RÖNTGEN CİHAZLARI ve FİZİK PRENSİPLERİ 9

1. RÖNTGEN CİHAZLARI ve FİZİK PRENSİPLERİ 9 Dr. Erol Akgül Ç. Ü. SHMYO 1. Sınıf

2. ATTENÜASYON

3. ATTENÜASYON 1 • Attenüasyon, x-ışını demetinin maddeden geçerken absorpsiyon veya sapma sonucu şiddetindeki azalma demektir. • Hastaya ulaşan x-ışını fotonları, dokularda attenüe edilebilir yani zayıflatabilir veya değişmeden hastadan geçerler. • Geçen fotonların dağılım mozaiği attenüe edilen x-ışını fotonları hakkında bilgi taşımaktadır.

4. ATTENÜASYON 2 • Eğer tüm fotonlar hastadan geçse film uniform olarak siyah, tüm fotonlar attenüe edilse uniform olarak beyaz olurdu. • İmaj oluşumu için dokular arasında diferansiyel attenüasyon yani farklı attenüasyon olması gerekir. • X-ışını şiddeti, demetteki fotonların sayı ve enerjisi ile ilişkilidir.

5. ATTENÜASYON 3 • Attenüasyonu daha anlamak için öncelikle x-ışını foton sayısını yani monokromatik radyasyonu ele almak gerekir. • Bu radyasyonda tüm x-ışını fotonlarının enerjisi eşittir, şiddetteki değişiklik sadece sayı ile ilgilidir. • Monokromatik radyasyonun attenüasyonu eksponansiyeldir yani maddeden geçerken belirli bir kalınlık için hep aynı miktarda zayıflatılırlar. • Örneğin suyun her bir cm kalınlığı x-ışını foton sayısını %20 oranında attenüe ederse başlangıçtaki 1000 foton ilk cm’de 800, ikinci cam’de 640, üçüncü cm’de 512, döndüncü cm’de 410 şeklinde attenüe edilir.

7. ATTENÜASYON KATSAYISI • Belirli kalınlıktaki maddenin x-ışını miktarında yaptığı azalma yani attenüasyon ölçümüdür. • Bu katsayı lineer attenüasyon ve kitle attenüasyon katsayısı olarak incelenir.

8. LİNEER ATTENÜASYON KATSAYISI • Belirli kalınlıktaki bir maddenin x-ışınını ne kadar attenüe edeceğini gösterir, µ ile sembolize edilir. • Birimi santimetre başınadır, yani 1/cm’ dir. • X-ışını şiddeti ve maddenin cinsine göre değişen bir ölçümdür. • X-ışını şiddeti arttıkça lineer attenüasyon katsayısı azalır. • Su, yağ, kemik gibi maddelerinin hepsinin lineer attenüasyon katsayıları farklıdır.

9. YARI DEĞER KALINLIĞI • Başlangıç x-ışını demetinin şiddetini yarıya azaltmak için gerekli madde kalınlığıdır. • Bir ışın demetinin yarım değer seviyesinin yüksek olması daha delici yani enerjisi yüksek x-ışını demeti olduğuna işaret eder.

10. KİTLE ATTENÜASYON KATSAYISI • Kitle attenüasyon katsayısı maddelerin fiziksel durumlarından bağımsız olarak attenüasyonlarını belirlemek için geliştirilmiş ölçümdür. • Örneğin su, buz ve buhar suyun değişik fiziksel durumlarıdır. • Hepsinin lineer attenüasyon katsayısı farklı olmasına rağmen kitle attenüasyon katsayıları eşittir. • Kitle attenüasyon katsayısı, lineer katsayısını (µ) yoğunluğa (p) bölerek elde olunur (µ /p). • Birimi cm2 /gm’ dır.

11. ATTENÜASYONU ETKİLEYEN FAKTÖRLER • Attenüasyonu etkileyen faktörler, radyasyonun enerjisi ve maddenin fiziksel özellikleridir. • Maddenin yoğunluğu, atomik numarası ve gm’daki elektron sayısı attenüasyonu etkiler. • Radyasyonun enerjisinin arttırılması attenüasyonu azaltır. • Maddeye bağlı fiziksel özelliklerinin arttırılması ise attenüasyonu arttırır.

12. ATOM NUMARASI 1 • Enerji ve atomik numara etkileşim şeklini belirler. • Atomik numara arttıkça fotoelektrik etki ihtimali artar, enerji arttırıldıkça ise azalır. • Düşük enerji düzeylerinde atomik numara ne olursa olsun fotoelektrik etki baskındır. • Enerji arttıkça Kompton etki artar ve fotoelektrik etkiden daha fazla olur.

