Röntgen fiziği 3 [ZK]

RÖNTGEN FİZİĞİ
Röntgende Görüntü
Oluşumu
Doç. Dr. Zafer KOÇ
Başkent Üniversitesi Tıp Fak
Röntgende Görüntü
Oluşumu
Görüntü kaydı ve röntgen filmi
Röntgen filminin
kalitesi,
saklanması,
taşınması
Görüntü kaydı
Röntgen görüntüsü, X-ışınlarının dokulardaki
tutulum farklılıklarının bir röntgen filminde
gösterilmesinden ibarettir
Röntgenogramlarda hastaya ait üç boyutlu
yapıların film üzerinde iki boyutlu bir izdüşümü
şeklinde (projeksiyon) görüntü oluşur
Filmde oluşan görüntüde obje yapılarının üst üste
gelmesine süperpozisyon denir
Bu nedenle bazı durumlarda görüntülerin
değerlendirilmesinde birbirine dik iki
projeksiyonda grafi alınması gerekebilir
Görüntü kaydı ve röntgen filmi
X-ışınlarının tanıda kullanılmasını sağlayan en
önemli özelliği penetrasyondur
Görüntüyü dokular arasındaki penetrasyon veya
absorbsiyon farkı oluşturur
Görüntü oluşturan x-ışınları hastayı geçer ve
güçlendirici ekrandan ışık salınmasına neden olur
Salınan ışık güçlendirici ekranlar arasına
yerleştirilmiş filmde pozlanmayı sağlar
Penetrasyon özelliği görüntü kaydında zorluk
yaratır
Bu nedenle x-ışını absorbsiyonu için görüntü
kaydedici sistemlerde yüksek atom numaralı
elementler kullanılır
GÖRÜNTÜ ALICILAR
X-ışını demetini izlenebilir görüntüye çeviren
ortama görüntü alıcı (imaj reseptör) denir
1. Röntgen filmi: x-ışını-gümüş halid kristalleri
etkileşimi söz konusudur
2. Floresan maddeler: Floroskopide floresan
ekranlar ve fluoroskopik görüntü
yükselticiler, radyografide kullanılan
ranforsatörlerde x-ışını görülebilir ışığa
çevrilir
3. BT’de X-ışını ile karşılaşan xenon içeren
dedektörlerde (iyonizasyon odaları), ve solid
state dedektörlerde elektrik sinyali oluşumu
söz konusudur
Fluoroskopik görüntü yükselticilerin yapısı
Fluoroskopik görüntü yükselticilerin yapısı
GÖRÜNTÜ ALICILAR
4. Selenyum plaklar: Kseroradyografide
5. Baryum halid kristalleri: Dijital luminesans
radyografide
6. Fosfor plaklar: Dijital röntgende (CR)
7. Flat panel dedektörler: Doğrudan dijital
röntgende, e- ve elektrik şarjı oluşturur
Sadece röntgen filmleri hem enerjiyi alır hem
de görüntüyü taşır
BT, MRG, US, Dijital röntgen ve RG gibi
dijital sistemlerde TV monitöründe görüntü
izlenir, özel kameralarla, lazer görüntüleme
sistemleri ile filme veya kağıda aktarılır
KASET
Kaset, içindeki ekran ve filmle birlikte kayıt
gerecidir
Radyografi işlemi sırasında filmin ışık almasını
önleyen ve ranforsatör-film temasını sağlayan
aletlerdir
Özel kilitli kapakları vardır
Röntgen tüpüne bakan ön yüzü düşük atom
numaralı ince ve sağlam bir maddeden yapılmıştır
(alüminyum veya karbon fiber)
Arka kapağı yüksek atom numaralı elementten
yapılmıştır. X-ışını geçişine izin vermez
Halasyon: Yüksek kVp değerlerinde arka
kapaktaki metalik yapılardan x-ışını yansıyarak
filmde görüntü oluşturmasıdır
KASET TABAKALARI
RANFORSATÖR (Screen, Ekran)
Röntgen görüntüleri film üzerine düşen xışınlarının
fotografik
emülsiyona
yaptıkları
etkilerle oluşmaktadır
X-ışınlarını saptamak ve anatomik yapıları
belirlemek için tek başına film kullanımı etkin
değildir
X-ışınlarının %1’den azı filmle etkileşerek latent
imaj oluşumuna katkıda bulunur
Bu nedenle görüntü oluşumu film-ranforsatör
kombinasyonu ile yapılır
Bu etkileşim dolaylıdır. Işınlar önce kaset
içindeki ranforsatör (yükseltici ekran) adı verilen
fluoresan madde içeren yapraklar üzerine düşer
RANFORSATÖR (Screen, Ekran)
Üzerine x-ışını düştüğünde görülebilir ışık yayan
maddelere genel olarak fosfor ismi verilir
Yükseltici ekran, üzerine düşen x-ışını enerjisini
görülebilir
ışığa
çevirir.
