Чи існують рентгенівські промені у природі. Кристалічна структура та дифракція
лекція
РЕНТГЕНІВСЬКЕ ВИМИКАННЯ
2. Гальмівне рентгенівське випромінювання, його спектральні властивості.
3. Характеристичне рентгенівське випромінювання (для ознайомлення).
4. Взаємодія рентгенівського випромінювання із речовиною.
5.Фізичні основивикористання рентгенівського випромінювання у медицині.
Рентгенівське випромінювання (X – промені) відкриті К. Рентгеном, який у 1895 р. став першим Нобелівським лауреатом з фізики.
1. Природа рентгенівського випромінювання
Рентгенівське випромінювання - Електромагнітні хвилі з довжиною від 80 до 10-5 нм. Довгохвильове рентгенівське випромінювання перекривається короткохвильовим УФ випромінюванням, короткохвильове - довгохвильовим g-випромінюванням.
Рентгенівське випромінювання одержують у рентгенівських трубках. рис.1.
К – катод
1 – пучок електронів
2-рентгенівське випромінювання
Рис. 1. Влаштування рентгенівської трубки.
Трубка є скляною колбою (з можливо високим вакуумом: тиск у ній близько 10 –6 мм.рт.ст.) з двома електродами: анодом А і катодом К, до яких прикладена висока напруга U (кілька тисяч вольт). Катод є джерелом електронів (з допомогою явища термоелектронної емісії). Анод - металевий стрижень, має похилу поверхню для того, щоб спрямовувати рентгенівське випромінювання під кутом до осі трубки. Він виготовляється з добре теплопровідного матеріалу для відведення теплоти, що утворюється під час бомбардування електронів. На скошеному торці є платівка з тугоплавкого металу (наприклад, вольфраму).
Сильний розігрів анода обумовлений тим, що основна кількість електронів у катодному пучку, потрапивши на анод, зазнає численних зіткнень з атомами речовини і передає їм велику енергію.
Під впливом високої напруги електрони, випущені розжареною ниткою катода, прискорюються до величезних енергій. Кінетична енергія електрона дорівнює mv 2 /2. Вона дорівнює енергії, яку він набуває, рухаючись в електростатичному полі трубки:
mv 2 /2 = eU (1)
де m, e – маса та заряд електрона, U - Прискорююча напруга.
Процеси, що призводять до виникнення гальмівного рентгенівського випромінювання, зумовлені інтенсивним гальмуванням електронів у речовині анода. електростатичним полематомного ядра та атомарних електронів.
Механізм виникнення можна уявити так. Електрони, що рухаються - це деякий струм, що утворює своє магнітне поле. Уповільнення електронів – зниження сили струму та, відповідно, зміна індукції магнітного поля, що викликає виникнення змінного електричного поля, тобто. поява електромагнітної хвилі.
Таким чином, коли заряджена частка влітає в речовину, вона гальмується, втрачає свою енергію і швидкість і випромінює електромагнітні хвилі.
2. Спектральні властивості гальмівного рентгенівського випромінювання .
Отже, у разі гальмування електрона в речовині анода виникає гальмівне рентгенівське випромінювання.
Спектр гальмівного рентгенівського випромінювання є суцільним . Причина цього у наступному.
При гальмуванні електронів у кожного частина енергії йде на нагрівання анода (Е 1 = Q ), інша частина створення фотона рентгенівського випромінювання (Е 2 = hv), інакше, eU = hv + Q . Співвідношення між цими частинами є випадковим.
Таким чином, безперервний спектр гальмівного рентгенівського випромінювання утворюється завдяки гальмуванням безлічі електронів, кожен з яких випускає один квант рентгенівського випромінювання hv (h ) суворо певної величини. Розмір цього кванта різна для різних електронів.Залежність потоку енергії рентгенівського випромінювання від довжини хвилі l , тобто. Спектр рентгенівського випромінювання представлений на рис.2.
 |
Рис.2. Спектр гальмівного рентгенівського випромінювання: а) при різній напрузі U у трубці; б) за різної температуриТ катода.
Короткохвильове (жорстке) випромінювання має більшу проникаючу здатність, ніж довгохвильове (м'яке). М'яке випромінювання сильніше поглинається речовиною.
З боку коротких довжин хвиль спектр різко обривається на певній довжині хвилі l m i n . Таке короткохвильове гальмівне випромінювання виникає тоді, коли енергія, придбана електроном у поле, що прискорює, повністю переходить в енергію фотона ( Q = 0):
eU = hv max = hc/l min , l min = hc/(eU), (2)
l min (нм) = 1,23/U кВ
Спектральний склад випромінювання залежить від величини напруги на рентгенівській трубці, зі збільшенням напруги значення l m i n зміщується у бік коротких довжин хвиль (рис. 2 a).
При зміні температури Т напруження катода зростає емісія електронів. Отже, збільшується струм I у трубці, але спектральний складвипромінювання не змінюється (рис. 2б).
Потік енергії Ф* гальмівного випромінювання прямо пропорційний квадрату напруги U між анодом і катодом, силі струму I у трубці та атомному номері Z речовини аноду:
Ф = kZU 2 I. (3)
де k = 10 -9 Вт / (В 2 А).
3. Характеристичне рентгенівське випромінювання (для ознайомлення).
Збільшення напруги на рентгенівській трубці призводить до того, що на тлі суцільного спектра з'являється лінійний, який відповідає характеристичного рентгенівського випромінювання. Це випромінювання специфічне матеріалу анода.
Механізм його виникнення такий. При великій напрузі прискорені електрони (з великою енергією) проникають у глиб атома і вибивають із його внутрішніх шарів електрони. На вільні місця переходять електрони з верхніх рівнів, у результаті висвітлюються фотони характеристичного випромінювання.
