en dag som radiograf - astra.dk | det nationale naturfagscenter · en dag som radiograf....
TRANSCRIPT
En dag som Radiograf
Lærervejledning
Projektet startede som et
samarbejde mellem Sydvestjysk
Sygehus, Radiologisk afdeling, og
Indhold
I lærervejledningen finder du følgende kapitler:
SIDE 2 Introduktion til UV-forløb
SIDE 3 Indhold og overblik
SIDE 4 Rammerne for forløbet
SIDE 6 Det uformelle læringssted
SIDE 7 Online formidling
SIDE 8 Røntgen-sims
SIDE 9 Perspektiv
Rybners Gymnasium.
Formålet var at vække gymnasieelevers interesse
for naturvidenskab, og give dem et indblik i,
hvordan naturvidenskab anvendes i teori og
praksis. I dette tilfælde på Radiologisk afdeling.
Formålet fra afdelingens side var også at få skabt
interesse omkring professionsuddannelsen som
radiograf.
Forløbet skal gennem elevaktiverende
undervisningsmetoder, give eleverne i
ungdomsuddannelserne mulighed for at forstå,
hvordan samspillet mellem naturvidenskab og
sundhedsarbejde er nært koblet.
Udviklet af…
Forfattere: Richard Cleyton,
Ole Gadsboelle og Leif Poulsen
Redaktion: Beth Wehner Andersen,
Claus Auning, Linda Ahrenkiel og
Mette Auning
Layout/film: Rune Skeel-Gjørling
1
LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF
Introduktion til UV-forløb
Introduktion
Forløbet giver gymnasieelever lejlighed til på
nærmeste hold at opleve, hvordan radiografer på
radiologisk afdelingen arbejder med anvendt fysik i
forhold til billedoptagelser af kroppens knogler og
organer. Elevere vil få en førstehåndsoplevelse af,
hvordan det fysik faglige udmøntes i praksis.
Formålet med forløbet er, at eleverne skal:
- lære noget om anvendt fysik
- arbejde med teorien bag røntgenstråling
- arbejde med dosisbegrebet og vævsskader
- arbejde med røntgen som diagnoseredskab
- kunne forklare relevante faglige begreber
- skrive rapport
Se mere på Astra.dk
Den gode idé
Forløbet på Sydvestjysk Sygehus giver en
spændende indsigt i, hvordan det fysikfaglige
anvendes i virksomheder.
Richard Cleyton, fysiklærer
fra Rybners Gymnasium
fortæller om, hvordan de fik
ideén til deres
undervisningsforløb.
Varighed 1:44 min
YouTube (HD)
2
LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF
Indhold og overblik
Undervisningshæfte
Kapitel 1: Røntgenstråling til diagnostik.
En kort introduktion til elevhæftet med fakta om hvad
røntgenstråling er og hvordan den skabes.
Brug elevbog, kapitel 1 på side 10
Kapitel 2: Dosis og dosisberegninger.
I dette kapitel uddybes forskellige metoder til at
karakterisere stråling og metoder til at beskrive den
skadelige effekt.
Brug elevbog, kapitel 2 på side 17
Kapitel 3: Billeder
Røntgenstråling er det oftest anvendte system til
billeddannelse i sundhedssektoren. Dette kapitel
omhandler billeddannelse, skarphed og hvordan
sandsynlighederne bestemmer skarpheden i et
røntgenbillede. Sidst i kapitlet er beskrevet
et ”billeddannelsesspil”.
Afsnittet om billeddannelse kan være vanskeligt for
eleverne at forstå. Derfor er det hensigtsmæssigt, at
gøre meget ud af simulationen, da det har vist sig at
denne visuelle tilgang hjælper eleverne.
Brug Elevbog, kapitel 3 på side 24
Kapitel 4: Simulering af billeddannelse
Kapitlet indeholder en øvelse, hvor eleverne ved hjælp af Excel laver en simulation af et røntgenbillede.
Brug Elevbog, kapitel 4 side 28
Kapitel 5: Øvelsesvejledninger
Kapitlet indeholder beskrivelser af øvelsesvejledning,
som bør læses inden besøget på hospitalet. Øvelserne
A, B, C, og D foretages på røntgenmodaliteten, mens
øvelse E foregår på CT-scanneren.
Brug Elevbog, kapitel 5 på side 30
Oversigt over forløbet
FØR BESØGET:
Gennemgå kapitel 1, 2 og 3.
UNDER BESØGET:
Eleverne har læst øvelsesvejledning, kap.
5. Og PC med øvelsesvejledning og Excel
filer medbringes til besøgsstedet.
EFTER BESØGET:
Billeddannelsesspillet i kapitel 3 kan
gentages. Arbejd med kapitel 4:
Simulationen af billeddannelse.
Rapportskrivning
Eleverne deles i 3 grupper, der med
hver sin medarbejder får en
rundvisning på røntgenafdelingen.
To grupper gennemfører
røntgenforsøg. Den tredje gruppe
arbejder med billeddannelse i en CT-
scanner.
Følgende er en oversigt over indholdet i
undervisningshæftet til eleverne.
3
LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF
Rammerne for forløbet
Aldersgruppe/klassetrin
Forløbet tilrettelægges, så det kan anvendes til
gymnasialt fysik C -niveau og B-niveau.
Varighed af forløbet
Forløbet forventes at vare i alt 12 lektioner, heraf
6 lektioner til forberedelse af besøget, 4 til besøg
på Sydvestjysk Sygehus og to til efterbehandling
og evaluering.
Faglige Mål
Ud fra grundlæggende begreber og modeller kunne
foretage beregninger af fysiske størrelser
Ud fra en given problemstilling kunne tilrettelægge,beskrive og udføre fysiske eksperimenter med givetudstyr og præsentere resultaterne hensigtsmæssigt
kunne behandle eksperimentelle data med henblikpå at diskutere matematiske sammenhængemellem fysiske størrelser
kende og kunne opstille og anvende modeller til en
kvalitativ eller kvantitativ forklaring af fysiske
fænomener og sammenhænge
Centrale faglige begreber
Røntgenstråling, Røntgen-kilder, absorptionsloven,
afstandskvadratloven, ioniserende stråling,
dosisbegreber, biologiske skadesvirkninger, tælletal og
spredning.
Følgende faglige mål fra fysik B STX opfyldes:
4
LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF
Besøg på sygehuset
Film fra forløbet
[Film] 2. x fra Rybners Gymnasium er på besøg ved Sydvestjysk Sygehus i Esbjerg. Her stifter de bekendtskab med
Radiologisk afdeling, hvor de udfører en række forsøg, som de arbejder videre med i fysiklokalet. (3:59 min)
YouTube (HD)
[Foto]: På rundvisningen viser en radiolog CT-scanneren frem,
og laver her et tværsnit af en elevernes skoletaske.
OVERSIGT OVER BESØGET
Orientering om arbejdet som radiografog en kort introduktion til røntgen-, CT- og MR-scanner.
Eleverne deles i grupper, der med hversin medarbejder får en rundvisning pårøntgenafdelingen.
Grupperne gennemfører røntgen-forsøgog arbejder med billeddannelse i CT-scanner.
Besøget afsluttes med test, der prøverom eleverne har forstået de forskelligediagnosticeringsteknikker.
5
LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF
Det uformelle læringssted
Historien bag Sydvestjysk Sygehus
Sygehuset behandler patienter indenfor næsten alle
specialer, såvel medicinske som kirurgiske. Sygehuset
har regionsfunktion indenfor specialerne
arbejdsmedicin, plastikkirurgi, kæbekirurgi og bariatri
(fedmekirurgi).
Sygehuset har godt 500 sengepladser og omkring 2500
ansatte. Årligt indlægges der 42.680 patienter, mens
knap 290.000 aflægger besøg i et af deres
ambulatorier.
Der uddannes også et stort antal unge hvert år - det
gælder blandt andet sygeplejersker, læger, social- og
sundhedsassistenter, bioanalytikere, radiografer,
fysio- og ergoterapeuter og lægesekretærer.
