تصویربرداری اشعه ایکس- چیست

تصویربرداری اشعه ایکس-

1. اصول اولیه

معاینه پزشکی با اشعه ایکس-عمدتاً از قدرت نفوذ قوی اشعه ایکس- در بافت‌های نرم انسان برای دستیابی به هدف "دیدن" حالت داخلی استفاده می‌کند. ماهیت پرتوهای ایکس، مانند نور مرئی که می بینیم، امواج الکترومغناطیسی هستند. با این حال، محدوده طول موج باند نور مرئی 380 تا 780 نانومتر است و طول موج پرتو ایکس بسیار کوچکتر از باند نور مرئی است که 10 تا 10 نانومتر است.

از آنجایی که انرژی فوتون به صورت E=hv=hc/λ تعریف می‌شود، که با طول موج نسبت عکس دارد، انرژی فوتون پرتوهای ایکس- بسیار بزرگ‌تر از انرژی است. نور مرئی، آن را بسیار نافذ می کند. در حالی که نور مرئی نمی تواند حتی لایه نازک پلک های ما را منتقل کند، بخش قابل توجهی از فوتون های اشعه ایکس-به راحتی می توانند به بدن ما نفوذ کنند و توسط آشکارسازها در طرف دیگر برداشته شوند. البته پرتوهای گاما با طول موج کوتاه تر، نفوذ بیشتری دارند. اما در مقابل اشعه گاما، بدن ما تقریبا شفاف است. مثل اینکه می خواستی ببینی در لباس طرف مقابل چه خبر است، اما نفوذ خیلی قوی است. می توانید مستقیماً ساختمان پشت آن را ببینید که آن هم یک فنجان است. علاوه بر این، ما نمی توانیم تضمین کنیم که شما می توانید پس از یک بار تابش اشعه گاما از رختخواب خارج شوید. ویران شدن؛ اگر هنوز بتوانید پایین بیایید، شاید هالک شوید.

2. تعامل با ماده

همانطور که قبلاً اشاره کردیم، اشعه ایکس{0}} با مواد مختلف بدن برهمکنش خواهد داشت، به طوری که بخشی از انرژی توسط بافت های مختلف بدن انسان جذب می شود و بخشی دیگر توسط آشکارساز در انتهای دیگر دریافت می شود. از طریق بدن انسان

پس از اینکه پرتوهای ایکس{0}} از انتهای فرستنده ساطع شدند، از قسمت‌های مختلف بافت انسانی عبور می‌کنند و سپس در موقعیت‌های مربوطه در آشکارساز دریافت می‌شوند. با تجزیه و تحلیل نتایج روی آشکارساز، می توانیم اطلاعات داخلی قسمت مربوطه بدن را به دست آوریم. بنابراین، پرتوهای ایکس{1}} چه فعل و انفعالی در بدن انسان دارند، چگونه کار می‌کنند و با چه بافت‌هایی تعامل دارند؟ اینها سوالاتی است که باید مطالعه کنیم.

می دانیم که ماده از اتم تشکیل شده است. وقتی اشعه ایکس- از بدن انسان عبور می‌کند، با اتم‌های بدن ما نیز برهم‌کنش می‌کند و باعث تضعیف می‌شود. سه شکل اصلی برهمکنش بین پرتوهای ایکس- و اتم ها وجود دارد:

1. اثر فوتوالکتریک

2. Compton Scattering

3. بدون واکنش عبور کنید

چون در ماده، فاصله بین اتم ها بسیار زیاد است، نه تنها هسته حجم بسیار کمی را اشغال می کند، بلکه برخورد فوتون با الکترون آسان نیست. بنابراین بخش قابل توجهی از فوتون ها از بدن انسان بدون تأثیر به آشکارساز عبور می کند. برای جزئیات، به آزمایش ورق طلای رادرفورد مراجعه کنید.

در زیر به تجزیه و تحلیل اثر فوتوالکتریک و پراکندگی کامپتون می پردازیم

2.1 اثر فوتوالکتریک

اثر فوتوالکتریک به برهمکنش فوتون ها با الکترون های داخلی اتم ها اشاره دارد و فوتون ها جذب می شوند. پس از جذب انرژی فوتون، الکترون از پیوند اتمی جدا شده و یک فوتوالکترون تشکیل می دهد.