Спектри характеристичного рентгенівського випромінювання від оптичних спектрів.
– Однотипність.
Однотипність характерних спектрів обумовлена тим, що внутрішні електронні шари у різних атомів однакові і відрізняються лише енергетично через силову дію з боку ядер, яка збільшується зі зростанням порядкового номера елемента. Тому характеристичні спектри зрушуються у бік високих частот зі збільшенням заряду ядра. Досвідчено це було підтверджено співробітником Рентгену. Мозліякий виміряв частоти рентгенівських переходів для 33 елементів. Ним було встановлено закон.
ЗАКОН МОЗЛІ – корінь квадратний із частоти характеристичного випромінювання є лінійна функціяпорядкового номера елемента:
A × (Z – В), (4)
де v - Частота спектральної лінії, Z - Атомний номер випромінюючого елемента. А, В – константи.
Важливість закону Мозлі полягає в тому, що за цією залежністю можна виміряти частоту рентгенівської лінії точно дізнатися атомний номер досліджуваного елемента. Це відіграло велику роль у розміщенні елементів у періодичній системі.
– Незалежність від хімічної сполуки.
Характеристичні рентгенівські спектри атома не залежать від хімічної сполуки, до якої входить атом елемента. Наприклад, рентгенівський спектр атома кисню однаковий для О2, Н2О, тоді як оптичні спектри цих сполук відрізняються. Ця особливість рентгенівського спектруатома послужила основою назви " характеристичне випромінювання".
4. Взаємодія рентгенівського випромінювання з речовиною
Вплив рентгенівського випромінювання на об'єкти визначається первинними процесамивзаємодії рентгенівської фотона з електронамиатомів та молекул речовини.
Рентгенівське випромінювання в речовині поглинаєтьсяабо розсіюється. При цьому можуть відбуватися різні процеси, що визначаються співвідношенням енергії рентгенівського фотона hv і енергії іонізації А і (енергія іонізації А і – енергія, необхідна видалення внутрішніх електронів межі атома чи молекули).
а) Когерентне розсіювання(розсіювання довгохвильового випромінювання) відбувається тоді, коли виконується співвідношення
hv< А и.
У фотонів внаслідок взаємодії з електронами змінюється напрям руху (рис.3а), але енергія hv і довжина хвилі не змінюються (тому це розсіювання називається когерентним). Оскільки енергія фотона і атома не змінюються, то когерентне розсіювання впливає біологічні об'єкти, але за створенні захисту від рентгенівського випромінювання слід враховувати можливість зміни первинного напрями пучка.
б) Фотоефектвідбувається тоді, коли
hv ³ А та .
При цьому можуть бути реалізовані два випадки.
1. Фотон поглинається, електрон відривається від атома (рис. 3б). Відбувається іонізація. Електрон, що відірвався, набуває кінетичної енергії: E до = hv - A і . Якщо кінетична енергія велика, то електрон може іонізувати сусідні атоми шляхом зіткнення, утворюючи нові вторинніелектрони.
2. Фотон поглинається, але його енергії мало для відриву електрона, і може відбуватися збудження атома чи молекули(Рис.3в). Це часто призводить до подальшого випромінювання фотона в області видимого випромінювання(Рентгенолюмінесценція), а в тканинах – до активації молекул та фотохімічних реакцій. Фотоефект відбувається в основному на електронах внутрішніх оболонок атомів з високим Z.
в) Некогерентне розсіювання(ефект Комптон, 1922 р.) відбувається тоді, коли енергія фотона набагато більше енергії іонізації
hv » А в.
При цьому електрон відривається від атома (такі електрони називаються електронами віддачі), набуває деякої кінетичної енергії E до , Енергія самого фотона зменшується (рис. 4г):
hv = hv " + А та + Е к. (5)
Випромінювання, що утворюється таким чином, із зміненою частотою (довжиною) називається вторинним, Воно розсіюється по всіх напрямках.
Електрони віддачі, якщо вони мають достатню кінетичну енергію, можуть іонізувати сусідні атоми шляхом зіткнення. Таким чином, в результаті некогерентного розсіювання утворюється вторинне розсіяне рентгенівське випромінювання та відбувається іонізація атомів речовини.
Зазначені (а,б,в) процеси можуть викликати ради наступних. Наприклад (рис. 3д), якщо при фотоефект відбувається відрив від атома електронів на внутрішніх оболонках, то на їх місце можуть переходити електрони з більш високих рівнівщо супроводжується вторинним характеристичним рентгенівським випромінюванням даної речовини. Фотони вторинного випромінювання, взаємодіючи з електронами сусідніх атомів, можуть, своєю чергою, викликати вторинні явища.
когерентне розсіювання
hv< А И
| |
фотоефект
фотон поглинається, е – відривається від атома – іонізація
hv = А та + Е до
атом А збуджується при поглинанні фотона, R – рентгенолюмінесценція
некогерентне розсіювання
hv » А і
hv = hv "+А та +Е до
вторинні процеси при фотоефекті
 |
Рис. 3 Механізми взаємодія рентгенівського випромінювання з речовиною
Фізичні основи використання рентгенівського випромінювання у медицині
При падінні рентгенівського випромінювання на тіло воно трохи відбивається від його поверхні, а в основному проходить вглиб, при цьому частково поглинається і розсіюється, частково проходить наскрізь.
Закон ослаблення.
