| Røntgen (diagnostisk test) | ||
|---|---|---|
|
Røntgen av albuen. | ||
| Tekniske egenskaper | ||
| Klassifisering og eksterne ressurser | ||
| medisinsk melding | ||
En røntgen er en digital radiologisk diagnostisk teknikk (direkte eller indirekte digital radiologi) i en database. Bildet oppnås ved å eksponere den radiografiske bildereseptoren for en strålingskilde med høy energi, vanligvis røntgen- eller gammastråling fra radioaktive isotoper ( iridium-192 , kobolt-60 , cesium-137 , etc.). Ved å sette inn et objekt mellom strålingskilden og mottakeren fremstår de tettere delene med forskjellige nyanser innenfor en gråskala.
Brukene kan være både medisinske, for å oppdage sprekker i bein, og industrielle for å oppdage defekter i materialer og sveiser, som sprekker og porer. Oppdagelsen av røntgenstråler skjedde natt til fredag 8. november 1895 , da Wilhelm Röntgen , som undersøkte egenskapene til katodestråler , innså eksistensen av en ny energikilde hittil ukjent og derfor kalt røntgenstråling. ble anerkjent av Svenska Akademien i 1901 , som den første Nobelprisen i fysikk . [ 1 ] Röntgen forsto umiddelbart viktigheten av hans oppdagelse for medisinen, som gjorde det mulig å utforske kropper på en måte som hittil ikke var antatt. I løpet av den påfølgende måneden, ved å bruke effekten av røntgenstråler på en fotografisk plate, produserte han det første røntgenbildet av menneskeheten, det av sin kones hånd.
De første bruken av røntgenstråler fokuserte på diagnose, selv om banen for terapeutisk anvendelse ble åpnet fra 1897 , av Freunds hånd, med hans forsøk på å behandle nevus pilosus og hans observasjon av radiologiske hårfjerningsforløpere for radiodermatitt.
Røntgenstråler og gammastråler utgjør den høyenergiske, kortbølgelengde delen av det elektromagnetiske spekteret . Gammastråler og røntgenstråler med samme bølgelengde har identiske egenskaper. Kjennetegn ved ioniserende stråling er basert på følgende egenskaper ved røntgenstråler og gammastråler:
Røntgenstråler genereres når raske (høyenergi) elektroner samhandler med materie. Når et elektron med tilstrekkelig energi interagerer med et orbitalt elektron til et atom, kan karakteristiske røntgenstråler genereres. De kalles "karakteristiske røntgenstråler" fordi energien deres bestemmes av den karakteristiske sammensetningen til det forstyrrede atomet. Når elektroner med tilstrekkelig energi samhandler med atomkjernene , genereres bremsstrahlung- stråling (også kjent som bremsstrahlung- stråling ). Bremsstrahlung-stråling kalles også kontinuerlig stråling fordi energispekteret er kontinuerlig og ikke helt avhengig av egenskapene til de forstyrrede atomene. For å skape de nødvendige forholdene for generering av røntgenstråler, må det være en kilde til elektroner, et mål for elektronene å kollidere med, og et middel for å akselerere elektronene i ønsket retning. Energiene til elektroner og røntgenstråler er vanligvis gitt i kilo-elektronvolt (keV) eller millioner av elektronvolt (MeV). Kilo-elektronvoltenheten tilsvarer mengden kinetisk energi som et elektron kan få når det beveger seg mellom to punkter som avviker med 1 kV. Et elektron får 1 MeV kinetisk energi når det beveger seg mellom to punkter som avviker med 1 MV. Punktene med forskjellig spenning kalles katoden (negativ) og anoden (positiv).
All materie består delvis av negativt ladede partikler kalt elektroner. Når et passende materiale varmes opp, blir noen av elektronene ustabile og slipper ut av materialet som frie elektroner (kjent som termionisk emisjon ). Disse frie elektronene omgir materialet som en elektronsky . I et røntgenrør er kilden til elektroner plassert i en struktur som kalles "katoden". En trådspole ( filamentet ) er inneholdt i katoden og fungerer som en elektronemitter. Når en ampere (i praksis en milliampere) påføres over glødetrådens varmekrets, varmer den resulterende strømmen den opp til emisjonstemperaturen til elektroner som forblir sammen til de tiltrekkes av anoden for å produsere røntgenstråler.
Røntgenstråler genereres når høyhastighetselektroner kolliderer med en eller annen form for materie; være fast, flytende eller gass. Siden atomnummeret til et grunnstoff indikerer dets tetthet, vil valg av målmaterialet med det høyeste atomnummeret øke effektiviteten til å generere røntgenstråler. Jo høyere tetthet materialet har, desto større antall genererer kollisjoner. av røntgenstråler I praktiske anvendelser av røntgengenerering brukes et fast materiale med et høyt atomnummer, vanligvis wolfram , som målet .
Elektroner som sendes ut fra katoden til et røntgenrør er negativt ladet. Etter de grunnleggende lovene for elektrisk oppførsel blir elektroner frastøtt av negativt ladede objekter og tiltrukket av positivt ladede. Ved å plassere en positiv ladning på anoden til et røntgenrør og en negativ ladning på katoden, akselereres frie elektroner fra katoden til anoden. Røntgenrøret er utstyrt med et internt vakuum . Røntgenrør, tilhørende utstyr og elektriske kretser er utformet på forskjellige måter, bestemt av behovet for å avvise elektroner fra katoden, tiltrekke dem fra anoden og akselerere deres passasje.
Antall røntgenstråler generert av elektroner som treffer målet er et mål på intensiteten til røntgenstrålen. Intensiteten er derfor avhengig av antall tilgjengelige elektroner ved katoden til røntgenrøret. Andre faktorer er konstante, en økning i strømmen gjennom glødetråden vil øke temperaturen på katoden, forårsake emisjon av flere elektroner og dermed øke intensiteten til røntgenstrålen. Tilsvarende, men i mindre grad, a En økning i den positive spenningen som påføres til anoden på røret øker intensiteten til strålen fordi flere av elektronene som er tilgjengelige ved katoden vil bli tiltrukket og kollidere med målet. Siden intensiteten til den genererte strålen er nesten direkte proporsjonal med strømmen av elektroner gjennom røret, uttrykkes utgangsverdien til en røntgenmaskin ofte i volt (kV eller MV). Det samme direkte forholdet etablerer rørstrømmen som en av eksponeringskonstantene til et røntgenbilde.
Intensiteten til en røntgenstråle varierer omvendt som kvadratet på avstanden fra strålingskilden. Røntgenstråler, som strålene av synlig lys, divergerer fra utslippskilden og dekker større områder etter hvert som avstanden fra kilden øker. Dette er en viktig vurdering i datastyrte radiografiske eksponeringer og sikkerhetsprosedyrer. For å si det enkelt, når avstanden fra en kjent strålingskilde dobles, er intensiteten en fjerdedel mindre. Omvendt, hvis avstanden til strålingskilden halveres, er intensiteten fire ganger større.
Enhver handling som forstyrrer den elektriske balansen til et atom som produserer atomer med færre eller flere elektroner, kalles ionisering. Atomer med ett elektron mindre (minimum) eller subatomære partikler (ikke en del av atomet) med negativ eller positiv elektrisk ladning kalles ioner . Frie elektroner er negative ioner, og frie partikler som har en positiv ladning (f.eks. protoner ) er positive ioner. Røntgenstråler som passerer gjennom materie endrer den elektriske balansen til atomer ved ionisering. Lynenergien kan løsne et elektron fra et atom og midlertidig frigjøre et elektron. Dette atomet (nå positivt ladet) og elektronet (negativt ladet) er henholdsvis positive og negative ioner, også kjent som et ionepar. På denne måten forårsaker røntgenstrålene ionisering i deres vei, gjennom hele materialet. Røntgenstråler er fotoner (energipakker) som beveger seg med lysets hastighet. På sin vei gjennom materie får røntgenstråler atomer til å miste energi gjennom ulike ioniseringsprosesser.
Fotoelektrisk absorpsjonNår relativt lavenergi røntgenstråler (fotoner) passerer gjennom materie, kan energien til fotonet overføres til bane til et elektron. Dette fenomenet er kjent som " fotoelektrisk effekt " eller "absorpsjon". En del av energien brukes på å kaste ut elektronet fra banen, og den gjenværende energien gir elektronet hastighet. Denne energioverføringen er den fotoelektriske effekten og finner vanligvis sted med lavenergifotoner på noen få eV. Den fotoelektriske prosessen absorberer all energien til fotonet. Denne absorpsjonsprosessen bidrar til å øke dosen pasienten mottar; Det bidrar imidlertid til å øke den naturlige kontrasten til vevet i bildet.
Compton-effektNår fotoner med høyere energi (i størrelsesorden KeV, jo høyere energi, jo større er sannsynligheten for å samhandle) passerer gjennom materie, oppstår spredning på grunn av Compton-effekten. Dette er begrepet som brukes for samspillet mellom et foton og et elektron fra ytre orbitalskall når energien til fotonet ikke er fullt levert til elektronet. En del av fotonets energi brukes til å kaste ut et orbitalt elektron (ionisering skjer da) og gi hastighet til det; gjenværende energi, et nytt foton med lavere energi produseres, fortsetter fremover, i en tilfeldig vinkel. Energien avhenger av denne vinkelen og retningen. Denne prosessen, som gradvis svekker fotonet, gjentas til den fotoelektriske effekten absorberer det siste fotonet fullstendig, eller forlater materialet uten å interagere.
ParproduksjonParproduksjon skjer bare med høyenergifotoner (på 1022 KeV eller mer). På disse energinivåene, når fotonet nærmer seg kjernen til et atom, gir det fra seg energien sin, og i stedet "oppstår" et elektron-positron-par (energien omdannes til masse). Positroner er det samme som elektroner, men med positiv ladning; de har samme masse som disse og er ekstremt kortlivede. Dette positronet vil raskt samhandle med ethvert elektron som er tilstede i området, og utslettelseseffekten vil oppstå . Herfra oppnås to fotoner på 511 KeV (0,511 MeV), hver som vil forplante seg i motsatte retninger.
