Primarni efekat rendgenskog zračenja. Šta su rendgenski zraci - svojstva i primjena zračenja

• Što se veći napon primjenjuje na polove cijevi, to će se veća potencijalna razlika pojaviti na njima, stoga će kinetička energija elektrona koji se kreću biti veća. Napon na cijevi određuje brzinu elektrona i silu njihovog sudara s anodnom tvari, stoga napon određuje valnu dužinu rezultirajućeg rendgenskog zračenja.

Klasifikacija rendgenskih cijevi

1. Po namjeni
1. Diagnostic
2. Terapeutski
3. Za strukturnu analizu
4. Za prozirne
2. Po dizajnu
1. Po fokusu

• Pojedinačni fokus (jedna spirala na katodi i jedna fokusna tačka na anodi)
• Bifokalni (na katodi su dvije spirale različitih veličina i dvije žarišne točke na anodi)

1. Po tipu anode

• Stacionarni (fiksni)
• Rotirajuće

Rendgen se koristi ne samo u rendgenske dijagnostičke svrhe, već i u terapeutske svrhe. Kao što je gore navedeno, sposobnost rendgenskog zračenja da potisne rast tumorskih ćelija omogućava njegovu upotrebu u terapiji zračenjem raka. Osim u medicinskom području primjene, rendgensko zračenje je našlo široku primjenu u inženjerstvu, nauci o materijalima, kristalografiji, hemiji i biohemiji: na primjer, moguće je identificirati strukturne defekte u različitim proizvodima (šine, zavari itd.) koristeći rendgensko zračenje. Ova vrsta istraživanja se naziva detekcija grešaka. A na aerodromima, željezničkim stanicama i drugim mjestima gužve, rendgenski televizijski introskopi se aktivno koriste za skeniranje ručne prtljage i prtljage u svrhu sigurnosti.

Ovisno o vrsti anode, rendgenske cijevi se razlikuju po dizajnu. Zbog činjenice da se 99% kinetičke energije elektrona pretvara u toplinsku energiju, tokom rada cijevi dolazi do značajnog zagrijavanja anode - osjetljiva volframova meta često izgara. Anoda se hladi u modernim rendgenskim cijevima rotacijom. Rotirajuća anoda ima oblik diska, koji ravnomjerno raspoređuje toplinu po cijeloj površini, sprječavajući lokalno pregrijavanje volframove mete.

Dizajn rendgenskih cijevi također se razlikuje u smislu fokusa. Fokalna tačka je područje anode gdje se stvara radni snop rendgenskih zraka. Podijeljen na stvarnu žarišnu tačku i efektivnu žarišnu tačku ( pirinač. 12). Budući da je anoda pod uglom, efektivna žarišna tačka je manja od stvarne. Koriste se različite veličine žarišne tačke ovisno o veličini područja slike. Što je veća površina slike, šira žarišna tačka mora biti da pokrije čitavu površinu slike. Međutim, manja žarišna tačka daje bolju jasnoću slike. Stoga se pri proizvodnji malih slika koristi kratka nit i elektroni se usmjeravaju na malu ciljnu površinu anode, stvarajući manju žarišnu točku.

Rice. 9 - rendgenska cijev sa stacionarnom anodom.
Rice. 10 - rendgenska cijev sa rotirajućom anodom.
Rice. 11 - Uređaj sa rendgenskom cijevi sa rotirajućom anodom.
Rice. 12 je dijagram formiranja stvarne i efektivne žarišne tačke.

PREDAVANJE

X-RAY

Priroda rendgenskih zraka

Kočno rendgensko zračenje, njegova spektralna svojstva.

Karakteristično rendgensko zračenje (za referencu).

Interakcija rendgenskog zračenja sa materijom.

Fizičke osnove upotrebe rendgenskog zračenja u medicini.

X-zrake (X-zrake) je otkrio K. Roentgen, koji je 1895. godine postao prvi nobelovac za fiziku.

Priroda rendgenskih zraka

rendgensko zračenje – elektromagnetni talasi dužine od 80 do 10–5 nm. Dugotalasno rendgensko zračenje se preklapa sa kratkotalasnim UV zračenjem, a kratkotalasno rendgensko zračenje se preklapa sa dugotalasnim  zračenjem.

X-zrake se proizvode u rendgenskim cijevima. Fig.1.

K – katoda

1 – elektronski snop

2 – rendgensko zračenje

Rice. 1. Uređaj sa rendgenskom cijevi.

Cev je staklena boca (sa mogućim visokim vakuumom: pritisak u njoj je oko 10-6 mm Hg) sa dve elektrode: anodom A i katodom K, na koje se primenjuje visoki napon U (nekoliko hiljada volti). Katoda je izvor elektrona (zbog fenomena termoionske emisije). Anoda je metalna šipka koja ima nagnutu površinu kako bi se rezultirajuće rendgensko zračenje usmjerilo pod kutom u odnosu na os cijevi. Napravljen je od materijala visoke toplinske provodljivosti kako bi se raspršila toplina nastala bombardiranjem elektrona. Na zakošenom kraju nalazi se ploča od vatrostalnog metala (na primjer, volfram).

Snažno zagrijavanje anode nastaje zbog činjenice da većina elektrona u katodnom snopu, dolaskom do anode, doživljava brojne sudare s atomima tvari i prenosi im veliku energiju.

Pod uticajem visokog napona, elektroni koje emituje nit vruće katode ubrzavaju se do visokih energija. Kinetička energija elektrona je mv 2 /2. Jednaka je energiji koju stekne dok se kreće u elektrostatičkom polju cijevi:

mv 2 /2 = eU (1)

gdje su m, e masa i naboj elektrona, U je napon ubrzanja.

Procesi koji dovode do pojave kočnog rendgenskog zračenja uzrokovani su intenzivnim usporavanjem elektrona u anodnoj tvari elektrostatičkim poljem atomskog jezgra i atomskih elektrona.

Mehanizam nastanka se može predstaviti na sljedeći način. Pokretni elektroni su određena struja koja formira vlastito magnetsko polje. Usporavanje elektrona je smanjenje jačine struje i, shodno tome, promjena indukcije magnetskog polja, što će uzrokovati pojavu naizmjeničnog električnog polja, tj. pojava elektromagnetnog talasa.

Dakle, kada nabijena čestica odleti u materiju, ona se usporava, gubi energiju i brzinu i emituje elektromagnetne valove.

Spektralna svojstva rendgenskog kočnog zračenja .

Dakle, u slučaju usporavanja elektrona u anodnoj supstanci, Rendgensko zračenje kočnog zračenja.

Spektar kočnog rendgenskog zračenja je kontinuiran. Razlog za to je sljedeći.

Kada se elektroni usporavaju, dio energije odlazi na zagrijavanje anode (E 1 = Q), drugi dio na stvaranje rendgenskog fotona (E 2 = hv), u suprotnom, eU = hv + Q. Odnos između ovih dijelovi su nasumični.

Dakle, kontinualni spektar rendgenskog kočnog zračenja nastaje zbog usporavanja velikog broja elektrona, od kojih svaki emituje po jedan rendgenski kvantni hv (h) strogo određene vrijednosti. Veličina ovog kvanta različito za različite elektrone. Zavisnost fluksa energije rendgenskih zraka od talasne dužine , tj. Rendgenski spektar je prikazan na slici 2.

Fig.2. Rendgenski spektar kočnog zračenja: a) pri različitim naponima U u cijevi; b) na različitim temperaturama T katode.

Kratkotalasno (tvrdo) zračenje ima veću prodornu moć od dugotalasnog (mekog) zračenja. Meko zračenje materija jače apsorbuje.

Na strani kratke talasne dužine, spektar se naglo završava na određenoj talasnoj dužini  m i n . Ovakvo kratkotalasno kočno zračenje nastaje kada se energija koju dobije elektron u polju ubrzanja u potpunosti pretvori u energiju fotona (Q = 0):

eU = hv max = hc/ min ,  min = hc/(eU), (2)

 min (nm) = 1,23/UkV

Spektralni sastav zračenja zavisi od napona na rendgenskoj cevi, a sa povećanjem napona, vrednost  m i n se pomera prema kratkim talasnim dužinama (slika 2a).

Kada se temperatura katode T promijeni, povećava se emisija elektrona. Posljedično, struja I u cijevi raste, ali se spektralni sastav zračenja ne mijenja (slika 2b).

Protok energije F  kočnog zračenja direktno je proporcionalan kvadratu napona U između anode i katode, jačini struje I u cijevi i atomskom broju Z anodne tvari:

F = kZU 2 I. (3)

gdje je k = 10 –9 W/(V 2 A).

Karakteristično rendgensko zračenje (za referenciju).

Povećanje napona na rendgenskoj cijevi dovodi do pojave linijskog spektra na pozadini kontinuiranog spektra, koji odgovara karakterističnom rendgenskom zračenju. Ovo zračenje je specifično za materijal anode.

Mehanizam njegovog nastanka je sljedeći. Na visokom naponu, ubrzani elektroni (sa velikom energijom) prodiru duboko u atom i izbacuju elektrone iz njegovih unutrašnjih slojeva. Elektroni sa gornjih nivoa kreću se na slobodna mesta, usled čega se emituju fotoni karakterističnog zračenja.