Потік рентгенівського випромінювання послаблюється у речовині за законом:
Ф = Ф 0 е - m × х (6)
де m - Лінійний коефіцієнт ослаблення,який істотно залежить від густини речовини. Він дорівнює сумі трьох доданків, що відповідають когерентному розсіюванню m 1, некогерентного m 2 і фотоефекту m 3 :
m = m1 + m2 + m3. (7)
Вклад кожного доданка визначається енергією фотона. Нижче наведено співвідношення цих процесів для м'яких тканин (води).
Енергія, кеВ | Фотоефект | Комптон - ефект |
| 100 % |
Користуються масовим коефіцієнтом ослаблення,який не залежить від густини речовини r :
m m = m/r. (8)
Масовий коефіцієнт ослаблення залежить від енергії фотона та від атомного номера речовини – поглинача:
m m = k l 3 Z 3 . (9)
Масові коефіцієнти ослаблення кістки та м'якої тканини (води) відрізняються: m m кістки/m m води = 68.
Якщо по дорозі рентгенівських променів помістити неоднорідне тіло і поставити флуоресцирующий екран, це тіло, поглинаючи і послаблюючи випромінювання, утворює на екрані тінь. За характером цієї тіні можна судити про форму, щільність, структуру, а в багатьох випадках і про природу тіл. Тобто. Значна відмінність поглинання рентгенівського випромінювання різними тканинами дозволяє у тіньової проекції бачити зображення внутрішніх органів.
Якщо досліджуваний орган та оточуючі тканини однаково послаблюють рентгенівське випромінювання, то застосовують контрастні речовини. Так, наприклад, наповнивши шлунок і кишечник кашоподібною масою сульфату барію ( BaS 0 4), можна бачити їхнє тіньове зображення (співвідношення коефіцієнтів ослаблення дорівнює 354).
Використання у медицині.
У медицині використовується рентгенівське випромінювання з енергією фотонів від 60 до 100-120 кеВ при діагностиці та 150-200 кеВ при терапії.
Рентгенодіагностика – розпізнавання захворювань з допомогою просвічування тіла рентгенівським випромінюванням.
Рентгенодіагностику використовують у різних варіантах, які наведені нижче.
 |
1. При рентгеноскопії рентгенівська трубка розташована за пацієнтом. Перед ним розташовується флуоресцентний екран. На екрані спостерігається тіньове (позитивне) зображення. У кожному окремому випадку підбирається відповідна жорсткість випромінювання, щоб воно проходило через м'які тканини, але досить поглиналося щільними. В іншому випадку виходить однорідна тінь. На екрані серце, ребра видно темними, легені – світлими.
2. При рентгенографії об'єкт розміщується на касеті, в яку вкладена плівка зі спеціальною фотоемульсією. Рентгенівська трубка знаходиться над об'єктом. Отримувана рентгенограма дає негативне зображення, тобто. зворотне за контрастом з картиною, що спостерігається при просвічуванні. У цьому методі має місце більша чіткість зображення, ніж (1), тому спостерігаються деталі, які важко розглянути при просвічуванні.
Перспективним варіантом даного методує рентгенівська томографіята "машинний варіант" - комп'ютерна томографія.
3. При флюорографії,на чутливій малоформатній плівці фіксується зображення великого екрана. Під час розгляду знімки розглядаються на спеціальному збільшувачі.
Рентгенотерапія - Використання рентгенівського випромінювання для знищення злоякісних утворень.
Біологічна дія випромінювання полягає в порушенні життєдіяльності, особливо клітин, що швидко розмножуються.
КОМП'ЮТЕРНА ТОМОГРАФІЯ (КТ)
Метод рентгенівської комп'ютерної томографії заснований на реконструкції зображення опвиділення перетину тіла пацієнта шляхом реєстрації великої кількостірентгенівських проекцій цього перерізу, виконаних під різними кутами. Інформація від датчиків, які реєструють ці проекції, надходить у комп'ютер, який за спеціальною програмою обчислюєрозподіл щільно сти зразкау досліджуваному перерізі та відображає його на екрані дисплея. Отримане таким чином зображенняпереріз тіла пацієнта характеризується прекрасною чіткістю та високою інформативністю. Програма дозволяє за необхідностізбільшити контраст зображенняв десятки і навіть сотні разів. Це розширює діагностичні можливості методу.
Відеографи (апарати із цифровою обробкою рентгенівського зображення) у сучасній стоматології.
У стоматології саме рентгенологічне дослідження є основним діагностичним методом. Однак низка традиційних організаційно-технічних особливостей рентгенодіагностики роблять її не цілком комфортною як для пацієнта, так і для стоматологічних клінік. Це, перш за все, необхідність контакту пацієнта з іонізуючим випромінюванням, що створює часто значне променеве навантаження на організм, це також необхідність фотопроцесу, а отже, необхідність фотореактивів, у тому числі токсичних. Це нарешті громіздкий архів, важкі папки та конверти з рентгенівськими плівками.
Крім того, сучасний рівень розвитку стоматології робить недостатньою суб'єктивну оцінку рентгенограм людським оком. Як виявилося, з різноманіття відтінків сірого тону, що міститься в рентгенівському зображенні, сприймає око лише 64.
Очевидно, що для отримання чіткого та докладного зображення твердих тканин зубощелепної системи при мінімальному променевому навантаженні потрібні інші рішення. Пошук призвів до створення так званих радіографічних систем, відеографів – систем цифрової рентгенографії.
Без технічних подробиць принцип дії таких систем ось у чому. Рентгенівське випромінювання надходить через об'єкт не так на фоточутливу плівку, але в спеціальний внутриоральный датчик (спеціальну електронну матрицю). Відповідний сигнал від матриці передається на перетворює його в цифрову форму цифровий перетворювач (аналого-цифровий перетворювач, АЦП), пов'язане з комп'ютером. Спеціальне програмне забезпеченнябудує на екрані комп'ютера рентгенівське зображення і дозволяє обробити його, зберігати на жорсткому чи гнучкому носії інформації (вінчестері, дискетах), як файла роздруковувати його як картинку.
