MODERN FİZİĞİN TEKNOLOJİDEKİ UYGULAMALARI. Görüntüleme Teknolojileri

(1)

FİZİK 12. SINIF

MODERN FİZİĞİN TEKNOLOJİDEKİ UYGULAMALARI

Görüntüleme Teknolojileri

(2)

12. Sınıf Fizik

(3)

12. Sınıf Fizik

Bilim ve teknolojideki gelişmeler hızla artmaktadır.

Modern fiziğin getirdiği yenilikler, atomun yapısı ve atom altı parçacıklarının keşfi, atom spektrumu ve atom uyarılmasıyla ilgili her türlü çalışma tıp, iletişim ve savunma sanayi gibi birçok alanda görüntüleme teknolojilerinin gelişmesini sağlamıştır.



(4)

12. Sınıf Fizik

HD (High Definition-Yüksek çözünürlük) görüntü ifadesi; telefon, televizyon ve tabletlerde yerini almıştır.

Yarı iletken teknolojisinin gelişmesi ile veriler daha yüksek kalitede ve daha hızlı işlenebilmektedir.



(5)

12. Sınıf Fizik

Wilhelm Conrad Röntgen, 1890 yılında başlayan çalışmaları sonucunda 1895’te X-ışınlarını keşfetmiştir.

Wilhelm Conrad, Crookes tüpü adı verilen içi boş bir cam tüpün içine yerleştirilen iki elektrottan (anot ve katot) oluşan bir deney düzeneği ile çalışmıştır.

Röntgen Cihazı



(6)

12. Sınıf Fizik

X-ışını tüpünün katodundan gönderilen yüksek enerjili

elektronlar, anoda ulaştığında metal içinde yavaşlayarak durur.

Metale çarpan elektronlar bu ivmeli hareket sonucunda elektromanyetik dalga hâlinde ışıma yapar.



(7)

12. Sınıf Fizik

Wilhelm Conrad Röntgen bu ışınlara bilinemeyen anlamında X-ışını adını vermiştir.

İlk Nobel Fizik Ödülü, X-ışını keşfinden dolayı Wilhelm Conrad Röntgen’e verilmiştir.

X-ışınları kısa dalga boyuna ve yüksek enerjiye sahip yüksüz ışınlardır.



(8)

12. Sınıf Fizik

Tüm elektromanyetik dalgalar gibi X-ışınları da elektrik ve manyetik alandan etkilenmez.

Röntgen cihazı tıpta kullanılan en eski görüntüleme

cihazlarından biridir.



(9)

12. Sınıf Fizik

Vücuda gönderilen X-ışınları; bu bölgenin kalınlığına, içerdiği maddenin yoğunluğuna ve atomik yapısına göre etkileştiği maddede kırınıma uğrayarak röntgen filmine ulaşır.

Röntgen cihazlarında elektromanyetik dalgalardan X-ışınlarının kullanılmasının temel nedeni dokulardan geçebilmesidir.

Organizmaların gözle görülmeyen iç yapılarının X-ışınları kullanılarak görüntülenmesi işlemine radyografi denir.



(10)

12. Sınıf Fizik

Radyografi, vücudun kemik ihtiva eden kısımlarında kolayca görüntü oluşturulabildiği hâlde, karın boşluğunda bulunan yumuşak dokulardan oluşan organlarda yetersiz kalmaktadır.

Bu, tüm canlılarda kullanılabilen ucuz ve kolay bir görüntüleme yöntemi olmasına rağmen X-ışınlarının zararlı etkilerinden

dolayı çok sık kullanılmamalıdır.



(11)

12. Sınıf Fizik

Tıp alanında kullanılan X-ışınları yüksek enerji taşıdıklarından canlı hücrelere zarar verebilir.

Hastanelerde röntgen çekimi yapılan alanların çevrelerine

X-ışınlarının zararlarını belirten uyarı levhaları konularak zararlı etkilere karşı insanlar uyarılmaktadır.



