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