Hình ảnh tia X -
1. Nguyên tắc cơ bản
Kiểm tra bằng tia X - trong y tế chủ yếu sử dụng sức xuyên mạnh của tia X - trong các mô mềm của con người để đạt được mục đích "nhìn thấy" trạng thái bên trong. Bản chất của tia X -, giống như ánh sáng khả kiến mà chúng ta thấy, là sóng điện từ. Tuy nhiên, dải bước sóng của dải ánh sáng nhìn thấy là 380 ~ 780nm và bước sóng của tia X - nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của dải ánh sáng nhìn thấy, là 10 ~ 10-³nm.
Vì năng lượng của một photon được định nghĩa là E=hv=hc / λ, tỷ lệ nghịch với bước sóng, nên năng lượng photon của tia X - lớn hơn nhiều so với ánh sáng khả kiến, làm cho nó có độ xuyên thấu cao. Mặc dù ánh sáng khả kiến không thể truyền ngay cả lớp mỏng trên mí mắt của chúng ta, nhưng một phần đáng kể các photon tia X - có thể dễ dàng xuyên qua cơ thể chúng ta và được các máy dò ở phía bên kia thu nhận. Tất nhiên, tia gamma có bước sóng ngắn hơn thì khả năng xuyên thấu cao hơn. Nhưng trước tia gamma, cơ thể chúng ta gần như trong suốt. Nó giống như bạn muốn xem những gì đang xảy ra trong quần áo của người ở phía bên kia, nhưng sự xâm nhập quá mạnh. Bạn có thể trực tiếp nhìn thấy tòa nhà đằng sau nó, cũng là một cái cốc. Ngoài ra, chúng tôi không thể đảm bảo rằng bạn có thể ra khỏi giường sau khi được chiếu tia gamma một lần. Đi xuống; nếu bạn vẫn có thể đi xuống, có thể trở thành Hulk.
2. Tương tác với vật chất
Như chúng ta đã đề cập trước đó, tia X - sẽ tương tác với các chất khác nhau trong cơ thể, do đó một phần năng lượng được các mô khác nhau của cơ thể con người hấp thụ và phần khác được nhận bởi máy dò ở đầu kia qua cơ thể con người.
Sau khi tia X - được phát ra từ đầu phát, chúng đi qua các phần khác nhau của mô người và sau đó được nhận tại các vị trí tương ứng trên máy dò. Bằng cách phân tích kết quả trên máy dò, chúng ta có thể thu được thông tin bên trong của bộ phận cơ thể tương ứng. Vậy tia X - có những tương tác nào trong cơ thể con người, cách chúng hoạt động và chúng tương tác với những mô nào? Đây là những câu hỏi chúng ta cần nghiên cứu.
Chúng ta biết rằng vật chất được tạo thành từ các nguyên tử. Khi tia X - đi qua cơ thể người, chúng cũng tương tác với các nguyên tử trong cơ thể chúng ta và gây ra sự suy giảm. Có ba dạng tương tác chính giữa tia X - và nguyên tử:
1. Hiệu ứng quang điện
2. Phân tán Compton
3. Đi qua mà không có phản ứng
Vì trong vật chất, khoảng cách giữa các nguyên tử là rất lớn, hạt nhân không chỉ chiếm thể tích rất nhỏ mà không dễ gì một phôtôn có thể va chạm với một êlectron. Vì vậy, một phần đáng kể của các photon sẽ đi qua cơ thể con người mà không bị ảnh hưởng đến máy dò. Để biết thêm chi tiết, hãy tham khảo thí nghiệm lá vàng của Rutherford.
Sau đây là tập trung vào phân tích hiệu ứng quang điện và tán xạ Compton
2.1 Hiệu ứng quang điện
Hiệu ứng quang điện là sự tương tác của các photon với các electron bên trong của nguyên tử, và các photon bị hấp thụ. Sau khi hấp thụ năng lượng photon, electron thoát ra khỏi liên kết nguyên tử và tạo thành quang điện tử.
