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X線装置は、医療、蛍光 X 線、電子アセンブリ検査、製造工程における材料の厚さの測定など、さまざまな用途でX 線を使用する装置です。医療用途では、X 線装置は放射線技師が生体の内部構造 (骨など) の X 線画像を取得するために使用され、滅菌にも使用されます。
構造
X線発生装置には通常、X線を発生させるためのX線管が含まれています。放射性同位元素を使用してX線を発生させることもできます。[1]
X 線管は、電子の流れを真空に導く陰極と、電子を集め、衝突によって発生した熱を排出するためにタングステンで作られた陽極を含む単純な真空管です。電子がターゲットに衝突すると、結果として生じるエネルギーの約 1% がX 線として放出され、残りの 99% は熱として放出されます。相対速度に達する電子のエネルギーが高いため、特に XRF アプリケーションでは他の材料が使用される場合でも、ターゲットは通常タングステンで作られています。 [引用が必要]
X線発生器には陽極を冷却するための冷却システムも必要です。多くのX線発生器は水または油の循環システムを使用しています。[2]
医療画像
医療用画像処理アプリケーションでは、X 線装置には、放射線技師が特定の検査に適した X 線技術を選択するために使用する制御コンソール、X 線管に必要な kVp (ピーク キロボルト)、mA (ミリアンペア、mAs と呼ばれることもありますが、実際には mA に必要な露出時間を掛けた値) を生成する電源、および X 線管自体が備わっています。
歴史
X 線の発見は、1869 年から 1875 年頃にイギリスの物理学者ウィリアム クルックスが発明した初期の実験用放電管であるクルックス管の実験から生まれました。1895 年にヴィルヘルム レントゲンがクルックス管から放射される X 線を発見し、X 線のさまざまな用途がすぐに明らかになりました。最初の X 線写真の 1 つは、レントゲンの妻の手を撮影したものです。画像には、妻の結婚指輪と骨が写っていました。1896 年 1 月 18 日、ヘンリー ルイス スミスによってX 線装置が正式に公開されました。完全に機能する装置は、 1904 年の万国博覧会でクラレンス ダリーによって一般に公開されました。[3]技術は急速に発展しました。1909年にモニコ・サンチェス・モレノが最初の携帯型医療機器を製造し、第一次世界大戦中にはマリー・キュリーが「放射線車」に搭載されたX線装置の開発を主導し、軍の野戦病院に移動式X線サービスを提供しました。
1940年代から1950年代にかけて、X線装置は靴の販売促進のために店頭で使用されていました。これらは靴フィッティング透視装置として知られていました。しかし、 X線 放射線の有害な影響が適切に考慮されたため、最終的には使用されなくなりました。靴のフィッティングでのこの装置の使用は、1957年にペンシルベニア州によって初めて禁止されました。 (これらはフィッティングの補助というよりも、顧客を引き付けるための巧妙なマーケティングツールでした。)ジョン・G・トランプはロバート・J・ヴァン・デ・グラーフとともに、最初の100万ボルトのX線発生装置の1つを開発しました。
概要
X 線画像システムは、オペレーターが高品質の読み取り可能な画像 (kVp、mA、露出時間) を取得するために希望する技術を選択するジェネレーター制御コンソール、X 線管電流、X 線管キロボルト、X 線放出露出時間を制御する X 線ジェネレーター、キロボルトと mA を実際の X 線に変換するX 線管、およびフィルム (アナログ技術) またはデジタル キャプチャ システムとPACSのいずれかである画像検出システムで構成されます。
アプリケーション
X 線装置は、医療分野では骨の構造を視覚化するために使用され、手術 (特に整形外科手術) 中に外科医がネジや構造プレートで骨折した骨を再接合するのを補助したり、心臓専門医が閉塞した動脈の位置を特定してステント配置を誘導したり血管形成術を実施したりするのを補助したり、腫瘍などの他の高密度組織にも使用されます。医療以外の用途には、セキュリティや材料分析などがあります。
薬
医療において X 線装置が使用される主な分野は、放射線撮影、放射線治療、および透視型処置です。放射線撮影は一般に、高速で透過性の高い画像を得るために使用され、通常は骨含有量の多い領域で使用されますが、マンモグラフィー画像のように腫瘍を探すためにも使用できます。放射線撮影の形式には次のものがあります。
- オルソパントモグラム—一度にすべての歯を映し出す顎のパノラマX線写真
- マンモグラフィー—乳房組織のX線撮影
- 断層撮影法— 断面のX線画像
透視検査では、 X線を通さない 硫酸バリウムなどの造影剤を使用して消化管の画像化が行われます。
放射線療法— 悪性および良性の癌細胞を治療するためにX線放射線を使用する非画像アプリケーション
透視検査は、リアルタイムの視覚化が必要な場合に使用されます (日常生活では空港のセキュリティ検査で最もよく使用されます)。透視検査の医療用途には次のようなものがあります。
- 血管造影法—ステントの配置や閉塞した動脈を修復するためのその他の処置とともに、血管をリアルタイムで検査するために使用されます。
- バリウム注腸検査—大腸と下部消化管の問題を調べるために用いられる検査法
- バリウム嚥下検査— バリウム注腸検査に似ていますが、上部消化管の検査に使用されます。
