Røntgenfysikk Kristin Jensen Kompetansesenter for diagnostisk fysikk Oslo universitetssykehus, Ullevål

Like dokumenter
Strålingsfysikk. Innhold. Partikkelstråling. Partikkelstråling eksempler. Atomets oppbygning. Modalitetskurset i Radiologi /4 13

Oppgave 1 20 poeng Denne oppgaven omhandler røntgengeneratoren, røntgenrøret, linjefokusprinsippet og heeleffekt.

Oppgave 1. passende figur. vektleggess 6poeng. Evne til. b) Den 1,444 mgy. Hva. blir da den. Sensorveiledning: 2poeng. stråleintensitet.

Sensorveiledning BRE102, R08, utsatt eksamen

Kvalitetskontroll ved UUS. Charlotte Kile Larsen Kompetansesenter for Diagnostisk Fysikk Ullevål Universitetssykehus HF

FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk Fysikk, Strålingsfysikk /kjemi stråling del 2

Laboppgave i FYS3710 høsten 2017 Stråleterapi Medisinsk fysikk

Laboppgave i FYS3710 høsten 2014 Stråleterapi Medisinsk fysikk

Ioniserende stråling. 10. November 2006

Velkommen til kurs i. Strålevern. UiT, 22. aug. 2008, ved Jørgen Fandrem

HØGSKOLEN I BERGEN Avdeling for helse og sosialfag

Konvensjonell røntgen - vanlige røntgenbilder -

Ioniserende stråling og vekselvirkning med materie

Løsningsforslag til ukeoppgave 16

EKSAMENSOPPGAVE/EKSAMENSOPPGÅVE

Momenter. Dosimetri og bildekvalitetsparametre. Støy

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag for Oblig 2

HØGSKOLEN I BERGEN Avdeling for helse og sosialfag

Løsningsforslag til ukeoppgave 15

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 2. Lars Kristian Henriksen Gruppe 3

RØNTGENSTRÅLING oppdages, 8. nov RADIOAKTIVITET oppdages 1. mars 1896

Konstanskontroller flatrøntgen (DR) Sykehuset i Vestfold. Alle radiografer ved SiV og medisinsk fysiker Bente Konst

FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk Fysikk, 2015

Bildekvalitet i Røntgendiagnostikk. Bjørn Helge Østerås Medisinsk Fysiker Bilde og Intervensjonsklinikken Oslo Universitetssykehus, Ullevål

Målsetting. Hva er rtg stråling. Innledning. Røntgen stråling. Røntgen stråling DIGITAL RØNTGEN I TEORI OG PRAKSIS

Ny veileder om representative doser for røntgenundersøkelser. Eva G. Friberg Forsker Seksjon for dosimetri og medisinsk strålebruk

Nasjonal innsamling av lokale representative doser Forslag til revisjon av nasjonale referanseverdier Veien videre?

Generelt om bildedannende metoder

Radioaktivitet, ioniserende stråling og dosebegreper

EKSAMENSOPPGAVE/ EKSAMENSOPPGÅVE

Observasjon av universet ved ulike bølgelengder fra radiobølger til gammastråling. Terje Bjerkgård og Erlend Rønnekleiv

Nasjonal innrapportering av representative doser

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 2. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 3

Velkommen til kurs i. Strålevern. UiT, 21. jan. 2011, 09:00-14:30. ved Jørgen Fandrem

AST1010 En kosmisk reise. De viktigste punktene i dag: Elektromagnetisk bølge 1/23/2017. Forelesning 4: Elektromagnetisk stråling

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 4: Fysikken i astrofysikk, del 1

FYS2140 Kvantefysikk, Obligatorisk oppgave 2. Nicolai Kristen Solheim, Gruppe 2

Ionometri. Dosimetriske prinsipper illustrert ved ionometri. Forelesning i FYSKJM4710. Eirik Malinen

Representative doser ved bildediagnostiske undersøkelser i

Senter for Nukleærmedisin/PET Haukeland Universitetssykehus

Magne Guttormsen Fysisk institutt, UiO

Dosimetriske størrelser innen strålevern Strålebiologi akutte vevsreaksjoner Tor Wøhni

KJM Radiokjemidelen

Fysikk 3FY AA6227. Elever. 6. juni Videregående kurs II Studieretning for allmenne, økonomiske og administrative fag

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

elementpartikler protoner(+) nøytroner elektroner(-)

Braggdiffraksjon. Nicolai Kristen Solheim

Om strålevernet Om den nye forskriften. Om dosestørrelser knyttet til ulike modaliteter Hvem tar utfordringen?

