Vizsgálóeljárások klinikai jelentősége: Röntgen

2. Vizsgáló eljárások klinikai jelentősége: Röntgen

Írta: Kiss Katalin Klára

 

2.1. Bevezetés

 
Wilhelm Conrad Röntgen fizikus, gépészmérnök 1895-ben fedezte fel véletlenszerűen a röntgen sugárzást katódsugár csővel végzett kísérletei során. Ezért a felfedezéséért 1901-ben elsőként kapta meg a fizikai Nobel díjat. X sugárnak nevezte el.

Röntgen vizsgálati technika a detektálás módja szerint lehet:

• analóg
  • felvételi technika (röntgenfilm erősítő fólia kombináció)
  • átvilágítás
• digitális
  • indirekt digitális
  • direkt digitális

Múzeum a Radiológiai és Onkoterápiás Klinika könyvtárában.:

2.2. A képalkotás fizikai alapjai

 
A fizikai alapok valamennyi analóg, indirekt digitális és digitális képalkotásra is érvényes csak maga a detektáló rendszer működési elve más.

A röntgensugárzás fogalma:

A röntgensugárzás az elektromágneses rezgések családjába tartozó energiaterjedési forma.
Fizikai jellemzője:

C=μ×λ

μ= frekvencia
λ =hullámhossz
C=terjedési sebesség, mely állandó

A hullámhossz és a frekvencia egymással fordítottan arányosak.
A röntgensugárzást a hullámhosszal jellemezzük.
Minél kisebb a hullámhossza annál keményebb a sugárzás és annál áthatolóbb.

A kvantumelmélet értelmében, mint minden elektromágneses rezgés a röntgensugárzás is energia csomagokból, fotonokból áll. Hullám jelenségeket, és a klasszikus mechanika törvényeinek engedelmeskedve a röntgensugárzás ütközési jelenségeket is mutat.
A röntgensugárzásnak intenzitása van. A sugárzás által szállított energia a haladási irányra merőleges egységnyi felületen áthaladó energia sűrűséggel, intenzitással jellemezhető.

A röntgensugárzás előállítását a röntgensugárzóval, vagyis a röntgencsővel végezzük.
A röntgensugárzást nagyfeszültségű, egyenáramú, elektromos térben, vákuumcsőben felgyorsított elektronok nehézfém céltárgyba ütköztetésével keltjük a röntgencső segítségével. A nagysebességre felgyorsított elektronok az anódba csapódva több lépésben adja le energiáját.

A röntgen cső felépítése:

Katód: Wolfram
Anód: Wolfram, Molibdén -Rénium
Tápfeszültség: 10-20 kilovolt
Gyorsítófeszültség: 6-600 kilovolt

A röntgen sugárzás keletkezése:

Kétféle röntgensugárzást különítünk el keletkezésük alapján
-karakterisztikus röntgensugárzás
-fékezési röntgensugárzás

• Karakterisztikus sugárzás:

A felgyorsított elektron egy belső héjelektront kiszakít, a megüresedett helyet egy külső elektron tölti be.
Az elektronpályák, meghatározott kötési energiaszintet képviselnek, így a különbség mindig egy diszkrét érték. Mindig egy meghatározott hullámhosszúságú kvantum keletkezik.

• Fékezési röntgensugárzás:

A felgyorsított elektron áthatol az elektronhéjakon, a mag közelében lefékeződik, és mozgási energia veszteségének megfelelő nagyságú röntgen foton keletkezik. Ahol teljesen elveszíti mozgási energiáját, azt határhullámhossznak nevezzük.

A röntgen sugárzás spektruma:

Egy folyamatos görbére szuperponálódott karakterisztikus csúcsokkal jellemezhető, mely az anód anyagára jellemző.
Molibdén esetén a csúcs 35 kilovolt gyorsító feszültségnél keletkezik (mammográfia).
Wolframnál 60-70 kilovoltnál. Ezek az anyagok azért váltak be anódként, mert a csúcsok a diagnosztikában használatos értékeknél keletkeznek (orvosi röntgen diagnosztika).

Az energiaveszteség nagy mert a mozgási energia 99 %-ban hővé és látható fénnyé alakul.
A gerjesztés döntően külső elektronhéjon történik, egy elektron kilökődése játszódik le döntően.
A sugármennyiség a cső áramtól függ. A spektrális összetétel a feszültség növelésével és szűréssel változtatható.

