Göremediğini
görünür yapmak
Fizik yasaları temel alınarak oluşturulan ve insanoğlunun tanılama yeteneğini artıran teknolojilere görüntüleme cihazları denir. Kemiğin içi, bebeğin kalp atışı, gecenin karanlığındaki sıcak bir cisim, denizin dibindeki balık sürüsü — hepsi bir dalganın gönderilip geri okunmasıyla görüntüye dönüşüyor. Sonra bu görüntünün gösterildiği ekran geliyor: LCD ve plazma.
Fizikte yapılan keşifler yeni teknolojilerin üretilmesini sağlar. Örneğin tıp alanında biyomedikal mühendislerin tasarladıkları birçok teknolojik ürün (MR, PET, röntgen, ultrason, bilgisayarlı tomografi vb.) sayesinde teşhis ve tedavi olanakları artmıştır. Fizik yasaları temel alınarak oluşturulan ve insanoğlunun tanılama yeteneğini artıran bu teknolojilere görüntüleme cihazları denir.
X ışınları, günümüz görüntüleme teknolojilerinin temelini oluşturur. Alman fizikçi Wilhelm Conrad Röntgen, 1895’te X ışınlarını keşfetmiştir. X ışınları, elektromanyetik dalgaların bir türü olup hızlandırılmış elektronların bir metale çarparak ivmeli hareket yapması sonucunda oluşur.
Röntgen cihazı X ışınlarını belirli bir bölgeye yönlendirir. Bu ışınlar, gönderildikleri bölgenin kalınlığı, yoğunluğu ve atomik yapısı gibi faktörlere bağlı olarak farklı oranlarda kırınıma uğrar ve röntgen filmi üzerinde bir görüntü oluşturur.
MR cihazı, canlı dokulara manyetik alan içinde radyo dalgaları göndererek hidrojen atomlarının hareketini görünür hale getirir. Hidrojen çekirdeğindeki protonlar güçlü bir manyetik alanın etkisinde kalır ve bu protonlara radyo dalgaları gönderilir.
Hastalıklı dokulardaki su miktarı sağlıklı dokulara göre daha fazla olduğu için proton yoğunluğu da yüksektir. Protonlar yoğunluk, dağılım ve dizilişlerine göre farklı sinyaller üretir; cihaz bu sinyalleri görüntüye dönüştürür.
PET, doku ve organların metabolik ve biyokimyasal işlevlerini ortaya çıkarmak için kullanılır. Tarama sırasında hastaya damar içi radyoaktif madde enjekte edilir ve bu maddenin vücut içindeki hareketleri izlenir.
PET taraması, MR taramalarında tespit edilemeyen metabolik anormallikleri görüntüleyebilir. Çoğu PET taraması bugün bilgisayarlı tomografi ile birlikte yapılır; bu birleşik yönteme PET/BT denir.
Tomografi cihazları bugün bilgisayar yazılımlarıyla birlikte çalıştığından bilgisayarlı tomografi adını alır. Röntgen cihazından farkı: tek bir X ışını değil, farklı açılardan bir dizi X ışını kullanılır.
Bu sayede bilgisayar yardımıyla daha detaylı bir görüntüleme yapılır. BT, özellikle travmalar sonucu oluşan iç yaralanmaları hızlı belirlemek için kullanılır. Kullandığı X ışınları canlı dokular için zararlı olabilir.
Ultrason, insan kulağının duyamayacağı kadar yüksek frekansa sahip ses dalgalarına denir. Vücut içindeki organlar farklı yoğunluğa sahip olduğu için ses dalgalarının bu ortamlardan geçiş hızı ve yansıması farklıdır.
Bu farklılıkları algılayan cihazlarla vücudun iç yapısının gerçek zamanlı bir görüntüsü elde edilir. En önemli avantajı canlı vücuduna hiçbir zararının olmamasıdır; bu yüzden bebeğin anne karnındaki gelişimi ultrasonla izlenir.
Radar, elektromanyetik dalgaların yansıma özelliğini temel alır. Radar tarafından yayınlanan radyo dalgaları veya mikrodalgalar bir cisme çarpıp dönerek cismin konumu, hareket yönü ve hızı gibi niceliklerini belirler.
Askerî ve sivil alanlarda kullanılan radarlar hava radarları ve yer radarları olmak üzere ikiye ayrılır. Meteoroloji radarları hava durumunu takip eder; trafik polisleri araç hızlarını radarla ölçer.
