røntgenbilleder
1. Grundlæggende principper
Medicinsk røntgenundersøgelse bruger hovedsageligt den stærke gennemtrængende kraft af røntgenstråler i menneskets bløde væv for at opnå formålet med at "se" den indre tilstand. Naturen af røntgenstråler, ligesom det synlige lys, vi ser, er elektromagnetiske bølger. Bølgelængdeområdet for synligt lysbånd er imidlertid 380~780nm, og røntgenstrålens bølgelængde er meget mindre end bølgelængden for synligt lysbånd, som er 10~10-³nm.
Da energien af en foton er defineret som E=hv=hc/λ, som er omvendt proportional med bølgelængden, er fotonenergien for røntgenstråler meget større end den af synligt lys, hvilket gør det meget gennemtrængende. Selvom synligt lys ikke kan transmittere selv det tynde lag af vores øjenlåg, kan en betragtelig brøkdel af røntgenfotoner let trænge ind i vores krop og blive opfanget af detektorer på den anden side. Selvfølgelig er gammastråler med kortere bølgelængder mere gennemtrængende. Men foran gammastråler er vores kroppe næsten gennemsigtige. Det er, som om du ville se, hvad der foregår i tøjet på personen på den anden side, men penetrationen er for stærk. Du kan direkte se bygningen bagved, som også er en kop. Derudover kan vi ikke garantere, at du kan komme ud af sengen efter at være blevet bestrålet af gammastråler én gang. Kom ned; hvis du stadig kan komme ned, bliver du måske Hulk.
2. Interaktion med stof
Som vi nævnte tidligere, vil røntgenstråler interagere med forskellige stoffer i kroppen, så en del af energien absorberes af forskellige væv i menneskekroppen, og den anden del modtages af detektoren i den anden ende gennem menneskekroppen.
Efter at røntgenstrålerne er udsendt fra den transmitterende ende, passerer de gennem forskellige dele af menneskeligt væv og modtages derefter på de tilsvarende positioner på detektoren. Ved at analysere resultaterne på detektoren kan vi få den interne information om den tilsvarende kropsdel. Så hvilke interaktioner har røntgenstråler i den menneskelige krop, hvordan de virker, og hvilke væv interagerer de med? Det er de spørgsmål, vi skal studere.
Vi ved, at stof består af atomer. Når røntgenstråler passerer gennem den menneskelige krop, interagerer de også med atomerne i vores krop og forårsager dæmpning. Der er tre hovedformer for interaktion mellem røntgenstråler og atomer:
1. Fotoelektrisk effekt
2. Compton-spredning
3. Passer igennem uden reaktion
For i stof er afstanden mellem atomer meget stor, ikke kun optager kernen et meget lille volumen, men det er ikke let for en foton at kollidere med en elektron. Så en betydelig del af fotonerne vil passere gennem menneskekroppen upåvirket til detektoren. For detaljer henvises til Rutherfords guldfolieeksperiment.
Det følgende er at fokusere på analysen af den fotoelektriske effekt og Compton-spredning
2.1 Fotoelektrisk effekt
Den fotoelektriske effekt refererer til interaktionen af fotoner med de indre elektroner af atomer, og fotonerne absorberes. Efter at have absorberet fotonenergien bryder elektronen fri fra atombindingen og danner en fotoelektron.
Den fotoelektriske effekt er mere tydelig på metaller, og fotoelektroner kan endda konvergere til fotostrømme. Sandsynligheden for forekomst af den fotoelektriske effekt er omvendt proportional med kuben af fotonenergien ([formel]) =1/E³, E=hv, det vil sige, jo højere fotonenergien er, jo mindre det vil blive absorberet og jo højere penetration; Ordinaltallets terning er proportional ( Z³, Z: atomnummer), så bly (atomnummer: 82) bruges ofte til røntgenbeskyttelse. Sammenlignet med metaller er den menneskelige krop hovedsageligt sammensat af kulstof, brint, ilt, nitrogen og andre elementer. Det har et lavt atomnummer og en lav tæthed af atomfordeling. Derfor er der ingen grund til at bekymre sig om at blive elektrocuteret af selv-genererede elektroner, når du tager røntgenstråler.
Den fotoelektriske effekt er den vigtigste dæmpningsform for røntgenstråler i klinisk praksis, og det er også den dæmpningsform, vi har brug for. Som nævnt ovenfor, i det bløde væv, der hovedsageligt består af organisk materiale, er dæmpningen af røntgenstråler meget lav, og de fleste af dem kan passere direkte igennem. Men i knogledelen, fordi knoglen hovedsageligt består af calciumphosphat og også indeholder atomer som kalium, magnesium, natrium og strontium, er dæmpningen af røntgenstråler i knoglen relativt høj.
Derfor er udforskning af knoglernes situation en af de vigtigste kliniske anvendelser af røntgenstråler. Derfor bliver stort set alle ortopædiske patienter bedt om at tage en film.
2.2 Compton-spredning
Nå, næste skridt er spredningen af Compton børnesko.
