sinaran X-ray. Apakah sinaran X-ray, sifat dan aplikasinya

Sinaran X-ray ialah sejenis sinaran dengan frekuensi dalam julat dari 3*10 16 hingga 3*10 20 Hz.

Sejarah penemuan sinar-X

X-ray ditemui pada tahun 1895 oleh Wilhelm Roentgen Jerman. Pada akhir abad ke-19, saintis sedang mengkaji pelepasan gas pada tekanan rendah. Pada masa yang sama, aliran elektron yang bergerak pada kelajuan tinggi dicipta dalam tiub nyahcas gas. V. Roentgen juga mengambil kajian tentang sinar ini.

Dia perasan bahawa jika anda meletakkan plat fotografi di sebelah tiub pelepasan gas, ia akan diterangi, walaupun ia dibalut dengan kertas hitam. Meneruskan eksperimennya, Roentgen membalut tiub pelepasan gas dengan kertas yang direndam dalam larutan barium platinum sulfida. Kertas itu mula bercahaya.

X-ray ingin tahu, dan meletakkan tangannya di antara kertas dan tiub, mungkin dengan harapan ia akan mula bersinar, tetapi ini tidak berlaku. Tetapi pada skrin kertas bayang-bayang gelap tulang tetap kelihatan dengan latar belakang garis tangan yang lebih terang. X-ray mencadangkan bahawa ini adalah sejenis sinaran yang tidak diketahui yang mempunyai kesan penembusan yang sangat kuat.

• Dia memanggil sinar ini X-ray. Selepas itu, sinaran ini mula dipanggil sinar-X.

Sifat X-ray

X-ray tidak dipengaruhi oleh medan elektromagnet. Pada masa yang sama, mereka hampir tidak mengalami pembiasan dan tidak dipantulkan. Telah dicadangkan bahawa sinar-X ialah gelombang elektromagnet yang dipancarkan apabila elektron dinyahpecutan.

• Mereka ada panjang gelombang yang sangat pendek, akibatnya mereka mempunyai keupayaan penembusan yang begitu tinggi.

Kini perhatian saintis tertumpu kepada kajian sinar-X. Mereka cuba mengesan pembelauan sinar ini. Mereka melepasinya melalui celah di dalam pinggan, tetapi tidak menemui kesan. Beberapa ketika kemudian, Max Laue dari Jerman mencadangkan agar sinar-X melalui kristal.

Dia mewajarkan ini dengan fakta bahawa mungkin panjang gelombang sinaran X-ray adalah setanding dengan saiz atom, dan oleh itu pembelauan tidak boleh dicapai menggunakan celah buatan. Oleh itu, anda harus menggunakan kristal yang mempunyai struktur yang jelas dan jarak antara atom adalah lebih kurang sama dengan saiz atom itu sendiri. Andaian Laue telah disahkan.

Selepas melewati sinar-X melalui kristal, kira-kira gambar berikut muncul pada skrin.

Penampilan bintik-bintik kecil tambahan hanya dapat dijelaskan oleh fenomena pembelauan sinar-X pada struktur dalaman kristal. Setelah penyiasatan lanjut, ternyata panjang gelombang sinaran X-ray sememangnya sama mengikut magnitud dengan saiz atom.

X-ray digunakan secara meluas dalam amalan. Dalam perubatan, penyelidikan saintifik, teknologi. Menggunakan sinar-X, pengesanan kecacatan pelbagai struktur dijalankan, mencari lubang hitam dan patah tulang pada tulang manusia.

Sinaran sinar-X, dari sudut pandangan fizik, adalah sinaran elektromagnet, panjang gelombangnya berbeza-beza dalam julat dari 0.001 hingga 50 nanometer. Ia ditemui pada tahun 1895 oleh ahli fizik Jerman V.K.

Secara semula jadi, sinaran ini berkaitan dengan sinaran ultraungu suria. Gelombang radio adalah yang terpanjang dalam spektrum. Di belakangnya terdapat cahaya inframerah, yang tidak dapat dilihat oleh mata kita, tetapi kita merasakannya sebagai haba. Seterusnya datang sinar dari merah ke ungu. Kemudian - ultraviolet (A, B dan C). Dan di belakangnya adalah sinar-X dan sinaran gamma.

