Источники рентгеновского излучения

Естественными источниками рентгеновского излучения являются некоторые радиоактивные изотопы (например, ⁵⁵Fe). Искусственными источниками мощного рентгеновского излучения являются рентгеновские трубки (рис. 32.1).

Рис. 32.1. Устройство рентгеновской трубки

Рентгеновская трубка представляет собой вакуумированную стеклянную колбу с двумя электродами: анодом А и катодом К, между которыми создается высокое напряжение U (1-500 кВ). Катод представляет собой спираль, нагреваемую электрическим током. Электроны, испущенные нагретым катодом (термоэлектронная эмиссия), разгоняются электрическим полем до больших скоростей (для этого и нужно высокое напряжение) и попадают на анод трубки. При взаимодействии этих электронов с веществом анода возникают два вида рентгеновского излучения: тормозное и характеристическое.

Рабочая поверхность анода расположена под некоторым углом к направлению электронного пучка, для того чтобы создать требуемое направление рентгеновских лучей.

В рентгеновское излучение превращается примерно 1 % кинетической энергии электронов. Остальная часть энергии выделяется в виде тепла. Поэтому рабочая поверхность анода выполняется из тугоплавкого материала

.

изической основой этих методов является закон ослабления рентгеновского излучения в веществе (32.10). Однородный по сечению поток рентгеновского излучения после прохождения неоднородной ткани станет неоднородным. Эта неоднородность может быть зафиксирована на фотопленке, флуоресцирующем экране или с помощью матричного фотоприемника. Например, массовые коэффициенты ослабления костной ткани - Са₃(РО₄)₂ - и мягких тканей - в основном Н₂О - различаются в 68 раз (μ_{m кости} /μ_{m воды} = 68). Плотность кости также выше плотности мягких тканей. Поэтому на рентгеновском снимке получается светлое изображение кости на более темном фоне мягких тканей.

Если исследуемый орган и окружающие его ткани имеют близкие коэффициенты ослабления, то применяют специальные контрастные вещества. Так, например, при рентгеноскопии желудка обследуемый принимает кашеобразную массу сульфата бария (ВаSО₄), у которого массовый коэффициент ослабления в 354 раза больше, чем у мягких тканей.

Для диагностики используют рентгеновское излучение с энергией фотонов 60-120 кэВ. В медицинской практике используют следующие методы рентгенодиагностики.

1. Рентгеноскопия. Изображение формируется на флуоресцирующем экране. Яркость изображения невелика, и его можно рассматривать только в затемненном помещении. Врач должен быть защищен от облучения.

Достоинством рентгеноскопии является то, что она проводится в реальном режиме времени. Недостаток - большая лучевая нагрузка на больного и врача (по сравнению с другими методами).

Современный вариант рентгеноскопии - рентгенотелевидение - использует усилители рентгеновского изображения. Усилитель воспринимает слабое свечение рентгеновского экрана, усиливает его и передает на экран телевизора. В результате резко уменьшилась лучевая нагрузка на врача, повысилась яркость изображения и появилась возможность видеозаписи результатов обследования.

2. Рентгенография. Изображение формируется на специальной пленке, чувствительной к рентгеновскому излучению. Снимки производятся в двух взаимно перпендикулярных проекциях (прямая и боковая). Изображение становится видимым после фотообработки. Готовый высушенный снимок рассматривают в проходящем свете.

При этом удовлетворительно видны детали, контрастности которых отличаются на 1-2 %.

В некоторых случаях перед обследованием пациенту вводится специальное контрастное вещество. Например, йодсодержащий раствор (внутривенно) при исследовании почек и мочевыводящих путей.

Достоинствами рентгенографии являются высокое разрешение, малое время облучения и практически полная безопасность для врача. К недостаткам относится статичность изображения (объект нельзя проследить в динамике).

3. Флюорография. При этом обследовании изображение, полученное на экране, фотографируется на чувствительную малоформатную пленку. Флюорография широко используется при массовом обследовании населения. Если на флюорограмме находят патологические изменения, то пациенту назначают более детальное обследование.

4. Электрорентгенография. Этот вид обследования отличается от обычной рентгенографии способом фиксации изображения. Вместо пленки используют селеновую пластину, которая электризуется под действием рентгеновских лучей. В результате возникает скрытое изображение из электрических зарядов, которое можно сделать видимым и перенести на бумагу.

5. Ангиография. Этот метод применяется при обследовании кровеносных сосудов. Через катетер в вену вводится контрастное вещество, после чего мощный рентгеновский аппарат выполняет серию снимков, следующих друг за другом через доли секунды. На рисунке 32.6 показана ангиограмма в районе сонной артерии.

6. Рентгеновская компьютерная томография. Этот вид рентгеновского обследования позволяет получить изображение плоского сечения тела толщиной несколько мм. При этом заданное сечение многократно просвечивается под разными углами с фиксацией каждого отдельного изображения в памяти компьютера. Затем

1. 66. Закон ослабления рентгеновских лучей при прохождении через вещество. Физические основы рентгеноскопии.

2. Рассеяние рентгеновских лучей и фотоэффект приводят к тому, что по мере проникновения рентгеновского излучения вглубь первичный пучок излучения ослабляется (рис. 32.5). Ослабление носит экспоненциальный характер:

3. Величина μ зависит от поглощающего материала и спектра излучения. Для практических расчетов в качестве характеристики ослабле-

4. Рис. 32.5. Ослабление рентгеновского потока в направлении падающих лучей

5. где λ - длина волны; Z - атомный номер элемента; k - некоторая константа.

