Introduction to Radiology Technology Lecture 4 PDF

Introduction to Radiology Technology Lecture 4 part 1 Done by: Nadeem Al malkawi Abood Suliman  X-ray Image Production : X-rays are emitted through a window in the glass or metal enclosure of the x-ray tube in the form of a spectrum of e...

Introduction to Radiology Technology Lecture 4 part 1 Done by: Nadeem Al malkawi Abood Suliman  X-ray Image Production : X-rays are emitted through a window in the glass or metal enclosure of the x-ray tube in the form of a spectrum of energies. The x-ray beam is characterized by quantity (the number of x-rays in the beam) and quality (the penetrability of the beam). X-ray Quantity : - The intensity of the x-ray beam of an x-ray imaging system is measured in milli gray in air( mGy )and is called the x-ray quantity. - It is a measure of the number of ion pairs produced in air by a quantity of x-rays. Ionization of air increases as the number of x-rays in the beam increases. - Remember, The relationship between the x-ray quantity as measured in mGy a (mR) and the number of x-rays in the beam is not always one to one.‫تنبعث األشعة السينية من خالل نافذة في العلبة الزجاجية أو المعدنية ألنبوب األشعة السينية عىل شكل طيف من الطاقات‬.)‫يتميز شعاع األشعة السينية بالكمية (عدد األشعة السينية في الحزمة) والجودة (قابلية اختراق الحزمة‬ : ‫كمية األشعة السينية‬ ‫ يتم قياس شدة شعاع األشعة السينية لنظام التصوير باألشعة السينية باللون الرمادي الملي في‬-.‫) ويسمى كمية األشعة السينية‬mGy( ‫الهواء‬.‫ إنه مقياس لعدد أزواج األيونات التي تنتجها كمية من األشعة السينية‬-.‫يزداد تأين الهواء مع زيادة عدد األشعة السينية في الحزمة‬ mGy ‫ تذكر أن العالقة بين كمية األشعة السينية تم قياسها ب‬- ) ‫وعدد األشعة السينية في الشعاع ليس دائما واحدا لواحد ( يعني مش ضروري عدد االلكترونات تعطينا نفس عدد الفوتونات بحزمه االشعه‬  Factors that Affect Intensity : 1- Milliampere Seconds (mAs) : - X-ray quantity is directly proportional to the mAs. - When mAs is doubled, the number of electrons striking the tube target is doubled, and therefore the number of x-rays emitted is doubled. 2- Kilovolt Peak (kVp) : - X-ray quantity varies rapidly with changes in kVp. - The change in x-ray quantity is proportional to the square of the ratio of the kVp ; in other words, if kVp were doubled, the x-ray intensity would increase by a factor of 4 Theoretically, doubling the x-ray intensity by changing kVp alone requires an increase of 40% in kVp. This relationship is not adopted clinically because as kVp is increased, the penetrability of the x-ray beam is increased. More x-rays go through the patient and interact with the image receptor. Consequently, to maintain a constant exposure of the image receptor, an increase of 15% in kVp should be accompanied by a reduction of one half in mAs.  ‫‪ -1‬مللي أمبير ثانية (مللي أمبير) ‪:‬‬ ‫‪ -‬كمية األشعة السينية تتناسب طرديا مع مللي أمبير‪.‬‬ ‫‪ -‬عندما يتضاعف ‪ ، mAs‬يتضاعف عدد اإللكترونات التي تضرب هدف األنبوب ‪ ،‬و لذلك يتضاعف عدد األشعة السينية‬ ‫المنبعثة‪.