Szűrés

A keletkezett röntgensugárzás különböző hullámhosszúságú röntgen fotonokból áll. A képalkotásban részt nem vevő, a kép minőségét rontó fotonokat ki kell szűrni. Ezt alumínium és réz lemezekkel végezzük. Szűréssel a sugárterhelés is csökken.

Négyzetes sugárfogyás törvénye

A röntgen sugárzás intenzitása a sugárforrástól mért távolság négyzetével csökken.
1x 1 m-es négyzetre beeső sugármennyiség 1 méterrel a sugárforrástól 4 x 4 m-es négyzeten oszlik el.

Abszorpció

A térben terjedő röntgensugárzás a teret kitöltő anyaggal kapcsolatba kerülve veszít intenzitásából.
Megváltoztatja az anyag állapotát (Biológiai, kémiai fizikai!)

A sugárgyengítési képesség, az anyag vastagságától, sűrűségétől és rendszámától függ. A rendszám negyedik hatványától.
A röntgensugárzásnak az anyagon történő áthaladása során ötféle fizikai jelenség játszódhat le. Ezt nevezzük a röntgen sugárzás abszorpciójának.
energia leadás nélkül áthatol

• Rayleight szórás
• Compton szórás
• foto effektus
• pár képződés

A képminőséget rontó tényezőként túlnyomóan a Compton féle szórás tehető felelőssé.

Centrális projekció

Torzítja a képet és nagyít.
A pontszerű sugárforrásból induló, széttérően haladó röntgensugarak hozzák létre a felvételt. Ennek következménye a nagyítás és torzítás. A filmhez közeli tárgyak kisebb mértékben nagyítottak (és élesebbek is), mint a filmtől távolabbi tárgyak. Emiatt a képen torzítás keletkezik, mert a filmhez közelebb eső testrészlet kisebb lesz, mint, az egyébként ugyanolyan méretű távolabbi.

2.3. A röntgenkép keletkezése

 
Homogén sugárnyalábot bocsátunk a testen keresztül, mely az anyagra jellemző módon szóródik és áthatol, az elnyelődések nyomán megváltozik a röntgen kvantum eloszlása, a képsíkban, egyenetlenül gyengül, különböző mértékben feketíti meg a filmet, vagy detektort (digitális). Úgynevezett sugárkép, egy inhomogén sugárrelief keletkezik, ami az anyag minőségétől függ.

Ezt a sugárreliefet kell valamilyen képátviteli rendszerrel detektálni, ami az analóg képátviteli rendszerben a nagyformátumú film fólia kombinációval történik. Ez a legegyszerűbb detektor rendszer.

A detektor a film, mely ezüst halogenoidokat tartalmaz.
Az erősítő ernyő, a fólia kalcium wolframat, és cink szulfid tartalmú (kék fóliák).
A ritkaföldfém fóliák titán, gadolínium tartalmúak (zöld fóliák).
Jobb a kvantumhasznosítás, kevesebb röntgensugár használatával készül el a felvétel. Sugárhygiénés szempontból is fontos. A rövidebb expozíciós idő pedig lehetővé teszi az elmozdulási életlenség csökkenését. A fóliákban lévő szemcsék a röntgen fotonok hatására fluoreszkálnak, fényfotonokat bocsátanak ki. A kék fóliák esetében 2-3 fény fotont kelt egy röntgen foton, míg a zöld fóliáknál 8-10 fény fotont. A kép minőségét a fólia szemcsézettsége határozza meg. Minél durvább a szemcsézettség annál rosszabb lesz a kép felbontása, de annál nagyobb az érzékenysége.
A képátviteli rendszer minőségét, felbontását vonalpár/mm mértékegységgel mérjük.
Ha a filmre közvetlenül történne a felvétel 50 vonalpár/mm a felbontás, de akkor hatalmas sugárdózist kellene leadni. Ez a fóliák használatával 5-10 vonalpár/mm-re csökken. Jelentősen csökkenti sugárdózist.

2.4. Kép minőséget befolyásoló tényezők

 
A kép minőségét rontja a szórt sugárzás. Csökkenti a kép élességét, fátyolozza a képet, csökkenti a kontrasztot.

(Szűrés, tubus, rácsok, Bucky-Potter-Akerlund)

A kép minőséget javítja:

• minél kisebb a tárgy képsík távolság
• minél nagyobb a fókusz tárgy távolság
• minél kisebb a fókusz mérete
• távfelvétellel érhető el a legjobb képminőség, ennek csak a generátorok teljesítménye szab határt.
• (lásd négyzetes sugárfogyás)

A röntgenkép minősége annál jobb minél több információt hordoz, ami a detektor rendszer minőségétől függ. Függ a beteg testalkatától, a korpulens betegekben nagyobb szórt sugárzás keletkezik.

