Imagistica cu raze X-
1. Principii de bază
Examinarea medicală cu raze X-utiliză în principal puterea puternică de penetrare a razelor X-în țesuturile moi umane pentru a atinge scopul de a „vedea” starea internă. Natura razelor X-, ca și lumina vizibilă pe care o vedem, sunt unde electromagnetice. Cu toate acestea, intervalul de lungimi de undă a benzii de lumină vizibilă este de 380~780nm, iar lungimea de undă a razelor X-este mult mai mică decât cea a benzii de lumină vizibilă, care este de 10~10-³nm.
Deoarece energia unui foton este definită ca E=hv=hc/λ, care este invers proporțională cu lungimea de undă, energia fotonului razelor X- este mult mai mare decât cea a lumină vizibilă, făcându-l foarte penetrant. În timp ce lumina vizibilă nu poate transmite nici măcar stratul subțire al pleoapelor noastre, o fracțiune considerabilă de fotoni de raze X-poate pătrunde cu ușurință în corpul nostru și poate fi captată de detectoarele de pe cealaltă parte. Desigur, razele gamma cu lungimi de undă mai scurte sunt mai pătrunzătoare. Dar în fața razelor gamma, corpurile noastre sunt aproape transparente. Parcă ai fi vrut să vezi ce se întâmplă în hainele celui de cealaltă parte, dar pătrunderea este prea puternică. Puteți vedea direct clădirea din spatele ei, care este și o ceașcă. În plus, nu vă putem garanta că vă puteți ridica din pat după ce ați fost iradiat o dată de raze gamma. Coboară; dacă mai poți să cobori, poate devenii Hulk.
2. Interacțiunea cu materia
După cum am menționat mai devreme, razele X- vor interacționa cu diferite substanțe din organism, astfel încât o parte din energie este absorbită de diferite țesuturi ale corpului uman, iar cealaltă parte este primită de detectorul de la celălalt capăt. prin corpul uman.
După ce razele X- sunt emise de la capătul de transmisie, acestea trec prin diferite părți ale țesutului uman și sunt apoi recepționate în pozițiile corespunzătoare de pe detector. Analizând rezultatele pe detector, putem obține informațiile interne ale părții corespunzătoare a corpului. Deci, ce interacțiuni au razele X-în corpul uman, cum funcționează și cu ce țesuturi interacționează? Acestea sunt întrebările pe care trebuie să le studiem.
Știm că materia este formată din atomi. Când razele X-trec prin corpul uman, ele interacționează și cu atomii din corpul nostru și provoacă atenuare. Există trei forme principale de interacțiune între razele X-și atomi:
1. Efect fotoelectric
2. Compton Scattering
3. Treceți fără reacție
Pentru că în materie, distanța dintre atomi este foarte mare, nu numai că nucleul ocupă un volum foarte mic, dar nu este ușor ca un foton să se ciocnească cu un electron. Deci, o parte considerabilă a fotonilor va trece prin corpul uman neafectat către detector. Pentru detalii, consultați experimentul cu folie de aur al lui Rutherford.
Urmează să ne concentrăm pe analiza efectului fotoelectric și a împrăștierii Compton
2.1 Efect fotoelectric
Efectul fotoelectric se referă la interacțiunea fotonilor cu electronii interiori ai atomilor, iar fotonii sunt absorbiți. După absorbția energiei fotonului, electronul se eliberează de legătura atomică și formează un fotoelectron.
Efectul fotoelectric este mai evident asupra metalelor, iar fotoelectronii pot chiar converge în fotocurenți. Probabilitatea de apariție a efectului fotoelectric este invers proporțională cu cubul energiei fotonului ([formula]) =1/E³, E=hv, adică cu cât energia fotonului este mai mare, cu atât mai puțin va fi absorbit și cu cât pătrunderea este mai mare; Cubul numărului ordinal este proporțional ( Z³, Z: număr atomic), astfel încât plumbul (număr atomic: 82) este adesea folosit pentru protecția cu raze X-. În comparație cu metalele, corpul uman este compus în principal din carbon, hidrogen, oxigen, azot și alte elemente. Are un număr atomic scăzut și o densitate redusă de distribuție atomică. Prin urmare, nu este nevoie să vă faceți griji că sunteți electrocutat de electronii-autogenerați atunci când luați raze X{-.
Efectul fotoelectric este principala formă de atenuare a razelor X-în practica clinică și este, de asemenea, forma de atenuare de care avem nevoie. După cum sa menționat mai sus, în țesutul moale compus în principal din materie organică, atenuarea razelor X-este foarte scăzută, iar cele mai multe dintre ele pot trece direct. Cu toate acestea, în partea osoasă, deoarece osul este compus în principal din fosfat de calciu și conține, de asemenea, atomi precum potasiu, magneziu, sodiu și stronțiu, atenuarea razelor X-în os este relativ mare.
Prin urmare, explorarea situației oaselor este una dintre cele mai importante aplicații clinice ale razelor X-. Acesta este motivul pentru care practic toți pacienții ortopedici sunt rugați să facă un film.
2.2 Imprăștirea Compton
Ei bine, următorul pas este împrăștierea pantofilor Compton pentru copii.
