Які хвилі відносяться до рентгенівських. Де, окрім медицини, використовуються рентгенівські промені? Гальмівне рентгенівське випромінювання

Сучасну медичну діагностику та лікування деяких захворювань неможливо уявити без приладів, які використовують властивості рентгенівського випромінювання. Відкриття рентгенівських променів відбулося понад 100 років тому, але й зараз не припиняються роботи над створенням нових методик та апаратів, що дозволяють мінімізувати негативну дію випромінювання на організм людини.

Хто і як відкрив Х-промені

У природних умовах потік променів рентгена зустрічається рідко та випромінюється лише деякими радіоактивними ізотопами. Рентгенівське випромінюванняабо Х-промені були виявлені тільки в 1895 німецьким вченим Wilhelm Röntgen. Це відкриття сталося випадково, під час проведення досвіду дослідження поведінки променів світла за умов, наближаються до вакууму. В експерименті були задіяні катодна газорозрядна трубка зі зниженим тиском і флуоресцентний екран, який щоразу починав світитися в момент, коли трубка починала діяти.

Зацікавившись дивним ефектом, Рентген провів серію досліджень, що показують що випромінювання, що виникає не видиме оку, здатне проникати крізь різні перешкоди: папір, дерево, скло, деякі метали, і навіть через людське тіло. Незважаючи на відсутність розуміння самої природи того, що відбувається, викликане таке явище генерацією потоку невідомих частинок або хвилями, була відзначена наступна закономірність - випромінювання легко проходить через м'які тканини організму, і набагато важче крізь тверді живі тканини та неживі речовини.

Рентген був не першим, хто вивчав подібне явище. У середині XIXстоліття, подібні можливості вивчав француз Антуан Масон та англієць Вільям Крукс. Тим не менш, саме Рентген першим винайшов катодну трубку та індикатор, який можна було застосувати у медицині. Він першим опублікував наукову працю, яка принесла йому звання першого нобелівського лауреатасеред фізиків.

У 1901 році почалося плідне співробітництво трьох вчених, які стали батьками-засновниками радіології та рентгенології.

Властивості рентгенівського випромінювання

Рентгенівські промені – це складова частина загального спектру електромагнітного випромінювання. Довжина хвилі розташована між гамма- та ультрафіолетовим промінням. Для Х-променів характерні всі типові хвильові характеристики:

дифракція;
заломлення;
інтерференція;
швидкість поширення (вона дорівнює світловий).

Для штучного генерування потоку рентгенівських променів застосовують спеціальні прилади – трубки рентгенівські. Рентген-випромінювання виникає через контакт швидких електронів вольфраму з речовинами, що випаровуються з розжареного анода. З огляду на взаємодії виникають електромагнітні хвилі малої довжини, що у спектрі від 100 до 0,01 нм й у енергетичному діапазоні 100-0,1 МеВ. Якщо довжина хвилі променів менше ніж 0,2 нм – це жорстке випромінювання, якщо довжина хвилі більша за вказану величину, їх називають м'якими рентгенівськими променями.

Показово те, що кінетична енергія, що виникає від дотику електронів та анодної речовини, на 99% перетворюється на енергію тепла і лише 1% є Х-променями.

Рентгенівське випромінювання – гальмівне та характеристичне

Х-випромінювання є накладенням двох видів променів – гальмівних і характеристичних. Вони генеруються у трубці одночасно. Тому опромінення рентгеном та характеристика кожної конкретної рентгенівської трубки- Спектр її випромінювання, залежить від цих показників, і являє собою їх накладення.

Гальмівне або безперервне рентгенівське проміння – це результат гальмування електронів, що випаровуються з вольфрамової спіралі.

Характеристичні чи лінійчасті промені рентгена утворюються на момент перебудови атомів речовини анода рентгенівської трубки. Довжина хвилі характеристичних променів безпосередньо залежить від атомного номерахімічного елемента, що застосовується для виготовлення анода трубки.

Перелічені властивості рентгенівських променів дозволяють застосовувати їх на практиці:

невидимість для простого погляду;
висока проникаюча здатність крізь живі тканини та неживі матеріали, які не пропускають промені видимого спектру;
іонізаційний вплив на молекулярні структури.

Принципи отримання рентген-зображення

Властивості рентгенівських променів, на яких ґрунтується отримання зображення – це здатність або розкладати, або викликати свічення деяких речовин.

Рентген опромінення викликає флуоресцентне світіння у сульфідів кадмію та цинку – зеленим, а у вольфрамату кальцію – блакитним кольором. Ця властивість використовується у методиці медичного рентгенологічного просвічування, а також підвищує функціональність рентгенологічних екранів.

Фотохімічна дія рентгенівських променів на світлочутливі галогенсрібні матеріали (засвічування) дозволяє здійснювати діагностику – робити рентгенологічні знімки. Ця властивість також використовується при вимірі сумарної дози, яку отримують лаборанти в рентген-кабінетах. У натільних дозиметрах вставлені спеціальні чутливі стрічки та індикатори. Іонізуюча дія рентгенівського випромінювання дозволяє визначати та якісну характеристикуодержаних рентген-променів.

Одноразове опромінення при виконанні звичайної рентгенографії підвищує ризик виникнення раку лише на 0,001%.

Області, де застосовують рентгенівське випромінювання

Застосування рентгенівських променів припустимо у таких галузях:

Безпека. Стаціонарні та переносні прилади для виявлення небезпечних та заборонених предметів в аеропортах, митницях чи місцях великого скупчення людей.
Хімічна промисловість, металургія, археологія, архітектура, будівництво, реставраційні роботи – виявлення дефектів і проведення хімічного аналізу речовин.
Астрономія. Допомагає проводити спостереження за космічними тілами та явищами за допомогою рентгенівських телескопів.
Військова галузь. Розробка лазерної зброї.

Головне застосування рентгенівського випромінювання-медична сфера. Сьогодні до розділу медичної радіології входять: радіодіагностика, радіотерапія (рентгенотерапія), радіохірургія. Медичні виші випускають вузькопрофільних фахівців – лікарів-радіологів.

Х-випромінювання - шкода та користь, вплив на організм

Висока проникаюча здатність та іонізуюча дія рентгенівських променів може викликати зміну структури ДНК клітини, тому становить небезпеку для людини. Шкода від рентгенівського випромінювання прямо пропорційна отриманій дозі опромінення. Різні органи реагують на опромінення різного ступеня. До сприйнятливих відносять:

кістковий мозок та кісткова тканина;
кришталик ока;
щитовидна залоза;
молочні та статеві залози;
тканини легень.

Безконтрольне використання рентгенівського опромінення може стати причиною оборотних та незворотних патологій.

Наслідки рентгенівського опромінення:

ураження кісткового мозку та виникнення патологій кровотворної системи– еритроцитопенії, тромбоцитопенії, лейкемії;
пошкодження кришталика з подальшим розвитком катаракти;
клітинні мутації, що передаються у спадок;
розвиток онкологічних захворювань;
одержання променевих опіків;
розвиток променевої хвороби

Важливо! На відміну від радіоактивних речовин, рентгенівські промені не накопичуються в тканинах тіла, а це означає, що виводити рентгенівські промені з організму не потрібно. Шкідлива дія рентгенівського випромінювання закінчується разом із виключенням медичного приладу.

Застосування рентгенівського випромінювання у медицині припустимо у діагностичних (травматологія, стоматологія), а й у терапевтичних цілях:

від рентгена в малих дозах стимулюється обмін речовин у живих клітинах та тканинах;
певні граничні дози використовуються для лікування онкологічних та доброякісних новоутворень.