Spektri karakterističnog rendgenskog zračenja razlikuju se od optičkih spektra.

- Ujednačenost.

Ujednačenost karakterističnih spektra je zbog činjenice da su unutrašnji elektronski slojevi različitih atoma identični i da se razlikuju samo energetski zbog sile koju vrše jezgra, koja se povećava sa povećanjem atomskog broja elementa. Stoga se karakteristični spektri pomiču prema višim frekvencijama s povećanjem nuklearnog naboja. To je eksperimentalno potvrdio zaposlenik Roentgena - Moseley, koji je mjerio frekvencije rendgenskih prijelaza za 33 elementa. Oni su uspostavili zakon.

MOSLEYJEV ZAKON – Kvadratni korijen karakteristične frekvencije zračenja je linearna funkcija serijskog broja elementa:

= A  (Z – B), (4)

gdje je v frekvencija spektralne linije, Z je atomski broj elementa koji emituje. A, B su konstante.

Važnost Moseleyjevog zakona leži u činjenici da je iz ove zavisnosti moguće precizno odrediti atomski broj elementa koji se proučava na osnovu izmjerene frekvencije rendgenske linije. Ovo je odigralo veliku ulogu u postavljanju elemenata u periodnom sistemu.

Nezavisnost od hemijskog jedinjenja.

Karakteristični rendgenski spektri atoma ne zavise od hemijskog spoja u koji je atom elementa uključen. Na primjer, rendgenski spektar atoma kisika je isti za O 2, H 2 O, dok su optički spektri ovih spojeva različiti. Ova karakteristika rendgenskog spektra atoma poslužila je kao osnova za naziv " karakteristično zračenje".

Interakcija rendgenskih zraka sa materijom

Uticaj rendgenskog zračenja na objekte određen je primarnim procesima interakcije rendgenskih zraka fotona sa elektronima atoma i molekula materije.

Rentgensko zračenje u materiji apsorbuje ili raspršuje se. U ovom slučaju mogu se pojaviti različiti procesi koji su određeni omjerom energije rendgenskog fotona hv i energije ionizacije A i (energija ionizacije A i energija je potrebna za uklanjanje unutrašnjih elektrona izvan atoma ili molekule) .

A) Koherentno rasipanje(rasejanje dugotalasnog zračenja) nastaje kada je relacija zadovoljena

Za fotone se zbog interakcije s elektronima mijenja samo smjer kretanja (slika 3a), ali se energija hv i valna dužina ne mijenjaju (zato se ovo raspršenje naziva koherentan). Budući da se energija fotona i atoma ne mijenja, koherentno rasipanje ne utiče na biološke objekte, ali pri stvaranju zaštite od rendgenskog zračenja treba uzeti u obzir mogućnost promjene primarnog smjera snopa.

b) Foto efekat dešava kada

U ovom slučaju mogu se realizovati dva slučaja.

Foton se apsorbuje, elektron se odvaja od atoma (slika 3b). Dolazi do jonizacije. Odvojeni elektron dobija kinetičku energiju: E k = hv – A i. Ako je kinetička energija visoka, elektron može ionizirati susjedne atome sudarom, formirajući nove sekundarno elektrona.

Foton se apsorbuje, ali njegova energija nije dovoljna da ukloni elektron, i ekscitacija atoma ili molekula(Sl. 3c). To često dovodi do naknadne emisije fotona u vidljivom području (rendgenska luminiscencija), au tkivima do aktivacije molekula i fotokemijskih reakcija. Fotoelektrični efekat se javlja uglavnom na elektronima unutrašnjih ljuski visoko-Z atoma.

V) Nekoherentno rasipanje(Comptonov efekat, 1922) nastaje kada je energija fotona mnogo veća od energije ionizacije

U ovom slučaju, elektron se uklanja iz atoma (takvi elektroni se nazivaju povratnih elektrona), dobije neku kinetičku energiju E k, energija samog fotona se smanjuje (slika 4d):

hv = hv" + A i + E k. (5)

Tako generirano zračenje s promijenjenom frekvencijom (dužinom) naziva se sekundarno, raspršuje se u svim smjerovima.

Elektroni trzanja, ako imaju dovoljnu kinetičku energiju, mogu ionizirati susjedne atome sudarom. Dakle, kao rezultat nekoherentnog raspršenja, nastaje sekundarno raspršeno rendgensko zračenje i dolazi do ionizacije atoma tvari.

Navedeni (a, b, c) procesi mogu uzrokovati niz naknadnih. Na primjer (slika 3d), Ako se tokom fotoelektričnog efekta elektroni na unutrašnjim omotačima odvoje od atoma, tada na njihovo mjesto mogu doći elektroni sa viših nivoa, što je praćeno sekundarnim karakterističnim rendgenskim zračenjem date supstance. Fotoni sekundarnog zračenja, u interakciji s elektronima susjednih atoma, mogu, zauzvrat, uzrokovati sekundarne pojave.

koherentno rasipanje

uh energija i talasna dužina ostaju nepromenjene

fotoefekat

foton se apsorbuje, e – odvaja se od atoma – jonizacija

hv = A i + E k

atom A pobuđen pri apsorpciji fotona, R – rendgenska luminiscencija

nekoherentno rasipanje

hv = hv"+A i +E do

sekundarni procesi u fotoelektričnom efektu

Rice. 3 Mehanizmi interakcije rendgenskog zračenja sa materijom

Fizičke osnove upotrebe rendgenskih zraka u medicini

Kada rendgensko zračenje padne na tijelo, ono se blago odbija od njegove površine, ali uglavnom prolazi duboko u njega, dok se djelomično apsorbira i raspršuje, a dijelom prolazi.

Zakon slabljenja.

Fluks rendgenskih zraka se u supstanci slabi prema zakonu:

F = F 0 e –   x (6)

gdje je  – linearna koeficijent slabljenja,što značajno zavisi od gustine supstance. Jednaka je zbiru tri člana koji odgovaraju koherentnom rasejanju  1, nekoherentnom  2 i fotoelektričnom efektu  3:

 =  1 +  2 +  3 . (7)

Doprinos svakog člana je određen energijom fotona. Ispod su odnosi između ovih procesa za meka tkiva (voda).

Uživajte koeficijent prigušenja mase,što ne zavisi od gustine supstance :

 m = /. (8)

Maseni koeficijent slabljenja ovisi o energiji fotona i atomskom broju upijajuće tvari:

 m = k 3 Z 3 . (9)

Koeficijenti slabljenja mase kostiju i mekog tkiva (vode) su različiti:  m kosti / m vode = 68.

Ako se nehomogeno tijelo postavi na putanju rendgenskih zraka, a ispred njega se postavi fluorescentni ekran, onda ovo tijelo, apsorbirajući i slabeći zračenje, formira sjenu na ekranu. Po prirodi ove sjene može se suditi o obliku, gustoći, strukturi i u mnogim slučajevima o prirodi tijela. One. Značajna razlika u apsorpciji rendgenskog zračenja od strane različitih tkiva omogućava da se vidi slika unutrašnjih organa u projekciji sjene.

Ako organ koji se ispituje i okolna tkiva podjednako prigušuju rendgensko zračenje, tada se koriste kontrastna sredstva. Na primjer, napunivši želudac i crijeva kašastom masom barijum sulfata (BaS0 4), može se vidjeti njihova slika sjene (odnos koeficijenata slabljenja je 354).

Upotreba u medicini.

U medicini se X-zraci koriste sa energijama fotona u rasponu od 60 do 100-120 keV za dijagnostiku i 150-200 keV za terapiju.

Rentgenska dijagnostika – prepoznavanje bolesti pomoću rendgenskog pregleda tijela.

Rentgenska dijagnostika se koristi na različite načine, koji su dati u nastavku.

Sa fluoroskopijom Rendgenska cijev se nalazi iza pacijenta. Ispred njega je fluorescentni ekran. Na ekranu se primećuje senka (pozitivna) slika. U svakom pojedinačnom slučaju odabire se odgovarajuća tvrdoća zračenja tako da ona prolazi kroz meka tkiva, ali se dovoljno apsorbira od gustih. U suprotnom, dobijate ujednačenu senku. Na ekranu su srce i rebra vidljivi tamni, pluća svijetla.

Sa radiografijom predmet se postavlja na kasetu koja sadrži film sa posebnom fotografskom emulzijom. Rendgenska cijev je postavljena iznad objekta. Dobijeni radiograf daje negativnu sliku, tj. suprotno za razliku od slike uočene tokom transiluminacije. U ovoj metodi slika je jasnija nego u (1), pa se uočavaju detalji koji se teško vide kroz prijenos.

Obećavajuća verzija ove metode je rendgensko snimanje tomografija i “mašinska verzija” – kompjuter tomografija.

3. Sa fluorografijom, Slika sa velikog ekrana je snimljena na osetljivom filmu malog formata. Prilikom gledanja, fotografije se pregledavaju pomoću posebnog povećala.

Rentgenska terapija– korištenje rendgenskih zraka za uništavanje malignih tumora.

