Свойства рентгеновских лучей кратко

Обновлено: 06.07.2024

• Проникающая способность, на которой и основана рентгенодиагностика, зависит от плотности тканей. Так, костная ткань обладает наибольшей плотностью, а значит, и поглощающей способностью, поэтому при рентгенологическом исследовании даёт затемнение высокой интенсивности. Паренхиматозные органы также выглядят в виде затемнения, но они в 2 раза меньше задерживают рентгеновские лучи, и затемнение имеет среднюю интенсивность. Воздух не задерживает лучи и создаёт просветление, как, например, лёгочная ткань, которая представлена альвеолами, заполненными воздухом.

• Флюоресцирующее свойство - способность вызывать свечение некоторых химических веществ. Именно благодаря этому свойству Рентген открыл Х-лучи. На этом свойстве основан метод рентгеноскопии - получение теневого изображения на рентгеновском экране, представленном куском картона, покрытым химическим составом. Рентгеновские лучи, возникнув в рентгеновской трубке и пройдя через тело человека, попадают на экран и вызывают его свечение.

• Фотохимическое свойство - способность вызывать почернение плёнки благодаря разложению галоидных соединений серебра, составляющих основу фотослоя. Данное свойство позволило использовать рентгеновские лучи длярентгенографии. При этом лучи, выходя из рентгеновской трубки и проходя через тело человека, вызывают образование теневого изображения на рентгеновской плёнке.

• Ионизирующее свойство заключается в том, что под действием рентгеновских лучей в любой среде, через которую они проходят, образуются ионы, по количеству которых судят о дозе излучения. На этом свойстве основан метод дозиметрии - измерение дозы с помощью различных видов специальных приборов - дозиметров. Дозиметрию осуществляют специальные ведомственные службы.

• Биологическое или повреждающее действие на организм человека ионизирующих излучений вызывает необходимость защиты от него как персонала рентгеновских кабинетов, так и пациентов при осуществлении методов рентгенодиагностики. В то же время это свойство используют в лучевой терапии для лечения как опухолевых, так и неопухолевых заболеваний.

9 Преимущества рентгеноскопии и недостатки рентгенографии заключаются в следующем.

• Рентгеноскопия предоставляет возможность изучения функционального состояния различных органов (сердечных сокращений, дыхательных движений рёбер, диафрагмы, изменения лёгочного рисунка и патологических теней при дыхании, перистальтических волн и сроков эвакуации бария сульфата по пищеводу, желудку и кишечнику). При рентгенографии вышеописанное невозможно, так как фиксируется только один из моментов состояния организма.

• Рентгеноскопия предоставляет возможность получения объём- ного изображения за счёт полипозиционного исследования, т.е. больного изучают в вертикальном и горизонтальном положениях с различными поворотами вокруг оси. Рентгенография предоставляет суммарное изображение, так как осуществляется в основном в двух проекциях (прямой и боковой).

• В процессе рентгеноскопии осуществим контроль выполнения инвазивных рентгенологических процедур, например катетеризации сердца и сосудов, что невозможно при рентгенографии.

• Использование УРИ при рентгеноскопии уменьшает время проведения исследования, что имеет значение при диагностике неотложных состояний (например, при кишечной непроходимости и др.). Для проведения рентгенографии необходимо больше времени для укладки больного и фотолабораторного процесса.

• Появление в последние годы цифровых рентгеновских аппаратов позволяет переносить изображение с рентгеновского экрана на экран компьютера, трансформировать его, передавать на расстояние (создается не субъективное, как раньше, а объективное впечатление об исследовании), фиксировать на диске и хранить в памяти.

8К преимуществам рентгенографии и недостаткам рентгеноскопии (до использования цифрового рентгеновского аппарата) относились следующие.

• Возможность визуализации при рентгенографии большего количества деталей, в том числе очень мелких - до 50-100 мкм (детали лёгочного рисунка, костной структуры и др.). Это было связано не столько с разрешающей способностью метода, сколько с неограниченным временем анализа рентгенограммы, в отличие от рентгеноскопии, где время исследования строго регламентировано, чтобы не превысить лучевую нагрузку (например, исследование лёгких - 5 мин, желудка - 10 мин, толстой кишки - 20 мин). Цифровой метод даёт возможность записать процесс рентгеноскопии на диск, многократно просматривать исследование на экране компьютера.

