7. Các thế hệ của tia X-ray
7.2. Đặc tính của bức xạ
Khi các electron năng lượng cao đập vào vỏ bên trong của các nguyên tử mục tiêu, bức xạ đặc trưng xảy ra. Điều này cũng tương tự như các hiệu ứng quang điện. Hình 7.2 cho thấy bức xạ đặc trưng thu được từ các điện tử L-vỏ rơi vào vỏ K (59,3 keV và 57,9 keV) và M và N- vỏ electron rơi vào vỏ K (67,2 keV và 69 keV), tương ứng.
Hầu hết các yếu tố phát ra tia X khi bắn phá đúng với electron. các nguyên tố nặng (như vonfram) là tốt nhất vì chúng phát ra một cường độ cao hơn thông qua bức xạ hãm, nhưng có rất nhiều các nguyên tố nặng để lựa chọn. Vấn đề thực sự là kỹ thuật: Hầu hết các điện tử đó nhấn vonfram không làm bất cứ điều gì đặc biệt ở tất cả - không có bức xạ hãm, không có khí thải Kshell. Tất cả các năng lượng từ tác động của các electron sau đó đi vào làm nóng vonfram. Tungsten được sử dụng vì nó có thể chịu được bắn phá này, vì nó có điểm nóng chảy cao và có thể dẫn nhiệt đi rất tốt.
7.3. Máy phát X-ray
Các thành phần cơ bản của một ống tia X được thể hiện trong hình 7-4. Các ống được vận hành trong chân không, do đó cho phép kiểm soát độc lập về số lượng và tốc độ tăng tốc của các electron đập
vào anốt. Các anode được làm bằng vonfram hoặc molypden. Các cathode gồm có hai phần: dây tóc làm bằng vonfram, và một ống giác tập trung. Dây tóc là một cuộn dây xoắn khoảng 0,2 mm. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây và các dây điện nóng lên; này thêm sinh lực cho electron. Nếu nhiệt là đủ cao, sau đó các electron thoát ra từ kim loại. Những electron này sau đó tăng tốc về phía anode bằng cách áp dụng một tiềm năng cao áp trên các cực dương và cực âm.
Hầu hết năng lượng mang bởi các electron được chuyển thành nhiệt ở vị trí trọng tâm. Các góc anode gây cấu hình dòng electron sẽ được tập trung vào một chỗ tiêu cự hẹp. Vật liệu mục tiêu quay để tránh làm nóng một lỗ ở catot( xem hình 7-5).
Các ống X-ray sơ đồ điện được sơ đồ thể hiện trong hình 7-6. Ống điện áp VT có thể dc hoặc ac. Cường độ của chùm tia X-ray là tỷ lệ thuận với sức mạnh chuyển giao ho các ống từ việc cung cấp điện áp; do đó, cường độ chùm tia là tỷ lệ thuận với điện áp ống Vt phương. điện áp ống thông thường từ một vài kilôvôn đến 150 kV.
Số lượng của các photon tia X do ống phụ thuộc vào số lượng các electron đập vào vật chất mục tiêu, và do đó sẽ phụ thuộc vào ống hiện nay. Nó đã được thử nghiệm cho thấy rằng số lượng photon phát ra là tuyến tính tỷ lệ với ống hiện nay. Thông thường các dòng ống dao động từ một vài miliampe đến vài trăm mili ampe.
Các ống hiện tăng ban đầu là điện áp ống được gia tăng tại một sợi cố định hiện hành. Tuy nhiên, khi điện áp ống tăng lên, một điểm sẽ đạt được sau đó sự gia tăng chênh lệch điện thế không có tác dụng của ống hiện nay. Đây được gọi là bão hòa hiện nay. Trong khu vực này, các ống hiện tại được giới hạn bởi nhiệt độ dây tóc (hoặc tương đương với dây tóc hiện nay). Giá trị tiêu biểu của dây tóc hiện nay là một vài ampe. Nếu ống được bão hòa, đó là điều kiện hoạt động bình thường, cường độ chùm tia là tỷ lệ thuận với ống hiện nay. kỹ thuật viên X-Ray luôn luôn nói rằng cường độ chùm tia là tỷ lệ thuận với mA.
Về lý thuyết, cường độ chùm tia thực sự là tỷ lệ thuận với ống hiện nay, và cũng là điện áp ống vuông. Trong thực tế, tuy nhiên, cường độ chùm tia được điều chỉnh bằng cách thay đổi các ống hiện nay, thường thay đổi bằng cách thay đổi dây tóc hiện nay. Do đó, một sự thay đổi trong dây tóc hiện tại thay đổi cường độ của photon X-ray.
