Fizika X-zraenja
ta bi trebalo da znamo:
Cev kako se proizvodi X-zraenje Ljudsko telo- kako X zraenje
interaguje sa tkivom Slika kako X-zraenje interaguje sa
filmom Procesiranje filma Ili slike
Definicija X-zraenja
Elektromagnetsko zraenje Ponaa se kao foton karakterisan talasnom
duinom i energijom Putuje pravolinijskom putanjom brzinom svetlosti Nema masu ni naelektrisanje pa se ne moe
usmeriti u magnetnom polju Energije u dijagnostici (20-150)kVp Pri interakciji sa materijom proizvode sekundarne i
tercijarne elektrone Jonizuju sve vrste materijala Uzrokuju bioloke efekte
Medicinska primena X-zraenja
Dobijanje radiografskog filma (klasina i interventna dijagnostika)
Dinamika radiografija-fluoroskopija Mamografija Tomografija Kompjuterska radiografija Kompjuterska tomografija
Visoki napon
Kolimatori
Ogledalo
Filter
Snop X zraenja Svetlosni snop
Broj elektrona zavisi od temperature vlakna Intenzitet snopa X-zraenja zavisi od
materijala anode (vee Z, vea temperatura, vei intenzitet snopa)
Z W=74, Ttopljenja= 3400 0C Struja elektrona koji udaraju u metu je reda
(100 500) mA Gubitak el.snage: P=UI=100x103[V]x500x10-3 [A]=50 kW (99 %
toplota)
Proizvodnja X-zraka
Vlakno/fokusPort
Kabl statora
Stator
Stakleni umetak
Truba
Ekspanzioni pojas
Katodni kraj (-) Meta Anodni kraj(+)
Zona snopa
Komponente Rtg cevi Katoda: uareno vlakno koje predstavlja izvor
elektrona koji se kreu u pravcu anode{ Vlakno od volframa
Anoda (stacionarna ili rotirajua): udarena snopom elektrona emizuje X-zrake
Metalno kuite cevi okrueno staklom(electroni putuju u vakuumu)
Zatitni oklop (zatita od rasejanog zraenja)
Proizvodnja X-zraka
Kada se pokrene rotor{ Naelektrie se
vlakno i izaziva termojonsku emisiju (e- oblak)
{ Zapoinje rotacija anode.
Elektroni na meti proizvode X-zraenje
Rotiranje anode
Ploa za fokusiranjeStruja
cevi
Vlakno
Zagrevanje mete e-udaraju u metu i stvaraju X zrake na
dva naina:{ Karakteristino X-zraenje na materijalu
mete (W), za napone cevi preko 70 kVp{ Bremsstrahlung (zakono) X-zraenje
nastaje usporavanjem elektronskog snopa na meti < 70 kVp 100% zz > 70 kVp 85% zz
Savremene katode imaju 2 vlakna dugako : vea struja/manja rezolucija kratko : nia struja/vea rezolucija
Kulonova interakcija divergira elektronski snop na putu ka anodi Manjak elektrona koji e proizvesti X-zrak Koristi se vea povrina Raste veliina fokus slabija rezolucija slike
Krucijalno je fokusiranje elektrona
Struktura katode (I)
Anoda
{ Materijal : volfram, renijum, molibden, grafit{ Fokalna taka(fokus): povrina anode u koju
udaraju elektroni{ Brzina rotacije: (3000-12000)obrtaja u minuti{ Debljina mase i materijala (zapremina)
toplotni kapacitet Termalne karakteristike anode
{ Vreme zagrevanja{ Kriva vremena zagrevanja{ Kriva vremena hlaenja
MANJI UGAO MANJI UGAO BOLJA REZOLUCIJABOLJA REZOLUCIJA
Ugao anode
Ugao
irina upadnogSnopa elektrona
Veliina fokuskoju vidi film
Stvarna veliinafokusa
Film
Ugao
irina upadnognopa elektrona
Veliina fokusaKoju vidi film
Stvarna veliinafokusa
Film
Hil efekat anode Ugao anode od 7 do 20 indukuje razliku u
profilu polja levo i desno od ose snopa Veliina uticaja zavisi od :
{ Ugla anode{ Veliine filma{ Rastojanja fokus-film
Starenje anode pojaava hil efekat Hil efekat moe da bude pozitivan (kod
mamografije, snimanja torokalne kime..)