- 生検— 検査のために組織を採取すること
- 疼痛管理- 脊椎領域全体に鎮痛剤、ステロイド剤、または鎮痛ブロック剤を投与/注射するための針を視覚的に確認して誘導するために使用されます。
- 整形外科手術- 骨構造の補強プレート、ロッド、固定金具の配置と除去をガイドし、治癒プロセスと骨構造の適切な治癒の調整を補助するために使用されます。
X 線は透過性が高く、電離放射線であるため、骨や歯などの高密度組織の写真を撮るために X 線装置が使用されます。これは、骨が密度の低い軟部組織よりも放射線を吸収するからです。X 線源から出た X 線は人体を透過し、写真カセットに記録されます。放射線が吸収された部分は、より明るい灰色 (白に近い) として表示されます。これを使用して、骨折や骨折を診断できます。
2012年、欧州放射線防護委員会は、X線管やCT装置などのX線発生装置からの漏洩放射線限度を、装置から1メートルの距離で1mGy/時間と定めた。[4]
安全
X 線装置は、物体を非侵襲的に検査するために使用されます。空港の荷物や一部の学校の生徒の荷物は、爆弾などの武器の可能性がないか検査されます。これらの荷物 X 線の価格は、50,000 ドルから 300,000 ドルの範囲です。X 線手荷物検査システムの主な部分は、X 線を生成するために使用されるジェネレータ、手荷物を通過した後に放射線を検出する検出器、検出器からの入力信号を処理する信号プロセッサ ユニット (通常は PC)、および手荷物をシステムに移動するコンベア システムです。図に示すように、セキュリティで使用されるポータブル パルス X 線バッテリー駆動 X 線ジェネレータにより、EOD 対応者は、ターゲットの危険性をより安全に分析できます。
手術
手荷物がコンベア上に置かれると、オペレーターがそれを機械の中に移動させます。手荷物がトンネルに入ると、赤外線送信機と受信機のアセンブリがそれを検出します。このアセンブリは、ジェネレータと信号処理システムをオンにする信号を送ります。信号処理システムは、検出器からの入力信号を処理し、手荷物内の材料の種類と材料密度に基づいて画像を再現します。この画像は、次にディスプレイ ユニットに送信されます。
色の分類
表示される画像の色は、材質と材質の密度によって異なります。紙、衣服、ほとんどの爆発物などの有機物はオレンジ色で表示されます。アルミニウムなどの混合材料は緑色で表示されます。銅などの無機物は青色で表示され、貫通できないものは黒色で表示されます (一部の機械では、黄緑色または赤色で表示されます)。色の濃さは、材質の密度または厚さによって異なります。
物質の密度の測定は、2 層検出器によって行われます。検出器のピクセルの層は金属ストリップで分離されています。金属は軟光線を吸収し、より短く、より透過性の高い波長を検出器の下層に通過させ、検出器を粗い 2 バンド分光計に変えます。
X線技術の進歩
電界にさらされると室温で電子を放出するカーボンナノチューブのフィルム（カソードとして）は、X線装置に加工されています。これらのエミッターのアレイをスキャンする対象物の周囲に配置し、各エミッターからの画像をコンピューターソフトウェアで組み立てて、従来のX線装置を使用するのにかかる時間のほんの一部で対象の3次元画像を提供できます。このシステムは迅速かつ正確な制御も可能にし、将来の生理学的ゲート画像化を可能にします。[6]
ミズーリ大学コロンビア校のエンジニアたちは、X線やその他の放射線のコンパクトな発生源を発明した。この放射線源はガム1枚分の大きさで、携帯型X線スキャナの製造に使用できる。この放射線源を使用した携帯型X線スキャナのプロトタイプは、早ければ3年以内に製造できる可能性がある。[7]
参照
注記
- ^ Rene Van Grieken、A. Markowicz (2001)の 442 ページ。X線分光法ハンドブック、第 2 版、実用分光法。CRC プレス。ISBN 9780203908709。
- ^ 「X 線発生装置」は 2011 年 4 月 23 日にWayback Machineにアーカイブされ、NDT リソース センターに保存されています。ページは 2011 年 4 月 21 日に取得されました。
- ^ キング、ギルバート（2012年3月14日）。「クラレンス・ダリー - トーマス・エジソンにX線ビジョンを与えた男」。smithsonianmag.com 。 2016年11月13日閲覧。
- ^ 診断放射線学、核医学、放射線治療で使用される医療用放射線機器の許容基準(PDF) 。ルクセンブルク：欧州連合。2012年。p. 26。 2021年3月9日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2022年2月12日閲覧。
- ^ 「派遣された歯科医が軽量のモバイル X 線システムをテスト」、スペシャリスト Jonathan W. Thomas、第 16 モバイル広報派遣隊、2011 年 4 月 21 日、www.army.mil。2011 年 4 月 25 日に URL から取得。
- ^ Zhang; et al. 「UNC ニュースリリース - ナノチューブ X 線を使用する新しい方法により、従来のスキャナーよりも高速に CT 画像を作成」。2014 年 8 月 24 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年 8 月 20 日閲覧。
- ^ 編集スタッフ。「MU研究者が超小型X線源を開発」。2013年1月19日閲覧。