Tomografia komputerowa. Jakie to promieniowanie?

Tomografia komputerowa (TK) to zaawansowane badanie diagnostyczne wykorzystujące promieniowanie rentgenowskie (X), które pozwala na uzyskanie szczegółowych obrazów przekrojowych ciała pacjenta. Dzięki temu możliwe jest dokładne zobrazowanie struktur anatomicznych, co jest nieocenione w diagnostyce wielu schorzeń.

Czym jest promieniowanie stosowane w tomografii komputerowej?

Promieniowanie rentgenowskie, wykorzystywane w TK, to forma promieniowania elektromagnetycznego o wysokiej energii, zdolna do przenikania przez tkanki organizmu. Podczas badania, lampa rentgenowska obraca się wokół ciała pacjenta, emitując promieniowanie, które przechodzi przez różne struktury anatomiczne i jest rejestrowane przez detektory. Na podstawie zebranych danych komputer tworzy szczegółowe obrazy przekrojów badanego obszaru.

Rodzaje promieniowania – klasyfikacja i miejsce promieniowania X

Promieniowanie możemy klasyfikować na różne sposoby, w zależności od jego właściwości fizycznych, sposobu oddziaływania z materią oraz źródła pochodzenia. W kontekście medycznym najważniejszy jest podział na:

1. Promieniowanie jonizujące i niejonizujące

Jonizujące – posiada wysoką energię, zdolną do wybijania elektronów z atomów, co może uszkadzać komórki. Przykłady: promieniowanie X, gamma, alfa, beta.
Niejonizujące – nie powoduje jonizacji. Obejmuje fale radiowe, mikrofale, podczerwień, światło widzialne.

➡ Promieniowanie X należy do promieniowania jonizującego.

2. Promieniowanie korpuskularne i elektromagnetyczne

Korpuskularne – strumień cząstek (np. alfa, beta, neutrony).
Elektromagnetyczne – fale, takie jak światło, ultrafiolet, promieniowanie X i gamma.

➡ Promieniowanie X to fala elektromagnetyczna o wysokiej energii, podobna do promieniowania gamma, ale powstaje sztucznie – w lampie rentgenowskiej, a nie w jądrze atomu.

Rodzaj promieniowania	Charakterystyka	Zasięg w tkankach	Zdolność jonizacji
Alfa (α)	Ciężkie jony helu	Kilka mikrometrów	Bardzo duża
Beta (β)	Elektrony / pozytony	Kilka mm	Duża
Gamma (γ)	Fala elektromagnetyczna	Kilkadziesiąt cm	Średnia
Rentgenowskie (X)	Fala elektromagnetyczna	Kilka – kilkadziesiąt cm	Średnia

Promieniowanie X, wykorzystywane w tomografii komputerowej, jest:

promieniowaniem elektromagnetycznym,
o wysokiej energii,
należy do promieniowania jonizującego,
powstaje sztucznie w lampie rentgenowskiej, a jego energia i zdolność przenikania zależą od napięcia przyspieszającego elektrony.

Promieniowanie X to rodzaj promieniowania, który może oddziaływać na tkanki biologiczne, dlatego jego stosowanie w diagnostyce medycznej wymaga odpowiedniego zabezpieczenia i uzasadnienia – zgodnie z zasadą ALARA.

Zasada ALARA

W medycynie obowiązuje zasada ALARA (As Low As Reasonably Achievable), czyli „tak nisko, jak to rozsądnie możliwe”. Oznacza to, że dawki promieniowania powinny być utrzymywane dawkę na najniższym możliwym poziomie przy zachowaniu diagnostycznej wartości obrazów. Nowoczesne aparaty TK wyposażone są w systemy inteligentnego dawkowania promieniowania, które dostosowują jego intensywność w zależności od badanego obszaru. Takie działania mają na celu dostosowanie badanie do każdego pacjenta indywidualnie i zapewnienie możliwie wysokiej ochrony.

Wykorzystanie promieniowania X w tomografii komputerowej

W tomografii komputerowej promieniowanie X służy do uzyskania obrazów przekrojowych (tzw. skanów) ciała. W odróżnieniu od klasycznego RTG, w TK:

Źródło promieniowania (lampa X) obraca się wokół pacjenta o 360°.
Detektory rozmieszczone są naprzeciwko lampy i rejestrują ilość promieniowania, które przeszło przez ciało.
Obrazowanie opiera się na różnicy w pochłanianiu promieniowania przez różne tkanki (np. kość pochłania więcej niż mięsień).
Rekonstrukcja komputerowa przelicza uzyskane dane i tworzy obrazy przekrojowe (tzw. przekroje poprzeczne, koronarne lub strzałkowe).

Dzięki szybkiemu skanowaniu i wysokiej rozdzielczości, możliwe jest:

wykrywanie zmian nowotworowych,
ocena złamań,
lokalizowanie ognisk udarów,
obrazowanie narządów wewnętrznych z dużą precyzją.

Bezpieczeństwo i ryzyko związane z promieniowaniem

Choć promieniowanie rentgenowskie jest niezbędne w diagnostyce, niesie ze sobą pewne ryzyko wynikające z oddziaływania promieniowania jonizującego na organizmy żywe. Ryzyko to jest stosunkowo niewielkie w porównaniu do korzyści diagnostycznych płynących z badania.

