بدن انسان شامل بافت ها و ارگان های مختلف از جمله آب، استخوان، خون و چربی است و برای تصویربرداری از این اندام ها به تکنیک های ویژه ای نیاز است که قابلیت متمایز کردن آن ها را از یکدیگر داشته باشند. تا پیش از کشف اشعه ایکس، هیچ تلاشی در راستای تصویربرداری از بدن صورت نگرفته بود. بیشتر سیستم هایی که در تصویربرداری با اشعه ایکس مورد نیاز هستند، در بیست سال اول کشف این اشعه، ابداع و به خدمت گرفته شدند؛ به طوری که از سال 1930 به بعد اغلب کوشش ها در جهت بهبود سیستم ها و روش های ارتقای کیفیت تصاویر متمرکز شده ولی تغییرات چندانی در سیستم کلی رادیوگرافی به وجود نیامده است.
ماهیت اشعه ایکس:
اشعه ایکس بخشی از امواج الکترومغناطیس است و تفاوت اصلی آن با دیگر امواج الکترومغناطیسی همچون امواج رادیویی یا نور، در فرکانس و طول موج آن است. کلیه امواج الکترومغناطیسی این توانایی را دارند که در خلاء یا فضای خارجی حرکت کنند. برخی خواص اصلی امواج الکترومغناطیسی به شرح زیر است:
- از رابطه C = ʋλ تبعیت می کنند، که C سرعت نور، ʋ فرکانس و λ طول موج است.
- در مسیر یک خط مستقیم انتشار می یابند.
- شدت آن با مجذور مسافت رابطه عکس دارد.
- توسط محیط های مغناطیسی منحرف می شوند.
در شکل زیر طیف امواج الکترومغناطیسی نشان داده شده است:
تولید اشعه ایکس در یک لامپ اشعه ایکس:
اشعه ایکس توسط یک لامپ دیودی اشعه ایکس با سطح خلاء بالا تولید می شود که در آن الکترون ها با سرعت های بالا (با استفاده از یک منبع تغذیه با ولتاژ بالا تا مقادیر حدود 100 کیلوولت) شتاب داده می شوند. قسمت اصلی لامپ اشعه ایکس از یک محفظه ضخیم سربی تشکیل شده که درون آن یک محفظه شیشه ای خلاء همراه با دو الکترود به نام های آند و کاتد قرار دارند. اختلاف پتانسیل به وجود آمده بین دو الکترود باعث تشکیل یک میدان الکتریکی می شود و نیروی بسیار بزرگ حاصل از این میدان منجر به قرار گرفتن الکترون های معلق در لوله خلاء می شود. این امر الکترون ها را از سمت کاتد به جانب آند که از جنس تنگستن است هدایت می کند و در نتیجه موجب جاری شدن جریان بین کاتد و آند می شود.
زمانی که اشعه کاتدی به آند برخورد می کند، تنها بخشی از انرژی به انرژی فوتون های پرتو ایکس تبدیل می شود و قسمت بیشتر انرژی به گرما تبدیل می شود. تمرکز این انرژی بر روی سطح کوچک آند، می تواند منجر به گرم شدن بیش از اندازه و حتی ذوب شدن آن شود. یک روش برای جلوگیری از این مشکل، افزایش سطح آند است. روش دیگر استفاده از آند چرخان است. در این تکنیک، سرعت چرخش طبیعی آند 3600 دور در دقیقه است که این چرخش موجب پخش شدن گرما در سطح وسیعی از آند می شود. لوله خلاء اشعه ایکس به وسیله شتاب گرفتن الکترون ها از یک فیلامان تنگستن کاتدی داغ شده به طرف یک صفحه آندی دوار ولتاژ بالا عمل می کند (به شکل زیر بصورت شماتیک نحوه تولید اشعه ایکس را شرح می دهد)
برخورد یک الکترون پر سرعت به آند از جنس تنگستن، منجر به جدا شدن یکی از الکترون های موجود در سطح انرژی پایین تر اتم تنگستن می شود. به منظور جایگزینی این الکترون، الکترونی از سطح انرژی بالاتر به این سطح منتقل می شود. این انتقال منجر به آزادسازی مقداری انرژی در قالب یک فوتون آزاد می گردد که معادل با اختلاف دو سطح انرژی است.
در صورتی که اختلاف بین دو سطح انرژی به میزانی باشد که انرژی قابل ملاحظه ای آزاد شود، این انرژی در قالب یک فوتون اشعه ایکس معرفی می گردد. روش دیگر تولید اشعه ایکس به این صورت است که گاهی اوقات بر اثر برخورد یک الکترون پر سرعت به هسته اتم تنگستن، ضمن کاسته شدن از سرعت و تغییر جهت آن، انرژی آزاد می شود که به صورت فوتون اشعه ایکس ظاهر می شود.
رفرنس: تجهیزات عمومی بیمارستانی و کلینیک های پزشکی نوشته مسلم بگل