A röntgenvizsgálat, MR és UH vizsgálat hogyan működik tudományosan?

'Például a röntgensugár milyen kémiai reakciókat vált ki,hogy le tudja pásztázni az emberi testet?'

Semmilyeneket. A rtg athatol a szoveteken, es a kapott arnyekolt kepet lehet egy megfelelo, rtg-erzekeny filmre rogziteni. Konkretan atfenykepez rajtad, ha ugy jobban tetszik.

Az ultrahang 'forditva' mukodik, egyszeru visszhang-lokator, ami a szovetek, uregek altal visszavert hanghullamokat erzekeli es alakitja keppe.

MRI: [link]

Röntgen:

A röntgen-foton sorsa a szövetben: elnyelődik, vagy áthatol. Ha áthatol, és a röntgenpapírhoz ér, ott a színét megváltoztatja.

(Az elnyelődésnél lehet Compton-szórás, fotoeffektus, meg ilyen dolgok. Ez most nem lényeges.)

Ezért különböző szövetek / anyagok különböző röntgenárnyékot adnak, hiszen vagy több vagy kevesebb röntgenfotont nyelnek el.

[link]

Nézd meg ezt a képet: Az orrmelléküreg alapvetően viszonylag fekete, mivel levegőt tartalmaz, ami nem nyel el túl sok fotont. De ez egy arcüreggyulladásos ember, így az orrmellékürege egy bizonyos szintig folyadékkal telt, ez a röntgenen szürkésebb, mivel a folyadék több fotont elnyel mint a levegő. Ahol vastag csontfalon hatol át a röntgen, az viszont jó fehér, mert a csont elnyeli a fotonokat.

Ennek továbbfejlesztett változata a CT (computed tomography) ahol több irányból érkezik a sugárzás / mérik a sugár elnyelődését, és egy számítógép ebből összerak egy 3D-s képet. A sima röntgen az csak 2D-s kép, és ott a különböző képletek egymásra vetülnek ugye.

----

Ultrahang:

Ez egy mechanikus hullám. Úgy működik az UH készülék, hogy ezeket a hullámokat kibocsátja, tart egy kis szünetet, és ami visszaverődik, azt térképezi le.

(Nem tudom mennyire van meg a piezoelektromos hatás. Tehát a piezoelektromos kristályok elektromos feszültség hatására megváltoztatják az alakjukat -> hullámot bocsát ki; Viszont fordítva is igaz, hogy amikor nyomás alá helyezed őket, akkor elektromos feszültséget generálnak -> ha a hullám visszaérkezik, elektromos jelet indukál)

És akkor annak függvényében hogy milyen szövet / anyag van és milyen mélyen, attól függ hogy mikor és mekkora hullám verődik vissza, és így kirajzolódik egy kép.

----

MR:

Bevallom ezt én sem értettem sosem hogy hogy működik. Amit tudok a működéséről, hogy az MR a mágneses rezonancia rövidítése. Valami olyasmiről van szó, hogy mágneses térbe helyezzük az embert, rádiófrekvenciájú surgázást kap, amit a különböző szövetekre jellemző különböző mágneses momentum (ne kérdezd hogy mit jelent!) szerint újra kibocsát, és hogy mit mennyit és hogyan bocsát ki, aszerint történik a letérképezés.

Az viszont biztos, hogy az MR jelenti a legjobb felbontású képalkotást, hogy mozgás közben (pl. ízületeket ha akarsz vizsgálni) is lehet használni, és igazából nem jelent terhelést a szervezetnek úgy mint a röntgen.

A röntgensugár az nem gamma!

Annál sokkal gyengébb, a gamma sugárzás pedig nagyon veszélyes!

MRI: a mag mágneses rezonancia spektroszkópia (NMR) orvosi alkalmazása, a lényege, hogy a páciens testét, vagy testrészét nagy erejű (pontosabban indukciójú) mágneses térbe helyezik, ami legalább Tesla nagyságrendű, majdan a rádióhullámok frekvencia tartományába eső elektromágneses impulzusokkal föltérképezik.