У цифровій системі рентгенівське зображення є сукупністю точок, що мають різні цифрові значенняградації сірого тону. Передбачена програмою оптимізація відображення інформації дає можливість отримати оптимальний за яскравістю та контрастністю кадр при відносно малій дозі опромінення.
У сучасних системах, створеними, наприклад, фірмами Trophy (Франція) або Schick (США) при формуванні кадру використовується 4096 відтінків сірого, час експозиції залежить від об'єкта дослідження і, в середньому, становить соті – десяті частки секунди, зниження променевого навантаження стосовно плівки – до 90% для внутрішньооральних систем, до 70% для панорамних відеографів.
При обробці зображень відеографи дозволяють:
1. Отримувати позитивні та негативні зображення, зображення у псевдоцвіті, рельєфні зображення.
2. Підвищувати контраст і збільшувати цікавий фрагмент зображення.
3. Оцінювати зміну щільності зубних тканин та кісткових структур, контролювати однорідність заповнення каналів.
4 В ендодонтії визначати довжину каналу будь-якої кривизни, а хірургії підбирати розмір імплантату з точністю 0,1 мм.
5. Унікальна система Caries detector з елементами штучного інтелекту при аналізі знімка дозволяє виявити карієс у стадії плями, карієс кореня та прихований карієс.
* « Ф» у формулі (3) відноситься до всього інтервалу випромінюваних довжин хвиль і часто називається «Інтегральний потік енергії».
Природа рентгенівських променів аналогічна природі радіохвиль, видимого світла, інфрачервоних, ультрафіолетових та гамма-променів. Відмінність цих видів променистої енергії полягає лише в умовах їх отримання та в їх властивостях. Рентгенівське випромінювання – це вид електромагнітних коливань, що виникають при різкому гальмуванні прискорених електронів у момент зіткнення з атомами речовини анода рентгенівської трубки. Так як рентгенівські промені виникають при бомбардуванні твердої поверхні потоком швидких електронів, то для їх отримання необхідний пристрій, який би забезпечував отримання вільних електронівТаким пристроєм є електронна рентгенівська трубка, яка була запропонована в 1913 р. Куліджем і повністю замінила використовувані раніше іонні трубки, в яких електронний потік отримували шляхом бомбардування «холодного , що знаходяться в трубці.
Рентгенівський випромінювач, або трубка, є електровакуумним приладом, що перетворює електричну енергіюв енергію рентгенівського випромінювання. Будь-яка рентгенівська трубка складається зі скляного балона з високим ступенем розрядження (до 7-10 мм рт. ст.), в якому розташовані 2 електроди – катод та анод. Катод рентгенівського випромінювача являє собою вольфрамову спіраль лінійної форми, що розжарюється струмом низької напруги. За кількістю ниток катода всі трубки поділяються на двофокусні та однофокусні.
Анод може бути виконаний у вигляді масивного мідного стрижня зі скошеною робочою поверхнею, в яку вмонтовано пластину (дзеркало) з тугоплавкого металу. Найчастіше це вольфрам, рідше тантал чи іридій. Цей вид анода називається «нерухомим». Прагнення збільшити потужність рентгенівської трубки, зберігши або навіть зменшивши величину оптичного фокусу, призвело до створення трубок з анодом, що обертається. Анод у разі має вигляд вольфрамового диска діаметром 80-100 мм, товщиною 4–5 мм. Катод зміщений таким чином, що електронний промінь ударяє об скошений край анодного диска, що обертається зі швидкістю 3000-9000 об/хв. Ротор двигуна, що обертає анод, укріплений на підшипниках, впаяних у колбу трубки, а статор розташований поза колбою – у кожусі трубки. У трубках з рухомим анодом електронний промінь стикається з рухомою поверхнею великої площі. Рентгенівська трубка обов'язково полягає в сталевий захисний кожух, заповнений мінеральним маслом і вихідний отвір для робочого пучка, закритий пластиковою пробкою. По кінцях кожуха розташовані циліндричні гнізда для приєднання високовольтних проводів.
Нитка розжарювання катода розігрівається і випускає електронну хмарку. Прискорення випромінюваних катодом електронів відбувається в електричному полі, що утворюється в результаті високої напруги, створеної між катодом та анодом; в результаті електрони прямують до анода. Різке гальмування електронів відбувається автоматично, оскільки вільні електрони, що випускаються катодом, після прискорення в електричному полі потрапляють на анод трубки. При зіткненні електронів з анодом в результаті різкого гальмування відбувається перетворення кінетичної енергії електронів на теплову енергіюта енергію рентгенівського випромінювання.
60. Спектр рентгенівського випромінювання. Застосування рентгенівських апаратів у медицині.
РЕНТГЕНІВСЬКІ СПЕКТРИ- спектри випромінювання (емісійні Р. с.) та поглинання (абсорбційні Р. с.) рентгенівського випромінювання. Залежно від механізму збудження рентг. випромінювання, Від випромінюючої системи Р. с. можуть бути безперервними чи лінійчастими. Лінійчастий Р. с. випускають атоми та іони після іонізаціїїх внутр. оболонок при наступному заповненні вакансій, що утворилися; такий Р. е. зв. характеристичним, тому що однозначно характеризує випромінюваний атом. Безперервним є гальмівний Р. с.,спектр синхротронного випромінюванняабо ондуляторноговипромінюванняу рентг. діапазоні. Найчастіше досліджують Р. с. твердих тіл, що збуджуються рентгенівською трубкою. Великий інтерес представляє вивчення Р. с. багатозарядних іоніві плазми. Для отримання та дослідження Р. с. застосовують спектрометри 2 типів: спектрометри з диспергувальним елементом - кристалом-аналізатором або дифракц. гратами (т.з. хвильова дисперсія) та спектрометри на основі пропорц. детектора та амплітудного аналізатора імпульсів
Рентгенографія застосовується для діагностики: Рентгенологічне дослідження (далі РІ) органів дозволяє уточнити форму даних органів, їх положення, тонус, перистальтику, стан рельєфу слизової оболонки.
