Rentgeno vaizdavimas
1. Pagrindiniai principai
Medicininis rentgeno tyrimas daugiausia naudoja stiprią įsiskverbiančią rentgeno spindulių galią žmogaus minkštuosiuose audiniuose, kad būtų pasiektas tikslas "pamatyti" vidinę būseną. Rentgeno spindulių pobūdis, kaip ir matoma šviesa, kurią matome, yra elektromagnetinės bangos. Tačiau matomos šviesos juostos bangos ilgio diapazonas yra 380 ~ 780 nnm, o rentgeno bangos ilgis yra daug mažesnis nei matomos šviesos juostos bangos, kuri yra 10 ~ 10-10-³nm.
Kadangi fotono energija apibrėžiama kaip E =hv=hc/λ, kuri yra atvirkščiai proporcinga bangos ilgiui, rentgeno spindulių fotonų energija yra daug didesnė nei matomos šviesos, todėl ji yra labai skverbiasi. Nors matoma šviesa negali perduoti net plono mūsų akių vokų sluoksnio, didelė rentgeno fotonų dalis gali lengvai įsiskverbti į mūsų kūną ir būti paimta detektorių kitoje pusėje. Žinoma, gama spinduliai, turintys trumpesnį bangos ilgį, yra skvarbesni. Tačiau priešais gama spindulius mūsų kūnai yra beveik skaidrūs. Tai tarsi jūs norėjote pamatyti, kas vyksta asmens drabužiuose kitoje pusėje, tačiau įsiskverbimas yra per stiprus. Jūs galite tiesiogiai pamatyti pastatą už jo, kuris taip pat yra puodelis. Be to, mes negalime garantuoti, kad galite išeiti iš lovos po to, kai vieną kartą apšvitino gama spinduliai. Nusileisk; jei vis dar galite nusileisti, galbūt tapkite Hulku.
2. Sąveika su materija
Kaip jau minėjome anksčiau, rentgeno spinduliai sąveikaus su skirtingomis organizmo medžiagomis, kad dalis energijos būtų absorbuojama skirtingiems žmogaus kūno audiniams, o kitą dalį detektorius gauna kitame gale per žmogaus kūną.
Po to, kai rentgeno spinduliai išsiskiria iš perduodančio galo, jie praeina per skirtingas žmogaus audinio dalis ir tada gaunami atitinkamose detektoriaus padėtyse. Analizuodami detektoriaus rezultatus, galime gauti atitinkamos kūno dalies vidinę informaciją. Taigi, kokią sąveiką rentgeno spinduliai turi žmogaus kūne, kaip jie veikia ir su kokiais audiniais jie sąveikauja? Tai klausimai, kuriuos turime ištirti.
Mes žinome, kad materija yra sudaryta iš atomų. Kai rentgeno spinduliai praeina per žmogaus kūną, jie taip pat sąveikauja su mūsų kūno atomais ir sukelia silpnėjimą. Yra trys pagrindinės rentgeno spindulių ir atomų sąveikos formos:
1. Fotoelektrinis efektas
2. Compton sklaida
3. Praeikite be reakcijos
Kadangi materijoje atstumas tarp atomų yra labai didelis, branduolys ne tik užima labai mažą tūrį, bet fotonui nėra lengva susidurti su elektronu. Taigi didelė dalis fotonų praeis per žmogaus kūną, nepaveiktą detektoriaus. Norėdami gauti daugiau informacijos, skaitykite Rutherfordo aukso folijos eksperimentą.
Toliau pateikiamas dėmesys fotoelektrinio poveikio analizei ir "Compton" sklaidai
2.1 Fotoelektrinis efektas
Fotoelektrinis efektas reiškia fotonų sąveiką su vidiniais atomų elektronais, o fotonai absorbuojami. Sugėręs fotono energiją, elektronas išsilaisvina iš atominės jungties ir sudaro fotoelektrą.
