RÖNTGEN FİZİĞİ Doç. Dr. Zafer KOÇ Başkent Üniversitesi Tıp Fak
RÖNTGEN FİZİĞİNE GİRİŞ VE RADYASYON RADYOLOJİ TANIMI ve Radyolojik görüntüleme yöntemleri ana prensipleri
RADYOLOJİ BİLİMİNİN TANIMI Radyoloji tıbbın yeni bir dalı Sözcük anlamı = ışın bilimi Radyoloji vücudun organ ve dokuları fotoğraf şeklinde görüntülenir
görüntülemenin iki amacı vardır Tanı koymak= = teşhis etmek Organ ve dokuların hasta olup olmadığını belirlemek; yani anormallikleri saptamak Görüntü kılavuzluğunda girişim hastalıklı bölgeden tanı amaçlı örnek almak, tedavi amacıyla girişim
Radyolojide temel yöntemler Tanısal (Diyagnostik( Diyagnostik) ) Radyoloji Röntgen - Radyografi - Fluoroskopi Bilgisayarlı Tomografi (BT) Manyetik Rezonans görüntüleme(mrg) Ultrasonografi (US) Radyonüklid görüntüleme (RG) Girişimsel Radyoloji (tanı ve tedavi amaçlı)
Radyoloji Değişik enerjiler aracılığı ile vücudu görüntüleyerek tanı koyan ve bu görüntüler kılavuzluğunda tanı ve tedavi amaçlı girişimler yapan bilim dalı
Radyolojide kullanılan tanı yöntemleri ve enerji türleri Radyolojide başlıca iki ana grup enerji türü elektromanyetik radyasyonlar x-ışınları röntgen ve bilgisayarlı tomografide (BT), gamma ışınları nükleer tıpta (NT), radyo dalgaları manyetik rezonans g (MRG) ultrases enerjisi ultrasonografi (US) Radyolojik görüntüler x-ışını x gibi radyan enerjilerle vücudun test edilmesiyle oluşturulur. Yöntemlerin kullandıkları enerji türleri ve/ya görüntü oluşturma teknikleri farklıdır
Radyolojik görüntüler Genel olarak tüm radyolojik görüntüler radyogram, görüntünün elde ediliş süreci radyografi Röntgenogram röntgen görüntülerine, röntgenografi elde etme sürecine verilen isimdir akciğer filmi gibi deyimler yanlış Doğrusu göğüs röntgenogramı olmalı
Radyolojik görüntüler Röntgen filmi çekim yapılmadan önceki film Röntgende görüntüler iki boyutludur, ışının geçtiği üçüncü boyuttaki yapılar üst üste düşer (projeksiyon( görüntüleri) BT, MR ve US de ise vücut bir kesit şeklinde görüntülenir, görüntülerde üst üste düşme yoktur görüntü / kesit terimleri tercih
Radyolojik görüntüleme yöntemlerinin ana prensipleri Bir objenin radyolojik olarak görüntülenmesi için enerji ve görüntü alıcıya gereksinim vardır. Görüntüleme yöntemleri, kullanılan enerji ve görüntü alıcının objeye göre konumuna bakılarak sınıflandırılmıştır. Tanısal görüntülemede kullanılan enerji kaynağı hastanın içinde veya dışında olabilir. Hastadan kaynaklanan enerji doğal olarak bulunabileceği gibi, dış uyarılma veya enerji salan bir maddenin hastaya verilmesi ile oluşturulabilir. Diğer yöntemde ise hasta bir dış enerji kaynağı ile karşılaştırılır
Radyolojik görüntüleme yöntemlerinin ana prensipleri İnsan vücudundan enerjinin geçişi,, salımı veya yansıması yoluyla vücudun iç özellikleri ortaya konulur. Transmisyon (geçiş); Enerji objeyi geçerek görüntü alıcıya düşürülür ve görüntü oluşturulur. Enerji vücudun bir tarafında, görüntü alıcı ise diğer tarafında Emisyon (salım) salım); Enerji vücudun içinde, görüntü alıcı ise vücudun dışarısında Refleksiyon (yansıma) yansıma); Enerji ve görüntü alıcı vücudun dışında ve aynı taraftadır
Şekil 2 : Görüntüleme yöntemlerinin ana prensipleri Röntgen ve BT de x-ışını geçişi (transmisyon), US de ses dalgalarının yansıması (refleksiyon), MRG de radyo dalgaları, nükleer tıpta gamma ışınları salımı (emisyon) prensibine göre görüntü oluşmaktadır.