Forskellig fra den fotoelektriske effekt refererer Compton spredning til interaktionen af fotoner med de ydre elektroner af atomer, hvilket får fotonens energi til at svækkes og ændre bevægelsesretningen (spredning), mens den exciterer de ydre elektroner.
Selvfølgelig behøver du ikke at gå i panik, du behøver ikke at beregne energien af de spredte fotoner og spredningsvinklen θ, og energien og vinklen Ø for de exciterede elektroner.
Det er irriterende, når der opstår Compton-spredning. For i geometrisk optik tror vi alle, at lys rejser i lige linjer. Derfor bør signalet modtaget af detektoren og det endelige resultat, der vises på filmen, være i en-til- overensstemmelse med den anatomiske struktur af vores menneskelige krop. Signalintensiteten af hvert pixelpunkt på detektoren bør afspejle dæmpningen af røntgenstråler fra den menneskelige krop, der passerer gennem forbindelsen mellem dette punkt og lyskilden. Men når Compton-spredning forekommer på et punkt, vil de spredte fotoner sandsynligvis tilfældigt ramme andre pixels i detektoren, hvilket ikke kun vil svække lysintensiteten modtaget af punktet, men også forårsage tilfældige andre Et lille lysboost. Desuden viser en lille forståelse af atomenerginiveauer, at i modsætning til den fotoelektriske effekt er den energi, der kræves for at excitere de ydre elektroner, ikke i samme størrelsesorden som energien til at excitere de indre elektroner:
Dette resulterer i en indfaldende røntgenfoton-, der forbliver inden for røntgenkildens spektralområde, selvom den har gennemgået Compton-spredning og har reduceret energi. Som den vigtigste optiske støj ved røntgenbilleder har Compton-spredning stor indflydelse på billedets signal-til-støjforhold. Generelt, for at undertrykke støjen forårsaget af Compton-spredning, vil vi tilføje et blygitter foran detektoren for at undertrykke røntgenfotoner fra andre vinkler:
3. Generering af -røntgenstråler
At kende røntgenstråler er ikke nok, vi burde være i stand til at udsende røntgenstråler som Ultraman, det er fedt
Når du tager røntgenstråler, vil der selvfølgelig ikke gemme sig en Ultraman hos dig biubiubiu, men et røntgenrør.
Grundprincippet er, at vi sætter katoden under tryk og skyder en elektronstråle ud, der bombarderer anoden (normalt et metal som wolfram, rhodium osv.). Elektronerne bremses i anoden, og den tabte kinetiske energi omdannes til fotoner. Når spændingen over katoden er høj (målt i kV), er den fotonenergi, vi opnår, i bølgelængdeområdet for røntgenstråler. X-Ray FÅ!
Dette princip for at generere fotoner kaldes Bremsstrahlung, som udtales [ˈbʁɛmsˌʃtʁaːlʊŋ] på tysk. Du kan lytte til Bremsstrahlung her. Se ikke på mig, jeg vil bestemt ikke læse det for dig. Det betyder groft sagt decelerationsstråling, hvilket nærmest er betydningen af "decelerationsstråling".
Bortset fra den karakteristiske stråling af wolframatomer i de midterste flere toppe, skyldes det den selv-emission, der genereres af de høje-elektroner, der bombarderer de indre elektroner, hvilket gør atomerne i den exciterede tilstand.
Så kommer problemet, i de røntgenstråler, vi får, er en stor del af fotonenergien relativt lav. Vi har allerede nævnt i 2.1 Fotoelektrisk effekt, at jo lavere fotonenergien er, jo svagere er penetrationen. Det betyder, at en betydelig del af røntgenstrålerne næsten vil blive absorberet fuldstændigt af kroppen, hvilket ikke kun er uhensigtsmæssigt til påvisning, men også i høj grad øger strålingsdosis til patienten. Så generelt vil vi nu tilføje et filter foran for at bortfiltrere disse lav-røntgenstråler-. På den måde behøver du ikke bekymre dig om kræft, når du er færdig med at filme.
4. Ansøgning
Som vi nævnte tidligere, fordi knogler indeholder mere calciumphosphat og andre metalelementer, har de en større dæmpningshastighed sammenlignet med andre bløde væv, så de fleste røntgenapplikationer bruges mest til at kontrollere frakturer og analysere knogletæthed. og mange flere. Så hvad med andre dele, der ikke har nogen metalliske elementer?
Svaret er meget enkelt, hvis du ikke tilføjer det~
Såsom bariummel. Gennem gastrointestinal bariummåltidsangiografi eller bariumklyster (spørg mig ikke, hvordan et lavement smager, jeg vil ikke fortælle dig), placer et bariumsulfatkontrastmiddel i fordøjelseskanalen, og brug derefter røntgenstråler- at tjekke for læsioner i fordøjelseskanalen. Hovedbestanddelen af bariummel er bariumsulfat, som har tydelig absorption af røntgenstråler og er uopløseligt i vand og uopløseligt i syre. Det vil ikke blive absorberet af fordøjelseskanalen og er uskadeligt for den menneskelige krop.
Og angiografi. Ved at injicere jod-holdigt kontrastmiddel i blodkarrene i de tilsvarende dele, kan fordelingen og læsionerne af blodkar vises.