РІ шлунка та дванадцятипалої кишки(Дуоденографія) важливо для розпізнавання гастриту, виразкових уражень та пухлин.
РІ жовчного міхура (холецистографія) та жовчовивідних шляхів (холеграфія) проводять для оцінки контурів, розмірів, просвіту внутрішньо- та позапечінкових жовчних проток, наявність або відсутність конкрементів, уточнюють концентраційну та скорочувальну функції жовчного міхура.
РІ товстої кишки (ірригоскопія) застосовується для розпізнавання пухлин, поліпів, дивертикулів та кишкової непрохідності.
60. Рентгенівське випромінювання - електромагнітні хвилі, енергія фотонів яких лежить на шкалі електромагнітних хвиль між ультрафіолетовим випромінюваннямі гамма-випромінюванням, що відповідає довжинам хвиль від 10-2 до 103 Å (від 10-12 до 10-7 м).
За допомогою рентгенівських променів можна «просвітити» людське тіло, внаслідок чого можна отримати зображення кісток, а в сучасних приладах та внутрішніх органів. Крім звичайних приладів, які дають двовимірну проекцію об'єкта, що досліджується, існують комп'ютерні томографи, які дозволяють отримувати об'ємне зображення внутрішніх органів.
Рентгенотерапія - розділ променевої терапії, що охоплює теорію та практику лікувального застосуваннярентгенівських променів. Рентгенотерапію проводять переважно при поверхнево розташованих пухлинах та при деяких інших захворюваннях, у тому числі захворюваннях шкіри.
Рентгенівська комп'ютерна томографія (РКТ) – томографічний метод дослідження внутрішніх органів людини з використанням рентгенівського випромінювання. Перший РКТ був розроблений групою англійських інженерівпід керівництвом Хаунсфільда, і перші результати були отримані в 1973 році.
Точкове джерело та приймач рентг. изл-ия розташовані друг проти друга. Рентг.изл-ия під час поширення через тканини змінює свій спектральний склад.
Застосування рухомого блоку детектора дає можливість скоротити час сканування до 1 сек. Обстеження дороге.
62. Когерентне (КЛАСИЧНЕ) розсіювання - розсіювання довгохвильового рентгенівського випромінювання відбувається переважно без зміни довжини хвилі. Виникає, якщо енергія фотона менше енергії іонізації: hν
Оскільки у разі енергія фотона рентгенівського изл-ия і атома не змінюється, то когерентне розсіювання саме собою не викликає біологічної дії. Але за створення захисту від рентгенівського изл-ия слід враховувати можливість зміни напрями первинного пучка. Цей вид взаємодії має значення рентгеноструктурного аналізу.
Некогерентне розсіювання – розсіяння рентгенівського изл-ия зі зміною довжини хвилі, саме явище наз-ся ефект Комптона. Виникає якщо енергія фотона рентгенівського изл-ия більше енергії зв'язку електрона в атомі (енергії іонізації): hν>AІ
Це зумовлено тим, що з взаємодії з атомом енергія hνфотона розходиться на утворення нового розсіяного фотона рентгенівського зл-ію з енергією hν’, на відрив електрона від атома (енергія іонізації AІ) та повідомлення електрону кінетичної енергії ЕК. hν=hν'+ AІ +ЄК
Фотоефекти . При фотоефекті рентгенівські изл-ия поглинаються атомом, у результаті виділяються електрони з глибоких оболонок атома. Якщо енергія фотона мало іонізації, то фотоефект може виявлятися у збудженні атомів без вильотів електрона.
Радіоактивність - мимовільний розпад нестійких ядер з випромінюванням інших ядер або елементарних частинок. Хар-ий ознака - мимовільність(спонтанність) цього процесу. Розрізняють природну та штучну радіоактивність.
Естест-ая радіоакт-ть зустрічається у нестійких ядер, сущ-ет у природних умовах. Иск-ая утворена результаті різних ядерних реакцій. Принципової відмінності між ними немає, їм притаманні загальні закономірності.
Альфа-розпад полягає в мимовільному перетворенні одного ядра на інше ядро з випромінюванням α-частки (ядро атома гелію 2Не)
ZAX --> A-4Z-2 Y+42 α
Бета-розпад полягає у внутрішньоядерному взаємному перетворенні нейтрону та протону. Розрізняють три види β-розпаду.
1. електронний, або β-розпад проявляється у вильоті з ядра β-частинки (електрона). Енергія
β-частинок приймають всілякі значення від 0 до Emax, спектр енергії суцільний.
Схема β-розпаду з урахуванням правил зміщення
ZAX à Z+1 AY + -10β + v ̃
v ̃ – антинейтрино
прикладом може бути перетворення тритію на гелій. При β-розпаді електрон утворюється внаслідок внутрішньоядерного перетворення нейтрону на протон
2. позитронний, або β+-розпад. Схема β+-розпаду
ZAX à Z - 1 AY + +10β +v
v – нейтрино. Приклад перетворення рубідія на криптон. При β+-розпаді позитрон утворюється внаслідок внутрішньоядерного перетворення протона на нейтрон.
