Verificarea Acumularilor Radioactive ale Operatorilor In Radiologiedocx

=== Verificarea acumularilor radioactive ale operatorilor in radiologie ===

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV

Facultatea de Design de Produs și Mediu

PROIECT DE DIPLOMĂ

Absolvent: Scurtu Fivia-Iustina

Program de studii: Inginerie medicală

BRAȘOV

2015

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV

Facultatea de Design de Produs și Mediu

Departamentul Design de Produs, Mecatronică și Mediu

SCURTU Fivia-Iustina

VERIFICAREA ACUMULĂRILOR RADIOACTIVE ALE OPERATORILOR ÎN RADIOLOGIE

PROIECT DE DIPLOMĂ

Program de studii: Inginerie medicală

BRAȘOV

2015

1. INTRODUCERE

Radiologia și imagistica medicală este o ramură a medicinei care se ocupă cu studiul teoretic și aplicațiile practice ale radiațiilor ionizante (radiații X, radiații gama, radiații corpusculare, izotopi radioactivi), ultrasunetelor, fenomenelor de rezonanță magnetică etc.

Anul 1895 a reflectat începutul schimbărilor revoluționare în lumea fizică, când Wilhelm Conrad Röntgen realizând studii și experimente cu radiațiile (tuburile) catodice, descoperă faptul că acestea emit niște radiații cu proprietatea de a lumina un ecran fluorescent și de a străbate corpul astfel incât să poată fi realizată radiografia. Prima radiografie din lume a fost cea a mâinii soției sale, așa numita “fotografie a mâinii fără carne”, care expunea doar oasele mâinii. Astfel a fost emisă noua radiație, care putea străbate cu ușurința materialele opace pentru lumina obișnuită, fiind denumită radiația X.

Primele publicații ale anului 1896, informau lumea stiințifică asupra tipului de radiații necunoscute. La o lună după această descoperire, Becquere prezintă fenomenul radioactivității naturale.

În țară primele radiografii au fost efectuate în anul 1899 la Spitalul Colțea din București, spitalul fiind dotat cu primul aparat Röntgen. Treptat au fost înființate laboratoare de radiologie și cursuri privind această ramură a științei.

În ultimul timp există o dezvoltare uimitoare a aparaturii creatoare de imagini, ceea ce a permis lărgirea sferei radiologiei clasice, adăugând succesiv: ultrasonografia, metoda Doppler, CT, IRM, SPET, PET, radiografia digitizată și radiologia intervențională.

În prezent radiologia si imagistica medicală se implică în aproape toate toate domeniile medicale, devenind parte inseparabilă a cunoașterii științifice, astfel încat cele mai mari succese din acest punct de vedere l-au obținut acele specialități medicale care au folosit cel mai eficace radiologia si tehnica.

Datorită radiologiei și imagisticii s-a realizat visul de veacuri al celor mai buni reprezentanți ai științei – acela de a vedea organele interne și a urmări funcțiile lor tot așa cum observăm obiectele din jur. Astăzi avem posibilitatea să vizualizăm diferite organe și leziunile lor chiar de dimensiuni mici, să le reprezentăm în spațiu (tridimensional), să studiem raporturile cu organele în jur, să le transmitem la distanță in vederea unui consult multidisciplinar.

+ descrierea pe capitole…..

Bibliografie:

CURS DE RADIOLOGIE ȘI IMAGISTICĂ MEDICALĂ, Prof.. Dr. MAGDA PĂSCUȚ, UMF TIMISOARA2008

(Manual de radiologie si imagistica medicala, Vol I, Alina Adriana Feiler si Ana-Maria Ungureanu, 2012)

2. PRINCIPIILE FIZICE ALE RADIOLOGIEI ȘI IMAGISTICII MEDICALE

2.1. RADIAȚIILE

Radiațiile reprezintă un procedeu deosebit de mișcare a materiei. În raport cu procedeul de propagare a acestora și proprietațile lor se disting următoarele tipuri de radiații: radiații ondulatorii (electromagnetice) și radiații corpusculare.

Din categoria radiațiilor ondulatorii sau electromagnetice, exceptând razele X și razele gamma, fac parte razele cosmice și radiațiile ultraviolete, radiațiile luminoase, radiațiile infraroșii, microundele și undele hertziene (utilizate în telefonie, radar, televiziune și radiofonie). Aceste radiații se diferențiază între ele prin lungimea lor de undă și frecvență. Dacă lungimea lor de undă este mai scurtă, energia radiațiilor (duritatea lor) este mai mare.

Din categoria radiațiilor corpusculare fac parte particule incărcate electric direct ionizante, precum razele alfa și beta ale radiului și corpilor radioactivi: electronii, mezonii, protonii, deutronii și alte particule.

Razele X sunt ondulații electromagnetice având lungimi de undă care se măsoară în angstromi. A 10000 parte dintr-un micron, egal cu 1/10000000 dintr-un milimetru, reprezintă un angstrom.

Razele X folosite în scopuri medicale au lngimea de undă curpinsă între 0,06 și 8 angstromi ceea ce le conferă o penetrabilitate mare, adică proprietatea cea mai remarcabilă pe care se bazează utilizarea acestora în medicină.

2.2. APARATUL RONTGEN

Aparatul Röntgen este alcătuit din părți principale și secundare, și anume:

părțile principale: tubul emițăto de raze X, transformatoarele,kenotroanele, ecranul

părțile secundare: masa de comandă, stativul, cablurile etc.

2.2.1. Producerea razelor X

A. Tubul emițător de raze X

Razele X iau naștere atunci când un fascicol de electroni în mișcare foarte accelerată este frânat brusc, iar energia lor cinetică se transformă în energie radiantă.

