Røntgenbillede

X-stråling (bestående af røntgenstråler) er en form for elektromagnetisk stråling. X-stråler har en bølgelængde på mellem 0,01 til 10 nanometer, hvilket svarer til frekvenser i området 30 petahertz til 30 exahertz (3 × 1016 Hz til 3 × 1019 Hz) og energi i størrelsesordenen 120 eV til 120 keV. De er kortere i bølgelængde end UV-stråler og længere end gammastråler. I mange sprog, er X-stråling kaldes Röntgen stråling, og efter Wilhelm Conrad Röntgen, der generelt er krediteret som deres opdager, og som havde navngivet dem X-stråler til at betyde en ukendt form for stråling. [1] :1-2 X-stråler fra omkring 0,12 til 12 keV (10 til 0,10 nm bølgelængde) er klassificeret som "bløde" X-stråler, og fra omkring 12 til 120 keV (0,01 til 0,10 nm bølgelængde) som "hårde" X-stråler, som følge af deres gennemtrængende evner. Hard X-stråler kan trænge faste genstande, og deres største anvendelse er til at tage billeder af den indvendige side af objekter i diagnostisk røntgen og krystallografi. Som en følge heraf er udtrykket X-ray metonymically bruges til at henvise til en radiografisk billede er fremstillet ved hjælp af denne metode, der ud over selve metoden. Derimod kan bløde røntgenstråler næppe siges at trænge spørgsmål på alle, for eksempel, er dæmpningen længde på 600 eV (~ 2 nm) x-stråler i vand mindre end 1 mikrometer. [4] X-stråler er en form af ioniserende stråling, og eksponeringen for dem kan være en sundhedsrisiko. Sondringen mellem X-stråler og gamma stråler har ændret sig i de seneste årtier. Oprindeligt elektromagnetiske stråling fra X-ray rør havde en længere bølgelængde end strålingen fra radioaktive kerner (gammastråler). [2] Ældre litteratur skelnes mellem X-og gamma-stråling på basis af bølgelængde, med stråling kortere end nogle vilkårlig bølgelængde, såsom 10-11 m, der defineres som gammastråler. [3] Men som kortere bølgelængde kontinuert spektrum "X-ray" kilder såsom lineære acceleratorer og længere bølgelængde "gamma ray" udledere blev opdaget, bølgelængdebånd stort set overlapper hinanden. De to typer af stråling er nu normalt kendetegnet ved deres oprindelse: X-rays udledes af elektroner uden om kernen, mens gammastråler udledes af kernen. [2] [4] [5] [6] Indhold [skjul] 1 Måleenheder og eksponering 2 Medicinsk fysik 3 Detektorer 3,1 Fotografisk plade 3,2 Photostimulable fosfor (PSP) 3,3 Geiger counter 3,4 Scintillators 3,5 Image intensivering 3,6 Direct halvleder detektorer 3,7 Scintillator plus halvleder detektorer (indirekte detektion) 3,8 Synlighed for det menneskelige øje 4 Medicinsk brug 5 Risiko for Medicinsk diagnostisk røntgen 6 afskærmning mod X-Rays 7 Andre anvendelser 8 History 8,1 Discovery 8.1.1 Johann Hittorf 8.1.2 Ivan Pulyui 8.1.3 Nikola Tesla 8.1.4 Fernando Sanford 8.1.5 Philipp Lenard 8.1.6 Wilhelm Röntgen 8.1.7 Thomas Edison 8.1.8 Frank Austin og Frost brødre 8,2 Det 20. århundrede og videre 9 Se også 10 Noter 11 Referencer 12 Eksterne links

Indholdsfortegnelse 1 Måleenheder og eksponering 2 Medicinsk fysik 3 Detektorer 4 Fotografiske plader 5 Photostimulable fosfor (PSP) 6 Geiger counter 7 Scintillators 8 Billede intensivering 9 Direkte halvleder detektorer