RADYOLOJİ TARİHİ X-Işınlarının bulunması ve Radyolojinin kısa tarihçesi
RADYOLOJİ TARİHİ X-Işınlarının bulunması ve radyolojinin kısa tarihçesi x-ışınlarının (Röntgen ışınları) keşfi 8 Kasım 1895 Alman fizik profesörü Wilhelm Conrad Röntgen
Wilhelm Conrad Röntgen ve Crookes tüpü
Fluoresan özelliğe sahip baryum platinosiyanürde parlama
RADYOLOJİ TARİHİ Aralık 1895: X-ışınları X ilk kez tıbbi amaçla kullanıldı 1896: X-ışınları X ilk kez tedavi amacıyla kullanıldı 1901: W.C. Röntgen, ilk fizik Nobel ödülünü aldı
RADYOLOJİ TARİHİ 1935: Konvansiyonel tomografi geliştirildi 1938: Görüntü kuvvetlendirici geliştirildi 1956: I. Donalt ve T. Brown tarafından ultrasonografinin geliştirilmesinde ilk çalışmalar yapıldı
RADYOLOJİ TARİHİ 1966: US rutin kullanıma girdi 1972: Sir Godfrey Hounsfield,, ilk BT cihazını geliştirdi 1973: Lauterbur ve Damadian manyetik rezonansı geliştirdi
MADDE VE ENERJİ Uzayda bulunan herşey madde ve enerji olarak sınıflandırılabilir Madde: : uzayda yer kaplayan her şey Enerji: iş yapabilme yeteneğidir Radyasyon: : Enerji salınışı ve transferi Enerji şekilleri; potansiyel, kinetik, kimyasal, termal, nükleer, elektrik ve elektromanyetik enerjilerdir Nükleer enerji: : Atom çekirdeğinde bulunan enerjidir Atom çekirdeğinin parçalanması sonucu ortaya çıkar Elektromanyetik enerji: : X ve gamma ışınları, görülebilir ışık, mikrodalgalar ve radyo dalgalarıdır
MADDE VE ENERJİ Enerji bir formdan diğerine dönüşebilir. Rayolojide elektrik enerjisi röntgen tüpünde önce elektromanyetik enerji olan x-ışınına, x daha sonra film üzerinde kimyasal enerjiye dönüştürülür Bu işlemler sırasında x-ışını x tüpünde termal enerji açığa çıkar, film kasetinde ise diğer bir elektromanyetik enerji olan ışık enerjisi görüntüyü güçlendirmede kullanılır Madde ve Enerji birbirine dönüşebilirler Aralarındaki ilişki; E = mc 2 (m: kütle, c: ışık hızı, E: enerji)
Atom Bir elementin tüm özelliklerini taşıyan en küçük parçasıdır e -, p + ve n dan oluşur Normal atomda e - ve p + sayısı eşittir
Atom Atom numarası = Z = p + Bir elementin ne olduğunu belirler Atom kütle numarası (atom( ağırlığı) = A = p + + n
Radyasyon Elektromanyetik radyasyon Elektrik ve manyetik alanların bir kombinasyonu olarak uzayda enerji transferi Partiküler radyasyon: : alfa (α)( ve beta (β) parçacıkları İntensite: Işığın yayılma yönüne dikey birim alandan birim sürede geçen enerji miktarıdır
İyonizasyon Bir atomdan elektron (e-) koparılmasıdır
Radyasyon İyon çifti: Koparılan (-)( ) yüklü e- ve (+) yüklü hale gelen atom İyonizan radyasyon X-ışınlarını da kapsayan radyasyonun özel bir tipidir. Etkileştiği atom yörüngelerinden bir e- koparma yeteneğine sahip radyasyondur X-ışını maddeyi geçerken e- u yörüngeden koparabilecek enerjiye sahipse enerjisini e- a transfer eder ve e- nu söker, iyon çifti oluşur X,, ve gamma (γ)( ) ışını, yüksek kinetik enerjiye sahip yüklü parçacıklar, α ve β parçacıkları iyonizan radyasyon örnekleridir
Radyasyon İyonizan radyasyon kaynakları Doğal çevresel radyasyon (% 82) -Kozmik ışınlar -Dünyadan kaynaklanan radyasyon -Vücudumuzda doğal olarak oluşan radyonüklidler İnsanlar tarafından üretilen (% 18) Tanısal X-X ışınları (% 11) Nükleer santral ve diğer endüstriyel
Radyolojik Birimler Işınlama dozu: X-ışın tüpünden salınan x-ışını x miktarı= ekspojur Ekspojur birimi Röntgendir (R) (Gray( air: Gya) Röntgen ( R ) = Normal şartlar altında (0 o ve 760 mm Hg basıncı altında) duvar etkilerinden arındırılmış 1 cm 3 havada 1 elektrostatik yük birimi oluşturan x veya γ ışını miktarıdır (2.8x10( 9 iyonizasyon) İnternasyonal sistem birimi Coulomb/ / kilogram (C/kg): NŞA 1 kg havada 1 C luk elektrik yüküne eşdeğer iyon çifti oluşturan x yada γ ışın miktarıdır. 1R= 2.58 x 10-4 Coulomb / kg dır.