På Sydvestjysk Sygehus i Esbjerg stiftede elever fra
Rybners Gymnasium bekendtskab med Radiologisk
afdeling, hvor de blandt andet fik en gennemgang af
afdelingens røntgen-, MR- og CT-scanner. I den
forbindelse udførte de unge en række forsøg, som de
arbejdede videre med i fysiklokalet. Eleverne lavede
forsøg med røntgenstråling. Elever med fysik på C-
niveau eksperimenterede med de almindelige
røntgenapparater, mens elever på B-niveau også fik
lov at lave forsøg med CT-skanneren.
Som underviser på folke- efterskole- eller gymnasialt
niveau i Sydvestjysk Sygehus' optageområde kan man
få besøg af en eller flere fagpersoner, der kan forbinde
teori og praksis inden for det emne eller projekt, som
klassen arbejder med.
Fagpersonerne kan koble sig på det givne emne med
nogle af de faglige kompetencer, som de anvender i
det daglige arbejde på sygehuset. Der lægges op til
dialog og aktivering af eleverne og ofte med små
praktiske øvelser eller redskaber.
Se mere på sydvestjysksygehus.dk
EN STOR UDDANNELSESINSTITUTION
Sydvestjysk Sygehus er et stort uddannelses-sted, hvor der hvert år er knapt 800 uddannelsessøgende i klinisk uddannelse/ praktik.
De kliniske undervisningsforløb/praktikker planlægges af relevante fagpersoner fra de mange forskellige uddannelser, som SVS rummer.
Sydvestjysk Sygehus har hjemme på to adresser, i
henholdsvis Esbjerg og Grindsted.
6
LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF
Online Formidling
Røntgenstråling og andre former for stråling benyttes
på bl.a. sygehuse til at lave billeder af patienters indre
organer. Dette kan man gøre fordi røntgenstråling har
en høj energi og derfor passerer en stor del af
strålingen igennem patienten. Hvor stor en del
bestemmes af typen af væv, som strålingen sendes
igennem.
Som patient ønsker man at få stillet den rigtige
diagnose og samtidig at undersøgelsen skader
kroppen så lidt som muligt.
Radiograferne står derfor med en vigtig udfordring. De
skal tage billeder med så stor skarphed, at der med
stor sikkerhed kan stilles den rigtige diagnose og
samtidig forsøge at give patienten så lidt stråling som
muligt.
Problemer ved billeddannelse
Billeddannelse ved røntgen har to problemer:
En lav dosis af røntgen stråling bevirker, at der vil være
store variationer i hvor meget stråling der opfanges af
de forskellige detektorer (pixel). Dette styres af
tilfældigheder og giver et ’grumset’ billede, hvor
detaljer er svære at se.
Bestrålingen er forbundet med fare for en patient. En
høj dosis af stråling kan gøre patienten mere syg end
vedkommende er i forvejen, idet den kraftige stråling
kan give forbrændinger, strålesyge, og i værste fald,
kræft.
Den måde som tilfældigheder og variationerne
optræder i hver detektor (hver pixel) styres af kendt
matematik og kan simuleres ved hjælp af Poisson-
fordelingen og en tilfældighedsgenerator.
For at give en indsigt i dette dilemma er der udviklet
en virtuelt simulator, der skal give en forståelse af
billeddannelsen i en CT-scanner.
[Røntgen-Sims] En Røntgen-simulator til Ipad
Simulatoren viser hvordan den matematiske
tilfældighed - der ligger bag de atomare processer -
styrer hvilken strålingsmængde der er nødvendig for
at skabe et billede med tilstrækkelig skarphed til
diagnosticering.
Der er indlagt et konkurrencemoment for at få
eleverne til at være præcise i deres arbejde med
billeddannelsen ved at have fokus på minimeringen af
den nødvendige strålingsmængde.
Røntgen-Sims er en applikation til anvendelse i
undervisning om røntgenstråling.
7
LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF
Røntgen-Sims
Røntgen-Sims Undervisningsdel
Simulatoren er konstrueret således, at eleverne
tildeles hvert et billede med et skjult indhold, som skal
findes med røntgen-simulatoren. Billedet vil som
udgangspunkt se ud omtrent som vist på billederne
nedenfor.
Sammen med billedet har eleven et kontrolpanel, som
består af en skyder til at regulere dosis, en knap til at
bestråle patienten og samtidig fremkalde et nyt billede
og et felt til at stille diagnose og afsende denne.
Endelig er der et grafisk dosimeter som viser den
samlede anvendte dosis. Den består af en linje i et
rektangulært felt, som er farvet på en skala fra grøn til
rød og linjen går et stykke op for hver fremkaldelse,
som svarer til den dosis der er anvendt til
bestrålingen.
[Røntgen-Sims] Applikationen set på en Ipad.
Eleven skal ved hjælp af en skyder justere dosis (opad)
og ’fremkalde’ billedet, ved at ’bestråle med den
valgte dosis. Kan billedet endnu ikke tolkes entydigt
må patienten bestråles igen med den samme eller en
højere dosis.
[Røntgen] Hver detektor opfanger et antal røntgenfotoner
(tælletal). Antallet er tilfældigt. Dette billede viser resultatet
af bestråling af en plexiglas-plade med lav dosis (fra et
sygehus-besøg)
[Simulation] Hver pixel gives en tilfældig mængde farve
efter en bestemt matematisk forskrift.
8
LÆRERVEJLEDNING EN DAG SOM RADIOGRAF
Perspektiv
Denne interesse består i at formidle de lokale
muligheder for at anvende fysik i en spændende og
relevant sammenhæng som radiograf til eleverne på
gymnasierne.
[Foto] Elev iføres beskyttende blyforklæde
Radiografernes arbejde på sygehuset har to sider. Den
ene side er højteknologisk med anvendelser af fysik.
Den anden side består af nær kontakt med patienter
og tæt samarbejde med læger og det øvrige
plejepersonale. Oplevelsen af dette appellerer til et
bredt elev-segment og bidrager dermed for
fysiklæreren - sammen med det lokale islæt - til at
motivere undervisningen på fysiks B-niveau.
Radiograferne på sygehuset kan samtidig udbrede
kendskab til og interesse for deres job og uddannelse
til præcis den del af en ungdomsårgang de gerne vil
rekruttere.
Dette samarbejde har derfor et grundlag som gør, at
det kan fortsætte i en længere årrække.
Det er oplagt at forsøge at skabe fuldstændig
tilsvarende samarbejder mellem gymnasier og
sygehuse i andre større byer.
Derudover kan det udbredes til lignende samarbejder
for eksempel mellem fagene kemi, bioteknologi og
biologi på gymnasierne på den ene side og bio-
analytikere på sygehusene sammen med
bioanalytiker-uddannelserne på den anden.
Nye metoder og værktøjer
At bruge virksomheder som motivationsfaktor og
interesseskabende for naturvidenskab er ikke nyt.
Men i dette forløb har det været med til at give en
dybere indsigt i et obligatorisk emne fra
fysikundervisningen.
Anvendelsen af simulator har bidraget positivt til
forståelsen af et svært matematisk emne: statistikken
bag de atomare processer og betydning af denne
statistik for billeddannelsen i CT-scanneren.
3.1.5. Aktualisering gennem udadrettet
virksomhed
”Der skal så vidt praktisk muligt
tilrettelægges mindst ét forløb, hvor holdet
arbejder med aktuelle problemstillinger, som
har udgangspunkt i en konkret virksomhed
eller forskningsinstitution.” [LPB 3.1]
Samarbejdet mellem radiograferne på Sydvestjysk
Sygehus og gymnasierne i regionen har sit
udgangspunkt og sin drivkraft i en fælles interesse.
9
Av min arm!
K-n-æ-k! Den meget ubehagelige lyd gennemtrænger
den spredte støj i idrætshallen, da Peters hånd bliver
ramt af en hård bold fra modstanderens venstre back.
Efter den ubehagelige lyd kommer smerten, og alle
der kommer løbende til kan straks se, at der var noget
helt galt med hånden. Den hæver og enhver berøring
får Peter til at råbe højt.
