Физические основы радионуклидной диагностики

Излучение, открытое, Беккерелем, сначала называли беккерелевыми лучами (по аналогии с рентгеновскими). Однако оказалось, что новое излучение не является однородным, а складывается из трех составляющих, которые стали именоваться по первым буквам греческого алфавита - α-, β- и γ-излучения.Единицей активности радионуклида в системе СИ является беккерель (Бк). 1 Бк равен 1 ядерному превращению за 1 секунду. В практической медицине чаще используют внесистемную единицу кюри (Ки): радиоактивность вещества равна 1 Ки, если в нём каждую секунду происходит 3,7×1010 радиоактивных распадов.Эквивалентная доза излучения - произведение поглощенной дозы излучения на коэффициент качества излучения, учитывающий неблагоприятные биологические последствия облучения в малых дозах. Единицей эквивалентной дозы излучения является зиверт.

Коэффициент качества — в радиобиологии усредненный коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ). Характеризует опасность данного вида излучения (по сравнению с γ-излучением). Чем коэффициент больше, тем опаснее данное излучение.

43. Ионизирующим излучением называется любое излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию ионов разных знаков. Непосредственно ионизирующее излучение представляет собой поток заряженных частиц, кинетическая энергия которых достаточна для ионизации при столкновении с атомами вещества. Косвенно ионизирующее излучение представляет собой поток незаряженных частиц (нейтронов, фотонов), которые могут создавать непосредственно ионизирующее излучение и (или) вызывать ядерные превращения при взаимодействии со средой.Ионизирующее излучение, представляющее собой частицы с ненулевой массой покоя, называют корпускулярным.

Взаимодействие с веществом a – излучения- a-частицы сильно взаимодействуют с различными веществами, т. е. легко поглощаются ими. Тонкий лист бумаги или слой воздуха толщиной несколько сантиметров достаточны для того, чтобы полностью поглотить a-частицы. При прохождении через вещество a-частицы почти полностью отдают свою энергию в результате электростатического взаимодействия с электронами оболочек атомов.

Взаимодействие с веществом b- излучения b-частицы - это электроны (или позитроны), испускаемые ядрами радионуклидов при b-распаде.b-частицы обладают сплошным энергетическим спектром.Вероятность взаимодействия b-частиц с веществом меньше, чем для a-частиц, так как b-частицы имеют в два раза меньший заряд и приблизительно в 7300 раз меньшую массу.Повреждения, вызванные свободными радикалами, быстро увеличиваются по принципу цепной реакции. Попадая в клетки, они нарушают баланс кальция и кодирование генетической информации. Такие явления могут привести к сбоям в синтезе белков, что является жизненно важной функцией всего организма, т.к. неполноценные белки нарушают работу иммунной системы.

50. Идеальный колебательный контур

Колебательный контур - представляет собой электрическую цепь, содержащую соединённые катушку индуктивности и конденсатор. В такой цепи могут возбуждаться колебания тока (и напряжения).

Колебательный контур — простейшая система, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания.

ИКК – если активность равна нулю (нет потерь энергии)

Резонансная частота контура определяется так называемой формулой Томсона:

    

 

 

Между пластинками находится диэлектрик, между пластинками конденсатора возникает эл-кое поле, если Е=0. Если есть провода заряд начинает двигаться, по катушке дв-ся ток. Через время равное одну четверть периода (t=1\4T) произошло превращение энергии эл-кого поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки.

Е_м=LI²/2, L-индуктивность

Ток убывает и происходит перезарядка конденсатора, тогда энергия магнитного поля превращается в эл-кое поле. Дважды за период происходит превращение энергии эл/поля в энергию магн/поля и наоборот.

В конденсаторе происходит эл/магн колебания.

Колебательный контур – источник эл/магн колебаний.

Является основой аппарата УВЧ-терапии.

Т=2п*

Идеального контура не существует.

 

Переменное электрическое поле сосредоточено в конденсаторе. Переменное магнитное поле сосредоточено к катушке индуктивности. Следовательно, он не пригоден для получения электромагнитных волн.

Вибратор Герца – открытый колебательный контур. Переменное электрическое поле заполняет окружающее пространство и порождает переменное магнитное поле и т.д.