Fluoroszkópia/Átvilágítás

Az átvilágításnál folyamatos a sugárkeltés. Ezt a modern forgó anódos röntgencsövek teszik lehetővé,
A kép az elsődleges cink-kadmium-szulfid vagy cézium-jodid tartalmú ernyőn jelenik meg. Ezt a képet a képerősítő elektron optikus úton több ezerszeresére erősíti fel és jeleníti meg a másodlagos ernyőn, melyet egy kamera jeleníti meg a monitoron.

Indirekt digitális technika

Digitális képlemezre (pl. foszforlemezre) történő felvételi technika. A foszforlemez a felvétel elkészítését követően kiolvasásra kerül, majd a kép a monitoron megjelenését követően posztprocesszálható, átküldhető az orvosi munkapultra.

Foszfortárolásos lemez bárium-fluoro-brom elektronjai foszforkristályokba ágyazva a röntgenfotonok intenzitásának arányában magasabb energia szintre kerülnek. Lézersugárral megvilágítva a lemezt a barium-fluoro-brom elektronok lumineszcencia jelenségét mutatják. Alapállapotukra jellemző módon energia szintjükre visszaállnak, fény fotonok kerülnek detektálásra. Fénnyel megvilágítva a kazetta újra használhatóvá válik. (A kiolvasást ajánlott 15 percen belül elvégezni, mert a kazetta adatai idővel (2-3 óra) elvesznek.)

2.5. Direkt digitális technológia

 
Napjainkban a korszerű digitális felvételi berendezéssel ellátott osztályon kerülnek a betegek ellátásra.
A technika lényege, hogy a felvételek detektor lemezre, úgynevezett flat planelre készülnek.

A detektor lemez egy amorf szelénréteggel fedett, az elektromos jelet érzékelő, vékonyfilm tranzisztorpanel. A szelénrétegben a röntgensugár feszültségkülönbséget indukál és elektronlyukak alakulnak ki a sugárzás intenzitásától függően. Ezt az elektromos jelet fogja fel a vékonyfilm tranzisztorpanel. Az elektromos jelek soronként és oszloponként kerülnek kiolvasásra. A detektorpanel vezeték nélküli routeren keresztül kommunikál a megfelelő számítógépes rendszerrel (RIS – Radiology Information System)., mely kapcsolatban áll a kórházi információs rendszerrel (HIS – Hospital Information System). Az itt tárolt betegadatokat hozzárendelhetjük a röntgenvizsgálathoz, ily módon a betegadatok és a digitális képi információ összekapcsolható.
A digitális felvételeken lehetőség van a postprocesszálásra is (pl. utólagos fényerő, kontrasztbeállítás). A szervereken, digitális archívumokban könnyen előkereshetők a beteg előző felvételei, így az összehasonlító vizsgálatok is könnyebben elvégezhetők. A felvételek digitális címkékkel megjelölhetők, válogathatók, csoportosíthatók, ami nagyban segíti az oktatást és a tudományos tevékenységet.

A digitális technika előnyei:

Milliós nagyságrendű megtakarítás havonta, nincs film és vegyszerköltség.

• Korszerű
• Bővíthető
• Magas szakmai színvonalat biztosít
• Gyors, biztonságos
• Interneten keresztül a felvételek elérhetők
• Környezetkímélő
• Nincs ismételt felvétel, aminek köszönhetően csökkenthető a betegek sugárterhelése.
• Végül nem elhanyagolható a rendkívül jó képminőség.

 

2.6. Kontrasztanyagok

 
A kontrasztanyagok felfedezésével vált lehetővé az üreges szervek vizsgálata, melyek a lágyrészektől el nem különülnek a natív felvételen. Később fedezték fel az epeutak és az érrendszer vizsgálatára alkalmas kontrasztanyagokat.
Felfedezésük már az 1800-as évekkel kezdődött.