Det er dog svært at afgøre, om det er en kraftig
forstuvning eller om noget er brækket. Efter hurtig
afkøling med en ispose og med armen højt hævet må
Peter en tur på skadestuen.
Besøget slutter ikke på skadestuen. Peter må en tur op
på røntgenafdelingen for at få stillet en mere præcis
diagnose.
Udarbejdet af…
Forfatter: Ole Gadsboelle
Redaktion: Beth Wehner Andersen, Claus Auning,
Linda Ahrenkiel og Mette Auning
Layout: Rune Skeel-Gjørling
På Sygehuset benyttes røntgenstråling i stort
omfang til såvel røntgenfotografering
(røntgendiagnostik) som til behandling af
kræft.
På SVS foretages 173.554 røntgen-
undersøgelser om året. (status rapport 2011
over energi- og miljøredegørelse)
Kapitel 1: Røntgenstråling til diagnostik
10
EN DAG SOM RADIOGRAF RØNTGENSTRÅLING TIL DIAGNOSTIK
ntsnet.dk/projektsyd 2
Diagnosen stilles
På skadestuen
Efter kort tid på skadesstuen sendes
Peter op på Røntgenafdelingen, hvor der
- med en opstilling som på billedet til
højre - tages røntgenbilleder.
Ved at studere billederne meget
grundigt, kan der stilles en diagnose: [Figur 1] Røntgenudstyr til optagelse af et billede af f.eks. en hånd
Hånden er brækket
Som det fremgår af røntgenbilledet er en af håndrods-
knoglerne brækket. (Bemærk, at det ene billede er
taget nedenfra og det andet ovenfra)
[Figur 2] En brækket håndrodsknogle
På billedet til højre kan det ses, at en løsning kræver
en operation, hvor en skrue bliver indsat for at holde
sammen på knoglen.
[Figur 3] Et billede taget efter indoperation af skrue
Da røntgenstrålingen absorberes
mere af knoglerne end af det
omkringliggende væv, kan der
herved dannes et skyggebillede på
en digital (fotografisk) film.
11
EN DAG SOM RADIOGRAF RØNTGENSTRÅLING TIL DIAGNOSTIK
Røntgenrøret
Strålingen frembringes i et såkaldt røntgenrør
Det er et lufttomtglasrør, hvori der er indstøbt to
elektroder.
Når røret er i funktion, går der en strøm igennem en
glødetråd i katoden. Denne strøm opvarmer katoden
så meget, at det er nemt at frigøre elektronerne. De
således netop frigjorte elektroner accelereres af den
elektriske spændingsforskel mellem katoden og
anoden. Da der er vacuum i røret, kan elektronerne
accelerere frit over imod anoden, som de støder ind i
med stor fart.
[Figur 4] En principskitse af et røntgenrør hvor anoden
udsender kortbølget elektromagnetisk stråling (fotoner)
[Figur 5] Et røntgenrør, der anvendes i et røntgenapparat
Den negative elektrode (katoden), er udformet som en
glødetråd. Den positive (anoden) er en metalplade af
f.eks. wolfram eller kobber.
12
EN DAG SOM RADIOGRAF RØNTGENSTRÅLING TIL DIAGNOSTIK
Strålingens energi
Elektronernes kinetiske energi (og dermed fart) vil da
stige i takt med, at de taber potentiel energi i feltet
mellem katoden og anoden. Når de når anoden, er al
den potentielle energi (Epot =eU) omdannet til kinetisk
energi. Elektronerne rammer altså anoden med en
kinetisk energi givet ved:
Hvis spændingen er 30kV, vil elektronerne ramme
anoden med en kinetisk energi på 30keV svarende til
1,6∙10-19
C∙3,0∙104V = 4,8∙10
-15J.
Når elektronerne fra katoden støder ind i anoden,
bremses de kraftigt op af tiltrækningen fra de positive
kerner i anodematerialet. Under denne opbremsning
udsender elektronerne den tabte kinetisk energi som
elektromagnetisk stråling (fotoner). Man kalder denne
stråling for bremsestråling. Hvis spændingen er høj
nok vil strålingen være så kortbølget, at den er i
røntgenområdet.
Eksempel:
Den del af elektronernes energi, der ikke udsendes
som stråling afsættes som varme i anoden. I praksis er
det normalt under 1% af energien, der udsendes som
stråling. På sygehusets røntgenrør roterer anoden.
Dermed fordeles den termiske energi over et større
område, og det forlænger anodens holdbarhed.
Da elektronerne kan aflevere fra 0 eV op til deres
kinetiske energi (eU), vil den udsendte stråling udgøre
et kontinuert spektrum fra 0 til eU. Bølgelængderne vil
variere fra den mindste bølgelængde svarende til den
største energi til i princippet uendelig bølgelængde
svarende til 0 energi. Fra det område af anoden, hvor
elektronstrålen rammer, bliver de mange fotoner
udsendt (1013
til 1015
pr sekund).
Fotonenergien: =
[Wilhelm Röntgen] (1845-1923)
Tysk fysiker, der i 1901 fik
Nobelprisen fordi han i 1895
opdagede røntgenstrålerne.
Han kaldte dem i starten for x-
stråler, fordi han ikke var klar
over, hvad de bestod af.
Senere fandt man ud af, at
det er kortbølgede
elektro-magnetisk
stråling.
13
EN DAG SOM RADIOGRAF RØNTGENSTRÅLING TIL DIAGNOSTIK
Spektret
Ud over det kontinuerte spektrum, der stammer fra
bremsestrålingen, kan der også være ekstra meget
stråling ved bestemte bølgelængder (karakteristisk
røntgenstråling). Det ses som ”linjer” i spektret og
stammer fra emission fra eksciterede atomer i
anoden.
Typisk er det elektroner der springer fra L- til K-skallen
(K-røntgen). Energiforskellen mellem L og K-skallen
vokser med Z2. Da energiforskellen mellem L og K er
ca. 10 eV i hydrogen, vil energiforskellen være over
10keV hvis Z er større end ca. 30 (302 ≈1000). For de
fleste anoder vil der derfor være linjer i spektret med
de spændinger, man normalt lægger over
røntgenrøret.
[Figur 4] Spektret fra et røntgenrør. Bemærk hvordan strålingen rykker mod kortere bølgelængde (større energi), hvis spændingen øges.
Da energispringene afhænger af grundstoffet, vil
linjerne ligge forskellige steder i spektret afhængig af
valg af anodemateriale.
Mas og meget mere
Når man ligger der og venter på undersøgelsen, hører
man mange af radiografernes fagudtryk/fagtermer
som f.eks. ”maserne” og ”kilovolterne”. De kan dog let
oversættes til fysisk forståelse.
mAs betyder milleAmpere gange sekund, hvilket er en
enhed for ladning, altså mC. Dvs. det er et mål for hvor
mange elektroner, der rammer anoden, og dermed for
hvor mange røntgenfotoner anoden udsender.
kV betyder kilovolt og altså enheden for spænding.
Det er spændingen påtrykt røntgenrøret.
”kilovolterne” er derfor et mål for den maksimale
energi af fotonerne i røntgenstrålingen
Hvordan opstår kontrasterne i billederne?
Årsagen til at der opstår et billede (klare kontraster)
er, at de forskellige grundstoffer ikke har samme evne
til at absorbere strålingen. Grundstoffer som bly, iod
og barium er gode til at stoppe strålingen (stærkt
absorberende). Calcium og jern mindre gode, mens
brint, ilt og kvælstof er dårlige til at absorbere
strålingen.
Vore knogler indeholder en del kalk, dvs.
calciumforbindelser, mens det omgivende væv
hovedsageligt består af vand, dvs. brint og ilt. Hermed
vil færre fotoner kunne gennemtrænge en knogle end
f.eks. muskler, og knoglerne vil derfor danne en skygge
på røntgenbilledet.
[Figur 5] Radiolog vurderer røntgenbillede
Det er afgørende for kvaliteten (og dermed
muligheden for at stille den rigtige diagnose) af et
røntgenbillede, at det har en god kontrast (stor forskel
mellem sort og hvidt i billedet).
