Απεικόνιση ακτίνων Χ-
1. Βασικές αρχές
Η ιατρική-εξέταση με ακτίνες Χ χρησιμοποιεί κυρίως την ισχυρή διεισδυτική δύναμη των ακτίνων Χ- στους ανθρώπινους μαλακούς ιστούς για να επιτύχει το σκοπό της "βλέποντας" την εσωτερική κατάσταση. Η φύση των ακτίνων Χ-, όπως και το ορατό φως που βλέπουμε, είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Ωστόσο, το εύρος μήκους κύματος της ζώνης ορατού φωτός είναι 380~780nm και το μήκος κύματος της ακτίνας Χ είναι πολύ μικρότερο από αυτό της ζώνης ορατού φωτός, που είναι 10~10-³nm.
Δεδομένου ότι η ενέργεια ενός φωτονίου ορίζεται ως E=hv=hc/λ, η οποία είναι αντιστρόφως ανάλογη με το μήκος κύματος, η ενέργεια φωτονίου των ακτίνων Χ- είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή των ορατό φως, καθιστώντας το εξαιρετικά διεισδυτικό. Ενώ το ορατό φως δεν μπορεί να μεταδώσει ούτε το λεπτό στρώμα των βλεφάρων μας, ένα σημαντικό κλάσμα φωτονίων ακτίνων Χ μπορεί εύκολα να διεισδύσει στο σώμα μας και να συλληφθεί από ανιχνευτές στην άλλη πλευρά. Φυσικά, οι ακτίνες γάμμα με μικρότερα μήκη κύματος είναι πιο διεισδυτικές. Όμως μπροστά στις ακτίνες γάμμα, το σώμα μας είναι σχεδόν διαφανές. Είναι σαν να ήθελες να δεις τι συμβαίνει στα ρούχα του ατόμου από την άλλη πλευρά, αλλά η διείσδυση είναι πολύ δυνατή. Μπορείτε να δείτε απευθείας το κτίριο πίσω από αυτό, το οποίο είναι επίσης ένα κύπελλο. Επιπλέον, δεν μπορούμε να εγγυηθούμε ότι μπορείτε να σηκωθείτε από το κρεβάτι αφού ακτινοβοληθείτε μία φορά από ακτίνες γάμμα. Ελα κάτω; αν μπορείς ακόμα να κατέβεις, ίσως γίνεις ο Hulk.
2. Αλληλεπίδραση με την ύλη
Όπως αναφέραμε προηγουμένως, οι ακτίνες Χ-θα αλληλεπιδράσουν με διαφορετικές ουσίες στο σώμα, έτσι ώστε μέρος της ενέργειας να απορροφάται από διαφορετικούς ιστούς του ανθρώπινου σώματος και το άλλο μέρος να λαμβάνεται από τον ανιχνευτή στο άλλο άκρο μέσω του ανθρώπινου σώματος.
Αφού οι ακτίνες Χ- εκπέμπονται από το άκρο εκπομπής, περνούν από διαφορετικά μέρη του ανθρώπινου ιστού και στη συνέχεια λαμβάνονται στις αντίστοιχες θέσεις στον ανιχνευτή. Αναλύοντας τα αποτελέσματα στον ανιχνευτή, μπορούμε να λάβουμε τις εσωτερικές πληροφορίες του αντίστοιχου μέρους του σώματος. Τι αλληλεπιδράσεις έχουν λοιπόν οι ακτίνες Χ-στο ανθρώπινο σώμα, πώς λειτουργούν και με ποιους ιστούς αλληλεπιδρούν; Αυτά είναι τα ερωτήματα που πρέπει να μελετήσουμε.
Γνωρίζουμε ότι η ύλη αποτελείται από άτομα. Όταν οι ακτίνες Χ διέρχονται από το ανθρώπινο σώμα, αλληλεπιδρούν επίσης με τα άτομα του σώματός μας και προκαλούν εξασθένηση. Υπάρχουν τρεις κύριες μορφές αλληλεπίδρασης μεταξύ ακτίνων Χ- και ατόμων:
1. Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
2. Compton Scattering
3. Περάστε από μέσα χωρίς αντίδραση
Επειδή στην ύλη, η απόσταση μεταξύ των ατόμων είναι πολύ μεγάλη, όχι μόνο ο πυρήνας καταλαμβάνει πολύ μικρό όγκο, αλλά δεν είναι εύκολο για ένα φωτόνιο να συγκρουστεί με ένα ηλεκτρόνιο. Έτσι ένα σημαντικό μέρος των φωτονίων θα περάσει από το ανθρώπινο σώμα ανεπηρέαστο στον ανιχνευτή. Για λεπτομέρειες, ανατρέξτε στο πείραμα με χρυσό φύλλο του Rutherford.
Το παρακάτω είναι να επικεντρωθεί στην ανάλυση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου και της σκέδασης Compton
2.1 Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο αναφέρεται στην αλληλεπίδραση των φωτονίων με τα εσωτερικά ηλεκτρόνια των ατόμων και τα φωτόνια απορροφώνται. Αφού απορροφήσει την ενέργεια του φωτονίου, το ηλεκτρόνιο απελευθερώνεται από τον ατομικό δεσμό και σχηματίζει ένα φωτοηλεκτρόνιο.
Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι πιο εμφανές στα μέταλλα και τα φωτοηλεκτρόνια μπορούν ακόμη και να συγκλίνουν σε φωτορεύματα. Η πιθανότητα εμφάνισης του φωτοηλεκτρικού φαινομένου είναι αντιστρόφως ανάλογη με τον κύβο της ενέργειας φωτονίων ([τύπος]) =1/E³, E=hv, δηλαδή όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια των φωτονίων, τόσο μικρότερη θα απορροφηθεί και όσο μεγαλύτερη είναι η διείσδυση. Ο κύβος του τακτικού αριθμού είναι ανάλογος (Z³, Z: ατομικός αριθμός), επομένως το μόλυβδο (ατομικός αριθμός: 82) χρησιμοποιείται συχνά για προστασία από ακτίνες Χ. Σε σύγκριση με τα μέταλλα, το ανθρώπινο σώμα αποτελείται κυρίως από άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο, άζωτο και άλλα στοιχεία. Έχει χαμηλό ατομικό αριθμό και χαμηλή πυκνότητα ατομικής κατανομής. Ως εκ τούτου, δεν υπάρχει λόγος ανησυχίας ότι θα υποστείτε ηλεκτροπληξία από ηλεκτρόνια που δημιουργούνται μόνοι σας κατά τη λήψη ακτίνων Χ-.
Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι η κύρια μορφή εξασθένησης των ακτίνων Χ- στην κλινική πράξη και είναι επίσης η μορφή εξασθένησης που χρειαζόμαστε. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, στον μαλακό ιστό που αποτελείται κυρίως από οργανική ύλη, η εξασθένηση των ακτίνων Χ είναι πολύ χαμηλή και οι περισσότερες από αυτές μπορούν να περάσουν απευθείας. Ωστόσο, στο τμήμα των οστών, επειδή το οστό αποτελείται κυρίως από φωσφορικό ασβέστιο και περιέχει επίσης άτομα όπως κάλιο, μαγνήσιο, νάτριο και στρόντιο, η εξασθένηση των ακτίνων Χ στο οστό είναι σχετικά υψηλή.
Επομένως, η εξερεύνηση της κατάστασης των οστών είναι μια από τις πιο σημαντικές κλινικές εφαρμογές των ακτίνων Χ-. Αυτός είναι ο λόγος που βασικά όλοι οι ορθοπεδικοί ασθενείς καλούνται να βγάλουν φιλμ.
2.2 Compton Scattering
Λοιπόν, το επόμενο βήμα είναι η διασπορά των παιδικών παπουτσιών Compton.
Διαφορετικά από το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, η σκέδαση Compton αναφέρεται στην αλληλεπίδραση των φωτονίων με τα εξωτερικά ηλεκτρόνια των ατόμων, προκαλώντας την αποδυνάμωση της ενέργειας του φωτονίου και την αλλαγή της κατεύθυνσης της κίνησης (σκέδαση), ενώ διεγείρονται τα εξωτερικά ηλεκτρόνια.
Φυσικά, δεν χρειάζεται να πανικοβληθείτε, δεν χρειάζεται να υπολογίσετε την ενέργεια των διασκορπισμένων φωτονίων και τη γωνία σκέδασης θ, και την ενέργεια και τη γωνία Ø των διεγερμένων ηλεκτρονίων.
Είναι ενοχλητικό όταν εμφανίζεται η διασπορά Compton. Γιατί στη γεωμετρική οπτική, όλοι πιστεύουμε ότι το φως ταξιδεύει σε ευθείες γραμμές. Επομένως, το σήμα που λαμβάνεται από τον ανιχνευτή και το τελικό αποτέλεσμα που εμφανίζεται στο φιλμ θα πρέπει να είναι σε αντιστοιχία-προς- με την ανατομική δομή του ανθρώπινου σώματός μας. Η ένταση του σήματος κάθε σημείου pixel στον ανιχνευτή θα πρέπει να αντανακλά την εξασθένηση των ακτίνων Χ από το ανθρώπινο σώμα που διέρχονται από τη σύνδεση μεταξύ αυτού του σημείου και της πηγής φωτός. Αλλά όταν η σκέδαση Compton συμβαίνει σε ένα σημείο, τα σκεδασμένα φωτόνια είναι πιθανό να χτυπήσουν τυχαία άλλα εικονοστοιχεία του ανιχνευτή, γεγονός που όχι μόνο θα αποδυναμώσει την ένταση του φωτός που λαμβάνει το σημείο, αλλά θα προκαλέσει και τυχαία άλλη ώθηση λίγο φωτός. Επιπλέον, μια μικρή κατανόηση των επιπέδων ατομικής ενέργειας δείχνει ότι, σε αντίθεση με το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, η ενέργεια που απαιτείται για τη διέγερση των εξωτερικών ηλεκτρονίων δεν είναι της ίδιας τάξης μεγέθους με την ενέργεια για τη διέγερση των εσωτερικών ηλεκτρονίων:
Αυτό οδηγεί σε ένα προσπίπτον φωτόνιο ακτίνων Χ-που παραμένει εντός του φασματικού εύρους της πηγής ακτίνων Χ-ακόμα και αν έχει υποστεί σκέδαση Compton και έχει μειωμένη ενέργεια. Ως ο κύριος οπτικός θόρυβος της απεικόνισης ακτίνων Χ-, η σκέδαση Compton έχει μεγάλη επιρροή στην αναλογία σήματος- προς-θόρυβο της εικόνας. Γενικά, για να καταστείλουμε τον θόρυβο που προκαλείται από τη σκέδαση Compton, θα προσθέσουμε ένα πλέγμα μολύβδου μπροστά από τον ανιχνευτή για να καταστείλουμε τα φωτόνια ακτίνων Χ από άλλες γωνίες:
3. Δημιουργία ακτίνων Χ-
Το να γνωρίζουμε τις ακτίνες Χ-δεν αρκεί, θα πρέπει να μπορούμε να εκπέμπουμε ακτίνες Χ-όπως το Ultraman, αυτό είναι υπέροχο
Φυσικά, όταν παίρνετε ακτίνες Χ-, δεν θα κρύβεται ένας Ultraman πάνω σας biubiubiu, αλλά ένας σωλήνας ακτίνων Χ{-.
Η βασική αρχή είναι ότι πιέζουμε την κάθοδο και εκτοξεύουμε μια δέσμη ηλεκτρονίων που βομβαρδίζει την άνοδο (συνήθως ένα μέταλλο όπως βολφράμιο, ρόδιο κ.λπ.). Τα ηλεκτρόνια επιβραδύνονται στην άνοδο και η χαμένη κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε φωτόνια. Όταν η τάση στην κάθοδο είναι υψηλή (μετρούμενη σε kV), η ενέργεια των φωτονίων που λαμβάνουμε είναι στην περιοχή μήκους κύματος των ακτίνων Χ-. Ακτινογραφία Χ-GET!