Ekran
yaprakları
kasetlerin iç yüzeylerine yapıştırılmıştır
Ürettiği görünür ışık filmi etkileyerek latent
görüntü oluşumuna katkı sağlar
Bu etkileşim (lüminesans) fazla miktarda ışık
fotonu oluşturur. Dolayısıyla;
Ekran gelen x-ışınını amplifiye eder (güçlendirir)
Yükseltici ekranın kesit görüntüsü: 4 temel tabakadan
oluşur.
Polyester bir taban üzerine homojen olarak sürümüş
fosfor (fluoresan madde) tabakadan oluşur
RANFORSATÖR (Screen, Ekran)
Ekranda oluşan görülebilir ışık şeklindeki
parlamalar
film
üzerine
düşerek
görüntü
oluşturur
Radyografi işleminde film üzerine düşen ışın
miktarı ile orantılı olarak filmde siyahlaşma
oluşur
Filmdeki kararmanın çok azı (%5) doğrudan xışını etkisiyle, büyük bölümü (%95) ise dolaylı
olarak bu ışıkla oluşur
Ekranlar gerekli mAs değerini düşürerek
hastanın aldığı dozu yaklaşık 50-100 kat
azaltırlar
RANFORSATÖR (Screen, Ekran)
Kısalan ekspojur zamanı tüpün yükünü azaltır ve
hareketten kaynaklanan kenar bulanıklığını engeller
Buna karşın ekran kullanımı ile uzaysal çözümleme
düşer
Ekranlar üzerine düşen x-ışınını önce soğurur, daha
sonra ışığa çevirir. Soğurulma etkinliği (quantum
tutma etkinliği) bir ekranın soğurma yüzdesidir ve
max değeri %30 dur (x-ışını %30’u ekranla etkileşir)
Bu değer ekran kalınlığı ile artar. Ancak kalınlığın
artması ışığın katedeceği mesafenin de artmasına,
dolayısıyla dağılmasına neden olur. Işığın bu şekilde
dağılması görüntüde bulanıklığa neden olur görüntü
netliğini azaltır
Ekran kalınlığın artması uzaysal rezolüsyonun azalmasına
neden olur. Ekran hızı artar, hasta dozu azalır.
Kristal boyutunun artması uzaysal rezolüsyonun azalmasına,
ekran hızının artmasına ve hasta dozunun azalmasına
neden olur
LÜMİNESANS
Dış uyaranla elektrik akımı,
biyokimyasal reaksiyon, ışık veya xışını oluşabilir
Dış uyaranla ışık veren maddelere
luminesan madde, olaya da
luminesans denir
Luminesans, x-ışını oluşumuna
benzer
Uyarılan dış yörünge e-ları yüksek enerjili konuma geçer,
yani nükleustan biraz uzaklaşır
Uyarılan e- normal konumuna dönerken görünür ışık
şeklinde EM radyasyon açığa çıkar
Işığın dalga boyu luminesan madde için karakteristiktir.