X-ray boleh didapati dalam dua cara: dengan nyahpecutan zarah bercas yang melalui bahan dan dengan peralihan elektron dari lapisan yang lebih tinggi ke lapisan dalaman apabila tenaga dibebaskan.

Tidak seperti cahaya yang boleh dilihat, sinar ini sangat panjang, jadi ia dapat menembusi bahan legap tanpa dipantulkan, dibiaskan atau terkumpul di dalamnya.

Bremsstrahlung lebih mudah diperolehi. Zarah bercas memancarkan sinaran elektromagnet apabila membrek. Lebih besar pecutan zarah ini dan, oleh itu, lebih tajam nyahpecutan, lebih banyak sinaran X-ray dihasilkan, dan panjang gelombangnya menjadi lebih pendek. Dalam kebanyakan kes, dalam amalan, mereka menggunakan pengeluaran sinar dalam proses nyahpecutan elektron dalam pepejal. Ini membolehkan sumber sinaran ini dikawal tanpa bahaya pendedahan sinaran, kerana apabila sumber dimatikan, sinaran X-ray hilang sepenuhnya.

Sumber sinaran yang paling biasa adalah bahawa sinaran yang dipancarkan olehnya adalah tidak homogen. Ia mengandungi sinaran lembut (gelombang panjang) dan keras (gelombang pendek). Sinaran lembut dicirikan oleh fakta bahawa ia diserap sepenuhnya oleh tubuh manusia, jadi sinaran X-ray tersebut menyebabkan bahaya dua kali lebih banyak daripada sinaran keras. Apabila terdedah kepada sinaran elektromagnet yang berlebihan dalam tisu manusia, pengionan boleh menyebabkan kerosakan pada sel dan DNA.

Tiub mempunyai dua elektrod - katod negatif dan anod positif. Apabila katod dipanaskan, elektron menyejat daripadanya, maka ia dipercepatkan dalam medan elektrik. Apabila berhadapan dengan bahan pepejal anod, mereka mula melambatkan, yang disertai dengan pancaran sinaran elektromagnet.

Sinaran sinar-X, sifat yang digunakan secara meluas dalam perubatan, adalah berdasarkan mendapatkan imej bayang objek yang dikaji pada skrin sensitif. Jika organ yang didiagnosis diterangi dengan pancaran sinar selari antara satu sama lain, maka unjuran bayang-bayang dari organ ini akan dihantar tanpa herotan (secara berkadar). Dalam amalan, sumber sinaran lebih serupa dengan sumber titik, jadi ia diletakkan pada jarak dari orang itu dan dari skrin.

Untuk mendapatkannya, seseorang diletakkan di antara tiub sinar-X dan skrin atau filem yang bertindak sebagai penerima sinaran. Hasil daripada penyinaran, tulang dan tisu padat lain muncul dalam imej sebagai bayang-bayang yang jelas, kelihatan lebih kontras dengan latar belakang kawasan kurang ekspresif yang menyampaikan tisu dengan penyerapan yang kurang. Pada sinar-X, seseorang menjadi "lut sinar."

Apabila sinar-X merebak, ia boleh bertaburan dan diserap. Sinaran boleh bergerak ratusan meter di udara sebelum diserap. Dalam bahan padat mereka diserap lebih cepat. Tisu biologi manusia adalah heterogen, jadi penyerapan sinarnya bergantung pada ketumpatan tisu organ. menyerap sinar lebih cepat daripada tisu lembut kerana ia mengandungi bahan dengan nombor atom yang tinggi. Foton (zarah individu sinar) diserap oleh tisu badan manusia yang berbeza dengan cara yang berbeza, yang memungkinkan untuk mendapatkan imej kontras menggunakan sinar-X.

