Физические основы использования рентгеновского излучения в медицине
Рентгеновское излучение в медицине применяется диагностических и терапевтических целях. Для диагностики используют рентгеновское излучение с энергией фотонов 60 – 120 кэВ.
Рентгендиагностика – методы получения изображений внутренних органов с помощью рентгеновского излучения.
Методы рентгенодиагностики:
· Рентгеноскопия – изображение формируется на флуоресцирующем экране. Поскольку яркость изображения невелика, его можно рассматривать в затемненном помещении. Врач должен быть защищен. Достоинство метода: проводится в реальном режиме времени. Недостаток – большая лучевая нагрузка.
Современный вариант рентгеноскопии – рентгенотелевидение - использует усилители рентгеновского изображения. Усилитель воспринимает слабое свечение экрана, усиливает его и передает на экран телевизора. Уменьшилась лучевая нагрузка на врача, повысилась яркость изображения, появилась возможность видеозаписи.
· Рентгенография– изображение формируется на специальной пленке (рентгенопленка). Снимки производятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (прямая и боковая). Готовый высушенный снимок рассматривается в проходящем свете. При исследовании почек, мочевыводящих путей пациенту вводятся специальное контрастное вещество. Достоинство метода: высокая разрешение и практически полная безопасность для врача. Недостаток – статичность изображения.
· Флюорография – изображение с экрана фотографируется на чувствительную малоформатную пленку. Широко используется при массовом обследовании населения. Если находя патологические изменения, то пациенту назначают более детальное обследование.
· Электрорентгенография –в место пленки использует селеновую пластинку, которая электризуется под действием рентгеновских лучей.Полученную вскрытую изображению переводят на бумагу, сделать видимим.
· Ангиография – прменяется при исследовании кровеносную систему. Через катетер в вену вводятся специальное контрастное вещество. После мощный рентгеновский аппарат выполняет серию снимков друг за другом.
· Рентгеновская компьютерная томография –изображение плоского сечения тела толщиной несколько мм под разными углами с фиксацией каждого отдельного изображения в памяти компьютера. Компьютерная томографияпозволяет различать элементы с перепадом плотности между ними до 1%. Обычная Рентгенографияв 10-20 %.
· Рентгенотерапия –использует для уничтожения злокачественных образований (раковых клеток) находящихся глубоко внутри тела жестким рентгеновским излучением с энергией фотонов 10 МэВ. Для уменьшения повреждения здоровых клеток пучок излучения вращается вокруг так, чтобы под его воздействием оставалась только поврежденная область.
Задачи
1. Почему в медицинских рентгеновских трубках пучок электронов ударяет в одну точку антикатода, а не падает на него широким пучком?
Ответ: чтобы получить точечный источник рентгеновских лучей, дающий на экране резкие очертания просвечиваемых предметов.
2. Найти границу тормозного рентгеновского излучения (частоту и длину волны) для напряжений U1 = 2 кВ и U2 = 20 кВ.
Решение
λmax1 = 1,23/U = 1.23/2кВ = 0,6 нм;
λmax2 = 1,23/U = 1.23/20кВ = 0,06 нм;
Ответ: λmax1 = 0,6 нм; λmax2 = 0,06 нм.
3. Определить минимальное напряжение, при котором в спектре тормозного излучения появляются лучи с длиной волны 0,015 нм.
Решение
λmax = 1,23/U. U = 1,23/λmax = 1,23/0,015 = 80 кВ.
Ответ: U = 80 кВ.
Контрольные вопросы по разделу.
1.Какое излучение называют рентгеновским?
2.Каков диапазон длин волн рентгеновского излучения?
3.Как устроена и работает рентгеновская трубка? Как возникает тормозное рентгеновское излучение?
4.От чего зависит поток рентгеновского излучения, его спектральная плотность?
5.Приведите график. Как определить коротковолновую границу тормозного рентгеновского излучения?
6.На какую длину волны приходится максимум спектральной плотности рентгеновского излучения?
7.В чем различие спектров тормозного рентгеновского излучения при различных напряжениях на рентгеновской трубке?
8.Сравните спектры теплового излучения и тормозного рентгеновского излучения. В чем их сходства и различия?
9.Как регулируются интенсивность и жесткость тормозного рентгеновского излучения в рентгеновских аппаратах?
10.Каков механизм возникновения и спектр характеристического рентгеновского излучения?
11.Как образуются спектральные серии и какие? В чем состоит закон Мозли?
12.В чем различие оптических атомных спектров и спектров характеристического рентгеновского излучения?
13.Почему характеристические спектры не зависят от наличия у атома химических связей?
14.Каковы первичные механизмы взаимодействия рентгеновского излучения с веществом?
15.Почему жесткое рентгеновское излучение (которое в меньшей степени поглощается веществом) более вредно по биологическому действию, чем мягкое?
16.Каков закон ослабления потока рентгеновского излучения веществом?
17.В каких единицах измеряются линейный и массовый показатели ослабления?
18.Какова зависимость показателя ослабления рентгеновских лучей от свойств материала и длины волны рентгеновского излучения?
19.Что понимают под слоем половинного ослабления? Как он связан с линейным показателем ослабления? Укажите методы защиты от рентгеновского излучения.
20.Каковы принципы рентгеновской компьютерной томографии, ее достоинства и недостатки?
Радиоактивность.