Wykorzystanie promieniowania X

Pytania z czego zbudowane jest organizm ludzki oraz w na jakich zasadach działa ciągle nurtowało i ciekawiło naukowców oraz doktorów medycyny. Pierwsze interesujące wiadomości dostarczyły sekcje zwłok dokonane na ciałach ludzi, którzy zmarli. Szukano (ciągle się szuka) technik bezkontaktowych oraz nieinwazyjnych. Dla pionierów medycyny sam fakt o zaglądnięciu do środka organizmu ludzkiego bez potrzeby przeprowadzania operacji, czy ingerencji chirurga zakrawałaby na czary. Przyspieszyło postęp wykrycie promieni rentgena (1895), przy pomocy których jesteśmy w stanie prześwietlić ciało żywego człowieka. Odkrycie to zapoczątkowało szybki wkład technologii w medycynie.

Aktualnie lekarze oraz stomatolodzy bardzo często używają promieni rentgenowskich do prześwietlania, np. zębów, kończyn. RTG są fale elektromagnetyczne, tak samo prawie jak fale radiowe albo świetlne. Są one w stanie przenikać przez kilka ciał, przez ciemny papier oraz przez szkło. Ciała są nieprzeźroczyste dla światła, substancje miękkie, zatem skóra oraz mięsnie nie są przeszkodą dla promieni rentgenowskich. Twarde materiały, jak na przykład kości albo metale, zatrzymują je co powoduje, że widzimy je na fotografii rentgenowskiej w formie cienia (kości są jaśniejsze aniżeli pozostałe części ciała). Aparat robi fotografię na kliszy fotograficznej.

Promienie rentgenowskie posiadają ogromne wykorzystanie: naukowcy wykorzystują je, analizując m.in. budowę cząsteczkową takich substancji jak inżynierowie, plastyk prześwietlą kadłub samolotu by znaleźć popękane części, które byłyby w stanie doprowadzić do wypadku. Interesujące może być to, że Słońce, ciała niebieskie a także inne ciała we wszechświecie (m.in. czarne dziury) są naturalnymi źródłami promieni rentgenowskich. Natomiast na około naszej planety krążą satelity, na których umieszczone są teleskopy, dzięki którym możemy wykrywać promieniowania x, które jest wysyłane. Satelity wysyłają obrazy rentgenowskie na nasza planetę. Astronomie dzięki temu poszerzają swoją dotychczasowe informacje na temat przestrzeni kosmicznej.

To nie są wszystkie wykorzystania promieni X. Porty lotnicze zaopatrzone są w aparaturę rentgenowską, która służy do prześwietlania bagaży. Ruchoma taśma posuwa bagaże przed źródłem promieni X. Po prześwietleniu bagaży promienie X są zbierane przez detektory. Stosując te promienie, komputer pokazuje na ekranie to co się znajduje w naszej torbie, na co patrzą osoby, które pracują na lotnisku. To wszystko powoduje, że wcześniej da się wykryć przemyt, m.in. broni albo przekonać się, czy do samolotu ktoś próbuje wnieść bombę.

Promienie X wykorzystuje się także w defektoskopii oraz w budownictwie. Defektoskopia rentgenowska opiera się na niwelujących analizach metali, którego głównym celem jest odkrycie wewnętrznych wad substancji (skażeń, pęcherzy, pęknięć itp.). I tak promieniowanie wykorzystuje się przy spawaniu rurociągów przede wszystkim przy konstrukcji stalowych, gdzie bardzo ważna rolą jest wytrzymałość. Prześwietlenie konstrukcji daje nam możliwość zobaczenia, czy na przykład rura jest jednorodna oraz szczelna. Dokonuj w następujący sposób: rurę na spojeniu owijamy kliszą fotograficzną, gdzie wewnątrz ulokowany jest promiennik. Tam, gdzie znajduje się za cienka warstwa spawu albo obszar jest nieszczelne otrzymujemy inny odcień (ciemny) na kliszy wówczas wiemy już, gdzie musimy dokonać zmian spawu. Według tej zasady analizujemy łączenia w konstrukcjach budowlanych, na ogół w mostach, gdzie są obciążenia dynamiczne.

