التصوير بالأشعة السينية -
1. المبادئ الأساسية
يستخدم الفحص الطبي بالأشعة - بشكل أساسي قوة الاختراق القوية لأشعة X - في الأنسجة الرخوة البشرية لتحقيق الغرض من "رؤية" الحالة الداخلية. إن طبيعة الأشعة - ، مثل الضوء المرئي الذي نراه ، هي موجات كهرومغناطيسية. ومع ذلك ، فإن نطاق الطول الموجي لنطاق الضوء المرئي هو 380 ~ 780 نانومتر ، والطول الموجي للشعاع X - أصغر بكثير من نطاق الضوء المرئي ، وهو 10 ~ 10-نانومتر.
نظرًا لأن طاقة الفوتون تُعرَّف على أنها E=hv=hc / λ ، والتي تتناسب عكسيًا مع الطول الموجي ، فإن طاقة الفوتون للأشعة X - أكبر بكثير من طاقة الفوتون الضوء المرئي ، مما يجعلها شديدة الاختراق. بينما لا يمكن للضوء المرئي أن ينقل حتى الطبقة الرقيقة من جفوننا ، يمكن لجزء كبير من فوتونات الأشعة السينية - اختراق أجسامنا بسهولة والتقاطها بواسطة أجهزة الكشف الموجودة على الجانب الآخر. بالطبع ، أشعة جاما ذات الأطوال الموجية الأقصر تكون أكثر اختراقًا. لكن أمام أشعة جاما ، تبدو أجسامنا شبه شفافة. يبدو الأمر كما لو كنت تريد أن ترى ما يحدث في ملابس الشخص على الجانب الآخر ، لكن الاختراق قوي جدًا. يمكنك أن ترى مباشرة المبنى خلفه ، وهو أيضًا فنجان. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكننا ضمان أنه يمكنك النهوض من السرير بعد تعرضك لأشعة جاما مرة واحدة. إهدأ؛ إذا كان لا يزال بإمكانك النزول ، فربما تصبح الهيكل.
2. التفاعل مع المادة
كما ذكرنا سابقًا ، ستتفاعل الأشعة السينية - مع مواد مختلفة في الجسم ، بحيث يتم امتصاص جزء من الطاقة بواسطة أنسجة مختلفة من جسم الإنسان ، ويتم استقبال الجزء الآخر بواسطة الكاشف في الطرف الآخر من خلال جسم الإنسان.
بعد انبعاث أشعة X - من نهاية الإرسال ، فإنها تمر عبر أجزاء مختلفة من الأنسجة البشرية ، ثم يتم استقبالها في المواضع المقابلة على الكاشف. من خلال تحليل النتائج على الكاشف ، يمكننا الحصول على المعلومات الداخلية لجزء الجسم المقابل. إذن ما التفاعلات التي تحدثها الأشعة X - في جسم الإنسان ، وكيف تعمل ، وما الأنسجة التي تتفاعل معها؟ هذه هي الأسئلة التي نحتاج إلى دراستها.
نحن نعلم أن المادة مكونة من ذرات. عندما تمر الأشعة - عبر جسم الإنسان ، فإنها تتفاعل أيضًا مع الذرات في أجسامنا وتسبب التوهين. هناك ثلاثة أشكال رئيسية للتفاعل بين أشعة X - والذرات:
1. تأثير الكهروضوئية
2. نثر كومبتون
3. تمر دون رد فعل
نظرًا لأن المسافة بين الذرات كبيرة جدًا ، فهي لا تشغل فقط حجمًا صغيرًا جدًا ، ولكن ليس من السهل على الفوتون أن يصطدم بالإلكترون. لذلك سيمر جزء كبير من الفوتونات عبر جسم الإنسان غير المتأثر بالكاشف. لمزيد من التفاصيل ، راجع تجربة رذرفورد للرقائق الذهبية.
ما يلي هو التركيز على تحليل التأثير الكهروضوئي وتشتت كومبتون
2.1 التأثير الكهروضوئي
يشير التأثير الكهروضوئي إلى تفاعل الفوتونات مع الإلكترونات الداخلية للذرات ، ويتم امتصاص الفوتونات. بعد امتصاص طاقة الفوتون ، يتحرر الإلكترون من الرابطة الذرية ويشكل إلكترونًا ضوئيًا.