Az eljárás maga teljesen veszélytelen (kivéve a szívritmus szabályozóknak - ezeknek tilos is), mert eme sugárzás nem ionizáló, csupán az atommagok mágneses momentumát - ha van - gerjeszti.

A föltérképezés alapját az adja, hogy az egyes atommagok kémiai környezetüktől függően más és más jelet (ami ugyancsak rádiófrekvenciájú) küldenek vissza: egészséges vagy daganatos szövet ezáltal más és más képet fog adni.

Az atommagok által visszaküldött jelet - ezt relaxácónak hívják - matematikai eljárás fordítja le az általunk értékelhetővé, a gyors Fourier transzformáció: FFT (Fast Fourier Tranformation).

Elnézéseteket kérem, nem célom a válaszadókkal való kötekedés, ezzel szemben engedjétek meg, hogy - az egyébként túlnyomórészt korrekt - válaszaitokhoz egy - két pontosítást fűzzek. Nyilván egy hasonló nagy témát felölelő kérdést meg lehet sokkal részletesebben és szakszerűbben magyarázni, de szerintem felesleges, a kérdező valószínűleg inkább az alapelvekre kíváncsi.

#1 : Ma egy ( jól képzett ) radiológus munkájának kb 2/3 -át az MR és ultrahang diagnosztika adja. A kérdező érdeklődése teljesen jogos.

#2 : A röntgensugár miközben áthalad a vizsgált testen, részben elnyelődik, szóródik, vagy másodlagos sugárzást is válthat ki. Mindeközben egyes röntgenfotonok reakcióba is tudnak lépni ( és lépnek is ) a szervezet molekuláival, oly módon, hogy kémiai kötéseket szakítanak fel, kémiai reakciókat indukálhatnak, ennek következtében képződhetnek ( és képződnek is szép számmal ) ún szabad gyökök, melyek igen reakcióképesek. Ezek a test molekuláit károsítják, ami nagy sugárdózis esetén direkt szövetkárosodást hoz létre. Kis dózis esetén a hatás nem észrevehető, de van esélye, hogy a károsodás ha genetikai anyagot ért, akkor később felszínre kerülő mutáció genetikai elváltozásokat, ill. akár daganatképződést hozhat létre. ( ezt nevezik a sugárzás sztochasztikus hatásának)

#3 : Ahogy már előttem írták, a röntgensugár nem gamma részecskékből áll. A röntgenfoton a gerjesztett anyag atomjainak elektronfelhőjében keletkezik, szemben az atommagban keletkező gamma fotonokból álló gamma sugárzással. Jóval kisebb az energiája a gamma sugárzásnál.

Az alkalmazott UH ( persze, mindig van mihez képest...) nem alacsony, hanem magas frekvenciájú ( 2-14 Mhz) hanghullámot használ.

#4 és 6 : Az MRI ( Magnetic Resonance Imaging)működése nem egyszerű, azon oknál fogva, hogy kizárólag klasszikus fizikai fogalmakon nevelkedett átlagos tanuló nehezen érti meg.

Kedves Kérdező !

Az emberi test - mit nem mondok! - atomokból, molekulákból épül fel. Ezen atomok között is a leggyakoribb a legegyszerűbb atom, a hidrogén ( gondolj bele, egy átlagos felnőtt ember szervezete 70% ban vízből - H2O - áll).A hidrogénatom magja szintén a legegyszerűbb, egy darab proton. A továbbiakban ezt képzeld magad elé, mint pl. egy piros gumilabdát.

Ez a piros gömb nincs nyugalomban. Van egy (képzeletbeli) forgástengelye. Szúrd át a gumilabdát egy kötőtűvel, majd a labdát e körül forgasd meg. A kötőtű lesz a proton forgástengelye, azaz spinje ( így nevezik). A hegye mutat amerre akar. Ahány proton, annyifelé. Összevissza. Ha ez a kötőtű véletlenül mágneses, akkor ugye ennek van egy északi és egy déli pólusa. A valódi proton kötőtűje ( spinje) hasonló mágneses tulajdonságokat mutat.

