A röntgensugárzás keltése Fékezési vagy folytonos Rtg sugárzás. Röntgensugárzás. A röntgensugárzás elektromágneses sugárzás

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A röntgensugárzás keltése Fékezési vagy folytonos Rtg sugárzás. Röntgensugárzás. A röntgensugárzás elektromágneses sugárzás"

Sándor Faragó
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 A röntgensugárzás elektromágneses sugárzás Röntgensugárzás ~3 futballpálya ~3 m ~3 cm nm ~30 H-atom átmérő Hullámhossz nm. Frekvencia 30x x10 18 Hz. Energia 120 ev kev. (petaherz - exahertz) Röntgensugárzás A röntgensugárzás keltése Fékezési vagy folytonos Rtg sugárzás A röntgensugárzás keltése Spektrális tulajdonságok A röntgensugárzás kölcsönhatása az anyaggal 1: diffrakció X- sugarak A röntgensugárzás kölcsönhatása az anyaggal 2: abszorpció Alkalmazások Wilhelm Konrad Röntgen ( ) I fűtő U fűtő Maximális fotonenergia (ε max): eu anód = ε max = hf max Határhullámhossz (Duane-Hunt-törvény): λ min = hc e 1 U anód h =Planck állandó c = fénysebesség e = elektron töltése euanód=gyorsítási munka Kisugárzott összteljesítmény (Pössz=görbe alatti terület) egyenesen arányos Uanód 2 -tel és Ianód-mal. Rtg-sugárzás előállítási hatékonysága <1%, a gyorsítási munka nagyrészt hővé alakul.

2 A röntgensugárzás (nem szokványos) keltése A röntgensugárzás keletkezési mechanizmusai Tribolumineszcencia: dörzsöléssel kiváltott fényemisszió. Francis Bacon, Primér elektron Primér elektron Karakterisztikus sugárzás Folytonos sugárzás Szórt elektron Szórt elektronok Ragasztószalag lehántásakor látható fotonok......és röntgenfotonok emittálódnak. (Nature News, October 2008) Fékezési sugárzás ( Bremsstrahlung ) Karakterisztikus sugárzás A röntgensugárzás spektrális tulajdonságai A karakterisztikus röntgensugárzás keletkezése Fékezési sugárzás Fotonenergia (kev) Karakterisztikus sugárzás Fotonenergia (kev) 1. lépés - gerjesztés: pályaelektron kilökése, instabil állapot Beeső elektron Kilökött pályaelektron Eltérült beeső elektron Relatív intenzitás Hullámhossz (pm) Relatív intenzitás Hullámhossz (pm) 2. lépés - emisszió: elektronhiány pótlása magasabb energiájú pályákról: karakterisztikus fotonok keletkezése Egyfoton emisszió Többszörös foton emisszió Folytonos spektrum Vonalas spektrum

3 A röntgen spektrum az elemi összetételt jellemzi Karakterisztikus röntgensugárzás detektálsa Okulár Minta X Röntgen spektroszkóp Energiaveszteség spektrométer Elektronlencse kristály Fotólemez Elektronnyaláb N héj L héj M héj Elektronlencse K héj Minta Elektronlencse Elektronlencse Mag Elektronágyú Elektron átmenetek Ca atomban Energiadiszperzív röntgen fluoreszcencia spektrum Elektron próba mikroanalizátor (energiaveszteség mérése) Elektronágyú Röntgen spektroszkóp (Rtg energiaspektrum mérése) A röntgensugárzás kölcsönhatása az anyaggal 1: Diffrakció λ Erősítő interferencia feltétele: 2d sinθ = nλ finomítás Kristály Rtg sugárzás fázisok illesztés Rtgnyaláb Elhajási interferencia mintázat Elektronsűrűség térkép Atomi model Kristály 3D szerkezet Mérés A röntgensugárzás kölcsönhatása az anyaggal 2: Abszorpció Belépő intenzitás J 0 x abszorbens Kilépő intenzitás J Exponenciális sugárgyengítési törvény J J 0 J = J 0 e μx x μ = μ m ρ μ = gyengítési együttható μ m = tömeggyengítési együttható (cm 2 /g) ρ = sűrűség (g/cm 3 )

4 Kölcsönhatás mechanizmus I: Röntgen fotoeffektus A fotoefektus függ a fotonenergiától és a rendszámtól Beeső röntgen foton (hf) Kilépő elektron (további röntgen foton keltésében vehet részt) A diagnosztikai röntgenben fellépő legfontosabb hatás Fotoeffektus gyengítési együttható: τ = τ m ρ τ m=fotoeffektus tömeggyengítési együttható ρ=sűrűség τ m = const Z 3 ε 3 = C λ3 Z 3 C = 5,5-6,5 cm 2 /g nm 3 Többkomponensű rendszerben: effektív rendszám (Z eff) Z eff = 3 3 w i Z i n i=1 ε=fotonenergia Z=rendszám w=móltört n=komponensek száma Közeg Zeff Levegő 7.3 Víz 7.7 Lágy szövet 7.4 Csontszövet 13.8 Kölcsönhatás mechanizmus II: Compton szórás Kölcsönhatás mechanizmus III: Párkeltés Arthur Holly Compton ( ) Energiamérleg: beeső foton párkeltés Energiamérleg: hf = 2m e c 2 + 2E kin m e=elektron tömege c=fénysebesség hf = A + hf scatt + E kin A=kötési energia hfscatt=szórt foton energiája Ekin=Compton-elektron mozgási energiája Compton-effektus gyengítési együttható: σ = σ m ρ beeső foton Párkeltés gyengítési együttható: κ = κ m ρ A párkeltés a nagyenergiájú (terápiás) röntgensugárzás és a γ-sugárzás esetében jelentős.