Biološki efekat zračenja je da poremeti vitalne funkcije, posebno brzo razmnožavajućih ćelija.

KOMPJUTERSKA TOMOGRAFIJA (CT)

Metoda rendgenske kompjuterizovane tomografije zasniva se na rekonstrukciji slike određenog dela pacijentovog tela snimanjem velikog broja rendgenskih projekcija ovog preseka, izvedenih pod različitim uglovima. Informacije sa senzora koji snimaju ove projekcije ulaze u kompjuter, koji pomoću posebnog programa, izračunava distribucija čvrstoveličina uzorka u odeljku koji se proučava i prikazuje ga na ekranu. Ovako dobivena slika poprečnog presjeka pacijentovog tijela odlikuje se odličnom jasnoćom i visokim sadržajem informacija. Program omogućava, ako je potrebno, povećati kontrast slike V desetine pa čak i stotine puta. Ovo proširuje dijagnostičke mogućnosti metode.

Videografi (uređaji sa digitalnom rendgenskom obradom slike) u savremenoj stomatologiji.

U stomatologiji rendgenski pregled je glavna dijagnostička metoda. Međutim, brojne tradicionalne organizacijske i tehničke karakteristike rendgenske dijagnostike čine je neudobnom kako za pacijente tako i za stomatološke ordinacije. To je, prije svega, potreba za kontaktom pacijenta sa jonizujućim zračenjem, koje često stvara značajno opterećenje zračenjem na tijelu; to je i potreba za fotoprocesom, a samim tim i potreba za fotoreagensima, uključujući i toksične. Ovo je, konačno, glomazna arhiva, teški fascikli i koverte sa rendgenskim filmovima.

Osim toga, sadašnji nivo razvoja stomatologije čini subjektivnu procjenu rendgenskih snimaka ljudskim okom nedovoljnom. Kako se ispostavilo, od mnoštva nijansi sive koje se nalaze na rendgenskom snimku, oko percipira samo 64.

Očigledno je da su za dobijanje jasne i detaljne slike tvrdih tkiva dentofacijalnog sistema uz minimalno izlaganje zračenju potrebna druga rešenja. Potraga je dovela do stvaranja takozvanih radiografskih sistema, video snimaka - digitalnih radiografskih sistema.

Bez tehničkih detalja, princip rada ovakvih sistema je sljedeći. Rentgensko zračenje prolazi kroz objekt ne na fotoosjetljivi film, već na poseban intraoralni senzor (posebna elektronska matrica). Odgovarajući signal iz matrice se prenosi na uređaj za digitalizaciju (analogno-digitalni pretvarač, ADC) povezan s računalom, koji ga pretvara u digitalni oblik. Specijalni softver kreira rendgensku sliku na ekranu računara i omogućava vam da je obradite, sačuvate na tvrdom ili fleksibilnom medijumu za skladištenje (tvrdi disk, diskete) i odštampate je kao datoteku kao sliku.

U digitalnom sistemu, rendgenska slika je skup tačaka koje imaju različite digitalne vrijednosti sivih tonova. Optimizacija prikaza informacija koju pruža program omogućava da se dobije okvir koji je optimalan u svjetlini i kontrastu uz relativno nisku dozu zračenja.

U modernim sistemima, koje su kreirali, na primjer, Trophy (Francuska) ili Schick (SAD), koristi se 4096 nijansi sive pri formiranju okvira, vrijeme ekspozicije ovisi o objektu proučavanja i u prosjeku je stotinke - desetine drugo, smanjenje izloženosti zračenju u odnosu na film – do 90% za intraoralne sisteme, do 70% za panoramske snimatelje.

Prilikom obrade slika, videografi mogu:

Primajte pozitivne i negativne slike, slike u pseudo boji i reljefne slike.

Povećajte kontrast i povećajte područje interesovanja na slici.

Procijeniti promjene u gustoći zubnih tkiva i koštanih struktura, pratiti ujednačenost punjenja kanala.

U endodonciji odredite dužinu kanala bilo koje zakrivljenosti, au hirurgiji odaberite veličinu implantata s točnošću od 0,1 mm.

Jedinstveni sistem detektora karijesa sa elementima veštačke inteligencije prilikom analize slike omogućava vam da detektujete karijes u stadijumu tačke, karijes korena i skriveni karijes.

“F” u formuli (3) se odnosi na čitav opseg emitovanih talasnih dužina i često se naziva “Integralni energetski tok”.

Godine 1895., njemački fizičar Roentgen, koji je provodio eksperimente na prolasku struje između dvije elektrode u vakuumu, otkrio je da ekran prekriven luminiscentnom tvari (barijevom soli) svijetli, iako je cijev za pražnjenje prekrivena crnim kartonskim ekranom - ovo je način na koji zračenje prodire kroz neprozirne barijere, koje se nazivaju X-zraci X-zraci. Otkriveno je da se rendgensko zračenje, nevidljivo za ljude, apsorbira u neprozirnim objektima utoliko jače što je veći atomski broj (gustina) barijere, pa rendgenski zraci lako prolaze kroz meka tkiva ljudskog tijela, ali zadržavaju kosti skeleta. Izvori snažnih rendgenskih zraka dizajnirani su da omoguće osvjetljavanje metalnih dijelova i pronalaženje unutrašnjih nedostataka u njima.

Njemački fizičar Laue je sugerirao da su rendgenski zraci isto elektromagnetno zračenje kao i zraci vidljive svjetlosti, ali s kraćom talasnom dužinom i na njih su primjenjivi svi zakoni optike, uključujući i mogućnost difrakcije. U optici vidljive svjetlosti, difrakcija na elementarnom nivou može se predstaviti kao refleksija svjetlosti od sistema linija - difrakciona rešetka, koja se javlja samo pod određenim uglovima, a ugao refleksije zraka povezan je sa upadnim uglom. , udaljenost između linija difrakcione rešetke i talasne dužine upadnog zračenja. Da bi došlo do difrakcije, udaljenost između linija mora biti približno jednaka talasnoj dužini upadne svjetlosti.

Laue je sugerirao da X-zrake imaju talasnu dužinu blisku udaljenosti između pojedinačnih atoma u kristalima, tj. atomi u kristalu stvaraju difrakcijsku rešetku za rendgenske zrake. Rendgenski zraci usmjereni na površinu kristala reflektirali su se na fotografsku ploču, kako je predviđala teorija.

Svaka promjena položaja atoma utiče na difrakcijski obrazac, a proučavanjem difrakcije rendgenskih zraka može se saznati raspored atoma u kristalu i promjena tog rasporeda pod bilo kojim fizičkim, kemijskim i mehaničkim utjecajima na kristal.

Danas se rendgenska analiza koristi u mnogim oblastima nauke i tehnologije, uz pomoć nje se utvrđuje raspored atoma u postojećim materijalima i stvaraju novi materijali sa datom strukturom i svojstvima. Najnovija dostignuća u ovoj oblasti (nanomaterijali, amorfni metali, kompozitni materijali) stvaraju polje aktivnosti za naredne naučne generacije.

Pojava i svojstva rendgenskog zračenja

Izvor rendgenskih zraka je rendgenska cijev, koja ima dvije elektrode - katodu i anodu. Kada se katoda zagrije, dolazi do emisije elektrona; elektroni koji izlaze iz katode ubrzavaju se električnim poljem i udaraju o površinu anode. Ono što razlikuje rendgensku cijev od konvencionalne radio cijevi (diode) je uglavnom njen viši napon ubrzanja (više od 1 kV).

Kada elektron napusti katodu, električno polje ga tjera da leti prema anodi, dok mu brzina neprestano raste; elektron nosi magnetsko polje čija se jačina povećava sa povećanjem brzine elektrona. Dospijevajući do površine anode, elektron se naglo usporava i pojavljuje se elektromagnetski impuls s valnim duljinama u određenom intervalu (kočno svjetlo). Distribucija intenziteta zračenja po talasnim dužinama zavisi od materijala anode rendgenske cevi i primenjenog napona, dok na kratkotalasnoj strani ova kriva počinje sa određenim pragom minimalne talasne dužine, u zavisnosti od primenjenog napona. Kombinacija zraka sa svim mogućim talasnim dužinama formira kontinuirani spektar, a talasna dužina koja odgovara maksimalnom intenzitetu je 1,5 puta veća od minimalne talasne dužine.

Kako napon raste, rendgenski spektar se dramatično mijenja zbog interakcije atoma sa visokoenergetskim elektronima i kvantima primarnih rendgenskih zraka. Atom sadrži unutrašnje elektronske ljuske (energetske nivoe), čiji broj zavisi od atomskog broja (označenog slovima K, L, M, itd.) Elektroni i primarni rendgenski zraci izbacuju elektrone sa jednog energetskog nivoa na drugi. Nastaje metastabilno stanje i za prijelaz u stabilno stanje neophodan je skok elektrona u suprotnom smjeru. Ovaj skok je praćen oslobađanjem kvanta energije i pojavom rendgenskog zračenja. Za razliku od rendgenskih zraka s kontinuiranim spektrom, ovo zračenje ima vrlo uzak raspon valnih dužina i visok intenzitet (karakteristično zračenje) ( cm. pirinač.). Broj atoma koji određuju intenzitet karakterističnog zračenja je vrlo velik; na primjer, za rendgensku cijev s bakrenom anodom na napon od 1 kV i struju od 15 mA, 10 14 –10 15 atoma proizvodi karakteristične zračenje u 1 s. Ova vrijednost se izračunava kao omjer ukupne snage rendgenskog zračenja i energije rendgenskog kvanta iz K-ljuske (K-serija rendgenskog karakterističnog zračenja). Ukupna snaga rendgenskog zračenja je samo 0,1% potrošnje energije, ostatak se gubi uglavnom zbog pretvaranja u toplinu.