Wraz z postępem technologii otwiera się kilka nowych ewentualności na wykorzystanie promieniowania X. Doskonalone są także same tomografy rentgenowskie.

Po zbudowaniu tomografu rentgenowskiego otrzymano trójwymiarowy obraz środka ciała. Tak jak wcześniej pisaliśmy, promienie rentgena nie są dobre do obrazowania tkanek miękkich, gdyż są w stanie przez nie przeniknąć. I to jest powód tego, że ogromnym osiągnięciem było wykorzystanie jądrowego rezonansu magnetycznego, który powoduje że uzyskujemy obrazy tkanek miękkich. Aktualnie promienie Roentgena wykorzystuje się do oglądania kości, jak również wykorzystywane są do przeglądania oraz leczenia płuc, nerek, serca, wątroby a także pozostałych organów...

Zajmijmy się dokładnym wykorzystaniem promieni X w medycynie.

Nowoczesna radiografia pokazuje nam środek organizmu ludzkiego z dokładnością, która zbliżona jest do atlasów anatomicznych. Tomografia komputerowa pozwala neurochirurgom dokładnie planować zabiegi operacyjne.

W diagnostyce obrazowej stosuje się różne typy fal do uwidaczniania środka organizmu ludzkiego. Promienie rentgenowskie albo fale ultradźwiękowe pozwalają ocenić budowę wewnętrzną oraz czynności przeróżnych organów, kształtu, co bardzo poszerza ewentualność rozpoznawania oraz różnicowania skutków urazów a także kilku chorób. Do bardzo częstych dokonywanych analiz zalicza się zdjęcia rentgenowskie organów klatki piersiowej oraz układu kostnego. Zetknęli się z nimi na ogół wszyscy.

Podstawą wniosków rozpoznawczych są różnice pochłaniania promieni X przez fragmenty szkieletu, uzupełnione powietrzem płuca oraz części miękkie, takie jak mięśnie albo organy miąższowe. Emulsja fotograficzna błony silnie się zaczernia w obszarach, gdzie dostała się znaczna ilość promieni (płuca), natomiast jasne miejsca odpowiadają tym fragmentom ciała, które wchłonęły dużą cześć promieni albo je rozproszyły, np. kości. Tkanki miękkie zauważyć można również w kilku odcieniach szarego. Otrzymany na błonie rentgenowskiej obraz nazywa się analogowym.

Konwencjonalny, analogowy zapis obrazu radiologicznego posiada znaczną ilość zalet, jedne z bardziej ważnych to niewielki koszt analizy a także ogromna zdolność rozdzielcza, przy pomocy której da się rozpoznawać małe ogniska patologiczne, nawet o średnicy rzędu 3 mm. Podstawowe wady podanego systemu to: brak rozróżniania tkanek miękkich, np. tkanki tłuszczowej albo mięśniowej i odkrywania nieprawidłowych pojemników płynu (ropnie, torbiele, obrzęki), jak również zużywanie ogromnych ilości srebra do wyrobu emulsji światłoczułych, ale także zagrożenie otoczenia w związku z procesami produkowania oraz utrwalania błon rentgenowskich. Znaczną trudność spowoduje także znaczne przekazywanie wyników analiz na odległość i rezerwowanie ogromnych powierzchni na archiwa. W związku z tym w drugiej połowie lat sześćdziesiątych, stosując postępy w dziedzinie informatyki, elektroniki oraz cyfrowej technologii obliczeniowej zaczęto szukać innych, bardziej efektywnych systemów rejestracji obrazu radiologicznego.

