Pengimejan X-ray
1. Prinsip asas
Pemeriksaan X-ray perubatan terutamanya menggunakan kuasa menembusi kuat sinar-X dalam tisu lembut manusia untuk mencapai tujuan "melihat" keadaan dalaman. Sifat sinar-X, seperti cahaya terlihat yang kita lihat, adalah gelombang elektromagnetik. Walau bagaimanapun, julat panjang gelombang jalur cahaya yang kelihatan ialah 380~780nm, dan panjang gelombang X-ray jauh lebih kecil daripada jalur cahaya yang kelihatan, iaitu 10~10-³nm.
Oleh kerana tenaga foton ditakrifkan sebagai E=hv=hc/λ, yang berkadar songsang dengan panjang gelombang, tenaga foton X-ray jauh lebih besar daripada cahaya yang kelihatan, menjadikannya sangat menembusi. Walaupun cahaya yang kelihatan tidak dapat menghantar walaupun lapisan nipis kelopak mata kita, sebahagian besar foton X-ray boleh menembusi badan kita dengan mudah dan diambil oleh pengesan di sisi lain. Sudah tentu, sinaran gamma dengan panjang gelombang yang lebih pendek lebih menembusi. Tetapi di hadapan sinar gamma, badan kita hampir telus. Ia seperti anda mahu melihat apa yang berlaku dalam pakaian orang di sisi lain, tetapi penembusan terlalu kuat. Anda boleh melihat secara langsung bangunan di belakangnya, yang juga merupakan cawan. Di samping itu, kami tidak dapat menjamin bahawa anda boleh keluar dari katil selepas disinari oleh sinaran gamma sekali. Turun; Jika kau masih bisa turun, mungkin menjadi Hulk.
2. Interaksi dengan perkara
Seperti yang telah kita sebutkan sebelum ini, X-ray akan berinteraksi dengan bahan-bahan yang berbeza di dalam badan, supaya sebahagian daripada tenaga diserap oleh tisu-tisu tubuh manusia yang berlainan, dan bahagian lain diterima oleh pengesan di hujung yang lain melalui tubuh manusia.
Selepas sinar-X dipancarkan dari hujung penghantaran, mereka melalui bahagian-bahagian tisu manusia yang berlainan, dan kemudian diterima pada kedudukan yang sepadan pada pengesan. Dengan menganalisis keputusan pada pengesan, kita boleh mendapatkan maklumat dalaman bahagian badan yang sepadan. Jadi apa interaksi X-ray dalam tubuh manusia, bagaimana mereka bekerja, dan apa jaringan mereka berinteraksi dengan? Ini adalah soalan-soalan yang perlu kita kaji.
Kita tahu bahwa materi terdiri dari atom. Apabila sinar-X melalui tubuh manusia, mereka juga berinteraksi dengan atom-atom dalam badan kita dan menyebabkan pengecilan. Terdapat tiga bentuk interaksi utama antara X-ray dan atom:
1. Kesan fotoelektrik
2. Compton Scattering
3. Lulus tanpa reaksi
Kerana dalam perkara, jarak antara atom sangat besar, bukan sahaja nukleus menduduki jumlah yang sangat kecil, tetapi tidak mudah bagi foton untuk bertembung dengan elektron. Jadi sebahagian besar foton akan melalui tubuh manusia yang tidak terjejas kepada pengesan. Untuk maklumat lanjut, rujuk percubaan kerajang emas Rutherford.
Berikut adalah untuk memberi tumpuan kepada analisis kesan fotoelektrik dan penyebaran Compton
2.1 Kesan fotoelektrik
Kesan fotoelektrik merujuk kepada interaksi foton dengan elektron dalaman atom, dan foton diserap. Selepas menyerap tenaga foton, elektron membebaskan diri dari ikatan atom dan membentuk photoelectron.
Kesan fotoelektrik lebih jelas pada logam, dan fotoelekron juga boleh berkumpul ke dalam arus foto. Kebarangkalian berlakunya kesan fotoelektrik adalah berkadar songsang dengan kiub tenaga foton ([formula]) α = 1 / E³, E = hv, iaitu, semakin tinggi tenaga foton, semakin kurang ia akan diserap dan semakin tinggi penembusan; Kiub nombor ordinal adalah berkadar (α Z³, Z: nombor atom), jadi plumbum (nombor atom: 82) sering digunakan untuk perlindungan sinar-X. Berbanding dengan logam, tubuh manusia terutamanya terdiri daripada karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan unsur-unsur lain. Ia mempunyai nombor atom yang rendah dan ketumpatan rendah pengedaran atom. Oleh itu, tidak perlu risau tentang elektrik oleh elektron yang dihasilkan sendiri apabila mengambil X-ray.
Kesan fotoelektrik adalah bentuk pengecilan utama X-ray dalam amalan klinikal, dan ia juga merupakan bentuk pengecilan yang kita perlukan. Seperti yang dinyatakan di atas, dalam tisu lembut terutamanya terdiri daripada bahan organik, pengecilan sinar-X sangat rendah, dan kebanyakannya boleh melalui secara langsung. Walau bagaimanapun, di bahagian tulang, kerana tulang terutamanya terdiri daripada kalsium fosfat dan juga mengandungi atom seperti kalium, magnesium, natrium, dan strontium, pengurangan sinar-X dalam tulang agak tinggi.
Oleh itu, meneroka keadaan tulang adalah salah satu aplikasi klinikal X-ray yang paling penting. Inilah sebabnya mengapa pada dasarnya semua pesakit ortopedik diminta untuk mengambil filem.
2.2 Compton Scattering
Nah, langkah seterusnya ialah penyebaran kasut kanak-kanak Compton.