Måleenheder og eksponering

Målestokken for X-stråler ioniserende evne kaldes eksponering: Den coulomb pr kilogram (C / kg) er SI-enheden for ioniserende stråling, og det er den mængde stråling er nødvendige for at skabe et coulomb beregning af hver polaritet i et kilogram sagen. Den roentgen (R) er et forældet traditionel enhed eksponering, som repræsenterede den mængde stråling er nødvendige for at skabe et elektrostatisk enhed står for de enkelte polaritet i en kubikcentimeter af tør luft. 1,00 roentgen = 2,58 × 10-4 C / kg Men effekten af ioniserende stråling på spørgsmål (især levende væv) er mere tæt forbundet med den mængde energi deponeres i dem i stedet for afgiften genereret. Denne foranstaltning af absorberet energi kaldes den absorberede dosis: Den grå (Gy), som har enheder (joule / kg), er SI-enheden for absorberet dosis, og det er mængden af stråling pligt til at indbetale en joule energi i et kilo enhver form for spørgsmål. Den rad er (forældet) svarende traditionelle enhed, svarende til 10 millijoules af energi deponeres pr. 100 rad = 1,00 grå. Den ækvivalente dosis er et mål for den biologiske effekt af stråling med menneskeligt væv. For X-stråler det er lig med den absorberede dosis. Sievert (Sv) er SI-enheden for ækvivalent dosis, der for X-stråler er numerisk lig med den grå (Gy). Den Roentgen tilsvarende mand (rem) er den traditionelle enheden for ækvivalent dosis. For X-stråler er det lig med rad eller 10 millijoules af energi deponeres pr. 1,00 Sv = 100 rem. Medicinsk X-stråler er en vigtig kilde til menneskeskabte stråling, som tegner sig for 58% i USA i 1987, men da de fleste stråling er naturligt (82%), medicinske røntgenanlæg kun tegner sig for 10% af den samlede amerikanske stråling [7]. Rapporteret dosis på grund af dental røntgenstråler synes at variere betydeligt. Afhængigt af kilden, en typisk tandlæge X-ray af et menneske resulterer i en eksponering af måske 3, [8] 40, [9] 300, [10] eller så mange som 900 [11] mrems (30 til 9.000 μSv ).

Medicinsk fysik

X-ray K-serie spektrale line bølgelængder (nm) for nogle fælles mål materialer [12]. Target Kβ ₁ Kβ ₂ Kα ₁ Kα ₂ Fe 0,17566 0,17442 0,193604 0,193998 Co 0.162079 0.160891 0.178897 0.179285 Ni 0,15001 0,14886 0,165791 0,166175 Cu 0.139222 0.138109 0.154056 0.154439 Zr 0.070173 0.068993 0.078593 0.079015 Mo 0.063229 0.062099 0.070930 0.071359