‬‬ ‫‪ -2‬كيلو فولت الذروة (كيلو فولت)‪:‬‬ ‫‪ -‬تختلف كمية األشعة السينية بسرعة مع التغيرات في ‪.kVp‬‬ ‫‪ -‬يتناسب التغيير في كمية األشعة السينية مع مربع نسبة ‪ kVp‬؛ في ناحيه أخرى ‪ ،‬إذا تضاعفت ‪ ، kVp‬فستزيد شدة األشعة‬ ‫السينية بمعامل ‪4‬‬ ‫من الناحية النظرية ‪ ،‬تتطلب مضاعفة شدة األشعة السينية عن طريق تغيير ‪ kVp‬وحدها زيادة بنسبة ‪ ٪40‬في ‪.kVp‬‬ ‫لم يتم اعتماد هذه العالقة سريريا ألنه مع زيادة ‪ ، kVp‬تزداد قابلية اختراق شعاع األشعة السينية ‪.‬تمر المزيد من األشعة‬ ‫السينية عبر المريض وتتفاعل مع مستقبل الصورة‪.‬‬ ‫وبالتالي ‪ ،‬للحفاظ عىل التعرض المستمر لمستقبل الصورة ‪ ،‬يجب أن تكون الزيادة بنسبة ‪ ٪15‬في ‪ kVp‬مصحوبة‬ ‫بانخفاض قدره النصف في مللي أمبير‪.‬‬ ‫‪3- Distance :‬‬ ‫‪- X-ray intensity varies inversely with the square of the distance from the x-ray tube target.‬‬ ‫‪- This relationship is known as the inverse square law.‬‬ ‫‪- Compensating for a change in SID by changing mAs by the factor SID2 is known as the square law‬‬ ‫‪ -‬تختلف شدة األشعة السينية عكسيا مع مربع‬ ‫المسافة من أنبوب األشعة السينية‪.‬‬ ‫‪ - -‬تعرف هذه العالقة باسم قانون التربيع العكسي‪.‬‬ ‫‪ -‬يعرف التعويض عن التغيير في ‪ SID‬عن طريق تغيير‬ ‫‪ mAs‬بواسطة العامل ‪ SID2‬باسم القانون التربيعي‬  4- Filtration : - X-ray imaging systems have metal filters (1- 5 mm of aluminum), positioned in the useful beam to reduce the number of low-energy x-rays. - Remember, low-energy x-rays only increase the patient dose unnecessarily because they are absorbed in superficial tissues and do not penetrate to reach the image receptor ‫ مم من‬5-1( ‫ تحتوي أنظمة التصوير باألشعة السينية عىل مرشحات معدنية‬-.‫ الموضوعة في شعاع مفيد للحد من عدد األشعة السينية منخفضة الطاقة‬، )‫األلومنيوم‬ ‫ تذكر أن األشعة السينية منخفضة الطاقة تزيد فقط من جرعة المريض دون داع ألنهم يمتص في األنسجة السطحية وال يخترق للوصول إىل مستقبالت‬- ‫الصورة‬ X-ray Quality : Penetrability is the ability of x-rays to the ability of an x-ray beam to pass through tissue. High-energy x-rays are able to penetrate tissue more deeply than low- energy x-rays. In radiography, the quality of x-rays is measured by the HVL. The HVL of an x-ray beam is the thickness of absorbing material necessary to reduce the x-ray intensity to half of its original value. A diagnostic x-ray beam usually has an HVL in the range of 3 to 5 mm Al or 3 to 6 cm of soft tissue. ‫ األشعة السينية عالية الطاقة‬.‫قابلية االختراق هي قدرة األشعة السينية عىل قدرة شعاع األشعة السينية عىل المرور عبر األنسجة‬.‫قادرة عىل اختراق األنسجة بشكل أعمق من األشعة السينية منخفضة الطاقة‬ ‫ لشعاع األشعة السينية هو سمك مادة االمتصاص‬HVL. HVL ‫ يتم قياس جودة األشعة السينية بواسطة‬، ‫في التصوير الشعاعي‬.‫الالزمة لتقليل شدة األشعة السينية إىل نصف قيمتها األصلية‬.‫ سم من األنسجة الرخوة‬6 ‫ إىل‬3 ‫ أو‬Al ‫ مم‬5 ‫ إىل‬3 ‫ في حدود‬HVL ‫عادة ما يكون لشعاع األشعة السينية التشخيصي‬  Factors that Affect Quality : 1- Kilovolt Peak (kVp) : - As the kVp is increased, so is x- ray beam quality and therefore the HVL. The result is a more penetrating x-ray beam..HVL ‫ تزداد جودة شعاع األشعة السينية وبالتالي‬، kVp ‫مع زيادة‬.