A röntgenkép keletkezése
A RadiWiki wikiből
Alapvetően két módja van annak, hogy röntgensugárzás segítségével képet alkossunk. Az egyik módszer az lenne, hogy a röntgensugárzás keresztül halad a testen, illetve a test egy részén és árnyékképet vetítünk egy megfelelő receptorra (projekció). A másik módszer, melyet a computer tomográfiában alkalmaznak, egy computer segítségével a röntgensugárzás penetrációs adatokból képet számol, illetve rekonstruál (lásd computer tomográfia fejezet). Ebben a fejezetben a projekciós képalkotásról lesz szó, mely a hagyományos radiográfia és a fluoroszkópia alapjául szolgál.
A képen megjelenő kontrasztot számos tényező befolyásolja, melyet az 77. ábra foglal össze. A röntgensugárzás penetrációján túl a kép kontrasztját jelentős mértékben befolyásolja a szórt sugárzás és a receptor – ez esetben film – kontraszt jellemzői. Kis méretű képletek és anatómiai struktúrák kontrasztját az elmosódottság is csökkenti. Ahogy a röntgensugár nyaláb a páciens testéből „kijön”, valójában már tartalmazza a képet az egyes területek közötti expozíció különbségekben (78. ábra). Ennek a látens képnek egy fontos tulajdonsága, hogy milyen mennyiségű kontrasztot tartalmaz. A kontraszt egy kép pontjai közötti röntgensugár expozíció különbségében rejlik, mely kontraszt függ az adott vizsgálat során vizsgált testrész fizikai jellemzőitől és az alkalmazott röntgensugárzás áthatoló képességétől. Ebben a fejezetben elemezni fogjuk a vizsgálandó tárgy/struktúra és a röntgensugár tulajdonságait abból a szemszögből, hogy miként kaphatunk ideális képkontrasztot.
Tartalomjegyzék |
A KONTRASZT FAJTÁI
A röntgenkép keletkezése során többféle kontraszttal találkozunk. A látható kép kialakulása a különböző fajtájú kontrasztok egymásba való átalakulását jelenti, melynek utolsó fázisa a kép rögzítése során létrejövő kontraszt (78. ábra).
Tárgy kontraszt
Ahhoz, hogy egy tárgy a röntgenképen látható legyen, az őt körülvevő anyaghoz vagy szövethez képest fizikai értelemben kontrasztosnak kell lenni. Ez a fizikai kontraszt jelenthet sűrűségkülönbséget vagy kémiai összetételbeli (rendszám) különbséget. Ha egy tárgy fizikailag különbözik a környezetétől, akkor vagy több vagy kevesebb röntgensugárzást abszorbeál az ugyanolyan vastagságú környező szövethez képest, melynek eredményeképpen árnyék keletkezik a röntgensugárban. Ha a tárgy kevesebb sugárzást abszorbeál a környező szövethez képest (például gázok), akkor úgymond negatív árnyékkal jelenik meg, azaz például sötét területként a röntgenfilmen. A harmadik tényező, mely a tárgykontrasztot befolyásolja az a tárgy vastagsága a röntgensugár áthaladás irányában. A tárgykontraszt arányos a tárgy sűrűségével és vastagságával, illetve ennek szorzatával. Ez a mennyiség kifejezi az egységnyi területre eső anyagtömeget. Így például egy vastag érben lévő hígított jódos kontrasztanyag és egy vékony érben lévő hígítatlan kontrasztanyag ugyanolyan mennyiségű kontrasztot hozhat létre, hogy ha az érátmérő és a jódkoncentráció (sűrűség) szorzata megegyezik. A kontraszt szempontjából a tárgy kémiai összetétele az effektív rendszám szempontjából érdekes, illetve az, hogy ez a környezetétől milyen mértékben különbözik. Az emberi szervezetben lévő lágyrészek kémiai összetétele és effektív rendszáma csak kismértékben különbözik, mely viszonylag kis kontrasztot eredményez. A kémiai összetételbeli különbségből eredő kontraszt kifejezetten érzékeny a röntgensugár foton energiára (kVp). A lágyrészekhez képest nagy kontrasztot adó anyagok általában mind sűrűségük, mind pedig effektív rendszámuk szerint is jelentősen különböznek. A radiográfiában található fontosabb anyagok fizikai jellemzőit a 6. táblázat foglalja össze. 6. táblázat
