RTG záření: vy se ptáte, my odpovídáme!

Rentgenové záření je proud fotonů, který je v případě medicínských aplikací tvořen ve speciálním zařízení zvaném rentgenka. Z něj rentgenové záření „svítí“ směrem k pacientovi. Interakce neboli vzájemné působení mezi zářením a materiálem, na které záření dopadá, umožňuje vytvořit anatomický obraz pacienta díky tzv. fotoelektrickému jevu (to je to „vstřebání“, o kterém v otázce píšete). Foton předá veškerou svou energii elektronům v atomech tvořících materiál tkáně a zanikne. Ne každý foton však interakci podstoupí. Část fotonů proletí pacientem zcela bez interakce a interaguje až s detektorem, který je za pacientem.

To, jestli foton interaguje v tkáni pacienta, nebo doletí až do detektoru, závisí na dvou faktorech. Prvním je protonové číslo atomů v materiálu tvořícího tkáň (v medicíně se můžete setkat s pojmem „efektivní protonové číslo tkáně“) – čím vyšší je protonové číslo, tím vyšší je pravděpodobnost, že se foton pohltí. Proto např. kosti, které obsahují atomy s vysokým protonovým číslem, zeslabují rentgenové záření více než např. vzduch – na rentgenovém snímku uvidíte kosti bílé a plíce černé, protože v kostech fotony interagují, zatímco plícemi projdou. Jinými slovy, stupně šedi neboli kontrast na snímku je dán vlastností tkáně. Druhým faktorem, který ovlivňuje pravděpodobnost interakce fotonu, je jeho energie. Ta je ovlivněna nastaveným napětím na rentgence. Čím je napětí vyšší, tím je větší průměrná i maximální energie fotonů ve spektru. Jelikož pravděpodobnost interakce závisí na energií fotonů, pro různé oblasti vyšetření v lidském těle se nastavuje různé napětí na rentgence.

Fotoelektrický jev neboli “vstřebání” fotonu není jedinou možnou interakcí. Někdy se stane, že foton předá elektronu v látce jenom část své energie a „odrazí“ se pod nějakým úhlem pryč. Této interakci se říká Comptonův rozptyl. S rostoucí energií fotonového záření pravděpodobnost této interakce roste na úkor právě fotoelektrického jevu.

Jednoduše řečeno, rentgenové záření je schopno „odrazu“ i „vstřebání“ od jakékoliv materiálu. To, která interakce je pravděpodobnější, záleží na vlastnostech materiálu (protonové číslo atomů v materiálu) a energii fotonového svazku (napětí na rentgence).

Rentgenové záření v materiálu nezůstává, pouze předá svou energii nebo její část. Částice, která energii přebere, v našem případě elektron, tím získává schopnost ionizace – schopnost předávat získanou energii dalším molekulám v materiálu a vytrhávat elektrony z atomových obalů za vzniku iontů. Pokud se tak děje v biologické tkáni, může to buňky poškodit nebo zabít.

Energii ionizujícího záření pohlcenou tkání popisujeme fyzikální veličinou „dávka“. Vypočítá se jako podíl pohlcené energie a hmotnosti tkáně. Pokud je dávka hodně velká, může dojít ke vzniku tzv. deterministického účinku. Ten nastává v důsledku odumření části buněčné populace. Projeví se až od určité dávky (tzv. prahová dávka) a jeho závažnost s narůstající dávkou dále roste. Každý deterministický účinek má charakteristický klinický projev. Můžete si pod tím představit např. popálení kůže nebo nemoc z ozáření. S deterministickými účinky se během vyšetření na operačním sále nikdy nesetkáte. Dobrým příkladem jsou však zdravotní komplikace hasičů, kteří zasahovali u havárie v Černobylu (viz seriál Černobyl: https://www.csfd.cz/film/683975-cernobyl/prehled/).

Ionizující záření má ještě další účinky, kterým říkáme stochastické (mají určitou pravděpodobnost vzniku). Jsou to účinky, které jsou spojeny s mutacemi buněk, se změnou genetické informace v buněčném jádře. Tyto účinky nastávají v důsledku interakce ionizujícího záření s molekulou DNA. Čím více ionizujícího záření buňky během svého života pohltí, tím větší je pravděpodobnost, že dojde k mutaci. V tomto smyslu neexistuje žádná škodlivá nebo neškodlivá dávka záření. Nicméně buňky mají mocné opravné mechanismy a umí si mnoho poškození samy opravit. A dávky způsobené běžným rentgenovým vyšetřením jsou velice nízké, tudíž pravděpodobnost vzniku mutace je také velice nízká. Na druhou stranu, proces opravy buněk není stoprocentně účinný a v krajním případě i velmi malé poškození buňky může způsobit mutaci a případný vznik rakoviny. Pravděpodobnost takového jevu je však nízká.

Ionizující záření je všude kolem nás a je přirozenou součástí okolí. Průměrný obyvatel České republiky dostane z různých zdrojů ionizujícího záření (kosmické záření, zemské záření, radon, požití přirozeně radioaktivních prvků v potravě, medicínská diagnostika atd.) ročně dávku přibližně 3 mSv (milisievert). To odpovídá asi stovce rentgenů hrudníku v nemocnici [1], přičemž skoro polovinu tohoto ozáření tvoří radon uvolňující se např. z hornin a stavebních materiálů do vzduchu [2].