(12)

12. Sınıf Fizik

Manyetik rezonans görüntüleme, 1946’da tanımlanmasına rağmen ilk olarak 1973 yılında kullanılmıştır.

Ülkemizde ise ilk kez 1989 yılında İzmir Dokuz Eylül

Üniversitesi Tıp Fakültesinde kullanılmaya başlanmıştır.

Manyetik rezonans görüntüleme (MRI), nükleer manyetik rezonans görüntüleme ya da manyetik rezonans tomografi isimleri ile de anılır. Sağlık alanında kullanılan görüntüleme yöntemlerinden biridir.

MR Cihazı



(13)

12. Sınıf Fizik

Canlı dokulara manyetik alan içerisinde gönderilen radyo dalgalarının etkisi ile hareket eden hidrojen atomunun

yaptığı ışımaları görünür hâle getiren cihazlara MR cihazı denir.

Çalışma prensibi olarak hidrojen atomunun çekirdeğinde

bulunan proton güçlü bir manyetik alanın etkisinde bırakılır ve üzerine radyo dalgaları gönderilir.

MR Cihazı



(14)

12. Sınıf Fizik

Hastalıklı dokulardaki su miktarı sağlıklı dokuya göre daha fazla olduğundan hastalıklı dokudaki proton yoğunluğu da fazla olur.

Radyo dalgaları ile karşılaşan protonlar yoğunluk, dağılım

ve dizilişlerine göre farklı sinyaller oluşturur ve bu sinyaller MR cihazı tarafından görüntüye dönüştürülür.

MR Cihazı



(15)

12. Sınıf Fizik

MR cihazlarında radyasyon kullanılmadığından bu cihazlar canlı dokular için zararlı değildir.

MR cihazı yumuşak dokuların görüntülenmesinde, beyin ve omurilik hastalıklarının teşhisinde ve kas iskelet sistemi

rahatsızlıklarının tespitinde kullanılır.

MR Cihazı



(16)

12. Sınıf Fizik

Tomografi 1915 yılında icat edilmiş fakat genel kullanıma geçmesi 1930 yılını bulmuştur.

Kesit ve görüntüleme kelimelerinin Yunanca karşılıklarının

birleşmesiyle oluşan tomografi, X-ışınlarını kullanarak vücudun belirli bir kesitinin görüntülenmesini sağlayan radyolojik bir

tanılama aracıdır.

Tomografi



(17)

12. Sınıf Fizik

Bilgisayarlı tomografide tanılanmak istenen bölgeye gönderilen 360º dönen X-ışınları farklı dokularda farklı oranlarda soğurulur ve gönderilen X-ışınlarındaki değişim detektörler aracılığıyla tespit edilir.

Toplanan ışınlar bilgisayar yazılımı ile işlenir ve hasarlı ya da hastalıklı bölge tespit edilmiş olur.

Tomografi



(18)

12. Sınıf Fizik

Bilgisayarlı tomografinin röntgen görüntülemeye göre tercih edilmesinin nedenleri arasında daha yüksek çözünürlük elde edilmesi ve kesitler şeklinde görüntü alındığı için daha detaylı inceleme yapılabilmesi bulunmaktadır.

Tomografi de X-ışınları kullanıldığından canlı dokular için zararlı olabilmektedir.

Tomografi



(19)

12. Sınıf Fizik

PET, nükleer tıpta kullanılan görüntüleme yöntemlerinin en gelişmişidir.

Vücuda verilen radyoaktif madde tarafından salınan

pozitronların atomların serbest elektronlarıyla yok olma tepkimesi yapmasıyla gama ışınları açığa çıkar.

PET, açığa çıkan gama ışınlarının detektörler tarafından tespit edilip bilgisayarda görüntüye dönüştürülmesidir.

PET (Pozitron Emisyon Tomografisi)



(20)

12. Sınıf Fizik

Özellikle onkolojik hastalıkların tanısında kullanılan PET cihazlarında, vücudun üç boyutlu görüntüsü elde edilerek organların incelenmesi sağlanır.