Pentru realizarea razelor X este necesar un tub de raze X care să fie alimentat de circuite electrice corespunzătoare prin intermediul transformatorilor și în care se confecționează electronii, cu energii foarte mari, apoi sunt frânați brusc. Tubul de raze X, utilizat în prezent, este tubul Coolidge cu vid, în care electronii se produc la catod prin încălzirea unui filament.

Tubul de raze X are pereții realizați din sticlă, forma acestuia fiind sferică elipsoidală sau cilindrică. La extremitățile sale se află două prelungiri tubulare în care sunt montați cei doi electrozi, denumiți catod, format dintr-un filament, și anod. Ei sunt reuniți cu polii respectivi ai transformatorului de inaltă tensiune.

Fig.1 Tubul de raze X

În tub există un vid foarte accentuat de proporția a miliona parte din 1 mm Hg. Sticla tubului și ceramica utilizată ca izolator, are proprietatea de a rezista preisunii atmosferice exterioare, care este foarte mare față de vidul din tub, ca și la incăracări electrice mari să permită trecerea razelor X.

B. Anodul

Anodul este alcătuit dintr-un bloc cilindric compact de cupru în care este introdusă o pastilă de tungsten care are formă ovoidă sau dreptunghiulară.

Pastila, focus sau focarul tubului, se cere să dețină duritate mai mare, astfel încât să nu pulverizeze și craterizeze sub efectul bombardării cu electroni catodici și o temperatură de topire ridicată, mai mare de 3500 de grade C.

Fig.2 Schema electrică a aparatului de raze X

În momentul în care se stabilește circuitul electric de înalta tensiune, la anodul tubului este reunit polul pozitiv al transformatorului de înalta tensiune, iar la catod polul negativ. Între aceste două piese există o diferență de potențial mare (între 10 kV și 400 kV, oscilantă după tipul aparatului și necesitatea de moment) care face ca electronii catodici (al căror număr oscilează în raport cu tensiunea de incălzire a filamentului) să fie atrași și să izbească cu putere anodul. Din frânarea bruscă rezultă un proces complex. 98% din energia cinetică sub 100 kV se transformă în căldură, 1% în raze X, 1% se pierde.

Pe lângă scopul de focar termic, pastila anodului înmagazinează căldura degajată pe durata funcționării tubului. Pentru realizarea unei imagini radiologice de calitate, focarul optic trebuie să fie foarte mic. Pentru aceasta, planul anodului trebuie sa prezinte o înclinare de 45 grade pentru că în acest mod suprafața lui de protecție (focarul optic) este de 6 ori mai mică decât a focarului termic. În acest scop se pot utiliza 2 sau 3 filamente catodice (corespunzând focarului mare, mijlociu, mic).

Tuburile moderne au discul anodic alcătuit dintr-un bloc de grafit ( capabil să înmagazineze cantități mari de căldură). Blocul de grafit este acoperit cu o placă de molibden și un strat subțire de 1-2 mm de Wolfram și Rhenium, sau, alte tuburi conform dezideratului focar termic mare, focar opric mic, utilizează anode rotative care au forma unui disc inclinat, cuplat la rotorul unui motor al cărui stator este situat în afara tubului; acesta rotește anodul cu viteze variabile (3000/min-6000/min).

Rotația talerului anodic permite o încărcare a tubului de 6-10 mai mare decât tubul echivalent cu anod fix, ceea ce are drept consecință, micșorarea de tot atâtea ori a focarului tubului.

Fig.3 Desen schematic – anoda rotativă

De asemenea, tuburie cu izolator de ceramică și tuburile cu dispozitiv electronic de protecție permit examene laborioase, percum: angiocardiografia, cinefluorografia, mărirea imaginii, tomografiile.

C. Sisteme de răcire a anodului

Anodul se încălzește puternic și pentru a obține o funcționalitate îndelungată a tubului fără ca acesta să se deterioreze, trebuie luate măsuri de răcire a acestuia.

Răcirea anodului se poate fac în mai multe moduri: fie cu lichide (apă, ulei), fie cu aer. La unele tuburi, anodul este prelungit până la exteriorul tubului de raze X printr-o piesă metalică care se continuă cu radiator cu aripioare ce oferă o suprafață mare de difuziune a căldurii (răcire prin convecție) in alte cazuri , andoul este gol și se prelungește în afară cu un tub care comunică cu un recipient cu apă. Apa din recipient ajută la difuziunea căldurii și răcirea tubului.

La tuburile pentru radioterapie, care trebuie să funcționeze continuu, timp îndelung, prin aod, care este scobit, circulă un curent de ulei sau apă care capteaza căldura care se produce la nivelul pastilei și anodului și o difuzează la distanță.

2.2.2. Atomul și structura materiei

Producerea și absorbția razelor X în materie sunt rezultatul unor fenomene atomice.

Atomul este particula cea mai mică de materie, și detremină particularitațile fizice și chimice specifice corpului respectiv.

BOHR și RUTHERFORD au demonstrat că atomul este alcătuit dintr-un nucleu central format din protoni și neuroni cu masă aproximativ egală în care se concentrează aproape toată masa atomului constituind nucleul în jurul căruia gravitează un număr variabil de electroni situați pe diferite orbite.

La toate elementele chimice există un raport de egalitate între numărul de electroni de pe orbitele atomului și sarcinile pozitive (protonii) din nucleul atomic.

Numărul de ordine din tabelul periodic al elementelor, al lui MENDELEEV, notat cu litera “Z”, indică numărul de protoni (sarcini pozitive) din nucleu, care este egal cu numărul de electroni (sarcini negative) de pe orbitele din jurul nucleului, de care sunt legate proprietățile chimice ale elementului X.