3. електронний, або е-захоплення. Схема: ZA X+ -10β à Z-1AY+ν. Приклад перетворення берилію на літій. Цей вид радіоактивності полягає у захопленні ядер одного з внутрішніх електронів атома, внаслідок чого протон ядра перетворюється на нейтрон.
При β-розпаді можливе виникнення ϒ-лікування (§26.2)
Закон радіоактивного розпаду: N=N0e-λt
λ- постійна розпаду
N-загальне число радіоактивних ядер
N0- ПОЧАТКОВИЙ КІЛЬ РАДІОАКТИВНИХ ЯДЕР
Насправді замість постійного розпаду використовують період напіврозпаду Т – це час, протягом якого розпадається половина радіоактивних ядер. Це понтие можна змінити до досить великому числу ядер. Зв'язок між Т і λ: Т≈0,69/λ
Активність А- Швидкість розпаду
[A]=беккерель(Бк)= кюрі(Кі)= резерфорд(Рд)
1Кі = 3,7 * 1010Бк = 3,7 * 1010 с -
1Рд=106Бк=106с – (§27.2)
64. іонізуючі изл-ие – потоки частинок і електромагнітних квантів, взаємодія яких із середовищем призводить до іонізації її атомів та молекул. Іонізуючими изл-ем явл-ся рентгенівські випромінювання і ϒ-изл-ия, потоки -частинок, електронів, позитронів, протонів і нейтронів.
Наявність іонізуючого випромінювання здатне надати шкідливий вплив на досліджуваний організм. Іонізуюче випромінювання, впливаючи на живий організм, викликає в ньому ланцюжок оборотних та незворотних змін, які призводять до тих чи інших біологічних наслідків, що залежать від величини впливу та умов опромінення.
Випускаються за участю електронів, на відміну від гамма-випромінювання, яке є ядерним. Штучно рентгенівське випромінювання створюється шляхом сильного прискорення заряджених частинок та шляхом переходу електронів з одного енергетичного рівня на інший з вивільненням великої кількості енергії. Пристрої, на яких можна отримати – це рентгенівські трубки та прискорювачі заряджених частинок. Природними джереламийого є радіоактивно нестабільні атоми та космічні об'єкти.
Історія відкриття
Воно було зроблено в листопаді 1895 р. Рентгеном - німецьким ученим, який виявив ефект флуоресценції платіно-ціаністого барію під час роботи катодопроменевої трубки. Він описав властивості цих променів досить докладно, включаючи здатність проникати крізь живі тканини. Вони були названі вченим ікс-променями (X-rays), назва "рентгенівські" прижилася в Росії пізніше.
Чим характеризується цей вид випромінювання
Логічно, особливості даного випромінювання обумовлені його природою. Електромагнітна хвиля – ось що таке рентгенівське випромінювання. Властивості його такі:
Рентгенівське випромінювання – шкода
Зрозуміло, у момент відкриття та довгі роки після того ніхто не уявляв собі, наскільки воно небезпечне.
Де застосовуються ікс-промені
- Медицина. Рентгенодіагностика - "просвічування" живих організмів. Рентгенотерапія – вплив на пухлинні клітини.
- Наука. Кристалографія, хімія та біохімія використовують їх для виявлення будови речовини.
- Промисловість. Виявлення дефектів металевих деталей.
- Безпека. Рентгенівське обладнання застосовують для виявлення небезпечних предметів у багажі в аеропортах та інших місцях.
Висока проникаюча здатність – здатні проникати через певні середовища. Рентгенові промені найкраще проникають через газоподібні середовища(легкова 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. Здебільшоговоно зумовлено іонізацією біологічно значимих структур (ДНК, РНК, молекул білків, амінокислот, води). Позитивні біологічні ефекти – протипухлинний, протизапальний.
Влаштування променевої трубки
Рентгенівські промені виходять 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 та 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 великою швидкістюспрямовуються 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
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.
Влаштування сучасного рентгенологічного кабінету
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
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 Наразіне підлягають зйомці, повинні бути прикриті аркушами 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 умов, 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.
Принципи виконання рентгенографії
При діагностичній рентгенографії доцільно проведення знімків щонайменше, ніж у двох проекціях. Це пов'язано з тим, що рентгенограма являє собою плоске зображеннятривимірного 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. До кожного апарату складається індивідуальна таблиця значень. 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 вартістю та складністю виготовлення даний вид обладнання 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 виявляється у спеціальних хімічних реактивахта 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 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.
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 методидозволяють 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 час отримання 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).
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
У сучасних умовах застосування флюоресцентного екрану не обґрунтовано у зв'язку з його малою світністю, що змушує проводити дослідження у 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 станокремих органів (серце, легені, шлунок, кишечник) "в динаміці".
Неможливість документування досліджень - цифрові технології обробки зображень дають можливість збереження матеріалів дослідження як покадрово, так і у вигляді відеоряду.
Рентгеноскопію проводять 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 уявлення про характер піднесень, поглиблень та інших особливостей їх слизової оболонки. Дослідження внутрішнього рельєфустравоходу, 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 практикувпроваджено такі методи променевої діагностики раку молочної залози: мамографія, ультразвукові дослідження, комп'ютерна томографія, магнітно-резонансна томографія, кольорова та енергетична доплерографія, стереотаксична біопсія під контролем мамографія, 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 методобстеження мамографія призначається всім жінкам віком 40 років і старше, 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.