Fasiter til diverse regneoppgaver:

UNIVERSITETET I OSLO

PET. Medisinsk verktøy med radioaktivitet som grunnlag. Detektorer. Positron. g-kvant 511 kev. Radioaktiv tracer Detektorer

UNIVERSITETET I OSLO

Tanker rundt diverse tema

5:2 Tre strålingstyper

Den biologiske doseekvivalenten. Den effektive doseekvivalenten. Source for ALI values. ALI - eksempel. Biologisk halveringstid

Kvalitetskontroll røntgen Dose til homogent fantom. Jacob Nøtthellen

Forslag til forarbeid

TMA4320 Prosjekt Biofysikk og Medisinsk Teknologi: Tomografi. Tomografi. Pål Erik Goa, Jon Andreas Støvneng Peder Galteland, Grunde Wesenberg

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

Radioaktivitet. Enheter

Varsling av uhell og uønskede hendelser til Strålevernet Innspill fra strålevernkoordinatorene:

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Kosmologi

UNIVERSITETET I OSLO

ikke uten min tannhelsesekretær!

Strålevern - Barn. Hovedpunkter. Strålefølsomhet er avhengig av alder

Stråledoser til befolkningen

KOSMOS. 10: Energirik stråling naturlig og menneske skapt Figur side 304. Uran er et radioaktivt stoff. Figuren viser nedbryting av isotopen uran-234.

Stråledoser ved undersøkelser av abdomen Nasjonalt strålevernsmøte 5. november 2013

5:2 Tre strålingstyper

Denne metoden krever at du sammenlikner dine ukjente med en serie standarder. r cs

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 4: Elektromagnetisk stråling

UNIVERSITETET I OSLO

CT-teknikk. CTbilder Historikk. ViCT Kristin Jensen Kompetansesenter for diagnostisk fysikk. Toshiba

Kosmos YF Naturfag 2. Stråling og radioaktivitet Nordlys. Figur side 131

Eksamen FY0001 Brukerkurs i fysikk Torsdag 3. juni 2010

Lysdetektorer. Kvantedetektor. Termisk detektor. Absorbsjon av fotoner: Kvanterespons Termisk respons. UV MIR Fotoeffekt (Einstein, Nobelpris 1921)

Radioaktiv stråling Av Arve Aksnes og Kai Håkon Sunde

EKSAMEN VÅREN 2007 SENSORTEORI. Klasse OM2

FYS1010-eksamen Løsningsforslag

Begrep. Protoner - eller Hvordan få et MR-signal? Kommunikasjon. Hoveddeler. Eksempel: Hydrogen. Hvordan få et signal?

Praktisk strålehygiene Pasient Personale. Radiolog Ingrid Haavde Strand Klinikk for Bildediagnostikk St. Olavs Hospital HF

Strålevern for personell

BRUK AV DUAL ENERGY CT VED HUS

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 12/6 2017

Representative doser - et verktøy for optimalisering

Indikasjoner. Generelt. CT nevroendokrin tumor. Parameter Teknikk Kommentar. Nevroendokrin tumor.

De vikagste punktene i dag:

Fys 1010 Miljøfysikk FASIT Oppgavesett 10

Kalibrering av DAP-meter

Indikasjoner. Generelt. CT collum, thorax, abdomen og bekken. Parameter Teknikk Kommentar. Generell utredning. Lymfom. (Ca. mamma, ca. testis, osv).

ERFARINGER MED STRÅLEBRUKSUNDERVISNING FOR OPERASJONSPERSONELL. Av Ingvild Dalehaug, fysiker ved Haukeland Universitetssykehus

Løsningsforslag til konteeksamen i FYS1001, 17/8 2018

Generell utredning og kontroll av abdominale tilstander der mer organspesifikk prosedyre ikke er indisert.