Ha most veszünk egy pár óriási kör alakú mágnest és olyanformán helyezzük el őket, hogy 1. a belsejükbe egy ember beleférjen, 2. a mágnesek belsejében a mágneses erővonalak közel párhuzamosak legyenek, akkor a mágneses erővonalak a mágneses mezőbe behelyezett emberi testben lévő sok - sok proton (gumilabda) spinjét ( kötőtű) egy irányba kényszerítik.

Ha most kiválasztunk egy gumilabdát, és a kötőtűjét erővel kimozdítjuk a mágneses mező irányából, mi történik ? Addig amíg az ujjunk a kötőtűt kimozdítva tartja ( azaz energiát ad neki)a tű iránya nem a mágneses mező erővonalának irányába mutat. Ha elengedjük a tű hegyét, akkor a kötőtű visszabillen az erővonal irányába.Eközben az ujjunk által közölt energiát visszajuttatja a környezetébe.

Innen már egyszerű. Az ujjunkkal nem tudjuk az emberi test H atommag spinjét elmozdítani, mert nagyon apró, ezért igen nagy frekvenciájú rádióhullámot ( elektromágneses impulzus) hívunk segítségül ( 63 Mhz). Ezt a homogén mágneses térben fekvő emberi test bizonyos részére ráirányítjuk, rövid impulzust adunk. A proton(ok) spinje kimozdul, majd amikor az impulzus véget ér, a proton spinje visszatér a mágneses mező által meghatározott irányba, s a kapott energiát hasonló rádióhullám formájában visszasugározza. ( nagyon leegyszerűsítem itt a processzió és a relaxáció jelenségét....) Ezt detektorokkal felfogja a készülék. Ha több detektorunk van ( mondjuk egymásra merőlegesen, a sík két irányának megfelelően...vagy három a tér három irányának megfelelően)akkor a detektorok egy időben észlelt jeléből meghatározható az impulzust kibocsátó proton (ok) helyzete, a testben. Ezt egy képpontként jeleníti meg a feldolgozást végző számítógép a képernyőjén. A kibocsátott impulzus nagysága pedig felvilágosítást ad, hogy az adott képpontnak megfelelő testrészlet mennyi protont tartalmaz ( azaz hidrogénatomot, azaz jobbára vizet. Ha kevés vizet tartalmaz, világosabb, ha többet, sötétebb - pl. a csontok fehér színben tűnnek fel, a folyadékok sötétként). Számítógépen nevelkedett generációnak nem kell magyarázni tovább, hogy innen hogyan kell felépíteni egy teljes képét az emberi test egy szeletének, s ha egy szelet megvan, akkor már többet is lehet készíteni, s mivel a képalkotás teljesen digitális, sok szeletből digitálisan fel lehet építeni egy (akár 3D-s) modelljét az emberi test belsejének, amit aztán a radiológus mindenféle betegségre vadászva jól átböngész.

A mágneses tere a gépnek igen erős ( 1,5-3 Tesla), nem túlzás hogy minden fémet ki kell rakni a beteg zsebéből. Magához rántja.

Kis angoltudással ez a videó elég érthetően elmondja. : https://www.youtube.com/watch?v=U6mOfa0VJrc

Vagy ez : https://www.youtube.com/watch?v=MYo_9BFUKrc

#6 : Bizonyos típusú (régebbi) pacemakerekkel valóban nem lehet MR vizsgálatot végezni, de ma már egyre több az MR kompatibilis pacemaker.

#7: klasszikus fizikai fogalmakon nevelkedett átlagos tanuló...ez jó, ez tetszett :)

(Amúgy szilárdfázisú NMR-ből írtam a diplomámat.)