Hand mit Ringen (Hand med Ringe): print af Wilhelm Röntgen første "medicinsk" X-ray, af hans kones hånd, taget den 22. december 1895 og præsenteret for professor Ludwig Zehnder af Physik Institut, University of Freiburg, den 1. januar 1896 [13] [14] X-stråler er genereret af en X-ray tube, et vakuum rør, der bruger en høj spænding til at fremskynde elektroner frigives ved en varm katode til en høj hastighed. Den høje hastighed elektroner kolliderer med et metal-mål, anode, skabe X-stråler. [15] I medicinsk X-ray rør målet er normalt wolfram eller en mere crack-resistente legering af rhenium (5%) og wolfram (95 %), men undertiden molybdæn for mere specialiserede programmer, som når bløde røntgenstråler er behov for inden for mammografi. I krystallografi er en kobber mål mest almindelige, med kobolt ofte bliver brugt, når fluorescens fra jernindhold i prøven ellers kunne være et problem. Den maksimale energi produceret X-ray foton er begrænset af den energi af hændelsen elektron, hvilket svarer til spændingen på røret, så en 80 kV tube kan ikke oprette X-stråler med en energi større end 80 keV. Når elektronerne ramte målet, er X-stråler skabt af to forskellige atomare processer: X-ray fluorescens: Hvis elektronen har nok energi, det kan banke en orbital elektron ud af den indre elektron skallen af en metal atom, og som et resultat elektroner fra højere energi-niveauer, fylde den ledige og X-ray fotoner udsendes. Denne proces producerer en emission spektrum af X-ray frekvenser, undertiden benævnt spektrallinjer. Den spektrallinjer genereret afhænger af målet (anoden), der anvendes element og dermed kaldes karakteristiske linjer. Normalt disse er overgange fra øverste skaller i K shell (kaldet K linjer), i L shell (kaldet L linjer) og så videre. Bremsestråling: Dette er strålingen fra de elektroner, som de er spredt af det stærke elektriske felt nær high-Z (proton nummer) kerner. Disse røntgenstråler har en kontinuert spektrum. Intensiteten af røntgenstråler stiger lineært med faldende frekvens, fra nul på energi om hændelsen elektroner, spænding på X-ray tube. Så den deraf følgende produktion af et rør består af en kontinuerlig Bremsestråling spektrum afsporet til nul ved røret spænding, plus adskillige pigge på den karakteristiske linjer. De spændinger, der bruges i røntgendiagnostik rør, og dermed den højeste energi af X-stråler, strækker sig fra omkring 20 til 150 kV. [16] I medicinsk diagnostiske anvendelser, er den lave energi (soft) X-stråler uønsket, da de er fuldstændigt absorberet af kroppen, at øge dosis. Derfor en tynd metalplade, ofte af aluminium, kaldet en X-ray filter) er normalt placeret over vinduet på X-ray tube, filtrere den lave energi-komponenter i spektret. Dette kaldes hærdning bjælken. Begge disse X-ray produktionsprocesser er meget ineffektive, med en produktionseffektivitet på kun omkring én procent, og dermed til at producere en brugbar lysstrøm X-stråler, en høj procentdel af el indtastet er udgivet som spildvarme. X-ray tube skal være konstrueret til at sprede denne overskudsvarme. Røntgenbilleder er fremstillet ved hjælp af røntgenstråler kan bruges til at identificere et bredt spektrum af sygdomme. Fordi kroppen strukturer afbildet i medicinske anvendelser er store i forhold til bølgelængden af X-stråler, kan X-stråler skal analyseres som partikler snarere end bølger. (Dette er i modsætning til X-ray krystallografi, hvor deres bølge-lignende karakter er mere vigtigt, fordi bølgelængde er sammenlignelig med størrelsen af de strukturer, der filmede.) For at gøre en X-ray billede af menneskers eller dyrs knogler, kort X-ray pulser belyse kroppen og lemmer, med røntgen film placeret bag det. De ben, der er til stede absorbere størstedelen af X-ray fotoner ved fotoelektrisk processer. Dette skyldes, at knoglerne er en højere elektrondensitet end bløde væv. [Bemærk, at knogler indeholder en høj procentdel af calcium (20 elektroner per atom), kalium (19 elektroner per atom) magnesium (12 elektroner per atom) og fosfor (15 elektroner per atom). X-stråler, der passerer gennem kødet efterlade en latent billede i den fotografiske film. Når filmen er udviklet, de dele af billedet, der svarer til højere X-ray eksponering er mørke, efterlader en hvid skygge af knogler på film. For at generere et billede af det kardiovaskulære system, herunder arterier og vener (angiografi) en indledende billede er taget af den anatomiske region interesse. Et andet billede er herefter i samme region efter jodholdige kontrastmidler materiale er blevet injiceret i blodkar inden for dette område. Disse to billeder er så digitalt fratrækkes, forlader et billede af kun jodholdige kontrastmidler skitserer blodkar. Radiologen eller kirurg derefter sammenligner billedet fremstillet til normal anatomiske billeder til at bestemme, om der er nogen skader eller blokering af fartøjet. En specialiseret kilde til røntgenstråler, som er ved at blive almindeligt anvendt i forskning er synkrotronstråling, der er genereret af partikelacceleratorer. Dens unikke funktioner er X-ray udgange mange størrelsesordener større end X-ray rør, brede X-ray spektre, fremragende collimation, og lineær polarisering [17].

