Imagen de rayos X de imágenes
En términos generales, la materia puede bloquear el flujo de electrones a alta velocidad para producir rayos X. Específicamente, los rayos X se producen cuando un haz de electrones que viaja a alta velocidad en un tubo de vacío golpea un objetivo de tungsteno (o molibdeno). Por lo tanto, el generador de rayos X incluye principalmente un tubo de rayos X, un transformador y una consola.
Un tubo de rayos X es un diodo de alto vacío con un cátodo en forma de copa lleno de un filamento. El ánodo consta de un objetivo de tungsteno inclinado y un disipador de calor adjunto.
El transformador está configurado para proporcionar potencia de filamento de tubo de rayos X y alto voltaje. El primero generalmente solo requiere 12 V o menos y es un transformador reductor; el segundo requiere 40 ~ 150 kV (generalmente 45 ~ 90 kV) como transformador elevador.
Las configuraciones principales de la consola se utilizan para ajustar el voltaje, la corriente y el tiempo de exposición, incluyendo voltímetro, amperímetro, temporizador, perilla de ajuste e interruptor.
El tubo de rayos X, el transformador y la consola están conectados mediante cables. Los componentes principales y el circuito de la máquina de rayos X se muestran en la Figura 1-1-1.
El procedimiento para generar rayos X consiste en encender la fuente de alimentación, calentar el filamento del tubo de rayos X a través de un transformador reductor y generar electrones libres que se acumulan cerca del cátodo. Cuando el transformador elevador suministra electricidad de alto voltaje a los dos polos del tubo de rayos X, la diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo aumenta bruscamente y los electrones libres en el estado activado son fuertemente atraídos, lo que provoca que los haces de electrones para viajar desde el cátodo al ánodo a alta velocidad y golpear la estructura atómica objetivo del tungsteno. En este momento se produce la conversión de energía: aproximadamente el 1% de la energía forma rayos X y el 99% restante se convierte en energía térmica. El primero lo emite principalmente la ventana del tubo de rayos X y el segundo lo emite la instalación de disipación de calor.
(2) Características de los rayos X Los rayos X son ondas electromagnéticas con longitudes de onda muy cortas. El rango de longitud de onda es de 0,0006 a 50 nm. El rango de longitud de onda de rayos X comúnmente utilizado para el diagnóstico por rayos X es de 0,008 ~ 0,031 nm (equivalente a 40 ~ 150 kV). En el espectro de radiación electromagnética, se encuentra entre los rayos gamma y la luz ultravioleta, tiene una longitud de onda mucho más corta que la luz visible y es invisible a simple vista.
Además de las propiedades físicas generales anteriores, los rayos X también tienen las siguientes propiedades relacionadas con las imágenes de rayos X:
Penetración: los rayos X tienen una longitud de onda corta y un fuerte poder de penetración. , y puede penetrar Varias sustancias de diferentes densidades que la luz visible ordinaria no puede penetrar se absorben o atenúan hasta cierto punto durante el proceso de penetración. El poder de penetración de los rayos X está estrechamente relacionado con el voltaje del tubo de rayos X. Cuanto mayor sea el voltaje, más corta será la longitud de onda de los rayos X y mayor será su poder de penetración. Por el contrario, cuanto menor sea el voltaje, mayor será la longitud de onda de los rayos X producidos y menor será el poder de penetración. Por otro lado, el poder de penetración de los rayos X también está relacionado con la densidad y el grosor del objeto. La penetración de los rayos X es la base de las imágenes de rayos X.
Efecto de fluorescencia: los rayos X pueden excitar sustancias fluorescentes (como el sulfuro de zinc-cadmio, tungstato de calcio) para producir fluorescencia visible. Es decir, los rayos X actúan sobre sustancias fluorescentes, de modo que los rayos X con longitudes de onda cortas se convierten en fluorescencia con longitudes de onda largas. Esta conversión se llama efecto de fluorescencia. Esta característica es la base de la fluoroscopia.