14
EN DAG SOM RADIOGRAF RØNTGENSTRÅLING TIL DIAGNOSTIK
Hvis accelerationsspændingen er for høj, vil fotonerne
trænge gennem både blødt væv og knogler og give en
jævn sværtning af filmen næsten uden kontrast. Er
accelerationsspændingen for lav, kan strålingen ikke
trænge igennem patienten, og filmen sværtes for lidt.
God kontrast i billedet skabes ved at eksponere filmen
rigtigt. Hvis filmen rammes af for få fotoner, sværtes
den for lidt. Hvis den rammes af for mange, bliver den
helt sort. Eksponeringen kan reguleres ved at ændre
på strømmen (antallet af fotoner pr tid) og/eller ved at
ændre eksponeringstiden.
Summa summarum.
Der skal vælges en spænding (kV), altså en energi for
fotonerne. Derudover skal antallet af fotoner styres
gennem valg af strømstyrke (mA) og eksponeringstid
(s). I praksis er det ofte produktet af strøm og tid man
ændrer (mAs).
CT-scanneren
[Figur 6] CT Scanner på Sydvestjysk Sygehus
Et problem ved almindelig røntgenfotografering er, at
man kun for et to-dimensionelt billede. På billedet ser
man skygger fra alt, hvad røntgenstrålingen passerer
på sin vej gennem patienten. Billedet viser derfor ikke
hvor langt inde i patienten de lag ligger, som giver
kontrasterne i billedet. Man opnår altså bare en to-
dimensionel projektion af det undersøgte.
Fotograferer man en kræftsvulst, kan man derfor ikke
se, hvor dybt den ligger, eller hvilken udstrækning den
har i strålernes retning
En måde at løse dette problem på er at fotografere
patienten igen fra andre vinkler. I 1973 begyndte man
at anvende en såkaldt CT-scanner, hvor man lader et
røntgenrør bevæge sig i en cirkel omkring patienten.
Når den har kørt en omgang, rykkes patienten et lille
stykke vinkelret herpå og røntgenrøret foretager en ny
rundtur. Mens røntgenrøret bevæger sig, sender det
ganske tynde strålebundter igennem patienten. Disse
stråler opfanges af detektorer på den anden side af
patienten. Resultaterne af disse detektorers målinger
lagres i en computer, som så konstruerer et tre-
dimensionelt billede af det undersøgte.
”Da det er elektronerne, der stopper røntgen-
strålingen, er materialer med stor densitet bedst
til at reducere strålingen!”
15
EN DAG SOM RADIOGRAF RØNTGENSTRÅLING TIL DIAGNOSTIK
Beskyttelse mod stråling
På røntgenafdelingen gør man meget ud af at beskytte
patienterne mod uønsket stråling, bl.a. ved at anvende
de lavest mulige doser. Derudover afskærmer man f.
eks. patienternes kønsdele mod uønsket bestråling
ved hjælp af blyforklæder og deres øjne ved hjælp af
blyglasbriller.
Personalet der jo skal gennemføre mange
undersøgelser gennem et arbejdsliv sikres også bedst
muligt bl.a. ved at røntgenudstyret normalt er
indrettet så det kun kan aktiveres fra et kontrolrum,
der er afskærmet imod stråling og har god afstand til
røntgenrøret. Hermed beskyttes personalet mod
spredt stråling.
[FOTO] Elev iføres blyforklæde
For at kontrollere hvor meget stråling den enkelte
medarbejder får, bærer de ansatte et såkaldt
dosimeter, der er en lille plastikæske, der rummer en
røntgenfølsom film. Denne film fremkaldes med
bestemte tidsmellemrum, og man kan ud fra
sværtningen vurdere, hvor stor en dosis bæreren har
fået i den forløbne periode.
”Hold om muligt afstand til røntgenrøret og sørg for at
få meget/tungt materiale mellem røret og det der ikke
ønskes bestrålet.”
16
[Foto] Røntgen afdeling SVS – dosis indtastet i computeren
Kapitlet vil gennem teori og regneeksempler give dig
indsigt i den komplicerede proces med at beregne
hvor farlig en røntgenundersøgelse er for patienten.
Du vil blive i stand til at vurdere den enkeltes
kræftrisiko og hvor mange kræfttilfælde på landsplan
undersøgelserne er årsag til.
Forskellige dosisbegreber
Røntgenstråling er ioniserende elektromagnetisk stråling.
Når røntgenstråling propagerer gennem et materiale, vil
vekselvirkningen mellem strålingen og materialet give
anledning til, at der overføres energi
fra strålingen til materialet, hvorved neutrale atomer eller
molekyler splittes op i positive og negative ioner.
Det er dannelsen af disse ioner, der giver anledning til
betegnelsen ioniserende stråling, og som har en biologisk
skadelig effekt (se nærmere under afsnittet Biologisk
skadesvirkning).
Af historiske årsager findes der forskellige metoder til
at karakterisere strålingen, og disse - sammen med
metoder til at beskrive den skadelige effekt - uddybes
nedenfor.
Udarbejdet af…
Forfatter: Leif Poulsen (og konsulent Asbjørn Seegert)
Redaktion: Beth Wehner Andersen, Claus Auning,
Linda Ahrenkiel og Mette Auning
Layout: Rune Skeel-Gjørling
Kapitel 2: Dosis og dosisberegninger
17
EN DAG SOM RADIOGRAF DOSIS OG DOSISBEREGNINGER
Absorberet dosis
Vekselvirkning mellem stråling og materiale vil betyde,
at materialet absorberer energi fra strålingen.
Absorberet dosis gives betegnelsen og måles i
enheden Gray (Gy). 1 Gy svarer til, at der er afsat 1
Joule i 1 kg af det materiale, der har absorberet
strålingen.
Det er vigtigt at huske, at begrebet absorberet dosis
eller bare dosis først giver mening, når man ved,
hvilket materiale energien for røntgenstrålingen er
afsat i. Disse materialer kan f.eks. være luft, knogle,
blødvæv, kobberfiltre, aluminiumsfiltre osv.
Når der i daglig tale benyttes ordet ”dosis” (uden at
specificere begrebet yderligere), er det formentlig den
absorberede dosis i luft (eller bare luftdosis), der
beskrives. Den absorberede dosis i luft betegnes .
Det er denne størrelse, man typisk måler med en
røntgendetektor.
Dosis afsat i det eksponerede væv er meget mere
kompliceret. Her kan nævnes følgende til illustration
af kompleksiteten. Dosis afhænger bl.a. af:
1) Hvilket spektrum røntgenrøret udsender.
Spektret afhænger af den påsatte
rørspænding, kV (maxenergi), rørets
egenfiltrering og eventuel indsatsfiltreringer i
lysvisiret. Der kan være stor forskel i
filtreringerne fra rør til rør!
2) Hvilken mAs der påtrykkes. mAs er produktet
af rørstrømmen og eksponeringstiden.
Rørstrømmen er ikke strømmen i glødetråden
(som også kaldes filamentstrømmen), men
derimod den strøm der går mellem glødetråd
og anode. For en given kV og en given
filamentstrøm vil rørstrømmen antage en
bestemt værdi.
3) Hvilken afstand fra fokus dosis evalueres i.
(Diagnostiske røntgenfelter er altid
divergerende, og derfor skal der tages hensyn
til afstandskvadratloven)
4) Hvilket materiale der afsættes dosis i. For et
bestemt materiale og et bestemt spektrum,
vil der være en bestemt vekselvirkning
mellem materiale og stråling, hvorved
strålingen afsætter energi i materialet. Rent
faktisk vil denne vekselvirkning ændres ved
strålingens passage gennem materialet fordi
strålingens energifordeling ændres ved
strålingens passage gennem materialet
(lavenergetisk stråling absorberes i større
grad end højenergetisk stråling).
Røntgenstrålings passage gennem 1 kg luft og
1 kg bly vil resultere i to meget forskellige
doser til de to materialer.
Hvis man kender/fastholder indstillingerne i et
røntgenrør og måler på samme emne (f.eks. luft) vil
man dog kunne regne dosis ud som følger
hvor konstanten tager højde for alle nævnte
parametre og ”mAs´en” er slangsproget for
ovennævnte produkt af rørstrømmen og
eksponeringstiden, dvs. (ladningen af) det antal
elektroner, der rammer anoden.