• Лучевая нагрузка при рентгенографии ниже, чем при рентгеноскопии, за счёт более короткой экспозиции (1-3 с, а не 5-20 мин, как при рентгеноскопии).

• Рентгенография предоставляет возможность создания архива с хранением рентгенограмм. Изображение же, полученное при рентгеноскопии, хранилось только в памяти врача, а это недолговечно. В последние годы с появлением цифровой рентгеноскопии этот недостаток исключён. Новый метод позволяет сохранять изображение на магнитных носителях, что создаёт удобство хранения, создание оперативного доступа к архиву и передачи изображения на расстояние как внутри больницы (в аудиторию, учебные комнаты и т.д.), так и за её пределы, например в другое лечебное учреждение этого или другого города и страны.

• Рентгенография - объективный метод диагностики благодаря возможности коллегиального обсуждения рентгенограмм, в то время как рентгеноскопия раньше была субъективным методом диагностики, однако использование цифрового метода исключило и этот недостаток.

• Многократная рентгенография позволяет наблюдать за патологическим процессом в динамике, проводить контроль лечения благодаря меньшей лучевой нагрузке по сравнению с рентгеноскопией.

5Высококонтрастныевещества (рентгенопозитивные) - препараты, контрастность которых выше мягких тканей, поэтому они выглядят в виде симптома интенсивного затемнения (рис. 1.6 а).

- Бария сульфат (ВаSО₄) - применяют в виде самостоятельного препарата или в составе Бар-ВИПС ♠ , выпускают в виде белого порошка, расфасованного в пакетиках, продают в аптеках. Используют при исследовании пищевода, желудка и кишечника в виде водной взвеси. Для того чтобы БаSО₄ лучше прилипал к слизистой оболочке, в него добавляют танин (при контрастной клизме), цитрат натрия, сорбит или белок яйца (при рентгеноскопии желудка), а для увеличения вязкости - желатин или целлюлозу (при исследовании желудка), Бар-ВИПС * в своём составе уже содержит вышеперечисленные ингредиенты.

• Йодсодержащие неионные растворы в ампулах используют при контрастировании сосудов, полостей сердца, а также мочевыводящей системы: натрия амидотризоат, (урографин ♠ , тразограф ♠ , триомбраст ♠ и др.) и жёлчных путей (йопаноевая кислота p ).

• Йодсодержащие ионные препараты - менее токсичные (мономеры - йогексол, йопромид или димеры - йодиксанол, йоталамовая кислота).

- Йодированные масла представлены эмульсией йодистых соединений в растительных маслах (персиковом, маковом), например липиодол ультра-флюид ♠ , который используют при исследовании бронхов, лимфатических сосудов, полости матки, свищевых ходов.

• Низкоконтрастные(рентгенонегативные) препараты входят в группу препаратов, контрастность которых ниже контрастности мягких тканей - это газы (динитроген оксид, углекислый газ, воздух), поэтому рентгенологически они выглядят в виде просветления (рис. 1.6 б). При введении в кровь применяют углекислый газ, в полости тела и клетчаточные пространства - динитроген оксид, а в ЖКТ - воздух.

. 20Флюорографию (рис. 1.7) проводят с целью профилактического исследования органов грудной полости 1 раз в год всем жителям планеты с 15-летнего возраста, а также в группах повышенного риска. Именно этот метод способствует выявлению ранних изменений лёгких при различных заболеваниях (туберкулёзе, кистах, опухолях и др.).

Сущность флюорографии заключается в фотографировании рентгеновского изображения с экрана. При этом изображение получают на фотоплёнке небольшого формата (110x110 мм, 100x100 мм, 70x70 мм), меньше, чем размеры рентгенограмм. Таким образом, меньше денежных затрат идёт на плёнку и её обработку, выше пропускная способность флюорографического кабинета.