Zbog svog visokog intenziteta i uskog raspona talasnih dužina, karakteristični rendgenski zraci su glavna vrsta zračenja koja se koristi u naučnim istraživanjima i kontroli procesa. Istovremeno sa zracima K-serije generišu se zraci L i M-serije, koji imaju znatno veće talasne dužine, ali je njihova upotreba ograničena. K-serija ima dvije komponente sa bliskim talasnim dužinama a i b, dok je intenzitet b-komponente 5 puta manji od a. Zauzvrat, a-komponentu karakteriziraju dvije vrlo bliske valne dužine, od kojih je intenzitet jedne 2 puta veći od druge. Za dobijanje zračenja jedne talasne dužine (monokromatsko zračenje) razvijene su posebne metode koje koriste zavisnost apsorpcije i difrakcije rendgenskih zraka o talasnoj dužini. Povećanje atomskog broja elementa povezano je s promjenom karakteristika elektronskih ljuski, a što je veći atomski broj materijala anode rendgenske cijevi, kraća je talasna dužina K-serije. Najviše se koriste cijevi sa anodama od elemenata sa atomskim brojem od 24 do 42 (Cr, Fe, Co, Cu, Mo) i talasnim dužinama od 2,29 do 0,712 A (0,229 - 0,712 nm).

Osim rendgenske cijevi, izvori rendgenskog zračenja mogu biti radioaktivni izotopi, neki mogu direktno emitovati rendgenske zrake, drugi emituju elektrone i a-čestice koje stvaraju rendgenske zrake prilikom bombardiranja metalnih ciljeva. Intenzitet rendgenskog zračenja iz radioaktivnih izvora obično je mnogo manji od rendgenske cijevi (s izuzetkom radioaktivnog kobalta koji se koristi u detekciji mana i proizvodi zračenje vrlo kratke valne dužine - g-zračenje), oni su male veličine i ne zahtijevaju struju. Sinhrotronske rendgenske zrake proizvode se u elektronskim akceleratorima; valna dužina ovog zračenja je znatno duža od one dobijene u rendgenskim cijevima (meki rendgenski zraci), a njegov intenzitet je nekoliko redova veličine veći od intenziteta zračenja rendgenskih zraka cijevi. Postoje i prirodni izvori rendgenskog zračenja. Radioaktivne nečistoće su pronađene u mnogim mineralima, a zabilježena je i emisija rendgenskih zraka iz svemirskih objekata, uključujući zvijezde.

Interakcija rendgenskih zraka sa kristalima

U rendgenskim studijama materijala sa kristalnom strukturom analiziraju se obrasci interferencije koji nastaju rasipanjem X-zraka elektronima koji pripadaju atomima kristalne rešetke. Atomi se smatraju nepokretnim, njihove toplotne vibracije se ne uzimaju u obzir, a svi elektroni istog atoma se smatraju koncentrisanim u jednoj tački - čvoru kristalne rešetke.

Da bi se izvele osnovne jednadžbe za difrakciju rendgenskih zraka u kristalu, razmatra se interferencija zraka raspršenih atomima koji se nalaze duž prave linije u kristalnoj rešetki. Ravni talas monohromatskog rendgenskog zračenja pada na ove atome pod uglom čiji je kosinus jednak a 0. Zakoni interferencije zraka raspršenih atomima slični su onima koji postoje za difrakcijsku rešetku, koja raspršuje svjetlosno zračenje u vidljivom opsegu valnih dužina. Da bi se amplitude svih vibracija zbrajale na velikoj udaljenosti od atomskog reda, potrebno je i dovoljno da razlika u putanjama zraka koje dolaze iz svakog para susjednih atoma sadrži cijeli broj valnih dužina. Kada je udaljenost između atoma A ovo stanje izgleda ovako:

A(a – a 0) = h l,

gdje je a kosinus ugla između atomskog reda i odbijenog snopa, h – cijeli broj. U svim pravcima koji ne zadovoljavaju ovu jednačinu, zraci se ne šire. Dakle, raspršeni zraci formiraju sistem koaksijalnih čunjeva, čija je zajednička osa atomski red. Tragovi čunjeva u ravni paralelnoj sa atomskim redom su hiperbole, a na ravni okomitoj na red su kružnice.

Kada zraci upadaju pod konstantnim uglom, polihromatsko (bijelo) zračenje se razlaže na spektar zraka koji se odbijaju pod fiksnim uglovima. Dakle, atomska serija je spektrograf za x-zrake.

Generalizacija na dvodimenzionalnu (ravnu) atomsku rešetku, a zatim na trodimenzionalnu volumetrijsku (prostornu) kristalnu rešetku daje još dvije slične jednadžbe, koje uključuju uglove upada i refleksije rendgenskog zračenja i udaljenosti između atoma u tri pravca. Ove jednačine se nazivaju Laue-ove jednačine i čine osnovu analize difrakcije rendgenskih zraka.

Amplitude zraka reflektiranih od paralelnih atomskih ravni se zbrajaju, itd. broj atoma je veoma velik, reflektovano zračenje se može eksperimentalno detektovati. Stanje refleksije opisano je Wulff-Bragg-ovom jednačinom2d sinq = nl, gdje je d udaljenost između susjednih atomskih ravnina, q je ugao grebanja između smjera upadnog snopa i ovih ravnina u kristalu, l je valna dužina rendgensko zračenje, n je cijeli broj koji se naziva red refleksije. Ugao q je upadni ugao u odnosu na atomske ravni, koje se ne moraju nužno poklapati u pravcu sa površinom uzorka koji se proučava.

Razvijeno je nekoliko metoda rendgenske difrakcijske analize, koristeći zračenje kontinuiranog spektra i monohromatsko zračenje. Objekt koji se proučava može biti stacionaran ili rotirajući, može se sastojati od jednog kristala (monokristal) ili više (polikristal); difrakirano zračenje može se snimiti pomoću ravnog ili cilindričnog rendgenskog filma ili detektora rendgenskih zraka koji se kreće po obodu, ali u svim slučajevima tokom eksperimenta i interpretacije rezultata koristi se Wulff–Braggova jednačina.

Rentgenska analiza u nauci i tehnologiji

Otkrićem difrakcije rendgenskih zraka, istraživači su imali na raspolaganju metodu koja je omogućila da se, bez mikroskopa, proučava raspored pojedinačnih atoma i promjene u tom rasporedu pod vanjskim utjecajima.

Glavna primjena rendgenskih zraka u fundamentalnoj nauci je strukturna analiza, tj. uspostavljanje prostornog rasporeda pojedinačnih atoma u kristalu. Da bi se to postiglo, uzgajaju se monokristali i radi se rendgenska analiza, proučavajući i lokacije i intenzitet refleksije. Sada su utvrđene strukture ne samo metala, već i složenih organskih supstanci u kojima se u jediničnim ćelijama nalaze hiljade atoma.

U mineralogiji su rendgenskom analizom određene strukture hiljada minerala i stvorene su ekspresne metode za analizu mineralnih sirovina.

Metali imaju relativno jednostavnu kristalnu strukturu, a rendgenska metoda omogućava proučavanje njenih promjena tokom različitih tehnoloških tretmana i stvaranje fizičke osnove novih tehnologija.

Fazni sastav legura određen je položajem linija na dijagramu rendgenske difrakcije, broj, veličina i oblik kristala određen je njihovom širinom, a orijentacija kristala (tekstura) određena je intenzitetom. raspodjela u difrakcijskom konusu.

Koristeći ove tehnike, proučavaju se procesi tokom plastične deformacije, uključujući fragmentaciju kristala, pojavu unutrašnjih naprezanja i nesavršenosti u kristalnoj strukturi (dislokacije). Kada se deformirani materijali zagrijavaju, proučava se rasterećenje i rast kristala (rekristalizacija).