Perubatan moden menggunakan ramai doktor untuk diagnosis dan terapi. Sebahagian daripada mereka telah digunakan secara relatif baru-baru ini, sementara yang lain telah diamalkan selama berpuluh-puluh atau bahkan ratusan tahun. Juga, seratus sepuluh tahun yang lalu, William Conrad Roentgen menemui sinar-X yang menakjubkan, yang menyebabkan resonans yang ketara dalam dunia saintifik dan perubatan. Dan kini doktor di seluruh dunia menggunakannya dalam amalan mereka. Topik perbualan kami hari ini adalah X-ray dalam bidang perubatan; kami akan membincangkan penggunaannya dengan lebih terperinci.

X-ray ialah sejenis sinaran elektromagnet. Mereka dicirikan oleh kualiti penembusan yang ketara, yang bergantung pada panjang gelombang sinaran, serta pada ketumpatan dan ketebalan bahan yang disinari. Selain itu, sinar-X boleh menyebabkan beberapa bahan bercahaya, mempengaruhi organisma hidup, mengionkan atom, dan juga memangkinkan beberapa tindak balas fotokimia.

Penggunaan sinar-X dalam bidang perubatan

Hari ini, sifat x-ray membolehkan ia digunakan secara meluas dalam diagnostik x-ray dan terapi x-ray.

Diagnostik sinar-X

Diagnostik sinar-X digunakan semasa menjalankan:

X-ray (radioskopi);
- radiografi (imej);
- fluorografi;
- X-ray dan tomografi yang dikira.

X-ray

Untuk menjalankan kajian sedemikian, pesakit mesti meletakkan dirinya di antara tiub sinar-X dan skrin pendarfluor khas. Pakar radiologi memilih ketegaran sinar-X yang diperlukan, mendapatkan pada skrin imej organ dalaman, serta tulang rusuk.

Radiografi

Untuk menjalankan kajian ini, pesakit diletakkan di atas kaset yang mengandungi filem fotografi khas. Mesin X-ray diletakkan tepat di atas objek. Akibatnya, imej negatif organ dalaman muncul pada filem, yang mengandungi beberapa butiran kecil, lebih terperinci daripada semasa pemeriksaan fluoroskopi.

Fluorografi

Kajian ini dijalankan semasa pemeriksaan perubatan beramai-ramai penduduk, termasuk untuk mengesan tuberkulosis. Dalam kes ini, gambar dari skrin besar ditayangkan ke filem khas.

Tomografi

Apabila melakukan tomografi, rasuk komputer membantu mendapatkan imej organ di beberapa tempat sekaligus: dalam keratan rentas tisu yang dipilih khas. Siri x-ray ini dipanggil tomogram.

Tomogram komputer

Kajian ini membolehkan anda merakam bahagian tubuh manusia menggunakan pengimbas sinar-X. Selepas itu, data dimasukkan ke dalam komputer, menghasilkan satu imej keratan rentas.

Setiap kaedah diagnostik yang disenaraikan adalah berdasarkan sifat pancaran sinar-X untuk menerangi filem fotografi, serta pada fakta bahawa tisu dan tulang manusia berbeza dalam kebolehtelapan yang berbeza terhadap kesannya.

Terapi sinar-X

Keupayaan sinar-X untuk mempengaruhi tisu dengan cara khas digunakan untuk merawat pembentukan tumor. Lebih-lebih lagi, kualiti pengionan sinaran ini amat ketara apabila menjejaskan sel-sel yang mampu pembahagian pantas. Ia adalah tepat kualiti yang membezakan sel-sel pembentukan onkologi malignan.

Walau bagaimanapun, perlu diperhatikan bahawa terapi sinar-X boleh menyebabkan banyak kesan sampingan yang serius. Kesan ini mempunyai kesan agresif terhadap keadaan sistem hematopoietik, endokrin dan imun, sel-sel yang juga membahagi dengan cepat. Pengaruh agresif terhadap mereka boleh menyebabkan tanda-tanda penyakit radiasi.

