Grundprincipen för att få fram röntgenstrålar har sett likadan ut i över 100år förutom att tidiga konstruktioner inte var inkapslade med bly utan röntgenbestrålningen spreds ut i hela rummet från det oskyddade röntgenröret. Till allt och alla som befanns sig i rummet…
Röntgenröret
Röntgenröret är den centrala delen i en röntgenapparat och är en skapelse av glas eller metall som är inkapslad med lufttomt innanmäte som i sin tur har ett extra metallhölje runt i form av en blyad kåpa. Konventionella röntgenrör som består av ett lufttomt ”glasrör” ersätts alltmer idag av röntgenrör helt i metall sk. MRC-rör (Maximus Rotalix Ceramix).
Dessa MRC-rör togs initialt fram för att möta krav på långa ihållande genomlysningar med röntgen vid angiografier (kärlröntgen) av hjärtats kranskärl med ett mindre röntgenrör och C-båge som även är snabb och manöverbar.
Fördelen med röntgenrör i metall är storleken som är runt 1/4 jämfört med konventionellt glasrör. Förutom storleken är metall bättre värmeavledande samt har en längre livslängd än konventionella glasrör då slitage av rörets rörliga lager samt anodtallriken är litet. I metallrör klarar därför anoden av att roterar från det man slår på strömmen till maskinen till man stänger av om än med lägre hastighet när röret inte används för bildtagning eller genomlysning. Detta medför att genomlysningen kan starta utan fördröjning då man inte behöver vänta på att anodtallriken ska starta och varva upp till rätt rotationshastighet.
Dessa modeller av röntgenrör (MRC) finner man i dagens modaliteter för genomlysning samt CT-maskiner.
Kåpan runt röret är fylld med olja som har en elektrisk isolatorisk uppgift för röntgenrör av glas samt för att kyla och skydda själva röntgenröret.
Röntgenröret har i sitt grundutförande en katod samt en anod. Katoden består av olika legeringar av tungsten, wolfram, molybden, mm. där anoden består av främst av volfram som har den högsta smältpunkten av alla metaller (3370°C) samt bra värmeledningsförmåga som avleder värme från fokuspunkten på anoden.
Själva röntgenstrålen, som framställes är en karakteristisk strålning som har en mycket kort våglängd om man jämför med vanligt ljus, TV-sändning, radiovågor, mm.
Röntgenstrålarna klarar att tränga igenom de flesta material men skapar samtidigt en joniserande strålning där det finns risk för organiska strålskador. Joniserande strålning har så hög energimängd att den kan påverka atomer i ett material.
Katoden består oftast av två glödtrådar (fin- resp. grovfokus) som beroende på vilken storlek på fokus man avser använda upphettas av en pålagd glödström likt en glödlampa. Mitt emot katoden sitter anoden som kan liknas med en snabbt roterande tallrik. När en högspänningskrets på 20-150kV läggs mellan katod och anod frigörs elektroner från den nu extremt negativt laddade katoden som accelererar över mot anoden i mycket hög hastighet och kolliderar mot den positiva anoden. När elektroner med hög energi bromsas upp mot anoden interagerar (växelverkar) elektronerna med anodens material som frigör fotoner i form av bromsstrålning som genererar själva röntgenstrålning.
För att tåla denna extremt höga värme denna process genererar roterar anodtallriken runt 8000 varv per minut vilket gör att ytan som hettas upp sprids över ett större område längs anodens yta.
Anodtallrikens ytterkant är vinklad (15-20°) där den inkommande elektronströmmens bana då ändrar riktning och riktas mot röntgenrörets öppning ut. Beroende var på den välvda anodtalrikens yta elektronströmmen från katoden träffar är denna cirkulerande träffyta olika stora som då benämns fin– och grovfokus.
Grovfokusytan på anodtallriken träffas av större mängd av elektronströmmen än den mindre finfokus. Detta gör att grovfokus belastar anodtallriken mer än finfokus. Grovfokus klarar att penetrera tjockare partier av patienten än vad finfokus är lämpad för. Däremot ger finfokus avbildning av mindre kroppsdelar med högre bildskärpa.
Fokusbanan på anodtallriken utsätts för mycket höga temperaturer som kan skada anodtallrikens yta. Idag finns temperaturkännare i röntgenröret som automatisk pausar användningen om röret blir för varmt. Det går således då inte att ta bilder tills anoden har svalat och man kan återuppta röntgenexponeringen.
Anodtallrikens höga uppvärmning är det största problemet med kontinuerlig genomlysning. För att minska denna belastning och skador på anoden samt samtidigt få ner stråldosen till patienten används idag sk. pulsad genomlysning. Avbrotten i denna pulsade bestrålning åstadkommes genom att ändra strömspänningen kring katodens glödtråd som hindrar elektroner att nå anoden. Genom att slå av och på denna spänning kring katoden skapas korta pulsade röntgenstrålar från anoden. Generellt upplevs en pulsad röntgenbild på bildskärmarna som hackig om pulshastigheten ligger kring 12 bilder per sekunder eller lägre. Det går att ytterligare sänka denna pulsade genomlysningsfrekvens genom att mjukvarumässigt hålla kvar den föregående bilden tills en ny röntgenbild presenteras på bildskärmen. Det man dock upplever är bilderna ”släpar efter” då man flyttar C-bågen och därmed genomlysningsområdet.
