Nguyên lý làm việc của máy chụp X-Quang

Có thể bạn đã từng chụp bằng máy X-quang vào một lúc nào đó trong đời, nhưng bạn có biết rằng công nghệ cứu sinh này thực sự được phát minh ra một cách tình cờ? Nhà vật lý người Đức, Wilhelm Roentgen, đã phát hiện ra công nghệ này khi ông đang thực hiện các thí nghiệm với chùm tia điện tử và ống phóng khí - bạn biết đấy, giống như mọi người ...

Khám phá ban đầu

Khi thực hiện các thử nghiệm này, anh nhận thấy rằng một màn hình huỳnh quang trong phòng thí nghiệm của anh bắt đầu phát sáng màu xanh lá cây trong khi các chùm electron đang chạy. Điều này không gây ngạc nhiên theo đúng nghĩa của nó, nhưng màn hình của Roentgen được che chắn bởi các tông nặng, mà anh ta nghĩ rằng sẽ chặn bức xạ.

Điều thú vị của khám phá này là khía cạnh ban đầu trong khám phá của Roentgen chỉ đơn giản là sự tồn tại của một loại bức xạ xuyên thấu nào đó, nhưng khi cố gắng tìm hiểu chuyện gì đang xảy ra, anh ta thực sự đặt tay vào giữa màn hình và chùm electron. Điều này tạo ra hình ảnh xương bên trong bàn tay của anh ta trên màn hình, cho thấy công dụng hoàn hảo của tia X ngay sau khi phát hiện ra chúng.

Phát hiện kép này được đánh dấu là một trong những tiến bộ y tế quan trọng nhất trong lịch sử loài người. Nó đã cho các chuyên gia khả năng nhìn thấy các bệnh bên trong cơ thể con người mà không cần phẫu thuật xâm lấn. Nó thậm chí còn cho phép họ nhìn thấy các mô mềm với những sửa đổi nhỏ.

Không ai thắc mắc rằng tia X rất quan trọng đối với y học hiện đại, nhưng hầu hết mọi người không có ý tưởng tuyệt vời về những gì đang thực sự xảy ra khi bạn có được.

Cách hoạt động của tia X

Bạn có thể nghĩ về tia X là tia sáng. Cả hai đều là năng lượng điện từ mang theo sóng bởi các photon. Sự khác biệt chính giữa các loại tia này là mức năng lượng hay bước sóng của tia.

Chúng ta có khả năng cảm nhận các tia sáng theo bước sóng của ánh sáng khả kiến, nhưng bước sóng ngắn hơn hoặc dài hơn nằm ngoài phổ khả kiến ​​của chúng ta. Tia X là sóng năng lượng cao hơn và sóng vô tuyến là sóng năng lượng thấp hơn.

Tia X được tạo ra bởi sự chuyển động của các electron trong các nguyên tử. Mức năng lượng cụ thể của tia X cho trước phụ thuộc vào mức độ electron rơi giữa các quỹ đạo trong nguyên tử.

Khi bất kỳ photon đã cho nào va chạm với một nguyên tử khác, nguyên tử đó có thể hấp thụ năng lượng của photon và tăng một electron lên mức cao hơn. Trong trường hợp này, năng lượng của photon phải phù hợp với chênh lệch năng lượng giữa hai electron. Nếu điều này không xảy ra, thì photon không thể dịch chuyển giữa các quỹ đạo.

Chức năng này có nghĩa là khi các photon từ tia X đi qua cơ thể bạn, mỗi nguyên tử của mô sẽ hấp thụ hoặc phản ứng với các photon khác nhau.

Các mô mềm trong cơ thể bạn bao gồm các nguyên tử nhỏ hơn, vì vậy chúng không hấp thụ tốt tia X do năng lượng cao của các photon. Mặt khác, các nguyên tử canxi của xương lớn hơn nhiều, do đó chúng hấp thụ các photon tia X và do đó dẫn đến một cái nhìn khác về hình ảnh tia X.

