هنگامی که اشعه ایکس وارد ماده میشود، فوتونها با اتمهای محیط برهمکنش میکنند و در نتیجه، شدت پرتو کاهش یافته و انرژی آن تغییر مییابد. این برهمکنشها اساس تشکیل تصویر رادیولوژیک، کنتراست بافتی و جذب دوز در بدن را تشکیل میدهند. سه مکانیسم اصلی برهمکنش اشعه ایکس با ماده عبارتاند از:
- اثر فوتوالکتریک
- پراکندگی کامپتون
- پراکندگی رایلی
اثر فوتوالکتریک(Photoelectric Effect)
توصیف فیزیکی
در اثر فوتوالکتریک، فوتون اشعه ایکس بهطور کامل توسط یک الکترون لایه داخلی اتم جذب میشود. در این فرآیند:
- فوتون بهطور کامل ناپدید میشود
- الکترون از اتم خارج میگردد
- انرژی جنبشی الکترون برابر اختلاف انرژی فوتون و انرژی بستگی الکترون است
وابستگیها
احتمال وقوع اثر فوتوالکتریک:
- با عدد اتمی ماده (³Z) افزایش مییابد
- با افزایش انرژی فوتون بهشدت کاهش مییابد
اهمیت بالینی
اثر فوتوالکتریک عامل اصلی:
- ایجاد کنتراست تصویر
- جذب دوز در استخوان و مواد حاجب
- تفاوت دانسیته بین بافتها
پراکندگی کامپتون (Compton Scattering)
توصیف فیزیکی
در پراکندگی کامپتون، فوتون اشعه ایکس با یک الکترون لایه خارجی برخورد کرده و:
- بخشی از انرژی خود را به الکترون منتقل میکند
- با انرژی کمتر و زاویهای جدید پراکنده میشود
وابستگیها
احتمال پراکندگی کامپتون:
- تقریباً مستقل از عدد اتمی
- وابسته به چگالی الکترونی ماده
- در انرژیهای متوسط (۲۰–۱۵۰ keV) غالب است
پیامدهای تصویربرداری
- کاهش کنتراست تصویر
- افزایش نویز
- افزایش دوز غیرمستقیم به پرسنل
پراکندگی رایلی (Rayleigh Scattering)
توصیف فیزیکی
در پراکندگی رایلی:
فوتون با کل اتم برهمکنش میکند
- انرژی فوتون تغییر نمیکند
- تنها جهت انتشار آن عوض میشود
ویژگیها
- در انرژیهای پایین اهمیت دارد
- سهم اندکی در تصویربرداری پزشکی دارد
- تأثیر ناچیزی بر دوز دارد
مقایسه کلی مکانیسمهای برهمکنش
جمعبندی
برهمکنش اشعه ایکس با ماده اساس فیزیکی تشکیل تصویر، جذب دوز و کیفیت تصویربرداری را شکل میدهد. شناخت دقیق مکانیسمهای فوتوالکتریک، کامپتون و رایلی برای تحلیل علمی تصاویر رادیولوژیک و بهینهسازی حفاظت پرتویی امری بنیادین است.