Kesan sinaran X-ray pada manusia

Semasa mengkaji sinar-X, doktor mendapati bahawa ia boleh menyebabkan perubahan pada kulit yang menyerupai selaran matahari, tetapi disertai dengan kerosakan yang lebih mendalam pada kulit. Ulser sedemikian mengambil masa yang sangat lama untuk sembuh. Para saintis mendapati bahawa kecederaan seperti itu boleh dielakkan dengan mengurangkan masa dan dos sinaran, serta menggunakan kaedah perisai dan kawalan jauh khas.

Kesan agresif sinar-X juga boleh nyata dalam jangka masa panjang: perubahan sementara atau kekal dalam komposisi darah, mudah terdedah kepada leukemia dan penuaan awal.

Kesan x-ray pada seseorang bergantung kepada banyak faktor: organ mana yang disinari dan untuk berapa lama. Penyinaran organ hematopoietik boleh membawa kepada penyakit darah, dan pendedahan kepada alat kelamin boleh menyebabkan ketidaksuburan.

Menjalankan penyinaran sistematik penuh dengan perkembangan perubahan genetik dalam badan.

Kemudaratan sebenar X-ray dalam diagnostik X-ray

Semasa menjalankan pemeriksaan, doktor menggunakan bilangan x-ray minimum yang mungkin. Semua dos sinaran memenuhi piawaian tertentu yang boleh diterima dan tidak boleh membahayakan seseorang. Diagnostik sinar-X menimbulkan bahaya yang ketara hanya kepada doktor yang menjalankannya. Dan kaedah perlindungan moden membantu mengurangkan pencerobohan sinar ke tahap minimum.

Kaedah diagnostik sinar-X yang paling selamat termasuk radiografi bahagian kaki, serta sinar-X pergigian. Tempat seterusnya dalam ranking ini ialah mamografi, diikuti dengan tomografi terkira, dan kemudian radiografi.

Agar penggunaan sinar-X dalam perubatan hanya membawa manfaat kepada manusia, adalah perlu untuk menjalankan penyelidikan dengan bantuan mereka hanya apabila ditunjukkan.

Walaupun saintis hanya menemui kesan sinar-X sejak tahun 1890-an, penggunaan sinar-X secara perubatan untuk daya semula jadi ini telah berkembang pesat. Hari ini, untuk manfaat manusia, sinaran elektromagnet sinar-X digunakan dalam bidang perubatan, akademik dan industri, serta untuk menjana tenaga elektrik.

Di samping itu, sinaran mempunyai aplikasi berguna dalam bidang seperti pertanian, arkeologi, angkasa lepas, penguatkuasaan undang-undang, geologi (termasuk perlombongan) dan banyak aktiviti lain, malah kereta sedang dibangunkan menggunakan fenomena pembelahan nuklear.

Kegunaan perubatan sinar-X

Dalam tetapan penjagaan kesihatan, pakar perubatan dan doktor gigi menggunakan pelbagai bahan dan prosedur nuklear untuk mendiagnosis, memantau dan merawat pelbagai proses metabolik dan penyakit dalam tubuh manusia. Akibatnya, prosedur perubatan menggunakan rasuk telah menyelamatkan beribu-ribu nyawa dengan mengesan dan merawat penyakit daripada kelenjar tiroid yang terlalu aktif hingga kanser tulang.

Prosedur perubatan yang paling biasa ini melibatkan penggunaan sinaran yang boleh melalui kulit kita. Apabila imej diambil, tulang dan struktur lain kita kelihatan mengeluarkan bayang-bayang kerana ia lebih padat daripada kulit kita, dan bayang-bayang ini boleh dikesan pada filem atau skrin monitor. Kesannya serupa dengan meletakkan pensel di antara sekeping kertas dan lampu. Bayangan pensel akan kelihatan pada sekeping kertas. Perbezaannya ialah sinaran tidak kelihatan, jadi elemen rakaman diperlukan, seperti filem fotografi. Ini membolehkan doktor dan doktor gigi menilai penggunaan sinar-X apabila melihat tulang patah atau masalah pergigian.

Penggunaan sinaran X-ray untuk tujuan perubatan

Penggunaan sinaran X-ray secara bersasar untuk tujuan terapeutik bukan sahaja untuk mengesan kerosakan. Apabila digunakan secara khusus, ia bertujuan untuk membunuh tisu kanser, mengurangkan saiz tumor, atau mengurangkan kesakitan. Sebagai contoh, iodin radioaktif (khususnya iodin-131) sering digunakan untuk merawat kanser tiroid, keadaan yang menjejaskan ramai orang.