Dawki promieniowania w tomografii komputerowej

Dawka promieniowania otrzymywana podczas badania TK jest znacznie wyższa niż w przypadku standardowego zdjęcia rentgenowskiego. Przykładowo, pojedyncze zdjęcie RTG klatki piersiowej to około 0,02 mSv, podczas gdy TK tego samego obszaru może wiązać się z dawką od 2 do 8 mSv. Dla porównania, naturalne promieniowanie tła, na które jesteśmy narażeni w ciągu roku, wynosi około 2,4 mSv . Podczas lotu samolotem np. relacja Nowy Jork – Tokio otrzymamy średnią dawkę promieniowania około 0,09 – 0,15 mSv za jeden lot. Dla porównania: Tyle promieniowania otrzymujemy naturalnie na Ziemi w ok. 2 tygodnie. Lot w obie strony (Nowy Jork – Tokio – Nowy Jork): łącznie ok. 0,18 – 0,3 mSv.

Dlaczego dawka promieniowania w TK jest wyższa niż w RTG?

W tomografii komputerowej dawka promieniowania jest znacznie wyższa niż w klasycznym zdjęciu RTG, ponieważ:

TK wykonuje wiele zdjęć z różnych kątów wokół ciała pacjenta – lampa rentgenowska obraca się wokół pacjenta, a każde ujęcie dodaje kolejną porcję promieniowania,
rekonstrukcja trójwymiarowego obrazu wymaga bardzo dużej ilości danych (a więc większej liczby ekspozycji),
większa rozdzielczość przestrzenna i możliwość obrazowania tkanek miękkich z dużą dokładnością wymaga wyższych parametrów technicznych (m.in. wyższej energii wiązki).

Cecha	RTG	Tomografia komputerowa (TK)
Typ obrazu	Dwuwymiarowy (projekcyjny)	Trójwymiarowy (warstwowy)
Dokładność	Ograniczona	Wysoka – dokładność do <1 mm
Rozróżnianie tkanek miękkich	Słabe	Bardzo dobre
Możliwość obrazowania narządów wewnętrznych	Ograniczona	Pełna (mózg, wątroba, płuca, serce itd.)
Czas badania	Kilka sekund	Kilkanaście sekund – kilka minut
Ilość informacji diagnostycznych	Niska	Bardzo wysoka

Zarys historyczny

Odkrycie promieniowania rentgenowskiego

8 listopada 1895 – niemiecki fizyk Wilhelm Conrad Röntgen odkrywa promieniowanie X podczas eksperymentów z lampą próżniową.
Odkrycie było przypadkowe – zauważył świecenie ekranów pokrytych barem platynowym, mimo że były osłonięte.
Nazwał je „X-Strahlen” (promienie X), ponieważ nie znał ich natury.

Rozwój technologii TK

1917 r. – austriacki matematyk Johann Radon tworzy podstawy matematyczne do rekonstrukcji obrazu z wielu projekcji – tzw. transformacja Radona.
1972 r. – Sir Godfrey Hounsfield i Allan Cormack budują pierwszy tomograf komputerowy. Otrzymują za to Nagrodę Nobla w 1979 roku.
Lata 80. – rozwój spiralnych tomografów, pozwalających na szybkie skanowanie całego ciała.

Podsumowanie

Promieniowanie rentgenowskie wykorzystywane w tomografii komputerowej jest efektem gwałtownego hamowania elektronów przyspieszonych do bardzo wysokich prędkości. Dzięki precyzyjnej technologii rejestrowania i komputerowego przetwarzania danych możliwe jest uzyskanie trójwymiarowych przekrojów ciała pacjenta, co zrewolucjonizowało diagnostykę medyczną. Pomimo ekspozycji na promieniowanie, korzyści wynikające z dokładnej diagnostyki przeważają nad ryzykiem, szczególnie w przypadku nowoczesnych tomografów.

Słownik pojęć

ALARA – skrót od As Low As Reasonably Achievable („tak nisko, jak to rozsądnie możliwe”); zasada ograniczania dawki promieniowania do minimum przy jednoczesnym zachowaniu jakości diagnostycznej badania.
Dawka promieniowania – ilość energii promieniowania jonizującego pochłonięta przez organizm. Wyrażana najczęściej w milisiwertach (mSv).
Obraz przekrojowy (tomograficzny) – obraz przedstawiający „plaster” ciała, uzyskany na podstawie wielu zdjęć wykonanych z różnych kierunków. Pozwala zobaczyć struktury wewnętrzne w ich rzeczywistym położeniu.
Promieniowanie jonizujące – promieniowanie o tak dużej energii, że może jonizować atomy (np. promieniowanie X, gamma). Ma zastosowanie w medycynie, ale może też uszkadzać komórki.
Promieniowanie korpuskularne – promieniowanie składające się z cząstek (np. alfa, beta), a nie fal. Ma ograniczony zasięg i dużą zdolność jonizacji.
Promieniowanie niejonizujące – promieniowanie o niskiej energii, które nie powoduje jonizacji (np. fale radiowe, mikrofale, światło widzialne).
Promieniowanie rentgenowskie (X) – rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o wysokiej energii, używanego w diagnostyce obrazowej. Może przenikać przez ciało i umożliwiać uzyskanie obrazów wnętrza organizmu.
Promieniowanie tła – promieniowanie jonizujące, na które jesteśmy narażeni naturalnie każdego dnia, pochodzące z kosmosu, gleby, powietrza i żywności.
Rekonstrukcja obrazu – komputerowe przetwarzanie danych z detektorów w tomografie, służące do stworzenia obrazu przekrojowego ciała.
Rozdzielczość przestrzenna – zdolność obrazowania do rozróżnienia drobnych szczegółów w badanym obszarze; im wyższa, tym dokładniejszy obraz.
Transformacja Radona – metoda matematyczna wykorzystywana do przeliczania danych z wielu rzutów promieniowania na obraz przekrojowy; podstawa działania tomografii.