Рентгенография
1. Основные принципы
Медицинское рентгенологическое исследование в основном использует сильную проникающую способность рентгеновских лучей в мягких тканях человека для достижения цели «видения» внутреннего состояния. Природа рентгеновских лучей, как и видимого света, который мы видим, является электромагнитными волнами. Тем не менее, диапазон длин волн полосы видимого света составляет 380 ~ 780 нм, а длина волны рентгеновского излучения намного меньше, чем у полосы видимого света, которая составляет 10 ~ 10-³ нм.
Поскольку энергия фотона определяется как E =hv=hc/λ, что обратно пропорционально длине волны, энергия фотона рентгеновских лучей намного больше, чем у видимого света, что делает его очень проникающим. В то время как видимый свет не может пропускать даже тонкий слой наших век, значительная часть рентгеновских фотонов может легко проникнуть в наше тело и быть уловлена детекторами с другой стороны. Конечно, гамма-лучи с более короткими длинами волн более проникающие. Но перед гамма-лучами наши тела почти прозрачны. Это похоже на то, что вы хотели увидеть, что происходит в одежде человека с другой стороны, но проникновение слишком сильное. Вы можете прямо увидеть здание за ним, которое также является чашкой. Кроме того, мы не можем гарантировать, что вы сможете встать с постели после облучения гамма-лучами один раз. Спуститесь вниз; если вы все еще можете спуститься, возможно, станьте Халком.
2. Взаимодействие с материей
Как мы уже упоминали ранее, рентгеновские лучи будут взаимодействовать с различными веществами в организме, так что часть энергии поглощается разными тканями человеческого тела, а другая часть поступает детектором на другом конце через тело человека.
После того, как рентгеновские лучи испускаются с передающего конца, они проходят через различные участки тканей человека, а затем принимаются в соответствующих положениях на детекторе. Анализируя результаты на детекторе, мы можем получить внутреннюю информацию о соответствующей части тела. Итак, какие взаимодействия рентгеновские лучи имеют в организме человека, как они работают и с какими тканями они взаимодействуют? Это вопросы, которые нам нужно изучить.
Мы знаем, что материя состоит из атомов. Когда рентгеновские лучи проходят через тело человека, они также взаимодействуют с атомами в нашем теле и вызывают затухание. Существует три основные формы взаимодействия между рентгеновскими лучами и атомами:
1. Фотоэлектрический эффект
2. Комптоновское рассеяние
3. Пройти без реакции
Поскольку в материи расстояние между атомами очень велико, ядро не только занимает очень маленький объем, но фотону нелегко столкнуться с электроном. Так значительная часть фотонов пройдет через человеческое тело, не подделав детектор. Для получения подробной информации обратитесь к эксперименту Резерфорда с золотой фольгой.
Ниже следует сосредоточиться на анализе фотоэлектрического эффекта и комптоновского рассеяния
2.1 Фотоэлектрический эффект
Фотоэлектрический эффект относится к взаимодействию фотонов с внутренними электронами атомов, и фотоны поглощаются. После поглощения энергии фотона электрон освобождается от атомной связи и образует фотоэлектрон.
Фотоэлектрический эффект более очевиден на металлах, и фотоэлектроны могут даже сходиться в фототоки. Вероятность возникновения фотоэлектрического эффекта обратно пропорциональна кубу энергии фотона ([формула]) α=1/E³, E=hv, то есть чем выше энергия фотона, тем меньше она будет поглощена и тем выше проникновение; Куб порядкового номера пропорционален (α Z³, Z: атомный номер), поэтому свинец (атомный номер: 82) часто используется для рентгеновской защиты. По сравнению с металлами организм человека в основном состоит из углерода, водорода, кислорода, азота и других элементов. Он имеет низкий атомный номер и низкую плотность атомного распределения. Поэтому нет необходимости беспокоиться о поражении электрическим током самогенерирующихся электронов при приеме рентгеновских лучей.
Фотоэлектрический эффект является основной формой затухания рентгеновских лучей в клинической практике, а также формой затухания, в которой мы нуждаемся. Как уже говорилось выше, в мягких тканях, в основном состоящих из органического вещества, затухание рентгеновских лучей очень низкое, и большинство из них могут проходить непосредственно. Однако в костной части, поскольку кость в основном состоит из фосфата кальция, а также содержит атомы, такие как калий, магний, натрий и стронций, ослабление рентгеновских лучей в кости относительно велико.
Поэтому изучение состояния костей является одним из наиболее важных клинических применений рентгеновских лучей. Вот почему в основном всех ортопедических пациентов просят взять пленку.
2.2 Комптоновское рассеяние
Что ж, следующий шаг – россыпь детской обуви Комптона.
В отличие от фотоэлектрического эффекта, комптоновское рассеяние относится к взаимодействию фотонов с внешними электронами атомов, заставляя энергию фотона ослабевать и изменять направление движения (рассеяния), возбуждая при этом внешние электроны.