Veliina fokusa i geometrija slike
Vei fokus nejasna slika Poboljanje otrine slike smanjenjem veliine
fokusa
Veliina fokusa u mamografiji 0.4 cm Mali fokus smanjuje radijacioni izlaz cevi
(potrebna dua ekspozicija)
Vei fokus kraa ekspozicija
Vei fokus za organe koji se pomeraju
Toplotni kapacitet Procedura generisanja toplote zavisi od:
{ kV , struje cevi (mA) i duine ekspozicije{ Talasnog oblika napona{ Broja ekspozicija napravljenih u nizu
Heat Unit (HU) [joule] :Jedinice napona x jedinica struje x jedinica
vremena = [kV] x [mA] x[s] Tip cevi:
{ 1 fazna jedinica (zabranjena) HU = kV x mA x s{ 3 fazna jedinica, 6 pulse : HU = 1.35 kV x mA x s{ 3 fazna jedinica, 12 pulse: HU = 1.41 kV x mA x s
0.01 0.05 0.1 0.5 1.0 5.0 10.0
700
600
500
400
300
200
100
50 kVp
70 kVp90 kVp120 kVp
Neprihvatljivo
X-cev A1 polutalas 3000 obrtaja/minuti
1.0 mm efektivni fokus
Prihvatljivo
Vreme ekspozicije (s)
S
t
r
u
j
a
c
e
v
i
(
m
A
)
Karta jaine anode
0.01 0.05 0.1 0.5 1.0 5.0 10.0
700
600
500
400
300
200
100
50 kVp
70 kVp90 kVp125 kVp
Prihvatljivo
Cev B3 fazna jedinica (3 puna talasa)
10.000 obrtaja u minuti1.0 mm efektivni fokus
Vreme ekspozicije (s)
S
t
r
u
j
a
c
e
v
i
(
m
A
)
Karta jaine anode
Neprihvatljivo
Talasni oblik izlaza generatora
Konvencionalni generatori{ Jednofazni 1- 1-pulsni (zubni i mobilni sistemi){ jedno 2-pulsni (duplo pojaanje ){ Tro- 6-pulsni{ tro 12-pulsni
Generatori konstantnog potebcijala (CP) HF generatori (koriste DC opere da
konvertuju 50 Hz u kHz opseg- tehnologija pretvaraa
100%
13%
4%
Linijski napon
Jedna faza 2-impulsa
Tri faze 6-impulsa
Tri faze 12-impulsa
0.02 s
Jedna faza jedan impuls
0.01 s
kV (%)
Talasni oblik cevi
Zraenje emitovano iz cevi
Primarno zraenje : pre interakcije fotona Rasejano zraenje : posle najmanje jedne
interakcije Curenje zraenja : zraenje koje nije
apsorbovao tit (kuite)cevi Transmitovano zraenje : ono koje stie posle
prolaska kroz materiju Protivrasejavajua reetka
Doza zraenja na filmuD = k0 . Un . I . T
{ U : napon pika (kV){ I : struja cevi (mA){ T : vreme ekspozicije (ms){ n : konstanta u opsegu od 3 za150 kV
do 5 za 50 kV
Naponski broj generatora
Treba da je to manji
r = [(U - Umin)/U] x 100%
Karakteristike generatota X-zraenja
Veliina fokusa
Radiografija Mamografija TerapijaManje od 1 mm (0,1-0,3)mm (2-3) mm
Ugao mete
StrujaNapon
Vreme
HVLAnodaFilterPort
(100-500) mA
(40-150) kVp (25-28) kVp
Dugaka ekspozicija (1-60) minuta1 ms 10 s
W Mo, Rh WAl Mo, Rh
Staklo ili Al Be
Faktori koji utiu na spektar X-zraenja
Napon cevi{ kVp vrednost
talasni oblik napona cevi
Materijal anode{ W, Mo, Rh etc.