13. ATOM NUMARASI 2 • Sadece yüksek atomik numaralı kontrast maddelerde (iyot ve baryum) hala fotoelektrik etki hakimdir. • Fotoelektrik etki x-ışını fotonunu tamamen ortadan kaldırdığı yani absorbe ettiği için bu etki x-ışınını daha fazla attenüe etmektedir. • X-ışını enerjisi arttıkça fotoelektrik etki hızla azaldığı halde, Kompton etki daha yavaş azalır.

14. X-IŞINI ENERJİSİ • X-ışını enerjisinin artması maddeden etkileşmeden geçen x-ışını miktarını arttırmaktadır. • Bu kaide sadece yüksek atomik numaralı maddeler (kontrast maddeler) için geçerli değildir. • Bunun da nedeni K bağlama enerjisidir. • Bu maddelerde K bağlama enerjisi yüksek olduğu için ancak belli bir eşik değerde K elektronu koparılabilmekte ve dolayısıyla x-ışını enerjisi arttırıldığı halde attenüasyon artmaktadır. • Bu eşik değere “ K sınırı “ denilmektedir.

15. DOKU YOĞUNLUĞU 1 • Doku yoğunluğu x-ışını attenüasyonunu etkileyen önemli faktörlerden biridir. • Yoğunluk birimi hacimdeki madde miktarını gösterir. • Yoğunluk ve attenüasyon arasındaki ilişki lineerdir. • Yoğunluk iki kat arttırılırsa attenüasyon da iki kat artar.

16. DOKU YOĞUNLUĞU 2 • Kemiğin yoğunluğu yumuşak dokuya göre iki kattır dolayısıyla kemikte iki kat fazla x-ışını attenüe edilir. • Havanın yoğunluğu yumuşak dokuya göre 773 kat azdır buna karşılık atomik numaları birbirine yakındır. • Dolayısıyla hava içeren yapıların filmde görünürlüğünü esas olarak yoğunluklarının önemli ölçüde farklı oluşu belirler.

18. POLİKROMATİK RADYASYON • Gerçekte x-ışını demetinde tek bir enerjiye sahip fotonlar değil farklı enerjilerde fotonlar bulunur. • Genelde polikromatik radyasyon ortalama enerjisi maksimal enerjisinin yarısı ve 1/3’ü arasındadır. • Örneğin 100 kVp ışın demetinin ortalama enerjisi 40 kV’dur. • Dolayısıyla polikromatik radyasyon maddeden geçerken sadece miktarı değil kalitesi yani enerjisi de değişir. • Düşük enerjili fotonlar daha hızlı attenüe edildiği için demetin ortalama enerjisi yükselir.

20. ATTENÜASYON VE DİFERANSİYELATTENÜASYONUN KLİNİK ÖNEMİ 1 • Görüntü oluşumu için diferansiyel yani farklı attenüasyon gerekir. • Genel olarak radyografik incelemelerde hastaya ulaşan x-ışını fotonlarından %5’inden azı filme ulaşır ve bunların da yarısından daha azı filmle etkileşime girerek görüntü oluşumunda katkı sağlar. • Dolayısıyla x-ışını cihazından çıkan x-ışınlarından %1 kadarı imaj oluşumunu sağlamaktadır.

21. ATTENÜASYON VE DİFERANSİYELATTENÜASYONUN KLİNİK ÖNEMİ 2 • X-ışınları fazla etkin bir yöntem olmadığı için ışın demetinin iyi kontrol edilmesi görüntüde çok önemli rol oynamaktadır. • Kaliteli bir film için x-ışını demeti maksimal diferansiyel attenüasyon sağlamalı yani dokular arasındaki farklılıklar iyi ortaya konulmalıdır. • Düşük enerjili x-ışınları kullanıldığı zaman fotoelektrik etki artmakta ve dokular arasındaki farklılık belirginleşmektedir.

22. ATTENÜASYON VE DİFERANSİYELATTENÜASYONUN KLİNİK ÖNEMİ 3 • Fotoelektrik etki atomik numaranın kübü ile oranatılı olduğundan kemikte fotoelektrik etki yumuşak dokuya göre yedi kattır. (Kemiğin atomik numarası 13.8, yumuşak dokunun 7.4). • Ancak fotoelektrik etki hastanın aldığı radyasyonu arttırmaktadır.