Anyag Effektív rendszám(Z) Sűrűség(g/cm3) Víz 7,42 1,0 Izom 7,46 1,0 Zsír 5,92 0,91 Levegő 7,64 0,00129 Kalcium 20,0 1,55 Jód 53,0 4,94 Bárium 56,0 3,5
Röntgensugár kontraszt
A röntgensugár kontraszt a vizsgált páciens testéből kilépő még láthatatlan képben rejlő kontrasztot jelenti, mely a kép egyes pontjai között lévő expozíciós különbségből származik. Egy egyedi tárgynál egy fontos kontrasztértéket a tárgy által reprezentált terület és környezete között fennálló expozíciós különbség jelent. Ezt az expozíciós különbséget a háttér, illetve környezethez viszonyított százalékos érték jelenti. Kontraszt akkor keletkezik, ha a tárgy területét reprezentáló expozíció több vagy kevesebb lesz, mint a környezet/háttér expozíciója. A röntgensugár kontraszt azért keletkezik, mert a röntgensugár penetrációja különbözik egy tárgyon való áthaladás esetén környezetéhez képest. Ha egy tárgy a környező szövetekhez képest a röntgensugárzást jobban gyengíti, akkor annak kontrasztja a röntgensugár penetrációjával fordítottan arányos. Maximális (100%) kontraszt akkor jön létre, ha a tárgyon a röntgensugárzás egyáltalán nem halad át (pl. fémtárgyak). Ahogy a röntgensugárzás penetrációja nő, úgy a kontraszt is csökken. Amennyiben a tárgyon való röntgensugár penetráció megegyezik a környező szövetekben fennálló röntgensugár penetrációval, akkor a kontraszt megszűnik. A röntgensugár kontrasztot a tárgy fizikai jellemzői (rendszám, sűrűség, vastagság) és a röntgensugár áthatoló képessége (foton energia) határozza meg.
Kép kontraszt
A kép kontraszt a látható képen megjelenő kontrasztot jelenti. A röntgenfilmen a kontraszt a kép egyes pontjai között fennálló optikai denzitás különbséget jelent. A látható kontraszt mennyiségét a röntgensugár kontraszt és a film kontraszt jellemzői határozzák meg. A fluoroszkópiás kép kontrasztja a kép egyes pontjai között fennálló fényességi arányokból származik, mely szintén függ a receptorra érkező röntgensugár kontraszt mennyiségétől, valamint a képerősítő egyes részeinek beállításától (lásd fluoroszkópia).
A FOTONENERGIA (kVp) HATÁSAI
A röntgensugár áthatoló képessége és az ebből származó kontraszt nagymértékben függ a röntgensugárzást felépítő fotonok energiájától. A foton energia három meghatározó tényezője a következő: 1. az anód anyaga, 2. a röntgensugárzás filtrációja, 3. csőfeszültség (kVp). Mivel a legtöbb röntgenkészülékben az anód wolframból készül, ezért a fent említett első tényező kontrasztbeállítás céljából a gyakorlatban nem jön szóba. Az egyetlen kivétel a mammográfiás csövekben használt molibdén anód. A legtöbb röntgenkészülékben a filterezés is gyakorlatilag azonos, mely néhány mm alumíniumszűrőt jelent. Itt is kivétel a mammográfia, ahol a szűrő anyaga vörös vagy sárgaréz – ezeket néha mellkas vizsgálatoknál is alkalmazzák.