PET yönteminde radyoaktif madde içeren şeker bileşiği damar yoluyla hastaya verilir ve sıvının dağılması beklenir.

Kanser hücreleri, sağlıklı hücrelere göre daha fazla enerjiye ihtiyaç duyduğundan daha çok şekere bağlanmış tümörlü hücrelerin ışıması sağlıklı hücrelerden fazla olur.



(21)

12. Sınıf Fizik

PET taramalarının çoğu günümüzde bilgisayarlı tomografi (BT) taraması ile birlikte yapılmaktadır.

Bu birleştirilmiş tarama yönteminde cihazlar vücuttaki anormal metabolik durumların yerini belirler.

Birleştirilmiş tetkik yöntemi tek tek yapılan iki taramaya göre daha doğru teşhis sağlar.



(22)

12. Sınıf Fizik

Bilgisayarlı tomografi, X-ışınları yardımıyla tanılama ve teşhis için kullanılan bir radyolojik inceleme yöntemidir.

BT, kesitsel görüntü alınmasına imkân verir ve röntgenin çözemediği yumuşak doku kontrastına sahip olduğundan dokuların birbirinden ayrı görülmesini sağlar.

Bilgisayarlı Tomografi



(23)

12. Sınıf Fizik

Ultrason yüksek frekanslı ses dalgasıdır. İnsan kulağı saniyede 20 Hz - 20 KHz aralığındaki sesleri duyarken ultrason frekansı 20 KHz in çok üstündedir.

Ultrason Cihazı



Ultrason cihazları tıp alanı, denizcilik, maden aramaları, endüstri, savunma sanayisi ve daha birçok alanda görüntüleme amaçlı kullanılmaktadır.

(24)

12. Sınıf Fizik

Tıpta kullanılan ultrason cihazında piezoelektrik kristalince ses dalgası oluşturulur.

Oluşturulan ses dalgaları ilgili alana gönderilerek yansımaları incelenir.

Ultrason cihazları, çalışması sırasında herhangi bir radyasyon yaymaması ve eş zamanlı görüntü elde edilebilmesinden dolayı sıklıkla kullanılır.

Ultrason Cihazı



(25)

12. Sınıf Fizik

Bilim dünyasındaki birçok teknolojik gelişmede olduğu gibi sonar teknolojisinde de doğadaki örneklerden yola çıkılmıştır.

Yarasalar uçarken yönlerini ultrasonik ses dalgalarını kullanarak bulur. Yunuslar, su altında yüksek frekanslı ses dalgalarını

birbirleri ile haberleşmek için kullanır.

Sonar



(26)

12. Sınıf Fizik

Sonar cihazının çalışma prensibi yüksek frekanslı ses dalgalarının bir engele çarpıp yansımasına dayanır.

Günümüzde sonar cihazları denizcilik sektöründe yoğun olarak kullanılmaktadır.

Ses kaynağında üretilen ses, su altında herhangi bir cisim ile karşılaşıncaya kadar ilerler.

Sonar



(27)

12. Sınıf Fizik

Ses dalgaları cisme çarptıktan sonra geri döner.

Dalganın hedefe gönderilmesi ile geri dönmesi arasında geçen süreden yararlanılarak cismin uzaklığı saptanır.

Sonar cihazı; deniz altı haritaları çıkarmakta, deniz altı

maden araştırmalarında, balıkçılıkta, askerî donanmalarda sıklıkla kullanılır.

Sonar



(28)

12. Sınıf Fizik

Ses dalgaları gibi elektromanyetik dalgaların da yansıma özelliği vardır.

Radar radyo dalgalarının bir engele çarpıp yansımasını temel alır.

Günümüzde ise mikrodalgalar kullanılarak cisimlerin uzaklıkları, hareket yönleri ve hızları hakkında bilgi edinilir.

Radar



(29)

12. Sınıf Fizik

Radarlar hava radarı ve deniz radarı olarak ikiye ayrılır.

