Презентация Рентгеновское излучение. Основы компьютерной томографии. Введение в интроскопию онлайн

Содержание слайда: Рентгеновское излучение Основы КТ

Содержание слайда: Лучевая диагностика 1895 Вильгельм К.Рентген обнаружил и в 1896 опубликовал первое сообщение «О новом виде лучей» Начало 20 века – совершенствование «теневой» визуализации, развитие ренгеноскопии и рентгенографии 1959 невропатолог Олднендорф (США) построил опытный образец медицинского рентгеновского томографа для исследований головного мозга 1973 первый коммерческий КТ 1979 нобелевская премия в области медицины математику А.МакКормаку (ЮАР) и инженеру Годфри Хаунсфилду

Содержание слайда: Табл. 1. Характеристики электромагнитных излучений. Энергия, эВ Длина волны, м Частота, Гц Источник излучения 109 10-16 1024 Тормозное излучение 105 10-12 1020 Гамма излучение ядер 103 10-10 1018 Рентгеновское излучение 101 10-8 1016 Ультрафиолетовое излучение 10-1 10-6 1014 Видимый свет 10-3 10-4 1012 Инфракрасное излучение 10-5 10-2 1010 Микроволновое излучение 10-7 1 108 СВЧ 10-9 102 106 Радиоволны  ВЧ 10-11 104 104 Радиоволны НЧ

Содержание слайда: Рентгеновское излучение - невидимое электромагнитное излучение с длинной волны 10-3 – 100 нм; образуется в результате торможения движущихся электронов в веществе, а так же при некоторых переходах электронов в облачках атомов; способно проникать сквозь твердые тела. Энергетический диапазон от 100 эВ до 0,1 МэВ. Открыто В.Рентгеном в 1895 году . Рентгеновское излучение - невидимое электромагнитное излучение с длинной волны 10-3 – 100 нм; образуется в результате торможения движущихся электронов в веществе, а так же при некоторых переходах электронов в облачках атомов; способно проникать сквозь твердые тела. Энергетический диапазон от 100 эВ до 0,1 МэВ. Открыто В.Рентгеном в 1895 году . Характеристическое рентгеновское излучение – электромагнитное излучение, испускаемое при переходах электронов с внешних электронных оболочек атома на внутренние (характеристический спектр). Характеристический спектр – линейчатый рентгеновский спектр, возникающий при переходах электронов верхних оболочек атома на более близко расположенные к ядру K-, L-, M-, N – оболочки. Частоты линий характеристического спектра химических элементов подчиняется закону Мозели. Закон Мозели – линейная зависимость квадратного корня из частоты характеристического рентгеновского излучения от атомного номера химического элемента. Установлен экспериментально Г.Мозели в 1913 году. Закон Мозели – основа рентгеновского спектрального анализа. Тормозное рентгеновское излучение с непрерывным энергетическим спектром - коротковолновое электромагнитное излучение. Диапазон частот, 3·1016 – 3·1019 Гц, диапазон длин волн 10-8 – 10-12 м. Образуется при уменьшении кинетической энергии (торможении, рассеянии) быстрых заряженных частиц, например, при торможении в кулоновском поле ускоренных электронов. Существенно для легких частиц электронов и позитронов. Спектр тормозного излучения непрерывен, максимальная энергия равна начальной энергии частицы. При больших энергиях заряженных частиц, тормозное рентг. излучение переходит в энергетический диапазон гамма– излучения.

