एक्स-रे इमेजिंग
1. बुनियादी सिद्धांतों
मेडिकल एक्स-रे परीक्षा मुख्य रूप से आंतरिक स्थिति को "देखने" के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए मानव नरम ऊतकों में एक्स-रे की मजबूत मर्मज्ञ शक्ति का उपयोग करती है। एक्स-रे की प्रकृति, जैसे कि दृश्यमान प्रकाश हम देखते हैं, विद्युत चुम्बकीय तरंगें हैं। हालांकि, दृश्यमान प्रकाश बैंड की तरंग दैर्ध्य सीमा 380 ~ 780nm है, और एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य दृश्यमान प्रकाश बैंड की तुलना में बहुत छोटी है, जो 10 ~ 10-³nm है।
चूंकि एक फोटॉन की ऊर्जा को E = hv = hc / π के रूप में परिभाषित किया गया है, जो तरंग दैर्ध्य के व्युत्क्रमानुपाती है, एक्स-रे की फोटॉन ऊर्जा दृश्यमान प्रकाश की तुलना में बहुत बड़ी है, जिससे यह अत्यधिक मर्मज्ञ हो जाती है। जबकि दृश्यमान प्रकाश हमारी पलकों की पतली परत को भी प्रसारित नहीं कर सकता है, एक्स-रे फोटॉनों का एक बड़ा अंश आसानी से हमारे शरीर में प्रवेश कर सकता है और दूसरी तरफ डिटेक्टरों द्वारा उठाया जा सकता है। बेशक, कम तरंग दैर्ध्य के साथ गामा किरणें अधिक मर्मज्ञ होती हैं। लेकिन गामा किरणों के सामने, हमारे शरीर लगभग पारदर्शी हैं। ऐसा लगता है कि आप यह देखना चाहते थे कि दूसरी तरफ के व्यक्ति के कपड़ों में क्या हो रहा है, लेकिन प्रवेश बहुत मजबूत है। आप सीधे इसके पीछे की इमारत को देख सकते हैं, जो एक कप भी है। इसके अलावा, हम गारंटी नहीं दे सकते हैं कि आप एक बार गामा किरणों द्वारा विकिरणित होने के बाद बिस्तर से बाहर निकल सकते हैं। नीचे आओ; यदि आप अभी भी नीचे आ सकते हैं, तो शायद हल्क बन सकते हैं।
2. मामले के साथ बातचीत
जैसा कि हमने पहले उल्लेख किया है, एक्स-रे शरीर में विभिन्न पदार्थों के साथ बातचीत करेंगे, ताकि ऊर्जा का हिस्सा मानव शरीर के विभिन्न ऊतकों द्वारा अवशोषित हो जाए, और दूसरा हिस्सा मानव शरीर के माध्यम से दूसरे छोर पर डिटेक्टर द्वारा प्राप्त किया जाता है।
प्रसारण अंत से एक्स-रे उत्सर्जित होने के बाद, वे मानव ऊतक के विभिन्न हिस्सों से गुजरते हैं, और फिर डिटेक्टर पर संबंधित पदों पर प्राप्त होते हैं। डिटेक्टर पर परिणामों का विश्लेषण करके, हम संबंधित शरीर के हिस्से की आंतरिक जानकारी प्राप्त कर सकते हैं। तो मानव शरीर में एक्स-रे की क्या बातचीत होती है, वे कैसे काम करते हैं, और वे किन ऊतकों के साथ बातचीत करते हैं? ये वे प्रश्न हैं जिनका हमें अध्ययन करने की आवश्यकता है।
हम जानते हैं कि पदार्थ परमाणुओं से बना है। जब एक्स-रे मानव शरीर से होकर गुजरते हैं, तो वे हमारे शरीर में परमाणुओं के साथ भी बातचीत करते हैं और क्षीणन का कारण बनते हैं। एक्स-रे और परमाणुओं के बीच बातचीत के तीन मुख्य रूप हैं:
1. फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव
2. कॉम्पटन प्रकीर्णन
3. प्रतिक्रिया के बिना के माध्यम से पारित