يكون التأثير الكهروضوئي أكثر وضوحًا على المعادن ، ويمكن حتى للإلكترونات الضوئية أن تتقارب في تيارات ضوئية. يتناسب احتمال حدوث التأثير الكهروضوئي عكسًا مع مكعب طاقة الفوتون ([الصيغة]) =1 / E³، E=hv ، أي كلما زادت طاقة الفوتون ، قل سيتم امتصاصه وكلما زاد الاختراق ؛ مكعب العدد الترتيبي متناسب (Z³، Z: العدد الذري) ، لذلك يستخدم الرصاص (العدد الذري: 82) غالبًا لحماية أشعة X -. بالمقارنة مع المعادن ، يتكون جسم الإنسان بشكل أساسي من الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين وعناصر أخرى. لها عدد ذري منخفض وكثافة منخفضة للتوزيع الذري. لذلك ، لا داعي للقلق بشأن التعرض للصعق بالكهرباء بواسطة - الإلكترونات المولدة ذاتيًا عند أخذ أشعة X -.
التأثير الكهروضوئي هو شكل التوهين الرئيسي لأشعة X - في الممارسة السريرية ، وهو أيضًا شكل التوهين الذي نحتاجه. كما ذكرنا سابقًا ، في الأنسجة الرخوة المكونة أساسًا من مادة عضوية ، يكون توهين الأشعة السينية - منخفضًا جدًا ، ويمكن أن يمر معظمها مباشرة. ومع ذلك ، في الجزء العظمي ، نظرًا لأن العظام تتكون أساسًا من فوسفات الكالسيوم وتحتوي أيضًا على ذرات مثل البوتاسيوم والمغنيسيوم والصوديوم والسترونتيوم ، يكون توهين الأشعة السينية - في العظام مرتفعًا نسبيًا.
لذلك ، فإن استكشاف حالة العظام هو أحد أهم التطبيقات السريرية للأشعة السينية -. هذا هو السبب في أن جميع مرضى العظام يُطلب منهم تصوير فيلم.
2.2 نثر كومبتون
حسنًا ، الخطوة التالية هي تشتت أحذية أطفال كومبتون.
بخلاف التأثير الكهروضوئي ، يشير تشتت كومبتون إلى تفاعل الفوتونات مع الإلكترونات الخارجية للذرات ، مما يتسبب في إضعاف طاقة الفوتون وتغيير اتجاه الحركة (التشتت) ، مع إثارة الإلكترونات الخارجية.
بالطبع ، لا داعي للذعر ، لست بحاجة إلى حساب طاقة الفوتونات المتناثرة وزاوية التشتت θ والطاقة والزاوية Ø للإلكترونات المثارة.
إنه أمر مزعج عندما يحدث نثر كومبتون. لأنه في علم البصريات الهندسية ، نعتقد جميعًا أن الضوء ينتقل في خطوط مستقيمة. لذلك ، يجب أن تكون الإشارة التي يتلقاها الكاشف والنتيجة النهائية المعروضة على الفيلم في تطابق واحد - إلى - واحد مع التركيب التشريحي لجسم الإنسان. يجب أن تعكس شدة الإشارة لكل نقطة بكسل على الكاشف توهين أشعة X - بواسطة جسم الإنسان الذي يمر عبر الوصلة بين هذه النقطة ومصدر الضوء. ولكن عندما يحدث تشتت كومبتون في نقطة ما ، فمن المرجح أن تضرب الفوتونات المتناثرة بشكل عشوائي وحدات بكسل أخرى من الكاشف ، مما لن يضعف شدة الضوء التي تتلقاها النقطة فحسب ، بل يتسبب أيضًا في زيادة الضوء العشوائي الأخرى. علاوة على ذلك ، يُظهر القليل من الفهم لمستويات الطاقة الذرية أنه ، على عكس التأثير الكهروضوئي ، فإن الطاقة المطلوبة لإثارة الإلكترونات الخارجية ليست بنفس الترتيب من حيث الحجم مثل الطاقة لإثارة الإلكترونات الداخلية:
ينتج عن هذا حادث شعاع - حادث يبقى ضمن النطاق الطيفي لمصدر شعاع X - حتى لو تعرض لتشتت كومبتون وخفض طاقته. نظرًا لأن التشويش البصري الرئيسي لتصوير الأشعة السينية - ، فإن تشتت كومبتون له تأثير كبير على نسبة الإشارة - إلى - نسبة التشويش في الصورة. بشكل عام ، من أجل قمع الضوضاء الناتجة عن تشتت كومبتون ، سنضيف شبكة من الرصاص أمام الكاشف لمنع فوتونات الأشعة X - من الزوايا الأخرى:
3. توليد الأشعة السينية -
إن معرفة أن الأشعة السينية - ليست كافية ، فمن المفترض أن نتمكن من إصدار أشعة س - مثل ألترامان ، فهذا رائع
بالطبع ، عندما تأخذ أشعة X - ، فلن يكون هناك Biubiubiu مختبئًا أمامك ، ولكن هناك أنبوب أشعة X -.