Fotoelektrinis poveikis yra akivaizdesnis metalams, o fotoelektronai netgi gali susijungti į fotosesijas. Fotoelektrinio efekto atsiradimo tikimybė yra atvirkščiai proporcinga fotono energijos kubai ([formulė]) α=1/E³, E=hv, t. y. kuo didesnė fotono energija, tuo mažiau ji bus absorbuojama ir tuo didesnis įsiskverbimas; Ordininio skaičiaus kubas yra proporcingas (α Z³, Z: atominis skaičius), todėl švinas (atominis skaičius: 82) dažnai naudojamas rentgeno apsaugai. Palyginti su metalais, žmogaus kūną daugiausia sudaro anglis, vandenilis, deguonis, azotas ir kiti elementai. Jis turi mažą atominį skaičių ir mažą atominio pasiskirstymo tankį. Todėl nereikia nerimauti dėl to, kad fotografuojant rentgeno spindulius, savarankiškai sukurti elektronai.
Fotoelektrinis poveikis yra pagrindinė rentgeno spindulių silpninimo forma klinikinėje praktikoje, taip pat yra silpninimo forma, kurios mums reikia. Kaip minėta pirmiau, minkštuosiuose audiniuose, daugiausia susidedančiuose iš organinių medžiagų, rentgeno spindulių silpninimas yra labai mažas, ir dauguma jų gali praeiti tiesiogiai. Tačiau kaulų dalyje, nes kaulas daugiausia susideda iš kalcio fosfato ir jame taip pat yra atomų, tokių kaip kalis, magnis, natris ir stroncis, rentgeno spindulių silpnėjimas kauluose yra gana didelis.
Todėl kaulų padėties tyrimas yra vienas iš svarbiausių klinikinių rentgeno spindulių pritaikymų. Štai kodėl iš esmės visi ortopedijos pacientai yra prašomi filmuoti.
2.2 Compton sklaida
Na, kitas žingsnis yra "Compton" vaikų batų sklaida.
Skirtingai nuo fotoelektrinio poveikio, "Compton" sklaida reiškia fotonų sąveiką su išoriniais atomų elektronais, todėl fotono energija susilpnėja ir keičia judėjimo kryptį (sklaida), tuo pačiu jaudinant išorinius elektronus.
Žinoma, jums nereikia panikuoti, jums nereikia apskaičiuoti išsibarsčiusių fotonų energijos ir sklaidos kampo θ, taip pat sužadintų elektronų energijos ir kampo Ø.
Tai erzina, kai atsiranda "Compton" sklaida. Nes geometrinėje otikoje mes visi manome, kad šviesa keliauja tiesiomis linijomis. Todėl detektoriaus gautas signalas ir galutinis filme rodomas rezultatas turėtų būti vienas su vienu korespondencija su mūsų žmogaus kūno anatomine struktūra. Kiekvieno detektoriaus pikselio taško signalo intensyvumas turėtų atspindėti rentgeno spindulių susilpnėjimą žmogaus organizme, einančiame per ryšį tarp šio taško ir šviesos šaltinio. Bet kai "Compton" sklaida vyksta tam tikru momentu, išsibarstę fotonai greičiausiai atsitiktinai pateks į kitus detektoriaus pikselius, kurie ne tik susilpnins taško gaunamą šviesos intensyvumą, bet ir sukels atsitiktinį kitą šiek tiek šviesos padidėjimą. Be to, nedidelis atominės energijos lygių supratimas rodo, kad, skirtingai nei fotoelektrinis efektas, energija, reikalinga išoriniams elektronams sužadinti, nėra tokio pat dydžio kaip energija, sužadinanti vidinius elektronus:
Tai sukelia incidentą rentgeno fotonas, kuris išlieka rentgeno šaltinio spektriniame diapazone, net jei jis buvo išsklaidytas Compton ir sumažino energiją. Kaip pagrindinis optinis rentgeno spindulių vaizdo triukšmas, "Compton" sklaida turi didelę įtaką vaizdo signalo ir triukšmo santykiui. Paprastai, siekiant slopinti "Compton" sklaidos keliamą triukšmą, priešais detektorių pridėsime švino tinklelį, kad slopintume rentgeno fotonus iš kitų kampų:
3. Rentgeno spindulių generavimas
Žinant, kad rentgeno spindulių nepakanka, turėtume sugebėti skleisti rentgeno spindulius, tokius kaip "Ultraman", tai yra kietas
Žinoma, kai atliksite rentgeno spindulius, nebus "Ultraman", slepiančio jus biubiubiu, bet rentgeno vamzdelis.
