röntgenové zobrazovanie
1. Základné princípy
Lekárske röntgenové vyšetrenie využíva najmä silnú prenikavú silu röntgenových lúčov v mäkkých tkanivách človeka na dosiahnutie účelu „vidieť“ vnútorný stav. Povahou röntgenových lúčov, ako aj viditeľného svetla, ktoré vidíme, sú elektromagnetické vlny. Avšak rozsah vlnových dĺžok pásma viditeľného svetla je 380~780nm a vlnová dĺžka röntgenového žiarenia je oveľa menšia ako vlnová dĺžka pásma viditeľného svetla, čo je 10~10-³nm.
Keďže energia fotónu je definovaná ako E=hv=hc/λ, ktorá je nepriamo úmerná vlnovej dĺžke, energia fotónu röntgenového žiarenia je oveľa väčšia ako energia viditeľného svetla, je vysoko prenikavý. Zatiaľ čo viditeľné svetlo nedokáže prepustiť ani tenkú vrstvu očných viečok, značná časť röntgenových fotónov môže ľahko preniknúť do nášho tela a zachytiť ho detektory na druhej strane. Samozrejme, gama lúče s kratšími vlnovými dĺžkami sú prenikavejšie. Ale pred gama lúčmi sú naše telá takmer priehľadné. Je to ako keby ste chceli vidieť, čo sa deje v oblečení osoby na druhej strane, ale prienik je príliš silný. Môžete priamo vidieť budovu za ňou, ktorá je tiež pohárom. Navyše nemôžeme zaručiť, že po jednorazovom ožiarení gama lúčmi vstanete z postele. Poď dole; ak stále dokážete zostúpiť, možno sa stanete Hulkom.
2. Interakcia s hmotou
Ako sme už spomenuli, röntgenové lúče budú interagovať s rôznymi látkami v tele, takže časť energie je absorbovaná rôznymi tkanivami ľudského tela a druhá časť je prijímaná detektorom na druhom konci cez ľudské telo. .
Potom, čo sú röntgenové lúče emitované z vysielacieho konca, prechádzajú rôznymi časťami ľudského tkaniva a potom sú prijímané na zodpovedajúcich pozíciách na detektore. Analýzou výsledkov na detektore môžeme získať interné informácie o príslušnej časti tela. Aké interakcie teda majú röntgenové lúče v ľudskom tele, ako fungujú a s akými tkanivami interagujú? Toto sú otázky, ktoré musíme študovať.
Vieme, že hmota sa skladá z atómov. Keď röntgenové lúče prechádzajú ľudským telom, interagujú aj s atómami v našom tele a spôsobujú útlm. Existujú tri hlavné formy interakcie medzi röntgenovými lúčmi a atómami:
1. Fotoelektrický jav
2. Comptonov rozptyl
3. Nechajte prejsť bez reakcie
Pretože v hmote je vzdialenosť medzi atómami veľmi veľká, nielenže jadro zaberá veľmi malý objem, ale nie je ľahké, aby sa fotón zrazil s elektrónom. Takže značná časť fotónov prejde ľudským telom bez vplyvu na detektor. Podrobnosti nájdete v Rutherfordovom experimente so zlatou fóliou.
Nasleduje zameranie sa na analýzu fotoelektrického javu a Comptonovho rozptylu
2.1 Fotoelektrický jav
Fotoelektrický efekt sa týka interakcie fotónov s vnútornými elektrónmi atómov a fotóny sú absorbované. Po absorpcii energie fotónu sa elektrón uvoľní z atómovej väzby a vytvorí fotoelektrón.
Fotoelektrický efekt je zreteľnejší na kovoch a fotoelektróny môžu dokonca konvergovať do fotoprúdov. Pravdepodobnosť výskytu fotoelektrického javu je nepriamo úmerná tretej mocnine energie fotónu ([vzorec]) =1/E³, E=hv, teda čím vyššia je energia fotónu, tým menej bude absorbovaný a tým vyššia je penetrácia; Kocka poradového čísla je úmerná ( Z³, Z: atómové číslo), preto sa na ochranu pred röntgenovým žiarením často používa olovo (atómové číslo: 82). V porovnaní s kovmi sa ľudské telo skladá hlavne z uhlíka, vodíka, kyslíka, dusíka a ďalších prvkov. Má nízke atómové číslo a nízku hustotu atómovej distribúcie. Pri röntgenových lúčoch sa preto netreba obávať zásahu elektrickým prúdom samovygenerovanými elektrónmi.
Fotoelektrický jav je hlavnou formou útlmu röntgenového žiarenia v klinickej praxi a je to aj forma útlmu, ktorú potrebujeme. Ako už bolo spomenuté vyššie, v mäkkom tkanive zloženom hlavne z organickej hmoty je útlm röntgenového žiarenia veľmi nízky a väčšina z nich môže prechádzať priamo. Avšak v kostnej časti, pretože kosť pozostáva hlavne z fosforečnanu vápenatého a obsahuje aj atómy ako draslík, horčík, sodík a stroncium, je útlm röntgenových lúčov v kosti pomerne vysoký.
Preto je skúmanie situácie kostí jednou z najdôležitejších klinických aplikácií röntgenových lúčov. To je dôvod, prečo sú v podstate všetci ortopedickí pacienti požiadaní, aby urobili film.
2.2 Comptonov rozptyl
No a ďalším krokom je rozhadzovanie detských topánok Compton.
