Реферат: Физические основы и методы рентгеновских исследований

В табл. 1 приведены параметры некоторых медицинских рентгеновских трубок.

Таблица 1. Параметры рентгеновских трубок

Тип трубки	Анодное напряжение, кВ	Номинальная мощность за 1 с, кВт	Аппарат
С неподвижным анодом
0,2БД-7–50 50 0,2 5Д1 3БД-2–100 100 3,0 РУМ
С вращающимся анодом
10 БД-1–110 110 10,0 Фл 11Ф1 8–16 БД-2–145 145 8,0; 16,0 РУМ-10 14–30 БД-9–150 150 14,0; 30,0 РУМ-20

2. Виды рентгеновских исследований

Большинство рентгеновских исследований основано на преобразовании рентгеновского излучения, прошедшего через ткани человека. При прохождении рентгеновских лучей через вещество часть лучистой энергии в нем задерживается. При этом происходит не только количественное изменение – ослабление интенсивности, но и качественное – изменение спектрального состава: более мягкие лучи задерживаются сильнее и излучение на выходе становится в целом более жестким.

Ослабление рентгеновского излучения происходит за счет поглощения и рассеивания. При поглощении рентгеновские кванты выбивают электроны из атомов вещества, т.е. ионизируют его, в чем и проявляется вредное воздействие рентгеновского излучения на живые ткани. Спектральный коэффициент поглощения пропорционален . Таким образом, мягкие лучи поглощаются значительно сильнее, чем жесткие (и, как на первый взгляд ни странно, приносят больше вреда). Ослабление за счет рассеяния в основном сказывается при очень коротких волнах, которые в медицинской рентгенологии не используются.

Установлено, что если относительный коэффициент поглощения рентгеновского излучения воды (для излучения средней жесткости) принять равным единице, то для воздуха он составит 0,01; для жировой ткани – 0,5; углекислого кальция – 15,0; фосфорнокислого кальция – 22,0. Другими словами, в наибольшей степени рентгеновские лучи поглощаются костями, в значительно меньшей степени мягкими тканями и меньше всего тканями, содержащими воздух.

Преобразователи рентгеновского излучения обычно имеют большую активную площадь, на точки которой воздействуют отдельные лучи, прошедшие по определенным направлениям через объект. При этом они испытывают разное затухание, зависящее от свойств тканей и сред, встречающихся на направлении луча. Наиболее важным параметром для визуализации рентгеновских изображений является линейный коэффициент ослабления m. Он показывает, во сколько раз уменьшается интенсивность рентгеновского излучения на очень маленьком отрезке пути луча, на котором ткань или среду можно считать однородной.

I_B = I₀ exp(-).

Коэффициент линейного затухания m меняется вдоль пути луча и общее затухание определяется поглощением всеми тканями, встречающимися на нем.

Р = (8)

Энергетическая зависимость коэффициента ослабления рентгеновского излучения – с ростом энергии он уменьшается – приводит и к его зависимости от расстояния, пройденного лучом. Действительно, по мере движения луча отсеиваются его более мягкие компоненты и остаются все более жесткие, которые поглощаются меньше. Эта специфическая особенность не создает каких-либо проблем для обычных рентгеновских исследований, однако имеет большое значение в рентгеновской компьютерной томографии.

В связи с изменением спектрального состава рентгеновского излучения, прошедшего через вещество, усложняется и зависимость интенсивности I_П прошедшего излучения от анодного напряжения

,

где n = 2–6.

Одним из самых распространенных видов рентгеновских исследований до сих пор остается рентгенография – получение рентгеновских снимков на специальной рентгеновской пленке.

Излучение от рентгеновского источника вначале проходит через фильтр – тонкий лист из алюминия или меди, который отсеивает мягкие составляющие. Для диагностики они не имеют большого значения, а пациенту несут дополнительную лучевую нагрузку и могут вызвать рентгеновский ожог. Пройдя через объект, рентгеновское излучение попадает на приемник, который имеет вид кассеты. В ней размещены рентгеновская пленка и усилительный экран. Экран представляет собой плотный лист картона. Его сторона, обращенная к пленке, покрыта люминесцирующим слоем, например, вольфрамата кальция CaWO₄ или ZnS×CdS×Ag, способным светиться под действием рентгеновских лучей. Оптическое излучение засвечивает эмульсионный слой рентгеновской пленки и вызывает реакцию в соединениях серебра. Между интенсивностями излучений обоих видов сохраняется пропорциональность, поэтому участки объекта, соответствующие более сильному поглощению рентгеновского излучения (например, костные ткани), на снимке выглядят более светлыми.

На ранней стадии развития рентгеновской техники применялась прямая съемка – без усилительного экрана. Однако ввиду малой толщины эмульсионного слоя в нем задерживалась очень небольшая часть общей энергии излучения, и для получения качественного снимка приходилось использовать большое время съемки. Это приводило к значительным лучевым нагрузкам на пациентов и обслуживающий персонал. Первым результаты этого воздействия ощутил на себе сам Рентген.

Различают излученную и поглощенную дозы рентгеновского излучения. Обе они могут выражаться в рентгенах. В медицинской радиологии для оценки поглощенной дозы используют специальную единицу – Зиверт (Зв): 13 в эквивалентен примерно 84 Р. В отличие от излученной дозы поглощенная доза не может быть точно измерена. Она определяется расчетным путем или с помощью моделей (фантомов). Поглощенная доза характеризует степень облучения человека и, следовательно, вредного воздействия на организм. Во время одного рентгеновского снимка пациент получает от 0,5 до 5 мР.