Imágenes de rayos X-
1. Principios básicos
El examen médico de rayos X-utiliza principalmente el fuerte poder de penetración de los rayos X-en los tejidos blandos humanos para lograr el propósito de "ver" el estado interno. La naturaleza de los rayos X-, como la luz visible que vemos, son ondas electromagnéticas. Sin embargo, el rango de longitud de onda de la banda de luz visible es de 380~780nm, y la longitud de onda de los rayos X-es mucho más pequeña que la de la banda de luz visible, que es de 10~10-³nm.
Dado que la energía de un fotón se define como E=hv=hc/λ, que es inversamente proporcional a la longitud de onda, la energía del fotón de los rayos X-es mucho mayor que la de luz visible, haciéndola altamente penetrante. Si bien la luz visible no puede transmitir ni siquiera la capa delgada de nuestros párpados, una fracción considerable de los fotones de rayos X-pueden penetrar fácilmente en nuestro cuerpo y ser captados por los detectores del otro lado. Por supuesto, los rayos gamma con longitudes de onda más cortas son más penetrantes. Pero frente a los rayos gamma, nuestros cuerpos son casi transparentes. Es como si quisieras ver qué está pasando en la ropa de la persona del otro lado, pero la penetración es demasiado fuerte. Puedes ver directamente el edificio detrás de él, que también es una taza. Además, no podemos garantizar que pueda levantarse de la cama después de haber sido irradiado con rayos gamma una vez. Baja; si todavía puedes bajar, quizás te conviertas en Hulk.
2. Interacción con la materia
Como mencionamos anteriormente, los rayos X-interactuarán con diferentes sustancias en el cuerpo, por lo que parte de la energía es absorbida por diferentes tejidos del cuerpo humano, y la otra parte es recibida por el detector en el otro extremo. a través del cuerpo humano.
Una vez que los rayos X-se emiten desde el extremo transmisor, atraviesan diferentes partes del tejido humano y luego se reciben en las posiciones correspondientes del detector. Al analizar los resultados en el detector, podemos obtener la información interna de la parte del cuerpo correspondiente. Entonces, ¿qué interacciones tienen-los rayos X en el cuerpo humano, cómo funcionan y con qué tejidos interactúan? Estas son las preguntas que necesitamos estudiar.
Sabemos que la materia está formada por átomos. Cuando los rayos X-atraviesan el cuerpo humano, también interactúan con los átomos de nuestro cuerpo y causan atenuación. Hay tres formas principales de interacción entre los rayos X-y los átomos:
1. Efecto fotoeléctrico
2. Dispersión de Compton
3. Pasar sin reacción
Porque en la materia, la distancia entre los átomos es muy grande, no solo el núcleo ocupa un volumen muy pequeño, sino que no es fácil que un fotón choque con un electrón. Así que una parte considerable de los fotones pasarán a través del cuerpo humano sin verse afectados por el detector. Para más detalles, consulte el experimento de la lámina de oro de Rutherford.
Lo siguiente es centrarnos en el análisis del efecto fotoeléctrico y la dispersión Compton.
2.1 Efecto fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico se refiere a la interacción de los fotones con los electrones internos de los átomos, y los fotones son absorbidos. Después de absorber la energía del fotón, el electrón se libera del enlace atómico y forma un fotoelectrón.
El efecto fotoeléctrico es más evidente en los metales y los fotoelectrones pueden incluso converger en fotocorrientes. La probabilidad de ocurrencia del efecto fotoeléctrico es inversamente proporcional al cubo de la energía del fotón ([fórmula]) =1/E³, E=hv, es decir, a mayor energía del fotón, menor será absorbido y cuanto mayor sea la penetración; El cubo del número ordinal es proporcional ( Z³, Z: número atómico), por lo que el plomo (número atómico: 82) se usa a menudo para la protección contra rayos X-. En comparación con los metales, el cuerpo humano se compone principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos. Tiene un número atómico bajo y una densidad de distribución atómica baja. Por lo tanto, no hay necesidad de preocuparse por ser electrocutado por electrones auto-generados al tomar rayos X-.
El efecto fotoeléctrico es la principal forma de atenuación de los rayos X-en la práctica clínica, y también es la forma de atenuación que necesitamos. Como se mencionó anteriormente, en el tejido blando compuesto principalmente por materia orgánica, la atenuación de los rayos X-es muy baja y la mayoría de ellos pueden atravesarlos directamente. Sin embargo, en la parte del hueso, debido a que el hueso está compuesto principalmente de fosfato de calcio y también contiene átomos como potasio, magnesio, sodio y estroncio, la atenuación de los rayos X-en el hueso es relativamente alta.
Por lo tanto, explorar la situación de los huesos es una de las aplicaciones clínicas más importantes de los rayos X-. Es por eso que básicamente a todos los pacientes ortopédicos se les pide que tomen una película.
2.2 Dispersión Compton
Bueno, el siguiente paso es la dispersión de los zapatos para niños de Compton.