Существование электромагнитных волн вытекает из уравнений Максвелла. Cреда, в которой распространяются электромагнитные волны,

- однородная и нейтральная, ρ = 0,

- непроводящая, j = 0.

Простейшей системой, излучающей электромагнитные волны, является небольшой по размерам электрический диполь, дипольный момент p (t) которого быстро изменяется во времени.

Такой элементарный диполь называют диполем Герца. В радиотехнике диполь Герца эквивалентен небольшой антенне, размер которой много меньше длины волны λ (рис. 2.6.4).

Рисунок 2.6.4. Элементарный диполь, совершающий гармонические колебания

 

 

51. (Почитать)1. Существуют электромагнитные волны, то есть распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны – векторы и перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны (рис. 2.6.3).

Рисунок 2.6.3. Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна. Векторы , и взаимно перпендикулярны

2. Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью

Скорость c распространения электромагнитных волн в вакууме является одной из фундаментальных физических постоянных.

Вывод Максвелла о конечной скорости распространения электромагнитных волн находился в противоречии с принятой в то время теорией дальнодействия, в которой скорость распространения электрического и магнитного полей принималась бесконечно большой. Поэтому теорию Максвелла называют теорией близкодействия.

3. В электромагнитной волне происходят взаимные превращения электрического и магнитного полей. Эти процессы идут одновременно, и электрическое и магнитное поля выступают как равноправные «партнеры». Поэтому объемные плотности электрической и магнитной энергии равны друг другу: w _э = w _м.

4. Электромагнитные волны переносят энергию

5. Из теории Максвелла следует, что электромагнитные волны должны оказывать давление на поглощающее или отражающее тело. Давление электромагнитного излучения объясняется тем, что под действием электрического поля волны в веществе возникают слабые токи, то есть упорядоченное движение заряженных частиц. На эти токи действует сила Ампера со стороны магнитного поля волны, направленная в толщу вещества. Эта сила и создает результирующее давление. Обычно давление электромагнитного излучения ничтожно мало

7. Электромагнитные волны могут возбуждаться только ускоренно движущимися зарядами. Цепи постоянного тока, в которых носители заряда движутся с неизменной скоростью, не являются источником электромагнитных волн. В современной радиотехнике излучение электромагнитных волн производится с помощью антенн различных конструкций, в которых возбуждаются быстропеременные токи.

 

Скорость: v=c\

Э/м поле – это совокупность двух переменных эл-кого и магн. поле, образующих друг друга.

Э/м волна – это процесс распр-я э/м поля в пространстве.

Ур-е э/м волн:

Е=Е₀sin wt

B=B₀sin wt

E_A=E₀sin w(t-x\v)

B_A=B₀sin w(t-x\v)

 

Вектор Умова-Пойтинга:

Вектор Пойнтинга (также вектор Умова — Пойнтинга) — вектор плотности потока энергии электромагнитного поля, одна из компонент импульса электромагнитного поля.

 

 

 

Интенсивность волны(I) – это энергия проносимая волной в единицу времени через единицу площади, перпендикулярно направлению распределения.

I=W\St=wV\tS=wlS\tS=wV: Вт/м^2.

 

52. Генератор незатухающих колебаний

Аппарат УВЧ-66.

Блоки: Генератор незатух. колебаний, терапевтический контур(автоколебательная система), блок питания(батарея).

В пространстве между электродами возникает электрическое поле меняющейся полярности – переменное эл-кое поле ВЧ.

Так как в самом генераторе кроме высокочастотных колебаний действует также относительно высокое напряжение, то для того чтобы больной больной не смог подвергнуться дейчтвию этого напряжения, электроды, с которыми больной соприкасается, включаются в отдельный колебательный контур (терапевтический), индуктивно связанный с контуром генератора. В связи с тем, что в терапевтический контур включаются объекты, объекты различные эл-кие параметры, этот контур должен подстраиваться в резонанс при каждой процедуре. Для это конденсатор имеет переменную емкость.

Вся схема смонтирована в в металлическом корпусе.