På vägen ut från röret passerar röntgenstrålen en öppning i kåpan sk. primärbländaröppning som har en monterad kollimator som består av en eller flera bländare som har till uppgift att skapa nästan parallella strålar ut från röntgenröret. Man försöker åstadkomma så liten divergens (spridning) på strålningen som möjligt. Ytterkanterna av det divergerande strålknippet ger sämre avbildning än rakt under den centrala delen av strålen.
Strålen passerar även olika filter som har till uppgift att absorbera strålning som har lägre intensitet och ger så pass låg strålning att de inte bidrar till att ge information i en röntgenbild. Dessa filter består ofta av aluminium och koppar.
Likaså för att minska på spridd strålning från anodens fokus genom primärbländaröppningen kan det även finnas fokusnära lameller som filtrerar bort en del av dessa spridda strålar som ger sämre bildupplösning.
Röntgenstrålen ut från röret mot ett objekt är inte homogen i hela strålfältet utan avtar i intensitet ut mot strålens kanter.
Av all den energi som träffar anoden genererar endast ca. 1% röntgenstrålning medan övrig energimängd som träffar anoden endast bildar värme. Av denna genererade strålningen på 1% är det ca 0,01% röntgenstrålning som når patienten medan resterade absorberas runt i höljet som innesluter röntgenröret.
Joniserande strålning
Strålning har alltid varit en del av människans naturliga miljö.
Människan har i alla tider varit utsatt för en viss bestrålning från naturliga strålkällor. Under de senaste 100 åren har det dessutom tillkommit artificiella källor som den medicinska bestrålningen, kärnvapen kärnkraft, byggnadsmaterial, mm.
Den strålning som erhålls från radioaktiva ämnen är joniserande och även röntgenstrålning är joniserande. Joniserande strålning kan påverka elektronerna i en atom. Till joniserande strålning ingår även strålning från radioaktivt material. Icke-joniserande strålning är tex. optisk strålning från solen, radiovågor från radioapparater och magnetfält från kraftledningar mm.
Röntgenstrålning är även elektromagnetisk strålning, d.v.s. den är av samma natur som ultraviolett strålning, synligt ljus, radiovågor, mm. men har en annan våglängd. Karakteristisk för röntgenstrålar är att den har en våglängd på ca. 0,01 och 10 nm. Det som skiljer röntgenstrålningen från andra typer av elektromagnetisk strålning är att den har så hög energi att den kan tränga igenom t.ex. kroppens vävnader.
Vid en röntgenundersökning ”genomlyses” den del av kroppen som skall undersökas med röntgenstrålning. En del av strålningen absorberas i kroppen medan resten passerar igenom och får träffa en digital detektor som registreras som en digital bild.
Röntgenstrålningen passerar relativt lätt igenom muskler och andra mjuka kroppsvävnader, men har svårare att passera igenom hård benvävnad, etc. Benstrukturer framträder därför tydligt på röntgenbilden då man ser deras ”skugga” på bilden. Det är svårare att skilja mjukdelar ifrån varandra på en konventionell röntgenbild.
När röntgenapparaten stängs av finns ingen kvarvarande strålning vare sig i patienten eller i rummet.
Strålfysik
Den svenska fysikern Rolf Sievert intresserade sig tidigt för strålfysik och till sådan grad att han själv 1919 bekostnad och åkte på studieresa till USA för att få veta mer om detta fenomen. I USA träffade han på Dr. Gösta Forsell.
Sievert får efter hemkomsten ett rum på Radiumhemmets vind som var 5kvm stort där han inreder sitt första laboratorium för strålfysik. Sievert utarbetar en metod för att mäta strålning utan kabelförbindelse mellan en persondosimeter och avläsningsenhet. Dessa analysenheter krävde bland annat isolatorer i form av bärnsten av mycket hög kvalitet vilka införskaffades av Sieverts stab i hård konkurrens med dåtidens alla övriga juvelerare.
Rolf Sievert förespråkade att all användning av joniserande strålning endast skulle användas då det var motiverat vilket många andra ”forskare” och radiologer oftast inte hade några etiska samvetskval för.
1941 kom den den första strålskyddslagen i Sverige.
Stråldosen vid en röntgenundersökning är ett mått på den mängd energi som kroppen tillförs vid undersökningen. Stråldoser från joniserande strålning mäts i enheten Sievert (Sv), som är uppkallad efter den svenske fysikern och strålskyddspionjären Rolf Sievert. 1 Sv är en mycket stor stråldos varför man istället använder enheten millisievert, mSv. 1 Sv är 1000 mSv.