A diferencia del efecto fotoeléctrico, la dispersión Compton se refiere a la interacción de los fotones con los electrones externos de los átomos, lo que hace que la energía del fotón se debilite y cambie la dirección del movimiento (dispersión), mientras excita los electrones externos.
Por supuesto, no necesita entrar en pánico, no necesita calcular la energía de los fotones dispersos y el ángulo de dispersión θ, y la energía y el ángulo Ø de los electrones excitados.
Es molesto cuando se produce la dispersión de Compton. Porque en óptica geométrica, todos pensamos que la luz viaja en línea recta. Por lo tanto, la señal recibida por el detector y el resultado final que se muestra en la película debe tener una correspondencia uno-a-uno con la estructura anatómica de nuestro cuerpo humano. La intensidad de la señal de cada punto de píxel en el detector debe reflejar la atenuación de los rayos X-del cuerpo humano que pasa a través de la conexión entre este punto y la fuente de luz. Pero cuando la dispersión de Compton ocurre en un punto, es probable que los fotones dispersos golpeen aleatoriamente otros píxeles del detector, lo que no solo debilitará la intensidad de la luz recibida por el punto, sino que también causará otro pequeño impulso de luz aleatorio. Además, un poco de comprensión de los niveles de energía atómica muestra que, a diferencia del efecto fotoeléctrico, la energía requerida para excitar los electrones externos no está en el mismo orden de magnitud que la energía para excitar los electrones internos:
Esto da como resultado un fotón de rayos X-incidente que permanece dentro del rango espectral de la fuente de rayos X-incluso si ha sufrido dispersión Compton y tiene energía reducida. Como principal ruido óptico de las imágenes de rayos X-, la dispersión de Compton tiene una gran influencia en la relación señal-a-ruido de la imagen. En general, para suprimir el ruido causado por la dispersión Compton, añadiremos una rejilla de plomo delante del detector para suprimir los fotones de rayos X-desde otros ángulos:
3. Generación de rayos X-
Conocer los rayos X-no es suficiente, deberíamos poder emitir rayos X-como Ultraman, eso es genial
Por supuesto, cuando tomes rayos X-, no habrá un Ultraman escondido ante ti biubiubiu, sino un tubo de rayos X-.
El principio básico es que presurizamos el cátodo y disparamos un haz de electrones que bombardea el ánodo (generalmente un metal como tungsteno, rodio, etc.). Los electrones se ralentizan en el ánodo y la energía cinética perdida se convierte en fotones. Cuando el voltaje a través del cátodo es alto (medido en kV), la energía del fotón que obtenemos está en el rango de longitud de onda de los rayos X-. X-rayos GET!
Este principio de generar fotones se llama Bremsstrahlung, que se pronuncia [ˈbʁɛmsˌʃtʁaːlʊŋ] en alemán. Puedes escuchar Bremsstrahlung aquí. No me mires, definitivamente no te lo leeré. Aproximadamente significa radiación de desaceleración, que es casi el significado de "radiación de desaceleración".
Excepto por la radiación característica de los átomos de tungsteno en varios picos intermedios, se debe a la auto-emisión generada por los electrones de alta-energía que bombardean los electrones internos, haciendo que los átomos se encuentren en un estado excitado.
Luego viene el problema, en los rayos X-que recibimos, una gran parte de la energía de los fotones es relativamente baja. Ya hemos mencionado en 2.1 Efecto fotoeléctrico que cuanto menor es la energía del fotón, más débil es la penetración. Esto significa que una parte considerable de los rayos X-serán absorbidos casi por completo por el cuerpo, lo que no solo no es útil para la detección, sino que también aumenta considerablemente la dosis de radiación para el paciente. Entonces, en términos generales, ahora agregaremos un filtro al frente para filtrar estos rayos X-de baja energía-. De esa manera no tienes que preocuparte por el cáncer después de terminar de filmar.
4. Aplicación
Como mencionamos anteriormente, debido a que los huesos contienen más fosfato de calcio y otros elementos metálicos, tienen una mayor tasa de atenuación en comparación con otros tejidos blandos, por lo que la mayoría de las aplicaciones de rayos X-se usan principalmente para verificar fracturas y analizar la densidad ósea. y muchos más. Entonces, ¿qué pasa con otras partes que no tienen elementos metálicos?
La respuesta es muy simple, si no la agregas~
Como harina de bario. A través de una angiografía gastrointestinal con harina de bario o un enema de bario (no me pregunten a qué sabe un enema, no se lo diré), coloque un agente de contraste de sulfato de bario en el tracto digestivo y luego use rayos X- para comprobar si hay lesiones en el tubo digestivo. El componente principal de la harina de bario es el sulfato de bario, que tiene una absorción evidente de rayos X-y es insoluble en agua e insoluble en ácido. No será absorbido por el tracto digestivo y es inofensivo para el cuerpo humano.
Y angiografía. Al inyectar un agente de contraste que contiene yodo-en los vasos sanguíneos de las partes correspondientes, se pueden mostrar la distribución y las lesiones de los vasos sanguíneos.