Терапевтический контур: Конденсаторные пластины,провода и сам пациент. Настраивается в резонанс для получения макс. мощности. Контроль резонанса по макс. свечению неоновой лампочки или стрелке прибора, резонанс может поддерживаться автоматически(на каких- то аппаратах).

53. Процессы от переменного поля: тепловой и нетепловой эффект. Возбуждение волокон периферических нервов и ритмические сокращения миофибрилл скелетной мускулатуры, гладких мышц сосудов и внутренних органов. Купирование болевого синдрома

УВЧ терапия — Для проведения лечебной процедуры участок тела, на который оказывается воздействие, помещается между двумя электродами, которые являются выносными пластинами конденсатора, входящего в электрическую схему аппарата УВЧ. На эти пластины подается генерируемое переменное напряжение, и между ними возникает переменное электрическое поле, оказывающее лечебное воздействие.

(Почитать)

(График)

 

 

 

 

54. Процессы от постоянного тока. В проводящих тканях возникают слабые токи, изменяющие функциональные свойства проводящих нервных путей и существенно ограничивающие поток афферентной импульсации в вышележащие отделы центральной нервной системы, что приводит к усилению тормозных процессов в коре и подкорковых центрах. В результате у больного снижается артериальное давление, урежается частота дыхания и увеличивается его глубина, уменьшается утомляемость и повышается работоспособность.

Гальванизация – применение с лечебно-профилактическими целями постоянного непрерывного электрического тока невысокого напряжения и небольшой силы, называемого гальваническим. Метод и вид тока получили название по имени итальянского физиолога Луиджи Гальвани.

Гальванизация оказывает обезболивающий эффект, противовоспалительное действие. седативный (на аноде), сосудорасширяющий, миорелаксирующий и секреторный (на катоде) эффекты.

При проведении гальванизации в подлежащих тканях улучшается регионарное кровообращение и повышается содержание биологически активных веществ.

Схема аппарата: Трансформатор-выпрямитель(преобразует ток в постоянный)-сглаживающий фильтр(2конденсата, катушка; убирает пульсации)-потенциометр-мАмперметр—пациент

Электрофорез - это электрокинетическое явление перемещения в жидкой или газообразной среде под действием внешнего электрического поля.

Лечебное вещество наносится на прокладки электродов и под действием электрического поля проникает в организм через кожные покровы (в терапии, неврологии, травматологии и др.) или слизистые оболочки (в стоматологии, ЛОР, гинекологии и др.) и влияет на физиологические и патологические процессы непосредственно в месте введения. Электрический ток также оказывает нервно-рефлекторное и гуморальное действие.

 

55. Процессы от пост тока в импульсн режиме. В проводящих тканях образуются вихревые токи, нагревающие объект. Импульсный ток представляет собой отдельные «порции, толч­ки» тока. Если этот ток постоянный, то и импульсный ток будет иметь одно направление. При прохождении каждого импульса постоянного тока в меж­электродном пространстве (ткани пациента) происходит перемеще­ние внутритканевых, внутриклеточных ионов. Это перемещение ионов более быстрое, чем при воздействии непрерывным постоян­ным током. Более быстрое перемещение ионов ведет к быстрому накоплению их на межклеточных мембранах. Во время паузы ионы удаляются от мембран, а при последующем импульсе вновь быстро направляются к мембранам. Таким образом, при воздействии по­стоянным током в импульсном режиме клетки во время прохожде­ния импульса будут возбуждаться, а во время паузы возвращаться в состояние покоя. Физиологической реакцией на прохождение каждого импульса будет сокращение мышц под электродами.

Электростимуляция – это применение электрического тока с профилактической или лечебной целью для повышения активности и восстановления функции нервно-мышечного аппарата определенных органов и тканей. Кроме того, электростимуляция регулирует активность центральной нервной системы (головного и спинного мозга), восстанавливает тонус мышц и объем мышечной массы, увеличивает сосудистое русло артериальной и венозной крови, питающее нервы и мышцы, а также обладает обезболивающим эффектом.

Иными словами электростимуляция – это использование импульсных токов для восстановительного лечения тканей, органов и систем, особенно нервов и мышц, утративших свою нормальную функцию в результате болезни или травмы.