‫والنتيجة هي شعاع أشعة سينية أكثر اختراقا‬ 2- Filtration : - The primary purpose of adding filtration to an x-ray beam is to remove selectively low-energy x- rays that have little chance of getting to the image receptor. ‫الغرض األساسي من إضافة‬ ‫الترشيح إىل شعاع األشعة‬ ‫السينية هو ازالة األشعة‬ ‫السينية منخفضة الطاقة‬ ‫بشكل انتقائي والتي لديها‬ ‫فرصة ضئيلة للوصول إىل‬.‫مستقبالت الصورة‬ X-ray Interaction with Matter : X-rays interact with matter in the following five ways: ‫تتفاعل األشعة السينية مع المادة بالطرق‬ :‫الخمس التالية‬ (1) coherent scattering, (2) Compton scattering, )3( ، ‫) تشتت كومبتون‬2( ، ‫) التشتت المتماسك‬1( (3) photoelectric effect, (4) pair production, and ‫ و‬، ‫) إنتاج الزوج‬4( ، ‫التأثير الكهروضوئي‬ (5) photodisintegration..‫) التفكك الضوئي‬5( ‫فقط تشتت كومبتون والتأثير الكهروضوئي‬ Only Compton scattering and photoelectric effect.‫مهمان في عمل صورة باألشعة السينية‬ are important in making an x-ray image. 1- Coherent Scattering : X-rays with energies below 10 keV interact with matter by coherent scattering (classical or Thompson scattering). The x-ray interacts with a target atom, causing it to become excited. The atom immediately releases this excess energy as a scattered x-ray with an equivalent wavelength (λ = λ′) and therefore of equal energy. However, the direction of the scattered x-ray is different from that of the incident x-ray The result of coherent scattering is a change in direction of the x-ray without a change in its energy. There is no energy transfer and therefore no ionization. Some coherent scattering occurs throughout the diagnostic range. At 70 kVp, a few percent of the x- rays undergo coherent scattering, which contributes slightly to image noise. ( ‫) مهم‬ 10 ‫تتفاعل األشعة السينية ذات الطاقات التي تقل عن‬ ‫كيلو فولت مع المادة عن طريق التشتت المتماسك‬.)‫(التشتت الكالسيكي أو طومسون‬ ‫ مما يجعلها‬، ‫تتفاعل األشعة السينية مع الذرة المستهدفة‬ ‫ تطلق الذرة عىل الفور هذه الطاقة الزائدة كأشعة‬.‫متحمسة‬ ‫) وبالتالي ذات‬′λ = λ( ‫سينية متناثرة بطول موجي مكافئ‬.‫طاقة متساوية‬ ‫ فإن اتجاه األشعة السينية المتناثرة يختلف عن‬، ‫مع ذلك‬ ‫اتجاه األشعة السينية الساقطة‬ ‫نتيجة التشتت المتماسك هي تغيير في اتجاه األشعة‬ ‫ ال يوجد نقل للطاقة وبالتالي‬.‫السينية دون تغيير في طاقتها‬.‫ال يوجد تأين‬ ‫يحدث بعض التشتت المتماسك في جميع أنحاء نطاق‬ ‫ تخضع نسبة قليلة من‬، ‫ كيلو فولت‬70 ‫ عند‬.‫التشخيص‬ ‫ مما يساهم بشكل‬، ‫األشعة السينية لتشتت متماسك‬.‫طفيف في ضوضاء الصورة‬ 2- Compton Scattering : In Compton scattering, the x-ray interacts with an outer-shell electron and ejects it from the atom, there by ionizing the atom. The ejected electron is called a Compton electron. The x-ray continues in a different direction with less energy. The energy of the Compton- scattered x-ray is equal to the difference between the energy of the incident x-ray and the energy of the ejected electron. ( ‫) مهم‬ The probability of Compton scattering is a complex function of the energy of the incident x- ray. In general, the probability of Compton scattering decreases as x-ray energy increases ‫ تتفاعل األشعة السينية مع إلكترون الغالف الخارجي‬، ‫في تشتت كومبتون‬.