اثر فوتوالکتریک روی فلزات آشکارتر است و فوتوالکترون ها حتی می توانند به جریان نور همگرا شوند. احتمال وقوع اثر فوتوالکتریک با مکعب انرژی فوتون نسبت معکوس دارد ([فرمول]) =1/E³, E=hv، یعنی هر چه انرژی فوتون بیشتر باشد، کمتر جذب خواهد شد و هر چه نفوذ بیشتر باشد. مکعب عدد ترتیبی متناسب است (Z³، Z: عدد اتمی)، بنابراین سرب (عدد اتمی: 82) اغلب برای محافظت از اشعه X استفاده می شود. در مقایسه با فلزات، بدن انسان عمدتاً از کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و سایر عناصر تشکیل شده است. دارای عدد اتمی کم و چگالی توزیع اتمی کم است. بنابراین، نیازی به نگرانی در مورد برق گرفتگی توسط الکترون‌های{4}}تولید شده توسط خود هنگام گرفتن اشعه ایکس- نیست.

اثر فوتوالکتریک شکل اصلی تضعیف اشعه ایکس-در عمل بالینی است، و همچنین شکل میرایی است که ما به آن نیاز داریم. همانطور که در بالا ذکر شد، در بافت نرمی که عمدتاً از مواد آلی تشکیل شده است، تضعیف اشعه ایکس- بسیار کم است و بیشتر آنها می توانند مستقیماً از آن عبور کنند. اما در قسمت استخوان به دلیل اینکه استخوان عمدتاً از فسفات کلسیم تشکیل شده و همچنین دارای اتم هایی مانند پتاسیم، منیزیم، سدیم و استرانسیوم است، تضعیف اشعه ایکس-در استخوان نسبتاً زیاد است.

بنابراین، بررسی وضعیت استخوان ها یکی از مهم ترین کاربردهای بالینی اشعه ایکس-است. به همین دلیل است که اساساً از همه بیماران ارتوپدی خواسته می شود که فیلم بگیرند.

2.2 پراکندگی کامپتون

خب مرحله بعدی پراکندگی کفش بچه گانه کامپتون است.

متفاوت از اثر فوتوالکتریک، پراکندگی کامپتون به برهمکنش فوتون ها با الکترون های بیرونی اتم ها اشاره دارد که باعث می شود انرژی فوتون ضعیف شود و جهت حرکت (پراکندگی) تغییر کند، در حالی که الکترون های بیرونی را تحریک می کند.

البته نیازی به وحشت نیست، نیازی نیست انرژی فوتون های پراکنده و زاویه پراکندگی θ و انرژی و زاویه Ø الکترون های برانگیخته را محاسبه کنید.

وقتی پراکندگی کامپتون اتفاق می افتد آزاردهنده است. زیرا در اپتیک هندسی همه ما فکر می کنیم که نور در خطوط مستقیم حرکت می کند. بنابراین، سیگنال دریافتی توسط آشکارساز و نتیجه نهایی نمایش داده شده روی فیلم باید با ساختار تشریحی بدن انسان مطابقت داشته باشد. شدت سیگنال هر نقطه پیکسل روی آشکارساز باید تضعیف اشعه X توسط بدن انسان را که از اتصال بین این نقطه و منبع نور می گذرد منعکس کند. اما وقتی پراکندگی کامپتون در نقطه‌ای اتفاق می‌افتد، فوتون‌های پراکنده احتمالاً به‌طور تصادفی به پیکسل‌های دیگر آشکارساز برخورد می‌کنند، که نه تنها شدت نور دریافتی توسط نقطه را تضعیف می‌کند، بلکه باعث افزایش تصادفی نور کمی می‌شود. علاوه بر این، درک کمی از سطوح انرژی اتمی نشان می‌دهد که برخلاف اثر فوتوالکتریک، انرژی لازم برای تحریک الکترون‌های بیرونی به اندازه انرژی برای برانگیختن الکترون‌های داخلی نیست:

این منجر به یک فوتون پرتو ایکس می شود که در محدوده طیفی منبع اشعه ایکس- باقی می ماند، حتی اگر تحت پراکندگی کامپتون قرار گرفته باشد و انرژی کاهش یافته باشد. پراکندگی کامپتون به عنوان نویز نوری اصلی تصویربرداری اشعه ایکس، تأثیر زیادی بر نسبت سیگنال به-تصویر دارد. به طور کلی، برای سرکوب نویز ناشی از پراکندگی کامپتون، یک شبکه سربی در جلوی آشکارساز اضافه می‌کنیم تا فوتون‌های اشعه ایکس- را از زوایای دیگر سرکوب کنیم:

3. تولید اشعه ایکس-

دانستن اشعه ایکس- کافی نیست، ما باید بتوانیم پرتوهای ایکس-مانند Ultraman را ساطع کنیم، این خیلی خوب است

مطمئناً، وقتی اشعه ایکس-می‌گیرید، یک Ultraman در شما پنهان نمی‌شود، بلکه یک لوله اشعه ایکس-در شما پنهان می‌شود.