Các tia X-ray sắp tắt của vật liệu cathode là đa sắc. Thông thường chỉ có một phần của quang phổ tia là mong muốn. Lọc ra các phần không mong muốn của quang phổ tia X có thể làm giảm đáng kể lượng phóng xạ phát cho bệnh nhân. Hãy nhớ rằng, các photon năng lượng thấp không có đủ năng lượng để làm cho nó thông qua cơ thể (xem hình 5-2). Kết quả là, cơ thể hấp thụ gần như tất cả các photon năng lượng thấp, và không có năng lượng đạt đến các máy dò. Tình trạng này làm tăng nguy cơ ảnh hưởng do điều trị.
Các kính xung quanh X-ray bộ lọc ống một phần của chùm tia X- ray. Thông thường, một tờ nhôm được đặt ngay bên dưới các ống tia X
(tức là, giữa ống và bệnh nhân). Tờ này tiếp tục lọc các cấp thấp của quang phổ của chùm tia. Một lớp nhôm 3 mm có thể làm giảm bớt hơn 90% năng lượng tia X ở 20 keV. Đồng cũng được sử dụng trong các tấm lọc. Đồng là một bộ lọc hiệu quả của cao cấp của quang phổ của chùm tia.
7.4. Lưới
X-Ray nằm rải rác, chủ yếu do hiệu ứng quang điện và / hoặc hiệu ứng tán xạ Compton. Các photon rải rác xuất hiện trên hình ảnh X-Ray như tiếng ồn đó làm giảm chất lượng hình ảnh và làm tăng tiếp xúc với bệnh nhân. Vì vậy, những nỗ lực lớn được chi tiêu trong việc giảm thiểu tán xạ. Phương pháp hiệu quả nhất là đặt một lưới X-ray dưới sự kiên nhẫn và trước khi phát hiện như thể hiện trong hình 7-7.
Dải lưới thường được làm bằng chì, đó là một vật liệu X-ray hấp thụ hiệu quả. Nếu các dải lưới là đủ mỏng, sau đó hình ảnh của họ trên các máy dò có thể là không đáng kể. Tuy nhiên, nếu các yêu cầu chất lượng hình ảnh đòi dải chì dày, sau đó lưới điện có thể được di chuyển trong quá trình tiếp xúc với làm mờ hình ảnh của các đường lưới. Lưới thể hiện trong được gọi là một mạng lưới tuyến tính. Các hình thức khác của lưới đã được sử dụng. Ví dụ, khi các dải lưới điện được tập trung về phía nguồn X- ray, sau đó lưới điện được gọi là một mạng lưới tập trung.
7.5. Đầu dò
Mắt người không thể nhìn thấy các photon X-ray. que và hình nón của mắt của chúng tôi của chúng tôi đáp ứng để giảm tần số sóng EM,
không phải là tần số cao X-ray EM sóng. Như một hệ quả, việc phân phối truyền năng lượng tia X phải được chuyển đổi thành một hình thức mà chúng ta có thể "nhìn thấy". Việc chuyển đổi này thường được thực hiện bởi:
1. Phơi một phim chụp ảnh: các tia X năng lượng kích thích các tinh thể bạc halogenua, được rửa sạch để lại một bộ phim có thể xem được;
2. Ước tính mật độ photon bằng cách đo sự ion hóa trong chất khí;
3. Chuyển đổi các photon X-Ray để ánh sáng nhìn thấy, khuếch đại ánh sáng này với một ống nhân quang. 4. Xây dựng một máy dò trạng thái rắn với tỉ lệ dòng chảy
hiện tại mật độ photon.
Các bức ảnh chụp bị các tính chất phi lý tưởng của các nguồn tia X và thiết bị dò. Những phẩm chất này không thỏa thuận là do unsharpness hình học, kích thước dầm, và phóng đại đối tượng.
Hình 7-8 minh họa khẩu độ hữu hạn của nguồn tia X gây ra mờ của hình ảnh tác dụng làm mờ các đầu mối hữu hạn. Nếu chùm tia X- ray có chiều rộng chùm f sau đó một điểm trong khi bệnh nhân xuất hiện như là một điểm bôi hoặc mờ với chiều rộng d. Đây là loại unsharpness đôi khi được gọi là unsharpness hình học, hoặc các vùng nửa tối. Để giảm bớt hiệu ứng, tăng S bằng cách di chuyển các nguồn tiếp từ bệnh nhân, giảm t bằng cách di chuyển các bệnh nhân càng gần càng tốt để các máy dò, hoặc giảm f bằng cách cài đặt một điểm collimator gần ống.