Elektromanyetik radyasyonlar Boşlukta düz bir çizgi boyunca yayılır içinde görülebilir ışığın da bulunduğu, dalga boyları 10 15 ile10 6 m arasında değişen çok sayıda enerjiyi kapsayan geniş bir enerji spektrumu (yelpazesi) oluşturan radyasyonlardır Enerjileri dalga boyları ile ters, frekanslarıyla doğru orantılıdır En küçük birimi foton (= enerji paketleri) şeklinde yayılım gösterirler. Hızı yayıldığı ortamda sabittir (boşluktaki hızı ışık hızına eşittir 3.10 10 cm /sn) Dalga özelliği vardır, geçtikleri ortama frekanslarıyla doğru, dalga boylarıyla ters orantılı enerji aktarırlar
EM Radyasyonlar
Elektromanyetik radyasyonlar Enerjileri maddeyi geçerken absorbsiyon ve saçılma nedeniyle, boşlukta ise uzaklığın karesiyle doğru orantılı olarak azalır madde ile etkileşimini dalga boyu belirler. Ör; dalga boyları cm ve metrelerle tanımlanan radyo dalgaları antenlerle alınabilir. Görülebilir ışığın göz dibindeki görme hücreleri olan rod ve konlar ile aynı dalga boyuna sahip olması, ışığın hücrelerle etkileşimini ve görmeyi sağlar
Elektromanyetik radyasyonlar Kütlesi yok, elektrik yükü yok, elektrik ve manyetik alanda sapmaz X-ışınları, görünür ışık ve radyo dalgaları radyolojide görüntü oluşturmak için kullanılan elektromanyetik enerjilerdir Yüklü bir partikülün ivmeli hareketi elektromanyetik enerji kaynağını oluşturur
Elektromanyetik radyasyonlar Sinüs dalgası özelliğinde, frekansı ve dalga boyu vardır
x ve γ ışınları X Işını özellikleri elektromanyetik bir radyasyondur Dalga boyu 0.04-1000 A o arasında (10-2 nm = 0.5 A o ) tanısal amaçlı.. Görülebilir G ışık 3800-7800 A o Boşluktaki hızıh ışık k hızınah eşit. 300 000 km / sn (3.10 10 cm /sn) Heterojen ışın n demeti şeklinde = polikromatiktir tir.. (γ=( = homojen) Ağırlığı yok (partiküls lsüz, dalga / foton) Manyetik alanda sapmaz (elektrik yüküy olmadığı için), in), lensle yönlendirilemezy
X Işını özellikleri Şiddeti boşlukta katettiği mesafe ile azalır (şiddeti katettiği mesafenin karesi ile ters orantılı) Ortamda iyonizasyon oluşturur ozon gazı zeminden havalandırılır Fotografik etki röntgen filminde latent görüntü Fluorosans etki bazı kimyasal maddelerle etkileşerek parlamasını sağlar. Floroskopi ve ranforsatör. Fluoresans =10-8 sn, fosforesans = 10-8 sn
X Işını özellikleri Kimyasal etki suda iyonlaşma sonucu serbest radikaller oluşur Röntgen tüpü camındaki manganezin permanganata dönüşümü ile menekşe rengi oluşur Biyolojik etki DNA molekülünde hasar mg. Güçlü ışın hc ölümü RT Penetrasyon (transmisyon) Maddeden geçiş özelliği geçişi esnasında soğrulur ve saçılır