Máy X-quang

Bên trong các máy chụp X-quang, có một cặp điện cực, cực dương và cực âm, bên trong ống chân không, thường được làm bằng thủy tinh. Cực âm thường là một dây tóc nóng, và cực dương là một đĩa phẳng làm bằng vonfram. Khi cực âm đang hướng lên, các electron vọt ra khỏi dây tóc và tìm đường đến cực dương.

Chênh lệch điện áp giữa cực dương và cực âm rất cao, cho phép các electron di chuyển trong không khí với vận tốc cao. Khi các electron này đi qua ống với tốc độ cao như vậy và va vào các nguyên tử vonfram của cực dương, nó đánh bật các electron lỏng lẻo ở quỹ đạo thấp hơn của các nguyên tử. Khi các electron rơi từ quỹ đạo cao hơn xuống các mức năng lượng thấp hơn này, năng lượng bổ sung được giải phóng dưới dạng photon. Vì sự sụt giảm này là lớn, nó giải phóng một photon năng lượng cao hoặc tia X.

Đây là cách tia X bình thường được tạo ra và hoạt động, nhưng trong trường hợp mô mềm, như các cơ quan của con người, cần được kiểm tra, thì cần phải thêm phương tiện tương phản. Môi trường tương phản là chất lỏng hấp thụ tia X và thu thập trong các mô mềm. Để kiểm tra các mạch máu, các bác sĩ sẽ tiêm phương tiện này vào tĩnh mạch. Thông thường trong những trường hợp xem mô mềm này, các bác sĩ cũng sẽ sử dụng Fluoroscopes để xem hình ảnh trong thời gian thực và thậm chí có thể quay video bằng các thiết bị này.

Để thu thập hình ảnh thực tế từ một phụ, các bác sĩ sử dụng một bộ phim hoặc cảm biến ở phía bên kia của bệnh nhân. Những phim này hoạt động gần giống với phim chụp ảnh thông thường và các cảm biến đặc biệt nhạy cảm với tia X.

Thông qua tất cả các hình ảnh này, các bác sĩ có thể suy ra một loạt các dữ liệu y tế quan trọng từ tia X.

Ngay cả với tầm quan trọng của tia X, chúng vẫn có thể nguy hiểm khi dùng liều cao vì chúng là một dạng bức xạ ion hóa. Điều này có nghĩa là khi tia X chạm vào một nguyên tử, nó thực sự có thể đánh bật các electron để tạo thành ion hoặc nguyên tử tích điện. Các electron tự do sau đó va chạm với các nguyên tử khác để tạo ra nhiều ion hơn. Các ion có thể gây ra các phản ứng hóa học không tự nhiên trong cơ thể dẫn đến đột biến DNA của bệnh nhân. Đột biến này sau đó có thể trở thành ung thư.

Đó là lý do mà các bác sĩ ít sử dụng tia X, hoặc ít nhất là chỉ sử dụng chúng khi thực sự cần thiết. Ở liều thấp, tia X không có gì phải sợ và có thể là một công nghệ y tế cứu sống trong thời kỳ hiện đại.

Các lựa chọn thay thế cho tia X

Nếu bạn không muốn chụp X-quang vì bạn lo lắng về các tác động có thể gây hại, có một số giải pháp. Trong nhiều trường hợp, siêu âm có thể hoạt động để kiểm tra bất kỳ bệnh nào dưới da, nhưng không phải lúc nào cũng vậy.

Siêu âm cũng được gọi là siêu âm, về cơ bản là lựa chọn tốt nhất của bạn khi cố gắng tránh tia X. Những kỹ thuật hình ảnh này hoạt động bằng cách gửi sóng âm thanh với tần số cao hơn tần số âm thanh qua cơ thể bạn. Các cơ thể được quét bị ảnh hưởng không có cách nào từ các sóng âm thanh này, đó là một lợi ích lớn.

Sau đó, máy siêu âm lắng nghe những thay đổi trong sóng âm thanh cũng như theo dõi các tỷ lệ hoàn vốn khác nhau để tạo ra hình ảnh trực tiếp về những gì bên dưới.

‍