Detektorer

Fotografiske plader

Afsløringen af X-stråler er baseret på forskellige metoder. De mest almindeligt kendte metoder er fotografiske plader, fotografiske film i kassetter og sjældne jordarter skærme. Uanset hvad der er "fange" billedet, er de alle kategoriseres som "Image Receptorer" (IR). Før fremkomsten af den digitale computer og før opfindelsen af digital billedbehandling, blev fotografiske plader, der anvendes til at producere mest røntgenbilleder. Billederne blev produceret til højre på glasplader. Fotografiske film i høj grad erstattet af disse plader, og det blev brugt i X-ray laboratorier til fremstilling af medicinske billeder. I de senere år har edb og digital radiografi afløst fotografiske film i medicinske og dentale applikationer, selv om film-teknologien er i udbredt anvendelse i industriel radiografi processer (f.eks at inspicere svejsede sømme). Fotografiske plader er for det meste ting i historien, og erstatte dem, de "intensivere skærmen", er også falmende ind i historien. Metallet sølv (tidligere nødvendige for radiografisk & fotografisk industrier) er en ikke-fornyelig ressource. Det er således hensigtsmæssigt, at dette nu er ved at blive erstattet af digital (DR) og beregnes (CR) teknologi. Når fotografiske film kræves vådbehandling faciliteter, disse nye teknologier ikke. Den digitale arkivering af billeder udnytte disse nye teknologier også sparer lagerplads. Da fotografiske plader er følsomme over for X-stråler, de giver et middel til at registrere billedet, men også krævede meget X-ray eksponering (for patienten), og dermed intensiveres skærme er blevet udviklet. De giver en lavere dosis til patienten, fordi skærmene tage X-ray oplysninger og intensivere den, så den kan optages på film placeret ved siden af en intensivering af skærmen. Den del af patienten, der skal røntgenfotograferes er anbragt mellem X-ray kilde og billedet receptor til at producere en skygge af den indre struktur i den pågældende del af kroppen. X-stråler er delvist blokeret ("svækket") ved tætte væv såsom knogler, og passerer lettere igennem blødt væv. Områder, hvor X-stråler strejke mørkere, når udviklet, hvilket ben til at se lysere ud end den omgivende bløde væv. Kontrast forbindelser, der indeholder barium-eller jod, som er røntgenfaste, kan indtages i mave-tarmkanalen (barium) eller injiceres i arterien eller venerne til at fremhæve disse fartøjer. Kontrasten forbindelser har høj atomare nummererede elementer i dem, at (ligesom ben) væsentlige blokere X-stråler og dermed en gang hule organ eller et skib kan være mere let ses. I jagten på en ikke-giftig kontrast materiale, var der mange typer af høj atomnummeret elementer evalueres. For eksempel forfædre første gang brugt det derimod var kridt, og blev brugt på et Kadaver's fartøjer. Desværre har nogle elementer valgt vist sig at være skadeligt - for eksempel var thorium engang brugt som kontrastmiddel (Thorotrast) - som viste sig at være giftige i nogle tilfælde (forvolder skade, og lejlighedsvis død mod virkningerne af thorium forgiftning). Moderne kontrast materiale er forbedret, og samtidig er der ingen måde at afgøre, hvem der kan have en følsomhed over for kontrasten, forekomsten af "allergiske reaktioner" er lav. (Risikoen er sammenlignelig med tilknytning til penicillin. [Redigér])

Photostimulable fosfor (PSP)

En stadig mere almindelig metode er brugen af photostimulated luminescence (PSL), banebrydende Fuji i 1980'erne. I moderne sygehuse en photostimulable fosfor plade (PSP plade) bruges i stedet for den fotografiske plade. Efter pladen er røntgenfotograferes, ophidset elektroner i fosfor materiale forblive "fanget" i "farve centre" i krystalgitter indtil stimuleret af en laserstråle gik over pladen overflade. Lyset afgives i løbet af laser stimulation er indsamlet af en fotomultiplikatorroerets rør og den deraf følgende signal konverteres til et digitalt billede ved computer-teknologi, som giver denne proces den almindelige betegnelse, computertomografi radiografi (også kaldet digital radiografi). PSP pladen kan genbruges, og eksisterende X-ray udstyr kræver ingen ændring at bruge dem.