5 Sugárcsillapítási mechanizmusok Sugárgyengítési mechanizmusok Fotonenergia és közeg hatása Ólom Víz (lágyrészek) Mechanizmus μ m változása fotonenergiával (ε) μ m változása a rendszámmal (Z) Releváns fotonenergiatartomány lágyszövetben fotoeffektus ~1 / ε 3 ~Z kev Comptonszórás párkeltés ε növelésével lassan csökken ε növelésével lassan nő ~Z/A (A = tömegszám) 30 kev - 20 MeV ~ Z 2 > 20 MeV μ = τ + σ +κ μ m=tömeggyengítési együttható τ m=fotoefektus tömeggyengítési együttható σ m=compton-szórás tömeggyengítési együttható κ m=párkeltés tömeggyengítési együttható Diagnosztikai röntgen: 1. lágyrész-csont közötti kontrasztmechanizmus: fotoeffektus (~Z 3 ) 2. lágyrészen belüli kontrasztmechanizmus: Compton-szórás (~ρ) A röntgensugárzás alkalmazásai A röntgen képalkotás elve Röntgen sugárforrás Röntgensugárzás Wilhelm Konrad Röntgen ( ) Hand mit Ringen ( Kéz gyűrűvel ): Wilhelm Röntgen első "orvosi" röntgenfelvétele felesége kezéről (1895 december 22). Detektor (film, szenzor, képernyő) Gyengítés (emberi test)

6 Röntgensugárzás keltése - gyakorlat Orvosi röntgenfelvétel készítése Röntgencső (Coolidge, 1900-as évek eleje). I fűtő U fűtő Forgóanódos röntgencső 1940 A röntgen kép Röntgen kontraszt x 1 x 2 x 3 Belépő intenzitás Kilépő intenzitás J 0 abszorbens 1 (μ1) abszorbens 1 (μ2) abszorbens 1 (μ3) J Bélrendszer kontrasztanyaggal feltöltve (pozitív kontraszt) Levegő az agykamrában (negatív kontraszt) J = J 0 e (μ 1x 1 +μ 2 x 2 +μ 3 x ) lg J 0 J = ( μ 1x 1 + μ 2 x 2 + μ 3 x ) lge μ n = n-edik abszorbens gyengítési együtthatója x n = n-edik abszorbens vastagsága A röntgenkép szummációs kép. ( röntgen felvétel, radiográfiás kép, röntgenogram ) Kontraszt a térben különböző gyengítési együttható miatt lép fel. Vastagbél (dupla kontraszt) Vékonybél (dupla kontraszt)

7 Röntgen képalkotás javítása I. Fluoroszkópia Papírtölcsér radioszkóp Wilhelm Konrad Röntgen (1895): Bárium-platinocianát röntgen megvilágításra fluoreszkál Papírtölcsér fluoroszkópok Thomas Edison: kálcium-volfrámsavas képernyő Cipész fluoroszkópok ( ) 1950-es évek: Röntgen képerősítők Cipész fluoroszkóp ( ) Röntgen képerősítő Röntgen nyaláb Fotoelektronok Lumineszcens ernyő 2 C-kar Lumineszcens ernyő 1 Foto-katód Elektródák A kép digitalizálására nyílik lehetőség.

8 Röntgen képalkotás javítása II. Háttérlevonás Digital Subtraction Angiography (DSA) Röntgen képalkotás javítása III. Térbeli információ Kétirányú röntgenfelvétel Kép 1 Kép 2 DSA kép natív kontrasztanyag kontrasztanyag-natív Számszeríjjal elkövetett suicid kísérlet. Kétirányú koponyafelvétel. Röntgen képalkotás javítása IV. Tomográfia Egy komplex testről sokirányú felvételt kell készíteni: pásztázás Pásztázás a CT-ben detektorgyűrű Sugárforrás Godfrey Hounsfield μ x : lineáris gyengítési együttható legyező alakú röntgen nyaláb Forgásirány zárt mérőüreg nyitott mérőüreg Allan Cormack 1979 Orvosi Nobel-díj forrás detektor

9 CT lehetőségek Spirális CT Virtuális endoszkópia 3D rekonstrukció Angiográfia

Hasonló dokumentumok

Orvosi biofizika II. Orvosi Biofizika II. Az X-sugár. Röntgen- sugárzás Előállítás, tulajdonságok

Orvosi biofizika II. Orvosi Biofizika II. Az X-sugár. Röntgen- sugárzás Előállítás, tulajdonságok Orvosi biofizika II Orvosi Biofizika II Röntgensugárzás előállítása és tulajdonságai Röntgendiagnosztikai alapok Az elektromosság orvosi alkalmazásai Termodinamika - egyensúly, változás, főtételek Diffúzió,