क्योंकि पदार्थ में, परमाणुओं के बीच की दूरी बहुत बड़ी होती है, न केवल नाभिक बहुत कम मात्रा पर कब्जा कर लेता है, बल्कि एक फोटॉन के लिए इलेक्ट्रॉन से टकराना आसान नहीं होता है। तो फोटॉनों का एक बड़ा हिस्सा डिटेक्टर से अप्रभावित मानव शरीर के माध्यम से गुजरेगा। विवरण के लिए, रदरफोर्ड के सोने की पन्नी प्रयोग देखें।
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव और कॉम्पटन प्रकीर्णन के विश्लेषण पर ध्यान केंद्रित करने के लिए निम्नलिखित है
2.1 प्रकाश विद्युत प्रभाव
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव परमाणुओं के आंतरिक इलेक्ट्रॉनों के साथ फोटॉनों की बातचीत को संदर्भित करता है, और फोटॉन अवशोषित होते हैं। फोटॉन ऊर्जा को अवशोषित करने के बाद, इलेक्ट्रॉन परमाणु बंधन से मुक्त हो जाता है और एक फोटोइलेक्ट्रॉन बनाता है।
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव धातुओं पर अधिक स्पष्ट है, और फोटोइलेक्ट्रॉन भी फोटोकरंट में अभिसरण कर सकते हैं। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की घटना की संभावना फोटॉन ऊर्जा ([सूत्र]) के घन के व्युत्क्रमानुपाती है α = 1 / E³, E = hv, अर्थात, फोटॉन ऊर्जा जितनी अधिक होगी, उतना ही कम इसे अवशोषित किया जाएगा और प्रवेश जितना अधिक होगा; क्रमसूचक संख्या का घन आनुपातिक है (α Z³, Z: परमाणु संख्या), इसलिए सीसा (परमाणु संख्या: 82) का उपयोग अक्सर एक्स-रे संरक्षण के लिए किया जाता है। धातुओं की तुलना में, मानव शरीर मुख्य रूप से कार्बन, हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और अन्य तत्वों से बना है। इसमें परमाणु संख्या कम होती है और परमाणु वितरण का घनत्व कम होता है। इसलिए, एक्स-रे लेते समय स्व-उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों द्वारा इलेक्ट्रोक्यूट किए जाने के बारे में चिंता करने की कोई आवश्यकता नहीं है।
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव नैदानिक अभ्यास में एक्स-रे का मुख्य क्षीणन रूप है, और यह क्षीणन रूप भी है जिसकी हमें आवश्यकता है। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, मुख्य रूप से कार्बनिक पदार्थों से बने नरम ऊतक में, एक्स-रे का क्षीणन बहुत कम होता है, और उनमें से अधिकांश सीधे गुजर सकते हैं। हालांकि, हड्डी के हिस्से में, क्योंकि हड्डी मुख्य रूप से कैल्शियम फॉस्फेट से बनी होती है और इसमें पोटेशियम, मैग्नीशियम, सोडियम और स्ट्रोंटियम जैसे परमाणु भी होते हैं, हड्डी में एक्स-रे का क्षीणन अपेक्षाकृत अधिक होता है।
इसलिए, हड्डियों की स्थिति की खोज एक्स-रे के सबसे महत्वपूर्ण नैदानिक अनुप्रयोगों में से एक है। यही कारण है कि मूल रूप से सभी ऑर्थोपेडिक रोगियों को एक फिल्म लेने के लिए कहा जाता है।
2.2 कॉम्पटन प्रकीर्णन
खैर, अगला कदम कॉम्पटन बच्चों के जूते का बिखराव है।