Număru de neuroni din nucleu este notat cu “n” sau cu “N” și diferă față de umărul de protoni Z de la nucleul unui element chimic la alt element. Suma dintre Z și N reprezintă numărul de masa A. Fiecare tip de atom (notate cu X) este caracterizat prin aceste două cifre: A și Z și simbolul chimic X.

Atomii ce se deosebesc între ei numai prin numărul neutronilor din nucleu sunt numiți izotopi. Multe elemente chimice au unul sau mai mulți izotopi și dintre nuclidele cunoscute în prezent 275 sunt stabile, iar 1400 instabile.

Electronii de pe orbitele periferice au o dublă mișcare: se învârt în jurul propriului ax și descriu o mișcare de rotație în jurul nucleului atomic.

Mișcarea de rotație dezvoltă o forță centrifugă care este necesară pentru ca electronii cu sarcină negativă să se opună ca sa fie atrași de nucleul poztivi al atomului. Fiecare orbită cu electroni este situată la o anumită distanță de nucleu, adică la un anumit nivel de atracție electrostatică. Se poate concluziona că pe fiecare orbită electronul are o viteză diferită și desfășoară o anumită energie. Atomul, in mod obișnuit, este neutru din punct de vedere electric și acțiunea lui energetică asupra mediului înconjurător este nulă.

Sub influența diferitelor tipuri de energie care acționează din afara atomului, electronii își pot modifica viteza de rotație pe orbita lor, pot să învingă forța dde atracție a nucleului atomic și să se desprindă de pe atomul respectiv. Prin desprindere ia naștere un eletron liber, iar atomul care a pierdut electronul devine un ion pozitiv.

Electronul fugar poate să se fixeze pe una din orbitele unui alt atom, îl incarcă pe cesta cu o sarcină negativă în plus, iar atomul respectiv devine ion negativ.

Acesta este fenomenul de ionizare pentru producerea căruia este nevoie ca asupra atomului să acționeze un anumit gen de energie. În corpul material în care s-a produs acest fenomen se găsesc atomi stabili, electroni, ioni pozitivi și ioni negativi. În mediul gazos, electronii sunt considerați ioni negativi.

Fenomenele descrise mai sus sunt importante de cunoscut pentru că le întalnim atât în mecansimul de producere a razelor X cât și în absorbția lor.

2.2.3. Mecanismul producerii rezlor X

Razele X iau naștere în tub prin frânarea bruscă a electronilor catodici la nivelul anodului. Producerea razelor X se explică prin fenomene cre au loc la nivelul atomului. Electronii catodici, cu energie corespunzătoare curentului de înaltă tensiune din tub, lovind pastila anodică produc în atomii metalici ai acesteia, fenomene de ionizare și deci punerea în libertate de electroni.

Fiecare electron catodic se comportă ca un proiectil în stare să smulgă atomilor anodici electroni de pe o orbită mai periferică sau mai centrală acestuia, cu prețul cedării energiei lui.

Electronul smuls din anod poartă numele de fotoelectron și se comportă la rândul său față de atomii din jur ca un nou proiectil.

Radiațiile X iau naștere ca urmare a interacțiunii dintre electronii animați de viteze mari, plecați de la nivelul catodului și atomii anodului. Aceste acțiuni îmbracă aspectul de coliziune și de frânare astfel încât fasciculul de raze X este format din radiații caracteristice și radiații de frânare.

Radiațiile caracteristice se produc ca urmare a interacțiunii colizionale dintre electroni. Astfel, electronii catodici având energii mari produc dislocări ale electronului de pe straturile centrale. Pentru refacerea echilibrului atomic, electronii periferici saltă pe straturile centrale – în acest fel de eliberează o cantitate de energie egală cu diferența de nivel energetic. Valoarea acestei energii este proprie atomului ionizat și învelișului electronic în care a avut loc interacțiunea colozională, fotonii de raze x fiind caracteristici acesteia.

Radiațiile de frânare. Frânarea constituie o formă de interacțiune între electroni și particulele materialului anodului. Electronul care se deplasează în vecinătatea unui nucleu atomic este influențat de sarcina pozitivă a acestuia fiind supus forței de atracție electrostatică care îl frânează și îi schimbă direcția. Astfel se produce o deviere a traiectoriei electronului și o reducere a energiei sale cinetice.

Energia pe care o cedeaza electronul în cursul frânării se manifestă sub formă de fotoni de raze X. Astfel, fascicolul de raze X este format din radiații caracteristice și radiații de frânare.

2.2.4. Transformatorii

Pentru încalzirea filamentului catodic (care produce electroni) și pentru antrenarea acestor electroni spre anod cu scopul de a produce raze X, este nevoie de curent electric de un anumit potențial, care se obține cu ajutorul transformatorilor. La aparatul de raze X este nevoie de transformatorul de încălzire a filamentului.

Transformatorii electrici se bazează pe principiul inducției electromagnetice și au drept scop transformarea curentului electric alternativ, cu o anumită diferență de potențial și intensitate (tensiune mică și intensitate mare), într-un curent electric cu diferență de potențial adecvată scopului urmărit.

Principiul de construcție al unui transformator este cunoscut de la fizică. Transformatoarele sunt situate într-o carcasă metalică, bobinele necesitând o izolare perfectă, utilizându-se în acest scop uleiul.

Transformatorul de înaltă tensiune are bobina primară constuită din circa 300 spire, iar cea secundară din 90000-300000 spire, coeficientul de transformare K fiind de 300-1000.