D(luft) = konstant*mAs
Definition på absorberet dosis: ”den energi
røntgenstrålingen afsætter i et materiale per kilogram
af materialet”.
18
EN DAG SOM RADIOGRAF DOSIS OG DOSISBEREGNINGER
Definition for ækvivalent dosis:
Den absorberede dosis vægtet i forhold til
strålingstypen med strålevægtningsfaktoren
( tidligere kaldet kvalitetsfaktoren Q).
er et rent tal, dvs. det har ingen enhed.
Ækvivalent dosis måles i enheden Sievert
(Sv) og gives betegnelsen .
Ækvivalent dosis
Dette ”biofysiske” begreb indføres, da forskellige
strålingstyper (røntgenstråling, alfastråling,
betastråling) påvirker vævet forskelligt. For eksempel
er en absorberet dosis af alfastråling i et organ ca. 20
gange så skadeligt som en absorption af
røntgenstråling.
Beregning af ækvivalent dosis for røntgenstråling er
nemt, da er lig med 1. Her gælder det, at den
absorberede dosis D målt i Gy er lig den ækvivalente
dosis H målt i Sv. Det betyder, at en absorberet dosis
på 0,1 mGy stammende fra røntgenstråling svarer til
en ækvivalent dosis på 0,1 mSv. Men det giver også
anledning til forvirring, da begreberne ækvivalent
dosis og absorberet dosis og deres enheder Gy og Sv
ofte forveksles med hinanden.
Dosisgrænser til enkelte organer såsom øje, hud,
lunger etc. samt til ekstremiteterne (fødder, hænder
osv.) angives som en ækvivalent dosis.
Effektiv dosis
Effektiv dosis er en beregnet dosis, som bruges til at
vurdere risikoen for stråleinduceret kræft.
Effektiv dosis beregningen tager hensyn til forskellen i
absorption og farlighed i de enkelte organer.
En oversigt over beregningsgangen ses under
eksempler side 7.
Effektiv dosis beregnes i trin. For hvert bestrålet organ
(organer i den primære stråling såvel som organer, der
kun har modtaget spredt stråling) tages den
absorberede dosis og omregnes til den ækvivalente
organdosis. Herefter multipliceres den med organets
vævsvægtningsfaktor wT (tabel).
Herved fås en række ”effektive organdoser”. Effektiv
dosis findes ved at addere alle disse udregnede
effektive organdoser.
Vævsvægtningsfaktorerne er direkte et udtryk for,
hvor risikofyldt en bestemt ækvivalent dosis i et organ
er. Værdien af disse faktorer for de forskellige organer
kan ses i nedenstående liste1.
Organ eller væv Vævsvægtningsfaktor, wT
Kønskirtler (gonader) 0,20
Rød knoglemarv 0,12
Tyktarm 0,12
Lunger 0,12
Mavesæk 0,12
Urinblære 0,05
Bryst 0,05
Lever 0,05
Spiserør 0,05
Skjoldbruskkirtel 0,05
Hud 0,01
Knogleoverflader 0,01
Resten af kroppen 0,05
[Figur 1] Vævsvægtningsfaktorer, ICRP 60
1 Gældende vævsvægtningsfaktorer fastsættes af International
Commission of Radiation Protection ”ICRP” i deres rapport nr. 103
19
EN DAG SOM RADIOGRAF DOSIS OG DOSISBEREGNINGER
Eksempel
Et eksempel på udregning fra absorberet organdoser
til effektiv dosis, f.eks. hidrørende fra en indåndet
radioaktiv kilde eller CT-røntgenundersøgelser:
Lunger har absorberet en dosis på 5 mGy. Dette giver
en ækvivalent dosis til lungerne på 5 mSv.
Bryst har absorberet en dosis på 2 mGy. Dette giver en
ækvivalent dosis til brystet på 2 mSv.
Den effektive dosis (også kaldet helkropsdosis)
udregnes således:
( )
( )
( )
( )
Effektiv dosis (helkropsdosis) og risiko for
kræft.
Som allerede fortalt er effektiv dosis et mål for, hvor
risikofyldt en bestråling har været. Det er altså en
beregningsteknisk størrelse. Statistisk set anses
risikoen for at udvikle kræft i dag at være sådan, at
hver gang den effektive dosis øges med 1 mSv, så øges
risikoen for at udvikle kræft i løbet af livet med
risikofaktoren 005%. Det skal understreges, at dette er
et gennemsnit over køn og alder.
Risikoen for børn og unge er større, fordi børn og unge
stadig vokser. Celler, som deler sig, har en større
følsomhed over for stråling. Risikoen falder også som
funktion af alder, da høj alder betyder mindre
sandsynlighed for at kræftsygdommen kommer til
udtryk i den resterende livsperiode. Procenttallet skal
ses i forhold til, at livstidsrisikoen for at dø af kræft er
ca. 25 % i Danmark. I dag giver en konventionel
røntgenundersøgelse en effektiv dosis på omtrent
mens CT-undersøgelser sjældent giver
over 20 mSv. Til sammenligning får en dansker i
gennemsnit en dosis på ca. 1-3 mSv årligt fra den
naturlige baggrundstråling.
Eksempel (fortsat)
Cancerrisikoen fra eksemplet ovenfor bliver med de
opgivne data:
For en hel befolkning vil det give
tilfælde
Bemærk: Antallet skal ses i forhold til, at
livstidsrisikoen for at dø af kræft er ca. 25 % i
Danmark).
Se flere eksempler sidst i kapitlet.
Praktiske metoder til at måle og beregne
absorberet dosis
Absorberet dosis til luft (luftdosis) målt med halvleder-
dosismeter: Der måles kun dosisbidrag fra den stråling
der rammer den strålefølsomme overflade på
halvleder-dosismeteret (fig. 1.1). Derfor er det vigtigt
at placere halvlederens strålefølsomme overflade
vinkelret på røntgenstrålen. Stråling reflekteret tilbage
mod detektoren giver ikke bidrag til den målte
luftdosis.
Luftdosis målt på denne måde er en god indikator til at
karakterisere den stråling, der kommer fra et
røntgenrør.
Absorberet dosis til luft (luftdosis) målt med
ionkammer-dosismeter: Der detekteres både
Målinger af absorberede dosis
20
EN DAG SOM RADIOGRAF DOSIS OG DOSISBEREGNINGER
dosisbidrag til luften fra stråling forfra samt fra
stråling, der reflekteres tilbage mod detektoren (fig.
1.2). Det er dog igen vigtigt, at tænke over
orienteringen af ionkammeret.
[Fig. 1.1] Princip for strålingsdetektion med halvleder [Fig. 1.2] Princip for strålingsdetektion med ionkammer eller
TLD-tablet
Biologisk skadevirkning.
Hos mennesket indeholder benvæv ca. 45 % vand,
mens andre vævstyper indeholder mellem 10 % og 90
% vand. Når vand (i cellevæsken) absorberer energirig
ioniserende stråling, kan der foregå følgende
processer:
1) , hvorefter
2) hvorefter
og kaldes frie radikaler, (de indeholder en
uparret elektron). De er ekstremt kemisk aktive og vil i
løbet af brøkdele af sekunder reagere med andre
molekyler. De fleste radikaler vil reagere med
hinanden og danne vand igen, men enkelte reagerer
med andre af vævets molekyler, som f. eks.
Brintoverilte, er et kraftigt oxidationsmiddel. Det er
altså giftigt for cellerne og medvirker til at slå dem
ihjel. Radikalerne kan også reagere med molekyler,
som styrer cellerne, f.eks. DNA molekyler. Disse kan
også beskadiges direkte af strålingen. Skaderne kan
føre til ændringer i cellens funktion (f.eks.
cancerudvikling), evt. kan de forhindre cellen i at dele
sig, eller de kan direkte ødelægge cellen.