Spre deosebire de efectul fotoelectric, împrăștierea Compton se referă la interacțiunea fotonilor cu electronii exteriori ai atomilor, determinând slăbirea energiei fotonului și schimbarea direcției de mișcare (împrăștiere), în timp ce excită electronii exteriori.
Desigur, nu trebuie să intrați în panică, nu trebuie să calculați energia fotonilor împrăștiați și unghiul de împrăștiere θ și energia și unghiul Ø ale electronilor excitați.
Este enervant când are loc împrăștierea Compton. Pentru că în optica geometrică, cu toții credem că lumina călătorește în linii drepte. Prin urmare, semnalul primit de detector și rezultatul final afișat pe film ar trebui să fie într-o corespondență-la-cu structura anatomică a corpului nostru uman. Intensitatea semnalului fiecărui punct de pixel de pe detector ar trebui să reflecte atenuarea razelor X-de către corpul uman care trec prin conexiunea dintre acest punct și sursa de lumină. Dar când împrăștierea Compton are loc într-un punct, fotonii împrăștiați sunt susceptibili să lovească aleatoriu alți pixeli ai detectorului, ceea ce nu numai că va slăbi intensitatea luminii recepționată de punct, dar va provoca, de asemenea, aleatoriu o mică creștere a luminii. Mai mult, o mică înțelegere a nivelurilor de energie atomică arată că, spre deosebire de efectul fotoelectric, energia necesară pentru a excita electronii exteriori nu este de același ordin de mărime cu energia de excitare a electronilor interiori:
Acest lucru are ca rezultat un foton de raze X-incident care rămâne în intervalul spectral al sursei de raze X{-chiar dacă a suferit împrăștiere Compton și are energie redusă. Fiind principalul zgomot optic al imaginii cu raze X-, împrăștierea Compton are o mare influență asupra raportului semnal-la-zgomot al imaginii. În general, pentru a suprima zgomotul cauzat de împrăștierea Compton, vom adăuga o grilă de plumb în fața detectorului pentru a suprima fotonii de raze X-din alte unghiuri:
3. Generarea de raze X-
Să știm că razele X-nu este suficient, ar trebui să putem emite raze X-ca Ultraman, asta e tare
Bineînțeles, când faci-raze X, nu se va ascunde un Ultraman la tine biubiubiu, ci un tub cu raze X{-.
Principiul de bază este că presurizăm catodul și aruncăm un fascicul de electroni care bombardează anodul (de obicei un metal precum wolfram, rodiu etc.). Electronii sunt încetiniți în anod, iar energia cinetică pierdută este convertită în fotoni. Când tensiunea pe catod este mare (măsurată în kV), energia fotonului pe care o obținem este în domeniul lungimii de undă a razelor X-. -Raze X GET!
Acest principiu de generare a fotonilor se numește Bremsstrahlung, care se pronunță [ˈbʁɛmsˌʃtʁaːlʊŋ] în germană. Puteți asculta Bremsstrahlung aici. Nu te uita la mine, cu siguranță nu ți-o voi citi. Înseamnă aproximativ radiație de decelerare, care este aproape sensul „radiației de decelerare”.
Cu excepția radiației caracteristice a atomilor de wolfram din câteva vârfuri din mijloc, aceasta se datorează autoemisiei generate de electronii cu energie înaltă-bombardând electronii interiori, făcând atomii în stare excitată.
Apoi apare problema, în razele X-pe care le obținem, o mare parte din energia fotonului este relativ scăzută. Am menționat deja în 2.1 Efectul fotoelectric că cu cât energia fotonului este mai mică, cu atât penetrarea este mai slabă. Aceasta înseamnă că o parte considerabilă a razelor X-va fi absorbită aproape complet de către organism, ceea ce nu numai că este inutil pentru detecție, dar și crește foarte mult doza de radiații pentru pacient. Deci, în general, acum vom adăuga un filtru în față pentru a filtra aceste raze X-de energie scăzută-. Astfel, nu trebuie să-ți faci griji în privința cancerului după ce termini filmările.
4. Aplicare
După cum am menționat mai devreme, deoarece oasele conțin mai mult fosfat de calciu și alte elemente metalice, ele au o rată de atenuare mai mare în comparație cu alte țesuturi moi, așa că majoritatea aplicațiilor cu raze X-sînt utilizate în principal pentru a verifica fracturile și a analiza densitatea osoasă. si multe altele. Deci, cum rămâne cu celelalte piese care nu au elemente metalice?
Răspunsul este foarte simplu, dacă nu îl adaugi~
Cum ar fi făină de bariu. Prin angiografie gastro-intestinală cu bariu sau clisma cu bariu (nu mă întrebați ce gust are o clismă, nu vă spun), plasați un agent de contrast cu sulfat de bariu în tractul digestiv și apoi utilizați raze X- pentru a verifica leziunile la nivelul tubului digestiv. Componenta principală a făinii de bariu este sulfatul de bariu, care are o absorbție evidentă a razelor X-și este insolubilă în apă și insolubilă în acid. Nu va fi absorbit de tractul digestiv și este inofensiv pentru corpul uman.
Și angiografie. Prin injectarea unui agent de contrast care conține-iod în vasele de sânge ale părților corespunzătoare, pot fi afișate distribuția și leziunile vaselor de sânge.