1896.ban készítették az első nyelés vizsgálatot
1904-ben a bizmut felfedezője Rieder
1906-ban a BaSO4 felfedezése Munknak köszönhető
1923-ban az első per os cholecystographiat Graham végezte jodofttal.
1923-ban a kettős kontrasztos vizsgálatok lehetőségét és jelentőségét Fischer ismerte fel.
1927-ben a vízoldékony jódot tartalmazó uroselectant Binz fedezte fel
1930-ban a benzol gyűrűn szerepel először két jód atom szerves kötésben, melyet piridinnek neveztek el és ezzel a felfedezéssel vált lehetővé a kontrasztanyagok intravénás használata.
1950-ben már három jód atom kapcsolódik a benzol gyűrűhöz, benzolsz néven Wallingford nevéhez fűződik a felfedezés.
1954-ben született meg az amidotriozát, mely az ionos, jódozott vízoldékony kontrasztanyagok őse
Diederich fedezte fel.
1960-ban az ozmolalitás és az elektromos töltés, mint a mellékhatások fő okára Almén hívta fel a figyelmet.
1965-ben a nem ionos kontrasztanyagot a metrizamidot Almén vezette be.
1970-1990-es években az alacsony osmolalitsú, nem ionos kontrasztanyagok Sovak, Speck, Felden nevéhez fűződik.
A fejlődés iránya az volt, hogy kellő intenzitású legyen a kontrasztanyag, a későbbiekben pedig azt célozta, hogy egyre alkalmasabb legyen a bevitelre. Minél inkább biológiailag semleges legyen, és a lehető legkevésbé okozzon mellékhatásokat.

A röntgenben használt kontrasztanyagokat tartalmuk alapján két nagy csoportba oszthatjuk.

• bárium
• jód

 
A kettős kontrasztos vizsgálatoknál pedig a:

• negatív
• pozitív

kontrasztanyagokat különítjük el.
A pozitív kontrasztanyagok a bárium és a jód tartalmúak.
Negatív kontrasztanyagok a levegő és a széndioxid. A széndioxidot a gyomor kettős kontrasztos vizsgálatához használjuk. Szódium bikarbonátot tartalmazó port nyeletünk a beteggel, melyből a gyomor sósav hatására széndioxid szabadul fel. Levegőt pedig az irrigoscopiás vizsgálatoknál.

A bárium szulfát tulajdonképpen só, melyben a bárium erős kötésben van. A bárium-ion erősen toxikus.
Helytelen tehát a báriumot tartalmazó kontrasztanyagot vízzel úgymond feloldani, a bárium szulfátot vízzel keverjük és egy szuszpenziót készítünk belőle, melyben a részecskék nagysága eltérő, angström nagyságrendű. Ennek az a jelentősége, hogy a kisebb részecskék a nyálkahártya felszínén, míg a nagyobbak, a mélyebb redőkben ülnek meg, ezzel biztosítva a nyálkahártya morfológiájának finom rajzolatát.
A bárium szulfát olcsó és megbízható kontrasztanyag. Akkor okozhat akár halálos szövődményt is, ha a mediastinumba kerül vagy, ha kilép a bél lumenből a hasüregbe. Ezért a bárium tartalmú kontrasztanyag adásának szigorú kontraindikációi vannak.

• perforáció
• aspiráció
• fistulajárat

 
A vízoldékony kontrasztanyagok felosztása:

• ionos
• nem ionos
• monomer
• dimer

 
A vízoldékony kontrasztanyagok trijodbenzoesav molekulából állnak. Jellemző rájuk, hogy a jód szerves kötésben stabilan kötődik a benzol gyűrűhöz. Alacsony a toxicitása. Nagy előnye még, hogy erős a sugárelnyelő képessége.
Oldalláncokat is tartalmaznak (R1, R2). Az oldal oldalláncok a kontrasztanyagok fizikai, kémiai sajátosságait változtatják meg. Lényegében a vízoldékony kontrasztanyagok közötti különbség az oldal láncok milyensége és mennyisége határozza meg.

Ionos jelleg

Vizes oldatban a kontrasztanyag molekula -COOH anionra és kationra disszociál, ozmotikusan aktív részecskék száma nő a vérben, nő a vér osmolalitása, ennek hatására ér fájdalom, endothel károsodás arrhytmia, görcsök léphetnek fel. Magas osmolatiásnál a keringő plazma proteinekhez erősebb a kötődés is, ami tovább csökkenti a tolerálhatóságot.
Az osmolatitás minél közelebb áll a véréhez az idegrendszeri tolerálhatóság annál jobb, annál kevesebb a kontrasztanyag okozta szövődmény. Ma már a korszerű vízoldékony kontrasztanyagok isoosmolarisak. Magas viszkozitású kontrasztanyagok korszerűtlenek, mert lassítják az elfolyást, rontja a microcirculatiot és thrombus képződéshez vezethetnek.