Rentgenskom analizom legura utvrđuje se sastav i koncentracija čvrstih rastvora. Kada se pojavi čvrsta otopina, međuatomske udaljenosti i, posljedično, udaljenosti između atomskih ravnina se mijenjaju. Ove promene su male, pa su razvijene posebne precizne metode za merenje perioda kristalne rešetke sa tačnošću dva reda veličine većom od tačnosti merenja korišćenjem konvencionalnih metoda rendgenskog istraživanja. Kombinacija preciznih mjerenja perioda kristalne rešetke i fazne analize omogućavaju konstruiranje granica faznih područja u faznom dijagramu. Metodom rendgenskih zraka može se otkriti i međustanja između čvrstih otopina i kemijskih spojeva – uređenih čvrstih otopina u kojima atomi nečistoće nisu nasumično locirani, kao u čvrstim otopinama, a istovremeno ne trodimenzionalnim redoslijedom, kao u kemijskim spojeva. Difrakcioni uzorci rendgenskih zraka uređenih čvrstih otopina sadrže dodatne linije; tumačenje difrakcionih uzoraka rendgenskih zraka pokazuje da atomi nečistoća zauzimaju određena mjesta u kristalnoj rešetki, na primjer, u vrhovima kocke.

Kada se ugasi legura koja ne prolazi kroz fazne transformacije, može nastati prezasićena čvrsta otopina, a daljnjim zagrijavanjem ili čak držanjem na sobnoj temperaturi, čvrsta otopina se raspada uz oslobađanje čestica kemijskog spoja. Ovo je efekat starenja i pojavljuje se na rendgenskim snimcima kao promena položaja i širine linija. Istraživanje starenja je posebno važno za legure obojenih metala, na primjer, starenje pretvara meku, očvrsnu leguru aluminija u izdržljivi strukturni materijal duraluminij.

Rendgenske studije termičke obrade čelika su od najveće tehnološke važnosti. Prilikom gašenja (brzog hlađenja) čelika dolazi do faznog prijelaza austenit-martenzit bez difuzije, što dovodi do promjene strukture iz kubične u tetragonalnu, tj. jedinična ćelija poprima oblik pravokutne prizme. Na rendgenskim snimcima to se manifestuje kao proširenje linija i podjela nekih linija na dvije. Razlozi ovog efekta nisu samo promjena kristalne strukture, već i pojava velikih unutrašnjih naprezanja zbog termodinamičke neravnoteže martenzitne strukture i naglog hlađenja. Prilikom kaljenja (zagrijavanja kaljenog čelika), linije na dijagramima rendgenske difrakcije se sužavaju, što je povezano s povratkom na ravnotežnu strukturu.

Poslednjih godina rendgenske studije obrade materijala sa koncentrisanim energetskim tokovima (laserski snopovi, udarni talasi, neutroni, elektronski impulsi) dobijaju veliki značaj, zahtevaju nove tehnike i proizvode nove rendgenske efekte. Na primjer, kada laserski snopovi djeluju na metale, zagrijavanje i hlađenje se dešavaju tako brzo da tokom hlađenja kristali u metalu imaju vremena samo da narastu do veličine nekoliko elementarnih ćelija (nanokristala) ili nemaju vremena da se uopće pojave. Nakon hlađenja, takav metal izgleda kao običan metal, ali ne daje jasne linije na uzorku difrakcije rendgenskih zraka, a reflektirani rendgenski zraci se raspoređuju po cijelom rasponu uglova paše.

Nakon neutronskog zračenja, na dijagramima difrakcije rendgenskih zraka pojavljuju se dodatne mrlje (difuzni maksimumi). Radioaktivni raspad također uzrokuje specifične rendgenske efekte povezane s promjenama u strukturi, kao i činjenicom da sam uzorak koji se proučava postaje izvor rendgenskog zračenja.

1. 
   Visoka sposobnost prodiranja - sposobnost prodiranja u određene medije. Rendgensko zračenje najbolje prodire kroz gasovite medije (plućno tkivo), a slabo kroz supstance velike elektronske gustine i velike atomske mase (kod ljudi, kosti).
2. 
   Fluorescencija - sjaj. U ovom slučaju, energija rendgenskog zračenja se pretvara u energiju vidljive svjetlosti. Trenutno je princip fluorescencije u osnovi dizajna intenzivirajućih ekrana dizajniranih za dodatno izlaganje rendgenskom filmu. To vam omogućava da smanjite opterećenje zračenja na tijelu pacijenta koji se proučava.
3. 
   Fotohemijska – sposobnost izazivanja različitih hemijskih reakcija.
4. 
   Jonizujuća sposobnost - pod utjecajem rendgenskih zraka dolazi do jonizacije atoma (razlaganje neutralnih molekula na pozitivne i negativne ione koji čine jonski par.
5. 
   Biološko – oštećenje ćelija. Uglavnom je uzrokovan jonizacijom biološki značajnih struktura (DNK, RNK, proteinski molekuli, aminokiseline, voda). Pozitivni biološki efekti - antitumorski, protuupalni.

1. 
   Uređaj sa zračnom cijevi

X-zrake se proizvode u rendgenskoj cijevi. Rendgenska cijev je staklena posuda s vakuumom unutra. Postoje 2 elektrode - katoda i anoda. Katoda je tanka volframova spirala. Anoda u starim cijevima bila je teška bakrena šipka sa zakošenom površinom okrenutom prema katodi. Ploča od vatrostalnog metala zalemljena je na zakošenu površinu anode - ogledalo anode (anoda se jako zagrije tokom rada). U sredini ogledala je Fokus rendgenske cijevi- Ovo je mesto gde se proizvode rendgenski zraci. Što je manja vrijednost fokusa, to su jasnije konture subjekta koji se fotografiše. Mali fokus se smatra 1x1 mm, ili čak i manje.

U modernim rendgenskim aparatima, elektrode se izrađuju od vatrostalnih metala. Obično se koriste cijevi s rotirajućom anodom. Tijekom rada, anoda se rotira pomoću posebnog uređaja, a elektroni koji lete s katode padaju na optički fokus. Zbog rotacije anode, položaj optičkog fokusa se stalno mijenja, pa su takve cijevi izdržljivije i ne troše se duže vrijeme.

Kako nastaju rendgenski zraci? Prvo se zagreva katodna nit. Da biste to učinili, pomoću opadajućeg transformatora, napon na cijevi se smanjuje sa 220 na 12-15V. Katodna nit se zagrijava, elektroni u njoj počinju brže da se kreću, neki od elektrona napuštaju filament i oko njega se formira oblak slobodnih elektrona. Nakon toga se uključuje struja visokog napona, koja se dobiva pomoću pojačanog transformatora. Dijagnostički rendgenski aparati koriste struju visokog napona od 40 do 125 kV (1 kV = 1000 V). Što je veći napon na cijevi, to je kraća talasna dužina. Kada se uključi visoki napon, na polovima cijevi se postiže velika razlika potencijala, elektroni se "odvajaju" od katode i velikom brzinom jure prema anodi (cijev je najjednostavniji akcelerator nabijenih čestica). Zahvaljujući posebnim uređajima, elektroni se ne raspršuju na strane, već padaju u gotovo jednu tačku anode - fokus (fokalnu tačku) i usporavaju se u električnom polju atoma anode. Kada se elektroni usporavaju, nastaju elektromagnetski talasi, tj. X-zrake. Zahvaljujući posebnom uređaju (u starim cijevima - zakošena anoda), rendgenski zraci se usmjeravaju na pacijenta u obliku divergentnog snopa zraka, "konusa".

1. 
   Dobivanje rendgenske slike

Rendgenski film je slojevite strukture, glavni sloj je poliesterska kompozicija debljine do 175 mikrona, obložena fotoemulzijom (srebrni jodid i bromid, želatina).

1. 
   Razvijanje filma - obnavlja se srebro (tamo gdje su zrake prolazile - zacrnjenje područja filma, gdje su se zadržale - svjetlija područja)
2. 
   Fixer - ispiranje srebrnog bromida sa područja kroz koja su zraci prolazili i nisu se zadržavali.

1. 
   Izgradnja moderne rendgen sobe

1. Sama rendgen sala u kojoj se nalazi aparat i pregledavaju se pacijenti. Površina rendgenske sobe mora biti najmanje 50 m2

2. Kontrolna soba, u kojoj se nalazi kontrolna tabla, uz pomoć koje rendgenski tehničar kontroliše cjelokupni rad uređaja.

3. Mračna komora u koju se stavljaju filmske kasete, razvijaju i fiksiraju fotografije, peru i suše. Moderna metoda fotografske obrade medicinskih rendgenskih filmova je upotreba mašina za razvijanje rolne. Pored nesumnjive lakoće upotrebe, mašine za razvijanje obezbeđuju visoku stabilnost procesa obrade fotografija. Vrijeme za kompletan ciklus od trenutka kada film uđe u mašinu za razvijanje do dobijanja suve radiografije („od suvog do suvog“) ne prelazi nekoliko minuta.

4. Ordinacija, gdje radiolog analizira i opisuje snimljene rendgenske snimke.

1. 
   Metode zaštite medicinskog osoblja i pacijenata od rendgenskog zračenja

3 glavne metode zaštite: zaštita štitom, udaljenost i vrijeme.

