اصول اشعه ايکس
بدن انسان شامل بافت ها و ارگان هاي مختلف از جمله آب، استخوان، خون و چربي است و به منظور انجام تصویربرداري نياز است با بهره گيري از تكنيک هاي ویژه اي، این قسمت ها از یكدیگر متمایز شوند. تا پيش از كشف اشعه ایكس هيچ تلاشی در راستاي ایجاد تصویري از بدن صورت نگرفته بود. اكثر سيستم هاي اصلي كه در تصویربرداري با اشعه ایكس مورد نيازند، در ۲۰ سال اول كشف این اشعه، ابداع و به خدمت گرفته شدند. به طوري كه از سال ۱۹۳۰ به بعد اغلب كوشش ها در جهت بهبود سيستم ها و روش هاي ارتقا كيفيت تصاویر متمركز شده و تغييرات چنداني در سيستم كلي رادیوگرافي به وجود نيامد.
ماهیت اشعه ایکس
اشعه ایكس بخشي از امواج الكترومغناطيسي ميباشد و تفاوت اصلي آن با دیگر امواج الكترومغناطيسي همچون امواج رادیویي یا نور، در فركانس و طول موج آن است. كليه امواج الكترومغناطيسي داراي این توانایي هستند كه در خلاء یا فضاي خارجي حركت كنند. برخي خواص اصلي امواج الكترومغناطيسي به شرح زیر ميباشد:
- از رابطه ʋλ=c تبعيت ميكنند، كه c سرعت نور، ʋ فركانس و λ طول موج است.
- در مسير یک خط مستقيم انتشار ميیابند.
- شدت آن با مجذور مسافت رابطه عكس دارد.
- توسط محيط هاي مغناطيسي منحرف ميشوند.
در شكل زیر طيف امواج الكترومغناطيسي نشان داده شده است.
تولید اشعه ایکس در یک لامپ اشعه ایکس
اشعه ایكس توسط یک لامپ دیودي اشعه ایكس، داراي سطح خلاء بالا، توليد ميشود كه در آن الكترونها با سرعتهاي بالا (با استفاده از یک منبع تغذیه با ولتاژ باال تا مقادیر حدود ۱۰۰ كيلوولت) شتاب داده ميشوند. قسمت اصلي لامپ اشعه ایكس از یک محفظه ضخيم سربي تشكيل شده كه درون آن محفظه شيشه اي خلاء همراه با دو الكترود به نام هاي آند و كاتد قرار دارند. اختلاف پتانسيل به وجود آمده بين دو الكترود، منجر به قرار گرفتن الكترون هاي معلق در لوله خلاء تحت اثر نيروي بسيار بزرگ حاصل از ميدان الكتریكي ميشود. این امر الكترون ها را از سمت كاتد به جانب آند كه از جنس تنگستن است هدایت ميكند و در نتيجه موجب جاري شدن جریان بين كاتد و آند ميشود. زماني كه اشعه كاتدي به آند برخورد ميكند، تنها بخشي از انرژي به انرژي فوتون هاي پرتو ایكس تبدیل ميشود و قسمت بيشتر انرژي به گرما تبدیل ميشود. تمركز این انرژي بر روي سطح كوچک آند، ميتواند منجر به گرم شدن بيش از اندازه و حتي ذوب شدن آن شود. یک روش براي جلوگيري از این مشكل، افزایش سطح آند است. روش دیگر استفاده از آند چرخان است. در این تكنيک، سرعت چرخش طبيعي آند ۳۶۰۰ دور در دقيقه است كه این چرخش موجب پخش شدن گرما در سطح وسيعي از آند ميشود. لوله خلاء اشعه ایكس به وسيله شتاب گرفتن الكترون ها از یک فلامان تنگستن كاتدي داغ شده به طرف یک صفحه آندي دوار ولتاژ بالا عمل ميكند.
برخورد یک الكترون پر سرعت به آند از جنس تنگستن، منجر به جدا شدن یكي از الكترون هاي موجود در سطح انرژي پایين تر اتم تنگستن ميشود. به منظور جایگزیني این الكترون، الكتروني از سطح انرژي بالاتر به این سطح منتقل ميشود كه این انتقال منجر به آزادسازي مقداري انرژي، معادل با اختلاف دو سطح انرژي و در قالب یک فوتون آزاد ميگردد. در صورتي كه اختلاف بين دو سطح انرژي به ميزاني باشد كه انرژي قابل ملاحظه اي آزاد شود، این انرژي در قالب یک فوتون اشعه ایكس معرفي ميگردد. روش دیگر توليد اشعه ایكس به این صورت است كه گاهي اوقات بر اثر برخورد یک الكترون پر سرعت به هسته اتم تنگستن، ضمن كاسته شدن از سرعت و تغيير جهت آن، انرژي آزاد ميشود كه به صورت فوتون اشعه ایكس ظاهر ميشود.
