تتمثل الطريقة المثالية لوصف جودة حزمة الأشعة السينية في تحديد توزيعها الطيفي، أي تدفق الطاقة في كل فترة طاقة، ومع ذلك يصعب قياس التوزيعات الطيفية، وعلاوة على ذلك فإن مثل هذه المواصفات الكاملة لجودة الحزمة ليست ضرورية في معظم الحالات السريرية.
جودة الأشعة السينية
نظرًا لأن التأثيرات البيولوجية للأشعة السينية ليست حساسة جدًا لنوعية الحزمة، ففي العلاج الإشعاعي يهتم المرء في المقام الأول باختراق الحزمة في المريض بدلاً من طيف الطاقة المفصل، وبالتالي، غالبًا ما يتم استخدام مواصفات خام ولكن أبسط لجودة الحزمة وهي طبقة نصف القيمة.
طبقة نصف القيمة
إن مصطلح طبقة نصف القيمة هو سماكة مادة ماصة ذات تركيبة محددة مطلوبة لتخفيف شدة الحزمة إلى نصف قيمتها الأصلية. على الرغم من أنه يمكن وصف جميع حزم الفوتون من حيث طبقة نصف القيمة الخاصة بهم، إلا أن جودة حزمة أشعة غاما عادة ما يتم تحديدها من حيث طاقة أشعة غاما أو نويتها الأصلية، والتي لها طيف انبعاث معروف.
على سبيل المثال، يمكن تحديد جودة حزمة أشعة غاما المنبعثة من مصدر 60 درجة مئوية من حيث 1.17 و 1.33 ميغا إلكترون فولت (متوسط 1.25 إلكترون فولت) أو ببساطة شعاع الكوبالت -60. نظرًا لأن جميع حزم الأشعة السينية التي تنتجها مولدات الإشعاع غير متجانسة في الطاقة (أي تمتلك أطياف طاقة مستمرة تعتمد على ذروة الجهد والمواد المستهدفة وترشيح الحزمة)، يتم وصفها عادةً بواسطة طبقة نصف القيمة، وهي معلمة واحدة تحدد الاختراق الكلي وقدرة الشعاع.
وفي حالة حزم الأشعة السينية منخفضة الطاقة (أقل من نطاق الجهد الكبير)، من المعتاد وصف الجودة من حيث طبقة نصف القيمة، على الرغم من أن طبقة نصف القيمة وحده مناسب لمعظم التطبيقات السريرية. ومن ناحية أخرى في نطاق أشعة (megavoltagex)، يتم تحديد الجودة بواسطة طاقة الذروة ونادرًا بواسطة طبقة نصف القيمة والسبب في هذه الاتفاقية هو أنه في نطاق الجهد الكبير يتم ترشيح الحزمة بشكل كبير من خلال هدف نوع الإرسال ومرشح التسطيح، بحيث لا يغير أي ترشيح إضافي جودة الحزمة أو طبقة نصف القيمة الخاص به.
وبالتالي، بالنسبة للحزمة الصلبة ذات الترشيح الثابت، فإن طيف طاقة الأشعة السينية هو وظيفة أساسًا لطاقة الذروة وكذلك جودة الحزمة، حيث يبلغ متوسط الطاقة لمثل هذا الشعاع ما يقرب من ثلث طاقة الذروة.
مرشحات الأشعة السينية
تُظهر الأشعة السينية التي ينتجها مولد الأشعة السينية توزيعًا مستمرًا لطاقات فوتونات أشعة الشمس التي يتم فرضها على خطوط منفصلة من الإشعاع المميز بشكل تخطيطي لطيف الطاقة لشعاع الاشعة السينية (x-ray) بقوة 200 كيلو فولت في الثانية، حيث تمت تصفيته بواسطة مرشح ألومنيوم بسمك 1 مم، كما يشمل هذا التوزيع تأثيرات التوهين في الغلاف الزجاجي لأنبوب الأشعة السينية والزيت المحيط ونافذة الخروج لمبيت الأنبوب أيضًا.
هذا ما يسمى بالترشيح المتأصل يعادل حوالي 1 مم من الالمنيوم في معظم أنابيب الأشعة السينية، تمتلك الأشعة السينية المميزة الخطوط المنتجة في هدف التنجستن طاقات منفصلة بين 58 و 69 كيلو فولت. ومع ذلك، فإن خطوط الانبعاث الأخرى من التنجستن لها طاقات أقل بكثير.
يمكن تقليل تدفق الطاقة لخطوط الاشعة من التنغستن بشكل تفضيلي باستخدام مرشح القصدير. نظرًا لأن حافة الامتصاص للقصدير تبلغ حوالي 29.2 كيلو فولت، فإنها تمتص بقوة الفوتونات التي تزيد عن 29.2 كيلو فولت بواسطة العملية الكهروضوئية. ومع ذلك، لا تستطيع الفوتونات منخفضة الطاقة إخراج إلكترونات، حيث يتم تقليل تدفق الطاقة في المنطقة من 30 إلى 70 كيلو فولت إلى حد كبير بالنسبة إما لجزء الطاقة الأعلى من الطيف أو الطيف أقل من 29 كيلو فولت، لأن حافة الامتصاص L للقصدير هي 4.5 فقط، هناك انخفاض طفيف في الطيف أقل من 29.