Kemotoxicitás

Ez tulajdonképpen általános hatása a kontrasztanyagnak a szervezet biológiai rendszereire, a hatás mechanizmusok, amik lejátszódhatnak:

• hisztamin felszabadulás
• komplement-aktivitás
• enzimrendszerek befolyásolása

 
Hydrophilia

Az a jellemzője a kontrasztanyagnak, hogy milyen mértékben oldódik vízben, ez azt befolyásolja, hogy kevésbé kötődik a sejtmembrán lipidjeihez. A magas hydrophilia ezért csökkenti a toxicitást.

Összefoglalva, hogy a korszerű kontrasztanyagnak milyen kritériumoknak kell megfelelni, hogy a legkevésbé legyen toxikus és a legkevesebb szövődményt okozza, a legjobban tolerálható legyen:

• alacsony ozmolalitás
• elektromos töltés hiánya
• kifejezett hydrophilia
• proteinkötődés csekély
• minimalis kemotoxicitás
• alacsony viszkozitás

 
Az intravénás kontrasztanyagokat két további nagy csoportba oszthatjuk:

• nephrotrop
• hepatotrop

 
A nephrotrop kontrasztanyagok kismértékben kötődnek fehérjékhez, diffusio útján jutnak az extracelluláris térbe glumeruláris filtracióval eliminálódnak.

A hepatotrop kontrasztanyagok ionos dimer benzoesavak nagymértékben kötődnek a plazmafehérjékhez, főleg az albuminhoz. A májsejtekbe jutva aktív transport útján a májset az epébe szecernálja.
A magas hepatocelluláris transportráta következményeként nagy koncentrációban jelenik meg az epeutakban.

2.7. A röntgen vizsgálatok klinikai alkalmazása:

 
A röntgen vizsgálatoknak számos előnye van a mai napig is. Sok esetben megőrizte prioritását a többi vizsgáló eljárással szemben. A betegek kivizsgálásának algoritmusában az esetek többségében az első választandó modalitás a röntgen vizsgálat. A mellkasi szűrő vizsgálatokban például, amennyiben a lelet negatív, elégséges is.
Valamennyi röntgen vizsgálatra érvényes szabály, hogy a vizsgálatról képi dokumentációnak és írásos leírásnak, leletnek is kell készülnie.

A röntgen vizsgálat előnyei:

• olcsó
• könnyen hozzáférhető
• néhány kórképre specifikus lehet
• az iránydiagnózis felállításával megválasztható, milyen modalitással juthatunk a legkönnyebben és leggyorsabban diagnózishoz. Ez főleg az akut esetekben igen fontos.

 
Az akut hasi kórképekben, traumatológiában és a posztoperatív szövődmények kimutatásában.

A röntgen vizsgálat hátrányai:

• sok esetben nem specifikus
• az adott betegségnek nincs röntgen tünettana
• az elváltozás nem ábrázolódik röntgenfelvételen (nem sugárfogó epekő, vesekő)

 
Leggyakoribb röntgen vizsgálati módszerek:

• mellkas felvétel
• natív hasi felvétel
• kontrasztanyagos vizsgálatok
• csont felvételek
• intervenciós radiológiai vizsgálatok
• speciális (fül-orr gégészeti felvételek)

2.8. A mellkas röntgenvizsgálatainak módszerei:

 

• Zeiss és Odelka felvételek szűrő állomásokon, ez az úgynevezett roll film technika, a felvételek 2 méterről készülnek. 10 x 10 cm, illetve 6 x 6 cm átmérőjűek. Igen jó felbontásúak méretük ellenére. Lakossági szűrő vizsgálatokra használták, ma már nem alkalmazzák.
• 1:1 arányú, nagyformátumú posztero-anterior irányban készült mellkas felvétel
• oldal irányú felvétel
• átvilágítás, mely mindig kiegészítő vizsgálat, amennyiben a mellkas felvételen kérdéses a diagnózis. Csak mellkas átvilágítást nem végzünk, mert sugárterhelése nagy, térbeli felbontása rossz és megítélése szubjektív, nem kellően dokumentált.
• Friemann-Dahl

 
Kontrasztanyagos vizsgálatok:

• gyomor bél traktus
• epeutak vizsgálata
• sipoly járatok feltöltése, fistulográfia
• tápszonda feltöltés
• kanülök pozicionálása
• intervenciós beavatkozások
• eszközös beavatkozás utáni kontroll

 

2.9. A fejezet üzenete:

 
A fizikai alapok megértése, ismerete elengedhetetlen a röntgenfelvételek helyes kiértékeléséhez.

 

---