Geiger counter

Oprindeligt var de mest almindelige metoder til påvisning er baseret på ionisering af gasser, som i Geiger-Müller tæller: en lukket volumen, normalt en cylinder med en glimmer, polymer eller tynd metal vindue indeholder en gas, en cylindrisk katode og en wire anode ; en høj spænding er anvendt mellem katoden og anoden. Når en X-ray foton kommer ind i cylinderen, det ionizes gas og danner ioner og elektroner. Elektroner fremskynde mod anode, i processen at forårsage yderligere ionisering langs deres bane. Denne proces, der er kendt som en Townsend lavine, der registreres som en pludselig strøm, kaldet en "tæller" eller "begivenhed". For at få energi frekvenser information, en diffracting krystal kan anvendes til at første adskille forskellige fotoner. Metoden kaldes bølgelængde Dispersive X-ray spektroskopi (WDX eller WDS). Position-følsomme detektorer anvendes ofte i forbindelse med dispersive elementer. Andre opdagelse udstyr, der er i sagens natur energi-løsning kan anvendes, såsom den ovennævnte proportional skrankerne. I begge tilfælde af egnede puls-behandling (MCA) anvendelse af udstyr giver digital spektre skal skabes til senere analyse. For mange applikationer, er tællere ikke forseglet, men er hele tiden fodres med renset gas, hvilket reducerer problemerne med forurening eller gas aldring. Disse kaldes "flow tællere".

Scintillators

Nogle materialer såsom natrium iodid (NAI) kan "konvertere" en X-ray foton til en synlig foton; en elektronisk detektor der kan bygges ved at tilføje en Photomultiplier. Disse detektorer kaldes "scintillators", filmskærme eller "Scintillation tællere". Den største fordel ved at bruge disse er, at en passende billede kan fås samtidig underlægge patienten til en meget lavere dosis af røntgenstråler.

Billede intensivering

X-ray i løbet af kolecystektomi X-stråler anvendes også i "real-time"-procedurer, såsom angiografi eller kontrasten undersøgelser af hule organer (f.eks barium lavement de små eller store tarmen) ved hjælp af gennemlysning erhvervet ved hjælp af en X-ray image intensifier. Angioplastik, medicinske indgreb i det arterielle system, er stærkt afhængige af X-ray-følsomme kontrast til at identificere potentielt behandlelige læsioner.

Direkte halvleder detektorer

Siden 1970'erne har nye halvleder detektorer er udviklet (silicium eller germanium doteret med lithium, Si (Li) eller Ge (Li)). X-ray fotoner omdannes til elektron-hul par i halvleder-og indsamles til at opdage den X-stråler. Når temperaturen er lav nok (detektoren er kølet af Peltier effekt eller endnu sejere flydende nitrogen), er det muligt direkte at bestemme X-ray energi spektrum; denne metode kaldes energy dispersive X-ray spektroskopi (EDX eller EDS); Det bruges ofte i små X-ray fluorescens spektrometre. Disse detektorer kaldes også "solid state detektorer". Detektorer baseret på cadmium (CdTe) og dets legeringer med zink, cadmium zink Telluride, har en øget følsomhed, som gør det muligt lavere doser af X-stråler, der skal anvendes. Praktisk anvendelse i medicinsk billedbehandling startede i 1990'erne. I øjeblikket amorfe selen anvendes i kommerciel stort område fladskærm X-ray detektorer til mammografi og bryst radiografi. Nuværende forskning og udvikling er fokuseret omkring pixel detektorer, såsom CERN's energi løse Medipix detektor. Note: En standard halvleder diode, såsom en 1N4007, vil producere en lille mængde strøm, når den placeres i en X-ray stråle. En test enhed gang har været anvendt ved Medical Imaging Service personale var et lille projekt kasse, der indeholdt flere dioder af denne type i serien, der kan tilsluttes et oscilloskop som en hurtig diagnostik. Silicon drift detektorer (SDDS), produceret af konventionelle halvleder fabrikation, nu giver en omkostningseffektiv og høj opløsningsevne stråling måling. I modsætning til konventionel røntgen detektorer, som Si (Li) s, de behøver ikke at blive nedkølet med flydende kvælstof.