W porównaniu z podstawowym układem, jakim jest lampa rentgenowska wysyłająca promienie X -

analizowany element-błona rentgenowska, w radiografii cyfrowej zmiany natężenia promieniowania po przedostaniu się przez ciało badanej osoby gromadzone są przez układ detektorów. Otrzymane wnioski zapisuje się w formie cyfrowej w matrycy układu pamięciowego komputera, która jest płytą podzieloną na kilka niewielkich kwadracików nazywanych pikselami. Zapis cyfrowy jest możliwy po raz kolejny ukazany na błonie rentgenowskiej, jeżeli wartości liczbowej każdego piksela przypisujemy określony stopień szarości. Okazało się, iż zaproponowane rozwiązanie nie tylko bardzo poszerzyło ewentualności rozpoznawcze, oraz także usprawniło działalność zakładów radiologii. Radiografia cyfrowa z ewentualnością przetwarzania obrazu stała się pomiędzy innymi podstawą postępu tomografii komputerowej oraz cyfrowej angiografii subtrakcyjnej.

Pomysł tomografii komputerowej (CT) narodził się w dwóch odległych od medycyny dyscyplinach badawczych - astronomii jak również matematyce. Konstruktorzy maszyny Godfrey Haunsfield oraz Allen Cormack uzyskali Nagrodę Nobla, a w uzasadnieniu jej przyznania Komitet Naukowy powiedział, iż żadna inna forma w diagnostyce medycznej nie dała tak widocznego postępu w tak niewielkim czasie.

Aktualnie tomografia komputerowa zaliczana jest do głównych metod analiz radiologicznych. W nowych maszynach do tomografii komputerowej lampa rentgenowska przemieszcza się stałym ruchem okrężnym na około długiej osi badanej osoby, natomiast zmiany natężenia promieniowania w oznaczonej warstwie organizmu zapisywane są przez detektory ulokowane na obwodzie dookoła, gdzie umieszczony jest pacjent. Kolejnym etapem jest przetworzenie otrzymanych wyników pomiarowych oraz rekonstrukcja obrazu analizowanego przekroju organizmu.

Zaliczenie do praktyki klinicznej tomografii komputerowej dało przedstawienie poprzecznych przekrojów organizmu ludzkiego z przybliżeniem bardzo bliskim do atlasów anatomicznych.

Nowym wynalazkiem radiografii jest spiralna tomografia komputerowa. Na skutek określonych rozwiązań konstrukcyjnych powoduje ona otrzymanie w niewielkim czasie kilku częściowo nakładających się na siebie warstw. Efekt nakładania uzyskiwany jest w związku z tym, iż w ciągłym ruchu jest nie tylko lampa rentgenowska, jak również stolik, gdzie umieszczona jest osoba badana. Jeżeli zrobimy 30 warstw o grubości 10 mm przy prędkości przesuwu stolika 10 mm/s, otrzymamy możliwość rekonstrukcji przekrojów organizmu co 10 mm albo mniej, np. co 5 mm. Cienkie warstwy wykorzystywane są, m.in. do analizy płuc, kiedy chodzi o odnalezienie małych guzków miąższowych. Grubsze pozwalają na analizę dłuższych odcinków organizmu, są rutynowo wykorzystywane do analizy organów jamy brzusznej.

Spiralna tomografia komputerowa odnalazła główne wykorzystanie w analizach układu naczyniowego. Po dożylnym podaniu środków cieniujących rośnie współczynnik pochłaniania promieni X przez krew. Jeżeli komputer będzie rejestrował tylko wartości cechujące się znacznie dużym współczynnikiem pochłaniania, wtedy jesteśmy w stanie uzyskać obraz naczyń krwionośnych bez towarzyszącego im tła pozostałych fragmentów anatomicznych, np. otaczających tkanek miękkich i kości. Technologia ta ma bardzo ważne znaczenie w odnajdywaniu miażdżycy oraz w ocenie stopnia zwężenia naczynia. Bardzo często analizuje się tętnice szyjne, aortę brzuszną oraz piersiową, trzewne oraz nerkowe, tętnice płucne, jak również układ wrotny. Dokonuje się także prób analizy naczyń w kończynach dolnych.