Det har vist sig, at der er størst sandsynlighed for varig
skade på et DNA-molekyle, hvis to eller flere bindinger
brydes samtidig af strålingen. Det er derfor alfastråling
har en meget større Q faktor, , end
røntgenstråling, hvor .
De omtalte fysisk-kemiske processer, som er omtalt
her, foregår meget hurtigt (1ms). De efterfølgende
biologiske forandringer foregår meget langsommere.
Cancer- udviklingen kan vise sig mange år efter
bestrålingen. Det er blandt andet derfor, at det er
svært at sætte sikre tal på risikofaktorerne.
Primære/Direkte
stråle
Halvleder-dosismeter,
som kun detektere den
stråling der rammer den
strålefølsomme side af
detektoren
Spredende objekt, f.eks.
En patient eller et fantom
Primære/Direkte
stråle
Halvleder-dosismeter,
som kun detektere den
stråling der rammer den
strålefølsomme side af
detektoren
Spredende objekt, f.eks.
En patient eller et fantom
Primære/Direkte
stråle
Halvleder-dosismeter,
som kun detektere den
stråling der rammer den
strålefølsomme side af
detektoren
Spredende objekt, f.eks.
En patient eller et fantom
Primære/Direkte
stråle
Dosismeter (ionkammer
eller TLD-tablet), som
kun detektere både den
primære/direkte stråling
og den spredte stråling
Spredende objekt, f.eks.
En patient eller et fantom
Primære/Direkte
stråle
Dosismeter (ionkammer
eller TLD-tablet), som
kun detektere både den
primære/direkte stråling
og den spredte stråling
Spredende objekt, f.eks.
En patient eller et fantom
Primære/Direkte
stråle
Dosismeter (ionkammer
eller TLD-tablet), som
kun detektere både den
primære/direkte stråling
og den spredte stråling
Spredende objekt, f.eks.
En patient eller et fantom
21
EN DAG SOM RADIOGRAF DOSIS OG DOSISBEREGNINGER
Eksempler
Dosis ved røntgenbilleder (og anden stråling) følger
følgende regneskabelon:
[Figur 2] Metodik i bestemmelse af forskellige doser og risiko ved strålepåvirkning
Eksempel 1
a) Når der bliver taget et røntgenbillede afbrystkassen, bruges typisk røntgenstråler med enfotonenergi på op til 100 keV. Effekten pr. areal eromkring 0,050 W/m
2 og bestrålingen varer ca. 0,1
sek. (apparatdata)
b) I væv er halveringstykkelsen for sådanne stråleromkring 4 cm og ca. 90 % af strålingenabsorberes.Et bestrålet område på 10*10 cm, 15 cm tykt,svarer til 1,5 kg. Den absorberede energi er da
J
Da kvalitetsfaktoren er 1, er den ækvivalente strålingsdosis givet ved
c) Effektiv dosis eller helkropdosis er da (se
fremgangsmåden ovenfor):
7
d) Cancerrisikoen (over et helt liv) er: 7
Ganges denne størrelse med antal billeder på et
år, fås antallet af kræfttilfælde i befolkningen.
Eksempel 2
a) I et andet eksempel bestråles lungerne med etrøntgenudstyr indstillet på 120 – 150 kV og en”mAs”- værdi på . Med enafskærmning på 3 mm Al og en afstand på 1,85 mvil patienten modtage en stråledosis istørrelsesordenen 0,6 mGy (fx målt meddosismeter).
b) Ækvivalent dosis er, da , som fordeles på forskelligt væv.
c) I lungevæv er halveringstykkelsen 8 cm. Lungernefylder i sammenklappet tilstand 4 cm. Denækvivalente strålingsdosis i lungerne vil derforvære 50 % af det der kommer frem til lungerne. Istørrelsesordenen til lungerne.
Fysisk Måling
eller Computer
Simulering
Strålepåvirkning
Absorberede
organdoser
Ækvivalente
organdoser
Vævsvægtnings-
faktorer
(ICRP 103) Effektiv dosis
Risiko for
stråleinduceret kræft
Statistisk model
Vægtning for
stråletyper
(røntgen, alfa,
beta osv.)
22
EN DAG SOM RADIOGRAF DOSIS OG DOSISBEREGNINGER
Eksempel 3.
Følg beregningen ved hjælp af modellen ovenfor. Hvis
vi tænker os en lungeoptagelse af en kvinde hvor vi
har følgende ækvivalentdoser:
- Hud: 0.1 mSv w=0.01 - Lungevæv: 0.5 mSv w=0.12 - Brystvæv: 0.2 mSv w=0.05 - Knogleoverflade: 0.3 mSv w=0.01- Rød knoglemarv: 0.2 mSv w=0.12
Vævsvægtningsfaktorer er hentet fra tabellen i Figur 1
(1.1 · 0.01)+(0.5 · 0.12)+(0.2 · 0.05)+(0.3 · 0.01)+(0.2 · 0.12) =
0.001 + 0.06 + 0.01 + 0.003 + 0.024 =
= 0.098 mSv
23
Kapitel 3: Billeder
[Figur 1] Røntgen-fotoner sendes mod patienten
Enten absorberes fotonen eller også går den igennem.
Hvis fotonen går igennem og bliver målt af detektoren
på den anden side, bidrager den til et lyst felt på
skærmbilledet.
Hvorvidt den enkelte foton går igennem eller ej er et
spørgsmål om sandsynlighed, som ved kast med en
terning, plat eller krone med en mønt og
sandsynligheden varierer afhængigt af, hvad der er
inde i kroppen det sted, hvor strålen går igennem.
Når mange røntgen-fotoner sendes mod patienten, er
det stadig et spørgsmål om sandsynlighed, hvor
mange der passerer, præcis som hvis man kaster med
terninger.
Du vil i øvelsen få indsigt i den statistik, der ligger bag
eksponeringen af et billede og dermed forstå
radiografernes dilemma, når de skal tage et billede.
Billedet skal jo være skarpt nok til, at den rigtige
diagnose skal stilles, men samtidigt skal patienten
have så lidt stråling som muligt.
- Prøv også spillet ”Find svulsten” og forstå dilemmaet!
Udarbejdet af…
Forfatter: Richard Cleyton
Redaktion: Beth Wehner Andersen, Claus Auning,
Linda Ahrenkiel og Mette Auning
Layout: Rune Skeel-Gjørling
Når en røntgen-foton rammer en prøve, en patient
eller et fantom, sker der en af to ting.
24
EN DAG SOM RADIOGRAF BILLEDER
I gennemsnit er en sjettedel af terningerne ettere, dvs.
50 ettere per kast, men der er faktisk mindre end 6 %
sandsynlighed for at få præcis 50 ettere (det kan
beregnes ved hjælp af Poisson-fordelingen med
middeltal 50, som ses til venstre)
Spredning
Spredningen er et udtryk for, hvor meget
resultaterne varierer fra middeltallet . I fysik kalder vi
den omtalte spredning for usikkerhed. Når resultater,
som svinger på grund af tilfældigheder, opsamles så vil
omtrent af resultaterne ligge i intervallet
.
Den teoretiske spredning for statistiske eksperimenter
med store middeltal (over 10) kan udregnes, som
kvadratroden af middeltallet √ . Så med 300
terninger har vi et middeltal på 50 og en spredning på
√ . Hvis vi foretager fx 200 kast med 300
terninger, så vil antallet af ettere i ca. 68 % af kastene
ligge mellem 43 og 57. De sidste 32 % (altså 64 kast) vil
have et højere eller et lavere antal ettere.
Omsættes det til 300 fotoner, som sendes gennem et
område i kroppen, der i gennemsnit stopper 5/6 af
fotonerne, så ved vi, at i 68 % af tilfældene vil
tælletallet på den anden side ligge mellem 43 og 57. I
de sidste 32 % vil tælletallet ligge højere eller lavere!
[Figur 3] Hvis vi kaster mange gange
med 6 terninger, vil der i gennemsnit
være 1 etter per kast. Men for de
enkelte kast vil der oftest ingen etter
være, ofte 1 etter, ind imellem 2-3
ettere og mere sjældent 4, 5 og 6
ettere. De præcise sandsynligheder er
vist til venstre.
