en dag som radiograf - astra.dk | det nationale naturfagscenter · en dag som radiograf....

36
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

Upload: others

Post on 21-Jan-2021

10 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 2: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 3: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 4: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 5: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 6: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 7: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 8: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 9: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 10: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 11: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 12: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 13: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 14: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 15: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 16: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 17: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

[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

Page 18: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 19: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 20: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 21: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 22: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 23: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 24: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 25: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 26: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 27: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 28: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 29: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 30: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 31: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 32: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 33: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 34: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 35: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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

Page 36: En dag som Radiograf - astra.dk | Det nationale naturfagscenter · En dag som Radiograf. Lærervejledning. Projektet startede som et samarbejde mellem Sydvestjysk Sygehus, Radiologisk

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