Prinsip kerja mesin sinar-X didasarkan pada produksi radiasi elektromagnetik berenergi tinggi (sinar-X) yang mampu menembus berbagai material, termasuk tubuh manusia, dengan tingkat penyerapan yang berbeda. Berikut adalah penjelasan teknis tentang cara kerjanya:
Komponen Utama Mesin Sinar-X
- Tabung Sinar-X
- Ini adalah sumber utama sinar-X.
- Tabung terdiri dari katoda (elektroda negatif) dan anoda (elektroda positif) dalam ruang vakum.
- Generator Tegangan Tinggi
- Memberikan tegangan tinggi (biasanya puluhan hingga ratusan kilovolt, kV) untuk mempercepat elektron dari katoda ke anoda.
- Kolimator
- Perangkat yang membentuk dan mengarahkan berkas sinar-X ke area tertentu pada tubuh pasien untuk mengurangi paparan radiasi yang tidak perlu.
- Detektor atau Film Sinar-X
- Menangkap berkas sinar-X yang melewati tubuh dan menghasilkan gambar.
- Sistem Kontrol
- Digunakan untuk mengatur parameter seperti tegangan tabung (kV), arus (mA), dan waktu eksposur.
Langkah-Langkah Prinsip Kerja Mesin Sinar-X
- Pelepasan Elektron dari Katoda
- Ketika arus listrik dialirkan ke filamen katoda (biasanya terbuat dari tungsten), filamen memanas dan memancarkan elektron melalui efek termionik.
- Percepatan Elektron ke Anoda
- Elektron yang dilepaskan dipercepat menuju anoda oleh medan listrik tegangan tinggi (biasanya 40-150 kV).
- Tumbukan Elektron dengan Anoda
- Elektron yang bergerak cepat menumbuk target anoda (biasanya terbuat dari tungsten karena titik leburnya tinggi).
- Ketika elektron menumbuk anoda:
- 99% energi berubah menjadi panas.
- 1% energi diubah menjadi sinar-X melalui dua mekanisme:
- Radiasi Bremsstrahlung (Radiasi Pengereman): Elektron yang melambat di dekat inti atom tungsten menghasilkan spektrum energi kontinu sinar-X.
- Radiasi Karakteristik: Elektron menabrak elektron orbital atom tungsten, menghasilkan sinar-X dengan panjang gelombang tertentu.
- Pemancaran Sinar-X
- Sinar-X yang dihasilkan diarahkan keluar dari tabung sinar-X melalui jendela kecil, biasanya terbuat dari bahan transparan terhadap sinar-X (seperti berilium).
- Interaksi Sinar-X dengan Tubuh Pasien
- Ketika berkas sinar-X melewati tubuh:
- Jaringan lunak (otot, kulit): Menyerap sedikit sinar-X sehingga tampak lebih gelap di gambar.
- Tulang: Menyerap lebih banyak sinar-X karena densitasnya yang tinggi sehingga tampak lebih terang di gambar.
- Ketika berkas sinar-X melewati tubuh:
- Perekaman Gambar
- Setelah melewati tubuh, sinar-X mencapai detektor (film radiografi, layar fluoresen, atau detektor digital).
- Detektor mengubah pola sinar-X yang melewati tubuh menjadi gambar 2D, menunjukkan struktur internal seperti tulang, organ, atau jaringan.
Fitur Tambahan Mesin Sinar-X Modern
- Teknologi Digital Radiography (DR): Menggunakan detektor digital untuk langsung menghasilkan gambar digital berkualitas tinggi.
- Pengaturan Dosis Rendah: Mengurangi paparan radiasi dengan mengoptimalkan tegangan, arus, dan waktu eksposur.
- Fluoroskopi: Menghasilkan gambar sinar-X secara real-time untuk aplikasi seperti panduan operasi.
Keamanan dan Perlindungan
- Mesin sinar-X dirancang dengan pelindung radiasi (biasanya timbal) untuk mencegah paparan radiasi yang tidak perlu.
- Operator dan pasien sering dilindungi dengan apron timbal selama proses pencitraan.