A legtöbb vizsgálatban a csőfeszültség (kVp) az egyetlen tényező, mellyel a kontrasztot változtatni lehet. A röntgenvizsgálatokban használt csőfeszültség a mammográfiában alkalmazott 25 kVp-től a mellkas vizsgálatokban használt 140 kVp tartományban mozog. Hogy milyen feszültségértéket kell alkalmazni egy adott vizsgálat során, azt elsősorban a kontrasztkövetelmények határozzák meg, de emellett egyéb tényezőket, mint például a páciens sugárterhelése, csőmelegedés is figyelembe kell venni. A képkontraszt kialakulásánál a két legfontosabb kölcsönhatási forma a fotoelektromos abszorpció és a Compton-szóródás is szerepet játszik. A Compton-kölcsönhatások gyakoriságát elsősorban a szövetek sűrűsége határozza meg, a szöveteket felépítő atomok rendszáma és a foton energia hatása gyakorlatilag elhanyagolható.
Ugyanakkor a fotoelektromos kölcsönhatás nagymértékben függ a vizsgált anyagot felépítő atomok rendszámától és a röntgen foton energiájától. Ez azt jelenti, ha a kontraszt a vizsgált tárgyat és környezetét felépítő atomok rendszámának különbségéből származik, akkor a foton energia meghatározó fontosságú. Ha a kontraszt a szövet denzitás, azaz Compton-kölcsönhatás miatt jön létre, akkor ez a foton energiától független. A kVp változása abban az esetben okoz jelentős kontraszt változást, hogyha a körülmények a fotoelektromos abszorpciónak „kedveznek”. A viszonylag alacsony rendszámú anyagokban (például lágyrészek, folyadékok) az imént említett körülmény legfeljebb alacsony kVp tartományban áll fenn, de ott is csak korlátozott mértékben. Ugyanakkor nagy kontraszt különbséget kapunk olyan anyagok esetén, mint például kalcium, jód, bárium és ezen anyagok kVp függése sokkal szélesebb feszültségtartományban fennáll.
Lágyrész radiográfia
A lágyrészekben és lágyrészek, valamint folyadékok között ábrázolható kontraszt mennyiségét két alapvető tényező határozza meg: 1. az említett anyagok fizikai jellemzői (sűrűség és rendszám) közti kis eltérés, 2. az alacsony rendszám miatt a fotoelektromos kölcsönhatások viszonylag alacsony előfordulása. A lágyrész radiográfia legfontosabb alkalmazási területe a mammográfia. A megfelelő kontraszt elérése miatt alacsony energiájú fotonokat alkalmaznak. A mammográfiás készülékben molibdén anódon keletkezett röntgensugárzást alkalmaznak, melynek spektrumát a 79. ábra mutatja. A spektrumban látható foton energiák egy viszonylag jó kompromisszumot jelentenek a kontraszt és a röntgensugár penetráció szempontjából.
Kalcium
A kalcium azért ad jó kontrasztot a lágyrészekhez képest, mivel a kalciumtartalmú struktúrák sűrűsége és természetesen a kalcium rendszáma is különbözik azoktól. A magas rendszám miatt a fotoelektromos kölcsönhatás dominálni fog a Comptonnal szemben a 85 keV alatti tartományban. 85 keV fölött a fotoelektromos kölcsönhatások kisebb mértékben járulnak hozzá a képkontraszt kialakításához.
A 80. ábra a röntgensugárzás penetrációja és foton energiája közti összefüggést mutatja kalcium esetén. Elvileg a kalciumtartalmú struktúrák leképezésénél az optimális foton energia tartomány valamelyest a struktúra vastagságától függ. Ha nagyon kis (vékony) kalciumtartalmú struktúrákat (például a mammográfiában látható kalcifikáció) vizsgálunk, akkor alacsony foton energiát kell alkalmazni, különben alacsony kontrasztot kapunk. Ha a cél nagyméretű mésztartalmú struktúrák (csontok) leképezése, akkor viszonylag nagy foton energiát kell alkalmazni azért, hogy megfelelő penetrációt érjünk el.