Peranti yang menggunakan sifat ini juga bersambung ke komputer dan mengimbas, dipanggil: tomografi paksi terkira atau tomografi terkira.

Instrumen ini memberikan doktor imej berwarna yang menunjukkan garis besar dan butiran organ dalaman. Ia membantu doktor mengesan dan mengenal pasti tumor, keabnormalan saiz, atau masalah fisiologi atau fungsi organ lain.
Di samping itu, hospital dan pusat radiologi melaksanakan berjuta-juta prosedur setiap tahun. Dalam prosedur sedemikian, doktor melepaskan sedikit bahan radioaktif ke dalam badan pesakit untuk melihat organ dalaman tertentu, seperti pankreas, buah pinggang, tiroid, hati atau otak, untuk mendiagnosis keadaan klinikal.

Pada tahun 1895, ahli fizik Jerman W. Roentgen menemui jenis sinaran elektromagnet baru yang sebelum ini tidak diketahui, yang dinamakan sinar-X sebagai penghormatan kepada penemunya. V. Roentgen menjadi pengarang penemuannya pada usia 50 tahun, memegang jawatan rektor Universiti Würzburg dan mempunyai reputasi sebagai salah satu penguji terbaik pada zamannya. Salah satu aplikasi teknikal pertama untuk penemuan X-ray ialah American Edison. Dia mencipta alat demonstrasi yang mudah dan sudah pada Mei 1896 menganjurkan pameran X-ray di New York, di mana pelawat boleh memeriksa tangan mereka sendiri pada skrin bercahaya. Selepas pembantu Edison meninggal dunia akibat melecur teruk yang diterimanya semasa demonstrasi berterusan, pencipta menghentikan eksperimen selanjutnya dengan X-ray.