Αυτή η αρχή της παραγωγής φωτονίων ονομάζεται Bremsstrahlung, η οποία προφέρεται [ˈbʁɛmsˌʃtʁaːlʊŋ] στα γερμανικά. Μπορείτε να ακούσετε το Bremsstrahlung εδώ. Μη με κοιτάς, σίγουρα δεν θα σου το διαβάσω. Χονδρικά σημαίνει ακτινοβολία επιβράδυνσης, που είναι σχεδόν η έννοια της «ακτινοβολίας επιβράδυνσης».
Εκτός από τη χαρακτηριστική ακτινοβολία των ατόμων βολφραμίου στη μέση αρκετών κορυφών, οφείλεται στην αυτο-εκπομπή που δημιουργείται από τα ηλεκτρόνια υψηλής-ενέργειας που βομβαρδίζουν τα εσωτερικά ηλεκτρόνια, καθιστώντας τα άτομα σε διεγερμένη κατάσταση.
Τότε έρχεται το πρόβλημα, στις ακτίνες Χ- που παίρνουμε, ένα μεγάλο μέρος της ενέργειας των φωτονίων είναι σχετικά χαμηλό. Έχουμε ήδη αναφέρει στο 2.1 Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ότι όσο χαμηλότερη είναι η ενέργεια των φωτονίων, τόσο πιο αδύναμη είναι η διείσδυση. Αυτό σημαίνει ότι ένα σημαντικό μέρος των ακτίνων Χ θα απορροφηθεί σχεδόν πλήρως από το σώμα, κάτι που όχι μόνο δεν βοηθά στην ανίχνευση, αλλά αυξάνει επίσης σημαντικά τη δόση ακτινοβολίας στον ασθενή. Σε γενικές γραμμές, λοιπόν, θα προσθέσουμε τώρα ένα φίλτρο μπροστά για να φιλτράρουμε αυτές τις ακτίνες Χ χαμηλής-ενέργειας-. Με αυτόν τον τρόπο δεν χρειάζεται να ανησυχείτε για τον καρκίνο αφού τελειώσετε τα γυρίσματα.
4. Εφαρμογή
Όπως αναφέραμε προηγουμένως, επειδή τα οστά περιέχουν περισσότερο φωσφορικό ασβέστιο και άλλα μεταλλικά στοιχεία, έχουν μεγαλύτερο ρυθμό εξασθένησης σε σύγκριση με άλλους μαλακούς ιστούς, επομένως οι περισσότερες εφαρμογές ακτίνων Χ χρησιμοποιούνται κυρίως για τον έλεγχο καταγμάτων και την ανάλυση της οστικής πυκνότητας. και πολλά άλλα. Τι γίνεται λοιπόν με άλλα μέρη που δεν έχουν μεταλλικά στοιχεία;
Η απάντηση είναι πολύ απλή, αν δεν την προσθέσετε~
Όπως το γεύμα με βάριο. Μέσω αγγειογραφίας γαστρεντερικού γεύματος με βάριο ή βαριούχου κλύσματος (μη με ρωτήσετε τι γεύση έχει το κλύσμα, δεν θα σας πω), τοποθετήστε ένα σκιαγραφικό θειικό βάριο στην πεπτική οδό και μετά χρησιμοποιήστε ακτίνες Χ- για έλεγχο για βλάβες στην πεπτική οδό. Το κύριο συστατικό του αλεύρου βαρίου είναι το θειικό βάριο, το οποίο έχει εμφανή απορρόφηση των ακτίνων Χ και είναι αδιάλυτο στο νερό και αδιάλυτο στο οξύ. Δεν θα απορροφηθεί από το πεπτικό σύστημα και είναι ακίνδυνο για τον ανθρώπινο οργανισμό.
Και αγγειογραφία. Με την έγχυση ιωδίου-που περιέχει σκιαγραφικό στα αιμοφόρα αγγεία των αντίστοιχων τμημάτων, μπορεί να εμφανιστεί η κατανομή και οι βλάβες των αιμοφόρων αγγείων.