Вступ
Предмет рентгенографії – вирішення основного завдання структурного аналізу за допомогою розсіювання (дифракції) рентгенівського випромінювання. Основне завдання структурного аналізу – визначити невідому функцію мікророзподілу речовинного об'єкта (кристалу, аморфного тіла, рідини, газу). Явище розсіювання виробляє Фур'є-аналіз функції мікророзподілу. За допомогою зворотної операції – фур'є-синтезу можна відновити потрібну функцію мікророзподілу. За допомогою структурного аналізу можна визначати:
а) періодичну атомну структуру кристала;
б) дефекти (динамічні та статичні) реальних кристалів;
в) ближній порядок в аморфних тілах та рідинах;
г) структуру газових молекул;
д) фазовий склад речовини.
Метою роботи є вивчення експериментальних та теоретичних методів рентгеноструктурного аналізу та їх застосування для визначення параметрів кристалічних решіток вісмутовмісних перовскітів. Основні завдання, які вирішувалися під час виконання роботи такі: літературний оглядна тему дослідження, вивчення основ методів рентгеноструктурного аналізу, пошук та вивчення програмних засобів для теоретичних розрахунків, обробка експериментальних рентгенограм Nd x Bi 1-x FeO 3 теоретичний розрахунок рентгенограм, побудова елементарних осередків та уточнення їх параметрів.
Природа рентгенівських променів
Рентгенівські промені - це електромагнітні хвилі, що мають порівняно коротку довжину хвилі від 10 -4 до 10 2 A. Коефіцієнт заломлення рентгенівських променів мало відрізняється від одиниці. Так само як і світлові променірентгенівські промені можуть бути лінійно-поляризованими. Суцільний спектр рентгенівських променів виникає при різкому гальмуванні електронів, що падають на анод. При гальмуванні електрона його кінетична енергія E=eU де e-заряд електрона, а U - напруга - може повністю перейти в енергію одного фотона. При цьому або звідки
Характеристичний спектр рентгенівських променів виникає у разі підвищення прискорюючої напруги на трубці. При деякому визначеному для кожного матеріалу напруги на тлі безперервного спектру з'являються максимуми лінійного спектра, який є характеристикою матеріалу анода. Характеристичний спектр містить ряд серій. Для важких елементіввстановлено наявність K-, L-, M-, N-, O-серій. Випромінювання кожної серії з'являється у спектрі тільки при досягненні певного значеннянапруги, що називається потенціалом збудження. Поява ліній характеристичного спектра обумовлено переходами електронів на внутрішні оболонки атомів. Так перехід електронів з L на K оболонку призводить до появи K б1 і K б2 ліній, а перехід з M на K - K -ліній.
Кристалічна структура та дифракція
Кристал - дискретна тривимірна періодична просторова система частинок. Макроскопічно це проявляється в однорідності кристала та його здатності до самоогранювання плоскими гранями зі строго постійними двогранними кутами. Мікроскопічно кристал може бути описаний як кристалічні ґрати, тобто. система, що правильно періодично повторюється, точок (центрів ваги частинок, що складають кристал), що описується трьома некомпланарними осьовими трансляціями і трьома осьовими кутами (рис.1).
Рис. 1
Розрізняючи рівні і нерівні по абсолютній величині трансляції, рівні, нерівні, прямі непрямі осьові кути, можна розподілити всі кристалічні решітки по семи кристалічних системах (сингонії) таким чином:
Трикліннаa?b?cб?в?г?90 0
Моноклінна a?b?cб=г= 90 0 в?90 0
Ромбічна a?b?cб=в=г= 90 0
Тригональна a = b = сб = в = р? 90 0
Тетрагональна a=b?сб=в=г= 90 0
Гексагональна a=b?сб=в=90 0 г= 120 0
Кубічна a = b = сб = в = г = 90 0
Однак, якщо врахувати трансляційну симетрію, то виникають 14 трансляційних груп, кожна з яких утворює грати Браве.
Грати Браве - нескінченна система точок, що утворюється трансляційним повторенням однієї точки. Будь-яка структура кристала може бути представлена однією з 14 грат Браве. При малих швидкостях зародження та зростання виникають великі одиночні монокристали. приклад: мінерали. При високих швидкостях утворюється полікристалічний конгломерат. Приклад: метали та сплави. Далекий порядок, властивий кристалам, зникає під час переходу до аморфним тіламі рідинам, у яких є лише ближній порядок розташування частинок.
Експериментальне дослідження розташування атомів у кристалах стало можливим лише після відкриття Рентгеном у 1895 рентгенівського випромінювання. Щоб перевірити, чи є це випромінювання справді одним із видів електромагнітного випромінювання, Лауе в 1912 р. порадив Фрідріху і Кніпінгу пропустити рентгенівський пучок через кристал і подивитися, чи виникне. дифракційна картина. Досвід дав позитивний результат. В основі досвіду лежала аналогія з добре відомим явищемдифракції у звичайній оптиці. Коли пучок світла проходить через ряд малих отворів, що віддаляються один від одного на відстані, порівняні з довжиною світлової хвилі, на екрані спостерігається інтерференційна (або, що в даному випадку те ж, дифракційна) картина з світлих і темних областей, що чергуються. Так само, коли рентгенівські промені, довжина хвилі яких можна порівняти з відстанями між атомами кристала, розсіюються цих атомах, на фотопластинке виникає дифракційна картина.
Суть явища дифракції пояснюється рис. 2, де зображені плоскі хвилі, що падають на ряд центрів, що розсіюють. Під дією падаючого пучка кожен такий центр випромінює сферичні хвилі; ці хвилі інтерферують один з одним, що призводить до утворення хвильових фронтів, що поширюються не тільки в напрямку початкового пучка, що падає, але і в деяких інших напрямках.
Рис.2
Так звана картина дифракції Лауе (лауеграма), отримана при проходженні рентгенівського пучка випромінювання крізь тонку кристалічну пластинку мінералу берила, представлена на рис. 3.