1 .Zaštita od zaštite:

Na putu rendgenskih zraka postavljaju se posebni uređaji od materijala koji dobro upijaju rendgenske zrake. Može biti olovo, beton, baritni beton itd. Zidovi, podovi i stropovi u rendgen sobama su zaštićeni i izrađeni od materijala koji ne propuštaju zrake u susjedne prostorije. Vrata su zaštićena olovnim materijalom. Prozori između rendgenske sobe i kontrolne sobe su od olovnog stakla. Rendgenska cijev je smještena u posebno zaštitno kućište koje ne propušta rendgenske zrake, a zraci se usmjeravaju na pacijenta kroz poseban „prozor“. Na prozor je pričvršćena cijev koja ograničava veličinu rendgenskog zraka. Osim toga, na izlazu zraka iz cijevi ugrađena je dijafragma rendgenskog aparata. Sastoji se od 2 para ploča okomitih jedna na drugu. Ove ploče se mogu pomicati i rastavljati poput zavjesa. Na ovaj način možete povećati ili smanjiti polje zračenja. Što je veće polje zračenja, veća je šteta, dakle otvor blende- važan dio zaštite, posebno kod djece. Osim toga, sam doktor je izložen manjem zračenju. I kvalitet slika će biti bolji. Drugi primjer zaštite je da one dijelove tijela subjekta koji trenutno nisu podložni snimanju treba prekriti listovima olovne gume. Tu su i kecelje, suknje i rukavice od specijalnog zaštitnog materijala.

2 .Vremenska zaštita:

Pacijenta treba zračiti tokom rendgenskog pregleda što je kraće moguće (žuriti, ali ne na štetu dijagnoze). U tom smislu, slike daju manju izloženost zračenju od transiluminacije, jer Na fotografijama se koriste vrlo kratke brzine zatvarača (vrijeme). Vremenska zaštita je glavni način zaštite i pacijenta i samog radiologa. Prilikom pregleda pacijenata, doktor, pod svim ostalim uslovima, nastoji da izabere metodu istraživanja koja oduzima manje vremena, ali ne na štetu dijagnoze. U tom smislu, fluoroskopija je štetnija, ali je, nažalost, često nemoguće bez fluoroskopije. Stoga se pri pregledu jednjaka, želuca i crijeva koriste obje metode. Prilikom odabira metode istraživanja vodimo se pravilom da korist od istraživanja treba da bude veća od štete. Ponekad, zbog straha od dodatnog fotografisanja, dolazi do grešaka u dijagnozi i pogrešno prepisuje liječenje, što ponekad košta života pacijenta. Moramo imati na umu opasnosti od zračenja, ali ga se ne plašite, to je gore za pacijenta.

3 .Zaštita na udaljenosti:

Prema kvadratnom zakonu svjetlosti, osvjetljenje određene površine je obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti od izvora svjetlosti do osvijetljene površine. U odnosu na rendgenski pregled, to znači da je doza zračenja obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti od fokusa rendgenske cijevi do pacijenta (žižna daljina). Kada se žižna daljina poveća 2 puta, doza zračenja se smanjuje za 4 puta, a kada se žižna daljina poveća za 3 puta, doza zračenja se smanjuje za 9 puta.

Prilikom fluoroskopije nije dozvoljena žižna daljina manja od 35 cm Udaljenost od zidova do rendgenskog aparata mora biti najmanje 2 m, u suprotnom nastaju sekundarni zraci koji nastaju kada primarni snop zraka udari u okolne objekte. (zidovi, itd.). Iz istog razloga, nepotreban namještaj nije dozvoljen u rendgenskim sobama. Ponekad, prilikom pregleda teško bolesnih pacijenata, osoblje hirurškog i terapijskog odjeljenja pomaže pacijentu da stane iza rendgenskog ekrana i stane pored pacijenta tokom pregleda, podržavajući ga. Ovo je prihvatljivo kao izuzetak. Ali radiolog mora osigurati da medicinske sestre i medicinske sestre koje pomažu pacijentu nose zaštitnu pregaču i rukavice i, ako je moguće, ne stoje blizu pacijenta (zaštita na udaljenosti). Ako u RTG salu dođe više pacijenata, pozivaju se u salu za tretmane po jedna osoba, tj. U trenutku istraživanja treba biti samo 1 osoba.

1. 
   Fizičke osnove radiografije i fluorografije. Njihovi nedostaci i prednosti. Prednosti digitalnog u odnosu na film.

Prilikom dijagnostičke radiografije preporučljivo je slikati u najmanje dvije projekcije. To je zbog činjenice da je rendgenski snimak ravna slika trodimenzionalnog objekta. I kao posljedica toga, lokalizacija otkrivenog patološkog fokusa može se utvrditi samo pomoću 2 projekcije.

Kvalitetu rezultirajuće rendgenske slike određuju 3 glavna parametra. Napon koji se dovodi do rendgenske cijevi, jačina struje i vrijeme rada cijevi. Ovisno o anatomskim formacijama koje se proučavaju te težini i dimenzijama pacijenta, ovi parametri mogu značajno varirati. Postoje prosječne vrijednosti za različite organe i tkiva, ali treba imati na umu da će se stvarne vrijednosti razlikovati ovisno o aparatu na kojem se vrši pregled i pacijentu kod kojeg se radiografija. Za svaki uređaj sastavlja se individualna tabela vrijednosti. Ove vrijednosti nisu apsolutne i prilagođavaju se kako studija napreduje. Kvaliteta snimljenih slika u velikoj mjeri ovisi o sposobnosti radiografa da adekvatno prilagodi tablicu prosječnih vrijednosti konkretnom pacijentu.

Najčešći način snimanja rendgenske slike je snimanje na film osjetljiv na rendgensko zračenje, a zatim razvijanje. Trenutno postoje i sistemi koji omogućavaju digitalno snimanje podataka. Zbog visoke cijene i složenosti proizvodnje, ova vrsta opreme je nešto inferiornija od analogne u smislu rasprostranjenosti.

Rendgen film se stavlja u posebne uređaje - kasete (kažu da je kaseta napunjena). Kaseta štiti film od vidljive svjetlosti; potonji, poput rendgenskih zraka, ima sposobnost reduciranja metalnog srebra iz AgBr. Kasete su napravljene od materijala koji ne propušta svjetlost, ali propušta rendgenske zrake. Unutar kaseta postoje pojačani ekrani, film se postavlja između njih; Prilikom snimanja na film ne padaju samo rendgenski zraci, već i svjetlost sa ekrana (ekrani su obloženi fluorescentnom solju, tako da svijetle i pojačavaju efekat rendgenskih zraka). To omogućava smanjenje doze zračenja pacijenta za 10 puta.

Prilikom snimanja slike, rendgenski zraci se usmjeravaju na centar objekta koji se fotografiše (centracija). Nakon snimanja u mračnoj komori, film se razvija u posebnim hemikalijama i fiksira (fiksira). Činjenica je da na onim dijelovima filma na koje rendgenski zraci nisu pogodili tokom snimanja ili je pogodio samo mali broj njih, srebro nije restaurirano, a ako se film ne stavi u otopinu fiksatora (fiksatora). ), zatim se prilikom pregleda filma srebro obnavlja pod uticajem vidljive svetlosti. Cijeli film će postati crn i nikakva slika neće biti vidljiva. Prilikom fiksiranja (fiksiranja) neredukovani AgBr iz filma ide u rastvor fiksera, tako da u fiksatoru ima dosta srebra, te se te otopine ne izlijevaju, već se predaju u rentgen centre.

Moderna metoda fotografske obrade medicinskih rendgenskih filmova je upotreba mašina za razvijanje rolne. Pored nesumnjive lakoće upotrebe, mašine za razvijanje obezbeđuju visoku stabilnost procesa obrade fotografija. Vrijeme za kompletan ciklus od trenutka kada film uđe u mašinu za razvijanje do dobijanja suve radiografije („od suvog do suvog“) ne prelazi nekoliko minuta.
Rendgenske slike su crno-bijele slike – negativ. Crna – područja sa malom gustinom (pluća, gasni mehur u želucu. Bela – područja sa velikom gustinom (kosti).
Fluorografija- Suština FOG-a je da se kod njega prvo dobije slika grudnog koša na fluorescentnom ekranu, a zatim se slika ne samog pacijenta, već njegova slika na ekranu.

Fluorografija daje smanjenu sliku objekta. Postoje tehnike malih okvira (na primjer, 24×24 mm ili 35×35 mm) i velikih okvira (posebno 70×70 mm ili 100×100 mm). Potonji se približava radiografiji u dijagnostičkim mogućnostima. MAGLA se koristi za preventivni pregled stanovništva(otkrivaju se skrivene bolesti kao što su rak i tuberkuloza).

Razvijeni su i stacionarni i mobilni fluorografski uređaji.

Trenutno se filmska fluorografija postupno zamjenjuje digitalnom fluorografijom. Digitalne metode omogućavaju pojednostavljenje rada sa slikama (slika se može prikazati na ekranu monitora, ispisati, prenijeti preko mreže, pohraniti u medicinsku bazu podataka itd.), smanjiti izloženost pacijenta zračenju i smanjiti troškove dodatnih materijali (film, razvijač za filmove).