NTNU Fakultet for lærer- og tolkeutdanning

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

Transkript:

Røntgenfysikk 24.08.09 Kristin Jensen Kompetansesenter for diagnostisk fysikk Oslo universitetssykehus, Ullevål

Røntgenrør og dannelse av røntgenstråling Røntgenspekter og parametere Attenuasjon Forskjellig apparatur og automatikk Dosebegreper

Elektromagnetisk stråling? Alonso og Finn: Physics, 1995 Transport av energi gjennom rommet ved kombinert elektrisk og magnetisk felt Når en ladning beveger seg dannes et elektrisk og et magnetisk felt rundt bevegelsen Innebærer bl.a. radiobølger, ultrafiolett stråling, lys og røntgenstråling

Energi E = h*f hvor h = Plancks konstant = 6,62*10-34 Js og f er frekvensen Konstant hastighet (i vakum) c = λ*f = 3,0*10-8 m/s hvor λ er bølgelengden

www.energifakta.no

Røntgenapparaturen Røntgenrør Kollimatorer Filtre DAP Raster Automatikk Detektor Dowsett et al (2006)

Røntgenrøret www.siint.com

Røntgenrøret Elektroner akselereres fra katoden mot anoden og utgjør en rørstrøm Glødetråden har annet spenningsnivå enn metallet rundt, slik at et elektrostatisk felt fokuserer elektronene mot anoden

Katode Negativ elektrode filament reflektor Filamentet tynn, tvunnet Wolframtråd Elektronkilde elektroner frigis når filamentet varmes opp liten forandring i temperatur, relativt stor endring i strøm

Anode Positiv elektrode Stasjonær anode Targetplate av wolfram festet i en kobberblokk Roterende anode Molybdenbasis God varmeabsorbator I konvensjonelt røntgenutstyr: Wolfram/Rhenium (90%/10%) target I mammografi: Molybden (Mo) og Rhodium (Rh)

Anodemateriale Krav til targetmateriale: Høyt smeltepunkt God varmeledningsevne Høyt atomnummer Jo høyere atomnummer på anoden, jo større effektivitet på stråleproduksjonen. Styrke/seighet Høy nok tetthet for vekselvirkningsprosesser

www.siint.com

kv ma ms spenningsforskjellen mellom katode og anode bestemmer hastigheten til elektronene og dermed energien bestemmes av hvor mange elektroner som beveger seg fra katode til anode økes ved å varme opp filamentet hvor lenge rørstrømmen er på

Dannelse av røntgenstråling Røntgenstråling dannes når elektroner i fart bremses i et target (anoden)

Hva skjer i anoden? Røntgenstråling kommer av to ulike vekselvirkninger når elektronstrømmen treffer target: 1. Bremsestråling 2. Karakteristisk stråling Røntgenrøret omdanner elektrisk energi til røntgenstråling (1 %) og varme (99 %)

www.oralchelation.com Elektroner beveger seg i baner rundt kjernen Energien som skal til for å rive løs et elektron fra sin bane kalles bindingsenergien

Bremsestråling Høyhastighetselektroner vekselvirker med elektronene i atomet eller med kjernen. De mister noe av sin energi, som omdannes til et strålekvant, foton Strålingen inneholder alle energier opp til energien gitt av maks kv www.ndt-ed.org

Bremsestråling

Karakteristisk stråling Dannes ved kollisjon mellom hurtige elektroner og elektroner bundet i det innerste skallet Bundne elektroner slås løs Elektroner fra ytre skall fyller hull og sender ut stråling Energien gitt av anodematerialet teaching.phys.sci.qut.edu.au

Curry, Dowdey, Murry: Christensen s Physics of Diagnostic Radiology Røntgenspekter

Rørstrøm, ma ma, eller mengden av elektroner, styrer antall røntgenfotoner per tidsenhet mas produktet styrer total mengde røntgenfotoner Høy ma gir høy stråleintensitet Ellers forandres ikke røntgenspekteret Targetmaterialets atomnummer bestemmer mengden røntgenstråler som produseres ved bremsestråling og energien for den karakteristiske strålingen.

