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レントゲンて何なん?CTとMRIは何が違う?簡単解説X線の仕組み

ごきげんよう、バビです。

先日健康診断で胸部レントゲン撮影中に息を止めながら思いました。

「レントゲンて凄くね?」

X線だと透け透けの写真が撮れるということなんですけど、そもそもX線だと透けるのは何でなんでしょうか?

X線の仕組み

かなり難しいです。

超絶簡単にいうと、X線は加速させた電子を金属にぶつけることで発生します。

これが分かってれば大体OKなのであとは読み飛ばしても大丈夫です。

なるべく簡単にしたかったんですが、簡単にすると意味が違ってきそうなので、意味が変わらない範囲で簡潔に説明しています。

レントゲンに使われるのは「X線菅」

X線の発生方法はいくつかありますが、レントゲン撮影に使用されているのは「X線菅」という装置です。

X線菅の中には電流を流す陰極の導線と、陽極の金属(タングステンやモリブデンなど)が入ってます。

これでX線を発生させるのですが、X線にも「制動X線」と「特性X線」という2種類のX線があります。

制動X線

X線菅に電流を流すと、導線に電流が流れて熱が発生します。

陰極の導線がめっちゃ熱くなるとそこから負(マイナス)の電荷を帯びた電子が飛び出し、磁石のS極とN極が引き合うように、陽極へ引き寄せられます。

陽極に引き寄せられた電子は、金属の材料の原子核に引き寄せられ、急激に方向を変えます。

車で急ブレーキをかけると摩擦熱が発生するのと同じく、電子が急激に方向を変えたときもエネルギーが発生します。

このエネルギーはほとんどが熱エネルギーになるので陽極(金属)はめっちゃ熱くなりますが、熱エネルギーにならない一部のエネルギーはX線として外に放出されます。

これを「制動X線」といいます。

特性X線

熱電子は、陽極(金属)の原子核に引き寄せられて制動X線を発生させる一方で、一部の熱電子は原子核のまわりを回る電子にぶつかることもあります。

ぶつけられた電子は、エネルギーをもらってカーリングのように一つ外側にいくのですが、そのままでは不安定なので元の位置に戻ろうとします。

このとき、エネルギーを持っていると元の位置に戻れないので、もらったエネルギーをX線として外へ出します。

このX線を特性X線といいます。

制動X線と特性X線では、制動X線のほうが圧倒的に多いです。

何で透け透けの写真が撮れるのか

X線は感光板を黒く変色させるので、X線が透過した部分は黒く写り、X線が透過しなかった部分は白く写ります。

骨が白く映るのは、骨がX線を透過しにくいからです。

X線を照射すると、照射された物質の中の電子に衝突します。

X線のエネルギーがすべて対象の物質に変換され吸収される場合と、一部のみ吸収され残りは放出される場合とがあります。これは物質中の原子の持つ電子の量によります。

物質の密度が高い場合は当然、多く衝突が起こるのでX線は透過しにくくなります。

また、原子番号の大きな元素は多くの電子を持つため、原子番号の大きな元素の物質も同様にX線を吸収し、透過しにくくなります。

骨は密度が高く、原子番号が比較的大きなカルシウムを豊富に含んでいるため、X線が吸収され、透過しないということです。

逆に他の皮膚や筋肉、肺といった組織は密度が低く、また、炭素や水素、酸素などの原子番号の小さな元素でできているため、X線の透過度が高くなるのです。

肺炎や腫瘍などは、X線透過度が低くなって白い影になるので、病気の場所が分かるんです。

CTとMRIの違い

一方向だけのX線撮影では、病気の場所があるのは分かっても、どの深さにあるのかまでは分かりません。

立体的に体の内部を撮影するのがCTスキャンMRIです。

どちらもよく耳にするんですが、一体何が違うんでしょう?

簡単に言うと、CTスキャンがレントゲンの立体版です。

身体の周りからぐるぐるとX線を照射して撮影して、コンピュータで立体を作ります。

一方MRIで使うのは磁気と電波です。

体内の水素原子を磁気と電波の力でゆさぶって、原子の状態を画像にしています。

どちらも長短あって、例えばCTスキャンはX線なので放射線被曝がありますが、MRIに比べると撮影時間は短くてすみます。

MRIはペースメーカーなどの金属が体内にあると使えませんし、時間が長い上にめちゃくちゃうるさいです。

ただ、どちらも撮影する場所の得意・不得意があるので、自分の希望でどっちとは中々選べないようです。

f:id:shikamori_p:20171015204617p:plainむっず!電磁波とか電子がらみの話はどう頑張っても難しくなってしまう。



2 Comments

necoyapa

とりあえずレントゲン取るときに
部屋に一人だけにされるのが
うわー、猫やぱさん危ない攻撃
受けてるわーって切なくなる!

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shikamori_p

>猫やぱ(妹) (id:necoyapa)様
私はレントゲン技師がベテランだと一瞬すぎて逆に不安になります。
あと、胸部レントゲンの車って5,000万円前後するので、そのことを考えると若干テンション上がります。

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