Способи діагностики патологій за допомогою Х-променів

Радіодіагностика включає такі методики:

Рентгеноскопія – дослідження, під час якого отримують зображення на флуоресцентному екрані як реального часу. Поряд із класичним отриманням зображення частини тіла в реальному часі сьогодні існують технології рентгенотелевізійного просвічування – зображення переноситься з флуоресцентного екрана на телевізійний монітор, що знаходиться в іншому приміщенні. Розроблено кілька цифрових способів обробки отриманого зображення з наступним перенесенням його з екрана на папір.
Флюорографія – найдешевший метод дослідження органів грудної клітки, що полягає у виготовленні зменшеного знімка 7х7 см. Незважаючи на ймовірність похибки, є єдиним способоммасового щорічного обстеження населення Метод не становить небезпеки та не вимагає виведення отриманої дози опромінення з організму.
Рентгенографія – отримання сумарного зображення на плівку чи папір уточнення форми органу, його становища чи тонусу. Може використовуватися для оцінки перистальтики та стану слизових оболонок. Якщо існує можливість вибору, то серед сучасних рентгенографічних приладів перевагу слід надавати ні цифровим апаратам, де потік х-променів може бути вищим, ніж у старих приладів, а малодозовим – рентген-апарати з прямими плоскими напівпровідниковими детекторами. Вони дозволяють знизити навантаження на організм у 4 рази.
Комп'ютерна рентгенівська томографія – методика, що використовує рентгенівські промені для отримання потрібної кількостізнімків зрізів обраного органу. Серед безлічі різновидів сучасних апаратів КТ для серії повторних досліджень використовують низькодозні комп'ютерні томографи високої роздільної здатності.

Радіотерапія

Терапія за допомогою рентгенівського проміння відноситься до методів місцевого лікування. Найчастіше метод використовується для знищення клітин ракових пухлин. Оскільки ефект впливу можна порівняти з хірургічним видаленням, цей метод лікування часто називають радіохірургією.

Сьогодні лікування х-променями проводиться такими способами:

Зовнішній (протонна терапія) – пучок випромінювання попадає на тіло пацієнта ззовні.
Внутрішній (брахіотерапія) – використання радіоактивних капсул шляхом їхньої імплантації в тіло, з приміщенням ближче до ракової пухлини. Недолік цього методу лікування полягає в тому, що поки капсулу не вилучать з організму, хворий потребує ізоляції.

Ці методи є щадними, а їх застосування краще хіміотерапії в ряді випадків. Така популярність пов'язана з тим, що промені не накопичуються і не вимагають виведення з організму, вони мають вибіркову дію, не впливаючи на інші клітини та тканини.

Безпечна норма опромінення Х-променями

Цей показник норми допустимого річного опромінення має свою назву – генетично значуща еквівалентна доза (ГЗД). Чітких кількісних значеньцей показник немає.

Цей показник залежить від віку та бажання пацієнтом надалі мати дітей.
Залежить від того, які саме органи були піддані дослідженню або лікуванню.
На ГЗД впливає рівень природного фону радіоактивного регіону проживання людини.

Сьогодні дію такі середні нормативи ГЗД:

рівень опромінення від усіх джерел, за винятком медичних, та без урахування природного фону радіації – 167 мБер на рік;
норма для щорічного медичного обстеження- Не вище 100 мБер на рік;
сумарна безпечна величина – 392 мБер на рік.

Рентгенівське випромінювання не вимагає виведення з організму, і є небезпечним лише у разі інтенсивного та тривалого впливу. Сучасна медична апаратура використовує низькоенергетичне опромінення малої тривалості, тому застосування вважається відносно нешкідливим.

Рентгенівське випромінювання виникає при взаємодії електронів, що рухаються з більшими швидкостями, з речовиною. Коли електрони стикаються з атомами будь-якої речовини, вони швидко втрачають свою кінетичну енергію. При цьому більша її частина переходить у тепло, а невелика частка, зазвичай менше 1%, перетворюється на енергію рентгенівського випромінювання. Ця енергія вивільняється у формі квантів - частинок, званих фотонами, які мають енергію, але маса спокою яких дорівнює нулю. Рентгенівські фотони відрізняються своєю енергією, обернено пропорційною їх довжині хвилі. При звичайному способі одержання рентгенівського випромінювання одержують широкий діапазон довжин хвиль, який називають рентгенівським спектром. У спектрі є яскраво виражені компоненти, як це показано на рис. 1.

Рис. 1. ЗВИЧАЙНИЙ РЕНТГЕНІВСЬКИЙ СПЕКТР складається з безперервного спектру (континууму) та характеристичних ліній (гострі піки). Лінії Кia та Кib виникають внаслідок взаємодій прискорених електронів з електронами внутрішньої К-оболонки.

Широкий континуум називають безперервним спектром або білим випромінюванням. Гострі піки, що накладаються на нього, називаються характеристичними рентгенівськими лініями випромінювання. Хоча весь спектр є результатом зіткнень електронів з речовиною, механізми виникнення його широкої частини і ліній різні. Речовина складається з великої кількостіатомів, кожен із яких має ядро, оточене електронними оболонками, причому кожен електрон в оболонці атома даного елемента займає певний дискретний рівень енергії. Зазвичай ці оболонки, або енергетичні рівні, позначають символами K, L, M тощо, починаючи від найближчої до ядра оболонки. Коли електрон, що налітає, володіє досить великою енергією, співударюється з одним із пов'язаних з атомом електронів, він вибиває цей електрон з його оболонки. Спустілі місце займає інший електрон з оболонки, якій відповідає велика енергія. Цей останній дає надлишок енергії, випускаючи рентгенівський фотон. Оскільки електрони оболонок мають дискретні значення енергії, рентгенівські фотони, що виникають, теж мають дискретний спектр. Цьому відповідають гострі піки для певних довжинхвиль, конкретні значення яких залежить від елемента-мишени. Характеристичні лінії утворюють K-, L- та M-серії, залежно від того, з якої оболонки (K, L або M) був видалений електрон. Співвідношення між довжиною хвилі рентгенівського випромінювання та атомним номером називається законом Мозлі (рис. 2).

Рис. 2. ДОВжина ХВИЛИ ХАРАКТЕРИСТИЧНОГО РЕНТГЕНІВСЬКОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ, що випускається хімічними елементами, залежить від атомного номера елемента. Крива відповідає закону Мозлі: що більший атомний номер елемента, то менша довжина хвилі характеристичної лінії.

Якщо електрон наштовхується на відносно важке ядро, він гальмується, яке кінетична енергія виділяється як рентгенівського фотона приблизно тієї ж енергії. Якщо ж він пролетить повз ядро, то втратить лише частину своєї енергії, а решту буде передавати іншим атомам, що трапляються на його шляху. Кожен акт втрати енергії веде до випромінювання фотону з якоюсь енергією. Виникає безперервний рентгенівський спектр, верхня межа якого відповідає енергії найшвидшого електрона. Такий механізм утворення безперервного спектру, а максимальна енергія (або мінімальна довжина хвилі), що фіксує межу безперервного спектру, пропорційна прискорюючому напрузі, яким визначається швидкість електронів, що налітають. Спектральні лінії характеризують матеріал мішені, що бомбардується, а безперервний спектр визначається енергією електронного пучка і практично не залежить від матеріалу мішені.

Рентгенівське випромінювання можна отримувати не тільки електронним бомбардуванням, а й опроміненням мішені рентгенівським випромінюванням від іншого джерела. У цьому випадку, проте, більша частина енергії падаючого пучка переходить у характеристичний рентгенівський спектр і дуже мала її частка припадає на безперервний. Очевидно, що пучок падаючого рентгенівського випромінювання повинен містити фотони, енергія яких достатня для збудження характеристичних ліній елемента, що бомбардується. Високий відсоток енергії, що припадає на характеристичний спектр робить такий спосіб збудження рентгенівського випромінювання зручним для наукових досліджень.

Рентгенівські трубки. Щоб отримувати рентгенівське випромінювання з допомогою взаємодії електронів з речовиною, необхідно мати джерело електронів, засоби прискорення до високих швидкостей і мета, здатну витримувати електронну бомбардування і давати рентгенівське випромінювання необхідної інтенсивності. Пристрій, де все це є, називається рентгенівською трубкою. Ранні дослідники користувалися "глибоко вакуумованими" трубками типу сучасних газорозрядних. Вакуум у них був не дуже високий.

У газорозрядних трубках міститься невелика кількість газу, і коли на електроди трубки подається велика різниця потенціалів, атоми газу перетворюються на позитивні та негативні іони. Позитивні рухаються до негативного електрода (катода) і, падаючи на нього, вибивають з нього електрони, а вони, у свою чергу, рухаються до позитивного електрода (анода) і, бомбардуючи його, створюють потік рентгенівських фотонів.

У сучасній рентгенівській трубці, розробленій Куліджем (рис. 3), джерелом електронів є вольфрамовий катод, що нагрівається до високої температури. Електрони прискорюються до великих швидкостей високою різницею потенціалів між анодом (або антикатодом) та катодом. Оскільки електрони мають досягти анода без зіткнень з атомами, необхідний дуже високий вакуум, для чого потрібно добре відкачати трубку. Цим також знижуються ймовірність іонізації атомів газу, що залишилися, і зумовлені нею побічні струми.

Рис. 3. РЕНТГЕНІВСЬКА ТРУБКА КУЛІДЖА. При бомбардуванні електронами вольфрамовий антикатод випромінює характеристичне рентгенівське випромінювання. Поперечний перерізрентгенівського пучка менше реально опромінюваної площі. 1 – електронний пучок; 2 - катод з фокусуючим електродом; 3 – скляна оболонка (трубка); 4 - вольфрамова мета (антикатод); 5 - нитка розжарення катода; 6 - реально опромінена площа; 7 - ефективна фокальна пляма; 8 – мідний анод; 9 – вікно; 10 – розсіяне рентгенівське випромінювання.

Електрони фокусуються на аноді за допомогою електрода особливої форми, що оточує катод. Цей електрод називається фокусуючим і разом із катодом утворює "електронний прожектор" трубки. Анод, що піддається електронному бомбардуванню, повинен бути виготовлений з тугоплавкого матеріалу, оскільки більша частина кінетичної енергії бомбардуючих електронів перетворюється на тепло. З іншого боку, бажано, щоб анод був із матеріалу з великим атомним номером, т.к. Вихід рентгенівського випромінювання зростає зі збільшенням атомного номера. Як матеріал анода найчастіше вибирається вольфрам, атомний номер якого дорівнює 74.

Конструкція рентгенівських трубок може бути різною залежно від умов застосування та вимог, що пред'являються.

Висока проникаюча здатність – здатні проникати через певні середовища. Рентгенові промені найкраще проникають через газоподібні середовища ( легенева тканина), погано проникають через через речовини з високою електронною щільністю і великою атомною масою(У людині – кістки).
Флюоресценція – світіння. У цьому енергія рентгенівського випромінювання перетворюється на енергію видимого світла. Нині принцип флюоресценції є основою пристрою підсилюючих екранів, призначених додаткового засвічування рентгенівської плівки. Це дозволяє знизити променеве навантаження на організм досліджуваного пацієнта.
Фотохімічна – здатність індукувати різні хімічні реакції.
Іонізуюча здатність – під дією рентгенівських променів відбувається іонізація атомів (розкладання нейтральних молекул на позитивні та негативні іони, що становлять іонну пару).
Біологічне – ушкодження клітин. Здебільшоговоно зумовлено іонізацією біологічно значимих структур (ДНК, РНК, молекул білків, амінокислот, води). Позитивні біологічні ефекти – протипухлинний, протизапальний.

Влаштування променевої трубки

Рентгенівські промені виходять у рентгенівській трубці. Рентгенівська трубка є скляним балоном, всередині якого вакуум. Є 2 електроди - катод та анод. Катод – тонка вольфрамова спіраль. Анод у старих трубках був важким мідним стрижнем, зі скошеною поверхнею, зверненою до катода. На скошеній поверхні анода впаювалася пластинка з тугоплавкого металу - дзеркало анода (анод під час роботи сильно розігрівається). У центрі дзеркала фокус рентгенівської трубки- Це місце, де утворюються рентгенівські промені. Чим менше величина фокуса, тим чіткішим виходять контури об'єкта, що знімається. Малим фокусом вважається 1x1 мм і навіть менше.

У сучасних рентген-апаратах електроди виробляють із тугоплавких металів. Зазвичай застосовуються трубки з анодом, що обертається. Під час роботи анод обертається за допомогою спеціального пристрою, електрони, що летять з катода, потрапляють на оптичний фокус. Через обертання анода положення оптичного фокусу постійно змінюється, тому такі трубки витриваліші, довго не зношуються.

Як отримують рентгенівські промені? Спочатку нагрівають нитку катода. Для цього за допомогою понижуючого трансформатора напруга на трубці знижують з 220 до 12-15В. Нитка катода нагрівається, електрони в ній починають рухатися швидше, частина електронів виходить за межі нитки та навколо неї утворюється хмара вільних електронів. Після цього включається струм високої напруги, який виходить за допомогою трансформатора, що підвищує . У діагностичних рентген-апаратах застосовується струм високої напруги від 40 до 125 КВ (1КВ = 1000В). Чим вище напруги на трубці, тим коротша довжина хвилі. При включенні високої напруги виходить велика різниця потенціалів на полюсах трубки, електрони відриваються від катода і з великою швидкістю спрямовуються на анод (трубка - найпростіший прискорювач заряджених частинок). Завдяки спеціальним пристроям електрони не розлітаються убік, а потрапляють практично в одну точку анода - фокус (фокусна пляма) і гальмуються в електричному полі атомів анода. При гальмуванні електронів з'являються електромагнітні хвилі, тобто. рентгенівське проміння. Завдяки спеціальному устрою (у старих трубках - скошеності анода) рентгенівські промені направляються на хворого у вигляді пучка променів, що розходиться, «конуса».

Отримання рентгенівського зображення

Отримання рентгенівського зображення ґрунтується на ослабленні рентгенівського випромінювання при його проходженні через різні тканиниорганізму. В результаті проходження через утворення різної щільності та складу пучок випромінювання розсіюється і гальмується, у зв'язку з чим на плівці формується зображення різного ступеняінтенсивності – так зване сумаційне зображення всіх тканин (тінь).

Рентгенівська плівка – шарувата структура, основний шар є поліефірним складом товщиною до 175 мкм, покритий фотоемульсією (йодид і бромід срібла, желатин).

Прояв плівки відбувається відновлення срібла (де промені пройшли наскрізь - почорніння ділянки плівки, де затрималися світліші ділянки)
Фіксаж - вимивання броміду срібла з ділянок, де промені пройшли наскрізь і не затрималися.

У сучасних цифрових апаратах реєстрація вихідного випромінювання може здійснюватися спеціальну електронну матрицю. Апарати, що мають електронну чутливу матрицю, коштують значно дорожче. аналогових пристроїв. При цьому друк плівок проводиться тільки за необхідності, а діагностичне зображення виводиться на монітор і, в деяких системах, зберігається в базі даних разом з іншими даними пацієнта.

Влаштування сучасного рентгенологічного кабінету

Для розміщення рентгенкабінету в ідеалі необхідно не менше 4-х приміщень:

1. Сам рентгенкабінет, де знаходиться апарат та проводиться дослідження хворих. Площа рентген-кабінету має бути не менше 50 м 2

2. Пультова, де розташований пульт керування, за допомогою якого рентгенлаборант керує усією роботою апарату.

3. Фотолабораторія, де проводиться зарядка касет плівкою, прояв та закріплення знімків, їх миття та сушіння. Сучасним способом фотообробки медичних рентгенівських плівок є використання проявних автоматів рольного типу. Крім безперечної зручності в роботі проявні автомати забезпечують високу стабільність процесу фотообробки. Час повного циклу з моменту надходження плівки до проявочної машини до отримання сухої рентгенограми ("від сухого до сухого") не перевищує декількох хвилин.

4. Кабінет лікаря, де лікар-рентгенолог аналізує та описує зроблені рентгенограми.

Методи захисту для медичного персоналу та для пацієнтів від рентгенівського випромінювання

Лікар-рентгенолог відповідає за захист хворих, а також персоналу, як усередині кабінету, так і людей, які перебувають у суміжних приміщеннях. Можуть бути колективні та індивідуальні засоби захисту.

3 основних способи захисту: захист екрануванням, відстанню та часу.

1 .Захист екрануванням:

На шляху рентгенівських променів розміщуються спеціальні пристрої, виготовлені з матеріалів, що добре поглинають рентгенівські промені. Це може бути свинець, бетон, баритобетон і т.д. Стіни, підлога, стеля в рентгенкабінетах захищені, виготовлені з матеріалів, що не пропускають промені в сусідні приміщення. Двері захищені матеріалом. Оглядові вікна між рентгенкабінетом та пультовою робляться з просвинцованого скла. Рентгенівська трубка поміщена в спеціальний захисний кожух, що не пропускає рентгенівських променів і промені прямують на хворого через спеціальне "вікно". До вікна прикріплений тубус, що обмежує величину пучка рентгенівських променів. Крім того, на виході променів із трубки встановлюється діафрагма рентгенівського апарату. Вона являє собою 2 пари пластин, перпендикулярно розташованих одна до одної. Ці пластини можна зрушувати та розсувати як шторки. Тим самим можна збільшити чи зменшити поле опромінення. Чим більше поле опромінення, тим більша шкода, тому діафрагмування- важлива частина захисту, особливо в дітей віком. До того ж і сам лікар опромінюється менше. Та й якість знімків буде кращою. Ще один приклад захисту екрануванням - ті частини тіла досліджуваного, які в даний момент не підлягають зйомці, повинні бути прикриті листами з гуми, що просвинчується. Є також фартухи, спіднички, рукавички із спеціального захисного матеріалу.

2 .Захист часом:

Хворий повинен опромінюватися при рентгенологічному дослідженні якнайменше час (поспішати, але не на шкоду діагностиці). У цьому сенсі знімки дають меншу променеву навантаження, ніж просвічування, т.к. на знімках використовується дуже невеликі витримки (час). Захист часом - це основний спосіб захисту і хворого і самого лікаря-рентгенолога. При дослідженні хворих лікар, за інших рівних умовах, намагається вибирати метод дослідження, на яке йде менше часу, але не на шкоду діагностиці. У цьому сенсі від рентгеноскопії більша шкода, але, на жаль, без рентгеноскопії часто не можна обійтися. Так при дослідженні стравоходу, шлунка, кишечника застосовуються обидва методи. При виборі методу дослідження керуємося правилом, що користь від дослідження має бути більшою, ніж шкода. Іноді через страх зробити зайвий знімок виникають помилки в діагностиці, неправильно призначається лікування, що іноді коштує життя хворого. Про шкоду випромінювання треба пам'ятати, але не треба боятися, це гірше для хворого.

3 . Захист відстанню:

Відповідно до квадратичного закону світла освітленість тієї чи іншої поверхні обернено пропорційна квадрату відстані від джерела світла до поверхні, що освітлюється. Стосовно рентгенологічного дослідження це означає, що доза опромінення обернено пропорційна квадрату відстані від фокусу рентгенівської трубки до хворого (фокусна відстань). При збільшенні фокусної відстані у 2 рази доза опромінення зменшується у 4 рази, при збільшенні фокусної відстані у 3 рази доза опромінення зменшується у 9 разів.

Не дозволяється при рентгеноскопії фокусна відстань менше 35 см. Відстань від стін до рентгенівського апарату має бути не менше 2 м, інакше утворюються вторинні промені, які виникають при попаданні первинного пучка променів на навколишні об'єкти (стіни тощо). З цієї причини в рентген-кабінетах не допускаються зайві меблі. Іноді при дослідженні важких хворих, персонал хірургічного та терапевтичного відділень допомагає хворому стати за екран для просвічування та стоять під час дослідження поряд із хворим, підтримують його. Як виняток це припустимо. Але лікар-рентгенолог повинен стежити, щоб сестри і санітарки, які допомагають хворому, одягали захисний фартух і рукавички і, по можливості, не стояли близько до хворого (захист відстанню). Якщо рентген-кабінет прийшли кілька хворих, вони викликаються в процедурну по 1 людині, тобто. в даний момент дослідження має бути лише 1 людина.

Фізичні основи рентгенографії та флюорографії. Їх недоліки та переваги. Переваги цифрові перед плівковою.

Рентгенографія (англ. projection radiography, plain film radiography, roentgenography,) - дослідження внутрішньої структури об'єктів, які проектуються з допомогою рентгенівських променів на спеціальну плівку чи папір. Найчастіше термін відноситься до медичного неінвазивного дослідження, заснованого на отриманні сумаційного статичного проекційного (нерухомого)зображення анатомічних структур організму за допомогою проходження через них рентгенівських променів та реєстрації ступеня ослаблення рентгенівського випромінювання.
Принципи виконання рентгенографії

При діагностичній рентгенографії доцільно проведення знімків щонайменше, ніж у двох проекціях. Це з тим що рентгенограма є плоске зображення тривимірного об'єкта. І, як наслідок, локалізацію виявленого патологічного вогнища можна встановити лише за допомогою 2 проекцій.

Методика отримання зображення

Якість отриманого рентгенівського знімка визначається трьома основними параметрами. Напругою, що подається на рентгенівську трубку, силою струму та часом роботи трубки. Залежно від досліджуваних анатомічних утворень та масо-габаритних даних пацієнта ці параметри можуть істотно змінюватися. Існують середні значення для різних органів і тканин, але слід враховувати, що фактичні значення будуть відрізнятися залежно від апарату, де проводиться дослідження та пацієнта, якому проводиться рентгенографія. Для кожного апарату складається індивідуальна таблицязначень. Ці значення не абсолютні і коригуються в міру виконання дослідження. Якість знімків багато в чому залежать від здатності рентгенолаборанта адекватно адаптувати таблицю середніх значень до конкретного пацієнта.

Записування зображення

Найбільш поширеним способом запису рентгенівського зображення є фіксація його на рентгенчутливій плівці з подальшим проявом. В даний час також існують системи, що забезпечують реєстрацію даних у цифровому вигляді. У зв'язку з високою вартістюта складністю виготовлення даний видобладнання за поширеністю дещо поступається аналоговому.

Рентгенівська плівка поміщається у спеціальні пристрої – касети (кажуть – касету заряджають). Касета оберігає плівку від дії видимого світла; останній, як і рентгенівські промені, має здатність відновлювати металеве срібло з AgBr. Касети робляться з матеріалу, що не пропускає світло, але пропускає рентгенівське проміння. Усередині касет є підсилювальні екрани,плівка укладається між ними; при виконанні знімка на плівку потрапляють не тільки самі рентгенівські промені, а й світло від екранів (екрани вкриті флюоресцентною сіллю, тому вони світяться і підсилюють дію рентгенівських променів). Це дозволяє зменшити променеве навантаження на хворого в десятки разів.

При виконанні знімка рентгенівські промені направляють на центр об'єкта, що знімається (центрація). Після зйомки у фотолабораторії плівка проявляється у спеціальних хімічних реактивах та закріплюється (фіксується). Справа в тому, що на тих частинах плівки, на яку при зйомці рентгенівські промені не потрапили або їх потрапило мало, срібло не відновилося, і якщо плівку не помістити в розчин фіксажу (закріплювача), то при розгляді плівки відбувається відновлення срібла під впливом видимого світла. Вся плівка почорніє і жодного зображення не буде видно. При закріпленні (фіксуванні) AgBr, що не відновився, з плівки йде в розчин фіксажу, тому в фіксажі багато срібла, і ці розчини не виливаються, а здаються в рентгенівські центри.

Сучасним способомФотообробки медичних рентгенівських плівок є використанням проявальних автоматів рольного типу. Крім безперечної зручності в роботі проявні автомати забезпечують високу стабільність процесу фотообробки. Час повного циклу з моменту надходження плівки до проявочної машини до отримання сухої рентгенограми ("від сухого до сухого") не перевищує декількох хвилин.
Ренгеноргамами є зображення, виконане в чорно-білих тонах – негатив. Чорні – ділянки, що мають низьку щільність (легкі, газовий міхур шлунка. Білі – мають високу щільність(Кістки).
Флюорографія- Сутність ФОГ в тому, що при ній зображення грудної клітини спочатку отримують на екрані флюоресцирующем, і потім робиться знімок не самого хворого, а його зображення на екрані.

Флюорографія дає зменшене зображення об'єкта. Виділяють дрібнокадрову (наприклад, 24×24 мм або 35×35 мм) і великокадрову (зокрема, 70×70 мм або 100×100 мм) методики. Остання за діагностичними можливостями наближається до рентгенографії. ФОГ застосовується для профілактичного обстеження населення(виявляються приховано перебігають захворювання, такі як рак і туберкульоз).

Розроблено як стаціонарні, так і мобільні флюорографічні апарати.

В даний час плівкова флюорографія поступово замінюється цифровою. Цифрові методи дозволяють спростити роботу із зображенням (зображення може бути виведено на екран монітора, роздруковано, передано по мережі, збережено в медичній базі даних тощо), зменшити променеве навантаження на пацієнта та зменшити витрати на додаткові матеріали (плівку, проявник для плівки).

Існує дві поширені методики цифрової флюорографії. Перша методика, як і звичайна флюорографія, використовує фотографування зображення на флюоресцентному екрані, замість рентген-плівки використовується ПЗС-матриця. Друга методика використовує пошарове поперечне сканування грудної клітини віялоподібним пучком рентгенівського випромінювання з детектуванням випромінювання, що пройшло, лінійним детектором (аналогічно звичайному сканеру для паперових документів, де лінійний детектор переміщається вздовж аркуша паперу). Другий спосіб дозволяє використовувати набагато менші дози випромінювання. Деякий недолік другого способу – більший час отримання зображення.
Порівняльна характеристика дозового навантаження при різних дослідженнях.

Звичайна плівкова флюорограма грудної клітки забезпечує пацієнтові середню індивідуальну дозу опромінення в 0,5 мілізверта (мЗв) за одну процедуру (цифрова флюорограма - 0,05 мЗв), тоді як плівкова рентгенограма - 0,3 мЗв за процедуру (цифрова ,03 мЗв), а Комп'ютерна томографіяорганів грудної клітки – 11 мЗв за процедуру. Магнітно-резонансна томографія не несе променевого навантаження

Переваги рентгенографії

Широка доступність методу та легкість у проведенні досліджень.
Більшість досліджень не потрібно спеціальної підготовки пацієнта.
Щодо низька вартість дослідження.
Знімки можуть бути використані для консультації в іншого фахівця або в іншій установі (на відміну від УЗД-знімків, де необхідне проведення повторного дослідження, оскільки отримані зображення є оператором залежними).

Недоліки рентгенографії

Статичність зображення – складність оцінки функції органу.
Наявність іонізуючого випромінювання, здатного надати шкідливий впливна пацієнта.
Інформативність класичної рентгенографії значно нижча від таких сучасних методів медичної візуалізації, як КТ, МРТ та ін. Звичайні рентгенівські зображення відображають проекційне нашарування складних анатомічних структур, тобто їх суммаційну рентгенівську тінь, на відміну від пошарових серій зображень, одержують.
Без застосування контрастних речовин рентгенографія недостатньо інформативна для аналізу змін у м'яких тканинах, що мало відрізняються за щільністю (наприклад, при вивченні органів черевної порожнини).

Фізичні засади рентгеноскопії. Недоліки та переваги метод

РЕНТГЕНОСКОПІЯ (просвічування) - метод рентгенологічного дослідження, при якому за допомогою рентгенівських променів отримують позитивне зображення об'єкта, що досліджується, на флюоресцентному екрані. При рентгеноскопі щільні ділянки об'єкта (кістки, сторонні тіла) виглядають темними, менш щільні (м'які тканини) – світлішими.

У сучасних умовах застосування флюоресцентного екрану не обґрунтовано у зв'язку з його малою світністю, що змушує проводити дослідження у добре затемненому приміщенні та після тривалої адаптації дослідника до темряви (10-15 хвилин) для розрізнення малоінтенсивного зображення.

Тепер флюоресцентні екрани використовуються в конструкції УРІ (підсилювач рентгенівського зображення), що збільшує яскравість (світлення) первинного зображення приблизно в 5000 разів. За допомогою електронно-оптичного перетворювача зображення з'являється на екрані монітора, що суттєво покращує якість діагностики, не потребує затемнення рентгенівського кабінету.

Переваги рентгеноскопії
Головною перевагою перед рентгенографією є факт дослідження у реальному масштабі часу. Це дозволяє оцінити як структуру органу, а й його зміщуваність, скоротливість чи розтяжність, проходження контрастного речовини, наполняемость. Метод також дозволяє досить швидко оцінити локалізацію деяких змін за рахунок обертання об'єкта дослідження під час просвічування (багатопроекційне дослідження).

Рентгеноскопія дозволяє контролювати проведення деяких інструментальних процедур – постановка катетерів, ангіопластика (див. ангіографія), фістулографія.

Отримані зображення можуть бути поміщені на звичайний CD-диск або мережеве сховище.

З приходом цифрових технологій зникли 3 основні недоліки, властиві традиційній рентгеноскопії:

Відносно висока доза опромінення порівняно з рентгенографією – сучасні малодозові апарати залишили цей недолік у минулому. Використання режимів імпульсної скопії додатково знижує дозове навантаження до 90%.

Низький просторовий дозвіл - на сучасних цифрових апаратах дозвіл у режимі скопії лише трохи поступається дозволу в рентгенографічному режимі. У даному випадку, визначальне значення має можливість спостерігати функціональний станокремих органів (серце, легені, шлунок, кишечник) "в динаміці".

Неможливість документування досліджень - цифрові технологіїобробки зображень дають можливість збереження матеріалів дослідження як покадрово, так і у вигляді відеоряду.

Рентгеноскопію проводять головним чином при рентгенодіагностиці захворювань внутрішніх органів, розташованих у черевній та грудній порожнинах, за планом, який лікар-рентгенолог складає перед початком дослідження. Іноді так звану оглядову рентгеноскопію застосовують при розпізнаванні травматичних пошкоджень кісток для уточнення області рентгенографії.

Контрастне рентгеноскопічне дослідження

Штучне контрастування надзвичайно розширює можливості рентгеноскопічного дослідження органів та систем, де щільності тканин приблизно однакові (наприклад, черевна порожнинаоргани якої пропускають рентгенівське випромінювання приблизно однаковою мірою і тому малоконтрастні). Це досягається шляхом введення в просвіт шлунка або кишечника водної суспензії сульфату барію, який не розчиняється в травних соках, не всмоктується ні шлунком, ні кишечником і виводиться природним шляхом у абсолютно незміненому вигляді. Основною перевагою барієвої суспензії є те, що вона, проходячи стравоходом, шлунком і кишечником, обмазує їх внутрішні стінки і дає на екрані або плівці. повне уявленняпро характер піднесень, заглиблень та інших особливостей їхньої слизової оболонки. Дослідження внутрішнього рельєфу стравоходу, шлунка та кишечника сприяє розпізнаванню низки захворювань цих органів. При тугішому заповненні можна визначити форму, розміри, положення і функцію досліджуваного органу.

Мамографія - основи методу, показання. Переваги цифрової мамографії перед плівковою.

Маммографія- розділ медичної діагностики, що займається неінвазивним дослідженняммолочної залози, переважно жіночої, що проводиться з метою:
1. профілактичного обстеження (скринінгу) здорових жінок виявлення ранніх, непальпируемых форм раку молочної залози;

2.диференціальної діагностики між раком та доброякісними дисгормональними гіперплазіями (ФАМ) молочної залози;

3. оцінки зростання первинної пухлини (одинковий вузол або мультицентричні ракові вогнища);

4. Динамічного диспансерного спостереження за станом молочних залоз після оперативних втручань.

У медичну практику впроваджено такі методи променевої діагностики раку молочної залози: мамографія, ультразвукові дослідження, комп'ютерна томографія, магнітно-резонансна томографія, кольорова та енергетична доплерографія, стереотаксична біопсія під контролем мамографії, термографія.

Рентгенівська мамографія
В даний час у світі в переважній більшості випадків для діагностики раку жіночої молочної залози (РМЗ) використовують рентгенівську проекційну мамографію, плівкову (аналогову) або цифрову.

Процедура займає трохи більше 10 хвилин. Для знімка груди повинні бути зафіксовані між двома планками і злегка стиснуті. Знімок робиться у двох проекціях, щоб можна було точно визначити місцезнаходження новоутворення, якщо його буде знайдено. Оскільки симетрія є одним із факторів діагностики, завжди слід проводити дослідження обох молочних залоз.

МРТ мамографія

Скарги на захід чи вибухання будь-якої ділянки залози

Виділення із соска, зміна його форми

Болючість молочної залози, її набряклість, зміна розмірів

Як профілактичний метод обстеження мамографія призначається всім жінкам віком 40 років та старшим, або жінкам, які перебувають у групі ризику.

Доброякісні пухлини молочної залози (зокрема, фіброаденома)

Запальні процеси (мастити)

Мастопатія

Пухлини статевих органів

Захворювання залоз внутрішньої секреції (щитовидної, підшлункової)

Безпліддя

Ожиріння

Операції на молочній залозі в анамнезі

Переваги цифрової мамографії перед плівковою:

зниження дозових навантажень при проведенні рентгенівських досліджень;

Підвищення ефективності досліджень, що дозволяє виявляти раніше недоступні патологічні процеси (можливості цифрової комп'ютерної обробкизображень);

Можливості використання телекомунікаційних мереж для передачі зображень із метою дистанційної консультації;

Досягнення економічного ефекту під час проведення масових досліджень.

Рентгенівське випромінювання, з погляду фізики, це електромагнітне випромінювання, довжина хвиль якого варіюється в діапазоні від 0,001 до 50 нанометрів. Було відкрито 1895 німецьким фізиком В.К.Рентгеном.

За природою ці промені є спорідненими з сонячним ультрафіолетом. У спектрі найдовшими є радіохвилі. За ними йде інфрачервоне світло, яке наші очі не сприймають, але ми відчуваємо його як тепло. Далі йдуть промені від червоного до фіолетового. Потім - ультрафіолет (А, В та С). А одразу за ним рентгенівські промені та гамма-випромінювання.

Рентгенівське може бути отримано двома способами: при гальмуванні в речовині заряджених частинок, що проходять крізь нього, і при переході електронів з вищих шарів на внутрішні при вивільненні енергії.

На відміну від видимого світла ці промені мають дуже велику довжину, тому здатні проникати через непрозорі матеріали, не відбиваючись, не заломлюючись і не накопичуючись у них.

Гальмівне випромінювання отримати простіше. Заряджені частки при гальмуванні випромінюють електромагнітне випромінювання. Чим більше прискорення цих частинок і, отже, різкіше гальмування, тим більше утворюється рентгенівське випромінювання, а довжина його хвиль стає меншою. У більшості випадків на практиці вдаються до вироблення променів у процесі гальмування електронів у твердих речовинах. Це дозволяє керувати джерелом цього випромінювання, уникаючи небезпеки радіаційного опромінення, тому що при відключенні джерела рентгенівське випромінювання повністю зникає.

Найпоширеніше джерело такого випромінювання - Випромінюване їй випромінювання неоднорідне. У ньому є і м'яке (довгохвильове), і жорстке (короткохвильове) випромінювання. М'яке характеризується тим, що повністю поглинається людським тіломТому таке рентгенівське випромінювання шкода приносить у два рази більше, ніж жорстке. При надмірному електромагнітному опроміненні в тканинах організму людини іонізація може призвести до пошкодження клітин та ДНК.

Трубка – це з двома електродами – негативним катодом та позитивним анодом. При розігріванні з нього катода випаровуються електрони, потім вони прискорюються в електричному полі. Зіштовхуючись з твердою речовиноюанодів, вони починають гальмування, яке супроводжується випромінюванням електромагнітного випромінювання.

Рентгенівське випромінювання, властивості якого широко використовуються в медицині, базується на отриманні тіньового зображення об'єкта, що досліджується, на чутливому екрані. Якщо діагностований орган просвічуватиме пучком паралельних один одному променів, то проекція тіней від цього органу передаватиметься без спотворень (пропорційно). На практиці джерело випромінювання більш схоже на точкове, тому його розташовують на відстані від людини та від екрану.

Щоб отримати людина поміщається між рентгенівською трубкою та екраном або плівкою, що виступають у ролі приймачів випромінювання. В результаті опромінення на знімку кісткова та інші щільні тканини проявляються у вигляді явних тіней, виглядають контрастніше на тлі менш виразних ділянок, які передають тканини з меншим поглинанням. На рентгенівських знімках людина стає напівпрозорою.

Поширюючись, рентгенівське випромінювання може розсіюватися та поглинатися. До поглинання промені можуть проходити сотні метрів у повітрі. У цупкій речовині вони поглинаються набагато швидше. Біологічні тканини людини неоднорідні, тому поглинання променів залежить від щільності тканини органів. поглинає промені швидше ніж м'які тканини, тому що містить речовини, що мають великі атомні номери. Фотони (окремі частинки променів) поглинаються різними тканинами організму людини по-різному, що дозволяє отримувати контрастне зображення за допомогою рентгенівських променів.

Рентгенівським випромінюванням називають електромагнітні хвилі із довжиною приблизно від 80 до 10 -5 нм. Найбільш довгохвильове рентгенівське випромінювання перекривається короткохвильовим ультрафіолетовим, короткохвильове - довгохвильовим γ-випромінюванням. За способом збудження рентгенівське випромінювання поділяють на гальмівне та характеристичне.

31.1. ПРИСТРІЙ РЕНТГЕНІВСЬКОЇ ТРУБКИ. ГАЛЬМОВЕ РЕНТГЕНІВСЬКЕ ВИМИКАННЯ

Найбільш поширеним джерелом рентгенівського випромінювання є рентгенівська трубка, яка є дво-електродним ваккумним приладом (рис. 31.1). Підігрівний катод 1 випускає електрони 4. Анод 2, званий часто антикатодом, має похилу поверхню, для того щоб направити рентгенівське випромінювання, що виникає. 3 під кутом до осі трубки. Анод виготовлений з добре теплопровідного матеріалу для відведення теплоти, що утворюється при ударі електронів. Поверхня анода виконана з тугоплавких матеріалів, що мають великий порядковий номератома в таблиці Менделєєва, наприклад, з вольфраму. В окремих випадках анод спеціально охолоджують водою чи олією.

Для діагностичних трубок важливою є точковість джерела рентгенівських променів, чого можна досягти, фокусуючи електрони в одному місці антикатода. Тому конструктивно доводиться враховувати дві протилежні завдання: з одного боку, електрони повинні потрапляти на одне місце анода, з іншого боку, щоб не допустити перегріву, бажано розподіл електронів по різних ділянках анода. Як один з цікавих технічних рішень є рентгенівська трубка з анодом, що обертається (рис. 31.2).

Внаслідок гальмування електрона (або іншої зарядженої частинки) електростатичним полем атомного ядра та атомарних електронів речовини антикатода виникає гальмівне рентгенівське випромінювання.

Механізм його можна пояснити так. З електричним зарядом, що рухається, пов'язане магнітне поле, індукція якого залежить від швидкості електрона. При гальмуванні зменшується магнітна

індукція та відповідно до теорії Максвелла з'являється електромагнітна хвиля.

При гальмуванні електронів лише частина енергії йде створення фотона рентгенівського випромінювання, інша частина витрачається нагрівання анода. Оскільки співвідношення між цими частинами випадково, то при гальмуванні великої кількості електронів утворюється безперервний спектр рентгенівського випромінювання. У зв'язку з цим гальмівне випромінювання називають суцільним. На рис. 31.3 представлені залежності потоку рентгенівського випромінювання від довжини хвилі (спектри) при різних напругах в рентгенівській трубці: U 1< U 2 < U 3 .

У кожному спектрі найбільш короткохвильове гальмівне випромінювання λ ηίη виникає тоді, коли енергія, придбана електроном у полі, що прискорює, повністю переходить в енергію фотона:

Зауважимо, що на основі (31.2) розроблено один із найбільш точних способів експериментального визначенняПостійна Планка.

Короткохвильове рентгенівське випромінювання зазвичай має більшу проникаючу здатність, ніж довгохвильове, і називається жорстким,а довгохвильове - м'яким.

Збільшуючи напругу на рентгенівській трубці, змінюють спектральний склад випромінювання, як видно з рис. 31.3 та формули (31.3), і збільшують жорсткість.

Якщо збільшити температуру розжарення катода, то зростуть емісія електронів та сила струму в трубці. Це призведе до збільшення кількості фотонів рентгенівського випромінювання, що випускаються кожну секунду. Спектральний склад його зміниться. На рис. 31.4 показані спектри гальмівного рентгенівського випромінювання при одній напрузі, але при різній силіструму розжарення катода: / н1< / н2 .

Потік рентгенівського випромінювання обчислюється за такою формулою:

де Uі I -напруга та сила струму в рентгенівській трубці; Z- Порядковий номер атома речовини анода; k- Коефіцієнт пропорційності. Спектри, отримані від різних антикатодів за однакових Uта I H , зображені на рис. 31.5.

31.2. ХАРАКТЕРИСТИЧНЕ РЕНТГЕНІВСЬКЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ. АТОМНІ РЕНТГЕНІВСЬКІ СПЕКТРИ

Збільшуючи напругу на рентгенівській трубці, можна помітити на тлі суцільного спектра поява лінійчастого, який відповідає

характеристичного рентгенівського випромінювання(Рис. 31.6). Він виникає внаслідок того, що прискорені електрони проникають у глиб атома та з внутрішніх шарів вибивають електрони. На вільні місця переходять електрони з верхніх рівнів (рис. 31.7), у результаті висвічуються фотони характеристичного випромінювання. Як видно з малюнка, характеристичне рентгенівське випромінювання складається із серій K, L, Мі т.д., найменування яких і послужило позначення електронних шарів. Так як при випромінюванні K-серії звільняються місця у більш високих шарах, одночасно випускаються і лінії інших серій.

На відміну від оптичних спектрів, характеристичні рентгенівські спектри різних атомів однотипні. На рис. 31.8 показано спектри різних елементів. Однотипність цих спектрів обумовлена тим, що внутрішні шари у різних атомів однакові і відрізняються лише енергетично, оскільки силова дія з боку ядра збільшується зі зростанням порядкового номера елемента. Ця обставина призводить до того, що характеристичні спектри зсуваються у бік високих частот зі збільшенням заряду ядра. Така закономірність видно з рис. 31.8 і відома як закон Мозлі:

де v -частота спектральної лінії; Z-атомний номер випромінюючого елемента; Аі У- Постійні.

Є ще одна різниця між оптичними та рентгенівськими спектрами.

Характеристичний рентгенівський спектр атома залежить від хімічної сполуки, куди цей атом входить. Так, наприклад, рентгенівський спектр атома кисню однаковий для, O 2 і Н 2 Про, в той час як оптичні спектри цих сполук істотно різні. Ця особливість рентгенівського спектру атома стала підставою для назви характеристичне.

Характеристичне випромінювання виникає завжди за наявності вільного місця у внутрішніх шарах атома незалежно від причини, що його викликала. Так, наприклад, характеристичне випромінювання супроводжує один із видів радіоактивного розпаду (див. 32.1), який полягає у захопленні ядром електрона з внутрішнього шару.

31.3. ВЗАЄМОДІЯ РЕНТГЕНІВСЬКОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ З РЕЧОВИНОЮ

Реєстрація та використання рентгенівського випромінювання, а також вплив його на біологічні об'єкти визначаються первинними процесами взаємодії рентгенівського фотона з електронами атомів та молекул речовини.

Залежно від співвідношення енергії hvфотона та енергії іонізації 1 А і мають місце три головні процеси.

Когерентне (класичне) розсіювання

Розсіяння довгохвильового рентгенівського випромінювання відбувається переважно без зміни довжини хвилі, і його називають когерентним.Воно виникає, якщо енергія фотона менше енергії іонізації: hv< А в.

Так як в цьому випадку енергія фотона рентгенівського випромінювання та атома не змінюється, то когерентне розсіювання саме по собі не викликає біологічної дії. Однак при створенні захисту від рентгенівського випромінювання слід враховувати можливість зміни напряму первинного пучка. Цей вид взаємодії має значення рентгеноструктурного аналізу (див. 24.7).

Некогерентне розсіювання (ефект Комптону)

У 1922 р. А.Х. Комптон, спостерігаючи розсіювання жорстких рентгенівських променів, виявив зменшення проникаючої здатності розсіяного пучка порівняно з падаючим. Це означало, що довжина хвилі розсіяного рентгенівського випромінювання більша, ніж падаючого. Розсіяння рентгенівського випромінювання із зміною довжини хвилі називають некогерентним, а саме явище - ефектом комптону.Він виникає, якщо енергія фотона рентгенівського випромінювання більше енергії іонізації: hv > А в.

Це зумовлено тим, що з взаємодії з атомом енергія hvфотона витрачається на утворення нового розсіяного фотона рентгенівського випромінювання з енергією hv",на відрив електрона від атома (енергія іонізації А і) та повідомлення електрону кінетичної енергії Є до:

hv = hv "+ А і + Е до.(31.6)

1 Тут під енергією іонізації розуміють енергію, необхідну видалення внутрішніх електронів межі атома чи молекули.

Так як у багатьох випадках hv>> А та і ефект Комптону відбувається на вільних електронах, то можна записати приблизно:

hv = hv" + EK .(31.7)

Істотно, що у цьому явищі (рис. 31.9) поряд із вторинним рентгенівським випромінюванням (енергія hvфотона) з'являються електрони віддачі (кінетична енергія Є доелектрону). Атоми чи молекули у своїй стають іонами.

Фотоефект

При фотоефекті рентгенівське випромінювання поглинається атомом, у результаті вилітає електрон, а атом іонізується (фотоіонізація).

Три основні процеси взаємодії, розглянуті вище, є первинними, вони призводять до наступних вторинних, третинних і т.д. явищ. Так, наприклад, іонізовані атоми можуть випромінювати характеристичний спектр, збуджені атоми можуть стати джерелами видимого світла (рентгенолюмінесценція) тощо.

На рис. 31.10 наводиться схема можливих процесів, що виникають у разі потрапляння рентгенівського випромінювання в речовину. Може відбуватися кілька десятків процесів, подібних до зображеного, перш ніж енергія рентгенівського фотона перейде в енергію молекулярно-теплового руху. У результаті відбудуться зміни молекулярного складуречовини.

Процеси представлені схемою рис. 31.10 лежать в основі явищ, що спостерігаються при дії рентгенівського випромінювання на речовину. Перелічимо деякі з них.

Рентгенолюмінесценція- світіння ряду речовин при рентгенівське опромінення. Таке свічення платиносинеродистого барію дозволило Рентгену відкрити промені. Це явище використовують для створення спеціальних екранів, що світяться з метою візуального спостереження рентгенівського випромінювання, іноді для посилення дії рентгенівських променів на фотопластинку.

Відома хімічна дія рентгенівського випромінювання, наприклад утворення перекису водню у воді. Практично важливий приклад- Вплив на фотопластинку, що дозволяє фіксувати такі промені.

Іонізуюча дія проявляється у збільшенні електропровідності під впливом рентгенівських променів. Цю властивість використовують

у дозиметрії для кількісної оцінки дії цього виду випромінювання.

Внаслідок багатьох процесів первинний пучок рентгенівського випромінювання послаблюється відповідно до закону (29.3). Запишемо його у вигляді:

I = I 0 е-/", (31.8)

де μ - лінійний коефіцієнтослаблення. Його можна уявити, що складається з трьох доданків, що відповідають когерентному розсіюванню μ κ , некогерентному μ ΗΚ і фотоефекту μ ф:

μ = μ до + μ hk + μ ф. (31.9)

Інтенсивність рентгенівського випромінювання послаблюється пропорційно числу атомів речовини, якою цей потік проходить. Якщо стиснути речовину вздовж осі X,наприклад, в bраз, збільшивши в bраз його щільність, то

31.4. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ЗАСТОСУВАННЯ РЕНТГЕНІВСЬКОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ У МЕДИЦИНІ

Одне з найважливіших медичних застосувань рентгенівського випромінювання - просвічування внутрішніх органів із діагностичною метою (Рентгенодіагностика).

Для діагностики використовують фотони з енергією близько 60-120 кев. При цій енергії масовий коефіцієнт ослаблення переважно визначається фотоефектом. Його значення обернено пропорційно третьому ступеню енергії фотона (пропорційно λ 3), в чому проявляється велика проникаюча здатність жорсткого випромінювання, і пропорційно третьому ступеню атомного номера речовини-поглинача:

Істотна відмінність поглинання рентгенівського випромінювання різними тканинами дозволяє у тіньовій проекції бачити зображення внутрішніх органів тіла людини.

Рентгенодіагностику використовують у двох варіантах: рентгеноскопія - зображення розглядають на рентгенолюмінесцентному екрані, рентгенографія - Зображення фіксується на фотоплівці.

Якщо досліджуваний орган і навколишні тканини приблизно однаково послаблюють рентгенівське випромінювання, застосовують спеціальні контрастні речовини. Так, наприклад, наповнивши шлунок та кишечник кашоподібною масою сульфату барію, можна бачити їх тіньове зображення.

Яскравість зображення на екрані та час експозиції на фотоплівці залежить від інтенсивності рентгенівського випромінювання. Якщо його використовують для діагностики, інтенсивність не може бути великою, щоб не викликати небажаних біологічних наслідків. Тому є ряд технічних пристосувань, що покращують зображення за малих інтенсивностей рентгенівського випромінювання. Як приклад такого пристрою можна вказати електронно-оптичні перетворювачі (див. 27.8). При масовому обстеженні населення широко використовується варіант рентгенографії - флюорографія, при якій на чутливій плівці малоформатної фіксується зображення з великого рентгенолюмінесцентного екрану. Під час зйомки використовують лінзу великої світлосили, готові знімки розглядають на спеціальному збільшувачі.

Цікавим та перспективним варіантом рентгенографії є метод, званий рентгенівською томографією, та його «машинний варіант» - Комп'ютерна томографія.

Розглянемо це питання.

Звичайна рентгенограма охоплює велику ділянку тіла, причому різні органи та тканини затіняють один одного. Можна уникнути цього, якщо періодично спільно (рис. 31.11) у протифазі переміщувати рентгенівську трубку РТта фотоплівку Фпщодо об'єкта Продослідження. У тілі є ряд непрозорих для рентгенівських променів включень, вони показані кружальцями малюнку. Як видно, рентгенівські промені при будь-якому положенні рентгенівської трубки (1, 2 і т.д.) проходять че-

рез ту саму точку об'єкта, що є центром, щодо якого відбувається періодичний рух РТі Фп.Ця точка, точніше невелике непрозоре увімкнення, показана темним кружком. Його тіньове зображення переміщається разом із Фп,займаючи послідовно положення 1, 2 і т.д. Інші включення в тілі (кістки, ущільнення та ін) створюють на Фпдеяке загальне тло, оскільки рентгенівські промені який завжди затіняються ними. Змінюючи положення центру гойдання можна отримати пошарове рентгенівське зображення тіла. Звідси і назва томографія(Пошаровий запис).

Можна, використовуючи тонкий пучок рентгенівського випромінювання, екран (замість Фп),що складається з напівпровідникових детекторів іонізуючого випромінювання (див. 32.5), та ЕОМ обробити тіньове рентгенівське зображення при томографії. Такий сучасний варіант томографії (обчислювальна або комп'ютерна рентгенівська томографія) дозволяє отримувати шари зображення тіла на екрані електронно-променевої трубки або на папері з деталями менше 2 мм при відмінності поглинання рентгенівського випромінювання до 0,1%. Це дозволяє, наприклад, розрізняти сіру та білу речовину мозку та бачити дуже маленькі пухлинні утворення.