Berbeza dengan kesan fotoelektrik, penyebaran Compton merujuk kepada interaksi foton dengan elektron luar atom, menyebabkan tenaga foton melemahkan dan mengubah arah gerakan (menyebarkan), sambil menarik elektron luar.
Sudah tentu, anda tidak perlu panik, anda tidak perlu mengira tenaga foton yang bertaburan dan sudut penyebaran θ, dan tenaga dan sudut Ø elektron teruja.
Ini menjengkelkan ketika Compton berselerak terjadi. Kerana dalam optik geometri, kita semua berfikir bahawa cahaya bergerak dalam garis lurus. Oleh itu, isyarat yang diterima oleh pengesan dan hasil akhir yang dipaparkan pada filem itu hendaklah dalam surat-menyurat satu-satu dengan struktur anatomi tubuh manusia kita. Keamatan isyarat setiap titik piksel pada pengesan harus mencerminkan pengecilan sinar-X oleh tubuh manusia yang melalui sambungan antara titik ini dan sumber cahaya. Tetapi apabila penyebaran Compton berlaku pada satu ketika, foton yang bertaburan mungkin secara rawak memukul piksel lain pengesan, yang bukan sahaja akan melemahkan keamatan cahaya yang diterima oleh titik, tetapi juga menyebabkan rawak lain Sedikit rangsangan cahaya. Selain itu, sedikit pemahaman tentang tahap tenaga atom menunjukkan bahawa, tidak seperti kesan fotoelektrik, tenaga yang diperlukan untuk merangsang elektron luar tidak pada urutan magnitud yang sama seperti tenaga untuk merangsang elektron dalaman:
Ini mengakibatkan insiden X-ray foton yang kekal dalam julat spektral sumber X-ray walaupun ia telah mengalami penyebaran Compton dan telah mengurangkan tenaga. Sebagai bunyi optik utama pengimejan X-ray, penyebaran Compton mempunyai pengaruh yang besar terhadap nisbah isyarat-ke-bunyi imej. Secara amnya, untuk menyekat bunyi yang disebabkan oleh penyebaran Compton, kami akan menambah grid plumbum di hadapan pengesan untuk menekan foton sinar-X dari sudut lain:
3. Penjanaan X-ray
Mengetahui X-ray tidak cukup, kita harus bisa memancarkan sinar-X seperti Ultraman, itu keren
Sudah tentu, apabila anda mengambil X-ray, tidak akan ada Ultraman bersembunyi pada anda biubiubiu, tetapi tiub X-ray.
Prinsip asas adalah bahawa kita menekan katod dan menembak keluar rasuk elektron yang membombardir anod (biasanya logam seperti tungsten, rhodium, dll.). Elektron diperlambat di anod, dan energi kinetik yang hilang diubah menjadi foton. Apabila voltan merentasi katod adalah tinggi (diukur dalam kV), tenaga foton yang kami perolehi adalah dalam julat panjang gelombang X-ray. X-ray GET!
Prinsip menghasilkan foton ini disebut Bremsstrahlung, yang diucapkan [ˈb UCLA ɛmsˌ UCLA t UCLA aːl UCLA ŋ] dalam bahasa Jerman. Anda boleh mendengar Bremsstrahlung di sini. Jangan lihat aku, aku pasti tidak akan membacanya padamu. Ia secara kasar bermaksud sinaran penurunan, yang hampir merupakan makna "sinaran penurunan".
Kecuali radiasi ciri atom tungsten di tengah-tengah beberapa puncak, ia disebabkan oleh pelepasan diri yang dihasilkan oleh elektron tenaga tinggi yang membombardir elektron dalaman, menjadikan atom dalam keadaan teruja.
Kemudian masalahnya datang, dalam X-ray yang kita dapat, sebahagian besar tenaga foton agak rendah. Kami telah menyebut dalam 2.1 Kesan fotoelektrik bahawa semakin rendah tenaga foton, semakin lemah penembusan. Ini bermakna bahawa sebahagian besar X-ray akan hampir sepenuhnya diserap oleh badan, yang bukan sahaja tidak membantu untuk pengesanan, tetapi juga meningkatkan dos radiasi kepada pesakit. Jadi secara amnya, kami kini akan menambah penapis di hadapan untuk menapis X-ray tenaga rendah ini. Dengan cara itu anda tidak perlu risau tentang kanser selepas anda selesai penggambaran.
4. Permohonan
Seperti yang telah kami sebutkan sebelum ini, kerana tulang mengandungi lebih banyak kalsium fosfat dan unsur logam lain, mereka mempunyai kadar pengecilan yang lebih besar berbanding dengan tisu lembut yang lain, jadi kebanyakan aplikasi X-ray kebanyakannya digunakan untuk memeriksa patah tulang dan menganalisis ketumpatan tulang. dan banyak lagi. Jadi bagaimana dengan bahagian lain yang tidak mempunyai unsur logam?
Jawapannya sangat mudah, jika anda tidak menambahkannya ~
Seperti makan barium. Melalui angiografi makan barium gastrousus, atau barium enema (jangan tanya saya apa rasa enema, saya tidak akan memberitahu anda), letakkan agen kontras barium sulfat dalam saluran pencernaan, dan kemudian gunakan X-ray untuk memeriksa lesi dalam saluran pencernaan. Komponen utama makanan barium adalah barium sulfat, yang mempunyai penyerapan X-ray yang jelas, dan tidak larut dalam air dan tidak larut dalam asid. Ia tidak akan diserap oleh saluran pencernaan dan tidak berbahaya kepada tubuh manusia.
Dan angiografi. Dengan menyuntik agen kontras yang mengandungi iodin ke dalam saluran darah bahagian yang sepadan, pengedaran dan lesi saluran darah boleh dipaparkan.