Sonar cihazı, yüksek frekanslı ses dalgalarının bir engele çarpıp yansımasına dayanarak çalışır. Su altında ses dalgaları gönderilir; bu dalgalar bir cisimle karşılaştığında geri döner.
Dalgaların gönderilmesi ile geri dönmesi arasında geçen süreye dayanarak cismin uzaklığı hesaplanır. Deniz altı haritaları, denizaltı maden araştırmaları, balıkçılık ve askerî donanmalarda kullanılır.
Termal kameralar, cisimlerin şekillerini ve yaydıkları kızılötesi ışıma yoğunluklarını görüntüleyen sistemlerdir. Sıcaklıkları −273 °C (0 K)’nin üstündeki sistemler etraflarına enerji yayar.
Termal kamerada maddeler yaydıkları ısı enerjisine göre farklı renklerde görüntülenir. Genellikle güvenlik alanlarında, gece görüş sistemlerinde ve güdümlü füze gibi askerî sistemlerde kullanılır.
İkisi de “gönder, yansımayı bekle” mantığıyla çalışır ama gönderdikleri şey farklıdır. Radar elektromanyetik dalga (radyo dalgası/mikrodalga) gönderir; sonar ise ses dalgası. Ses boşlukta yayılamaz ama suda çok iyi yayılır — bu yüzden su altı sonarın, hava ve uzay radarın alanıdır. Aynı ayrım ultrason ile röntgen arasında da vardır: ultrason ses, röntgen ışıktır.
Cihazların hepsi vücuda bir şey gönderiyor, ama gönderilen şeyin enerjisi aynı değil. Sınavda en çok sorulan ayrım bu: hangi cihaz radyasyon kullanıyor, hangisi kullanmıyor.
| Cihaz | Gönderilen | Canlı dokuya etkisi |
|---|---|---|
| Röntgen | X ışını (elektromanyetik dalga) | Yüksek enerjili X ışını kullandığından zarar verebilir; hastanelerde güvenlik önlemleri alınır, uyarı levhaları konur. |
| Bilgisayarlı tomografi | Farklı açılardan bir dizi X ışını | Kullanılan X ışınları canlı dokular için zararlı olabilir. |
| MR | Manyetik alan + radyo dalgası | Radyasyon kullanılmadığından canlı dokulara zarar vermez. |
| PET | Damardan verilen radyoaktif madde | Düşük radyasyon miktarıyla çalıştığından olumsuz etkilerle karşılaşma riski düşüktür. |
| Ultrason | Yüksek frekanslı ses dalgası | Hiçbir zararı yoktur — en önemli avantajı budur. |
| Termal kamera | Hiçbir şey göndermez, yalnız dinler | Cismin kendi yaydığı kızılötesini toplar; vücuda bir şey göndermediği için etkisi yoktur. |
MR yapıyı gösterir: yumuşak dokular, beyin ve omurilik hastalıkları, kas-iskelet sistemi rahatsızlıkları. PET ise işleyişi gösterir: metabolik ve biyokimyasal işlevler. Bu yüzden PET, MR’ın göremediği metabolik anormallikleri yakalar.
İkisi de X ışını kullanır. Fark kaç yönden bakıldığındadır: röntgen tek ışın, BT farklı açılardan bir dizi ışın gönderip bilgisayarla birleştirir. Bu yüzden BT ile vücudun neredeyse tüm bölümleri görselleştirilebilir.
İkisi de yüksek frekanslı ses dalgası kullanır. Ultrason vücut içi görüntüleme içindir; sonar su altı içindir ve gidiş-dönüş süresinden uzaklık hesaplar. Ultrasonik ses dalgalarından tıp, denizcilik ve asker savunmada yararlanılır.
LCD (Liquid Crystal Display – Sıvı Kristal Ekran), sıvı kristal teknolojisini kullanarak görüntü oluşturan bir ekran teknolojisidir. LCD panellerin görüntü oluşturma sistemi, bazı katmanların üst üste getirilmesiyle sağlanır.
Sıvı kristal katmanın iki elektrot arasında olduğuna dikkat et — sınavda sıralama sorulduğunda ayırt edici nokta budur.
Elektrik akımı sıvı kristal moleküllerini hizalayarak ışığın yönünü değiştirir. Bu süreç, ışığın ne kadarının geçeceğini belirleyerek renklerin ve görüntülerin oluşmasını sağlar.
Yani LCD kendi ışığını üretmez — arkadan gelen ışığı geçirir ya da engeller. Sıvı kristal bir lamba değil, bir kapıdır. Plazmayla arasındaki bütün farklar bu tek cümleden çıkar.