Na rozdiel od fotoelektrického javu sa Comptonov rozptyl týka interakcie fotónov s vonkajšími elektrónmi atómov, čo spôsobuje oslabenie energie fotónu a zmenu smeru pohybu (rozptyl), pričom vonkajšie elektróny vzrušujú.
Samozrejme, netreba panikáriť, netreba počítať energiu rozptýlených fotónov a uhol rozptylu θ a energiu a uhol Ø excitovaných elektrónov.
Je to nepríjemné, keď sa objaví Comptonov rozptyl. Pretože v geometrickej optike si všetci myslíme, že svetlo sa šíri v priamych líniách. Preto by signál prijatý detektorom a konečný výsledok zobrazený na filme mali byť v súlade s anatomickou stavbou nášho ľudského tela. Intenzita signálu každého pixelového bodu na detektore by mala odrážať zoslabenie röntgenového žiarenia ľudského tela prechádzajúceho cez spojenie medzi týmto bodom a zdrojom svetla. Ale keď sa Comptonov rozptyl objaví v určitom bode, rozptýlené fotóny pravdepodobne náhodne zasiahnu iné pixely detektora, čo nielenže oslabí intenzitu svetla prijímaného bodom, ale spôsobí aj náhodné iné malé zosilnenie svetla. Navyše, malé pochopenie hladín atómovej energie ukazuje, že na rozdiel od fotoelektrického efektu energia potrebná na excitáciu vonkajších elektrónov nie je v rovnakom ráde ako energia na excitáciu vnútorných elektrónov:
Výsledkom je dopadajúci röntgenový fotón, ktorý zostáva v spektrálnom rozsahu zdroja röntgenového žiarenia, aj keď prešiel Comptonovým rozptylom a má zníženú energiu. Ako hlavný optický šum röntgenového zobrazovania má Comptonov rozptyl veľký vplyv na pomer signálu k šumu obrazu. Vo všeobecnosti, aby sme potlačili šum spôsobený Comptonovým rozptylom, pridáme pred detektor olovenú mriežku na potlačenie röntgenových fotónov z iných uhlov:
3. Generovanie röntgenových lúčov
Poznať röntgenové lúče nestačí, mali by sme byť schopní vyžarovať röntgenové lúče ako Ultraman, to je v pohode
Samozrejme, keď urobíte röntgen, nebude sa na vás skrývať ultraman biubiubiu, ale röntgenová trubica.
Základným princípom je, že natlakujeme katódu a vystrelíme lúč elektrónov, ktorý bombarduje anódu (zvyčajne kov ako volfrám, ródium atď.). Elektróny sa v anóde spomaľujú a stratená kinetická energia sa premieňa na fotóny. Keď je napätie na katóde vysoké (merané v kV), energia fotónu, ktorú získame, je v rozsahu vlnových dĺžok röntgenového žiarenia. RTG ZÍSKAJTE!
Tento princíp generovania fotónov sa nazýva Bremsstrahlung, čo sa v nemčine vyslovuje [ˈbʁɛmsˌʃtʁaːlʊŋ]. Bremsstrahlung si môžete vypočuť tu. Nepozeraj na mňa, určite ti to nebudem čítať. Znamená to zhruba spomaľovacie žiarenie, čo je takmer význam „spomalovacieho žiarenia“.
Okrem charakteristického vyžarovania atómov volfrámu v strede niekoľkých vrcholov je to spôsobené samoemisiou generovanou vysokoenergetickými elektrónmi bombardujúcimi vnútorné elektróny, čím sa atómy dostanú do excitovaného stavu.
Potom nastáva problém, v röntgenových lúčoch, ktoré dostávame, je veľká časť energie fotónu relatívne nízka. Už sme spomenuli v 2.1 Fotoelektrický jav, že čím je energia fotónu nižšia, tým je prienik slabší. To znamená, že značná časť röntgenového žiarenia bude takmer úplne absorbovaná telom, čo nielenže nie je užitočné pre detekciu, ale tiež výrazne zvyšuje dávku žiarenia pre pacienta. Takže všeobecne povedané, teraz pridáme filter dopredu, aby sme odfiltrovali tieto nízkoenergetické röntgenové lúče. Po dokončení natáčania sa tak nemusíte báť rakoviny.
4. Aplikácia
Ako sme už spomenuli, pretože kosti obsahujú viac fosforečnanu vápenatého a iných kovových prvkov, majú väčšiu mieru útlmu v porovnaní s inými mäkkými tkanivami, takže väčšina röntgenových aplikácií sa väčšinou používa na kontrolu zlomenín a analýzu hustoty kostí. a mnoho ďalších. Čo teda ostatné časti, ktoré nemajú žiadne kovové prvky?
Odpoveď je veľmi jednoduchá, ak ju nepridáte~
Ako napríklad báryová múčka. Prostredníctvom gastrointestinálnej angiografie báryového jedla alebo báryovej klyzmy (nepýtajte sa ma, ako chutí klystír, to vám nepoviem), umiestnite kontrastnú látku síranu bárnatého do tráviaceho traktu a potom pomocou röntgenového žiarenia skontrolujte lézie v tráviacom trakte. Hlavnou zložkou báryovej múčky je síran bárnatý, ktorý má zjavnú absorpciu röntgenového žiarenia a je nerozpustný vo vode a nerozpustný v kyselinách. Nebude absorbovaný tráviacim traktom a je neškodný pre ľudské telo.
A angiografia. Injekciou kontrastnej látky obsahujúcej jód do krvných ciev zodpovedajúcich častí možno zobraziť distribúciu a lézie krvných ciev.