Efecto fotográfico: La película recubierta con bromuro de plata puede exponerse a la luz para producir una imagen latente tras ser irradiada con rayos X. Después del revelado y la fijación, los iones de plata (Ag) en el bromuro de plata expuesto se reducen a plata metálica (Ag) y se depositan en la película. Este grano plateado metálico aparece negro en la película. El bromuro de plata no expuesto se elimina de la película de rayos X durante el proceso de fijación y revelado, revelando la naturaleza transparente de la base de la película. Dependiendo de la cantidad de plata metálica precipitada, se producirá una imagen en blanco y negro. Por tanto, los efectos fotográficos son la base de las imágenes de rayos X.
Efecto de ionización: Los rayos X pueden producir efectos de ionización al atravesar cualquier sustancia. El grado de ionización del aire es proporcional a la cantidad de rayos X absorbidos por el aire, por lo que la cantidad de rayos X se puede calcular midiendo el grado de ionización del aire. Los rayos X que ingresan al cuerpo humano también producirán ionización, provocando cambios biológicos en el cuerpo humano, es decir, efectos biológicos. Es la base de la protección radiológica y la radioterapia. La razón por la que los rayos X pueden formar una imagen del cuerpo humano en una pantalla o película se debe, por un lado, a las características de los rayos X, es decir, su penetrabilidad, su efecto de fluorescencia y su efecto fotográfico; se basa en la diferencia de densidad y grosor del tejido humano. Debido a esta diferencia, los rayos X se absorben en diferentes grados al pasar a través de diversas estructuras tisulares del cuerpo humano, por lo que la cantidad de rayos X que llegan a la pantalla o película también es diferente. Esto crea imágenes con diferentes contrastes de blanco y negro en una pantalla o radiografía.
Por lo tanto, la formación de imágenes de rayos X debe cumplir las siguientes tres condiciones básicas: en primer lugar, los rayos X deben tener un cierto poder de penetración para penetrar la estructura del tejido irradiado; habrá diferencias en la densidad y el grosor de la estructura del tejido, por lo que la cantidad de rayos X restantes después de ser absorbidos durante el proceso de penetración será diferente, en tercer lugar, esta radiografía residual diferencial aún es invisible y debe pasar por el proceso de obtención de imágenes; , como una película de rayos X, una pantalla o una pantalla de TV, para obtener imágenes de rayos X con contraste en blanco y negro y diferencias de gradación.
La estructura tisular del cuerpo humano está compuesta por diferentes elementos y tiene diferentes densidades según la cantidad total de diversos elementos en la unidad de volumen de varios tejidos.
La densidad de las estructuras de los tejidos humanos se puede resumir en tres categorías: tejido óseo de alta densidad y lesiones calcificadas; densidad media que incluye cartílagos, músculos, nervios, órganos sólidos, tejido conectivo y fluidos corporales y los presentes en el tracto respiratorio, gastrointestinal; tracto, senos y apófisis mastoides. Tejido adiposo de baja densidad y gas.
Cuando los rayos X con intensidad uniforme penetran en estructuras de diferentes densidades con el mismo espesor, se producirá la situación que se muestra en la Figura 1-1-2 debido a los diferentes niveles de absorción. Las imágenes de rayos X con contraste en blanco y negro (o claro y oscuro) y diferencias de gradación se muestran en películas o pantallas de rayos X.
En la estructura del cuerpo humano, las costillas del tórax tienen alta densidad, absorben más rayos X y las fotos son blancas; el aire en los pulmones tiene baja densidad, absorben menos rayos X y; las fotos son oscuras.
Cuando los rayos X penetran en los tejidos de baja densidad, se absorben menos y quedan más rayos X, lo que hace que la película de rayos X sea más sensible. La plata metálica se reduce mediante una reacción fotoquímica, por lo que la X. -La película de rayos es negra. Haga que la pantalla fluorescente produzca más fluorescencia, para que la pantalla fluorescente sea más brillante. El tejido de alta densidad, por el contrario, las lesiones también cambiarán la densidad del tejido humano. Por ejemplo, la tuberculosis puede producir cambios fibrosos de densidad moderada y calcificación de alta densidad en tejido pulmonar de baja densidad. En una radiografía de tórax, aparece una sombra blanca que representa la lesión sobre el fondo de la sombra del pulmón. Por lo tanto, los cambios patológicos en diferentes densidades de tejido pueden producir imágenes de rayos X patológicas correspondientes.