Изображение на фотоплёнку поступает может поступать:

- с флюоресцирующего экрана специального рентгеновского аппарата (флюорографа) на рулонную плёнку. Используют при флюорографии лёгких;

- экрана электронно-оптического усилителя рентгеновского изображения (УРИ-флюорография) при проведении рентгенологического исследования пищевода, желудка и кишечника;

- монитора цифрового флюорографа. При этом проводят цифровую обработку изображения с помощью компьютера. Полученную картину печатают на принтере на специальной плёнке или на обычной писчей бумаге и выдают на руки пациенту. Вместе с рентгеновским изображением на бумаге печатают заключение по исследованию. Это наиболее дешёвый способ получения фотокадра с пониженной в 20 раз лучевой нагрузкой на пациента.

18Бронхография - метод искусственного контрастирования бронхов. Относится к инвазивным методам из-за глубокого проникновения по трахеобронхиальной системе.

Показания к бронхографии:

- внутрибронхиальные опухоли доброкачественного и злокачественного характера;

- бронхоплевральные и внутренние бронхиальные свищи. Техника проведения бронхографии: в условиях рентгеновского кабинета контрастное вещество (масляное или любое водорастворимое) вводят с помощью специальных катетеров через нос в дыхательные пути после предварительной местной анестезии (1% раствор тетракаина или лидокаина) или в процессе бронхоскопии. Контрастирование проводят под контролем рентгеноскопии, заполняя сначала одну половину бронхиального дерева, а потом, откачав из него контраст, вводят катетер или бронхоскоп, а через них и препарат, в другую половину бронхиального дерева, делая серию рентгенограмм в прямых и боковых проекциях. По бронхограммам оценивают расположение, диаметр и контуры бронхов, а также бифуркационный угол, который в норме составляет 70°.

11Ангиография заключается в искусственном контрастировании сосудов.

Ангиография- инвазивный метод за счёт глубокого проникновения по естественным путям, т.е. по сосудам. При этом возможны осложнения (кровотечение, инфекция и т.д.) и имеется значительная лучевая нагрузка.

Ангиографию проводят в условиях специальной операционной (ангиографический кабинет). Ангиографию назначают только в тех случаях, когда неинвазивные методы оказались недостаточно информативными.

Показания к применению ангиографии: подозрение на поражение сосудов (изменение их хода, расширение, сужение, закупорка) в результате различных заболеваний (воспалительных, дистрофических, опухолевых, аномалий развития).

Противопоказания к проведению ангиографии: тяжёлое общее состояние, сердечная, почечная и печёночная недостаточность, непереносимость йодсодержащих препаратов.

Одним из видов электромагнитного излучения являются рентгеновские лучи. Благодаря высокой проникающей способности эти лучи нашли широкое применение в медицине и других областях народного хозяйства. Поговорим кратко об основных свойствах рентгеновских лучей.

Открытие рентгеновских лучей

В середине XIX в. были открыты катодные лучи, которые вызывали свечение многих веществ. Изучением свойств и физики катодных лучей занялись многие исследователи. Катодные лучи легко засвечивали фотоматериалы, поэтому в исследованиях часто использовались фотопластинки.

В одном из таких исследований немецкий физик В. Рентген обнаружил, что если фотопластинка находится рядом с катодной трубкой, ее засвечивание происходит, даже если она не была освещена и не попадала под действие катодных лучей.

Рис. 1. В. Рентген.

Вскоре стало ясно, что катодная трубка при работе испускает не только катодные лучи, но и другое невидимое излучение, обладающее свойствами, отличающимися от свойств катодных лучей. В частности, выяснилось, что это излучение вызывает свечение бумажных экранов, пропитанных веществом, реагирующим на УФ-излучение (тетрацианоплатинатом бария, химическая формула $Ba[Pt(CN)_4]$).

Свойства рентгеновских лучей

Поскольку X-лучи вызывали свечение экранов, чувствительных к УФ-излучению, предположили, что природа этих лучей близка к природе ультрафиолета. Однако сразу была открыта гораздо большая проникающая способность X-лучей. Если ультрафиолетовые лучи полностью задерживались достаточно тонким слоем многих веществ, то X-лучи глубоко проникали в большинство сред.

Было выявлено, что рентгеновские лучи представляют собой электромагнитное излучение с еще более короткой длиной волны, чем у УФ-излучение. Диапазон частот X-лучей лежал в пределах $10^$ Гц — $10^$ Гц. Кратко говоря, X-лучи испускаются в соответствии с законами электродинамики в результате резкого торможения электронов катодных лучей в веществе. При этом спектр излучения получается непрерывным.