Konvencionalni filmski rendgenski snimak grudnog koša daje pacijentu prosječnu individualnu dozu zračenja od 0,5 milisiverta (mSv) po proceduri (digitalni rendgenski snimak - 0,05 mSv), dok filmski rendgenski snimak - 0,3 mSv po proceduri (digitalni rendgenski snimak - 0,03 mSv), i kompjuterizovana tomografija organa grudnog koša - 11 mSv po proceduri. Magnetna rezonanca ne nosi izlaganje radijaciji

Prednosti radiografije

1. 
   Široka dostupnost metode i lakoća istraživanja.
2. 
   Većina testova ne zahtijeva posebnu pripremu pacijenta.
3. 
   Relativno niska cijena istraživanja.
4. 
   Slike se mogu koristiti za konsultacije sa drugim specijalistom ili u nekoj drugoj ustanovi (za razliku od ultrazvučnih snimaka, gde je neophodan ponovljeni pregled, jer su dobijene slike zavisne od operatera).

1. 
   Statička priroda slike otežava procjenu funkcije organa.
2. 
   Prisutnost jonizujućeg zračenja koje može štetno djelovati na pacijenta.
3. 
   Informativni sadržaj klasične radiografije je znatno niži od savremenih medicinskih slikovnih metoda kao što su CT, MRI, itd. Konvencionalne rendgenske snimke odražavaju projekcijsko slojevitost složenih anatomskih struktura, odnosno njihovu sumaciju rendgenske sjene, za razliku od sloj po sloj serija slika dobijenih savremenim tomografskim metodama.
4. 
   Bez upotrebe kontrastnih sredstava, radiografija nije dovoljno informativna za analizu promjena u mekim tkivima koje se malo razlikuju u gustoći (na primjer, pri proučavanju trbušnih organa).

1. 
   Fizičke osnove fluoroskopije. Nedostaci i prednosti metode

U savremenim uslovima upotreba fluorescentnog ekrana nije opravdana zbog njegove niske osvetljenosti, što primorava da se istraživanja obavljaju u dobro zamračenoj prostoriji i nakon dužeg prilagođavanja istraživača na mrak (10-15 minuta) na razlikovati sliku niskog intenziteta.

Sada se fluorescentni ekrani koriste u dizajnu pojačivača rendgenske slike (X-ray image intensifier), koji povećava svjetlinu (sjaj) primarne slike za približno 5000 puta. Uz pomoć elektronsko-optičkog pretvarača, slika se pojavljuje na ekranu monitora, što značajno poboljšava kvalitetu dijagnoze i ne zahtijeva zamračenje rendgenske sobe.

Prednosti fluoroskopije
Glavna prednost u odnosu na radiografiju je činjenica istraživanja u realnom vremenu. To vam omogućava da procijenite ne samo strukturu organa, već i njegov pomak, kontraktilnost ili rastegljivost, prolaz kontrastnog sredstva i punjenje. Metoda vam također omogućava brzu procjenu lokalizacije nekih promjena, zbog rotacije predmeta proučavanja tokom rendgenskog pregleda (studija sa više projekcija).

Fluoroskopija vam omogućuje praćenje provedbe nekih instrumentalnih zahvata - postavljanje katetera, angioplastika (vidi angiografiju), fistulografiju.

Rezultirajuće slike mogu se staviti na običan CD ili u mrežnu pohranu.

Pojavom digitalnih tehnologija nestala su 3 glavna nedostatka svojstvena tradicionalnoj fluoroskopiji:

Relativno visoka doza zračenja u odnosu na radiografiju - moderni uređaji s malim dozama ostavili su ovaj nedostatak u prošlosti. Korištenje režima pulsnog skeniranja dodatno smanjuje opterećenje dozom do 90%.

Niska prostorna rezolucija - na modernim digitalnim uređajima, rezolucija u načinu kopiranja je samo malo inferiornija od rezolucije u radiografskom načinu. U ovom slučaju od presudne je važnosti sposobnost promatranja funkcionalnog stanja pojedinih organa (srce, pluća, želudac, crijeva) „u dinamici“.

Nemogućnost dokumentovanja istraživanja – tehnologije digitalne obrade slike omogućavaju čuvanje istraživačkih materijala, kako kadar po kadar tako i u obliku video sekvence.

Fluoroskopija se radi uglavnom za rendgensku dijagnostiku bolesti unutrašnjih organa koji se nalaze u trbušnoj i torakalnoj šupljini, prema planu koji radiolog sastavlja prije početka studije. Ponekad se koristi takozvana anketna fluoroskopija za prepoznavanje traumatskih ozljeda kostiju, da bi se razjasnilo područje koje se radi radiografijom.

Kontrastni fluoroskopski pregled

Veštački kontrast izuzetno proširuje mogućnosti fluoroskopskog pregleda organa i sistema gde je gustina tkiva približno ista (npr. trbušna duplja čiji organi prenose rendgensko zračenje u približno istoj meri i stoga su niskog kontrasta). To se postiže unošenjem u lumen želuca ili crijeva vodene suspenzije barij sulfata, koji se ne otapa u probavnim sokovima, ne apsorbira se ni u želucu ni u crijevima i prirodno se izlučuje u potpuno nepromijenjenom obliku. Glavna prednost barijeve suspenzije je da, prolazeći kroz jednjak, želudac i crijeva, oblaže njihove unutrašnje zidove i daje na ekranu ili filmu potpunu sliku prirode uzvišenja, udubljenja i drugih karakteristika njihove sluznice. Proučavanje unutrašnjeg reljefa jednjaka, želuca i crijeva pomaže u prepoznavanju niza bolesti ovih organa. Čvršćim punjenjem može se odrediti oblik, veličina, položaj i funkcija organa koji se proučava.

1. 
   Mamografija - osnove metode, indikacije. Prednosti digitalne mamografije u odnosu na filmsku mamografiju.

2.diferencijalna dijagnoza karcinoma i benigne dishormonalne hiperplazije (FAM) mliječne žlijezde;

3. procjena rasta primarnog tumora (jednočvorna ili multicentrična žarišta raka);

4. dinamičko dispanzersko praćenje stanja mliječnih žlijezda nakon hirurških intervencija.

U medicinsku praksu uvedene su sljedeće metode radijacijske dijagnostike karcinoma dojke: mamografija, ultrazvuk, kompjuterska tomografija, magnetna rezonanca, kolor i power doplerografija, stereotaktička biopsija pod kontrolom mamografije, termografija.

Rendgenska mamografija
Trenutno, u velikoj većini slučajeva u svijetu, za dijagnosticiranje raka dojke kod žena (BC) koristi se rendgenska projekcijska mamografija, filmska (analogna) ili digitalna.

Postupak traje ne više od 10 minuta. Da bi se slika napravila, grudi treba držati između dvije trake i lagano stisnuti. Slika se snima u dvije projekcije tako da se može precizno odrediti lokacija tumora ako se pronađe. Budući da je simetrija jedan od dijagnostičkih faktora, uvijek treba pregledati obje dojke.

MRI mamografija

Pritužbe na povlačenje ili ispupčenje bilo kojeg dijela žlijezde

Iscjedak iz bradavice, promjena njenog oblika

Osetljivost grudi, otok, promena veličine

Benigni tumori dojke (posebno fibroadenom)

Upalni procesi (mastitis)

Mastopatija

Tumori genitalnih organa

Bolesti endokrinih žlijezda (tiroidne žlijezde, pankreasa)

Neplodnost

Gojaznost

Povijest operacije dojke

Prednosti digitalne mamografije u odnosu na film:

Smanjenje opterećenja dozom tokom rendgenskih pregleda;

Povećanje efikasnosti istraživanja, omogućavajući identifikaciju prethodno nedostupnih patoloških procesa (mogućnosti digitalne kompjuterske obrade slike);

Mogućnost korištenja telekomunikacionih mreža za prijenos slika u svrhu daljinskog savjetovanja;

Postizanje ekonomskog efekta pri provođenju masovnih istraživanja.

X-zrake su vrsta visokoenergetskog elektromagnetnog zračenja. Aktivno se koristi u raznim granama medicine.

X-zraci su elektromagnetski talasi čija je energija fotona na skali elektromagnetnih talasa između ultraljubičastog i gama zračenja (od ~10 eV do ~1 MeV), što odgovara talasnim dužinama od ~10^3 do ~10^−2 angstroma (od ~10^−7 do ~10^−12 m). Odnosno, radi se o neuporedivo težem zračenju od vidljive svjetlosti, koja je na ovoj skali između ultraljubičastih i infracrvenih („toplinskih“) zraka.

Granica između rendgenskih zraka i gama zračenja se razlikuje uvjetno: njihovi rasponi se sijeku, gama zraci mogu imati energiju od 1 keV. Razlikuju se po poreklu: gama zraci se emituju tokom procesa koji se odvijaju u atomskim jezgrama, dok se x-zraci emituju tokom procesa koji uključuju elektrone (slobodne i one koji se nalaze u elektronskim omotačima atoma). Istovremeno, iz samog fotona je nemoguće utvrditi tokom kojeg procesa je nastao, odnosno podjela na rendgenski i gama opseg je uglavnom proizvoljna.

Opseg rendgenskih zraka podijeljen je na “meke rendgenske zrake” i “tvrde”. Granica između njih leži na talasnoj dužini od 2 angstroma i 6 keV energije.