‫ هناك عن طريق تأين الذرة‬، ‫وتخرجه من الذرة‬ ‫ تستمر األشعة السينية في اتجاه‬.‫يسمى اإللكترون المقذوف بإلكترون كومبتون‬.‫مختلف بطاقة أقل‬ ‫طاقة األشعة السينية المتناثرة كومبتون تساوي الفرق بين طاقة األشعة السينية‬ ) ‫ ( مهم‬.‫الساقطة وطاقة اإللكترون المقذوف‬ ‫ بشكل‬.‫احتمال تشتت كومبتون هو دالة معقدة لطاقة األشعة السينية الساقطة‬ ‫ يتناقص احتمال تشتت كومبتون مع زيادة طاقة األشعة السينية‬، ‫عام‬ 3- Photoelectric Effect : In photoelectric effect, X-rays ionize inner-shell ‫ تؤين األشعة‬، ‫في التأثير الكهروضوئي‬ electrons. The x-ray is not scattered, but it is totally ‫ األشعة‬.‫السينية إلكترونات الغالف الداخلي‬ absorbed. ‫ لكنها تمتص‬، ‫السينية ليست مبعثرة‬.‫بالكامل‬ The electron removed from the atom, called a photoelectron, escapes with kinetic energy equal to the ‫ والذي‬، ‫يهرب اإللكترون المأخوذ من الذرة‬ ‫ بطاقة حركية‬، ‫يسمى اإللكترون الضوئي‬ difference between the energy of the incident x-ray and ‫تساوي الفرق بين طاقة األشعة السينية‬ the binding energy of the electron. ( ‫) مهم‬ ) ‫ ( مهم‬.‫الساقطة وطاقة ربط اإللكترون‬ For low atomic number atoms (such as soft tissue), the ‫بالنسبة لذرات العدد الذري المنخفض (مثل‬ ‫ تكون طاقة الربط حتى‬، )‫األنسجة الرخوة‬ binding energy of even K-shell electrons is low. Therefore, ‫ يتم‬، ‫ لذلك‬.‫ منخفضة‬K ‫إلكترونات الغالف‬ the photoelectron is released with kinetic energy nearly ‫إطالق اإللكترون الضوئي بطاقة حركية‬ equal to the energy of the x-ray. ( ‫) مهم جدا‬ ‫ ( مهم‬.‫تساوي تقريبا طاقة األشعة السينية‬ ) ‫جدا‬ For higher atomic number target atoms, electron binding energies are higher (37 keV for barium K-shell electrons). Therefore, the kinetic energy of the photoelectron is proportionately lower. Characteristic x-rays are produced after a photoelectric interaction. An outer-shell electron drops into the vacancy in the inner- shell. This results in the emission of an x-ray ( Characteristic x-rays ) with energy equal to the difference between binding energies of the shells involved. These characteristic x-rays consist of secondary radiation and behave in the same manner as scattered radiation. They contribute nothing of diagnostic value and fortunately have sufficiently low energy that they do not penetrate to the image receptor. ‫ تكون‬، ‫بالنسبة للذرات المستهدفة ذات العدد الذري األعىل‬ ‫ كيلو فولت إللكترونات غالف‬37( ‫طاقات ربط اإللكترون أعىل‬ ‫ فإن الطاقة الحركية لإللكترون الضوئي أقل‬، ‫ لذلك‬.)K ‫الباريوم‬.‫نسبيا‬.‫يتم إنتاج األشعة السينية المميزة بعد تفاعل كهروضوئي‬ ‫يسقط إلكترون الغالف الخارجي في الوظيفة الشاغرة في الغالف‬ ‫ ينتج عن هذا انبعاث أشعة سينية بطاقة تساوي الفرق‬.‫الداخلي‬.‫بين طاقات ربط األصداف المعنية‬ ‫تتكون هذه األشعة السينية المميزة من إشعاع ثانوي وتتصرف‬.‫بنفس طريقة اإلشعاع المتناثر‬ ‫إنهم ال يساهمون بأي شيء ذي قيمة تشخيصية ولحسن الحظ‬ ‫لديهم طاقة منخفضة بما فيه الكفاية بحيث ال يخترقون مستقبل‬ ‫الصورة‬