Ayrıca uyarılma düzeyi ile de ilişkilidir
LÜMİNESANS
İki tip lüminesans vardır
Görünür ışık sadece fosforun uyarılması esnasında
salınıyorsa buna floresans, uyarılmadan sonra da
ışık salınmaya devam ediyorsa fosforesans denir
X-ışını ekranları esas olarak floresans gösterir
Fosforesansa ekran sarkması veya geç ışıması
denilir ve istenmeyen olaydır
Pratikte floresan veya fosforesan özellikteki tüm
maddelere fosfor denilmektedir
Radyografi Filmleri
Röntgen filmi, üzerindeki emülsiyon tabakasında
gümüş bileşiği (AgBr, AgI) kristalleri bulunan
şeffaf plastik bir yapraktır
Fotoğraf filminde olduğu gibi ışığa ve X-ışınlarına
duyarlıdır. Bu nedenle kaset adı verilen ışık
geçirmez gereçler içinde taşınır
Röntgenogram, radyogram;
a. Fotoğrafçılıktaki negatif film radyografide
röntgen filmine karşılık gelir
b. Vücudu geçen x-ışınları, üzerinde fotografik
emülsiyon tabakası bulunan röntgen filmine
düşürülür
c. Film kalınlığı yaklaşık 1/3 mm’dir
Gümüş halid kristalleri
Radyografi filminin yapısı
Esnek plastik yaprak şeklindedir
Farklı boyutları bulunur
Temel 4 tabakadan oluşur:
1. Koruyucu tabaka
2. Emülsiyon
3. Yapıştırıcı tabaka: Baz ile
emülsiyon tabakasını yapıştırır
4. Baz
Emülsiyon
Jelatin ve gümüş halid kristallerinin (AgBr, AgI)
karışımını içerir: %98 AgBr , %2 AgI
Jelatin homojenizasyonu sağlar
Her iki yüzde de bulunur
Kristallerin genişliği 1 µm, kalınlığı 0.1 µm dir
Dalga boyu 500 nm olan mavi ışığı ve ultraviyole
ışığı absorbe ederler
Filmin hız, kontrast ve rezolüsyonu kristallerin
boyutu ve miktarına göre değişir
Gümüş halid kristalleri
Röntgende Görüntü Oluşumu
Röntgen filminde görüntü oluşumu özet olarak:
Röntgen filmi üzerine düşen X-ışınları emülsiyon
tabakasında karşılaştıkları AgBr moleküllerindeki
bağları gevşetir, diğer moleküllerde bir değişiklik
olmaz. Bu etkileşim banyo işleminden sonra gözle
görülür hale gelir
X-ışınları ile karşılaşan bu röntgen filmi, bağları
gevşemiş moleküllerdeki bromu gümüşten ayırıp
alacak bir kimyasal solüsyon içine sokulur. Brom
sıvıya geçer, serbest gümüş film üzerinde kalır ve
okside olur (I. Röntgen Banyosu)
X-ışını düşmemiş AgBr moleküllerinin bir işlevi
yoktur; başka bir kimyasal solüsyonla film
üzerinden alınır (II. Röntgen Banyosu)
Röntgende görüntü oluşumu aşamaları A: X-ışını demeti
hastayı, masayı ve gridi geçiyor, görüntü alıcı düzeneklere
düşüyor. B: Görüntü alıcı düzenekler (kaset, çift
emülsiyonlu film, ranforsatörler) C: Filmin emülsiyon
tabakasında banyo işleminde ortaya çıkan değişimler
Röntgende Görüntü Oluşumu
Bir röntgenogramda görüntüyü oluşturan,
röntgen filminin şeffaf plastik tabanı
üzerinde
okside
gümüş
atomlarının
siyahlığıdır
Okside gümüş miktarı fazla ise koyu gri,
az ise açık gri tonlar oluşur
Röntgenogram üzerindeki
¡
¡
siyah yerler X-ışınını göreceli olarak az tutan
yani çok geçirgen,
beyaz yerler ise tersine çok tutan, az
geçirgen bölgelerin karşılığıdır
Röntgende Görüntü Oluşumu
Röntgenogram üzerinde oluşan bu gri tonların
anlamı nedir?