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव से अलग, कॉम्पटन प्रकीर्णन परमाणुओं के बाहरी इलेक्ट्रॉनों के साथ फोटॉनों की बातचीत को संदर्भित करता है, जिससे फोटॉन की ऊर्जा कमजोर हो जाती है और बाहरी इलेक्ट्रॉनों को रोमांचक बनाते हुए गति (प्रकीर्णन) की दिशा बदल जाती है।
बेशक, आपको घबराने की आवश्यकता नहीं है, आपको बिखरे हुए फोटॉनों की ऊर्जा और प्रकीर्णन कोण की गणना करने की आवश्यकता नहीं है, और उत्साहित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा और कोण Ø।
कॉम्पटन प्रकीर्णन होने पर यह कष्टप्रद होता है। क्योंकि ज्यामितीय प्रकाशिकी में, हम सभी सोचते हैं कि प्रकाश सीधी रेखाओं में यात्रा करता है। इसलिए, डिटेक्टर द्वारा प्राप्त सिग्नल और फिल्म पर प्रदर्शित अंतिम परिणाम हमारे मानव शरीर की शारीरिक संरचना के साथ एक-से-एक पत्राचार में होना चाहिए। डिटेक्टर पर प्रत्येक पिक्सेल बिंदु की सिग्नल तीव्रता को इस बिंदु और प्रकाश स्रोत के बीच कनेक्शन से गुजरने वाले मानव शरीर द्वारा एक्स-रे के क्षीणन को प्रतिबिंबित करना चाहिए। लेकिन जब कॉम्पटन प्रकीर्णन एक बिंदु पर होता है, तो बिखरे हुए फोटॉनों को बेतरतीब ढंग से डिटेक्टर के अन्य पिक्सेल को मारने की संभावना होती है, जो न केवल बिंदु द्वारा प्राप्त प्रकाश तीव्रता को कमजोर करेगा, बल्कि यादृच्छिक अन्य थोड़ा प्रकाश बढ़ावा देगा। इसके अलावा, परमाणु ऊर्जा के स्तर की थोड़ी सी समझ से पता चलता है कि, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के विपरीत, बाहरी इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा आंतरिक इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए ऊर्जा के रूप में परिमाण के समान क्रम पर नहीं है:
इसके परिणामस्वरूप एक घटना एक्स-रे फोटॉन होता है जो एक्स-रे स्रोत की वर्णक्रमीय सीमा के भीतर रहता है, भले ही यह कॉम्पटन प्रकीर्णन से गुजरा हो और ऊर्जा कम हो गई हो। एक्स-रे इमेजिंग के मुख्य ऑप्टिकल शोर के रूप में, कॉम्पटन प्रकीर्णन का छवि के सिग्नल-टू-शोर अनुपात पर बहुत प्रभाव पड़ता है। आम तौर पर, कॉम्पटन प्रकीर्णन के कारण होने वाले शोर को दबाने के लिए, हम अन्य कोणों से एक्स-रे फोटॉनों को दबाने के लिए डिटेक्टर के सामने एक लीड ग्रिड जोड़ेंगे:
3. एक्स-रे की पीढ़ी
एक्स-रे को जानना पर्याप्त नहीं है, हमें अल्ट्रामैन की तरह एक्स-रे उत्सर्जित करने में सक्षम होना चाहिए, यह अच्छा है
बेशक, जब आप एक्स-रे लेते हैं, तो आप पर छिपाने वाला एक अल्ट्रामैन नहीं होगा, लेकिन एक एक्स-रे ट्यूब।
मूल सिद्धांत यह है कि हम कैथोड पर दबाव डालते हैं और इलेक्ट्रॉनों की एक बीम को गोली मारते हैं जो एनोड पर बमबारी करता है (आमतौर पर टंगस्टन, रोडियम, आदि जैसी धातु)। एनोड में इलेक्ट्रॉनों को धीमा कर दिया जाता है, और खोई हुई गतिज ऊर्जा फोटॉनों में परिवर्तित हो जाती है। जब कैथोड के पार वोल्टेज उच्च होता है (केवी में मापा जाता है), तो हमारे द्वारा प्राप्त फोटॉन ऊर्जा एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य सीमा में होती है। एक्स-रे जाओ!