Høyspenning Høyspenningen kv over røret bestemmer elektronenes energi når de treffer target Elektroner med ladning e - som går over spenningen V har energi E = ev Økning i kv gir flere fotoner totalt og flere med høyere energi Røntgenspekteret flyttes oppover og til høyre

Spektre ulik filtrering

Dannelse av et røntgenbilde Primær røntgenfotoner Raster Film/folie Svertnings mønster

Filtrering Det kreves ekstra filtrering for å fjerne fotoner med lav energi fra strålefeltet for å hindre at huddosen blir for høy I konvensjonelle røntgenrør skjer dette på strålefeltets vei ut av røret og i skiver av aluminium og kobber som legges i feltet I mammografi benyttes molybden og rhodium til filtrering

Strålingens vekselvirkning med materie Registrerende system Absorpsjon Transmisjon Spredning Forholdet mellom prosessene avhenger av stråletype, energi og det materialet som bestråles

Attenuasjon Attenuasjon = dempning Reduksjon i strålens intensitet når den passerer gjennom et materiale, enten ved absorpsjon eller avbøying Dempningen følger formelen I = I 0 e (-µx) der µ er den totale attenuasjonskoeffisienten og x er dybden i materialet Kommer av ulike vekselvirkninger med materialet koherent spredning, comptonspredning og fotoelektrisk effekt

Attenuasjon I = I 0 e (- µ 1x 1 - µ 2 x 2 )

Statens strålevern

Total attenuasjonskoeffisient, µ Består av summen av attenuasjonskoeffisientene for spredning (koherent og compton), fotoelektrisk effekt og pardannelse µ = µ koherent + µ FE + µ compton + µ pardannelse I diagnostikk er µ pardannelse = 0 µ avhenger av fotonenergi og atomnummer i materiale

Spredning Koherent/elastisk spredning: Innkommende foton får endret retning, uten merkbar endring i energi Utgjør under 5% av den spredte strålingen Compton/uelastisk spredning: Elektroner slåes ut av banen Fotonet avbøyes og bidrar til spredt stråling

Comptonspredning Innkommende foton vekselvirker med løst bundet elektron (hν >> E b ). Spredning av foton og elektron Fotonet fortsetter med lavere energi i spredt vinkel. Kan gjennomgå ny vekselvirkning Energien til det spredte fotonet bestemmes av energi til innkommende foton og vinkelen det avbøyes Mer energi tapes ved større vinkel Selv ved store vinkler beholdes mesteparten av energien Foton inn Spredt foton n Raskt elektron Curry, Dowdey, Murry: Christensen s Physics of Diagnostic Radiology

Fotoelektrisk effekt Røntgenfotonet vekselvirker med elektron i innerste skall og avgir all sin energi. Fotonet forsvinner og elektronet rives løs fra atomet Hullet fylles av elektron fra ytterste skall karakteristisk stråling Atomet har dermed et elektron for lite i ytterste skall og blir et positivt ion Curry, Dowdey, Murry: Christensen s Physics of Diagnostic Radiology

Sannsynligheten for fotoelektrisk effekt Innkommende foton må ha høyere energi enn bindingsenergien til elektronet, E B Mest sannsynlig når fotonenergien er litt høyere enn E B FE ~ 1/(energi) 3 Mest sannsynlig for elektroner som er tett bundet FE ~ (atomnummer) 3 Curry, Dowdey, Murry: Christensen s Physics of Diagnostic Radiology

K-kant Høyere energi mer transmisjon, men....ikke rundt k-kant Curry, Dowdey, Murry: Christensen s Physics of Diagnostic Radiology

K-kant Eksempel praktisk nytte Bruk av kontrast på CT Redusere kv fra 120 til 80 Får bedre kontrast Små pasienter

Fotoelektrisk effekt viktigst ved lave energier og høye atomnummer Dose til pasient Comptonspredning dominerende ved lave atomnummer Dose til personale

Ved hvilke energier dominerer de ulike vekselvirkningsprosessene? Podgorsak, E.B. (2005), IAEA syllabus, kap 1.