Jód- és báriumtartalmú kontrasztanyagok
A lágyrészekhez viszonyítva igen magas kontrasztot kapunk a jód és báriumtartalmú kontrasztanyagok alkalmazásával, melyek sűrűsége és rendszáma is lényegesen magasabb a lágyrészekhez képest. A nagy rendszám jelentősége abban áll, hogy a K-héj abszorpció energiája egy tipikus spektrum szempontjából kedvező helyen található. Ez az energiaérték jód esetén 33 keV, bárium esetén pedig 37 keV. Maximális kontrasztot akkor kapunk, ha a röntgen foton energiája a kontrasztanyagok K-héj energiájánál kicsivel nagyobb (81. ábra). Mivel egy tipikus röntgensugár viszonylag széles energiatartományú fotonokból áll, nem minden energia alakít ki azonos szintű kontrasztot. A gyakorlatban maximális kontrasztot úgy érhetünk el, ha a spektrum nagyobb része a K-héj energia fölé esik. Jód esetén ez általában 60-70 kVp-t jelent.
TERÜLET KONTRASZT
A fentiek során mindig csupán egyetlen képlet/tárgy és környezete viszonyát vizsgáltuk, ahol a kontraszt növelése általában a képlet/tárgy láthatóságát is növelte. A legtöbb klinikai szituációban ugyanakkor egyetlen kép számos képletet és anatómiai struktúrát „tartalmaz”. Ez különösen akkor jelent problémát, ha a különböző képletek a test különböző vastagságú és sűrűségű területein helyezkednek el. A mellkas, illetve a mellkas felvétel jól érzékelteti ezt a problémát, hiszen a mellkas felvételen a tüdő mellett a gerinc és mediastinalis képletek is leképezésre kerülnek. Ennek modelljét a 82. ábra szemlélteti.
A tüdő és mediastinum között nagy szövetsűrűség különbség áll fenn, ezért e két terület közötti kontraszt is nagy lesz. Egy tipikus röntgenfelvételen a mediastinumot reprezentáló filmterület igen világos, míg a tüdőké jóval sötétebb. Bármely képlet, mely a mediastinalis területen ábrázolódik, igen világos háttérrel és bármely képlet, mely a tüdő területén ábrázolódik, sötét háttérrel rendelkezik. A röntgenfilm egyik jellemzője, hogy a tárgykontrasztot csak korlátozott mértékben tudja ábrázolni akkor, ha az egy nagyon világos (mediastinum) vagy viszonylag sötét (tüdő) háttérrel rendelkezik. Ha tehát egy kép különböző területei között viszonylag nagy kontrasztkülönbség áll fenn, akkor az ezeken a területeken elhelyezkedő képletek kontrasztja redukált lehet a film korlátozottsága miatt. Ezt a problémát háromféleképpen orvosolhatjuk: 1. lágyfilmek alkalmazása, mely csökkenti a területkontrasztot, és ezáltal javítja az egyes területeken a képletek láthatóságát (lásd képrögzítés folyamata), 2. a röntgencső és a beteg közé kompenzációs szűrőt helyezünk úgy, hogy a szűrő vastagabb része a kisebb sűrűségű testrész fölött helyezkedik el. A szűrő alkalmazása következtében a teljes képen látható nagy kontrasztkülönbségek csökkennek. 3. nagy áthatoló képességű röntgensugárzás alkalmazása (magas kVp).
A 83. ábra két különböző kVp értékkel készült mellkas felvételt demonstrál. Az A képen egy 60 kVp csőfeszültséggel készült kép látható, melyen megfigyelhető, hogy bár a mediastinum és a tüdőterületek között nagy a kontraszt, ezen területeken belül a struktúrák láthatósága viszonylag gyenge. A magas csőfeszültséggel készült felvételen a terület kontrasztja alacsonyabb, de az egyes képletek kontrasztja különösen a tüdők területén lényegesen jobb.
vissza a tartalomhoz: KÉPALKOTÁS ESZKÖZEI - avagy az orvosi képalkotás fizikája