 

Электродиагно́стика

применение электричества для исследования функционального состояния или возможностей определенных органов и систем. Наиболее широко Э. применяют для исследования двигательных нервов и мышц с целью выявления их поражения. При этом Э. основывается на изменении характера реагирования поперечнополосатой мышцы на действие тетанизирующего и прерывистого гальванического тока.

 

56. Токи средней частоты оказывают слабое возбуждающее действие, поэтому они модулируются низкочастотными токами, которые приближены к биопотенциалу мышц человека и являются физиологическими. у него нет поверхностного эффекта

эти токи проходят через кожный покров легче, с меньшим сопротивлением

ощущения от этих токов не такие неприятные, как от низкочастотных токов

их можно применять с большей интенсивностью.

Местная дарсонвализация – лечебное воздействие на отдельные участки тела больного слабым импульсным переменным током средней частоты и высокого напряжения.

Используют колоколообразные импульсы переменного тока частотой 110 кГц. Не вызывает значительного нагрева ткани, не вызывает значительных ионных сдвигов, не вызывает вышечной сократимости.

Основана на подведении высокого напряжения к коже через вакуумный электрод, в котором воздух разрежен или выкачан. Небольшое напряжение, вызывающее ионизацию воздуха, способствует развитию тихого электрического разряда. Реакция: кратковременный спазм сосудов сменяющийся их расширением, улучшается циркуляция крови, снижаются венозные застои, рассасываются очаги воспаления, улучшается тканевой кровоток в коже, бактерицидное действие, снижается функция сальных и потовых желез.

Контактная методика- электрод водится по коже, дистанционная методика-водится по коже с обр-ем воздушной прослойки.

Аппарат ДЕ-212 КАРАТ – аппарат представляет собой генератор эл-ких колебаний средней частоты, высокого напряжения и малой интенсивности обеспечивающий возникновение тихого электрического разряда. Аппарат обеспечивает возможность регулирования вел-ны напряжении, подаваемый на электрод.

Основные части аппарата: трансформатор писания, электронный блок, комплект газонаполненных электродов.

Преимущество, что аппарат обеспечивает точную дозировку выходной мощностис использованием газонаполненных электродов с размерами пораженной зоны у пациента.

 

 

57. Модель Томсона. Модель атома R=10^-10, предложенная в 1904 году. Положительное ядро, а сверху «изюминки» отрицательные электроны.

Резерфорд Схема опыта Резерфорда по рассеянию α-частиц. K – свинцовый контейнер с радиоактивным веществом, Э – экран, покрытый сернистым цинком, Ф – золотая фольга, M – микроскоп. От радиоактивного источника, заключенного в свинцовый контейнер, α-частицы направлялись на тонкую металлическую фольгу. Рассеянные частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. Сцинтилляции (вспышки) на экране наблюдались глазом с помощью микроскопа.. Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, несомненно явилась крупным шагом вперед в развитии знаний о строении атома. Она была совершенно необходимой для объяснения опытов по рассеянию α-частиц, однако оказалась неспособной объяснить сам факт длительного существования атома, т. е. его устойчивость.

Боровская модель водородоподобного атома, где отрицательно заряженный электрон заключен в атомной оболочке, окружающей малое, положительно заряженное атомное ядро. Переход электрона с орбиты на орбиту сопровождается излучением или поглощением кванта электромагнитной энергии (hν). Постулаты:1. Атом может находиться только в особенных стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых отвечает определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает электромагнитных волн. 2.Излучение и поглощение энергии атомом происходит при скачкообразном переходе из одного стационарного состояния в другое.

58. Ла́зер, опти́ческий ква́нтовый генера́тор — устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую,химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического,поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Виды: Твердотельные лазеры на люминесцирующих твёрдых средах (диэлектрические кристаллы и стёкла); Газовые лазеры — лазеры, активной средой которых является смесь газов и паров. Отличаются высокой мощностью, монохроматичностью, а также узкой направленностью излучения. Химические лазеры — разновидность лазеров, источником энергии для которых служат химические реакции между компонентами рабочей среды (смеси газов). Полупроводниковые лазеры — наиболее употребительный в быту вид лазеров^[24]. Кроме этого применяются в спектроскопии, в системах накачки других лазеров, а также в медицине.