Po przetworzeniu danych jesteśmy w stanie pokazać analizowany obraz anatomiczny w formie trójwymiarowej. Przestrzenny pokaz środka organizmu ludzkiego upraszcza ulokowanie oraz analizę rozległości procesu chorobowego i powoduje łatwiejsze zaplanowanie operacji, przede wszystkim w dziedzinie ortopedii, neurochirurgii oraz chirurgii naczyniowej. W najbliższym czasie będzie możliwa barwna prezentacja szczegółów anatomicznych, gdzie ulokowana będzie aktualnie w fazie eksperymentalnej.

Pokazana technologia na skutek wysokiej zdolności rozdzielczej kontrastowej, czyli ewentualność zapisywania małych różnic w pochłanianiu promieniowania po dołożeniu środka cieniującego, daje możliwość zmniejszenia inwazyjności analiz naczyniowych. Operacje opierające się na nakłuciu naczynia, cewnikowaniu tętnic oraz podaniu kontrastu są znacznie bezpieczniejsze i przede wszystkim dobrze znoszone przez pacjentów. Analizy badań są znacznie bardziej precyzyjne, ponieważ technologia cyfrowa daje możliwość obiektywnych pomiarów stopnia oraz długości zwężenia naczynia.

Aktualnie radiografia cyfrowa wykorzystywana jest bardzo często w rutynowych analizach radiologicznych, np. organów klatki piersiowej oraz układu kostnego. Błonę rentgenowską zastąpiono selenową folią pamięciową. W uzależnieniu od natężenia promieni rentgenowskich, które padają na folię dokonywana jest przemiana energetyczna w powłoce elektronowej pierwiastków, z których jest ona skonstruowana. Tworzy w ten sposób - tak samo prawie jak w emulsji światłoczułej błony fotograficznej - obraz utajony, gdzie odczyt ewentualny jest przy pomocy maszyn laserowych. Impulsy, które powstają w czytniku laserowym, umieszczane w pamięci komputera. Tak samo jak w cyfrowej angiografii subtrakcyjnej oraz tomografii komputerowej, obraz jest w stanie później być prezentowany na ekranie monitora albo na błonie rentgenowskiej.

Radiografia cyfrowa posada kilka zalet. Podstawową jest to, że pacjent uzyskuje o 40-50% promieniowania jonizującego mniej. Wielokierunkowe przetwarzanie obrazu daje nowe możliwości praktyczne jak również poznawcze.

Trójwymiarowa prezentacja organizmu ludzkiego daje możliwość precyzyjnie odwzorować konstrukcję organów. Natomiast bardziej dokładne umieszczenie ognisk patologicznych i precyzyjna analiza ich rozległości pozwalają na łatwiejsze zaplanowanie operacji. Powtarzalne pomiary struktur anatomicznych, jak również zjawisk czynnościowych przyczyniają się.

Radiografia cyfrowa posiada również wady. Do tej pory, mimo ogromnego rozwoju w tej dziedzinie, jej zdolność rozdzielcza przestrzenna nie jest w stanie dorównać obrazom odczytywanym od razu na błonie rentgenowskiej. Elektroniczne maszyny wykorzystywane do przesyłania obrazów cyfrowych są w nadal bardzo drogie, rejestracji, archiwizacji, przetwarzania i inne. W planach jest, iż przy końcu pierwszego dziesięciolecia XXI wieku znaczna ilość pracowni oraz zakładów radiologicznych w Japonii, Stanach Zjednoczonych Ameryki Północnej, jak również w Europie będą posługiwać się będzie tylko i wyłącznie cyfrowymi systemami radiografii.

Na koniec powiem jeszcze, że znaczne dawki promieniowania rentgenowskiego są bardzo niebezpieczne dla naszego zdrowia. Dzięki promieniowaniu X możemy sobie uszkodzić szpik kostny, co spowoduje niedokrwistość (potocznie anemię). Jednakże przy aktualnym, ciągłym postępie technologii, skutki uboczne zastosowania promieniowania w medycynie są ciągle minimalizowane. W związku z tym wyciągnijmy następujący wniosek z dotychczasowych rozważań: wykrycie promieni X to ogromny krok do przodu w historii ludzkości, który spowodował dużo dobrego aniżeli złego.