LCD teknolojisi bilgisayar monitörleri, televizyonlar, uçak kokpit ekranları, projektörler, saatler, dijital kameralar, cep telefonları ve hesap makineleri gibi birçok cihazda kullanılır. Günlük hayatta en çok karşılaşılan ekran türüdür.
Plazma teknolojisi, gazların yüksek sıcaklık ve basınç altında iyonize olarak plazma hâline dönüştüğü prensibe dayanır. Plazmalar, elektriksel olarak iyi iletkenlerdir ve elektrik akımı ile ışık yayarlar.
Plazma ekranlarda, her bir alt piksel, içerdiği neon ve xenon gaz karışımları ile kırmızı, yeşil veya mavi gibi ana renkleri üretir. Bu alt piksellerin farklı kombinasyonları ile ekranda dijital görüntüler oluşturulur.
Üç alt pikselin üçü de tam açıkken göz bunu beyaz olarak algılar; üçü de kapalıysa siyah görünür. Aradaki bütün renkler bu üçlünün şiddet ayarından çıkar.
Floresan ve neon lambaları plazmalara örnek olarak verilebilir — okulun koridorundaki uzun beyaz lamba da, tabelalardaki renkli neon yazı da plazma.
Bunun yanında plazma teknolojisi biyolojide sterilizasyon işleminde, kâğıt ve uzay endüstrisinde, elmas yapımında, elektronik çöp yapımında, iletişim teknolojisinde, kaplama ve metal kesim alanlarında kullanılmaktadır.
Aşağıdaki ölçütlerden birini seç; iki teknoloji o ölçütte yan yana çizilsin. Kural basit: plazma kendi ışığını üretir, LCD arkadan gelen ışığı süzer. Bütün farklar buradan doğuyor.
| Ölçüt | LCD | Plazma |
|---|---|---|
| Işık kaynağı | Arkadan gelen ışığı süzer | Kendi ışığını üretir |
| Enerji tüketimi | Daha az | Daha fazla |
| Kalınlık ve ağırlık | Daha ince, daha hafif | Daha kalın, daha ağır |
| Görüş açısı | Bazı türlerinde dar; renk kayması olabilir | Geniş |
| Tepki / yenileme hızı | Bazılarında yavaş; iz bırakma ve bulanıklık | Yüksek yenileme hızı |
| Parlaklık ve renk | Arka ışıkla sınırlı | Yüksek parlaklık, geniş renk yelpazesi |
| Ömür ve ekran yanması | Genellikle daha uzun ömürlü | Ekran yanması riski; parlaklık zamanla düşer |
Sınav sorusu hep bir ölçüt verir. “Enerji” denmişse cevap LCD, “görüş açısı” denmişse plazmadır; ikisi birden “en iyi” değildir. Tek cümlelik hafıza kancası: plazma ışığı üretir — bu ona parlaklık, renk, hız ve geniş açı kazandırır, karşılığında enerji, kalınlık ve ömür kaybettirir. LCD ışığı süzer — az enerji, ince gövde; karşılığında açı ve hız sorunu.
Bu ünitenin tamamı elini uzatınca dokunabildiğin şeylerden oluşuyor. Aşağıdaki dokuz sahne aynı fiziği senin gününden anlatıyor.
Okul takımının maçında bileğin burkuldu, acilde film çekiyorlar. O film X ışınıdır: kemik yoğun olduğu için ışını çok tutar ve filmde beyaz çıkar, kas az tutar ve koyu görünür. Teknisyenin sana kurşun önlük vermesi tesadüf değil — röntgen yüksek enerjili ışın kullanır ve dokuya zarar verebilir.
Aile grubuna düşen o siyah beyaz bebek görüntüsü ses dalgasıyla çekildi, ışıkla değil. Ultrasonun zararı olmadığı için doktorlar aylarca tekrar tekrar bakabiliyor. Aynı görüntüyü röntgenle almak mümkün ama tehlikeli olurdu.
Menisküs şüphesiyle MR’a girersen makine çok gürültü yapar ama radyasyon vermez. Kulaklık verilmesinin sebebi ses, kurşun önlük verilmemesinin sebebi de radyasyonun olmaması. Üzerinde metal bırakmamanı istemelerinin sebebi ise cihazın kalbindeki çok güçlü manyetik alan.
Yolda gördüğün trafik radarı, araca radyo dalgası/mikrodalga gönderip yansımasını okur ve hızı hesaplar. Aynı prensip meteorolojide bulutu, havalimanında uçağı bulmak için kullanılıyor — gönder, yansımayı bekle.