Alle tre prosessene (fotoelektrisk absorpsjon, Compton-spredning og parproduksjon) frigjør elektroner som beveger seg med forskjellige hastigheter i forskjellige retninger. Siden røntgenstråler genereres når frie elektroner kolliderer med materie, følger det at røntgenstråler som passerer gjennom materie resulterer i generering av sekundære røntgenstråler. Disse sekundære røntgenstrålene er mindre komponenter kjent som spredt stråling eller sekundær spredning. Hovedkomponenten i spredningen er lavenergistrålene representert av fotoner svekket av Compton-spredningsprosessen. Den spredte strålingen har et jevnt lavt energiinnhold og tilfeldig retning.
Intern spredningIntern spredning er spredning som oppstår inne i objektet, prøven, målet eller strukturen som studeres. Det er spredning av fotoner uten tap av energien deres. Det er også kjent som "klassisk spredning", "Thompson koherent" eller "Rayleigh koherent". Påvirker definisjonen ved å gjøre omrisset av bildet uskarpt. Den spredte strålingen gjør kantene på det radiograferte objektet uskarpt. Økningen i stråling som passerer gjennom materie på grunn av spredning og i foroverretning er kjent som oppbygging .
SidespredningSidespredning er spredning fra veggene til objekter som befinner seg i nærheten av objektet som studeres eller fra delene av det bestrålte objektet som genererer sekundære stråler som kommer inn fra sidene av objektet.
BackscatterTilbakespredning er spredning av stråler fra overflaten eller objekter under eller bak objektet som studeres og rettet oppover. Backscatter gjør også bildet av objektet som studeres mørkere. Det er også kjent som backscattering .
Gammastråler produseres av kjernene til radioaktive isotoper som gjennomgår forfall på grunn av deres grunnleggende ustabilitet. Isotoper er varianter av det samme kjemiske elementet som har forskjellige atomvekter. Grunnstoffet og dets isotoper har samme antall protoner i kjernen, men forskjellig antall nøytroner. Blant de kjente grunnstoffene er det mer enn 800 isotoper hvorav mer enn 500 er radioaktive. Bølgelengden og intensiteten til gammabølger bestemmes av isotopkildens egenskaper og kan ikke endres eller kontrolleres.
Alle grunnstoffer hvis atomnummer er større enn 83 har en kjerne som sannsynligvis vil gå i oppløsning på grunn av dens iboende ustabilitet. Radium , som er den mest kjente og mest brukte av de naturlig forekommende radioaktive kildene, er det typiske eksempelet blant radioaktive stoffer. Radium og dets isotoper frigjør energi på følgende måter.
Den gjennomtrengende kraften til alfa- og beta-partikler er relativt ubetydelig. De er gammastrålene som brukes i radiografi; De utgjør en type ioniserende stråling som er i stand til å trenge dypere inn i materie enn alfa- og betastråling. De kan forårsake alvorlig skade på cellekjernen, og det er derfor de brukes til å sterilisere medisinsk utstyr og mat.
Det er to måter å lage radioaktive isotoper (radioisotoper). Driften av en atomreaktor som brukes til fisjon av uran-235 resulterer i produksjon av forskjellige isotoper som brukes som strålingskilder. En av isotopene som brukes i radiografi er cesium-137 , som oppnås som et biprodukt av kjernefysisk fisjon. Den andre og vanligste måten å generere radioisotoper på er nøytronbombardement av visse grunnstoffer. Kjernen til det bombarderte elementet endres, vanligvis ved nøytronfangst; og dermed bli ustabil eller radioaktiv. Vanlige radioisotoper oppnådd ved nøytronbombardement er kobolt-60 , thulium-170 , selen-75 og iridium-192 . Den numeriske betegnelsen for hver av disse radioisotopene angir massenummeret og skiller det fra det overordnede elementet og fra andre isotoper av det samme elementet. Kunstig produserte isotoper sender ut gammastråler, alfapartikler og beta-partikler på nøyaktig samme måte som naturlige isotoper gjør.
Intensiteten til gammastråler måles ofte i røntgener per time eller sievert per time ved en fot; et mål på strålingen som sendes ut i en gitt tidsperiode på en fast avstand. Aktiviteten (mengden av radioaktivt materiale) til en gammastrålekilde bestemmer intensiteten av dens stråling. Aktiviteten til en kunstig kilde til en radioisotop bestemmes av effektiviteten til nøytronbombardementet som skapte isotopen. Aktivitetsmålet er curie ( becquerel ) (3,7 x 1010 desintegrasjoner per sekund).
Tiden det tar for aktiviteten til en radioisotop å avta til halvparten av dens opprinnelige intensitet kalles "halveringstid" eller "halveringstid". Halveringstiden til en radioisotop er en grunnleggende og karakteristisk egenskap for en bestemt isotop av et gitt element. I radiografi brukes halveringstiden til en gammastrålekilde som et mål på aktivitet i forhold til tid.
Intraoral radiografi er en utforskende teknikk som består av plassering, inne i munnen, av radiografiske plater av forskjellige størrelser som imponeres, fra utsiden, av et røntgenapparat.