Позже были открыты и линейчатые рентгеновские спектры, которые возникают при переходах электронов между энергетическими уровнями в атомах. Кроме того, при распространении в веществе рентгеновские лучи способны к ионизации: электроны внешних оболочек получают энергию, достаточную, чтобы покинуть атом, образуя в веществе заряженные ионы.

Самым замечательным свойством Х-лучей оказалось то, что при проникновении сквозь вещество они ослаблялись пропорционально плотности этого вещества. И особенно заметна эта зависимость была, если плотность вещества была близка к плотности воды.

Поскольку биологическая ткань имеет как раз такую плотность, то если она располагалась на пути X-лучей, на экране отчетливо были видны все ее неоднородности — кости, сухожилия, внутренние полости. Появилась возможность медицинских исследований внутренних органов человека без хирургического вмешательства. Это и обусловило широчайшее применение X-лучей в медицине и лучевой диагностике.

Рис. 2. Медицинский рентгеновский аппарат.

Не менее важным свойством рентгеновских лучей, нашедшим применение в рентгеноструктурном анализе, явилась дифракция рентгеновского излучения на атомах вещества. По дифракционной картине излучения, прошедшего сквозь кристалл, можно исследовать пространственную структуру молекул и даже отдельных атомов.

Именно рентгеноструктурный анализ позволил установить строение сложных органических молекул — белков и ДНК.

Еще одна сфера использования рентгеновских лучей — дефектоскопия. За счет малой длины волны становится возможным находить самые мелкие неоднородности и разрушения в веществе, предотвращая серьезные разрушения и аварии.

Рис. 3. Рентгеноструктурный анализ.

Что мы узнали?

Рентгеновские лучи — это электромагнитное излучение малой длины волны. Оно обладает большой проникающей способностью, а также способно ионизировать вещество. Проникающая способность и малая длина волны определяют сферу применения рентгеновских лучей — медицина, дефектоскопия, рентгеноструктурный анализ.

Рентгеновское излучение — это излучение с частотами в диапазоне от 3 • 10 16 до 3 • 10 20 Гц.

Открытие рентгеновских лучей

Рентгеновские лучи были открыты в 1895 г. немецким физиком Вильгельмом Рентгеном.

В конце XIX в. всеобщее внимание физиков привлек газовый разряд при малом давлении.
При этих условиях в газоразрядной трубке создавались потоки очень быстрых электронов.
В то время их называли катодными лучами.
Природа таких лучей еще не была с достоверностью установлена.
Известно было лишь, что они берут начало на катоде трубки.

Занявшись исследованием катодных лучей, Рентген скоро заметил, что фотопластинка вблизи разрядной трубки оказывалась засвеченной даже в том случае, когда она была завернута в черную бумагу.
После этого ему удалось наблюдать еще одно очень поразившее его явление.
Бумажный экран, смоченный раствором платиносинеродистого бария, начинал светиться, если им обертывалась разрядная трубка.
Причем когда Рентген держал руку между трубкой и экраном, то на экране были видны темные тени костей на фоне более светлых очертаний всей кисти руки.

Рентген обнаружил, что новое излучение появлялось в том месте, где катодные лучи (потоки быстрых электронов) сталкивались со стеклянной стенкой трубки.
В этом месте стекло светилось зеленоватым светом.

Последующие опыты показали, что Х-лучи возникают при торможении быстрых электронов любым препятствием, в частности металлическими электродами.

Свойства рентгеновских лучей

Лучи, открытые Рентгеном, действовали на фотопластинку, вызывали ионизацию воздуха, но заметным образом не отражались от каких-либо веществ и не испытывали преломления.
Электромагнитное поле не оказывало никакого влияния на направление их распространения.

Сразу же возникло предположение, что рентгеновские лучи — это электромагнитные волны, которые излучаются при резком торможении электронов.
Большая проникающая способность рентгеновских лучей и прочие их особенности связывались с малой длиной волны.
Но эта гипотеза нуждалась в доказательствах, и доказательства были получены спустя 15 лет после смерти Рентгена.