Örneğin;
Göğüs röntgenogramında en beyaz bölgeler kalp
ve sağ diyafragma altı bölgesi, yani karaciğerdir
Aynı ölçüde olmamakla birlikte kemik yapılar da
beyaza yakın tonlarda
Açık gri alanlar, X-ışınlarını koyu kesimlerden
daha çok tutan bölgeler dir
X-ışınlarının penetrasyon kurallarına göre, bu
bölgelerin ya atom numarası ya da kalınlık ve/ya
yoğunluklarının daha fazla olması gerekir
Röntgende Görüntü Oluşumu
Vücudumuzdaki yumuşak dokuların büyük bölümü
sudur. Hidrojen, oksijen, karbon, azot ve bazı
nadir elementlerden oluşur ve ortalama atom
numarası yüksek değildir
Kemik
ise
kalsiyum
fosfat
(CaPO4)
kristallerinden oluşur. Ca atom numarası
yumuşak dokulara göre oldukça yüksektir
Kaburgaların ince olmalarına rağmen açık tonda
oluşu (fazla X-ışını tutması) Ca atom no yani esayısının yüksek olmasına bağlıdır
Akciğerler, hava dolu yani yoğunluğu düşük
olduğu için, aynı kalınlıkta olan karaciğere göre
koyu gri tondadır
Röntgende Görüntü Oluşumu
Röntgenogramda hastanın sağ tarafını işaret
eden R (right) harfi en beyaz yapıdır
Kurşun plaktan yapılan R harfinin ince olmasına
rağmen kemikten beyaz görünmesinin nedeni,
kurşun atom numarasının büyük ve buna bağlı
olarak e- sayısının çok fazla olmasıdır
Aynı nedenle radyoloji
çalışanlarını Xışınlarından korumak amacıyla yapılan önlüklerin
içine 0.25-0.5 mm kalınlığında kurşun tabakalar
yerleştirilir. Röntgen odalarının duvarları ince
kurşun levhalarla kaplanır
Röntgen filminin kalitesi
Film kalitesini belirleyen faktörler:
1. Filmin hızı
2. Filmin kontrastı
3. Crossover etkisi
4. Spektral eşleşme
5. Güvenlik ışığı
FİLMİN HIZI
Filmde belirli bir dansitedeki görüntünün
oluşabilmesi için gerekli ışın miktarı ile belirlenir
Hızlı film aynı dansiteyi daha az ekspojurda
oluşturur
Film hızı emülsiyon kalınlığı ile orantılıdır
Emülsiyon içindeki gümüş halid kristallerinin
boyu, şekli ve kalınlığı ile ilgilidir. Büyük boyutlu
olan kristaller küçük boyutlu olanlara kıyasla
daha duyarlıdır (hızlıdır)
Total hız her iki ranforsatör ve emülsiyon
tabakası tarafından belirlenir
Bu nedenle çift emülsiyonlu olanlar tek
emülsiyonlulara göre daha hızlıdır
FİLMİN KONTRASTI
Siyahtan beyaza olan ton sayısının
belinginleşmesi ile ilgilidir
Yüksek kontrastlı filmlerde ton farkı
daha belirginleşir
Emülsiyon içindeki gümüş halid
kristallerinin boyu, şekli ve kalınlığı filmin
kontrastını etkiler
¡
¡
Uniform ve küçük boyutlu kristaller yüksek
kontrast sağlar
büyük boyutlu ve uniform olmayan kristaller
düşük kontrastlı filmleri oluşturur
CROSSOVER ETKİSİ
Bir emülsiyon tabakasının karşı ranforsatörün
yaydığı ışıktan etkilenmesi sonucu oluşur
Görüntüde bulanıklaşma oluşturur
Bu istenmeyen etkiyi azaltmak için;
¡
¡
¡
düz yapıda gümüş halid kristalleri (emülsiyon
tabakasını tamamen kaplayıp karşı tarafa ışığın
geçmesini engellemek için) ve
kısa dalga boyu ışıma yapan ekranlar
(ranforsatörler) kullanılır
Crossover kontrol tabakası ışığı absorbe eder,
geçişine engel oluşturur, banyo esnasında çözünür
SPEKTRAL EŞLEŞME
Ranforsatörün yaydığı ışığın dalga boyuna duyarlı
filmler seçilmelidir
Örneğin;
¡ Kalsiyum tungstatlı ranforsatörler mavi ışıma
yapar. Gümüş halid kristalleri içeren filmler
mavi ışığa duyarlıdır
¡ Nadir toprak elementleri yeşil, sarı, yada
kırmızı ışıma yapar. Gümüş halid kristalleri
boyalar kullanılarak bu ışımalara karşı da
duyarlı hale getirilebilir
¡ Yeşil ışıma yapan ranforsatörle yeşile duyarlı
film kullanılır
SPEKTRAL EŞLEŞME
MONOKROMATİK filmler: Tek
renge (mavi veya yeşile) duyarlı
filmlerdir
ORTOKROMATİK filmler: Hem mavi
hem de yeşil ışığa duyarlı filmlerdir
PANKROMATİK filmler: Tüm
ışıklara duyarlıdır. Renkli görüntüler
için kullanılır
GÜVENLİK IŞIĞI
Güvenlik ışığında kullanılan kırmızı filtre
dalga boyu 600 nm den küçük ışığın
geçişine izin vermeyeceği için mavi ve
yeşil ışığa (<600 nm) duyarlı filmleri
etkilemez.