[Figur 2] I røntgen-detektoren er der
tale om et meget stort antal fotoner,
men terningeforsøget giver en
korrekt fornemmelse af den statistik,
der ligger bag. Hvis vi kaster med
300 terninger er sandsynlighederne
for antallet af ettere vist på figuren
til venstre.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0 1 2 3 4 5 6
San
dsy
nlig
hed
Antal ettere
Kast med 6 terninger
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
San
dsy
nlig
hed
antal ettere
Kast med 300 terninger
25
EN DAG SOM RADIOGRAF BILLEDER
Billedskarphed og spredning
Når en patient med ondt i hånden udsættes for
røntgenstråling, har vi et dilemma. Røntgenstråling er
som bekendt ikke just sundt, men samtidigt skal der
sendes nok stråling gennem patienten til at danne et
skarpt billede, så man kan se, om der er brækket en
knogle.
[Figur 4] Stor relativ spredning [Figur 5] Halvt så stor relativ spredning
Den relative spredning
Når der kun sendes lidt stråling gennem patienten, fx
et middeltælletal på 100, som svarer til fotoner
opfanget af detektorerne, så bliver spredningen
√ √ . Så det faktiske antal, som
opfanges af hver del af detektoren, varierer med den
relative spredning:
Det betyder, at selvom materialet, som røntgenstrålen
belyser, er ensartet, vil antallet af fotoner som
opfanges, variere meget og billedet bliver ’kornet’.
Derfor vil man ikke kunne finde f.eks. et lille hårlinje-
brud med en for lav bestråling (se ovenstående
figurer).
Øges den tid, belysningen varer, øges tælletallet. Hvis
vi f.eks. venter 4 gange så længe, så middeltælletallet
bliver , så er spredningen √ .
Den relative spredning bliver nu:
Nu bliver der så halvt så meget statistisk støj, men
patienten udsættes for 4 gange så meget stråling!
Helt generelt beregnes den relative spredning med
formlen:
I forbindelse med røntgenbilledet er det
gennemsnitlige tælletal i detektorerne, og den relative
spredning fortæller, hvor ’kornet’ billedet bliver.
√
26
EN DAG SOM RADIOGRAF BILLEDER
Du skal bruge:
Fra spil til forståelse
Vi vil nu spille os frem til en forståelse
af, hvordan sandsynlighederne
bestemmer skarpheden i et
røntgenbillede (og faktisk mange
andre former for fotografiske billeder).
Regler:
1. Klassen deles ind i hold. 4 hold - kaldet A, B, C, D -på 4 elever hver. Det er ”detektor”-holdene. Det erdem, der skal kaste terningerne. Resten af klassendeles på 3-mands hold E, F, G… og kaldes ”røntgen-operatørerne”. Det er dem, der skal finde svulsten.
2. Af holdene ABCD får kun et hold de 30 fire-sidedeterninger (svulsten). De øvrige hold får hver 30almindelige seks-sidede terninger (alm. væv).
3. VIGTIGT: ”Røntgen-operatørerne” må ikke vide,hvem der har hvad.
4. ”Operatørerne” sendes ud.
5. Holdene ABCD kaster én gang, og lægger for hver1’er en kugle i deres bægerglas. Bægerglassene stårpå et fælles bord i et kvadratmønster (svarende tilet udsnit af et røntgenbillede).
6. ”Røntgen-operatørerne” kommer ind og skal gættehvilket bægerglas, der viser ”svulsten”.
7. Der kan tildeles point ved at give operatørerne -1for hvert forkert gæt, 0 for ’ved ikke’, 2 for korrektgæt. Operatøren får dog ikke at vide, hvor svulstener, før end alle omgange er spillet færdig (10-12omgange skal der til for at være ”sikker nok”). Tilsidst lægges pointene sammen og vinderen medflest point kan kåres.
Operatør 1 2 3 4 5 6 …
1.omgang 0 0 0 0 0 -1
2.omgang 2 0 -1 0 0 1
3. omgang
4. omgang
…
Spillet gentages, så alle elever får en chance for at
være ”røntgen-operatør”.
Ved 100 kast med en 4-sidet terning er middeltallet
25 og spredningen 5. Med 100 kast med en seks-
sidet terning er middeltallet 16,7 og spredningen
godt 4. Så selv efter 10. runde kan det være svært at
finde svulsten.
Find svulsten!
30 4-sidede (eller 8-sidede) terninger
90 6-sidede terninger
4 store bægerglas
et stort antal kugler eller lignende (til markering)
27
Kapitel 4: Simulering af billeddannelse i Excel
Excel kan lave en simulation af et røntgenbillede ved
at bruge farvekodning af felter, en
tilfældighedsgenerator og poisson-fordelingen.
I øvelsen kan du en simulering, der viser hvordan et
digitalt billede opbygges. Leg radiograf og giv lægen et
billede, der er så skarpt, at hun kan stille den rigtige
diagnose og samtidig skal du sørge for at patienten får
mindst mulig stråling.
Udviklet af…
Forfattere: Richard Cleyton, Ole Gadsbølle og
Leif Poulsen
Redaktion: Beth Wehner Andersen, Claus Auning,
Linda Ahrenkiel og Mette Auning
Layout/film: Rune Skeel-Gjørling
28
EN DAG SOM RADIOGRAF BILLEDDANNELSE
Opgave med billeddannelse
Nedenfor er vist et billede af variationen i tælletal,
hvor hvid svarer til et tælletal på 0 og et mørkt orange
svarer til et tælletal på 2 gange middeltælletallet.
Tælletallet kan reguleres øverst til venstre. Feltet B1
angiver % -vis forskel i tælletal i raske og syge celler.
Nogle har større, nogle mindre tælletal. (Svarende til
vævets absorptionsevne).
Et nyt billede ’fremkaldes’ ved at ved at trykke på F9
eller ændre et af tallene og taste enter.
Løs opgaverne
1) Reguler tælletallet langsomt op indtil eventuelle svulster og brud kan ses. Det gælder om at finde alle syge
områder ved så lavt et tælletal som muligt.
2) Skru ned for den procentvise forskel i syge/raske områder (10 %, 5 %, 1 %) og prøv igen. Bemærk hvor højt et
tælletal, der skal bruges, for at de syge områder ses tydeligt.
50 15% 100
29
Kapitel 5: Røntgenøvelser på SVS
Øvelsesvejledning Endelig vil du se hvordan radiograferne kan styre
kvaliteten af billedet ved hjælp af mængden af stråling
og energien af strålingen.
Ved CT-scanneren vil du kunne forstå hvordan
radiografen gør alt for at patienten ikke får mere
stråling, end det der er nødvendigt, for at radiografen
kan aflevere et billede til lægen, som er så godt, at der
kan stilles den rigtige diagnose.
[Foto] Røntgen afdeling SVS – Elever tager røntgenbilleder
Eksperimenterne vil give dig en indsigt i hvordan
strålingen aftager med afstanden fra røntgenrøret, og
dermed hvorfor radiografen stiller sig langt væk, når
billedet skal tages.
Du vil se hvordan absorptionen i et materiale
afhænger af tykkelsen af materialet, og dermed indse
hvorfor man ikke kan tage et billede uden, at
patienten får en hel del stråling.
Udarbejdet af…
Forfatter: Leif Poulsen
Redaktion: Beth Wehner Andersen, Claus Auning,
Linda Ahrenkiel og Mette Auning
Layout: Rune Skeel-Gjørling
Til øvelserne findes en excel-fil med tabel og
graftegning klargjort.
Resultaterne fortolkes umiddelbart sammen
med sygehusets personale, hvis tiden tillader
det.
30
EN DAG SOM RADIOGRAF RØNTGENØVELSER
Forsøgsopstilling
[Figur 1] Forsøgsopstilling på røntgenmodaliteten [Figur 2] Forsøgsopstilling på røntgenmodaliteten
[Figur 3] Skitse af forsøgsopstillingen (røntgenrøret).
BEMÆRK: Den nøjagtige afstand måles
fra anoden inde i røret.