Дифракция рентгеновских лучей

Если рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны, то оно должно обнаруживать дифракцию — явление, присущее всем видам волн.
Сначала пропускали рентгеновские лучи через очень узкие щели в свинцовых пластинках, но ничего похожего на дифракцию обнаружить не удавалось.

Немецкий физик Макс Лауэ предположил, что длина волны рентгеновских лучей слишком мала, для того чтобы можно было обнаружить дифракцию этих волн на искусственно созданных препятствиях.
Ведь нельзя сделать щели размером 10 -8 см, поскольку таковы размеры самих атомов.
А что, если рентгеновские лучи имеют примерно такую же длину волны?
Тогда остается единственная возможность — использовать кристаллы.
Они представляют собой упорядоченные структуры, где расстояния между отдельными атомами по порядку величины равны размерам самих атомов, т. е. 10 -8 см.
Кристалл с его периодической структурой и есть то естественное устройство, которое неизбежно должно вызвать заметную дифракцию волн, если их длина волны близка к размерам атомов.

И вот узкий пучок рентгеновских лучей был направлен на кристалл, за которым располагалась фотопластинка.
Результат полностью согласовался с самыми оптимистическими ожиданиями!
Наряду с большим центральным пятном, которое давали лучи, распространяющиеся по прямой, возникли регулярно расположенные небольшие пятнышки вокруг центрального пятна.
Появление этих пятнышек можно было объяснить только дифракцией рентгеновских лучей на упорядоченной структуре кристалла.

Исследование дифракционной картины позволило определить длину волны рентгеновских лучей.
Она оказалась меньше длины волны ультрафиолетового излучения и по порядку величины была равна размерам атома.

Применение рентгеновских лучей

Рентгеновские лучи широко используют на практике.
В медицине они применяются для постановки правильного диагноза заболевания, а также для лечения раковых заболеваний.

Поглощение рентгеновских лучей пропорционально плотности вещества.
Поэтому с помощью рентгеновских лучей можно получать фотографии внутренних органов человека.

Весьма обширны применения рентгеновских лучей в научных исследованиях.
По дифракционной картине, даваемой рентгеновскими лучами при их прохождении сквозь кристаллы, удается установить порядок расположения атомов в пространстве — структуру кристаллов.
Сделать это для неорганических кристаллических веществ оказалось не очень сложным.
Но с помощью рентгеноструктурного анализа можно расшифровать также строение сложнейших органических соединений, в том числе белков.
В частности, была определена структура молекулы гемоглобина, содержащей десятки тысяч атомов.

Из других применений рентгеновских лучей отметим еще рентгеновскую дефектоскопию — метод обнаружения раковин в отливках, трещин в рельсах, проверки качества сварных швов и т. д.
Рентгеновская дефектоскопия основана на изменении поглощения рентгеновских лучей в изделии при наличии в нем полостей или инородных включений.

Устройство рентгеновской трубки

В настоящее время для получения рентгеновских лучей разработаны весьма совершенные устройства, называемые рентгеновскими трубками.

Упрощенная схема электронной рентгеновской трубки:

Катод 1 представляет собой вольфрамовую спираль, испускающую электроны за счет термоэлектронной эмиссии.
Цилиндр 3 фокусирует поток электронов, которые затем соударяются с металлическим электродом (анодом) 2.
При этом появляются рентгеновские лучи.
Напряжение между анодом и катодом достигает нескольких десятков киловольт.
В трубке создается глубокий вакуум; давление газа в ней не превышает 10 -5 мм рт. ст.

В мощных рентгеновских трубках анод охлаждается проточной водой, так как при торможении электронов выделяется большое количество теплоты.
В полезное излучение превращается лишь около 3% энергии электронов.

Гамма-лучи

По своим свойствам γ-лучи очень сильно напоминают рентгеновские, но только их проникающая способность гораздо больше, чем γ рентгеновских лучей.
Это наводило на мысль, что γ-лучи представляют собой электромагнитные волны.
Все сомнения в этом отпали после того, как была обнаружена дифракция γ-лучей на кристаллах и измерена их длина волны.
Она оказалась очень малой — от 10 -8 до 10 -11 см.