Teknedeki ekranda görünen “balık var” işareti sonardan geliyor. Cihaz suya ses gönderir, gidiş-dönüş süresinden derinliği hesaplar. Balıkçılar sonar yardımıyla balık sürülerinin yoğunluğunu, türlerini ve derinliğini tespit edebilir.
İnternette gördüğün, karanlıkta insanların turuncu göründüğü videolar termal kamerayla çekilir. Kamera ışık göndermez; cisimlerin kendi yaydığı kızılötesini toplar. Sıcaklığı 0 K’nin üstündeki her sistem etrafına enerji yaydığı için karanlıkta bile görürsün.
Yatakta telefonu yatık tutunca renklerin solup gitmesi LCD’nin düşük görüş açısı dezavantajıdır. Ekranı dik tutunca düzelmesinin sebebi de bu: sıvı kristal katman ışığı belirli bir yönde geçiriyor.
Bir oyunda hızlı dönerken görüntünün arkasında hayalet bir iz kalıyorsa bu yavaş tepki süresidir — LCD’nin bilinen dezavantajı. Plazmanın yüksek yenileme hızıyla öne çıkmasının sebebi tam olarak buydu.
Kulüp standı için aldığınız neon şeritli tabela ve tavandaki floresan lamba plazmaya örnektir. İçindeki gaz iyonize olur, elektriksel olarak iletken hâle gelir ve akımla birlikte ışık yayar. Plazma ekranın her alt pikselinde de olan bu.
48 soruluk test · sekiz görüntüleme cihazının çalışma ilkesi ve canlı dokuya etkisi, LCD panelin altı katmanı ve sıvı kristalin ışığı nasıl geçirdiği, plazmada alt piksel ve gaz iyonizasyonu, LCD ile plazmanın avantaj ve dezavantajları
Fizik yasaları temel alınarak oluşturulan ve insanoğlunun tanılama yeteneğini artıran teknolojilerdir. MR, PET, röntgen, ultrason, bilgisayarlı tomografi bunlara örnektir.
Wilhelm Conrad Röntgen, 1895. X ışınları elektromanyetik dalgadır; hızlandırılmış elektronların bir metale çarparak ivmeli hareket yapmasıyla oluşur. Işınlar bölgenin kalınlık, yoğunluk ve atomik yapısına göre farklı oranlarda kırınıma uğrar. Dokuya zarar verebilir.
Manyetik alan içinde radyo dalgaları göndererek hidrojen atomlarının hareketini görünür yapar. Hastalıklı dokuda su ve dolayısıyla proton yoğunluğu fazladır. Radyasyon kullanmaz, zarar vermez. Yumuşak doku, beyin-omurilik ve kas-iskelet için kullanılır.
Metabolik ve biyokimyasal işlevleri gösterir; damardan radyoaktif madde verilir. Düşük radyasyonla çalışır. MR’ın göremediği metabolik anormallikleri yakalar; BT ile birlikte yapılan hâline PET/BT denir.
BT: farklı açılardan bir dizi X ışını, travma ve iç yaralanma. USG: duyulamayacak kadar yüksek frekanslı ses, gerçek zamanlı, zararsız. Radar: EM dalga yansıması, konum-yön-hız; hava ve yer radarı. Sonar: su altında ses, gidiş-dönüş süresinden uzaklık. Termal: kızılötesi ışıma yoğunluğu, 0 K üstündeki her sistem yayar.
Arkadan öne: yansıtıcı ayna → polarize film ve cam filtre → negatif elektrot → sıvı kristal katman → pozitif elektrot → cam filtre ve polarize film. Elektrik akımı sıvı kristal moleküllerini hizalayarak ışığın yönünü değiştirir; böylece ışığın ne kadarının geçeceği belirlenir.
Gazların yüksek sıcaklık ve basınç altında iyonize olarak plazma hâline dönüşmesine dayanır. Plazmalar elektriksel olarak iyi iletkendir ve akımla ışık yayar. Her alt piksel neon ve xenon karışımıyla kırmızı, yeşil veya mavi üretir.
LCD: az enerji, ince ve hafif, az ısınır; ama dar görüş açısı ve yavaş tepki. Plazma: yüksek parlaklık ve geniş renk, yüksek yenileme hızı, geniş görüş açısı; ama fazla enerji, kalın-ağır gövde, ekran yanması ve daha kısa ömür.