اصل اساسی این است که ما کاتد را تحت فشار قرار می دهیم و پرتوی از الکترون ها را که آند را بمباران می کند (معمولاً فلزی مانند تنگستن، رودیوم و غیره) به بیرون پرتاب می کنیم. سرعت الکترون ها در آند کاهش می یابد و انرژی جنبشی از دست رفته به فوتون تبدیل می شود. هنگامی که ولتاژ در سراسر کاتد زیاد است (با کیلوولت اندازه گیری می شود)، انرژی فوتونی که به دست می آوریم در محدوده طول موج پرتوهای ایکس- است. اشعه ایکس-GET!

این اصل تولید فوتون Bremsstrahlung نام دارد که در آلمانی [ˈbʁɛmsˌʃtʁaːlʊŋ] تلفظ می شود. در اینجا می توانید به Bremsstrahlung گوش دهید. به من نگاه نکن، قطعا برایت نمی خوانم. تقریباً به معنای تابش کاهش سرعت است که تقریباً به معنای «تابش کاهش سرعت» است.

به‌جز تشعشع مشخصه اتم‌های تنگستن در چندین قله میانی، به دلیل خود{0}}گسیلی است که توسط الکترون‌های{1} پرانرژی ایجاد شده است که الکترون‌های داخلی را بمباران می‌کنند و اتم‌ها را در حالت برانگیخته قرار می‌دهند.

سپس مشکل پیش می آید، در پرتوهای ایکس-که دریافت می کنیم، بخش بزرگی از انرژی فوتون نسبتاً کم است. قبلاً در 2.1 اثر فوتوالکتریک ذکر کردیم که هر چه انرژی فوتون کمتر باشد، نفوذ ضعیف تر است. این بدان معنی است که بخش قابل توجهی از اشعه ایکس تقریباً به طور کامل توسط بدن جذب می شود که نه تنها برای تشخیص مفید نیست، بلکه دوز پرتو به بیمار را نیز به شدت افزایش می دهد. بنابراین به طور کلی، اکنون یک فیلتر در جلو اضافه می‌کنیم تا این پرتوهای ایکس-کم انرژی- را فیلتر کنیم. به این ترتیب بعد از اتمام فیلمبرداری دیگر نگران سرطان نخواهید بود.

4. کاربرد

همانطور که قبلاً ذکر کردیم، از آنجایی که استخوان‌ها حاوی فسفات کلسیم و سایر عناصر فلزی بیشتری هستند، در مقایسه با سایر بافت‌های نرم، میزان تضعیف بیشتری دارند، بنابراین بیشتر کاربردهای اشعه ایکس- بیشتر برای بررسی شکستگی‌ها و تجزیه و تحلیل تراکم استخوان استفاده می‌شوند. و خیلی بیشتر. پس قسمت های دیگری که هیچ عنصر فلزی ندارند چطور؟

پاسخ بسیار ساده است، اگر آن را اضافه نکنید~

مانند کنجاله باریم. از طریق آنژیوگرافی وعده غذایی باریم دستگاه گوارش، یا تنقیه باریم (از من نپرسید که تنقیه چه مزه ای دارد، به شما نمی گویم)، یک ماده حاجب سولفات باریم را در دستگاه گوارش قرار دهید، و سپس از اشعه ایکس- استفاده کنید. برای بررسی ضایعات در دستگاه گوارش. جزء اصلی کنجاله باریم سولفات باریم است که دارای جذب آشکار اشعه ایکس-و نامحلول در آب و نامحلول در اسید است. جذب دستگاه گوارش نمی شود و برای بدن انسان بی ضرر است.

و آنژیوگرافی با تزریق ید حاوی ماده حاجب به رگ‌های خونی قسمت‌های مربوطه، می‌توان توزیع و ضایعات رگ‌های خونی را نشان داد.