المبدأ الأساسي هو أننا نضغط على الكاثود ونطلق شعاعًا من الإلكترونات يقذف الأنود (عادةً معدن مثل التنجستن والروديوم وما إلى ذلك). تتباطأ الإلكترونات في الأنود ، وتتحول الطاقة الحركية المفقودة إلى فوتونات. عندما يكون الجهد عبر الكاثود مرتفعًا (يقاس بالكيلو فولت) ، تكون طاقة الفوتون التي نحصل عليها في نطاق الطول الموجي لأشعة X -. X - احصل على شعاع!
يسمى هذا المبدأ لتوليد الفوتونات Bremsstrahlung ، والذي يُنطق [ˈbʁɛmsˌʃtʁaːlʊŋ] بالألمانية. يمكنك الاستماع إلى Bremsstrahlung هنا. لا تنظر إليّ ، بالتأكيد لن أقرأها لك. إنه يعني تقريبًا تباطؤ الإشعاع ، وهو تقريبًا معنى "تباطؤ الإشعاع".
باستثناء الإشعاع المميز لذرات التنجستن في القمم الوسطى العديدة ، يرجع ذلك إلى - الانبعاث الذاتي الناتج عن - إلكترونات الطاقة العالية التي تقصف الإلكترونات الداخلية ، مما يجعل الذرات في حالة الإثارة.
ثم تأتي المشكلة ، في الأشعة السينية - التي نحصل عليها ، يكون جزء كبير من طاقة الفوتون منخفضًا نسبيًا. لقد ذكرنا بالفعل في 2.1 التأثير الكهروضوئي أنه كلما انخفضت طاقة الفوتون ، كان الاختراق أضعف. هذا يعني أن جزءًا كبيرًا من الأشعة السينية - سيمتصه الجسم بالكامل تقريبًا ، وهو ليس مفيدًا في الاكتشاف فحسب ، بل يزيد أيضًا بشكل كبير من جرعة الإشعاع للمريض. بشكل عام ، سنضيف الآن مرشحًا في المقدمة لتصفية هذه الأشعة - منخفضة الطاقة -. بهذه الطريقة لا داعي للقلق بشأن السرطان بعد الانتهاء من التصوير.
4. التطبيق
كما ذكرنا سابقًا ، نظرًا لأن العظام تحتوي على المزيد من فوسفات الكالسيوم وعناصر معدنية أخرى ، فإنها تتمتع بمعدل توهين أكبر مقارنةً بالأنسجة الرخوة الأخرى ، لذلك تُستخدم معظم تطبيقات الأشعة السينية - في الغالب للتحقق من الكسور وتحليل كثافة العظام. و أكثر من ذلك بكثير. إذن ماذا عن الأجزاء الأخرى التي لا تحتوي على أي عناصر معدنية؟
الجواب بسيط للغاية ، إذا لم تقم بإضافته ~
مثل وجبة الباريوم. من خلال تصوير الأوعية الدموية لوجبة الباريوم المعدي المعوي ، أو حقنة الباريوم الشرجية (لا تسألني ما طعم حقنة شرجية ، لن أخبرك) ، ضع عامل تباين كبريتات الباريوم في الجهاز الهضمي ، ثم استخدم أشعة - للتحقق من وجود آفات في الجهاز الهضمي. المكون الرئيسي لوجبة الباريوم هو كبريتات الباريوم ، والتي لها امتصاص واضح للأشعة X - وغير قابلة للذوبان في الماء وغير قابلة للذوبان في الحمض. لن يمتصه الجهاز الهضمي وهو غير ضار بجسم الإنسان.
وتصوير الأوعية. عن طريق حقن اليود - المحتوي على عامل التباين في الأوعية الدموية للأجزاء المقابلة ، يمكن عرض توزع الأوعية الدموية وآفاتها.