Dannelse av et røntgenbilde Primær røntgenfotoner Røntgenstråling går i rette linjer Inhomogen energiavsetning i de ulike organer gir strålekontrast De transmitterte primærfotonene er bærere av diagnostisk informasjon Spredt stråling gir støy i bildet. Raster reduserer dette Deler av informasjonen tapes ved overføring til registrerende system. Raster Film/folie Svertnings mønster

Støy Kvantestøy grunnet statistiske variasjoner i antall fotoner som treffer et gitt areal i detektoren Flere fotoner -> sikrere verdi Dowsett, Kenny, Johnston: The Physics of Diagnostic Imaging

Automatisk eksponeringskontroll Starte eksponeringen Måle eksponeringstiden eller eksponeringsdose Stoppe eksponeringen Pasienttykkelse og vevstetthet bestemmer antallet fotoner som treffer detektor og er avgjørende for bildekvalitet Høy kvp og lav ma er generelt å foretrekke av dosehensyn

Konvensjonelt røntgenutstyr Digitalt eller analogt utstyr Enkelteksponeringer ->bilder Lave pasientdoser Lavkontrastoppløsning er ikke så god www.philips.com

Automatisk eksponeringskontroll (AEC) Ionisasjonskammer etter pasienten registrerer når detektoren har fått nok stråling Viktig å plassere pasienten riktig i forhold til ionekamrene Eksponeringstiden, ms, som varieres www.philips.com

Gjennomlysningslab Tar dynamiske bildeopptak Til bruk ved: Intervensjonsprosedyrer Angiografi Gjennomlysning ved operasjoner Kontinuerlig og pulset gjennomlysning Tar også eksponeringer i rask rekkefølge (film) Høyere pasientdoser enn ved konvensjonelle undersøkelser, men lavere enn for CT Lav ma, men eksponeringstiden er lang www.siemens.com

Ref: Pooley et al, RG 2001; 21:521-534

Automatikk Doseratekontroll (ABC) : Justerer kv og ma slik at doserate til detektor er konstant uavhengig av pasientstørrelse og tetthet Strålingsintensitet (kvp og ma) begrenses kvp justeringer mens ma konstant ma justeringer mens kvp konstant Justering av både ma og kvp Pulslengde justeringer Filter Automatisk forsterkningskontroll (AGD) Videosignalet justeres. NB: Doserate til pasient justeres ikke!!

Bildeforsterker merket av hvor ionekammer ligger Flatpanel detektor www.gehealthcare.com www.gehealthcare.com

50 % av senter av detektoren Vekter senter høyest, kanter mindre Ignorerer helt svarte felt Pasienttykkelse Teknikk Pas.dose Det.dose [cm] kv Pulsbredde ma Filtrering mgy/min mgy/min 20 79 8,0 34,0 0,2 0,21 0,069 30 120 12,5 32,1 0 1,00 0,071 www.gehealthcare.com

Mammografi Digitalt eller analogt utstyr Enkelteksponeringer Lav kv

Heeleffekt whs.wsd.wednet.edu

CT Snittbilder/ volumskanning Relativt høye pasientdoser Meget god lavkontrastoppløsning Mye diagnostisk informasjon på kort tid

Sammenligning av ulike modaliteter Konvensjonelt utstyr Gjennomlysning CT Enkelteksponerninger Lave pasientdoser Avbilder tredimensjonale strukturer todimensjonalt Dårlig lavkontrastoppløsing, god høykontrastoppløsning Kan følge bevegelser Lav ma, men lang eksponeringstid Volum God lavkontrastoppløsning Rask rotasjonstid og flere detektorer ->kort eksponeringstid for store volum Mye diagnostisk info i et skann Høyere pasientdoser Tredimensjonalt

Hva er dose? Avsatt energi per kg vev D = J kg [ Gy]

Typiske dosestørrelser Stråleterapi av kreft, strålingsulykker: D = J kg [ Gy] Pasientdoser i diagnostikk fra en undersøkelse: mgy = 1 1000 Gy Personaldoser i diagnostikk fra en undersøkelse: µ Gy = 1 1000 mgy

