Рентгенівське випромінювання. Взаємодія рентгенівського випромінювання з речовинами і тканинами організму. Закон Бугера, Рентгенодіагностика

Рентгенівське випромінювання, невидиме випромінювання, здатне проникати, хоча і різною мірою, в усі речовини. Являє собою електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі порядку 10 ^-8 см.

Як і видиме світло, рентгенівське випромінювання викликає почорніння фотоплівки. Це його властивість має важливе значення для медицини, промисловості та наукових досліджень. Проходячи крізь досліджуваний об'єкт і падаючи потім на фотоплівку, рентгенівське випромінювання зображує на ній його внутрішню структуру. Оскільки проникаюча здатність рентгенівського випромінювання різна для різних матеріалів, менш прозорі для нього частини об'єкта дають більш світлі ділянки на фотознімку, ніж ті, через які випромінювання проникає добре. Так, кісткові тканини менш прозорі для рентгенівського випромінювання, ніж тканини, з яких складається шкіра й внутрішні органи. Тому на рентгенограмі кістки позначаться як більш світлі ділянки та більш прозоре для випромінювання місце перелому може бути досить легко виявлено. Рентгенівська зйомка використовується також у стоматології для виявлення карієсу і абсцесів в коренях зубів, а також у промисловості для виявлення тріщин в лиття, пластмас і гуми.

Рентгеном називається міжнародна одиниця дози іонізуючого випромінювання; знімок, зроблений в рентгенівському апараті, називається рентгенограмі; область радіологічної медицини, в якій використовуються рентгенівські промені для діагностики та лікування захворювань, називається рентгенологией.

Рентгенівське випромінювання виникає при взаємодії електронів, що рухаються з великими швидкостями, з речовиною. Коли електрони соударяются з атомами якої-небудь речовини, вони швидко втрачають свою кінетичну енергію. При цьому більша її частина переходить в тепло, а невелика частка, зазвичай менше 1%, перетворюється в енергію рентгенівського випромінювання. Ця енергія вивільняється у формі квантів - частинок, які називаються фотонами, які мають енергію, але маса спокою яких дорівнює нулю. Рентгенівські фотони розрізняються своєю енергією, обернено пропорційній їх довжині хвилі

Рентгенівські промені поглинаються в тій чи іншій мірі всіма речовинами через які вони проходять. Величина поглиненої енергії залежить від довжини хвилі, природи речовини, товщини даного зразка.

формула Вульфа-Брегга

де - міжплощинна відстань (період решітки). Кут зви­чайно називають кутом ковзання, або кутом відбивання. Якщо відомо з формули (8.33) легко знайти На дифракції рентгенівських променів ґрунтується рентгено-структурний аналіз кристалічних решіток твердих розчинів, сплавів і чистих речовин, а також інших систем, включаючи біологічні об'єкти.

 

Фотоефект спостерігається, коли енергії фотона вистачає для виконання роботи виходу електрона. При фотон поглинається і електрон відривається від атома

Шкідливе біологічну дію рентгенівського випромінювання виявилося незабаром після його відкриття Рентгеном. Виявилося, що нове випромінювання може викликати щось на кшталт сильного сонячного опіку (еритему), що супроводжується, проте, більш глибоким і стійким пошкодженням шкіри. З'являлисявиразки нерідко переходили в рак. У багатьох випадках доводилося ампутувати пальці або руки. Траплялися й летальні наслідки.
Було встановлено, що ураження шкіри можна уникнути, зменшивши час і дозу опромінення, застосовуючи екранівку (наприклад, свинець) і засоби дистанційного управління. Але поступово виявилися й інші, більш довготривалі наслідки рентгенівського опромінення, які були потім підтверджені і вивчені на піддослідних тварин. До ефектів, обумовленим дією рентгенівського випромінювання, а також інших іонізуючих випромінювань (таких, як гамма-випромінювання, що випускається радіоактивними матеріалами) відносяться: 1) тимчасові зміни в складі крові після відносно невеликого надлишкового опромінення; 2) незворотні зміни у складі крові (гемолітична анемія) після тривалого надлишкового опромінення; 3) зростання захворюваності на рак (включаючи лейкемію); 4) більш швидке старіння і рання смерть; 5) виникнення катаракт.

Закон Бугера-Ламберта-Бера — закон експоненційного зменшення інтенсивності світла в середовищі в залежності від товщини:

,

де — інтенсивність світла на глибині x матеріалу — інтенсивність світла на поверхні, — коефіцієнт поглинання.

Медична рентгенодіагностика

Флюорографія. Цей метод діагностики полягає у фотографуванні тіньового зображення з просвічуваного екрану. Пацієнт перебуває між джерелом рентгенівського випромінювання і плоским екраном з люмінофора (зазвичай иодида цезію), який під дією рентгенівського випромінювання світиться.Біологічні тканини тій чи іншій мірі щільності створюють тіні рентгенівського випромінювання, що мають різний ступінь інтенсивності.

Рентгенографія. Запис рентгенівського зображення безпосередньо на фотоплівці називається рентгенографією. У цьому випадку досліджуваний органрозташовується між джерелом рентгенівського випромінювання і фотоплівкою, яка фіксує інформацію про стан органу в даний момент часу. Повторна рентгенографія дає можливість судити про його подальшої еволюції.
Рентгенографія дозволяє досить точно дослідити цілісність кісткових тканин, які складаються в основному з кальцію і непрозорі для рентгенівського випромінювання, а також розриви м'язових тканин. З її допомогою краще, ніж стетоскопом чи прослуховуванням, аналізується стан легенів при запаленні,туберкульоз або наявності рідини. За допомогою рентгенографії визначаються розмір і форма серця, а також динаміка його змін у пацієнтів, що страждають серцевими захворюваннями.
Контрастні речовини. Прозорі для рентгенівського випромінювання частини тіла і порожнини окремих органів стають видимими, якщо їх заповнити контрастним речовиною, нешкідливим для організму, але дозволяє візуалізувати форму внутрішніх органів і перевірити їх функціонування. Контрастніречовини пацієнт або приймає всередину (як, наприклад, барієві солі при дослідженні шлунково-кишкового тракту), або вони вводяться внутрішньовенно (як, наприклад, іодсодержащіе розчини при дослідженні нирок і сечовивідних шляхів).

Комп'ютерна томографія. У 1970-х роках був розвинений новий метод рентгенівської діагностики, заснований на повній зйомці тіла або його частин. Зображення тонких шарів («зрізів») обробляються комп'ютером, і остаточне зображення виводиться на екран монітора. Такий метод називається комп'ютерної рентгенівської томографії. Він широко застосовується в сучасній медицині для діагностики інфільтратів, пухлин та інших порушень мозку, а також для діагностики захворювань м'яких тканин всередині тіла. Ця методика не потребує введення чужорідних контрастних речовин і тому є швидкою і більш ефективною, ніж традиційні методики.