Hình 7-9 minh họa ảnh hưởng của kích thước chùm tia phân kỳ. Sự gia tăng kích thước bằng với tăng khoảng cách từ nguồn vì các photon không đi du lịch trong quỹ đạo chính xác song song. Để giảm bớt hiệu ứng, giảm khoảng cách từ nguồn đến các bệnh nhân. Tất nhiên, giải pháp này làm trầm trọng thêm các vùng nửa tối mờ hiệu lực.
Hình ảnh 7-10 X-ray của đối tượng phóng đại bởi tỷ lệ (S f S f - t). minh họa các hiệu ứng phóng đại. Các kích thước biểu kiến của một đối tượng bị ảnh hưởng bởi vị trí của mình trong lĩnh vực máy quét xem. Đối tượng gần gũi hơn với các nguồn có vẻ lớn hơn các đối tượng có
kích thước tương tự như đặt cách xa nguồn. Để giảm thiểu hiệu ứng này, gia tăng khoảng cách hình thành các bệnh nhân đến nguồn.
Kể từ mắt người không thể nhìn thấy các thông tin thực của X-ray trực tiếp, hình ảnh phải được chuyển đổi sang một hình thức "ảo ". Thông thường quá trình này được bắt đầu với một màn hình tăng cường. Một màn hình tăng cường về cơ bản là một lớp phosphor (0,05- 0,3 mm dày) phát ra các photon ánh sáng khi xảy ra bởi các photon X- ray. Các chất lân quang phổ biến nhất là canxi Tungstat (CaWO4) và terbi kích hoạt oxysulfide đất hiếm, mặc dù chất lân quang mới này đôi khi được sử dụng. Hiệu quả của CaWO4 chỉ là 5%, trong khi đó phốt pho mới hơn (như gadolinium (Gd2O2S)) có thể đạt được hiệu suất lớn hơn 15%. Những chất lân quang mới phát ra ánh sáng trong dải hẹp thường xanh lá cây hoặc màu xanh).
Nhiều hệ thống hình ảnh điện tử sử dụng Bộ tăng hình ảnh (hiển thị bằng sơ đồ ở). Các photon tia X đến đã ropagated qua bệnh nhân sẽ được hấp thụ bởi các màn huỳnh quang (thường là 15 đến 35 cm, đường kính) với khí thải của các photon ánh sáng. Các photon ánh sáng đập vào photocathode giữ ở tiềm năng mặt đất, khiến nó phát ra các electron trong một số trong tỷ lệ thuận với độ sáng của màn hình. Các photocathode thường được làm bằng hợp chất antimon hoặc cesium. Các chùm tia điện tử sẽ được đẩy mạnh và tập trung vào màn huỳnh
quang, đầu ra của các anode, trong đó đặt khoảng 25 kV cao hơn so với cực âm. Màn hình đầu ra thường là đường kính chỉ 1,5-2,5 cm.
Hai loại máy dò bức xạ hiện đang được sử dụng cho X-ray phát hiện: dò nhấp nháy và máy dò buồng ion hóa. cho thấy một máy dò nhấp nháy, trong đó bao gồm một tinh thể nhấp nháy (thường là sodium iodide với dấu vết của tali) cùng với một ống nhân quang.
Các photocathode phát ra các electron khi đập bằng ánh sáng. Các electron được gia tốc bởi dynodes, được bao phủ bởi vật liệu phát ra các electron thứ cấp khi xảy ra với một electron. Bằng cách này, số lượng các điện tử được nhân như chùm electron đi từ dynode để dynode. Sản lượng hiện nay là tỷ lệ thuận với số electron nổi bật tại Vn. Hiệu quả của loại thiết bị này là lớn hơn 85%.
Loại thứ hai của máy dò là buồng ion hóa thể hiện trong hình 7- 13. máy dò này bao gồm một buồng chứa đầy một chất khí (thường là xenon). Các phân tử trong buồng được ion hóa bởi các photon X-ray. Các ion này sau đó được thu hút vào các điện cực bằng một sự khác biệt điện áp giữa các điện cực. Thiết bị này là giá rẻ, và có một yếu tố hình thức tương đối nhỏ (kích thước nhỏ).
7.6. Những phương pháp tổng hợp
Có nhiều phương pháp trong sử dụng chẩn đoán y tế. Một số là chụp huỳnh quang, chụp nhũ ảnh, và Xeroradiography.
X-Ray có thể được chụp trên phim, hoặc xem trực tiếp trên một màn huỳnh quang. Hình 7-14 minh họa một fluoroscope thông thường. Trong một thủ tục huỳnh quang điển hình cho việc kiểm tra đường tiêu hóa, một phương tiện tương phản (thường là bari sulfat) được uống hoặc thuốc xổ. cho thấy X-Ray đại tràng nơi ruột kết có chứa các chất cản xuất hiện tối hơn so với các mô xung quanh. Do bệnh nhân đang được liên tục tiếp xúc với bức xạ X-ray, liều bức xạ có thể rất cao.