Sivil ve askerî alanda sıklıkla kullanılır.

Radar



(30)

12. Sınıf Fizik

Sıcaklığı -273 ºC nin üzerindeki tüm nesneler termal ışıma yapar.

Nesnelerin sıcaklığına göre yayınlanan ışınların dalga boyu değişir.

Canlı ve cansız varlıkların yaydığı termal ışımalar elektromanyetik spektrumun kızılötesi bölgesine karşılık gelir.

Termal Kameralar



(31)

12. Sınıf Fizik

Termal kameralarda farklı sıcaklık değerleri ekranda farklı renkte görüntü oluşturur.

Oluşan görüntüde soğuk bölgeler mavi, sıcak bölgeler sarı renkte görülür.

Böylelikle sıcakkanlı canlılar hem gündüz hem de gece rahatlıkla görülebilir.

Termal Kameralar



(32)

12. Sınıf Fizik

Katı ve sıvı arası kimyasal özelliklere sahip, bir katı kadar düzenli olmayan ama belli bir derecede dizilişe sahip olan maddelere sıvı kristal madde denir.

Sıvı kristallerin en önemli özelliği içerisinden geçen ışınları istenilen doğrultuda yönlendirebilmesidir.

Böylece görüntünün kısa mesafelerde ekran üzerine düşürülmesi sağlanır.

LCD ve Plazma Teknolojileri



LCD (Sıvı Kristal Ekran)



(33)

12. Sınıf Fizik

LCD panellerin görüntü oluşturma sistemi, bazı katmanların üst üste getirilmesiyle sağlanır.

Sıvı kristaller sıcaklık değişimlerine çok duyarlıdır.

Sıcaklık değişimi sonucunda değişik renk tonlarının elde edilmesi sağlanır.



(34)

12. Sınıf Fizik

Renkli LCD’lerde her piksel 3 alt pikselden oluşur.

Bu alt pikseller kırmızı, mavi ve yeşildir.

Bu alt piksellerin her biri 256 farklı renk tonu taşır.



(35)

12. Sınıf Fizik

Az yer kaplamaları, düşük enerji tüketimleri ve katot ışınlı tüplere göre yok denecek kadar az

radyasyon yaymaları LCD teknolojisinin avantajlarıdır.



(36)

12. Sınıf Fizik

Plazma teknolojisinin esası piksele dayanır.

Pikseller de alt piksellerden oluşur.

Ekranı oluşturan her bir alt piksel kırmızı, yeşil ve mavi renklerden birisini yayan mikroskobik

floresanlar gibi davranır.



Plazma Teknolojisi



(37)

12. Sınıf Fizik

Bu alt piksellerin ışık yoğunlukları değiştirilerek farklı renk tonları elde edilir.

Plazma ekranlar, LCD ekranlarla yaklaşık aynı oranda güç tüketir.

Plazmalarda bir pikselin aydınlanması için tek bir plazma hücresinin çalışması yeterlidir.



(38)

12. Sınıf Fizik

Siyah görüntü o hücrenin sönmesi ile sağlandığından siyah renkler gerçeğe çok yakındır.

Bununla birlikte siyah rengin bulunduğu hücreler çalışmadığı için belirli oranda enerji tasarrufu sağlanmış olur.

Plazma ekranlarda hücrelerin yaydığı ışığın şiddetinde belirli bir zaman sonra azalmalar meydana gelmektedir.

Bu sorun, hücreye ışık şiddetini sağlayan iyonize gazın etkisinin azalması ile oluşmaktadır.



(39)

12. Sınıf Fizik

LCD ve plazma görüntüleme teknolojileriyle ilgili I. Her ikisi de R-G-B renk piksellerinden oluşmaktadır.

II. Her ikisinde de sıvı kristallerle görüntü elde edilir.

III. LCD ve plazma görüntüleme teknolojisi günlük hayatta önemli yer tutmaktadır.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

Örnek