Конечно, не нужно паниковать, не нужно вычислять энергию рассеянных фотонов и угол рассеяния θ, а также энергию и угол Ø возбужденных электронов.
Это раздражает, когда происходит комптоновское рассеяние. Потому что в геометрической оптике мы все думаем, что свет движется по прямым линиям. Поэтому сигнал, принимаемый детектором, и конечный результат, отображаемый на пленке, должны находиться в однозначном соответствии с анатомическим строением нашего человеческого организма. Интенсивность сигнала каждой пиксельной точки на детекторе должна отражать затухание рентгеновских лучей человеческим телом, проходящим через связь между этой точкой и источником света. Но когда комптоновское рассеяние происходит в точке, рассеянные фотоны, скорее всего, случайным образом попадут в другие пиксели детектора, что не только ослабит интенсивность света, получаемую точкой, но и вызовет случайный другой небольшой световой импульс. Более того, небольшое понимание уровней атомной энергии показывает, что, в отличие от фотоэлектрического эффекта, энергия, необходимая для возбуждения внешних электронов, не находится на том же порядке величины, что и энергия для возбуждения внутренних электронов:
Это приводит к падающему рентгеновскому фотону, который остается в спектральном диапазоне источника рентгеновского излучения, даже если он подвергся комптоновскому рассеянию и имеет пониженную энергию. Как основной оптический шум рентгеновской визуализации, комптоновское рассеяние оказывает большое влияние на отношение сигнал/шум изображения. Как правило, чтобы подавить шум, вызванный комптоновским рассеянием, мы добавим свинцовую сетку перед детектором для подавления рентгеновских фотонов с других углов:
3. Генерация рентгеновских лучей
Зная, что рентгеновских лучей недостаточно, мы должны быть в состоянии излучать рентгеновские лучи, как Ultraman, это круто
Конечно, когда вы делаете рентгеновские снимки, у вас будет не Ультрамен, прячущийся у вас биубюбиу, а рентгеновская трубка.
Основной принцип заключается в том, что мы создаем давление на катод и выбрасываем пучок электронов, который бомбардирует анод (обычно металл, такой как вольфрам, родий и т. Д.). Электроны замедляются в аноде, а потерянная кинетическая энергия преобразуется в фотоны. Когда напряжение на катоде высокое (измеряется в кВ), энергия фотона, которую мы получаем, находится в диапазоне длин волн рентгеновских лучей. Рентген GET!
Этот принцип генерации фотонов называется Bremsstrahlung, что произносится [ˈbʁɛmsˌʃtʁaːlʊŋ] на немецком языке. Вы можете послушать Bremsstrahlung здесь. Не смотрите на меня, я определенно не буду читать его вам. Это примерно означает замедление излучения, что почти означает «замедление излучения».
За исключением характерного излучения атомов вольфрама в середине нескольких пиков, оно связано с самоизлучением, генерируемым высокоэнергетическими электронами, бомбардирующими внутренние электроны, делая атомы в возбужденном состоянии.
Затем возникает проблема, в рентгеновских лучах, которые мы получаем, большая часть энергии фотона относительно низкая. Мы уже упоминали в 2.1 Фотоэлектрический эффект, что чем ниже энергия фотона, тем слабее проникновение. Это означает, что значительная часть рентгеновских лучей будет практически полностью поглощена организмом, что не только бесполезно для обнаружения, но и значительно увеличивает дозу облучения пациента. Итак, вообще говоря, теперь мы добавим фильтр спереди, чтобы отфильтровать эти низкоэнергетические рентгеновские лучи. Таким образом, вам не нужно беспокоиться о раке после окончания съемок.
4. Применение
Как мы упоминали ранее, поскольку кости содержат больше фосфата кальция и других металлических элементов, они имеют большую скорость затухания по сравнению с другими мягкими тканями, поэтому большинство рентгеновских применений в основном используются для проверки переломов и анализа плотности костной ткани. и многое другое. Так как насчет других деталей, которые не имеют металлических элементов?
Ответ очень прост, если вы не добавите его~
Например, бариевая мука. С помощью ангиографии желудочно-кишечного бария или бариевой клизмы (не спрашивайте меня, на что похожа клизма, я вам не скажу), поместите контрастное вещество сульфата бария в пищеварительный тракт, а затем используйте рентгеновские лучи для проверки повреждений в пищеварительном тракте. Основным компонентом бариевой муки является сульфат бария, который обладает явным поглощением рентгеновских лучей, нерастворим в воде и нерастворим в кислоте. Он не будет всасываться пищеварительным трактом и безвреден для организма человека.
И ангиография. Путем введения йодсодержащего контрастного вещества в кровеносные сосуды соответствующих частей может отображаться распределение и поражения кровеносных сосудов.
