Radyoloji Nedir ?

Radyasyonun sağlık alanında kullanılmaya başlanmasıyla birlikte pek çok radyasyon ile çalışan cihaz da hayatımıza girmiştir. Günümüzde bir hastalığın teşhis edilmesi, uygulanan tedavi esnasında hastanın durumunun takip edilmesi gibi amaçlarla tıbbi görüntüleme yapılmakta ve kullanılan görüntüleme yöntemi hastalığın türüne göre farklılık göstermektedir. Bu yazıda hastalıkların tanısının doğru şekilde konulabilmesi için kullanılan bazı görüntüleme cihazlarının nasıl çalıştıkları ve ne işe yaradıkları basitçe anlatılacaktır.

X-IŞINLARI VE ÜRETİM METOTLARI

Radyografi tarihi, 1895 yılında Alman fizikçi Wilhelm Conrad Röntgen'in X-ışınlarını keşfetmesi ile başlamıştır. Röntgen, X-ışınlarını keşfetmeden önce Şekil 1’de gösterilen kısmen havası alınmış Crookes tüpü ile deney yapmaktaydı. Tüpün bir ucuna platin elektrot (anot) diğer ucuna alüminyum elektrot (katot) yerleştirerek elektrotlar arasına yüksek gerilim uyguladığı zaman tüp içerisinde az miktarda bulunan havanın iyonlaşması sonucu ışık meydana geldiğini gözlemlemiştir. Bu ışığı daha net bir şekilde görebilmek için tüpün çevresine siyah bir bant yerleştirmiş ardından tüpe gerilim uygulayarak içerisinden akım geçirmiştir. Tüpten akım geçmesi esnasında tesadüfen farklı bir amaç için laboratuvarında bulunan baryum platino siyanür kristallerinin parladığını görmüştür. Bunun sonucunda deneylerinin kapsamını genişleterek Crookes tüpü ile parlayan kristaller arasına farklı malzemeler yerleştirerek parlaklığı yeniden incelemiştir. Bu kapsamda önce bir kitap, daha sonra tahta ve alüminyum plakalar yerleştirerek kristaldeki parlaklığın farklı oranlarda azaldığını kaydetmiştir. Sonuçta deney yapmakta olduğu Crookes tüpünden yayınlanan göremediği ve ne olduğunu o dönemde anlayamadığı bu ışınlara X-ışınları adını vermiş ve bu buluşu ile 1901 yılında ilk Nobel ödülünü almıştır. Günümüzde bu ışınlar hala X-ışınları olarak adlandırılmakta ve X-ışınları ile gerçekleştirilen görüntüleme cihazına da bu ışınları keşfeden bilim insanının adına ithafen Röntgen adı verilmektedir.

Röntgen’in X-ışınlarını keşfetmesini sağlayan Crookes tüpü aynı zamanda soğuk katot tüpü olarak da adlandırılmaktadır. Camdan yapılan ve havası kısmen alınmış bu tüpte, platin anot (pozitif elektrot) ve alüminyum katot (negatif elektrot) olmak üzere iki elektrot bulunmaktadır. Elektrotlar arasına gerilim uygulandığında aralarında bir potansiyel fark oluşur ve X-ışını üretilir. Crookes tüpü her ne kadar X-ışınlarının keşfedilmesinde kritik öneme sahip olsa da zamanla daha yüksek verimde X-ışın üretimi yapılabilen yeni bir tasarıma ihtiyaç duyulmuştur. Çünkü Crookes tüpü içerisindeki hava basıncının zamanla azaldığı ve sistem veriminin düştüğü kaydedilmiştir. Bu sebeple 1913 yılında Dr. Coolidge tarafından sıcak katot tüpü olarak da adlandırılan Coolidge tüp tasarımı geliştirilmiştir. Bu tasarım, temelde, içerisinde katot görevi gören bir tungsten filaman ile anot görevi gören bir metal elektrot (molibden, tungsten, bakır vb.) bulunan ve içerisindeki havanın boşaltıldığı (vakum) X-ışın tüpüdür. Tüp içerisindeki tungsten filaman (katot) ısıtılarak elektronlar üretilir. Coolidge tüpüne sıcak katot tüpü denilmesinin sebebi de budur. Tüp içerisinde yer alan elektrotlara voltaj uygulandığında elektrotlar arasında bir potansiyel fark oluşur. Tungsten filamandan üretilen elektronlar bu potansiyel fark altında hızlanır ve kendisine göre zıt yüklü olan anota doğru hareket eder. Hedef atomun çekirdeğine yaklaştıkça çekirdeğin pozitif yükünden kaynaklanan elektrik alan etkisiyle hızlanır. Elektronların hızındaki bu değişim ivmeli hareket olarak adlandırılır ve ivmeli hareket sonucunda X-ışını açığa çıkar. Oluşan bu X-ışınlarına frenleme anlamına gelen Bremsstrahlung radyasyonu adı verilir ve tüp içerisinde üretilen X-ışınlarının büyük bir çoğunluğu (~%80-85) bu prensiple üretilir.

X-ışın tüpü içerisinde elektronların ivmeli hareketine bağlı olarak Bremsstrahlung X-ışınlarının açığa çıkmasının yanı sıra elektronların anot metaline çarpması sonucunda da X-ışınları açığa çıkar. Bir metal olan anota çarpan elektron, anot malzemesinin yapısına bağlı olarak, iç yörüngelerindeki elektronları uyararak veya kopararak yörüngede bir boşluk oluşturur. Çok kısa bir süre içerisinde daha dış yörüngedeki bir elektron, iç yörüngeden kopan elektronun yerine geçer. Bu esnada elektronun dış yörüngeden, iç yörüngeye geçebilmesi için sahip olduğu fazla enerjiyi (iki enerji seviyesi arasındaki fark kadar) dışarı vermesi gerekir, bu enerji X-ışını olarak yayınlanır ve her atoma özgü bir yapıya sahip olduğu için karakteristik X-ışını olarak adlandırılır.

Coolidge tüp tasarımında elektronlar anota çarptığı için zamanla anot malzemesi ısınarak deforme olur. Günümüzde bu problemi ortadan kaldırmak için anot, döner başlık şeklinde tasarlanır. Bu sayede ısının sürekli aynı noktaya gelmesi engellenerek ısınmaya bağlı deformasyon azaltılır ve anot malzemesinin ömrü uzatılmış olur. Ayrıca, üretilen karakteristik X-ışınlarının kolay bir şekilde tüp penceresinden dışarı aktarılabilmesi için anot, katota dik şekilde değil daha eğimli açılarda (örneğin 18-20°) yerleştirilir. 

X-IŞINLARININ TIPTA KULLANIMI

Ülkemizde X-ışınları ilk defa 1896 yılında askeri tıp doktoru olan Yüzbaşı Esad Feyzi tarafından Osmanlı-Yunan savaşında yaralanan bir askerin vücudundaki kurşunun yerini tespit etmek için kullanılmıştır. Daha sonra 1898 yılında Yüzbaşı Esad Feyzi "Röntgen Şu'a'atı ve Tatbikatı Tıbbiye ve Cerrahiyesi" adlı kitabını yazmış ve X-ışınlarının tıpta kullanılmasına öncü olmuştur. Günümüzde hastalıkların teşhis edilmesi ve tedavi süreçlerinin takip edilmesinde kritik öneme sahip olan tıbbi görüntüleme gerek cihazların çalışma prensipleri gerek uygulanma protokolleri bakımından önemli fizik ve mühendislik bilgisi içermektedir.