Güvenlik ışığı
¡
¡
15 watt tan güçlü olmamalı ve
filmlere en az 150 cm mesafede bulunmalıdır
FİLMİN CEVABI
Röntgen filmleri x-ışını ve görülebilir ışığa
duyarlıdır
Ekspojür ile emülsiyon etkilenerek gözle
görülmeyen latent görüntü oluşur (Latent dönem)
Görüntü banyo işlemi ile görülebilir hale gelir
(Manifest görüntü dönemi)
Işık alan kesimler siyah, almayanlar beyaz görülür
Değişik ekspojür değerlerinde farklı dansite oluşur
Ekspojüre verdiği yanıta bakarak, filmin kontrast
ve hızını belirleyebiliriz
Dansitometre ile ölçülür, işleme sensitometri denir
Röntgen filminin saklanması,
taşınması
Radyografi filmleri
¡ Işığa,
¡ Radyasyona
¡ Sıcaklığa
¡ Neme ve
¡ Basınca duyarlıdır
Dikkat edilmeyen durumlarda artefaktlar
oluşabilir
Röntgen filminin saklanması,
taşınması
Radyografi filmleri ışığa ve radyasyona maruz
kaldıkları zaman filmde sislenme olur
Işık
¡ Filmler karanlıkta depolanmalıdır
¡ Karanlık oda mutlaka ışık sızdırmaz olmalıdır
Radyasyon
¡ Kontrastı azaltır ve sislenmeyi artırır
¡ Filmler radyasyona hastadan daha hassas olup
filmi korumak için daha fazla kurşun gerekir
¡ Film radyoaktif maddelerden uzak tutulmalıdır
Röntgen filminin saklanması,
taşınması
Sıcaklık
¡ Uzun süre yüksek sıcaklıkta depolama kontrastı
azaltır ve filmde sislenme yapar
¡ Filmler 20oC altında saklanmalı,
¡ 10ºC’de 1 yıl süre ile saklanabilir
¡ 20ºC üzerinde depolama uzadıkça kontrast
kaybı ve sislenme artar
Nem oranı
¡ %60’ın © ise kontrastta azalma ve sislenme
görülebilir
¡ %40’ın ª (kuru ortam) statik elektriklenme
artefaktına neden olabilir
Röntgen filminin saklanması,
taşınması
Temiz elle tutulmalı, kirli el ve ekranlar
leke yapar
Filme basınç uygulanmamalı, banyo öncesi
kaba kullanım, eğme, kırıştırma, film
katlanması çizgi veya tırnak şeklinde
artefakt yapar
Otomatik banyoda kirli rulolar artefakt
yapabilir
Raf Ömrü: Filmler 100 yapraklı kutuya
konulur. Bazen filmler arasında koruyucu
kağıt konulur
Röntgen filminin saklanması,
taşınması
Her kutuda son kullanma tarihi verilir. Film
bundan uzun depolanmamalıdır
Film yaşlanması hızının kaybına, kontrastın
azalmasına ve sisin artmasına yol açar
Kutu filmler dik tutulmalıdır
Önce en eski film kullanılmalıdır
Açılmış filmin kullanımı 45 günü geçmemelidir
Kaynaklar
1.
2.
3.
Bushong SC. Radiologic Science for Technologist:
Physics, Biology and Protection. 9th ed. St. Louis,
Mosby Elsevier, 2008.
Tuncel E. Klinik Radyoloji. Bursa, Nobel & Güneş,
2008.
Kaya T. Temel Radyoloji Tekniği. Bursa, Güneş &
Nobel, 1997.