Transformatorul de încălzire al filamentului catodic are bobina primară cu spire numeroase (300 spire) și este alimentată cu 220 sau 380 V, iar bobina secundară cu spire mai puține (10-20 spire) eliberând la bornele sale un curent cu o tensiune de 7-14 C și cu o intensitate de 3-5 A, pentru focarul de radioscopie, 5-9 A pentru focarul de radiografie.

Autotransformatorul sau transformatorul cu trepte servește la reglarea duritații razelor X și este un transformator cu mai multe prize, conectat la pupitrul la care, printr-un comutator, se pot lua mai multe tensiuni diferite cu care se alimentează primarul transformatorului de înaltă tensiune.

Reglarea intensitații fasciculului de raze X (bogația lui in raze X), se face prin reglarea curentului de încalzire a filamentului prin intermediul unui reostat, care modifică tensiunea din primarul transformatorului de încălzire.

2.2.5. Chenotroanele (supape, ventile)

Curentul electric din bobina secundară și transformatorul de înaltă tensiune este un curent alternativ. Prin tubul de raze X, circuitul de înaltă tensiune nu se stabilește decât dinpre catod –A spre anod +B, alternanță în care se produc razele X. În alternanță următoare, când sensul curentului de la rețea se schimbă, curentul electric de înaltă tensiune ar trece dinspre borna B a transformatorului devenit pol negativ spre anodul tubului. Din cauză că anodul este rece și în jurul lui nu se gasesc electroni, circuitul se întrerupe și în tub nu se produc raze X.

Dacă anodul tubului a devenit incandescent și este înroșit prin funcționar îndelunngată, atunci alternanța inversă a curentului de înaltă tensiune găsește în jurul anodului suficienți electroni cu ajutorul cărora se stabilește circuitul de înaltă tensiune în tub în sens invers. Electronii anodului pot bombarda filamentul fragil al catodului (care se poate vaporiza) și scot tubul din uz.

Pentru a preveni trecerea curentului electric în sens invers, deci arderea filamentului catodic, pentru a asigura permanent negativ a catod și pozitiv la anod deci pentru a se utiliza întreaga valoare a curentului alternativ, se întrebuințează chenotroanele (supape sau ventile), iar în prezent dispozitive cu seleniu.

2.2.6. Cupola tubului de raze X

Tubul emitent de raze X este învelit la exterior de o cupolă metalică, de formă cilindrică, construită din oțel sau alamă și căptușită în interior cu un strat de plumb. Spațiul dintre tub și pereții cupolei este umplut cu ulei, ce joacă rol de izolator pentru înaltă tensiune și contribuie la răcirea tubului prin difuziunea căldurii de la tub la cupolă. Cupola permite trecerea într-o singură direcție a fasciculului util pentru examinare sau pentru tratament, loc unde se găsește o fereastră prevăzută cu un diafragm și un filtru din aluminiu precum și un vizor luminos necesar pentru delimitarea fasciculului.

Diafragmul este format din 4 plăci de plumb, 2 orizontale și 2 verticale care pot fi activate cu ajutorul unui buton sau manete de la nivelul ecranului.

Rolul cupolei mai constă în:

protejarea personalului contra înaltei tensiuni

împiedicarea difuziunii în camera de radiologie a radiațiilor extrafocale nocive și a luminii ce se produce în tub în timpul funcționării

protejarea de lovituri a sticlei tubului

2.2.7. Calitatea și cantitatea razelor X

Fasciculul de raze X produs în tubul de raze se caracterizează prin:

duritatea razelor, care reprezintă calitatea razelor X de a pătrunde prin diferite corpuri

intensitatea razelor X care corespunde cantitații de raze X emisă în unitatea de tip.

Pentru întrebuințarea razelor X în practică trebuie să existe posibilitatea de a varia duritatea lor (penetrabilitatea, calitatea) și intensitatea fascicolului (cantitatea lor).

DURITATEA RAZELOR X depinde de diferența de potențial dintre catod și anod, dată de transformatorul de înaltă tensiune, diferență de potențial care imprimă fasciculului catodic de electroni o anumită viteză (energie cinetică).

Cu cât energia electronilor ce se lovesc pe anod este mai mare, rezele X care iau naștere pe anod au lungimi de undă mai scurtă și posibilitați de pătrundere mai mari, și se spune că sut RAZE MAI DURE.

Cu cât viteza electronilor din fasciculul catodic este mai mică, razele X care iau naștere pe anod au lungimea de undă mai mare, sunt mai puțin penetrante și se spune că sunt RAZE MOI.

Între 45-60 kV, razele produse sunt raze moi întrebuințate pentru diagnostic.

Între 60-70 kV, razele X sunt de duritate mijlocie.

Între 75-135 kV sunt radiații dure.

În fasciculul de raze X care pleacă de la tub, radiația nu este omogenă (nu are aceeași lungime de undă). Cu ajutorul filtrelor ce se pun în calea fasciculului de raze X la tub, radiațiile moi sunt oprite și absorbite, radiațiile care ajung la corpul omenesc sunt de lungime de undă mai uniformă și de penetrabilitate mai mare.

INTENSITATEA FASCICOLULUI DE RAZE X este în funcție de numărul de electroni care se izbesc de anod, deci gradul de încălzire a filamentului catodic, respectiv de intensitatea curentului de încălzire și diferența de potențial dintre bornele bobinei secundare de la transformatorul de încălzire.

Dacă este nevoie de un fascicol mai bogat în raze se încălzește mai puternic spirala catodică și invers.

2.3. PROPRIETAȚILE FIZICE ALE RAZELOR X

Razele X sunt radiații electromagnetice asemănătoare cu razele luminoase, iar proprietățile lor sunt ca și ale luminii, având în acelși timp caracterul propagării ondulatorii și al celei corpusculare. Ele au proprietăți fizice, chimice și biologice. Pe proprietățile fizice se bazează utilizarea lor in mmdeicină.