Filtracija inherent + dodatna
10 15 20 25 30
15
10
5
Energija (keV)
B
r
o
j
f
o
t
o
n
a
(
n
o
r
m
a
l
i
z
o
v
a
n
a
r
b
i
t
r
a
r
n
o
)
Spektar X-zraenja 30 kV cevi sa Mometom i 0.03 mm Mo filter
Spektar X-zraenja
Spektar karakteristinog X-zraenja zavisi od materijala mete
META
Molibden
Volfram
Olovo
Filtracija cevi Inherentna filtracija (uvek postoji)
{ smanjuje ulaznu (konu) dozu na pacijentu(cut off za niske energije X-zraenja koje su um za sliku)
Dodatna filtracija (uklonjifvi filter){ Dslje smanjenje doze bez gubitka kvaliteta slike
Ukupna filtracija (inherent + dodatna Mora biti > 2.5 mm Al za > 110 kV generator Merenje filtracije merenjem HVL
Rasejano zraenje Uticaj na kvalitete slike
{ Poveava nejasnou{ Gubitak kontrasta
Uticaj na pacijentne doze{ Poveava povrinsku i dubinsku dozu
Mohua redukcija : upotreba reetke ogranienje polja ogranienje zapremine koja se ozrauje (npr. Kompresija dojke u mamografiji)
Izvor X-zraenja
OlovoRasejani X-zraci
Korisni X-zrakFilm i kaseta
Pacijent
Antirasejavajua reetka
Automatska kontrola ekspozicije
Optimalni izbor tehnikih parametara u cilju izbegavanja ponovljenih ekspozicija (kV, mA)
Detektor zraenja iza ili ispred kasete sa filmom
Expozicija se prekida kada se integrira podeena vrednost doze
Kompenzacija kVp za debljinu detektora
Interakcija zraenja sa materijom (5 vrsta interakcije)
Fotoelektrini efekat (dijagnostika radiologija)
Komptonovo nekoherentno rasejanje (dijagnostika radiologija)
Koherentno rasejanje (nema znaaja za medicinsku primenu)
Proizvodnja parova (terapija) Fotodisintegrcija (terapija)
Spektar X-zraenja sa filtracijom
Maksimalna energija fotona zakonog zraenja{ Kinetika energija upadnog elektrona
U spektru X-zraenja radioloke instalacije:{ Max (energija) = pik napon cevi, kVp
BremsstrahlungE
keV50 100 150 200
Bremsstrahlung posle filtriranja
keV
LL
KK
MMNNOOPP
energija(eV)
65432
0
- 20- 70- 590- 2800- 11000
- 695100 10 20 30 40 50 60 70 80
100
80
60
40
20
LL L
K1
K2
K2
K1
(keV)
Spektralna raspodela karakteristinog X-zraenja
Karakteristino X-zraenje
Jonizacijom se izbacuje elektron iz omotaa (obino iz K ljuske, ali je mogue i iz L,M..)