Las estructuras de los tejidos humanos y las formas de los órganos son diferentes, y el grosor también es inconsistente. Sus partes gruesas y delgadas están claramente definidas o migran gradualmente. La parte gruesa absorbe más rayos X y transmite menos rayos X, mientras que ocurre lo contrario con la parte delgada. Por lo tanto, la proyección de rayos X puede tener diferentes rendimientos, como se muestra en la Figura 1-1-3. El contraste entre el blanco y el negro y la diferencia entre la luz y la oscuridad en las películas y pantallas de rayos X, así como el movimiento relativamente claro o gradual de los límites del negro al blanco y de la luz a la oscuridad, están todos relacionados con sus diferencias de espesor.
A. Cuando los rayos X pasan a través del trapezoide, la parte más gruesa absorbe más rayos X pero transmite menos rayos X. La foto muestra una sombra blanca, mientras que la parte delgada muestra una sombra negra. Hay una línea clara entre las sombras blancas y negras. En la pantalla fluorescente, por el contrario, cuando B. Por el contrario, cuando C. Los límites de las sombras son claros. Al contrario de lo que ves en la pantalla.
Se puede observar que la diferencia de densidad y espesor es la base del contraste de la imagen y la condición básica para la obtención de imágenes de rayos X. Cabe señalar que el papel de la densidad y el espesor en las imágenes depende de cuál es dominante. Por ejemplo, en el pecho, las costillas tienen alta densidad pero pequeño grosor, mientras que los grandes vasos sanguíneos del corazón tienen baja densidad pero gran grosor, por lo que la imagen de los grandes vasos sanguíneos del corazón es más blanca que la imagen de las costillas. . Asimismo, un derrame pleural grande es de densidad media pero parece más blanco que las costillas debido a su mayor espesor. Cabe señalar que la densidad de la estructura del tejido humano y la densidad de las imágenes de las películas de rayos X son dos conceptos diferentes. El primero se refiere a la masa de material por unidad de volumen en el tejido humano y el segundo se refiere a la imagen en blanco y negro que se muestra en las películas de rayos X. Sin embargo, la densidad de una sustancia es proporcional a su propia gravedad específica. El material tiene alta densidad y gravedad específica, y absorbe una gran cantidad de rayos X, por lo que la imagen de la foto es blanca. Por el contrario, el material tiene baja densidad, pequeño peso específico, absorbe menos rayos X y la imagen en la foto es más oscura. Por tanto, aunque las sombras blancas y negras de la foto también están relacionadas con el grosor del objeto, pueden reflejar la densidad del material. En terminología, a menudo se utilizan alta densidad y baja densidad para referirse a los colores blanco y negro de una imagen. Por ejemplo, la sombra blanca, la sombra gris y la sombra negra están representadas por densidad alta, densidad media y densidad baja respectivamente, y se representa la densidad de la materia. Cuando cambia la densidad del tejido humano, las sombras blancas y negras de la imagen se expresan aumentando o disminuyendo la densidad. Una imagen de rayos X es la suma de las proyecciones de un haz de rayos X que penetra estructuras tisulares de diferentes densidades y espesores en una determinada parte. Es una imagen en la que las proyecciones de todas las capas se superponen entre sí a lo largo del camino de penetración. . En la proyección ortográfica de rayos X no sólo se incluyen el frente, sino también el medio y la espalda. Debido a la superposición, las proyecciones de ciertas estructuras tisulares del cuerpo pueden visualizarse bien debido a la ganancia acumulativa, mientras que las proyecciones de otras estructuras tisulares del cuerpo pueden ser difíciles o imposibles de visualizar debido a la atenuación y cancelación.
Dado que el haz de rayos X se proyecta sobre el cuerpo humano en forma cónica desde el tubo de rayos X, la imagen de rayos X se ampliará hasta cierto punto y se generará una imagen complementaria ( Figura 1-1-4). Esto va acompañado de una reducción de la claridad de la imagen de rayos X.
La proyección cónica también puede tener un impacto en las imágenes de rayos X, como se muestra en la Figura 1-1-5. Aunque la imagen de rayos X en la posición del rayo central se amplía, aún mantiene la forma original del objeto sin distorsión o distorsión de la imagen; por otro lado, la imagen de rayos X en la posición del rayo del borde se amplifica y distorsiona debido; para iluminar objetos oblicuamente.