Se consideră că razele X se propagă în vid cu o viteză de 300.000 Km pe secundă.

Razele X se produc la nivelul anodului și se propagă în mod sferic și în linie dreaptă în jurul lui. Parte din radiații sunt oprite de metalul anodului înclinat față de axul tubului și practic este utilizat un singur fascicol conic care trece prin deschizătura cupolei și care este făcut mai mic, sau mai mare, cu ajutorul diafragmelor.

În cazul examenului radiologic, baza conului este reprezentată de ecranul radiologic sau de clișeul radiografic, iar vârful conului punctiform este reprezentat de focrul tubului.

Razele X produc fenomene de luminescență atunci când ele cad și se aborb în anumite subsanțe cristaline, semicristaline, sau fluide, de exemplu ecrane sau folii care conțin anumite săruri ca tungstat de calciu, sulfură de zinc și cadmiu, platinocianură de bariu, de calciu, titan sau pământuri rare (godolinium) care emit în zonele albastru și verde ale spectrului.

Absorbția razelor X care cad pe aceste substanțe schimbă poziția electronilor pe orbite și fac ca atomul să treacă în stare de excitație.

Revenirea lui la starea fundamentală se face prin emisia energiei absorbite de la fotonii de raze X incidenți, sub formă de radiații de luminescență (caracteristice sărurilor respective).

Fenomenele de luminescență pe care le produc se caracterizează în general prin întârzierea emisiei luminoase față de absorbția de raze X și sunt de două feluri: de fluorescență și de fosforescență și ele stau la baza fabricației ecranului radioscopic și foliilor întăritoare din casetele pentru radiografii precum și a utilizării cristalelor de scintilație din detectoarele de izotopi.

Fluorescența foliei ecranului radioscopic nu are remanență și durează numai atât timp cât razele X cad pe ecranul sensibil în timp ce fosforescența foliilor întăritoare din caseta de radiografie, persistă și după înteruperea fasciculului de raze X; foliile întăritoare au remanență și impresionează fimul și după expunerea la razele X.

EFECTUL FOTOCHIMIC. Razele X pot produce anumite reacții chimice: impresionează emulsia fotografică ca și lumina solară acționând asupra sărurilor de argint și permit obținerea de radiografii.

În practică energia razelor X este utilizată pentru producerea luminescenței foliilor între care se găsesc filmele radiologice în timpul.

LEGEA DIVERGENȚEI. Intensitatea fasciculului de raze X scade progresiv cu cât se depărtează de focarul tubului, proporțional cu pătratul distanței – legea lui Lambert – și acest fapt este important de știut atât pentru calcularea timpului de expunere la radiografii, dar mai ales în radioterapie, unde distanța focus-piele joacă un rol mare în stabilirea dozei.

PENETRABILITATEA (duritatea) RAZELOR X, este proprietatea fundamentală pe care se bazează utilizarea lor în medicină și este o calitate definită prin lungimea de undă determinată de diferența de potențial dintre anod și catod.

Mărind diferența de potențial prin sporirea kilovoltajului la bornele transformatorului se obțin raze X din ce în ce mai dure, cu lungime de undă din ce în ce mai mică și cu putere de pătrundere din ce în ce mai mare.

ABSORBȚIA RAZELOR X. Fasciculul de raze X întâlnind în calea sa corpul omenesc sau diferite alte obiecte este absorbit în parte, intensitatea lui scade, iar enrgia lui se transformă în radiații secundare, lumină, căldură și fenomene fotochimice, o parte din fascicol rămâne neabsorbit și trece mai departe de corpul întâlnit dub forma unui fascicol atenuat.

Absorbția razelor X comportă două aspecte, calitativ și cantitativ.

1 – Absorbția calitativă constă în formarea radiațiilor secundare care alterează calitatea imaginii radiologice.

Razele secundare care rezultă din efectul Compton, efectul Thomson, formarea de perechi de electroni și efectul fotoelectric, sunt nocive în diagnostic pentru că fac penumbră cu imagine imprecisă, dar sunt utile în radioterapie pentru că îmbogățesc fasciculul principal și sporesc doza.

În diagnostic, razele secundare se îndepărtează cu grila antidifuzoare LYSHOLN în radioscopie sau grila POTTER-BUCKY în radiografie, cu ajutorul unui localizator cilindric sau tronconic adaptat la deschiderea cupolei și prin diafragmarea strânsă a fasciculului incident la plecarea lui din tub cu diafragmul cu 4 sau 8 volete. De asemenea prin compresiunea regiunii cu care se subțiază părțile moi prin care trece fasciculul de raze X și se reduce în acest mod difuziunea secundară.

Fig. 4 Grila Potter-Bucky

Grila de tip LYSHOLN sau POTTER-BUCKY este constituită din lamele de plumb paralele între ele și separate prin lamele de lemn sau de aluminiu.

Lamelele de plumb sunt astfel orientate față de focarul tubului încât permit trecerea numai pentru fotonii perpendiculari pe clișeu (focalizarea grilei sau potter-ului).

Radiațiile secundare care sunt orientate în alte sensuri decât radiațiile primare directe sunt oprite de lamelele de plumb ale grilei. În impul expunerii radiografiei, grila cu lamele de plumb se mișcă pentru a evita ca lamelele opace să se vadă pe clișeu.

2 – Absobția cantitativă a razelor X în corpul omenesc depinde de numărul atomic al elementelor din tabloul lui Mendeleev (notate cu Z), de lungimea de undă, de densitatea țesuturilor prin care trece facsiculul de raze X și de grosimea regiunii iradiate.