31
EN DAG SOM RADIOGRAF RØNTGENØVELSER
Øvelser
Øvelse A: Strålingens variation med afstanden.
R100 proben anbringes i en flamingoholder, som på
figur 1 og 2. Højden varieres ved forskydning af
apparatet. Afstanden kan måles med det indbyggede
målebånd på apparatet, som sidder på blænden
(bemærk nulpunkt).
[FOTO] Afstanden måles med indbygget målebånd.
De målte dosisresultater flyttes fra Ortigoprogrammet
til Excel regnearket.
mAs - indstillingerne (foretages af operatøren): 50
mAs og 125 kV. Indblænding 10x10 cm aflæses på
røntgenrøret, 1 mmCu sættes på blænden som
ekstern filtrering (for at begrænse strålingen).
Se afstande i tabel nedenfor.
Udfyld nedenstående - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
BEMÆRKNING
Kan kilden betragtes som en punktkilde -
altså følge afstandskvadratloven? Det vil vi
undersøge!
Da vi ikke kender kildens nøjagtige afstand
(inde i apparaturet), kan afstanden korrigeres
ved at lægge korrektionsværdien (korr.) til
eller fra den målte afstand. Grafen er lavet ud
fra disse data. (Den første afstand er nødt til
at være større end nul af hensyn til potens-
tendenslinien).
Korrigeret
Afstand afstand Dosis
(cm) (cm) (µGy)
0,001 0,001 ____
10 10 ____
25 25 ____
50 50 ____
75 75 ____
100 100 ____
korr. = 0
32
EN DAG SOM RADIOGRAF RØNTGENØVELSER
Øvelse B: Halveringstykkelse af plexiglas.
I denne øvelse placeres derfor varierende lag af
plexiglas over proben. Afstanden fra rør til probe fast
holdes, 100 cm.
Dosismålingerne overføres til Excel programmet og
halveringstykkelsen bestemmes.
Overvej ud fra målingerne den dosis patienten
modtager. Overvej om der kan ses spredt stråling ud
fra målingerne. (Spredt stråling giver evt. personale
utilsigtet dosis).
mAs indstillingerne (foretages af operatøren): 20 mAs
og 70 kV. Indblænding 25x25 cm.
Udfyld nedenstående - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Absorptionskoefficienten µ aflæst (graf): ____
Halveringstykkelsen bestemmes med formlen
( )
Afstand Dosis
(cm) (µGy)
0 ____
1 ____
2 ____
3 ____
4 ____
5 ____
6 ____
7 ____
8 ____
Plexiglas´ absorption af stråling er meget lig kroppens.
33
EN DAG SOM RADIOGRAF RØNTGENØVELSER
Øvelse C: Dosis’ afhængighed af ladningen (antal fotoner)
R 100 proben anbringes i den direkte stråling. FFA er
100cm.
Der anbringes 10cm. plexiglas over proben. mAs´erne
varieres, spændingen holdes på 125 kV. Dosis-
målingerne overføres til Excel.
Udfyld nedenstående - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Øvelse D: Dosis´afhængighed af spændingen (kV).
R 100 proben anbringes i den direkte stråling. FFA er
100cm.
Der anbringes 10cm plexiglas over proben.
Spændingen kV´erne varieres, mAs`holdes på 10 mA.
Dosismålingerne overføres til Excel.
Udfyld nedenstående - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Bemærk: mAs´erne er mål for det elektronantal,
der rammer anoden. Heraf bliver ca. 1 % til
fotoner.
Ladning Dosis
mAs µGy
10 ____
25 ____
50 ____
71 ____
90 ____
U Dosis
(kV) (µGy)
60 ____
81 ____
102 ____
125 ____
0
0,5
1
1,5
0 50 100
Dosis/ mikroGy
Ladning/mAs
Dosis (µGy) / ladning (mAs)
Dosis µGy
0
0,5
1
1,5
0 50 100 150
Dosis/ mikroGy
U/kV
Dosis (µGy) / spænding (kV)
Dosis µGy
34
EN DAG SOM RADIOGRAF RØNTGENØVELSER
Øvelse E på CT Scanner: Dosis´sammenhæng med Standardafvigelsen (SD)
I CT-scanneren er placeret en ”dummy” af plexiglas,
som udsættes for bestrålingen. Skarpt nok billede
afhænger af opgavens art og afgøres af operatøren via
erfaring og bedømmelse af statistikoptagelsen ved
målingen, kaldet standardafvigelsen SD (Standard
Deviation).
På CT-scannerens styrepanel aflæses værdierne for
henholdsvis mAs´erne (vælges af operatøren), dosis og
den statistiske standardafvigelse SD. Værdierne
plottes ind i Excel arket.
Sammenhængen mellem mAs og dosis er allerede
kendt fra røntgen øvelsen (proportionalitet), men lav
grafen alligevel også her.
Standardafvidelsen SD afsættes som funktion af dosis.
Forventningen her er, at den relative afvigelse SD er
omvendt proportional med kvadratroden af dosis
(tælletallet), se kap. 3 Billeddannelse.
Udfyld nedenstående - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Standard-afvigelse
(SD)
Ladning Dosis SD
(mAs) (µGy) ”tal”
30 ____ ____
50 ____ ____
100 ____ ____
150 ____ ____
200 ____ ____
250 ____ ____
300 ____ ____
400 ____ ____
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,5 1 1,5
SD
Dosis/mikroGy
Standardafvigelse / dosis
SD "tal"
0
0,5
1
1,5
0 500
Dosis/ mikroGy
Ladning/mAs
Dosis µGy / ladning mAs
Dosis µGy
Øvelsen skal vise hvordan man får et ”skarpt nok”
billede med den mindst mulige stråling.
35
EN DAG SOM RADIOGRAF TERNINGESPIL
Fra spil til forståelse:
Knogler standser mere af røntgen-strålingen end det
omgivende væv. Derfor vil bruddet kunne ses ved at
der kommer mere stråling igennem. I praksis vil
billedet blive mørkere der hvor der kommer mest
stråling igennem. Altså kan bruddet ses som en mørk
skygge eller linje.
Du skal bruge:
6 firesidede (eller ottesidede) terninger
18 almindelige seks-sidede terninger
en portion (50-60 styk) duplo-klodser eller lignende
Man kan også bruge 4 store bægerglas og et størreantal kugler eller lignende (til markering)
Regler:
1. Der vælges 4 personer fra klassen til at kasteterningerne. Det er ”detektorerne”. Det er dem,der skal kaste terningerne. Resten af klassen delespassende små hold. De er ”røntgen-operatørerne”.Det er dem, der skal finde bruddet.
2. Af terningkasterne får kun en de 6 fire-sidedeterninger (bruddet). De tre øvrige terningkasterefår hver 6 almindelige seks-sidede terninger (alm.knogle).VIGTIGT: ”Røntgen-operatørerne” må ikke vide,hvem, der har hvad.
3. Terning-kasterne skal sidde skjult bag en papskærmeller lignende mens de rafler.
4. De 4 terningkastere rafler én gang, og sætter forhver 1’er en klods ovenpå. (Eller lægger en kugle ideres bægerglas.
5. Efter hvert kast får ”Operatørerne” en chance for atgætte hvilken stabel klodser der svarer til bruddet.Altså hvem sidder med de 4-sidede terninger.
Operatør 1 2 3 4 5 6 …
1.omgang 0 0 0 0 0 -1
2.omgang 2 0 -1 0 0 1
3. omgang
4. omgang
…
Spillet kan gentages, så alle elever får en chance for
at være ”røntgen-operatør” eller detektor.
NB: Ved 60 kast med en 4-sidet terning er middel-
tallet 15 og spredningen 4. Med 60 kast med en
seks-sidet terning er middeltallet 10 og spredningen
godt 3. Så selv efter 10. runde kan det være svært at
finde bruddet. Det er endnu sværere at finde
bruddet hvis man bruger 8-sidede terninger.
Find BRUDDET!
Vi vil nu spille os frem til en forståelse af hvordan
sandsynlighederne bestemmer skarpheden i et
røntgenbillede (og faktisk mange andre former for
fotografiske billeder).
Kapitel 6:
36