X-Ray chụp nhũ ảnh thường được thực hiện mà không cần tiêm tương phản. Nhũ ảnh có một vài yêu cầu đặc biệt. Ví dụ, năng lượng thấp (thường là 20 keV) X-Ray được sử dụng từ các mô mềm. Kết quả là, các anode trong ống tia X được làm bằng molypden. đơn vị nhũ ảnh
hiện đại có thể đạt được độ phân giải không gian tốt hơn so với 0,1 mm với liều bức xạ rất thấp.
Xeroradiography là một kỹ thuật X-ray phát triển của Tổng công ty Xerox sử dụng năng lượng Xray giữa 35 và 45 keV và một kỹ thuật điện tương tự như máy photocopy Xerox. Hình 7-16 minh họa các thuộc tính vật lý của một máy như vậy. Hình 7-17 cho thấy một hình ảnh xeroradiographic điển hình của vú.
8. Tổng kết và lịch sử
Trước khi tia X đã được phát hiện bởi Tiến sĩ Röntgen, vai trò đầu tiên của một bác sĩ đã chẩn đoán những gì là sai với các bệnh nhân trước khi xem xét các tiên lượng và điều trị. Chẩn đoán chính xác là phụ thuộc nhiều nhất vào lịch sử thu được và kỹ năng của các bác sĩ tại thẩm vấn các bệnh nhân. Nhưng cùng lúc đó các bác sĩ sử dụng các giác quan, thị giác, xúc giác, thính giác, khứu giác và ngay cả nếm để xác định những bất thường ở bệnh nhân. Điều này được minh họa, một phần, như hình dưới đây:
Hippocrates đã phát triển quan sát của bệnh nhân và sự tiến bộ của bệnh là ngành khoa học của y học. Ông mô tả sự xuất hiện của các bệnh nhân, cảm thấy nhiệt độ của họ, và mùi ói mửa. Mặc dù các bác sĩ đã trở thành đặc biệt là kỹ năng kiểm tra các khối u, vết cắt và phá vỡ của cơ thể (ví dụ, "bên ngoài" y học), họ hiếm khi cố gắng để kiểm tra bên trong cơ thể. Có những trường hợp ngoại lệ như khi Hippocrates lắc bệnh nhân với viêm màng phổi để phát hiện một giật gân khi có dịch trong khoang màng phổi; do đó Hippocratic Succussion Splash.
Các quan sát được coi là khoa học hơn nếu đo của chúng có thể được thực hiện. Ở Alexandria, Herophilus 300 TCN sẽ cảm thấy nhịp đập và đếm nó sử dụng một đồng hồ nước. Galen, 129 ACE, dựa nhiều vào cảm ứng hoặc sờ nắn để chẩn đoán và kỹ năng cần thiết để đánh giá vết thương và vết thương. Galen đã thực hành y học thể thao với các đấu sĩ. Ông mô tả sự xuất hiện chung của bệnh nhân nhưng mồ hôi cũng nếm thử vàng da và nghe bụng ầm ầm. Galen học được nhiều từ bắt mạch, mà ông đã làm trong cả hai cổ tay bằng ba ngón tay. Các xung được cho là tiết lộ các rối loạn về các cơ quan của cơ thể. Có nhiều điểm chung với những gì đã được hiểu bởi anh ta từ xung và y học Trung Quốc - có lẽ là một sự lây lan của các ý tưởng dọc theo Con đường tơ lụa. Người Trung Quốc không đo xung nhưng được cho biết để học được nhiều thứ từ cảm giác của nó.
Năm 1583 một sinh viên y khoa đã chán bởi một bài giảng và quan sát thấy rằng sự dao động của đèn bàn thờ là không thay đổi và điều này có thể được sử dụng để đo thời gian. Học sinh là Galileo (1564-1642) người, như chúng ta biết, đã bỏ thuốc cho danh tiếng thiên văn và tài sản bị bệnh ở bàn tay của Giáo Hội Công Giáo. đồng hồ quả lắc của Galileo đã được chuyển thể bởi Sanctorius (1561-1636) để đo xung (). Sanctorius được coi tobe một nhà sinh lý lớn vì ông đã sử dụng một nhiệt kế để đo nhiệt độ, và một cái ghế có trọng lượng để đo lượng và sản lượng lương thực và chất lỏng. Nhưng kể từ khi có rất ít hiểu biết về các chức năng của