फोटॉन उत्पन्न करने के इस सिद्धांत को Bremsstrahlung कहा जाता है, जिसका उच्चारण जर्मन में किया जाता है। आप Bremsstrahlung को यहाँ सुन सकते हैं। मुझे मत देखो, मैं निश्चित रूप से इसे आपको नहीं पढ़ूंगा। इसका मोटे तौर पर मतलब है कि मंदी विकिरण, जो लगभग "मंदी विकिरण" का अर्थ है।
मध्य में टंगस्टन परमाणुओं के विशिष्ट विकिरण को छोड़कर कई चोटियों, यह उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पन्न आत्म-उत्सर्जन के कारण होता है जो आंतरिक इलेक्ट्रॉनों पर बमबारी करते हैं, जिससे परमाणु उत्तेजित अवस्था में होते हैं।
फिर समस्या आती है, हमें मिलने वाले एक्स-रे में, फोटॉन ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा अपेक्षाकृत कम होता है। हम पहले ही 2.1 फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव में उल्लेख कर चुके हैं कि फोटॉन ऊर्जा जितनी कम होगी, प्रवेश उतना ही कमजोर होगा। इसका मतलब यह है कि एक्स-रे का एक बड़ा हिस्सा शरीर द्वारा लगभग पूरी तरह से अवशोषित हो जाएगा, जो न केवल पता लगाने के लिए अनुपयुक्त है, बल्कि रोगी को विकिरण खुराक भी बहुत बढ़ाता है। तो आम तौर पर बोलते हुए, अब हम इन कम ऊर्जा एक्स-रे को फ़िल्टर करने के लिए सामने एक फ़िल्टर जोड़ेंगे। इस तरह आपको फिल्मांकन समाप्त करने के बाद कैंसर के बारे में चिंता करने की ज़रूरत नहीं है।
4. आवेदन
जैसा कि हमने पहले उल्लेख किया है, क्योंकि हड्डियों में अधिक कैल्शियम फॉस्फेट और अन्य धातु तत्व होते हैं, उनके पास अन्य नरम ऊतकों की तुलना में एक बड़ी क्षीणन दर होती है, इसलिए अधिकांश एक्स-रे अनुप्रयोगों का उपयोग ज्यादातर फ्रैक्चर की जांच करने और हड्डी के घनत्व का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है। और भी कई। तो अन्य भागों के बारे में क्या है जिनमें कोई धातु तत्व नहीं है?
जवाब बहुत सरल है, यदि आप इसे नहीं जोड़ते हैं ~
जैसे बेरियम भोजन। गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल बेरियम भोजन एंजियोग्राफी, या बेरियम एनीमा के माध्यम से (मुझसे यह न पूछें कि एनीमा का स्वाद कैसा है, मैं आपको नहीं बताऊंगा), पाचन तंत्र में एक बेरियम सल्फेट कंट्रास्ट एजेंट रखें, और फिर पाचन तंत्र में घावों की जांच करने के लिए एक्स-रे का उपयोग करें। बेरियम भोजन का मुख्य घटक बेरियम सल्फेट है, जिसमें एक्स-रे का स्पष्ट अवशोषण होता है, और पानी में अघुलनशील और एसिड में अघुलनशील होता है। यह पाचन तंत्र द्वारा अवशोषित नहीं किया जाएगा और मानव शरीर के लिए हानिरहित है।
और एंजियोग्राफी। संबंधित भागों की रक्त वाहिकाओं में आयोडीन युक्त कंट्रास्ट एजेंट को इंजेक्ट करके, रक्त वाहिकाओं के वितरण और घावों को प्रदर्शित किया जा सकता है।