Pagrindinis principas yra tas, kad mes spaudžiame katodą ir iššauname elektronų spindulį, kuris bombarduoja anodą (paprastai metalą, pvz., Volframą, rodą ir kt.). Elektronai sulėtėja anode, o prarasta kinetinė energija paverčiama fotonais. Kai įtampa per katodą yra didelė (matuojama kV), fotonų energija, kurią gauname, yra rentgeno spindulių bangos ilgio diapazone. Rentgeno spinduliai GET!
Šis fotonų generavimo principas vadinamas Bremsstrahlung, kuris vokiečių kalba tariamas [ˈbʁɛmsˌʃtʁaːlʊŋ]. Bremsstrahlung galite pasiklausyti čia. Nežiūrėk į mane, aš tau to tikrai neskaitysiu. Tai maždaug reiškia lėtėjimo spinduliuotę, kuri yra beveik "lėtėjimo spinduliuotės" reikšmė.
Išskyrus būdingą volframo atomų spinduliuotę kelių smailių viduryje, tai yra dėl to, kad didelės energijos elektronai bombarduoja vidinius elektronus, todėl atomai yra susijaudinę.
Tada problema ateina, rentgeno spinduliuose, kuriuos gauname, didelė fotonų energijos dalis yra palyginti maža. 2.1 Fotoelektriniame efekte jau minėjome, kad kuo mažesnė fotono energija, tuo silpnesnis įsiskverbimas. Tai reiškia, kad didelė dalis rentgeno spindulių bus beveik visiškai absorbuojama organizme, o tai ne tik nenaudinga aptikimui, bet ir labai padidina radiacijos dozę pacientui. Taigi apskritai, dabar mes pridėsime filtrą priekyje, kad filtruotume šiuos mažos energijos rentgeno spindulius. Tokiu būdu jums nereikės nerimauti dėl vėžio, kai baigsite filmuoti.
4. Paraiška
Kaip jau minėjome anksčiau, kadangi kauluose yra daugiau kalcio fosfato ir kitų metalinių elementų, jie turi didesnį slopinimo greitį, palyginti su kitais minkštaisiais audiniais, todėl dauguma rentgeno programų dažniausiai naudojamos lūžiams tikrinti ir kaulų tankiui analizuoti. ir daug daugiau. O kaip su kitomis dalimis, kuriose nėra metalinių elementų?
Atsakymas yra labai paprastas, jei jo nepridedate ~
Pavyzdžiui, bario miltai. Per virškinimo trakto bario miltų angiografiją arba bario klizmą (neklauskite manęs, koks yra klizmos skonis, aš jums nesakysiu), įdėkite bario sulfato kontrastinę medžiagą į virškinamąjį traktą ir tada naudokite rentgeno spindulius, kad patikrintumėte, ar nėra virškinimo trakto pažeidimų. Pagrindinis bario miltų komponentas yra bario sulfatas, kuris akivaizdžiai absorbuojamas rentgeno spinduliais ir yra netirpus vandenyje ir netirpus rūgštyje. Jis nebus absorbuojamas virškinimo trakte ir yra nekenksmingas žmogaus organizmui.
Angiografija. Švirkščiant jodo turinčią kontrastinę medžiagą į atitinkamų dalių kraujagysles, gali būti rodomas kraujagyslių pasiskirstymas ir pažeidimai.