Sinaran X-ray mula digunakan dalam bidang perubatan kerana keupayaan menembusi yang tinggi. Pada mulanya, sinar-X digunakan untuk memeriksa patah tulang dan menentukan lokasi badan asing dalam tubuh manusia. Pada masa ini, terdapat beberapa kaedah berdasarkan sinaran X-ray. Tetapi kaedah ini mempunyai kelemahannya: sinaran boleh menyebabkan kerosakan mendalam pada kulit. Ulser yang muncul sering bertukar menjadi barah. Dalam banyak kes, jari atau tangan terpaksa dipotong. X-ray(sinonim untuk transiluminasi) adalah salah satu kaedah utama pemeriksaan x-ray, yang terdiri daripada mendapatkan imej positif planar objek yang dikaji pada skrin lut sinar (pendarfluor). Semasa fluoroskopi, subjek diletakkan di antara skrin lut sinar dan tiub x-ray. Pada skrin penghantaran sinar-X moden, imej muncul apabila tiub sinar-X dihidupkan dan hilang serta-merta selepas ia dimatikan. Fluoroskopi memungkinkan untuk mengkaji fungsi organ - denyutan jantung, pergerakan pernafasan tulang rusuk, paru-paru, diafragma, peristalsis saluran pencernaan, dll. Fluoroskopi digunakan dalam rawatan penyakit perut, saluran gastrousus, duodenum, penyakit hati, pundi hempedu dan saluran hempedu. Dalam kes ini, siasatan perubatan dan manipulator dimasukkan tanpa merosakkan tisu, dan tindakan semasa operasi dikawal oleh fluoroskopi dan boleh dilihat pada monitor.
X-ray - Kaedah diagnostik sinar-X dengan pendaftaran imej pegun pada bahan fotosensitif - istimewa. filem fotografi (filem sinar-X) atau kertas fotografi dengan pemprosesan foto berikutnya; Dengan radiografi digital, imej dirakam dalam ingatan komputer. Ia dilakukan pada mesin diagnostik sinar-X - pegun, dipasang di bilik sinar-X yang dilengkapi khas, atau mudah alih dan mudah alih - di sisi katil pesakit atau di dalam bilik pembedahan. X-ray menunjukkan unsur-unsur struktur pelbagai organ dengan lebih jelas daripada skrin pendarfluor. X-ray dilakukan untuk mengenal pasti dan mencegah pelbagai penyakit; tujuan utamanya adalah untuk membantu doktor pelbagai kepakaran membuat diagnosis dengan betul dan cepat. Imej X-ray merekodkan keadaan organ atau tisu hanya pada masa penggambaran. Walau bagaimanapun, radiograf tunggal merekodkan hanya perubahan anatomi pada masa tertentu ia memberikan proses statik; melalui satu siri radiograf yang diambil pada selang waktu tertentu, adalah mungkin untuk mengkaji dinamik proses, iaitu, perubahan fungsi. Tomografi. Perkataan tomografi boleh diterjemahkan daripada bahasa Yunani sebagai "imej hirisan". Ini bermakna tujuan tomografi adalah untuk mendapatkan imej lapisan demi lapisan struktur dalaman objek yang dikaji. Tomografi komputer dicirikan oleh resolusi tinggi, yang memungkinkan untuk membezakan perubahan halus dalam tisu lembut. CT membolehkan anda mengesan proses patologi yang tidak dapat dikesan oleh kaedah lain. Di samping itu, penggunaan CT memungkinkan untuk mengurangkan dos sinaran X-ray yang diterima oleh pesakit semasa proses diagnostik.
Fluorografi- kaedah diagnostik yang membolehkan seseorang mendapatkan imej organ dan tisu telah dibangunkan pada akhir abad ke-20, setahun selepas sinar-X ditemui. Dalam gambar, anda boleh melihat sklerosis, fibrosis, objek asing, neoplasma, keradangan tahap maju, kehadiran gas dan penyusupan dalam rongga, abses, sista, dan sebagainya. Selalunya, fluorografi dada dilakukan untuk mengesan tuberkulosis, tumor malignan di paru-paru atau dada, dan patologi lain.
Terapi sinar-X adalah kaedah moden yang digunakan untuk merawat patologi sendi tertentu. Bidang utama rawatan penyakit ortopedik menggunakan kaedah ini ialah: Kronik. Proses keradangan sendi (arthritis, polyarthritis); Degeneratif (osteoarthrosis, osteochondrosis, spondylosis deformans). Tujuan radioterapi adalah perencatan aktiviti penting sel-sel tisu yang diubah secara patologi atau kemusnahannya sepenuhnya. Untuk penyakit bukan tumor, radioterapi bertujuan untuk menyekat tindak balas keradangan, menyekat proses proliferatif, mengurangkan sensitiviti kesakitan dan aktiviti penyembunyian kelenjar. Perlu diambil kira bahawa kelenjar seks, organ hematopoietik, leukosit, dan sel tumor malignan adalah paling sensitif terhadap sinar-X. Dos sinaran ditentukan secara individu dalam setiap kes tertentu.

Untuk penemuan sinar-X, Roentgen telah dianugerahkan Hadiah Nobel pertama dalam Fizik pada tahun 1901, dan Jawatankuasa Nobel menekankan kepentingan praktikal penemuannya.
Oleh itu, sinar-X adalah sinaran elektromagnet yang tidak kelihatan dengan panjang gelombang 105 - 102 nm. X-ray boleh menembusi beberapa bahan yang legap kepada cahaya yang boleh dilihat. Ia dipancarkan semasa nyahpecutan elektron cepat dalam bahan (spektrum berterusan) dan semasa peralihan elektron dari kulit elektron luar atom kepada yang dalam (spektrum garis). Sumber sinaran X-ray ialah: tiub sinar-X, beberapa isotop radioaktif, pemecut dan peranti penyimpanan elektron (sinarisasi sinkrotron). Penerima - filem fotografi, skrin pendarfluor, pengesan sinaran nuklear. X-ray digunakan dalam analisis pembelauan sinar-X, perubatan, pengesanan kecacatan, analisis spektrum sinar-X, dsb.