Stråldosens storlek beror på vilken typ av röntgenundersökning man genomgår. Desto mer komplicerad och omfattande en undersökning är, desto större blir troligen stråldosen. Stråldosen vid varje röntgenundersökning är anpassad till att vara så låg som möjligt men ska ändå ge önskad bildinformation. Jämfört med den nytta en röntgenundersökning oftast ger är risken med strålningen försumbar för de flesta patienterna.
Den stråldos som människor i Sverige normalt utsätts för per person och år, är i genomsnitt drygt 4 mSv och härrör framför allt från naturliga strålkällor.
SSI, Statens strålskyddsinstitut, utfärdar föreskrifter i syfte att minska onödiga stråldoser och bedriver tillsyn över verksamhet med strålning. På sjukhusen finns sjukhusfysiker som är experter på strålskydd och gör regelbundna mätningar av röntgenutrustningen för att kontrollera att inte onödiga stråldoser till patienter och personal förekommer.
Strålskydd
På en modern röntgenavdelning av idag upprätthålls strålskyddet för patienter och personal genom mycket detaljerade krav på utrustningens uppbyggnad och funktion, undersökningsrummens utformning, nödvändiga kunskaper hos personalen etc. Strålskyddsverksamheten är en naturlig del i verksamheter med röntgenstrålning. All personal som arbetar med röntgen ska ha genomgått en strålskyddsutbildning.
Personal, som dagligen arbetar med röntgenstrålning, lämnar undersökningsrummet eller använder blyskyddsförkläde för att inte utsättas för onödig strålning. Detta blyförkläde bör vara heltäckande runt om för att inte exponera kroppsytor som inte skyddas av blyklädseln. Likaså ska personer som vistas inne vid en röntgenundersökning ha ett tyroidea-skydd runt halsen. För att hejda den röntgenstrålning som sprids i undersökningsrummet vid röntgenundersökningar räcker det oftast med någon millimeter blyskydd i såväl klädsel som fasta blyskydd i inredning och väggar.
Personal som har en återkommande placering inne på genomlysningsrum, tex. en angioenhet, ska även ha tilldelats en personlig dosimeter för mätning av den mängd röntgenbestrålning personen har utsatts för under en viss tid. [Läs mer]
Vid arbete med olika röntgenapparatur ska man ha största respekt för denna strålning dessa apparater ger ifrån sig och agerar därefter. Bäst strålhygien erhålles om personalen kan lämna rummet under tiden röntgenbilder tas. Allt som oftast finns inte denna möjlighet att lämna angiosalen vid endovaskulära interventioner. Personalen får då minska sin egen exponering för röntgenbestrålning genom att hålla ett så stort avstånd till röntgenkällan som möjligt vid bildtagning samt vistas så kort stund som möjligt i omedelbar närhet till röntgenkälla om arbetsmomentet kräver detta.
Röntgenskador
Om mänsklig kroppsvävnad utsätts för strålning kan till exempel cellernas arvsmassa (DNA), skadas, men det behöver inte bli så.
Joniserande strålning orsakar delningar av molekylernas bindningar sinsemellan. Detta kan ge till följd en strukturell förändring av cellen, ämnesomsättningen och organfunktionen. Normalt repareras de skadade cellerna eller stöts bort men vid höga stråldoser kan detta leda till akuta eller sena effekter.
Man delar in skador efter strålning i somatiska resp. genetiska. Somatiska skador är sådana som uppträder i de egna vävnaderna. Genetiska skador uppträder hos efterkommande generationer.
Man skiljer här på stokastiska och icke-stokastiska effekter. Stokastiska effekter är sådana som ger strålningsskada i en enda celler eller en grupp av celler som ger upphov till en ärftlig eller direkt förändring.
Icke-stokastiska effekter uppkommer efter en lång tidsperiod där den samlade bestrålningen under denna tid räknas in. Här har varje organ en bestämd tröskel för hur mycket strålning det klarar av innan ev. skador uppkommer.
Foster växer mycket snabbt och är på grund av detta särskilt känsliga för strålning. Röntgenundersökning under den första tredjedelen av tiden (första trimestern) vid graviditeten bör ske ytterst återhållsamt. Röntgenbestrålning av gravida ska enbart ske med strikta indikationer där annan strålfri metod inte finnes att tillgå för att erhålla en godtagbar diagnos värderad utifrån risken för moderns hälsa med risk för ev. fosterskador.
Andra känsliga organ för röntgenbestrålning är brösten, könsorgan, ögonen och sköldkörteln. Dessa kroppsdelar bör skyddas med bly om det inte är just dessa röntgenundersökningen avser.
En röntgenundersökning ska vara väl motiverad där röntgen ska utgöra en så pass viktig del i utredningen där annan klinisk undersökning inte ger ett säkert underlag för en riktig diagnostik.