După BRAGG și PIERCE, absorbția este proporțională cu puterea a parta a numărului atomic. Iată de ce diferitele părți moi ale corpului omenesc compuse din carbon, hidrogen, oxigen, azot sunt mai transparente la raze X și absorb mai puține raze X decât oasele compuse din calciu și fosfor, elemente care au număr atomic mai mare A=40 pentru Ca și A=32 pentru fosfor și despre care se spune că sunt opace la razele X. În acest mod se creează contraste între două țesuturi diferite, între două medii cu structură diferită.

Tot datorită acestei modalități de absorbție, rezultă că atomii de iod cu Z=53 sau de bariu cu Z=56 care se găsesc în compoziția chimică a substanțelor de contrast întrebuințate în radiologie absorb foarte multe raze X constituind un contrast pozitiv – oxigenul și aerul sunt întrebuințate pentru contrast negativ. Plumbul cu Z=82 în foițe de anumite grosimi oprește complet razele X, încât este întrebuințat pentru confecționarea dispozitivelor, ecranelor, șorțurilor de protecție în radiologie.

Absorbția ese proporțională cu puterea a 3-a a lungimii de undă, cu cât se sporește kilovoltajul, razele X vor fi de lungime de undă mai mică, deci absorbția va fi mai mică. Razele X fiind dure, sunt mai penetrante, nu se absorb și aproape tot fasciculul va străbate organismul, ceea ce explică de ce nu vom avea contraste radiologice.

Absorbția razelor X depinde de densitatea corpului străbătut (cu numărul de atomi dintr-un volum dat). Osul, masa hepatică, sunt mai dense și absorb mai multe raze X.

Absorbția este direct proporțională cu grosimea regiunii de examinat.

Efectul de ionizare și efectul biologic vor fi studiate odată cu problemele radiobiologice și cele de radioterapie.

Cunoscând proprietățile fizice ale razelor X, fenomenele optice și biologice care se produc în diagnostic sau în radioterapie pot fi explicate mai ușor:

formarea imaginii radiologice și diferitele ei particularități

efectele terapeutice sau nocive ale razelor X.

2.4. PROPRIETAȚILE CHIMICE ALE RAZELOR X

Razele X modifică culoarea platinicianurii de bariu, din verde în galben, apoi brun și această proprietate era folosită în trecut pentru dozarea razelor X.

Razele X impresionează placa fotografică care conține în structura ei bromura de argint, transformând-o într-o subhalogenură.

Razele X modifică conductibilitatea unor metale, cum ar fi seleniu – proprietate folosită în dozimetrie.

2.5. PROPRIETAȚILE BIOLOGICE ALE RAZELOR X

Sub influența razelor X toate țesuturile biologice suferă o serie de modificări în funcție de doza de radiații absorbite care pot merge până la moartea celulei.

Efectele biologice au la bază proprietatea de ionizare a razelor X. În doze mici radiațiile au acțiune de biostimulare.

Primele modificări apar în nucleul celulelor care se fragmenteză, iar armătura nucleară se dispersează în citoplasmă și celula se distruge.

Modificările biologice sunt dependente și de tipul de celule care a fost iradiat. Din acest punct de vedere există celule radiosensibile și celule radiorezistente. Sensibilitatea ceulelor la radiații este cu atât mai mare cu cât:

activitatea reproducătoare este mai mare

perioada și evoluția cariochinetică este mai lungă

morfologia și funcțiile sunt mai puțin fixate.

Razele X, chiar daca sunt aplicate local, au și o acțiune generală asupra organismului.

Diferitele cantități de raze pe care le primește organismul, la diferite intervale de timp se sumează constituind acțiunea cumulativă a radiației ionizante.

În cazul iradierii multiple, între iradieri țesuturile se refac pațial și pentru a obține același efect biologic este necesar să aplicăm o doză totală mai mare, ca în cazul unei iradieri unice.

Țesuturile cele mai radiosensibile sunt țesuturile hematopoetice. Țesutul limfoid, splina, ganglionii limfatici, limfocitele sunt distruse repede de doze relativ mici. La fel în măduva osoasă limfocitele sunt primele elemente care sunt distruse de razele ionizante.

Dacă doza nu a fost mare, ele încep să se refacă după o saptămână. Radiosensibilitatea țesutului mieloid este mia mică ca a țesutului limfoid.

Celulele eritrocitare sunt și mai puțin radiosensibile.Cu cât celula ete mai matură cu atât este mai radiorezistentă. Globulele roșii sunt radiorezistente. Măduva osoasă poate fi distrusă de doze mari de radiații. Dozele mici permit refacerea ei din celulele rămase.

Acțiunea radiațiilor asupra testicolului și ovarului este diferită cu faza ăn care se găsesc celulele germinative.

Spermatogoniile și foliculii în creștere sunt foarte radiosensibli.

Cu ajutorul razelor X se poate obține castrarea.

Radiațiile X produc mutații atât în celulele germinative cât și în celulele somatice.

După iradierea ovarului și testicolului cu doze mici se produc modificări ale cromozomilor și genelor (mutații). Astfel se obțin anomalii de formă ale cromozomilor, transpoziții (schimbări de fragmente între cromozomi), modificări ale mecanismului kariokinetic.

Mutațiile legate de gene pot fi dominante care apar la prima generație născută după iradierea glandelor sexuale și mutații recesive care apar după mai multe generații.

Consecințele mutațiilor sunt: sterilitatea la prima generație, malformații congenitale, moarte fetală intrauterină sau postpartum.

Dozele de radiații se sumează și se transmit generațiilor următoare, producând înafara leziunilor genetice, leucoze.