بالإضافة إلى ذلك، ينتج القصدير إشعاعًا مميزًا خاصًا به من خلال العملية الكهروضوئية التي تشتمل على غلاف لخطوط الاشعة ويتم فرض هذه الخطوط على الطيف الموجود أسفل حافة امتصاص القصدير. في الأشعة السينية للقصدير، الفلتر النحاسي يكون فعال تمامًا، حيث تبلغ حافة النحاس 9 كيلوفولت.
وبالتالي، يتم امتصاص الفوتونات التي تقل عن 29 كيلوفولت بقوة بواسطة مرشح النحاس، يمكن امتصاص الأشعة السينية ذات الطاقة المنخفضة جدًا التي ينتجها النحاس بشكل فعال عن طريق إضافة مرشح من الألومنيوم بجوار الفلتر النحاسي.
تم تصميم المرشحات المركبة التي تحتوي على ألواح من القصدير والنحاس والألومنيوم لزيادة طبقة نصف القيمة الناتجة لحزم الجهد التقويمي دون تقليل شدة الحزمة إلى قيم منخفضة بشكل غير مقبول، كما تسمى هذه المرشحات مرشحات (Thoraeus).
ومن المهم أن يتم ترتيب المرشحات المركبة بالترتيب الصحيح، بحيث تكون المادة ذات العدد الذري الأعلى أقرب إلى هدف الأشعة السينية. وبالتالي، يتم إدخال المرشح مع القصدير المواجه لأنبوب الأشعة السينية والألمنيوم الذي يواجه المريض، مع وضع النحاس بين القصدير وألواح الألومنيوم.
وفي نطاق طاقة الأشعة السينية التشخيصية والسطحية، تُستخدم مرشحات الألومنيوم بشكل أساسي لتقوية الحزمة، حيث يتم التعبير عن طبقة نصف القيمة لهذه الحزم أيضًا من حيث ملليمترات الألومنيوم. ومع ذلك، في نطاق الجهد العمودي، غالبًا ما تستخدم المرشحات المركبة للحصول على طبقة نصف القيمة في نطاق حوالي 1 إلى 4 مم من النحاس. ومن ناحية أخرى، بالنسبة لآلات التليفزيون عن بُعد للسيزيوم والكوبالت، ليست هناك حاجة إلى المرشحات؛ لأن الحزم تكون في الغالب أحادية الطاقة.
على الرغم من أن حزمة الأشعة السينية ذات الجهد العالي لها طيف من الطاقات، إلا أن الحزمة تصلب بالترشيح المتأصل لهدف الإرسال وكذلك عن طريق الإرسال من خلال مرشح التسطيح. وبالتالي، ليس هناك حاجة إلى ترشيح إضافي لتحسين جودة الحزمة.
الغرض الأساسي من مرشح التسطيح هو جعل شدة الحزمة موحدة في المقطع العرضي بدلاً من تحسين جودة الحزمة، وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن تسطيح الحزمة لا علاقة له إذا تم علاج المرضى بأحد أشكال العلاج الإشعاعي المعدل الكثافة وبناءً على ذلك، يتجه بعض البائعين نحو آلات التسطيح الخالية من الفلتر.
قياس معلمات جودة الشعاع
يجب قياس طبقة نصف القيمة في ظل ظروف هندسية ذات حزمة ضيقة أو جيدة، كما يمكن تحقيق هذه الشروط باستخدام شعاع ضيق ومسافة كبيرة بين الممتص والكاشف. في ظل ظروف هندسية جيدة، تكون قراءة التعريض ناتجة بشكل أساسي عن الفوتونات التي تنتقل عبر جهاز الامتصاص دون تفاعل وعمليًا لا تكتشف الغرفة أي فوتونات مبعثرة.
يتم الحصول على بيانات التوهين عن طريق قياس التعرض المنقول من خلال ماصات مختلفة السماكة ولكن بتركيبة ثابتة، ثم يتم رسم هذه البيانات على رسم بياني غير متماثل لتحديد طبقة نصف القيمة، إذا كانت الحزمة تحتوي على ترشيح منخفض أو تحتوي على كمية ملحوظة من مكون منخفض الطاقة في الطيف، فإن منحدر منحنى التوهين يتناقص مع زيادة سماكة الامتصاص.
وبالتالي، يمكن الحصول على حزم طبقة نصف القيمة مختلفة من مثل هذه الحزمة باستخدام مرشحات مختلفة. بشكل عام، يزداد طبقة نصف القيمة مع زيادة سماكة المرشح حيث تصبح الحزمة أكثر صلابة، أي أنها تحتوي على نسبة أكبر من الفوتونات عالية الطاقة بعد سماكة معينة، ومع ذلك، قد يؤدي الترشيح الإضافي إلى تليين الحزمة بواسطة نثر كومبتون.
نظرًا لأن الزيادة في الترشيح مصحوبة بتخفيض في معدل التعرض المتاح، يتم اختيار الترشيح بعناية للحصول على طبقة نصف القيمة مناسب بالإضافة إلى خرج حزمة مقبول. بالإضافة إلى ذلك، فإن بعض المرشحات أكثر كفاءة من غيرها في إزالة الفوتونات منخفضة الطاقة بشكل انتقائي من الحزمة، بما في ذلك الأشعة السينية المميزة غير المرغوب فيها للعلاج بسبب قوتها المنخفضة.