23. ATTENÜASYON VE DİFERANSİYELATTENÜASYONUN KLİNİK ÖNEMİ 4 • X-ışını enejisi arttırıldıkça Kompton etki artmaktadır. • Bu durumda diferansiyel attenüüsyon büyük ölçüde dokular arasındaki yoğunluk farklılığından kaynaklanmaktadır. • Ancak su ve yağ gibi yoğunluk ve atomik numaraları birbirinden çok önemli farklılık göstermeyen yapıların ayırdedilmesi ancak düşük kVp tekniği ile mümkün olmaktadır.

24. Kontrast maddelerin atomik numaraları yüksek olduğu için yumuşak dokulara göre fotoelektrik etki ihtimali 400 kat fazladır. • Bu özellikleri radyodiagnostikte kullanımlarını sağlamaktadır.

25. SAÇILAN RADYASYON 1 • Attenüasyonda hastadan geçen veya absorbe edilen primer radyasyon sözkonusudur. • Primer radyasyon hasta hakkında yararlı bilgiyi taşır. • Saçılan radyasyon ise film kalitesini olumsuz etkileyen ve filmde bulanıklığa yolaçan radyasyondur. • Bu radyasyon önemli ölçüde Kompton saçılmadan kaynaklanır ve rutin radyolojide hastadan çıkan fotonların %50-90’nı oluşturur.

26. SAÇILAN RADYASYON 2 • Saçılan radyasyonu etkileyen belli başlı 3 faktör mevcuttur: • 1. kVp • 2.Kısım kalınlığı • 3. Alan büyüklüğü • Her üçününde arttırılması saçılan radyasyonu fazlalaştırmaktadır. • Kısım kalınlığı ve alan büyüklüğü kısmen kontrol edilebilir. • kVp kontrol edilebilen faktördür ancak bunun da azaltılması hastanın aldığı radyasyonu arttırmaktadır.

27. KİLOVOLTAJ • Enerji arttırıldıkça Kompton etkileşim ve saçılan radyasyon artar. • Tüm radyografik çalışmaların olabildiğince en düşük kVp ile alınması saçılmayı en aza indirir ve görüntü kalitesinin yüksek olmasını sağlar. • Fakat kVp düşürülürken mAs artırılır. • Bu, ışınların absorbsiyonunu artırır ve sonuçta hastanın aldığı doz artar.

28. ALAN BÜYÜKLÜĞÜ • Küçük x-ışını alanı küçük bir hacmin x-ışını almasını sağlar ve dolayısıyla saçılan foton sayısı azalır. • Alan genişledikçe saçılan radyasyon önce hızla artar sonra plato yapar. • Alanın daha fazla genişletilmesi filme ulaşan saçılan radyasyon sayısını etkilemez olur. • Saçılan radyasyon arttığı halde filme ulaşma miktarı değişmez, çünkü filme ulaşmak için yeterli enerjiye sahip değillerdir. • Diagnostik radyolojide bu satürasyon alan büyüklüğü 30x30 cm civarındadır.

30. KISIM KALINLIĞI 1 • Kısım kalınlığının artması saçılan radyasyonu arttırır ama üst kısımlardaki saçılan radyasyonun enerjisi filme ulaşacak miktarda değildir. • 3 cm kalınlıktaki ekstremitenin 70 kVp ile ışınlanmasında saçılan radyasyon %45, 30 cm’lik abdomende hemen hemen % 100’dür. • Hasta kalınlığı herzaman kontrol edilemez. • Kompresyon bantları bazı durumlarda hasta kalınlığını kısmen azaltabilirler.

31. KISIM KALINLIĞI 2 • Vücudun kalın bölgelerinde, ince kesimlere oranla daha fazla Kompton saçılma olur. • Bu nedenle ince kesimlerin radyografik görüntüleri, saçılmanın olumsuz etkileri az olduğundan, kalın bölgelere oranla daha detaylı ve net olarak görülür. • Kompresyonlu çalışmalarda, doku kalınlığı azaldığı için saçılma azalmaktadır.

32. Kaynaklar • Bushong SC. Radiologic Science for Technologist: Physics, Biology and Protection. 3rd ed. St. Louis, The C. V. Mosby Company, 1984. • Oğuz M. Röntgen Fiziğine Giriş: Diagnostik I. Adana, ÇÜ Basımevi, 1992. • Kaya T. Temel Radyoloji Tekniği. Bursa, Güneş & Nobel, 1997.