На шкале электромагнитных волн γ-лучи следуют непосредственно за рентгеновскими.
Скорость распространения γ-лучей такая же, как у всех электромагнитных волн, — около 300 000 км/с.

Излучение и спектры. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика

Рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны (поток квантов, фотонов), энергия которых расположе- на на энергетической шкале между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением (рис. 2-1). Фотоны рентгеновского излучения имеют энергию от 100 эВ до 250 кэВ, что соответствует излучению с частотой от 3?10 16 Гц до 6?10 19 Гц и длиной волны 0,005-10 нм. Электромагнитные спектры рентгеновского излучения и гаммаизлучения в значительной степени перекрываются между собой.

Рис. 2-1.Шкала электромагнитных излучений

Основным отличием этих двух видов излучения является способ их возникновения. Рентгеновские лучи получаются при участии электронов (например, при торможении их потока), а гамма-лучи - при радиоактивном распаде ядер некоторых элементов.

Рентгеновские лучи могут генерироваться при торможении ускоренного потока заряженных частиц (так называемое тормозное излучение) или же при возникновении высокоэнергетичных переходов в электронных оболочках атомов (характеристическое излучение). В медицинских приборах для генерации рентгеновских лучей используются рентгеновские трубки (рис. 2-2). Их основными компонентами являются катод и массивный анод. Электроны, испускаемые вследствие разности электрических потенциалов между анодом и катодом, ускоряются, достигают анода, при столкновении с материалом которого тормозятся. Вследствие этого возникает тормозное рентгеновское излучение. Во время столкновения электронов с анодом происходит и второй процесс - выбиваются электроны из электронных оболочек атомов анода. Их места занимают электроны из других оболочек атома. В ходе этого процесса генерируется второй тип рентгеновского излучения - так называемое характеристическое рентгеновское излучение, спектр которого в значительной мере зависит от материала анода. Аноды чаще всего изготавливают из молибдена или вольфрама. Существуют специальные устройства для фокусировки и фильтрации рентгеновского излучения с целью улучшения получаемых изображений.

Рис. 2-2.Схема устройства рентгеновской трубки:

1 - анод; 2 - катод; 3 - напряжение, подаваемое на трубку; 4 - рентгеновское излучение

Свойствами рентгеновских лучей, обусловливающими их использование в медицине, являются проникающая способность, флюоресцирующее и фотохимическое действия. Проникающая способность рентгеновских лучей и их поглощение тканями человеческого тела и искусственными материалами являются важнейшими свойствами, которые обусловливают их применение в лучевой диагностике. Чем короче длина волны, тем большей проникающей способностью обладает рентгеновское излучение.

При взаимодействии проникающего через вещество рентгеновского излучения в нем происходят качественные и количественные изменения. Степень поглощения рентгеновских лучей тканями различна и определяется показателями плотности и атомного веса элементов, составляющих объект. Чем выше плотность и атомный вес вещества, из которого состоит исследуемый объект (орган), тем больше поглощаются рентгеновские лучи. В человеческом теле имеются ткани и органы разной плотности (легкие, кости, мягкие ткани и т.д.), это объясняет различное поглощение рентгеновских лучей. На искусственной или естественной разности в поглощении рентгеновских лучей различными органами и тканями и основана визуализация внутренних органов и структур.

Для регистрации прошедшего через тело излучения используется его способность вызывать флюоресценцию некоторых соединений и оказывать фотохимическое действие на пленку. С этой целью исполь- зуются специальные экраны для рентгеноскопии и фотопленки для рентгенографии. В современных рентгеновских аппаратах для регистрации ослабленного излучения применяют специальные системы цифровых электронных детекторов - цифровые электронные панели. В этом случае рентгеновские методы называют цифровыми.

Из-за биологического действия рентгеновских лучей необходимо прибегать к защите пациентов при исследовании. Это достигается

максимально коротким временем облучения, заменой рентгеноскопии на рентгенографию, строго обоснованным применением ионизирующих методов, защитой с помощью экранирования пациента и персонала от воздействия излучения.

Рис. 2-1.Шкала электромагнитных излучений

Рис. 2-2.Схема устройства рентгеновской трубки:

1 - анод; 2 - катод; 3 - напряжение, подаваемое на трубку; 4 - рентгеновское излучение

Читайте также: