powoduje wyemitowanie fali elektromagnetycznej - czyli promieni X. Duża energia z jaką uderzają elektrony w anodę powodują, że dosyć szybko ulegała ona przegrzaniu i zniszczeniu. Dlatego też w aktualnie funkcjonujących lampach rentgenowskich stosuje się wirujące anody, które ułatwiają odprowadzanie ciepła oraz zmniejszają prawdopodobieństwo bombardowania elektronami tego samego miejsca na anodzie. Do odprowadzania ciepła służy również olej w kołpaku. Olej ten pochłania również szkodliwe promieniowanie miękkie powstałe w lampie. Na pulpicie sterowniczym aparatu rentgenowskiego możemy modyfikować twardość promieniowania (napięciem i natężeniem anodowym) oraz czas naświetlania. Twarde promieniowanie (powyżej 100kV napięcia anodowego) to takie, które posiada dużą energię i jest bardziej przenikliwe. Miękkie ma mniejszą energie i mniejszą przenikliwość. Teoretycznie chętniej stosujemy promienie o większej energii, ponieważ są one mniej szkodliwe dla organizmu, ale ich wadą jest to, ze jedynie kości je zatrzymują. W celu uwidocznienia patologii w tkankach miękkich stosujemy miękkie promienie X. Przykładowo w mammografii stosujemy napięcie anodowe 40kV.
Wydajność lampy rentgenowskiej jest niewielka, bo tylko 1% promieniowania wytwarzanego przez tą lampę to interesujące nas promienie X. Reszta energii tracona jest w postaci ciepła.
Obraz otrzymywany w rentgenografii klasycznej uzyskuje się w wyniku przejścia promieni rentgenowskich przez ciało pacjenta i jego częściowej absorpcji. To ile promieni przejdzie przez jaką tkankę zależy od współczynnika absorpcji. Natomiast współczynnik absorpcji zależy od liczb atomowych pierwiastków wchodzących w skład danej tkanki. Tkanki miękki składają się z pierwiastków o liczbach atomowych w okolicach 5. Tkanka kostna z kolei składa się głownie z wapnia, który ma stosunkowo dużą liczbę atomową i co za tym idzie większy współczynnik absorpcji.
Zamianę promieni X na obraz fotograficzny otrzymujemy dzięki zjawisku fotochemicznemu, w którym to pod wpływem promieniowania świetlnego lub promieni X sole srebra rozkładają się i srebro metaliczne osadza się na kliszy. Promienie X przechodząc przez ciało pacjenta ulegają kilku zjawiskom fizycznym. W wyniku tych zjawisk promieniowanie ulega absorpcji i rozproszeniu Te dwa zjawiska mają największy wpływ na jakość obrazu. W wyniku rozproszenia powstaje obraz nieostry i o małej rozdzielczości. Natomiast w wyniku absorpcji większość promieniowania zatrzymywanych jest przez ciało i zmniejszają nasycenie obrazu. W celu zmniejszenia tych różnych artefaktów w wykonaniu stosuje się różnego rodzaju elementy zapobiegające tym artefaktom. Wspominałem już wcześniej o kratce przeciwrozproszeniowej, która wychwytuje promienie rozproszone. Natomiast w celu zwiększenia nasycenia obrazu i wzmocnienia efektu fotochemicznego stosuje się błony wzmacniające. Są one pokryte ziarnami soli ziem rzadkich wykazujące zjawisko luminescencji. Sole te wzbudzone promieniowaniem rentgenowskim świecą światłem widzialnym, które następnie naświetla klisze fotograficzną (97% obrazu powstaje w wyniku działanie światła widzialnego, a 3% w wyniku promieniowania rentgenowskiego). Błony wzmacniające przylegają ściśle do kliszy. Ich dużą zaletą jest to, że pozwalają na zmniejszenie dawki promieniowania jaką ma przyjąć pacjent. Natomiast zmniejszają one ostrość obrazu otrzymywanego na kliszy. Jednak zaleta przewyższa wadę i dlatego są one powszechnie stosowane.
Dawka promieniowania kumuluje się i jest określona roczna dawka dopuszczalna. W Polsce ta norma wynosi 5mSv rocznie bez źródeł medycznych. Należy pamiętać, że każdorazowe badanie rentgenowskie powoduje skumulowanie praktycznie dawki dopuszczalnej dla ludzi nie diagnozowanych. Przykładowo zdjęcie kręgosłupa lędźwiowego to 4,3mSv, a wlew doodbytniczy to aż 23mSv. Dobrze jest więc wykonywać zdjęcia rentgenowskie tylko z konieczności, bądź w profilaktyce.