Hiệu ứng quang điện rõ ràng hơn trên kim loại, và các quang điện tử thậm chí có thể hội tụ thành dòng quang. Xác suất xuất hiện của hiệu ứng quang điện tỷ lệ nghịch với lập phương của năng lượng photon ([công thức]) =1 / E³, E=hv, nghĩa là năng lượng photon càng cao thì càng ít nó sẽ được hấp thụ và độ thâm nhập càng cao; Lập phương của số thứ tự là tỷ lệ thuận (Z³, Z: số hiệu nguyên tử), vì vậy chì (số hiệu nguyên tử: 82) thường được dùng để bảo vệ tia X -. So với kim loại, cơ thể con người chủ yếu bao gồm cacbon, hydro, oxy, nitơ và các nguyên tố khác. Nó có số nguyên tử thấp và mật độ phân bố nguyên tử thấp. Vì vậy, không cần lo lắng về việc bị điện giật bởi các điện tử tự - sinh ra khi chụp tia X -.
Hiệu ứng quang điện là dạng suy giảm chính của tia X - trong thực hành lâm sàng và nó cũng là dạng suy giảm chúng ta cần. Như đã đề cập ở trên, trong mô mềm chủ yếu được cấu tạo bởi chất hữu cơ, độ suy giảm của tia X - là rất thấp và hầu hết chúng có thể đi qua trực tiếp. Tuy nhiên, về phần xương, do xương có thành phần chủ yếu là canxi photphat và còn chứa các nguyên tử như kali, magie, natri và stronti nên độ suy giảm của tia X - trong xương tương đối cao.
Do đó, khám phá tình trạng của xương là một trong những ứng dụng lâm sàng quan trọng nhất của tia X -. Đây là lý do tại sao về cơ bản tất cả bệnh nhân chỉnh hình đều được yêu cầu chụp phim.
2.2 Phân tán Compton
Chà, bước tiếp theo là phân tán giày trẻ em Compton.
Khác với hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton dùng để chỉ sự tương tác của photon với các electron ngoài cùng của nguyên tử, làm cho năng lượng của photon yếu đi và thay đổi hướng chuyển động (tán xạ), đồng thời kích thích các electron bên ngoài.
Tất nhiên, bạn không cần phải hoảng sợ, bạn không cần phải tính toán năng lượng của các photon bị tán xạ và góc tán xạ θ, cũng như năng lượng và góc Ø của các electron bị kích thích.
Thật khó chịu khi xảy ra hiện tượng tán xạ Compton. Bởi vì trong quang học hình học, chúng ta đều nghĩ rằng ánh sáng truyền theo đường thẳng. Do đó, tín hiệu mà máy dò nhận được và kết quả cuối cùng hiển thị trên phim phải tương ứng từ - đến - một với cấu trúc giải phẫu của cơ thể con người chúng ta. Cường độ tín hiệu của mỗi điểm pixel trên máy dò phải phản ánh sự suy giảm của tia X - do cơ thể người đi qua điểm nối giữa điểm này và nguồn sáng. Nhưng khi hiện tượng tán xạ Compton xảy ra tại một điểm, các photon phân tán có khả năng sẽ va vào các điểm ảnh khác của máy dò một cách ngẫu nhiên, điều này không chỉ làm suy yếu cường độ ánh sáng mà điểm nhận được, mà còn gây ra ngẫu nhiên khác một chút tăng sáng. Hơn nữa, hiểu biết một chút về các mức năng lượng nguyên tử cho thấy rằng, không giống như hiệu ứng quang điện, năng lượng cần thiết để kích thích các electron bên ngoài không cùng cấp độ với năng lượng để kích thích các electron bên trong:
Điều này dẫn đến một photon tia X - tới vẫn nằm trong phạm vi quang phổ của nguồn tia X - ngay cả khi nó đã trải qua quá trình tán xạ Compton và đã giảm năng lượng. Là nhiễu quang học chính của hình ảnh tia X -, tán xạ Compton có ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ tín hiệu - trên - nhiễu của hình ảnh. Nói chung, để khử nhiễu do tán xạ Compton gây ra, chúng tôi sẽ thêm một lưới dẫn phía trước máy dò để triệt tiêu các photon tia X - từ các góc khác:
3. Tạo tia X -
Biết tia X - là chưa đủ, chúng ta có thể phát ra tia X - như Ultraman, thật tuyệt
Tất nhiên, khi bạn chụp tia X -, sẽ không có Ultraman ẩn nấp bên bạn biubiubiu, mà là một ống tia X -.
Nguyên tắc cơ bản là chúng ta tạo áp suất lên catốt và bắn ra một chùm electron bắn phá anốt (thường là kim loại như vonfram, rhodi, v.v.). Các electron bị chuyển động chậm lại ở cực dương, và động năng bị mất được chuyển thành photon. Khi hiệu điện thế qua catốt cao (đo bằng kV) thì năng lượng phôtôn mà ta thu được nằm trong khoảng bước sóng của tia X -. Tia X - GET!
Nguyên tắc tạo ra photon này được gọi là Bremsstrahlung, được phát âm là [ˈbʁɛmsˌʃtʁaːlʊŋ] trong tiếng Đức. Bạn có thể nghe Bremsstrahlung tại đây. Đừng nhìn tôi, tôi chắc chắn sẽ không đọc nó cho bạn. Đại khái nó có nghĩa là bức xạ giảm tốc, gần như ý nghĩa của "bức xạ giảm tốc".
Ngoại trừ bức xạ đặc trưng của nguyên tử vonfram ở một số đỉnh ở giữa, đó là do sự phát xạ tự - được tạo ra bởi các điện tử năng lượng - cao bắn phá các điện tử bên trong, làm cho nguyên tử ở trạng thái kích thích.
Sau đó, vấn đề xảy ra, trong tia X - mà chúng ta thu được, một phần lớn năng lượng của photon tương đối thấp. Chúng ta đã đề cập trong 2.1 Hiệu ứng quang điện rằng năng lượng photon càng thấp thì độ xuyên thấu càng yếu. Điều này có nghĩa là một phần đáng kể tia X - sẽ được cơ thể hấp thụ gần như hoàn toàn, điều này không chỉ không có ích cho việc phát hiện mà còn làm tăng liều bức xạ cho bệnh nhân rất nhiều. Vì vậy, nói chung, bây giờ chúng ta sẽ thêm một bộ lọc ở phía trước để lọc ra các tia - X - năng lượng thấp này. Bằng cách đó bạn không phải lo lắng về bệnh ung thư sau khi quay xong.
4. Ứng dụng
Như chúng tôi đã đề cập trước đó, vì xương chứa nhiều canxi photphat và các nguyên tố kim loại khác, chúng có tỷ lệ suy giảm lớn hơn so với các mô mềm khác, vì vậy hầu hết các ứng dụng tia X - chủ yếu được sử dụng để kiểm tra gãy xương và phân tích mật độ xương. và nhiều thứ khác nữa. Vậy những bộ phận khác không có bất kỳ nguyên tố kim loại nào thì sao?
Câu trả lời rất đơn giản, nếu bạn không thêm nó ~
Chẳng hạn như bữa ăn bari. Thông qua chụp mạch bari bột đường tiêu hóa hoặc thuốc xổ bari (đừng hỏi tôi thuốc xổ có vị như thế nào, tôi sẽ không nói cho bạn biết), đặt chất cản quang bari sulfat vào đường tiêu hóa, rồi sử dụng tia X - để kiểm tra các tổn thương ở đường tiêu hóa. Thành phần chính của bột bari là bari sunfat, có khả năng hấp thụ tia X - rõ ràng, không tan trong nước và không tan trong axit. Nó sẽ không được hấp thụ bởi đường tiêu hóa và vô hại đối với cơ thể con người.
Và chụp mạch. Bằng cách tiêm iốt - có chứa chất cản quang vào mạch máu của các bộ phận tương ứng, sự phân bố và tổn thương của mạch máu có thể được hiển thị.