Necunoscându-se precis doza de radiații care poate induce aceste modificări, este de recomandat evitarea iradierii gonadelor la femeile tinere și a produsului de concepție în primele 3 luni.

Radioterapia și efectuarea de numeroase radiografii ale aceleași regiuni sunt contraindicate la tinerii de ambele sexe până la vârsta de 40 de ani.

2.6. IMAGINEA RADIOLOGICĂ ȘI FORMAREA EI

Imaginea radiologică se formează având la bază proprietățile razelor X de a se propaga în linie dreaptă, de a pătrunde și a fi absorbite de organe și țesuturi, de a produce luminescența ecranului fluorscent sau fosforescent, de a impresiona filmul radiografic.

Ea este un produs atât al legilor de proiecție, cât și al proprietăților de pătrundere a razelor X care fac ca un obiect, tridimensional din spațiu să se proiecteze într-un singur plan în două dimensiuni.

Dacă fascicolul de raze X străbate toracele, constituit din organe și țesuturi cu compoziție chimică, densitate și grosimi variate, absorbția va fi inegală, iar imaginea rezultată pe ecranul fluoroscopic va consta din zone mai luminose sau mai întunecate. Pe filmul radiografic reprezentarea este inversă celei de pe ecranul fluorescent, zonele luminoase vor apărea negre (radiotransparente) iar zonele întunecate albe (radioopace).

Coastele și claviculele au o structură densă și absorb o cantitate mai mare de raze X astfel gradul de luminozitate a ecranului va fi mai mic.

Mușchii toracici, tendoanele și aponevrozele absorb o cantitate mai mică de raze X decât oasele; organele parenchimatoase pline (cordul și vasele, ficatul, rinichii, splina) ori lichidele, lasă să treacă prin ele o parte din fascicol și de aceea, în dreptul lor, ecranul se va lumina discret, iar filmul radiografic se va înnegri nuanțat, în raport cu grosimea și densitatea lor.

Țesutul adipos absoarbe de 10 ori mai puțin razele X decât mușchii și organele din jurul cărora se găsește pe care le scoate în evidență.

Aerul și gazele, care au densitate de 1000 ori mai mică decât a părților moi, absorb o cantitate mai mică de raze X și contribuie la contrastarea organelor pe care le mărginesc.

Țesutul pulmonar cu structură spongioasă și conținut aeric ca și camera cu aer a stomacului, nu absorb aproape deloc razele X din fasciculul incident și, la ieșirea din torace, ajung în cantitate mare și luminează ecranul sau înnegresc puternic filmul.

Se spune că plămănul și camera cu aer a stomacului sunt transparente la razele X.

În regiunea mediastinală radiațiile fiind absorbite aproape în întregime, atât de schelet, cât și de organele din mediastin, ecranul rămâne complet întunecat iar sărurile de argint din filmul radiografic rămân nemodificate.

Absorbția inegală determină „relieful radiologic” constituit din nuanțe de umbră și nuanțe de lumină (grade de opacitate și grade de transparență) care creează contrastul natural între diferite organe și țesuturi având ca rezultat imaginea radiologică care redă forma acestor organe și, de multe ori, structura țesuturilor.

2.6.1. Legile opticii radiologice

Particularitățile imaginii radiologice care decurg din propietățile fizice ale razelor X, menționate mai sus sunt generate de anumite legi ale opticii radiologice cum sunt:

– legea proiecției conice

– legea tentelor

– legea sumației și substracției planurilor

– legea incidențelor tangențiale și a celor ortograde (apariția liniilor nete și a contururilor)

2.6.2. Fenomenul protectiei conice

Imaginea pe care o realizează un obiect interpus între sursa de raze și ecran sau film prezintă caracteristicile proiecției unui corp tridimensional într-un plan bidimensional, precum și defectele proiecției conice, adică ea apare mărită și deformată.

MĂRIREA IMAGINII RADIOLOGICE

Imaginea rezultantă a unui obiect pe ecran sau filmul radiografic este mai mare decât cea reală, mărirea este dependentă de situația obiectului față de sursa de raze X și față de ecran.

Fig.5 Marirea imaginii radiologice

Dacă dorim ca imaginea obiectului să aibă dimensiuni cât mai apropiate de cele reale, trebuie să apropiem obiectul cât mai aproape de ecran sau să îndepărtăm tubul cât mai mult de obiect; așa, de exemplu, pentru a nu mări și deforma imaginea organelor toracice (cord, desen pulmonar) se utilizează proiecția paralelă (ortodiagrama), care se obține la distanță de 1,8 – 2 m (teleradiografia). Uneori în practica medicală este nevoie să mărim imaginea pentru a obține mai multe detalii de structură. Pentru aceasta apropiem tubul de regiunea de examinat și îndepărtăm filmul la distanță de 40 cm (macroradiografia).

DEFORMAREA IMAGINII OBIECTELOR

O sferă în calea fasciculului de raze X realizează o imagine mărită, dar cu aceeași formă dacă fasciculul conic este perpendicular pe obiect. Dacă fascicolul este oblic, imaginea sferei apare ca un oval cu atât mai alungit cu cât fasciculul conic de raze este mai departe de normala perpendiculară pe film.

De acest fapt trebuie să ținem seama în practică. Pentru a evita deformările obiectelor se cere ca raza centrală să cadă perpendicular pe planul de proiecție. De exemplu, capul femural sau capul humeral care anatomic sunt rotunde, pe radiografia cu fascicol oblic de raze X pot fi deformate optic și apar ovale.

Fig.6 Deformarea imaginii radiologice

Un obiect metalic lung (glonte de armă, ac de cusut, sau un cui metalic) dacă este orientat în sensul fasciculului de raze X se proiectează pe ecran ca un punct opac și este cel mai tipic exemplu de proiecție axială directă sau ortorontgenogradă.

Dacă se schimbă poziția obiectului sau dacă se mobilizează focarul tubului, lăsănd obiectul pe loc, acul de exemplu, va fi proiectat cu forma sa imaginea fiind orientată diferit în raport cu locul unde se află focarul emițător iar dimensiunile vor fi mai mici sau mai mari în raport cu depărtarea de ecran.

De aici rezultă că pentru a obține date cât mai apropiate de realitate, în ce privește forma și poziția unor constituente normale și patologice din organism este nevoie să se efectueze două radiografii în incidențe perpendiculare una pe alta (față și profil).

2.6.2. Fenomenul sumatiei si substractiei planurilor

Imaginea radiologică a oricărui segment al corpului omenesc reprezintă suma imaginilor diferitelor organe și țesuturi care caracterizează din punct de vedere anatomic acel segment, care sunt străbătute de razele X, plan cu plan așa cum sunt ele așezate în spațiu și rețin din fasciculul de raze X cantități în raport cu densitatea și structura lor, conform legilor absorbției ale lui Bragg și Pierce. Opacitatea mediastinului este o imagine complexă care rezultă din suma imaginilor tuturor organelor ce sunt surprinse în calea fasciculului de raze X pe linia mijlocie a toracelui în poziția P.A. în proiecție centrală directă. Din această cauză respectiv a sumației nu putem aprecia starea fiecărui organ din mediastin. În regiunea în care, în calea fasciculului de raze X, se află organe opace și corpuri transparente, acestea din urmă micșorează intensitatea umbrei cauzate de primele prin efectul substracției. Traheea se observă prin umbra coloanei vertebrale grație acestui fenomen. Substracția joacă un rol important și la nivelul regiunilor și segmentelor cu structură anatomică mai simplă.

Efectul sumației intervine în toate imaginile radiologice și din cauza ei, uneori, sunt mascate detalii, ceea ce constituie un dezavantaj. Așa se explică de ce leziuni de anumite dimensiuni nu se văd pe radiografie fiind mascate de imaginea țesutului normal din jur.

Un focar infiltrativ pulmonar sau o cavernă trebuie să aibă anumite dimensiuni ca să se poată vedea, ca să poată transpare prin țesutul pulmonar sănătos. O colecție de lichid pleural sau o îngroșare a pleurei determină o opacitate care maschează procesele patologice din parenchimul subiacent.

Tomografia și radiografia cu raze dure sunt metode care ajută în asemenea cazuri să se studieze regiunea în plan și să se pună în evidență toate focarele patologice situate în diferite planuri.

Fig.7 Sumatia

2.6.3. Fenomenul de paralaxa

Paralaxa reprezintă fenomenul de disociere a elementelor unei imagini sumate.

Imaginea radiologică a mediastinului rezultă din sumația imaginilor tuturor organelor situate în calea fasciculului de raze X.

Disocierea acestor organe, care anatomic se găsesc pe planuri diferite, se face pe baza proiecției oblice reușindu-se astfel să se obțină imagini aproape pentru fiecare în parte.

Fig.7 Paralaxa

Dacă se rotește bolnavul sau se deplasează tubul, obiectele aflate pe diverse planuri, la distanțe de ecran sau de focarul tubului, își modifică poziția între ele, fenomenul este numit PARALAXĂ. Obiectul care îsi schimbă cel mai puțin poziția, când încercăm disocierea planurilor, este aflat cel mai aproape de ecran.

ROLUL DIMENSIUNILOR FOCARULUI ANODIC

Imaginea radiologică este cu atât mai clară, conturul cu atât mai net, detaliile desenului cu atât mai precise, cu cât focarul tubului este mai fin. Pentru același obiect imaginea are caractere precise în cazul tubului cu focar fin punctiform și prezintă fenomenul de penumbră în cazul tubului cu focarul mare.

2.6.4. Legea incidentelor tangentiale. Pozitii si aspecte ortograde

O lege optică particulară imaginilor radiologice este legea incidențelor tangențiale care ne explică de ce pe imaginea radiografică pot apare linii opace nete-dungi sau contururi precise-în cazul când raza incidentă atinge tangențial suprafața unui obiect opac la razele X, sau când fasciculul incident atinge suprafața care separă obiecte de opacitate diferită.

Astfel, scizura orizontală dreaptă se vede pe radiografia din față atunci când raza incidentă este tangentă la planul scizural.

Legea incidenței tangențiale aplicată la scizuri: când suprafața scizurii devine plană, imaginea lineară este netă

Unele creste osoase se văd net în cazul când au fost surprinse tangențial de raza incidentă și pot să nu se vadă de loc dacă se rotește osul respectiv sau se schimbă direcția razei incidente.

Bibliografie:

CURS DE RADIOLOGIE ȘI IMAGISTICĂ MEDICALĂ, Prof.. Dr. MAGDA PĂSCUȚ, UMF TIMISOARA 2008

Radiologie si imagistica medicala, Serban Alexandru Georgescu, Bucuresti 2009

Bazele radiologiei si imagisticii medicale, V. Grancea, 1996

Radiologie medicala, Prof. Dr. Doc. Gheorghe Chisleag, Vol. I, Bucuresti 1986

3. APARATURA DE RADIOLOGIE

4. NORME PRIVIND SECURITATEA PERSONALULUI OPERANT ÎN RADIOLOGIE

5. SISTEME DE VERIFICARE A RADIAȚIEI EMISE ÎN SPAȚIU DE LUCRU

6. MĂSURAREA RADIAȚIEI. REZULTATE. DISCUȚII.

7. CONCLUZII

8. BIBLIOGRAFIE