Рентгенівські хвилі. Рентгенівське проміння

Висока проникаюча здатність – здатні проникати через певні середовища. Рентгенові промені найкраще проникають через газоподібні середовища (легенева тканина), погано проникають 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. Здебільшого воно зумовлено іонізацією біологічно значимих структур (ДНК, РНК, молекул білків, амінокислот, води). Позитивні біологічні ефекти – протипухлинний, протизапальний.

Влаштування променевої трубки

Рентгенівське проміннявиходять 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 і 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 тканини організму. В результаті проходження через утворення різної щільності та складу пучок випромінювання розсіюється і гальмується, у зв'язку з чим на плівці формується зображення різного ступеня інтенсивності – 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 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 вартістюі складністю виготовлення цей вид устаткування 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 часотримання 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 томографія органів 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 умовахзастосування флюоресцентного екрану не обґрунтовано у зв'язку з його малою світністю, що змушує проводити дослідження в 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 стан окремих 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 роблять 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 порожнина, органи 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 шляхому 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 обробки зображень);

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

Досягнення економічного ефекту під час проведення масових досліджень.

Сучасна медицина використовує безліч медиків діагностики та терапії. Деякі з них застосовують порівняно недавно, інші ж практикують протягом одного десятка і навіть сотні років. Також ще сто десять років тому Вільям Конрад Рентген виявив дивовижні Х-промені, які викликали значний резонанс у науковому та медичному світі. І зараз медики всього планети використовують їх у своїй практиці. Темою нашої сьогоднішньої розмови стануть рентгенівські промені в медицині, обговоримо їх застосування трохи докладніше.

Рентгенівські промені є одним з різновидів електромагнітного випромінювання. Вони характеризуються значними проникними якостями, які залежать довжини хвилі випромінювання, а також від щільності і товщини матеріалів, що опромінюються. Крім того, рентгенівські промені здатні викликати свічення ряду речовин, впливати на живі організми, іонізувати атоми, а також каталізувати деякі фотохімічні реакції.

Застосування променів Рентгена у медицині

На сьогоднішній день властивості рентгенівських променів дозволяють широко застосовувати їх у рентгенодіагностиці та рентгенотерапії.

Рентгенодіагностика

До рентгенодіагностики вдаються під час проведення:

Рентгеноскопії (просвічування);
- рентгенографії (знімка);
- флюорографії;
- рентгенівської та комп'ютерної томографії.

Рентгеноскопія

Для проведення такого дослідження пацієнту необхідно розташуватися між трубкою рентгену та особливим флуоресціюючим екраном. Спеціаліст-рентгенолог підбирає необхідну жорсткість Х-променів, отримуючи на екрані картинку внутрішніх органів, а також ребер.

Рентгенографія

Для проведення даного дослідження пацієнта укладають на касету, де знаходиться спеціальна фотоплівка. Рентгенівський апарат при цьому мають безпосередньо над об'єктом. В результаті на плівці з'являється негативне зображення внутрішніх органів, яке містить ряд дрібних деталей, більш докладних, ніж під час проведення рентгеноскопічного обстеження.

Флюорографія

Дане дослідження здійснюють під час проведення масових медоглядів населення, зокрема і виявлення туберкульозу. При цьому на особливу плівку проектують зображення з великого екрану.

Томографія

Під час проведення томографії комп'ютерні промені допомагають отримати знімки органів відразу у кількох місцях: у спеціально підібраних поперечних зрізах тканини. Така серія рентгенівських знімків зветься томограми.

Комп'ютерна томограма

Таке дослідження дозволяє реєструвати зрізи тіла шляхом застосування рентгенівського сканера. Після цього заносять в комп'ютер, отримуючи одну картинку в поперечному перерізі.

Кожен із перерахованих методів діагностики заснований на властивостях рентгенівського променя засвічувати фотоплівку, а також на тому, що тканини та кістковий скелет людини відрізняються різною проникністю до їх дії.

Рентгенотерапія

Здатність рентгенівських променів впливати особливо на тканини застосовується для терапії пухлинних формувань. При цьому іонізуючі якості даного випромінювання особливо активно помітні при впливі на клітини, які здатні швидкому поділу. Саме цими якостями відрізняються клітини злоякісних онкологічних формувань.

Проте, слід зазначити, що рентгенотерапія здатна викликати масу серйозних побічних ефектів. Така дія агресивно позначається на стані кровотворної, ендокринної та імунної системи, клітини яких також дуже швидко діляться. Агресивний вплив на них здатний викликати ознаки променевої хвороби.

Вплив рентгенівського випромінювання на людину

Під час дослідження рентгенівських променів медики з'ясували, що вони можуть призводити до змін у шкірному покриві, які нагадують сонячний опік, проте супроводжуються глибшими ушкодженнями шкіри. Подібні виразки гояться вкрай довго. Вчені з'ясували, що таких поразок можна уникнути шляхом зниження часу та дози опромінення, а також за допомогою спеціального екранування та методів дистанційного керування.

Агресивний вплив рентгенівських променів може виявлятися і в довгостроковій перспективі: тимчасовими чи постійними змінами у складі крові, схильністю до лейкемії та раннього старіння.

Вплив рентгена на людину залежить від багатьох факторів: від того, який орган опромінюють і як довго. Опромінення органів кровотворення може призвести до хвороб крові, а вплив на статеві органи – до безпліддя.

Проведення систематичного опромінення загрожує розвитком генетичних змін в організмі.

Реальна шкодарентгенівських променів при рентгенодіагностиці

Під час проведення обстеження лікарі застосовують мінімально можливу кількість рентгенівських променів. Усі дози опромінення відповідають певним допустимим стандартам і не можуть зашкодити людині. Значну небезпеку рентгенодіагностика становить лише лікарів, які її проводять. І то сучасні методиЗахисту допомагають зменшити агресію променів до мінімуму.

До безпечних методів рентгенодіагностики відносять рентгенографію кінцівок, а також стоматологічний рентген. На наступному місці цього рейтингу знаходиться мамографія, за нею комп'ютерна томографія, а потім рентгенографія.

Щоб застосування рентгенівських променів у медицині приносило лише користь людині, необхідно проводити дослідження з допомогою лише за показаннями.

У 1895 р. німецький фізик Рентген, проводячи досліди з проходження струму між двома електродами у вакуумі, виявив, що екран, покритий люмінесцентною речовиною (сіллю барію) світиться, хоча розрядна трубка закрита чорним картонним екраном – так було відкрито випромінювання, що проникає через непрозорі перешкоди. Рентгеном Х-променями. Було виявлено, що рентгенівське випромінювання, невидиме для людини, поглинається в непрозорих об'єктах тим сильніше, чим більше атомний номер (щільність) перешкоди, тому рентгенівські промені легко проходять через м'які тканини людського тіла, але затримуються кістками скелета. Були сконструйовані джерела потужних рентгенівських променів, що дозволяють просвічувати металеві деталі та знаходити у них внутрішні дефекти.

Німецький фізик Лауе припустив, що рентгенівські промені є таким самим електромагнітним випромінюванням, як промені видимого світла, але з меншою довжиною хвилі і до них застосовні всі закони оптики, у тому числі можлива дифракція. В оптиці видимого світла дифракція на елементарному рівні може бути представлена як віддзеркалення світла від системи штрихів - дифракційної решітки, що відбувається тільки під певними кутами, при цьому кут відбиття променів пов'язаний з кутом падіння, відстанню між штрихами дифракційної решітки та довжиною хвилі падаючого. Для дифракції потрібно, щоб відстань між штрихами приблизно дорівнює довжині хвилі падаючого світла.

Лауе припустив, що рентгенівські промені мають довжину хвилі, близьку відстані між окремими атомами в кристалах, тобто. атоми в кристалі створюють дифракційні грати для рентгенівських променів. Рентгенівські промені, спрямовані на поверхню кристала, відбилися на фотопластинку, як передбачалося теорією.

Будь-які зміни в положенні атомів впливають на дифракційну картину, і, вивчаючи дифракцію рентгенівських променів, можна дізнатися розташування атомів у кристалі та зміну цього розташування за будь-яких фізичних, хімічних та механічних впливів на кристал.

Зараз рентгеноаналіз використовується в багатьох галузях науки і техніки, з його допомогою дізналися розташування атомів в існуючих матеріалахта створили нові матеріали із заданими структурою та властивостями. Останні досягненняу цій галузі (наноматеріали, аморфні метали, композитні матеріали) створюють сферу діяльності для наступних наукових поколінь.

Виникнення та властивості рентгенівського випромінювання

Джерелом рентгенівських променів є рентгенівська трубка, в якій є два електроди – катод та анод. При нагріванні катода відбувається електронна емісія, електрони, що вилітають із катода, прискорюються електричним полемі ударяються об поверхню анода. Від звичайної радіолампи (діода) рентгенівську трубку відрізняє, в основному, більш висока напруга, що прискорює (більше 1 кВ).

Коли електрон вилітає з катода, електричне поле змушує його летіти до анода, при цьому швидкість його безперервно зростає, електрон несе магнітне поле, напруженість якого зростає зі зростанням швидкості електрона. Досягаючи поверхні анода електрон різко гальмується, у своїй виникає електромагнітний імпульс із довжинами хвиль у певному інтервалі (гальмівне випромінювання). Розподіл інтенсивності випромінювання по довжинах хвиль залежить від матеріалу анода рентгенівської трубки та прикладеної напруги, при цьому з боку коротких хвиль ця крива починається з деякої мінімальної порогової довжини хвилі, що залежить від прикладеної напруги. Сукупність променів з усіма можливими довжинами хвиль утворює безперервний спектр, і довжина хвилі, що відповідає максимальній інтенсивності, в 1,5 рази перевищує мінімальну довжину хвилі.

При збільшенні напруги рентгенівський спектр різко змінюється з допомогою взаємодії атомів з високоенергетичними електронами і квантами первинних рентгенівських променів. Атом містить внутрішні електронні оболонки (енергетичні рівні), кількість яких залежить від атомного номера (позначаються буквами K, L, М тощо). Електрони та первинні рентгенівські промені вибивають електрони з одних енергетичних рівнів на інші. Виникає метастабільний стан і для переходу до стабільного стану необхідний перескок електронів у зворотному напрямку. Цей стрибок супроводжується виділенням кванта енергії та виникненням рентгенівського випромінювання. На відміну від рентгенівських променів з безперервним спектром, у цього випромінювання дуже вузький інтервал довжин хвиль та висока інтенсивність (характеристичне випромінювання) ( см. Рис.). Кількість атомів, що визначають інтенсивність характеристичного випромінювання, дуже велике, наприклад, для рентгенівської трубки з мідним анодом при напрузі 1 кВ струмі 15 мА за 1 з характеристичне випромінювання дають 1014 -1015 атомів. Ця величина обчислюється як відношення загальної потужності рентгенівського випромінювання до енергії кванта рентгенівського випромінювання з К-оболонки (К-серія рентгенівського характеристичного випромінювання). Загальна потужність рентгенівського випромінювання при цьому складає всього 0,1% від споживаної потужності, решта втрачається в основному за рахунок переходу в тепло.

Внаслідок високої інтенсивності та вузького інтервалу довжин хвиль характеристичне рентгенівське випромінювання є основним типом випромінювання, що використовується в наукових дослідженняхта при технологічному контролі. Одночасно з променями К-серії генеруються промені L і М-серій, що мають значно більші довжини хвиль, але їх застосування обмежене. K-серія має дві складові з близькими довжинами хвиль a і b, при цьому інтенсивність b-що становить в 5 разів менше, ніж a. У свою чергу a-складова характеризується двома дуже близькими довжинами хвиль, інтенсивність однієї з яких у 2 рази більша за іншу. Щоб отримати випромінювання з однією довжиною хвилі (монохроматичне випромінювання), розроблено спеціальні методи, що використовують залежність поглинання та дифракції рентгенівських променів від довжини хвилі Збільшення атомного номера елемента пов'язане із зміною характеристик електронних оболонок, причому чим більший атомний номер матеріалу анода рентгенівської трубки, тим менша довжина хвилі К-серії. Найбільш широко застосовуються трубки з анодами елементів з атомними номерами від 24 до 42 (Cr, Fe, Co, Cu, Mo) і довжинами хвиль від 2,29 до 0,712 А (0,229 – 0,712 нм).

Крім рентгенівської трубки, джерелами рентгенівського випромінювання можуть бути радіоактивні ізотопи, одні можуть безпосередньо випромінювати рентгенівське випромінювання, інші випромінюють електрони і a-частинки, що генерують рентгенівське випромінювання при бомбардуванні металевих мішеней. Інтенсивність рентгенівського випромінювання радіоактивних джерел зазвичай значно менше, ніж рентгенівської трубки (за винятком радіоактивного кобальту, що використовується в дефектоскопії і дає випромінювання дуже малої довжини хвилі - g-випромінювання), вони малогабаритні і не вимагають електроенергії. Синхротронне рентгенівське випромінювання одержують у прискорювачах електронів, довжина хвилі цього випромінювання значно перевищує одержувану в рентгенівських трубках (м'яке рентгенівське випромінювання), інтенсивність його на кілька порядків вища за інтенсивність випромінювання рентгенівських трубок. Є і природні джереларентгенівського випромінювання. Радіоактивні домішки виявлені у багатьох мінералах, зареєстровано рентгенівське випромінювання космічних об'єктів, у тому числі зірок.

Взаємодія рентгенівських променів із кристалами

p align="justify"> При рентгенографічному дослідженні матеріалів з кристалічною структурою аналізують інтерференційні картини, що виникають в результаті розсіювання рентгенівських променів електронами, що належать атомам кристалічної решітки. Атоми вважаються нерухомими, їх теплові коливання не враховуються і всі електрони одного й того ж атома вважаються зосередженими в одній точці - вузлі кристалічної решітки.

Для виведення основних рівнянь дифракції рентгенівських променів у кристалі розглядається інтерференція променів, розсіяних атомами, розташованими вздовж прямої кристалічні грати. На ці атоми під кутом, косинус якого дорівнює a 0 падає плоска хвилямонохроматичного рентгенівського випромінювання Закони інтерференції променів, розсіяних атомами, аналогічні існуючим для дифракційних ґрат, що розсіює світлове випромінювання у видимому діапазоні довжин хвиль. Щоб на великій відстані від атомного ряду амплітуди всіх коливань складалися, необхідно і достатньо, щоб різниця ходу променів, що йдуть від кожної пари сусідніх атомів, містила ціле число довжин хвиль. На відстані між атомами аця умова має вигляд:

а(a – a 0) = h l ,

де a – косинус кута між атомним рядом та відхиленим променем, h –ціле число. У всіх напрямках, які не задовольняють цього рівняння, промені не поширюються. Таким чином, розсіяні промені утворюють систему коаксіальних конусів, загальною віссю яких є атомний ряд. Сліди конусів на площині, паралельній атомному ряду, – гіперболи, а на площині, перпендикулярній до ряду, – кола.

При падінні променів під постійним кутом поліхроматичне (біле) випромінювання розкладається у спектр променів, відхилених під фіксованими кутами. Таким чином, атомний ряд є спектрографом рентгенівського випромінювання.

Узагальнення на двовимірну (плоську) атомну решітку, а потім на тривимірну об'ємну (просторову) кристалічну решітку дає ще два аналогічні рівняння, які входять кути падіння і відображення рентгенівського випромінювання і відстані між атомами за трьома напрямками. Ці рівняння називаються рівняннями Лауе і є основою рентгеноструктурного аналізу.

Амплітуди променів, відбитих від паралельних атомних площин складаються і т.к. кількість атомів дуже велика, відбите випромінювання можна зафіксувати експериментально. Умова відображення описується рівнянням Вульфа - Брегга2d sinq = nl , де d - відстань між сусідніми атомними площинами, q - кут ковзання між напрямком падаючого променя і цими площинами в кристалі, l - Довжина хвилі рентгенівського випромінювання, n - ціле число, назване поряд. Кут q є кутом падіння стосовно саме атомних площин, які не обов'язково збігаються у напрямку з поверхнею досліджуваного зразка.

Розроблено кілька методів рентгеноструктурного аналізу, які використовують як випромінювання із суцільним спектром, так і монохроматичне випромінювання. Досліджуваний об'єкт при цьому може бути нерухомим або обертовим, може складатися з одного кристала (монокристал) або багатьох (полікристал), дифраговане випромінювання може реєструватися за допомогою плоскої або циліндричної рентгенівської плівки або рентгенівського випромінювання, що переміщається по колу детектора, однак у всіх випадках при проведенні експерименту та інтерпретації результатів використовується рівняння Вульфа - Брегга.

Рентгеноаналіз у науці та техніці

З відкриттям дифракції рентгенівських променів у розпорядженні дослідників виявився метод, що дозволяє без мікроскопа вивчити розташування окремих атомів та зміни цього розташування при зовнішніх впливах.

Основне застосування рентгенівських променів у фундаментальній науці- Структурний аналіз, тобто. встановлення просторового розташування окремих атомів у кристалі. Для цього вирощують монокристали та проводять рентгеноаналіз, вивчаючи як розташування, так і інтенсивність рефлексів. Наразі визначено структури не тільки металів, а й складних органічних речовин, В яких елементарні осередки містять тисячі атомів.

У мінералогії методом ретгеноаналізу визначено структури тисяч мінералів та створено експрес-методи аналізу мінеральної сировини.

У металів порівняно проста кристалічна структура та рентгенівський метод дозволяє досліджувати її зміни при різних технологічних обробках та створювати фізичні основинових технологій.

За розташуванням ліній на рентгенограмах визначають фазовий склад сплавів, за їх шириною – число, величину та форму кристалів, за розподілом інтенсивності в дифракційному конусі – орієнтування кристалів (текстуру).

За допомогою цих методик вивчають процеси при пластичній деформації, що включають дроблення кристалів, виникнення внутрішніх напругта недосконалостей кристалічної структури(Дислокацій). При нагріванні деформованих матеріалів вивчають зняття напруги та зростання кристалів (рекристалізація).

При рентгеноаналізі сплавів визначають склад та концентрацію твердих розчинів. У разі твердого розчину змінюються міжатомні відстані і, отже, відстані між атомними площинами. Ці зміни невеликі, тому розроблені спеціальні прецизійні методи вимірювання періодів кристалічних ґрат з точністю на два порядки, що перевищують точність вимірювання при звичайних рентгенівських методах дослідження. Поєднання прецизійних вимірювань періодів кристалічних ґрат і фазового аналізу дозволяють побудувати межі фазових областей на діаграмі стану. p align="justify"> Рентгенівським методом можна також виявити проміжні стани між твердими розчинами і хімічними сполуками - упорядковані тверді розчини, в яких атоми домішки розташовані не хаотично, як у твердих розчинах, і в той же час не з тривимірною впорядкованістю, як у хімічних сполуках. На рентгенограмах упорядкованих твердих розчинів є додаткові лінії, розшифровка рентгенограм показує, що атоми домішки займають певні місця у кристалічних ґратах, наприклад, у вершинах куба.

При загартуванні сплаву, що не зазнає фазових перетворень, може виникати пересичений твердий розчині при подальшому нагріванні або навіть витримці за кімнатної температури твердий розчин розпадається з виділенням частинок хімічної сполуки. Це ефект старіння і проявляється він на рентгенограмах як зміна положення та ширини ліній. Дослідження старіння особливо важливе для сплавів кольорових металів, наприклад, старіння перетворює м'який загартований алюмінієвий сплав на міцний конструкційний матеріал дуралюмін.

p align="justify"> Найбільше технологічне значення мають рентгенівські дослідження термічної обробки сталі. При загартуванні (швидкому охолодженні) стали відбувається бездифузійний фазовий перехідаустеніт – мартенсит, що зумовлює зміни структури від кубічної до тетрагональної, тобто. елементарний осередок набуває форми прямокутної призми. На рентгенограмах це проявляється як розширення ліній та поділ деяких ліній на дві. Причини цього ефекту – як зміна кристалічної структури, а й виникнення великих внутрішніх напруг через термодинамічної нерівноважності мартенситної структури і різкого охолодження. При відпустці (нагріванні загартованої сталі) лінії на рентгенограмах звужуються, це пов'язано з поверненням до рівноважної структури.

У Останніми рокамивелике значення набули рентгенівські дослідження обробки матеріалів концентрованими потоками енергії (променями лазера, ударними хвилями, нейтронами, електронними імпульсами), вони зажадали нових методик та дали нові рентгенівські ефекти. Наприклад, при дії променів лазера на метали нагрівання та охолодження відбуваються настільки швидко, що в металі при охолодженні кристали встигають вирости лише до розмірів у декілька елементарних осередків (нанокристали) або взагалі не встигають виникнути. Такий метал після охолодження виглядає як звичайний, але не дає чітких ліній на рентгенограмі, а відбиті рентгенівські промені розподілені по всьому інтервалу кутів ковзання.

Після нейтронного опромінення на рентгенограмах з'являються додаткові плями (дифузні максимуми). Радіоактивний розпадтакож викликає специфічні рентгенівські ефекти, пов'язані зі зміною структури, і навіть з тим, що досліджуваний зразок стає джерелом рентгенівського випромінювання.

Відкриття та заслуги у вивченні основних властивостейрентгенівських променів із повним правом належить німецькому вченому Вільгельму Конраду Рентгену. Дивовижні властивості відкритих ним X-променів відразу отримали величезний резонанс у вченому світі. Хоча тоді, далекого 1895 року, вчений навряд міг припустити, яку користь, котрий іноді шкода може принести рентгенівське випромінювання.

Давайте з'ясуємо в цій статті, як цей вид випромінювання впливає на здоров'я людини.

Що таке рентгенівське випромінювання

Перше питання, яке зацікавило дослідника, – що таке рентгенівське випромінювання? Низка експериментів дозволила переконатися, що це електромагнітне випромінюванняз довжиною хвилі 10 -8 см, що займає проміжне положення між ультрафіолетовим та гамма-випромінюванням.

Застосування рентгенівського випромінювання

Всі перелічені аспекти руйнівної дії таємничих X-променів зовсім не виключають напрочуд великі аспекти їх застосування. Де ж застосовується рентгенівське випромінювання?

Вивчення структури молекул та кристалів.
Рентгенівська дефектоскопія (у промисловості виявлення дефектів у виробах).
Методи медичного дослідження та терапії.

Найважливіші застосування рентгенівського випромінювання стали можливими завдяки дуже малим довжинам всього діапазону цих хвиль та їх унікальним властивостям.

Так як нас цікавить вплив рентгенівського випромінювання на людей, які стикаються з ним лише під час медичного обстеження чи лікування, то далі ми розглядатимемо лише цю сферу застосування рентгену.

Застосування рентгенівського випромінювання у медицині

Незважаючи на особливе значення свого відкриття Рентген не став брати патент на його використання, зробивши безцінним подарунком для всього людства. Вже у Першої світової війни почали використовувати рентгенівські установки, що дозволяли швидко і точно ставити діагнози пораненим. Зараз можна виділити дві основні сфери застосування рентгенівських променів у медицині:

рентгенодіагностика;
рентгенотерапія.

Рентгенодіагностика

Рентгенодіагностика використовується у різних варіантах:

Розберемося на відміну від цих методів.

Всі перелічені методи діагностики засновані на здатності рентгенових променів засвічувати фотоплівку і різної проникності їх для тканин і кісткового скелета.

Рентгенотерапія

Здатність рентгенових променів надавати біологічну дію на тканини, у медицині використовують для терапії пухлин. Іонізуюча дія цього випромінювання найбільш активно проявляється у впливі на клітини, що швидко діляться, якими і є клітини злоякісних пухлин.

Однак, слід знати і про побічні ефекти, що неминуче супроводжують рентгенотерапію. Справа в тому, що швидко діляться також клітини кровотворних, ендокринних, імунних систем. Негативний впливними породжує ознаки променевої хвороби.

Вплив рентгенівського випромінювання на людину

Незабаром після чудового відкриття X-променів виявилося, що рентгенівське випромінювання впливає на людини.

Ці дані отримані при експериментах на піддослідних тварин, однак генетики припускають, що подібні наслідки можуть поширюватися і на людський організм.

Вивчення наслідків рентгенівського опромінення дозволило розробити міжнародні стандарти на допустимі дози опромінення.

Дози рентгенівського випромінювання при рентгенодіагностиці

Після відвідування рентген-кабінету багато пацієнтів відчувають занепокоєння, - як отримана доза радіації позначиться на здоров'ї?

Доза загального опромінення організму залежить від характеру процедури, що проводиться. Для зручності зіставлятимемо одержувану дозу з природним опроміненням, яке супроводжує людину все життя.

Рентгенографія: грудної клітки – отримана доза радіації еквівалентна 10 дням фонового опромінення; верхнього шлунка та тонкого кишечника – 3 рокам.
Комп'ютерна томографія органів черевної порожнини та тазу, а також всього тіла – 3 рокам.
Мамографія – 3 місяцях.
Рентгенографія кінцівок – практично нешкідлива.
Що стосується стоматологічного рентгену, доза опромінення – мінімальна, оскільки на пацієнта впливають вузькоспрямованим пучком рентгенівських променів із малою тривалістю випромінювання.

Ці дози опромінення відповідають допустимим стандартам, але якщо пацієнт перед проходженням рентгена відчуває тривогу, він має право попросити спеціальний захисний фартух.

Вплив рентгенівського випромінювання на вагітних

Рентгенівському обстеженню кожна людина змушена неодноразово піддаватися. Але є правило - цей метод діагностики не можна призначати вагітним жінкам. Ембріон, що розвивається, надзвичайно вразливий. Рентгенівські промені можуть викликати аномалії хромосом і, як наслідок, народження дітей із вадами розвитку. Найуразливішим у цьому плані є термін вагітності до 16 тижнів. Причому найбільш небезпечний для майбутнього малюка рентген хребта, тазової та черевної ділянок.

Знаючи про згубний вплив рентгенівського випромінювання на вагітність, лікарі всіляко уникають використовувати його у відповідальний період у житті жінки.

Однак є побічні джерела рентгенівських випромінювань:

електронні мікроскопи;
кінескопи кольорових телевізорів тощо.

Майбутнім матусям слід знати про небезпеку, що виходить від них.

Для матерів-годувальниць рентгенодіагностика небезпеки не становить.

Що робити після рентгенівського випромінювання

Щоб уникнути навіть мінімальних наслідків рентгенівського опромінення, можна зробити деякі прості дії:

після рентгену випити склянку молока, - воно виводить малі дози радіації;
дуже доречний прийом склянку сухого вина або виноградного соку;
деякий час після процедури корисно збільшити частку продуктів з підвищеним вмістом йоду (морепродуктів).

Але ніякі лікувальні процедури або спеціальні заходи для виведення радіації після рентгена не потрібні!

Незважаючи на, безперечно, серйозні наслідки від впливу рентгенівських променів, не слід переоцінювати їхню небезпеку при медичних обстеженнях- вони проводяться лише на певних ділянках тіла та дуже швидко. Користь від них значно перевищує ризик цієї процедури для людського організму.

Рентгенологія - розділ радіології, що вивчає вплив на організм тварин і людини рентгенівського випромінювання, що виникають від цього захворювання, їх лікування та профілактику, а також методи діагностики різних патологій за допомогою рентгенівських променів (рентгенодіагностика). До складу типового рентгенодіагностичного апарату входить пристрій живлення (трансформатори), високовольтний випрямляч, що перетворює змінний струмелектричної мережі в постійний, пульт управління, штатив та рентгенівська трубка.

Рентгенівські промені - це вид електромагнітних коливань, які утворюються в рентгенівській трубці при різкому гальмуванні прискорених електронів у момент зіткнення з атомами речовини анода. В даний час загальновизнаною вважається точка зору, що рентгенівські промені за своєю фізичної природиє одним з видів променистої енергії, спектр яких включає також радіохвилі, інфрачервоні промені, видиме світло, ультрафіолетові промені та гамма-промені радіоактивних елементів. Рентгенівське випромінюванняможна характеризувати як сукупність його найменших частинок – квантів чи фотонів.

Рис. 1 - пересувний рентгенівський апарат:

A – рентгенівська трубка;
Б - живильне пристрій;
В – регульований штатив.

Рис. 2 - пульт управління рентгенівським апаратом (механічний - ліворуч та електронний - праворуч):

A - панель для регулювання експозиції та жорсткості;
Б – кнопка подачі високої напруги.

Рис. 3 - блок-схема типового рентгенапарату

1 – мережа;
2 – автотрансформатор;
3 - трансформатор, що підвищує;
4 – рентгенівська трубка;
5 – анод;
6 – катод;
7 - понижувальний трансформатор.

Механізм утворення рентгенівського випромінювання

Рентгенівські промені утворюються в останній момент зіткнення потоку прискорених електронів з речовиною анода. При взаємодії електронів з метою 99% їх кінетичної енергіїперетворюється в теплову енергіюі лише 1% - у рентгенівське випромінювання.

Рентгенівська трубка складається зі скляного балона, в який впаяно 2 електроди: катод і анод. Зі скляного балона викачено повітря: рух електронів від катода до анода можливий лише в умовах відносного вакууму (10 -7 –10 -8 мм. рт. ст.). На катоді є нитка розжарення, що є щільно скрученою вольфрамовою спіраллю. При подачі електричного струмуна нитку розжарення відбувається електронна емісія, при якій електрони відокремлюються від спіралі і утворюють поряд з катодом електронну хмаринку. Ця хмарка концентрується у фокусуючої чашечки катода, що задає напрямок руху електронів. Чашка - невелике заглиблення в катоді. Анод, своєю чергою, містить вольфрамову металеву пластину, яку фокусуються електрони, - і є місце утворення рентгенівських променів.

Рис. 4 - пристрій рентгенівської трубки:

А – катод;
Б – анод;
В - вольфрамова нитка розжарення;
Г - фокусуюча чашка катода;
Д – потік прискорених електронів;
Е - вольфрамова мета;
Ж – скляна колба;
З – вікно з берилію;
І - утворені рентгенівські промені;
К – алюмінієвий фільтр.

До електронної трубки підключені 2 трансформатори: знижуючий і підвищуючий. Знижуючий трансформатор розжарює вольфрамову спіраль низькою напругою (5-15 вольт), у результаті виникає електронна емісія. Підвищуючий, або високовольтний трансформатор підходить безпосередньо до катода і анода, на які подається напруга 20-140 кіловольт. Обидва трансформатори поміщаються у високовольтний блок рентгенівського апарату, який наповнений трансформаторним маслом, що забезпечує охолодження трансформаторів та їх надійну ізоляцію.

Після того, як за допомогою понижуючого трансформатора утворилася електронна хмаринка, включається підвищуючий трансформатор, і на обидва полюси електричного ланцюга подається високовольтна напруга: позитивний імпульс - на анод, і негативний - на катод. Негативно заряджені електрони відштовхуються від негативно зарядженого катода і прагнуть позитивно зарядженого анода - рахунок такої різниці потенціалів досягається висока швидкість руху - 100 тис. км/с. З цією швидкістю електрони бомбардують вольфрамову пластину анода, замикаючи електричний ланцюг, у результаті виникає рентгенівське випромінювання і теплова енергія.

Рентгенівське випромінювання поділяється на гальмівне та характеристичне. Гальмівне випромінювання виникає через різке уповільнення швидкості електронів, що випускаються вольфрамовою спіраллю. Характеристичне випромінюваннявиникає у момент перебудови електронних оболонок атомів. Обидва види утворюються в рентгенівській трубці в момент зіткнення прискорених електронів з атомами речовини анода. Спектр випромінювання рентгенівської трубки є накладенням гальмівного і характеристичного рентгенівських випромінювань.

Рис. 5 – принцип утворення гальмівного рентгенівського випромінювання.
Рис. 6 – принцип утворення характеристичного рентгенівського випромінювання.

Основні властивості рентгенівського випромінювання

Рентгенівські промені невидимі візуального сприйняття.
Рентгенівське випромінювання має велику проникаючу здатність крізь органи та тканини живого організму, а також щільні структури неживої природи, що не пропускають промені видимого світла.
Рентгенівські промені викликають свічення деяких хімічних сполук, зване флюоресценцією.

Сульфіди цинку та кадмію флюоресцують жовто-зеленим кольором,
Кристали вольфрамату кальцію – фіолетово-блакитним.

Рентгенівські промені мають фотохімічну дію: розкладають з'єднання срібла з галогенами і викликають почорніння фотографічних шарів, формуючи зображення на рентгенівському знімку.

Рентгенівські промені передають свою енергію атомам та молекулам довкілля, якою вони проходять, виявляючи іонізуючу дію.

Рентгенівське випромінювання має виражену біологічну дію в опромінених органах і тканинах: у невеликих дозах стимулює обмін речовин, у великих – може призвести до розвитку променевих уражень, а також гострої променевої хвороби. Біологічна властивістьдозволяє застосовувати рентгенівське випромінювання для лікування пухлинних та деяких непухлинних захворювань.

Шкала електромагнітних коливань

Рентгенівські промені мають певну довжинухвилі та частоту коливань. Довжина хвилі (λ) та частота коливань (ν) пов'язані співвідношенням: λ ν = c, де c – швидкість світла, округлено рівна 300 000 км в секунду. Енергія рентгенівських променів визначається формулою E = h ν, де h - постійна Планка, універсальна постійна, що дорівнює 6,626 10 -34 Дж⋅с. Довжина хвилі променів (λ) пов'язана з їхньою енергією (E) співвідношенням: λ = 12,4/E.

Рентгенівське випромінювання відрізняється від інших видів електромагнітних коливань довжиною хвилі (див. таблицю) та енергією кванта. Чим коротше довжина хвилі, тим вище її частота, енергія та здатність, що проникає. Довжина хвилі рентгенівського випромінювання знаходиться в інтервалі

. Змінюючи довжину хвилі рентгенівського випромінювання, можна регулювати його проникаючу здатність. Рентгенівські промені мають дуже малу довжину хвилі, але більшу частоту коливань, тому невидимі людським оком. Завдяки величезній енергії кванти мають велику проникаючу здатність, що є однією з головних властивостей, що забезпечують використання рентгенівського випромінювання в медицині та інших науках.

Характеристики рентгенівського випромінювання

Інтенсивність - кількісна характеристикарентгенівського випромінювання, що виражається кількістю променів, що випромінюються трубкою в одиницю часу. Інтенсивність рентгенівського випромінювання вимірюється в міліамперах. Порівнюючи її з інтенсивністю видимого світла від звичайної лампи розжарювання, можна провести аналогію: так, лампа на 20 Ватт світитиме з однією інтенсивністю, або силою, а лампа на 200 Ватт - з іншого, при цьому якість самого світла (його спектр) є однаковим . Інтенсивність рентгенівського випромінювання, по суті, це його кількість. Кожен електрон створює на аноді один або кілька квантів випромінювання, отже кількість рентгенівських променів при експонуванні об'єкта регулюється шляхом зміни кількості електронів, що прагнуть аноду, і кількості взаємодій електронів з атомами вольфрамової мішені, що можна здійснити двома шляхами:

Змінюючи ступінь напруження спіралі катода за допомогою понижуючого трансформатора (кількість електронів, що утворюються при емісії, залежатиме від того, наскільки сильно розжарена спіраль вольфрамова, а кількість квантів випромінювання залежатиме від кількості електронів);
Змінюючи величину високої напруги, що підводиться підвищує трансформатором до полюсів трубки - кадоду і аноду (чим вище напруга подається на полюси трубки, тим більшу кінетичну енергію одержують електрони, які за рахунок своєї енергії можуть взаємодіяти з декількома атомами речовини анода по черзі. Рис. 5; електрони з низькою енергією зможуть вступити до меншої кількості взаємодій).

p align="justify"> Інтенсивність рентгенівського випромінювання (анодний струм), помножена на витримку (час роботи трубки), відповідає експозиції рентгенівського випромінювання, яка вимірюється в мАс (міліамперах в секунду). Експозиція - це параметр, який, як і інтенсивність, характеризує кількість променів, що випускаються рентгенівською трубкою. Різниця полягає лише в тому, що експозиція враховує ще й час роботи трубки (наприклад, якщо трубка працює 0,01 сек., то кількість променів буде одним, а якщо 0,02 сек, то кількість променів буде іншим - в два рази більше). Експозиція випромінювання встановлюється рентгенологом на контрольній панелі рентгенівського апарату залежно від виду дослідження, розмірів об'єкта, що досліджується, та діагностичного завдання.

Жорсткість - якісна характеристикарентгенівського випромінювання. Вимірюється величиною високої напруги на трубці – у кіловольтах. Визначає проникаючу здатність рентгенівських променів. Регулюється величиною високої напруги, що підводиться до рентгенівської трубки трансформатором, що підвищує. Чим вище різниця потенціалів створюється на електродах трубки, тим з більшою силою електрони відштовхуються від катода і прагнуть аноду і тим сильніше їх зіткнення з анодом. Чим сильніше їх зіткнення, тим коротше довжина хвилі у рентгенівського випромінювання і вище проникаюча здатність даної хвилі (або жорсткість випромінювання, яка, так само як і інтенсивність, регулюється на контрольній панелі параметром напругою на трубці - кіловольтажем).

Рис. 7 - Залежність довжини хвилі від енергії хвилі:

λ - довжина хвилі;
E – енергія хвилі

Чим вище кінетична енергія електронів, що рухаються, тим сильніше їх удар об анод і менше довжина хвилі утворюється рентгенівського випромінювання. Рентгенівське випромінювання з великою довжиною хвилі та малою проникаючою здатністю називається «м'яким», з малою довжиною хвилі та високою проникаючою здатністю – «жорстким».

Рис. 8 - Співвідношення напруги на рентгенівській трубці і довжини хвилі рентгенівського випромінювання, що утворюється:

Чим вище напруга подається на полюси трубки, тим сильніше на них виникає різниця потенціалів, отже, кінетична енергія електронів, що рухаються, буде вищою. Напруга на трубці визначає швидкість руху електронів і силу їх зіткнення з речовиною анода, отже, напруга визначає довжину хвилі рентгенівського випромінювання.

Класифікація рентгенівських трубок

По призначенню

Діагностичні
Терапевтичні
Для структурного аналізу
Для просвічування

За конструкцією

За фокусністю

Однофокусні (на катоді одна спіраль, а на аноді одна фокусна пляма)
Двофокусні (на катоді дві спіралі різного розміру, а на аноді дві фокусні плями)

За типом анода

Стаціонарний (нерухомий)
Обертовий

Рентгенівські промені застосовуються у рентгенодіагностичних цілях, а й у терапевтичних. Як було зазначено вище, здатність рентгенівського випромінювання пригнічувати зростання пухлинних клітин дозволяє використовувати його в променевій терапії онкологічних захворювань. Крім медичної галузі застосування, рентгенівське випромінювання знайшло широке застосування в інженерно-технічній сфері, матеріалознавстві, кристалографії, хімії та біохімії: так, наприклад, можливе виявлення структурних дефектів у різних виробах (рейках, зварювальних швах тощо) за допомогою рентгенівського випромінювання. Вигляд такого дослідження називається дефектоскопією. А в аеропортах, на вокзалах та інших місцях масового скупчення людей активно застосовуються рентгенотелевізійні інтроскопи для просвічування ручної поклажі та багажу з метою безпеки.

Залежно від типу анода рентгенівські трубки розрізняються по конструкції. Через те, що 99% кінетичної енергії електронів перетворюється на теплову енергію, під час роботи трубки відбувається значне нагрівання анода - чутлива вольфрамова мета часто згоряє. Охолодження анода здійснюється у сучасних рентгенівських трубках за допомогою його обертання. Анод, що обертається, має форму диска, який розподіляє тепло по всій своїй поверхні рівномірно, перешкоджаючи локальному перегріву вольфрамової мішені.

Конструкція рентгенівських трубок відрізняється також за фокусністю. Фокусна пляма - ділянка анода, на якій відбувається генерування робочого пучка рентгенівського випромінювання. Поділяється на реальну фокусну пляму та ефективну фокусну пляму ( Рис. 12). Через те, що анод розташований під кутом, ефективна фокусна пляма менша, ніж реальна. Різні розміри фокусної плями використовуються залежно від розміру області знімка. Чим більша область знімка, тим ширше має бути фокусна пляма, щоб покрити всю площу знімка. Однак менша фокусна пляма формує кращу чіткість зображення. Тому при виробництві невеликих знімків використовується коротка нитка розжарення та електрони спрямовуються на невелику область мішені анода, створюючи меншу фокусну пляму.

Рис. 9 – рентгенівська трубка зі стаціонарним анодом.
Рис. 10 - рентгенівська трубка з анодом, що обертається.
Рис. 11 - пристрій рентгенівської трубки з анодом, що обертається.
Рис. 12 - схема освіти реальної та ефективної фокусної плями.