Generator rendgenskih zraka je cijev u kojoj se stvara vakuum. Tu se nalaze elektrode - katoda, na koju se nanosi negativni naboj, i pozitivno nabijena anoda. Napon između njih je desetine do stotine kilovolti. Generiranje rendgenskih fotona događa se kada se elektroni "odlome" od katode i velikom brzinom udare u površinu anode. Rezultirajuće rendgensko zračenje naziva se "kočno zračenje"; njegovi fotoni imaju različite talasne dužine.

Istovremeno se generišu fotoni karakterističnog spektra. Neki od elektrona u atomima anodne tvari su pobuđeni, odnosno kreću se na više orbite, a zatim se vraćaju u svoje normalno stanje, emitirajući fotone određene valne dužine. U standardnom generatoru proizvode se obje vrste rendgenskog zračenja.

Istorija otkrića

Njemački naučnik Wilhelm Conrad Roentgen je 8. novembra 1895. otkrio da su određene tvari počele svijetliti kada su bile izložene “katodnim zracima”, odnosno struji elektrona koju stvara katodna cijev. On je ovu pojavu objasnio uticajem određenih rendgenskih zraka - tako se to zračenje danas naziva na mnogim jezicima. Kasnije V.K. Rentgen je proučavao fenomen koji je otkrio. On je 22. decembra 1895. dao izvještaj o ovoj temi na Univerzitetu u Würzburgu.

Kasnije se ispostavilo da je rendgensko zračenje uočeno ranije, ali tada se fenomenima povezanim s njim nije pridavao veliki značaj. Katodna cijev je izumljena davno, ali prije V.K. Niko nije obraćao puno pažnje na rendgenske snimke o pocrnjenju fotografskih ploča u blizini, itd. fenomeni. Nepoznata je i opasnost od prodornog zračenja.

Vrste i njihov uticaj na organizam

“Rentgen” je najblaži tip prodornog zračenja. Pretjerano izlaganje mekim rendgenskim zracima podsjeća na efekte ultraljubičastog zračenja, ali u težem obliku. Na koži se stvara opekotina, ali je oštećenje dublje i mnogo sporije zacjeljuje.

Tvrdi rendgen je potpuno ionizirajuće zračenje koje može dovesti do radijacijske bolesti. Kvanti rendgenskih zraka mogu razbiti proteinske molekule koji čine tkiva ljudskog tijela, kao i DNK molekule genoma. Ali čak i ako rendgenski kvant razbije molekulu vode, nema razlike: u ovom slučaju nastaju kemijski aktivni slobodni radikali H i OH, koji su sami sposobni utjecati na proteine ​​i DNK. Radijacijska bolest se javlja u težem obliku, što su hematopoetski organi više zahvaćeni.

X-zrake imaju mutageno i kancerogeno djelovanje. To znači da se povećava vjerovatnoća spontanih mutacija u ćelijama tokom zračenja, a ponekad i zdrave ćelije mogu degenerisati u kancerogene. Povećana vjerovatnoća malignih tumora standardna je posljedica bilo kakvog izlaganja zračenju, uključujući i rendgenske zrake. X-zrake su najmanje opasna vrsta prodornog zračenja, ali ipak mogu biti opasne.

Rentgensko zračenje: primjena i kako funkcionira

Rentgensko zračenje se koristi u medicini, kao iu drugim područjima ljudske djelatnosti.

Fluoroskopija i kompjuterska tomografija

Najčešća upotreba rendgenskih zraka je fluoroskopija. "Rentgensko snimanje" ljudskog tijela omogućava vam da dobijete detaljnu sliku obje kosti (najjasnije su vidljive) i slike unutrašnjih organa.

Različita transparentnost tjelesnih tkiva u rendgenskim zracima povezana je s njihovim hemijskim sastavom. Strukturne karakteristike kostiju su da sadrže mnogo kalcijuma i fosfora. Ostala tkiva se uglavnom sastoje od ugljika, vodonika, kisika i dušika. Atom fosfora teži gotovo dvostruko više od atoma kisika, a atom kalcija 2,5 puta (ugljik, dušik i vodik su čak lakši od kisika). U tom smislu, apsorpcija rendgenskih fotona u kostima je mnogo veća.

Pored dvodimenzionalnih "snimka", radiografija omogućava stvaranje trodimenzionalne slike organa: ova vrsta radiografije naziva se kompjuterizovana tomografija. U ove svrhe koriste se meki rendgenski zraci. Količina zračenja primljena sa jedne slike je mala: približno je jednaka zračenju primljenom tokom dvosatnog leta u avionu na visini od 10 km.

Rentgenska detekcija grešaka omogućava vam da otkrijete manje unutrašnje nedostatke u proizvodima. Koristi čvrste rendgenske zrake, budući da su mnogi materijali (na primjer metal) loše "prozirni" zbog velike atomske mase njihove sastavne tvari.

Difrakcija rendgenskih zraka i analiza rendgenske fluorescencije

X-zrake imaju svojstva koja im omogućavaju da detaljno ispitaju pojedinačne atome. Analiza difrakcije rendgenskih zraka aktivno se koristi u hemiji (uključujući biohemiju) i kristalografiji. Princip njegovog rada je difrakcijsko raspršivanje rendgenskih zraka na atomima kristala ili složenih molekula. Analizom difrakcije rendgenskih zraka određena je struktura molekule DNK.

Analiza rendgenske fluorescencije omogućava vam da brzo odredite hemijski sastav supstance.

Postoji mnogo oblika radioterapije, ali svi uključuju upotrebu jonizujućeg zračenja. Radioterapija se dijeli na 2 tipa: korpuskularnu i talasnu. Corpuscular koristi fluksove alfa čestica (jezgra atoma helijuma), beta čestica (elektrona), neutrona, protona i teških iona. Wave koristi zrake elektromagnetnog spektra - X-zrake i gama.

Radioterapijske metode se prvenstveno koriste za liječenje raka. Činjenica je da zračenje prvenstveno utječe na stanice koje se aktivno dijele, zbog čega krvotvorni organi toliko pate (njihove stanice se neprestano dijele, stvarajući sve više novih crvenih krvnih zrnaca). Ćelije raka se također stalno dijele i podložnije su zračenju od zdravog tkiva.

Koristi se nivo zračenja koji potiskuje aktivnost ćelija raka, a ima umeren efekat na zdrave ćelije. Pod uticajem zračenja ne dolazi do uništavanja ćelija kao takvih, već do oštećenja njihovog genoma – molekula DNK. Ćelija sa uništenim genomom može postojati neko vrijeme, ali se više ne može dijeliti, odnosno rast tumora prestaje.

Rentgenska terapija je najblaži oblik radioterapije. Talasno zračenje je mekše od korpuskularnog zračenja, a rendgenski zraci su mekši od gama zračenja.

Tokom trudnoće

Korišćenje jonizujućeg zračenja tokom trudnoće je opasno. X-zrake su mutagene i mogu uzrokovati probleme kod fetusa. Rentgenska terapija je nespojiva s trudnoćom: može se koristiti samo ako je već odlučeno da se pobaci. Ograničenja za fluoroskopiju su blaža, ali je u prvim mjesecima i ona strogo zabranjena.

Ukoliko je apsolutno neophodno, rendgenski pregled se zamjenjuje magnetskom rezonancom. Ali i u prvom tromjesečju to pokušavaju izbjeći (ova metoda se pojavila nedavno, a sa potpunom sigurnošću možemo reći da nema štetnih posljedica).

Jasna opasnost nastaje kada se izloži ukupnoj dozi od najmanje 1 mSv (u starim jedinicama - 100 mR). Jednostavnim rendgenskim snimkom (na primjer, kada je podvrgnut fluorografiji), pacijent prima otprilike 50 puta manje. Da biste primili takvu dozu odjednom, potrebno je da se podvrgnete detaljnoj kompjuterizovanoj tomografiji.

Odnosno, činjenica 1-2 x "rendgenskog snimka" sama po sebi u ranoj fazi trudnoće ne prijeti ozbiljnim posljedicama (ali bolje je ne riskirati).

Tretman sa njim

Rendgen se prvenstveno koristi u borbi protiv malignih tumora. Ova metoda je dobra jer je vrlo efikasna: ubija tumor. Loša je u tome što zdrava tkiva prolaze malo bolje i postoje brojne nuspojave. Posebno su opasni hematopoetski organi.

U praksi se koriste različite metode za smanjenje uticaja rendgenskih zraka na zdravo tkivo. Zrake su usmjerene pod kutom tako da se tumor nalazi u području njihovog sjecišta (zbog toga se glavna apsorpcija energije događa upravo tamo). Ponekad se postupak izvodi u pokretu: tijelo pacijenta rotira u odnosu na izvor zračenja oko ose koja prolazi kroz tumor. U tom slučaju zdrava tkiva su u zoni zračenja samo povremeno, a bolesna tkiva su stalno izložena.

Rendgen se koristi u liječenju određenih artroza i sličnih bolesti, kao i kožnih oboljenja. U ovom slučaju, sindrom boli se smanjuje za 50-90%. Budući da je zračenje mekše, nuspojave slične onima koje se javljaju u liječenju tumora se ne primjećuju.