6.

67-69 Дозиметрия ионизирующих излучений. Экспозиционная доза. Мощность экспозиционной дозы.

До́за излуче́ния — в физике и радиобиологии — величина, используемая для оценки степени воздействия ионизирующего излучения на любые вещества, живые организмы и их ткани

А) Экспозиционная доза (Х) - количественная характеристика поля источника ионизирующего излучения (гамма или рентгеновского), характеризующая величину ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении.

Кулон на килограмм (Кл/кг, C/kg) - Системная единица экспозиционной дозы; 1 Кл/кг равен экспозиционной дозе фотонного излучения, при которой сумма электрических зарядов всех ионов одного знака, созданных электронами, освобожденными в облученном воздухе массой 1 кг, при полном использовании ионизирующей способности всех электронов, равна 1 Кл.

Рентген (Р, R) - Традиционная (внесистемная) единица экспозиционной дозы; 1 рентген равен экспозиционной дозе рентгеновского или гамма-излучения в воздухе, при которой в результате полной ионизации в 1 см3 сухого атмосферного воздуха при температуре 0о С и давлении 760 мм рт. ст. (т. е. в 0,001293 г сухого атмосферного воздуха) образуются ионы, несущие заряд, равный 1 единице заряда СГС каждого знака.

СГС - система единиц измерения, в которой существуют три независимые величины: сантиметр-грамм-секунда.

Соотношение единиц: 1 Р = 2,58*10-4 Кл/кг (точно); 1 Кл/кг = 3,88*103 Р (приблизительно).

Мощность экспозиционной дозы - величина, выраженная в мР/ч или мкР/ч. Обычные Фоновые показатели мощности экспозиционной дозы для Беларуси - до 18-20 мкР/ч.

По традиции экспозиционную дозу использовали в рентгенодиагностике благодаря тому, что Ионизирующая способность рентгеновского излучения для воздуха и биологической ткани приблизительно одинакова. Однако, при переходе к высокоэнергетическим типам излучения, выяснилась ограниченность использования этой характеристики при оценке поглощенной дозы, особенно в живых организмах. В связи с этим Экспозиционная дозаПрименяется для оценки поля источника излучения, а Для определения взаимодействия ионизирующих излучений со средой используетсяПоглощенная доза.

Б) поглощенная доза (D) - количество энергии, поглощаемое единицей массы облучаемого вещества.

Джоуль на килограмм (Грей, Гр, Gy) - системная единица поглощенной дозы. 1 Дж/кг = 1 Гр.

Рад (rad, rd - radiation absorbed dose - поглощенная доза излучения) - традиционная (внесистемная) единица поглощенной дозы.

Соотношение единиц: 1 рад = 0,01 Гр.

Для мягких тканей человека в поле рентгеновского или g-излучения поглощенная доза в 1 рад примерно соответствует экспозиционной в 1 P.

Поглощенная доза Не зависит от вида и энергии ионизирующего излучения и определяет степень радиационного воздействия, т. е. является мерой ожидаемых последствий облучения.

Учитывая существенные различия в механизме взаимодействия разных типов излучения с веществом, ионизирующей способности и т. д., следует ожидать, что Одна и та же поглощенная доза может дать разный биологический эффект. Для количественной оценки такого различия вводятся понятия: “взвешивающие коэффициенты для различных видов излучения (WR)” и “эквивалентная доза”.

В) эквивалентная доза (HTR) - мера выраженности биологического эффекта облучения. При расчете эквивалентной дозы используют взвешивающие коэффициенты как множители поглощенной дозы:

, где HTR - Эквивалентная доза в органе или ткани Т, созданная излучением R; DTR - средняя поглощенная доза от излучения R в ткани или органе T; WR – взвешивающий коэффициент для излучения R.

Взвешивающие коэффициенты (WR) позволяют учесть Относительную эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов.

Так как WR - безразмерный множитель, Системная единица для эквивалентной дозы та же, что и для поглощенной дозы - Дж/кг (специальное название - Зиверт: Зв, Sv)

Бэр (Rem) -Внесистемная единица эквивалентной дозы (бэр - биологический эквивалент рада).

Соотношение единиц: 1 бэр = 0,01 Зв.

Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения.

Вид излучения и диапазон энергии	Взвешивающий коэффициент WR
Фотоны любых энергий
Электроны и мюоны любых энергий
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра
Нейтроны с энергией: Менее 10 кэВ
От 10 кэВ до 100 кэВ
От 100 кэВ до 2 МэВ
От 2 МэВ до 20 МэВ
Более 20 МэВ

Риск развития стохастических последствий облучения организма человека зависит не только от эквивалентной дозы, но и от радиочувствительности тканей или органов, подвергшихся облучению. Радиочувствительность органов и тканей учитывает эффективная доза.

Г) эффективная доза (Е) - величина воздействия ионизирующего излучения, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов С учетом их радиочувствительности; представляет сумму произведений эквивалентных доз в тканях и органах тела на соответствующие взвешивающие коэффициенты:

,

Где HT - эквивалентная доза в ткани или органе T; WT - взвешивающий коэффициент для органа или ткани T.

Взвешивающий коэффициент WT характеризует относительный вклад данного органа или ткани в суммарный ущерб здоровью из-за развития стохастических эффектов. Сумма WT равна 1.

Системная единица эффективной дозы - зиверт (Зв, Sv); Внесистемная единица – бэр. 1 Зв равен 100 бэр.