e- iz L ili M ljuske upada u upljinu nastalu u K ljusci
Energetska razlika se emituje kao foton karakteristian za atom
Interakcija zraenja sa tkivom
Energija fotona [keV]
Energija 10 keV 30 keV 1 MeV 100 MeV
Fotoelektrinaapsorpcija
93 % 39 %
Koherentno iNekoherentnorasejanje
7 % 12 %49 %
99 % 16 %
Proizvodnjaparova
84 %
SASTAVTkivo
Meko tkivo
DojkeMozakKosti
PluaMiiiKoa
Gustina
Energija fotona [keV]
OlovoKoa
Jod
MastMiii
Parametri ekspozicije:
kVp pik napona cevi mA struja cevi s trajanje ekspozicije u sekundama mAs proizvod mA i s
Parametre ekspozicije postavlja RTg tehniar
Film1. Fotografski film ima nekoliko slojeva:{ superomota zatitni omota{ emulzija osetljiva na svetlost i jonizujue
zraenje (granule srebro-oksida){ baza plastika
2. Formiranje slike Latentna slika nevidljiva slika dobijena ozraivanjem filma Prava slika dobijena razvijanjem filma
Ekran za intenziviranje
Lociran u kaseti u koju se stavlja film Ekran sadri fluorescentni fosfor koji emituje
fluorescencije kada se izloi X-zraenju Namena: ekran pojaava X-zrak koji upada
na film pa je potrebno manje mAs da se slika proizvede
Mana: gube se neki detalji slike
Razvijanje filma
Pravo razvijanje ili digitalna slika Procesni pritup (automatski){ Razvija konvertuje latentnu sliku u
pravu (22 s){ Fiksir acetatna kiselina{ Ispiranje voda uklanja preostale
hemikalije{ Suenje uduvavanje toplog vazduha u
automatski razvija slike
Svrha korienja kontrasnog medijuma
Da uini vidljivim meka tkiva normalno transparentna na Rtg snimku
Da istakne odreeni organ Pobolja kvalitet slike Najee korieni{ Barium : abdomenalni delovi{ Iod : urografija, angiografija, etc.
X- apsorpcione karakteristike joda, barijuma i mekog tkiva
100
20 30 40 50 60 70 80 90 100
10
1
0.1
IodineIodine
(keV)
X
-
R
a
y
A
T
T
E
N
U
A
T
I
O
N
C
O
E
F
F
I
C
I
E
N
T
(
c
m
2
g
-
1
)
Barium
BariumSoft Tissue
Soft Tissue
Doprinos vrsta interakcije na ukupno slabljenje snopa zraenja u vodi (mekom tkivu)
20 40 60 80 100 120 140
10
1.0
0.1
0.01
Total
Komptonovo +koherentno
Fotoelektrini efekat(keV)
X
-
R
a
y
A
T
T
E
N
U
A
T
I
O
N
C
O
E
F
F
I
C
I
E
N
T
(
c
m
2
g
-
1
)
Doprinos vrsta interakcije na ukupno slabljenje snopa zraenja u kostima
20 40 60 80 100 120 140
10
1.0
0.1
0.01
Total
Compton + CoherentPhotoelectric
(keV)
X
-
R
a
y
A
T
T
E
N
U
A
T
I
O
N
C
O
E
F
F
I
C
I
E
N
T
(
c
m
2
g
-
1
)
Fizika X-zraenjata bi trebalo da znamo:Definicija X-zraenjaMedicinska primena X-zraenjaProizvodnja X-zrakaKomponente Rtg ceviProizvodnja X-zrakaZagrevanje meteStruktura katode (I)AnodaUgao anodeHil efekat anodeVeliina fokusa i geometrija slikeToplotni kapacitet Karta jaine anodeKarta jaine anode Doza zraenja na filmuNaponski broj generatoraKarakteristike generatota X-zraenjaSpektar X-zraenjaAutomatska kontrola ekspozicijeInterakcija zraenja sa materijom (5 vrsta interakcije)Interakcija zraenja sa tkivomParametri ekspozicije:FilmEkran za intenziviranje Razvijanje filmaSvrha korienja kontrasnog medijumaX- apsorpcione karakteristike joda, barijuma i mekog tkivaDoprinos vrsta interakcije na ukupno slabljenje snopa zraenja u vodi (mekom tkivu)Doprinos vrsta interakcije na ukupno slabljenje snopa zraenja u kostima