Dosebegrepet Absorbert dose: J/kg [Gy] Ekvivalent dose: J/kg [Sv] = W R Absorbert dose W R = strålingsvektfaktor = 1 for røntgen, gamma og elektroner = 5 20 for nøytroner = 5 for protoner = 20 for alfapartikler

Effektiv dose Organer har forskjellig følsomhet for senvirkninger av stråling Effektiv helkroppsdose er summen av den absorberte dosen til de ulike organer, vektet med organenes følsomhet for ioniserende stråling E = D ωt Mål på hvor farlig den enkelte undersøkelsen er Effektiv dose måles i Sievert (Sv) Vev/Organ ICRP 103 w T Rød Beinmarg 0,12 Colon 0,12 Lungevev 0,12 Magesekk 0,12 Bryst 0,12 Resten av kroppen 0,12 Gonadene 0,08 Blære 0,04 Spiserør 0,04 Lever 0,04 Skjoldbrukskjertel 0,04 Beinhinne 0,01 Hjerne 0,01 Spytt kjertler 0,01 Hud 0,01 Totalt 1,00

Dosebegreper Dybdedose refererer til et punkt 10 mm inne i kroppen gjennomtrengelig stråling dosegrense = 20 msv/år Overflatedose ytterste hudlag ikke-gjennomtrengelig stråling dosegrense = 500 msv/år dosegrense øyets linse = 150 msv/år

Naturlig stråling Kosmisk stråling 0,35 msv i året Ekstern gamma-stråling 0,55 msv i året Radioaktivitet i kroppen 0,37 msv i året Radon 2,0 msv i året

Flyreiser og stråledoser Det tyske laboratoriet Gesellschaft für Strahlenforschung har målt g- og nøytronstråling om bord i en rekke Lufthansafly. Total årlig oppholdstid på 600 timer: Gjennomsnittlig flyhøyde 10 000 meter: 3 msv Gjennomsnittlig flyhøyde 11 700 meter: 5 msv En 8 timers flytur mellom Europa og USA ga fra 0,04 til 0,065 msv (Tilsvarer 2-3 thorax-bilder)

Effektiv dose [msv] Antall røntgen thorax Tid med bakgrunnstråling Thorax 0,07 1 7 døgn L-S-Columna 1,0 14 3 mnd og 13 døgn Urografi 2,6 37 9 mnd og 27 døgn CT caput 2,6 37 9 mnd og 27 døgn CT urografi 2,8 40 10 mnd og 18 døgn CT thorax 3,4 49 1 år CT colon 4,1 59 1 år 2 mnd 2 døgn CT L-S columna 6,7 96 1 år 11 mnd CT abdomen 7,0 100 2 år CT coronar angio 18,3 261 5 år 2 mnd 22 døgn Nefrostomi 1,0 14 3 mnd 12 døgn Varicosele 10,2 145 2 år 10 mnd 24 døgn PTA/stent bekken 33,4 476 9 år 6 mnd 9 døgn * Gjennomsnittlig dose fra naturlig stråling ca. 3,5 msv/år

Effektiv dose [msv] Antall røntgen thorax Tid med bakgrunnstråling Thorax 0,07 1 7 døgn L-S-Columna 1,0 14 3 mnd og 13 døgn Urografi 2,6 37 9 mnd og 27 døgn CT caput 2,6 37 9 mnd og 27 døgn CT urografi 2,8 40 10 mnd og 18 døgn CT thorax 3,4 49 1 år CT colon 4,1 59 1 år 2 mnd 2 døgn CT L-S columna 6,7 96 1 år 11 mnd CT abdomen 7,0 100 2 år CT coronar angio 18,3 261 5 år 2 mnd 22 døgn Nefrostomi 1,0 14 3 mnd 12 døgn Varicosele 10,2 145 2 år 10 mnd 24 døgn PTA/stent bekken 33,4 476 9 år 6 mnd 9 døgn Nefrostomi 0,63 9 2 mnd 6 døgn Varicosele 3,3 47 11 mnd 9 døgn PTA/stent bekken 12,4 177 3 år 6 mnd 15 døgn * Gjennomsnittlig dose fra naturlig stråling ca. 3,5 msv/år

ALARA As Low As Reasonably Achievable Dose må ses i sammenheng med bildeinformasjon