Рис. 3
Картина дифракції показує наявність обертальної осі симетрії 6-го порядку, що притаманно гексагональної кристалічної структури. Таким чином, ця картина несе важливу інформаціюпро структуру кристала, у якому відбувається дифракція, що було, зокрема, предметом пошуків У. Брегга та її сина У. Брегга.
На основі явища дифракції рентгенівського випромінювання батько та син Бреггі створили надзвичайно цінний експериментальний метод рентгеноструктурного аналізу кристалів. Їхні роботи знаменують собою початок розвитку основ сучасного рентгеноструктурного аналізу. Складне автоматизоване обладнання стало тепер звичайним у лабораторіях з фізики твердого тіла. Завдяки рентгенівським установкам та комп'ютерам визначення розташування атомів навіть у складному кристалі стало майже рутинною справою.
Перевага рентгеноструктурного аналізу у його високій вибірковості. Якщо монохроматичний пучок рентгенівського випромінювання падає в довільному напрямку на монокристал, можна спостерігати пучок, що виходить (але не дифрагований) в тому ж напрямку. Дифраговані пучки виникають лише за кількох строго певних (дискретних) кутах падіння щодо кристалографічних осей. Ця умова лежить в основі методу обертання кристала, в якому допускається обертання монокристалу щодо певної осі, причому точно визначаються напрямки, для яких спостерігається дифракція.
В інших експериментах можуть використовуватися порошкоподібні кристалічні зразки та монохроматичний пучок; - такий метод зветься Дебая - Шеррера. У цьому випадку є безперервний спектр орієнтацій окремих кристалітів, але досить інтенсивні дифраговані пучки дають лише кристаліти з певною орієнтацією. Порошковий метод не вимагає вирощування великих монокристалів, у чому полягає його перевага перед методами Лауе і обертання кристала. У методі Лауе використовуються монокристал і пучок рентгенівського випромінювання, що має безперервний спектр, так що кристал як би сам вибирає відповідні довжини хвиль для утворення дифракційних картин.
Рентгенівське випромінювання - це електромагнітні хвилі, електричні поляяких взаємодіють із зарядженими частинками, а саме з електронами та атомами твердого тіла. Оскільки маса електронів значно менша від маси ядра, рентгенівське випромінювання ефективно розсіюється тільки електронами. Таким чином, рентгенограма надає інформацію про розподіл електронів. Знаючи напрямки, у яких дифрагировало випромінювання, можна визначити тип симетрії кристала чи кристалічний клас (кубічний, тетрагональний тощо.), і навіть довжини сторін елементарного осередку. За відносною інтенсивністю дифракційних максимумів можна визначити положення атомів елементарному осередку.
Фактично дифракційна картина є математично перетворену картину розподілу електронів у кристалі - її званий фурье-образ. Отже, вона несе інформацію про структуру хімічних зв'язківміж атомами Розподіл інтенсивності в одному дифракційному максимумі дає інформацію про дефекти решітки, механічні напруги та інші особливості кристалічної структури.
Хоча рентгеноструктурний аналіз є найстарішим методом вивчення твердих тіл на атомному рівні, він продовжує розвиватися та вдосконалюватись. Одне з таких удосконалень полягає у застосуванні електронних прискорювачів як потужні джерела рентгенівського випромінювання - синхротронного випромінювання. Синхротрон - це прискорювач, який зазвичай використовується в ядерній фізиці для розгону електронів до дуже високих енергій. Електрони виробляють електромагнітне випромінювання в діапазоні від ультрафіолетового до рентгенівського випромінювання. У поєднанні розробленими твердотілими детекторами частинок ці нові джерела зможуть, як очікується, дати багато нової детальної інформації про тверді тіла.
У дослідженнях у сфері фізики твердого тіла використовується дифракція як рентгенівського випромінювання, а й електронів і нейтронів. Можливість дифракції електронів і нейтронів заснована на тому, що частка, що рухається зі швидкістю v, поводиться як хвиля із довжиною хвилі де Бройля л = h/mv, де h - постійна Планка, m - маса частинки. Оскільки електрони заряджені, вони інтенсивно взаємодіють із електронами та ядрами твердого тіла. Тому, на відміну рентгенівського випромінювання, вони проникають лише тонкий поверхневий шар твердого тіла. Але саме це обмеження робить їх дуже придатними вивчення саме поверхневих властивостей твердого тіла. Нейтрони були відкриті в 1932. Чотири роки по тому їх хвильова природабула підтверджена дифракційними експериментами. Використання нейтронів як засіб дослідження твердих тіл стало можливим після створення ядерних реакторів, в яких, починаючи приблизно з 1950, створювалися щільності потоку нейтронів порядку 10 12 нейтрон/см 2 ·с. Сучасні реактори забезпечують потоки, у тисячі разів інтенсивніші. Нейтрони, будучи нейтральними частинками, взаємодіють лише з ядрами твердого тіла (принаймні у немагнітних матеріалах). Це властивість істотно з низки причин. Оскільки ядра надзвичайно малі порівняно з розмірами атома, а взаємодія між ядрами і нейтронами, що падають, є короткодіючим, нейтронний пучок має велику проникаючу здатність і може бути використаний для дослідження кристалів товщиною до декількох сантиметрів. Крім того, нейтрони інтенсивно розсіюються ядрами як важких, і легких елементів. На противагу цьому рентгенівське випромінювання розсіюється електронами, тому йому розсіююча здатність атомів збільшується зі зростанням числа електронів, тобто. Атомний номер елемента. Отже, положення атомів легких елементів кристалі можна набагато точніше визначати методом нейтронної, а чи не рентгенівської дифракції.