X ışını tanıda kullanımını sağlayan özellikleri X-ışınları, röntgen tüpünde yüksek gerilimli elektrik enerjisi ile üretilir. Gerilim arttıkça dalga boyu kısa, enerjisi yüksek olur Penetrasyon: X-ışınları enerjisi dokuyu geçme yeteneği vücudu geçerken bazı bölgelerde daha çok tutulur Bir yapının kalınlığı ne kadar fazla, içerdiği maddelerin yoğunlukları ve atom numaraları ne kadar yüksekse, X-ışınlarını X o kadar fazla tutar Fotografik etki: X-ışınları, fotoğraf plağını aynı ışık gibi etkileyip görüntü oluşturur. Bu olayın esası fotonların, fotoğraf plağı ya da röntgen filmi üzerine sürülmüş gümüş bromür (AgBr( AgBr) moleküllerinin bağlarını gevşetmesidir. Bu özellik sayesinde radyografi yapılır
X ışını tanıda kullanımını sağlayan özellikleri Fluoresans etki: X-ışınları bazı kimyasal maddelerle etkileşerek ışık saçılmasına naden olur. Bu etkiden temel olarak iki şekilde yararlanılır. Fluoroskopi, fluoresans ekranlar (X-ışını düştüğünde fluoresans ışık yayan maddelerle kaplanmış levhalar) aracılığıyla vücudun canlı olarak görüntülenmesidir. Ranforsatör: : röntgen kasetlerinde, röntgen filminin her iki tarafına yerleştirilen, yüzeyine x-ışınını x floresan ışığa çeviren kristal tabakası sürülmüş levhalar)
Radyoaktivite, Gamma (γ)( ) ışını α ve β radyasyon Radyoaktivite: Kararsız atom çekirdeklerinin partiküler veya EM radyasyon yayarak kararlı başka bir atom haline dönüşmesi olayıdır. Bu kararsız atomlara radyonüklid denir İzotop = atom no aynı, p + sayısı ve atom ağırlığı farklı Stabil olmayan izotop = radyoizotop (doğal Rİ = uranyum (radyum radon), 14C Radyoaktif bozunma α emisyon= = çekirdekten 1 He (2 + yük, 2 p + + 2n) β emisyon= = çekirdekten 1 e - salınımı (1 - yük) γ ışını= = çekirdekten foton salınımı,, yük (0)
x ve γ ışını arasındaki farklar x -ışını elektron kabuğundan undan köken k ken alır Heterojen demet şeklinde x-ışını enerjisi <10 MeV (10-2 nm, 10 19 Hz)
x ve γ ışını arasındaki farklar γ ışını Çek reaksiyonları sonucu oluşur ur Homojen demet şeklinde
Partiküler radyasyonlar α emisyon çekirdekten 1 He (2 + yük, 2 p + + 2n) β emisyon çekirdekten 1 e-e salınımı (1 - yük)
Partiküler radyasyonlar Curie (Ci)) ve Beckerel (Bq): Radyoaktivite şiddet birimidir Curie (Ci): Saniyede 3.7x10 10 çekirdeğin parçalandığı bir maddede radyoaktivite şiddeti 1 Ci dir. 1 gr Radyumun 1 sn de yarattığı radyoaktiviteye eşit Beckerel (Bq): Sn de 1 çekirdeğin parçalandığı maddede radyoaktivite şideti 1 Bq dir 1 Ci = 3.7 x 10 10 Bq = 37 G Bq Elektron volt (ev): Bir elektronun bir voltluk potansiyel farkı altında hızlandırılmasıyla kazandığı enerjidir
Kaynaklar 1. Bushong SC. Radiologic Science for Technologist: Physics, Biology and Protection. 9 th ed. St. Louis, Mosby Elsevier, 2008. 2. Tuncel E. Klinik Radyoloji.. Bursa, Nobel & Güneş, 2008. 3. Kaya T. Temel Radyoloji Tekniği. Bursa, Güneş & Nobel, 1997.