Содержание слайда: Источники рентгеновского излучения Источниками рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, некоторые радиоактивные изотопы, ускорители (бетатрон) и накопители электронов (синхротронное излучение), лазеры и др. Бетатрон – циклический ускоритель электронов, в котором электроны ускоряются вихревым электрическим полем, порожденным переменным магнитным полем. Обычно энергия электронов в бетатроне не выше 50 МэВ. Линейный ускоритель - ускоритель заряженных частиц, в котором траектории частиц близки к прямой линии. Максимальная энергия электронов, полученная в линейном ускорителе, 20 ГэВ, протонов до 800 МэВ. В линейном ускорителе электронов электроны впрыскиваются в трубку ускорителя и разгоняются там с помощью электромагнитного поля высокой частоты. Может быть использован как источник рентгеновское излучения. С этой целью пучок электронов направляется на мишень, изготовленного из тяжелого тугоплавкого металла. В результате взаимодействия электрона с ядром атома мишени образуется фотон, а электрон отражается с меньшей энергией. Пучок фотонов, с энергией соответствующей рентгеновскому излучению, проходит через выравнивающий фильтр, лучу придается нужная форма с помощью коллиматора до попадания на больного. Рентгеновская трубка - электровакуумный прибор для получения рентгеновских лучей. Простейшая рентгеновская трубка состоит из стеклянного баллона с впаянными электродами - катодом и анодом (антикатодом). Электроны, испускаемые катодом, ускоряются сильным электрическим полем в пространстве между электродами и бомбардируют анод. При ударе электронов об анод их кинетическая энергия частично преобразуется в энергию рентгеновского излучения. Важным компонентом рентгеновской трубки является электронная пушка (электронный прожектор), устройство для создания направленного потока электронов; применяется в телевизионных трубках, рентгеновской аппаратуре, электронных микроскопах.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Спектр рентгеновских лучей молибдена для разных напряжений, приложенных к трубке.

Содержание слайда: Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом Взаимодействие рентгеновского и гамма излучения с веществом происходит посредством трех основных процессов: фотоэлектрического поглощения (фотоэффекта), рассеяния и эффекта образования пар. В случае если величина передаваемого импульса при столкновении кванта с электроном мала, рассеяние фотонов на атомных электронах происходит без потери энергии (Рэлеевское или когерентное рассеяние). Для низких энергий основную роль играет фотопоглощение фотонов. Вероятность фотоэффекта быстро падает с ростом энергии фотона. При увеличении энергии рентгеновского излучения основным механизмом взаимодействия фотонов с веществом становится комптоновское рассеяние.

Содержание слайда: Рассеяние рентгеновского излучения Различают два основных процесса рассеяния: комптоновское или некогерентное рассеяние (Комптон эффект) и когерентное (Рэлеевское) рассеяние: При когерентном рассеянии hv < φсв, взаимодействие происходит с электронами оболочки атома. Pассеивающий электрон начинает совершать колебательные движения с частотой кванта и излучает энергию в виде рассеянной волны hv'= hv. Энергия кванта при этом не изменяется, а изменяется только его направление. Движение электронов в атоме взаимосвязано, и излучение, рассеянное одним электроном, будет интерферировать с излучениями, рассеянными другими электронами того же атома, что применяется для исследования структуры вещества и т.п. При некогерентном рассеянии взаимодействие происходит с внешними слабо связанными электронами. Pассеянный квант hv' характеризуется большей длиной волны и отклоняется от первоначального направления. Получивший энергию электрон отдачи (комптоновский электрон) начинает двигаться под углом к направлению движения кванта. Комптоновские электроны характеризуются непрерывным спектром. hv = hv + + φсв  

Содержание слайда: Так как каждый атом рассеивающего тела содержит Z электронов, то, принимая, что рассеяние отдельными электронами происходит независимо друг от друга, можно считать что общее рассеяние, производимое одним атомом, равно сумме рассеяние отдельных электронов, и   атомный коэффициент рассеяния выразится формулой: Так как каждый атом рассеивающего тела содержит Z электронов, то, принимая, что рассеяние отдельными электронами происходит независимо друг от друга, можно считать что общее рассеяние, производимое одним атомом, равно сумме рассеяние отдельных электронов, и   атомный коэффициент рассеяния выразится формулой: n – число атомов в единице объема. для массового коэффициента рассеяния: т.е. массовый коэффициент рассеяния не зависит ни от длины волны первичных лучей, ни от рода рассеивающего вещества, так как отношение Z к атомному весу А для всех элементов, кроме водорода, сохраняет почти постоянное значение ½. Согласно теории Комптона коэффициент рассеяния σ связан с классическим коэффициентом рассеяния σо формулой: коэффициент рассеяния σ следует рассматривать как сумму двух коэффициентов – так называемого электронного коэффициента отдачи σе, учитывающего передачу энергии электрону отдачи, и коэффициента истинного рассеяния   σs:

Содержание слайда: Фотоэффект При фотоэффекте, рентгеновский или гамма квант передает всю энергию электрону атома. Соответственно, если энергия кванта, больше, чем энергия связи электрона в атоме: hv > φсв, электрон (фотоэлектрон) вылетает из атома: hv = + φсв, а освободившиеся места в электронных оболочках в дальнейшем заполняются электронами с внешних оболочек. Переход электронов на более близкую к ядру оболочку сопровождается испусканием кванта характеристического излучения. Вторичные процессы: а) рентгенолюминисценция (видимый спектр) б) появление вторичных электронов (ионизация) в) разрыв химических связей (мутагенный эффект)

Содержание слайда: Вообще можно различать следующие три случая вырывания электронов: Вообще можно различать следующие три случая вырывания электронов: 1. Вырывание электронов, слабо связанных с атомами (периферические электроны), т.е. ионизация в наружном слое. Эти фотоэлектроны обладают наибольшими энергиями, так как работа удаления их мала (несколько электронвольт). 2. Когда кванты  рентгеновских лучей достаточно велики, они могут вырвать электроны из внутренних слоев атомов поглощающего вещества. Возникают фотоэлектроны, обладающие значительно меньшими энергиями, и одновременно возникает характеристическое рентгеновское излучение. Поглощение рентгеновских лучей и вырывание электронов этого рода происходит особенно сильно тогда, когда длина волны первичных лучей немного меньше длины волны характеристического излучения атомов поглощающего тела. С дальнейшим уменьшением длины волны падающих лучей поглощение и интенсивность вторичного характеристического излучения ослабевают. 3. Анализ распределения (числа) фотоэлектронов по скоростям показал, что относительное число фотоэлектронов второго рода слишком велико, того же порядка, как и число фотоэлектронов первого рода.

Содержание слайда: Это противоречие было разъяснено опытами Оже и др., которые фотографировали пути фотоэлектронов в камере Вильсона. Они обнаружили, что очень часто из одной точки (на фотографии) выходит несколько (два или четыре) фотоэлектрона, причем траектория (длина пробега) одного из них зависит, а траектории остальных не зависят от частоты падающего излучения и малы по сравнению с длиной пути первичных фотоэлектронов. Это противоречие было разъяснено опытами Оже и др., которые фотографировали пути фотоэлектронов в камере Вильсона. Они обнаружили, что очень часто из одной точки (на фотографии) выходит несколько (два или четыре) фотоэлектрона, причем траектория (длина пробега) одного из них зависит, а траектории остальных не зависят от частоты падающего излучения и малы по сравнению с длиной пути первичных фотоэлектронов. Появление парных траекторий Оже объяснил многократной ионизацией атомов. Теория сложного фотоэффекта подтверждается измерениями Оже и других не только качественно, но и количественно. Оказывается, что сложный фотоэффект происходит очень часто, причем в атомах с малым атомным номером многократная ионизация наблюдается чаще, и переходы электронов из удаленных уровней на внутренний в большинстве случаев происходят без испускания рентгеновских лучей.

Содержание слайда: Образование пар При взаимодействии с ядрами атомов квантов рентгеновского или гамма излучения достаточно высокой энергии (не менее 1, 02 Мэв) происходит процесс формирования электронно-позитронных пар: hv = е-­­­ + β+. Позитрон существует лишь очень короткий промежуток времени; вслед за образованием пары наблюдается явление аннигиляции, сопровождаемое излучением двух противоположно направленных квантов с энергией 0, 51 Мэв.   Суммарный коэффициент поглощения:

Содержание слайда: Полная цепь превращения энергии

Содержание слайда: Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом

Содержание слайда: Коэффициент линейного ослабления Эффект ослабления излучения (attenuation) возникает в результате прохождения излучения через среду и потерю энергии в результате взаимодействия с ней. Величина коэффициента линейного ослабления μ зависит от начальной энергии фотона, химического состава и физической плотности вещества. Массовой коэффициент поглощения   μ/ρ сильно зависит от длины волны лучей и от атомного номера вещества Z поглощающего тела.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: В системах второго и последующих поколений сбор данных ведется с применением веерного источника рентгеновских излучений.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: