Спектри рентгенівського випромінювання.

Рентгенівська трубка.

Рентгенівські промені одержують в рентгенівських труб­ках – скляних балонах, з яких викачане повітря до тиску p = 10^–6–10^–7 мм. рт. ст. В балон впаяні два електроди: катод К і анод А (мал. 1.1).

Анод (антикатод) – металевий стержень, на скошеному кінці якого закріплена пластинка (3) із тугоплавкого металу, яка називається дзеркальцем антикатода. Ділянка дзеркальця З, на яку падає основна частина електронів (для концентрації електронів катод має спеціальний фокусую­чий циліндр), на­зивається фокусом трубки. Від його пло­щі залежить ширина пучка випромінювання.

Мал. 1.1. Будова рентгенівської трубки.

Катод являє собою спіраль із вольфрамового дроту, який нагрівається електричним струмом від джерела роз­жарювання U_p i випромінює електрони (термоелектронна емісія). Електрони, які випускає нагрітий катод, приско­рюються електричним полем між катодом і антикатодом А і бомбардують антикатод. Прискорююча електрони різниця потенціалів U_a ~10 кВ. Швидкі електрони влітають в антикатод, гальмуються в ньому і в результаті гальму­вання їх кіне­тична енергія перетворюється в енергію рен­т­ге­­нівсь­кого випромінювання.

Застосування рентгенівського випромівання в медицині

Перше практичне застосування рентгенівські промені знайшли в області медичної діагностики і терапії. В січні 1896 р. рентгенівськими променями зайнявся винахідник радіо О.С. Попов, який виготовив в Кронштадті апарат для одержання рентгенівських променів. Цей апарат був ним побудований уже через два тижні після публікації першого повідомлення Рентгена. Попов застосував свій апарат для виявлення рушничного дробу, що застряв у тілі пораненого. Такі апарати були виготовлені ним і доставлені на деякі кораблі флоту. Лікар крейсера “Аврора” В.С. Кравченко вперше застосував рентгенівські промені для діагностики 40 поранених в боях при Цусімі в російсько-японську війну (1905 р).

П.М. Лебедєв демонстру­вав під час лекцій рентгенівські знімки частин свого тіла, починаючи з січня 1896 р.

В наступні роки застосування рентгенівських променів у медицині удосконалювалось як для діагностичних, так і терапевтичних цілей.

Методи рентгенодіагностики

Під рентгенодіагностикою розуміють розпізнавання захворювання за допомогою просвічування тіла рентге­нівсь­кими променями.

Тіло людини складається із тканин і органів, що мають різний елементний склад і різну густину, отже і різну здатність поглинати рентгенівське випромінювання. Тому при просвічуванні тіла тканини з більшою густиною поглинають рентгенівські промені сильніше і виділяються як темні на фоні світлих, мало поглинаючих, тканин. Схема установки для рентгенодіагностичного обстеження включає три обов’язкові компоненти (мал. 5.1).

1 – джерело випромінювання (рентгенівська трубка);

2 – об’єкт обстеження;

3 – пристрій для реєстрації рентгенівського випроміню­ван­ня, яке пройшло через об’єкт.

В залежності від виду реєструючого пристрою розрізня­ють декілька методів рентгенодіагностики: рентгеноскопія, флюорографія, рентгенографія, електрорентгенографія, рентгенотелебачення, рентгенотомографія.

а) Рентгеноскопія.

В цьому методі реєструючим пристроєм є екран, який світиться під дією рентгенівського випромінювання (флуоресцентний екран). Світло-тіньове зображення досліджува­ної частини тіла на цьому екрані розглядає (спостерігає) лікар-рентгенолог, який здійс­нює візуальний контроль). Між екраном і оком рентгенолога ставиться свинцеве скло, щоб захистити лікаря від рентге­нівсь­кого випромінювання, яке проходить через пацієнта.

Рентгеноскопія дає уявлення про функціональний (рентгенофункціональний) стан органу. Недоліки рентгеноскопії: низька яскравість флуоресцентного екрана, недостатня контрастність зображення на зви­чайному рентгенівському екра­ні, робота проводиться в затем­неному приміщенні, спостере­ження проводить одна особа. Лікар і хворий знаходяться близько до рентгенівської трубки, що приводить до значного їх опромінення. Останнє обмежує можливість практичного застосування рентгеноскопії, особливо при тривалих рентгенологічних обстеженнях.

б) Флюорографія (рентгенофлюорографія).

Флюорографія – рентгенологічне дослідження, при якому рентгенівське зображення об’єкта фотографується з флуоресцентного екрана на фотоплівку. Розрізняють дрібнокадрову 24´24 або 35´35 мм) і крупнокадрову (70´70 або 100´100 мм). Остання за діагностичними можливостями наближається до рентгенографії.

Щоб захистити рентгенолога в процесі рентгенівського обстеження хворого, був запропонований метод рентгенографії.

в) Рентгенографія.

Рентгенографія – метод рентгенологічного досліджен­ня, при якому в ролі пристрою для реєстрації використо­вуєть­ся рентгенівська плівка. Зображення предмета діста­ють на фотоплівці. Рентгенівську зйомку будь-якого органу проводять не менш ніж в двох взаємно перпендикулярних проекціях. Технічні умови зйомки автоматично задаються спеціальними приладами, що входять в комплект рентге­нівської установки. На рентгенограмах виявляється більше деталей зображення, ніж при рентгеноскопії.

Рентгенографічний метод характеризується значно біль­шою інформативністю, ніж рентгеноскопічний. Для ана­лі­зу рентгенограми можна залучити інших, більш досвідчених спеціалістів, і це є документ, який можна порівняти з наступними аналогічними знімками.

Для підвищення розділь­ної здатності і зменшення променевих навантажень використовують підсилювачі рентгенівського зображення (ПРЗ). Застосування ПРЗ створює менші дозові наванта­жен­ня, ніж при використанні звичайного екрану для рентгено­скопії. Проте, і в цьому випадку при більшій тривалості до­слід­ження можливі достатньо великі дозові навантаження. В таблиці 10.4 наведені тканинні дози при рентгеноско­пічному і рентгенографічному дослідженнях.

З метою зниження доз опромінення рекомендується повна заміна рентгеноскопії на рентгенографію. Рентгено­скопічне дослідження, що проводиться за допомогою зви­чай­ного екрана без підсилювача рентгенівського зобра­ження, повинно застосовуватись тільки у виключних випадках.

г) Електрорентгенографія.

Мал. 5.2. Зарядка селенової пластини: 1 – шар напівпровідника; 2 – електропровідна пластина.

В цьому методі реєстрація випромінювання, що пройш­ло через пацієнта, здійснюється фотопровідним шаром високоомного напівпровідника (селену, окису цинку тощо). Напівпровідник наноситься на провідну основу – підложку. Перед одержанням зображення шар напівпровідника – селе­нову пластину – “збуджують”, заряджаючи її іонами зви­чай­но із коронного розряду в повітрі, а підложку заземлюють (мал. 5.2). В результаті на протилежних поверхнях селенової пластини з’являються заряди проти­лежних знаків (зверху +, знизу –), всередині пластини ство­рюється електричне поле.

При опроміненні такої пластини рентгенівськими про­ме­нями в результаті фотопровідності селену зменшується опір шару, що приводить до стікання нанесених на поверхню шару зарядів пропорційно освітленості. Заряди, що залишились після експонування, утворюють приховане електричне зображення. Його можна візуалізувати двома способами:

1 – шляхом а) проявлення електрично зарядженим по­рош­ком (в сухому вигляді або у виді суспензії), б) закріплення безпосередньо на шарі або переносу на папір і закріплення;

2 – шляхом безпосереднього електронного зчитування.

Метод відрізняється високою економічністю (використовується звичайний папір замість дорогої рентге­нівської плівки), швидкістю отримання готового знімка (2–2,5 хвилини), зручністю роботи на світлі без спеціальної фотолабораторії.

Променеве навантаження на хворого при електро­рентге­нографії із застосуванням пластин таке ж, які при звичайній рентгенографії. Розробка більш чутли­вих до рентгенівського випромінювання напівпро­від­ни­кових матеріалів є дуже актуальна проблема, яка дозво­лить знизити променеві навантаження.

д) Рентгенотелебачення.

Зображення з екрана електронно-оптичного перетворювача (ЕОП) проектується об’єктивом на фоточутливу поверхню передавальної телевізійної трубки, де воно перетворюється в електричні імпульси (відео­сигнали). Відеосигнали по провідниках (коаксіальних кабе­лях) подаються на вхід телевізора, на екрані якого видно зображення досліджуваної частини тіла або органу. Схема принципу рентгенотелевізійної установки приведена на мал. 5.3.

Мал. 5.3. Схема рентгенотелевізійної установки.

Основними компонентами рентгенотелевізійної установки є: 1 – джерело рентгенівського випромінювання, 2 – об’єкт, 3 – ЕОП, 4 – проектуюча оптика, 5 – передавальна те­ле­камера, 6 – кабель, 7 – приймальний пристрій, 8 – екран.

Застосування рентгенотелебачення зменшує дозу опро­мі­нен­ня пацієнта в 15 разів порівняно з тією, яку дістають при проведенні звичайного просвічування, і в 3–5 разів менше порівняно з дозою, отриманою при просвічуванні за допомогою ЕОП. Час обстеження скорочується приблизно на чверть порівняно з часом звичайного дослідження завдяки достатньо високій яскравості та контрастності зображення.

Якщо до того ж врахувати, що при рентгенотеле­візій­ному дослідженні зменшується кількість рентгенівських знімків, то сумарна доза опромінення при такому дослід­жен­ні зменшується в 25–30 разів порівняно із звичайною рентгеноскопією. Рентгенотелевізійне зображення можна сфо­то­графувати, зняти на кіноплівку, записати на відео­касету.

Рентгенотерапія

Рентгенівське випромінювання здатне порушувати життєдіяльність клітин, особливо молодих і тих, що швидко розмножуються. Це робить опромінення найбільш небез­печ­ним для дітей і вагітних жінок. На цьому ж грунтується використання рентгенівського випромінювання для ліку­валь­них цілей – рентгенотерапія. Рентгенотерапію прово­дять переважно для лікування поверхнево розміщених пухлин і при деяких інших захворюваннях. Ростуча тканина пухлини гине при дозах опромінення, які менше пошкод­жують навколишні нормальні тканини. При рентгенотерапії рентгенівські промені генеруються при напрузі на рентге­нівській трубці 20–60 кВ і шкірно-фокусній відстані 3–7 см (короткодистанційна рентгенотерапія) або при напрузі 180–400 кВ і шкірно-фокусній відстані 30–150 см (дистан­ційна рентгенотерапія).

 

Радіоактивність. Дозиметрія іонізуючого випромінювання.

Охорона праці в галузі.

1. Радіоактивність, основні види і властивості.

2. Закон радіоактивного розпаду.

3. Період напіврозпаду. Проблеми, пов’язані з аварією на Чорнобильській АЕС.

4. Активність, одиниці активності.

5. Йонізуюче випромінювання, властивості та основні механізми взаємодії з біологічними об’єктами. Захист від йонізуючого випромінювання.

6. Дозиметрія іонізуючого випромінювання.

6.1. Експозиційна доза, її потужність, одиниці

6.2. Поглинена доза, її потужність, одиниці

6.3. Еквівалентна доза, її потужність, одиниці

6.4. Дозиметр. Його будова та призначення.

7. Охорона праці в галузі.

Рентгенівська трубка.

Рентгенівські промені одержують в рентгенівських труб­ках – скляних балонах, з яких викачане повітря до тиску p = 10^–6–10^–7 мм. рт. ст. В балон впаяні два електроди: катод К і анод А (мал. 1.1).

Анод (антикатод) – металевий стержень, на скошеному кінці якого закріплена пластинка (3) із тугоплавкого металу, яка називається дзеркальцем антикатода. Ділянка дзеркальця З, на яку падає основна частина електронів (для концентрації електронів катод має спеціальний фокусую­чий циліндр), на­зивається фокусом трубки. Від його пло­щі залежить ширина пучка випромінювання.

Мал. 1.1. Будова рентгенівської трубки.

Катод являє собою спіраль із вольфрамового дроту, який нагрівається електричним струмом від джерела роз­жарювання U_p i випромінює електрони (термоелектронна емісія). Електрони, які випускає нагрітий катод, приско­рюються електричним полем між катодом і антикатодом А і бомбардують антикатод. Прискорююча електрони різниця потенціалів U_a ~10 кВ. Швидкі електрони влітають в антикатод, гальмуються в ньому і в результаті гальму­вання їх кіне­тична енергія перетворюється в енергію рен­т­ге­­нівсь­кого випромінювання.

Спектри рентгенівського випромінювання.

Рентгенівські промені, які випускає антикатод, дають два спектри: 1) суцільний (або гальмів­ний), що залежить від на­пруги на трубці U_а і має різку межу з боку коротких довжин хвиль; 2) характеристичний (ліній­ча­тий), що залежить від мате­ріалу антикатода.

Суцільний спектр одержується в результаті гальму­вання швидких електронів в речовині антикатода. Якщо між като­дом і антикатодом прикладена напруга U_а, електрони розга­няються і їх енергія дорівнює , де е – заряд електрона. Влітаючи в антикатод, електро­ни різко гальму­ються, тобто рухаються з від’ємним приско­ренням, і стають джерелами рентгенівського електро­магнітно­го випроміню­ван­ня.

Характеристичний спектр виникає тому, що частина бомбардуючих електронів проникає в атоми антикатода і збу­джує їх. Причому електронні переходи відбуваються в надрах атомів, тобто в оболонках, ближчих до ядра – К, L, М. Тому енергія квантів рентгенівських променів більша від енергії квантів видимого світла, так як останні одержуються при електронних переходах між зовнішніми оболонками атома, тобто на його периферії.

Характеристичне випромінювання має лінійчастий спектр. Свою назву воно дістало тому, що цей тип рентгенівського випромінювання характеризує речовину антикатода і його вид не залежить від того, чи елемент знаходиться у віль­ному або хімічно зв’язаному стані. Характеристичні лінії завжди виникають на фоні непе­рервного спектра.

На мал. 2.1 зображено графік розподілу інтенсивності по спектру випромінювання рентгенівської трубки з вольф­рамо­вим анодом при U_а = 168 кВ. Цей графік наочно ілюструє той факт, що загальний спектр включає в себе як неперервний спектр, так і характеристичні лінії К -серії. На ділянці неперервного спектра, розміщеного зліва від накладених на нього спектральних ліній, видний “про­вал”. Ця відсутня енергія пішла на збудження сусідніх спектральних ліній.