Применение рентгеновского излучения в медицине

Некогерентное рассеяние (эффект Комптона).

Это явление наблюдается, если на атом падает фотон, энергия которого значи-тельно больше энергии ионизации (работы выхода) . Фотон может столкнуться с электроном атома, находящемся на внешнем уровне, где электрон менее связан с ядром, чем на внутренних уровнях. При этом электрон (электрон отдачи) отрывается от атома, а фотон, энергия которого уменьшится, изменяет свое направление. Энергия фотона может оказаться такой большой, что фотон выбьет электрон с внутреннего уровня.

Мы рассмотрели первичные процессы, но все эти три

процесса могут вызывать вторичные,

третичные и т.д. процессы. Например, пусть произошел не внешний, а внутренний фотоэффект, т.е.фотон

рентгеновского излучения выбил электрон из внутренней оболочки. На этой оболочке образуется вакансия, на которую перейдет электрон с внешней оболочки. При таком переходе излучается фотон рентгеновского диапазона! Электроны отдачи обладают высокой кинетической энергией и могут взаимодействовать с соседними атомами, вызывая какие-либо другие явления, рассмотренные нами. И, прежде чем энергия фотона перейдет в энергии. Теплового движения атома, т.е. прежде чем фотон полностью отдаст свою энергию, может произойти несколько десятков процессов.

При прохождении рентгеновского излучения через вещество оно ослабляется в соответствии с законом Бугера

,

где - глубина проникновения в вещество; Коэффициент ослабления. В общем случае коэффициент ослабления учитывает все три рассмотренных процесса

.

В лечебных целях рентгеновское излучение применяется в онкологии, т.к. наиболее чувствительны к рентгеновскому излучению быстроразмножающиеся клетки, т.е. злокачественные опухоли.

Наиболее распространенным применением рентгеновского излучения является применение для диагностических целей – просвечивание рентгеновскими лучами с диагностической целью.

Для рентгенодиагностики используют фотоны с энергией , т.е. очень узкий диапазон длин волн . Поглощение рентгеновского излучения в этой области описывается как

,

где связан в основном с фотоэффектом. коэффи-циент пропорциональности.

Мягкие ткани организма состоят из достаточно легких ато-мов . А минеральное вещество костей содержит элементы со значительными порядковыми номерами , поглощающая способность которых значительна. Поэтому отно-сительно мягкое излучение кость поглощает примерно в 10 раз сильнее, чем мягкие ткани, а жесткое излучение кость поглощает только в 23 раза сильнее.

Если на пути рентгеновского излучения поместить какое-либо тело, а за ним экран, то тело, поглощая излучение, образует на экране тень. Наблюдая образующееся теневое изображение тела, можно судить о форме органа. А по контрастности тени и об относительной плотности тела. Т.к. разные органы и ткани поглощают рентгеновское излучение по-разному, то и картину на экране мы будем иметь для каждого органа своеобразную и по ней судить о нормальности и патологическом состоянии органа.

В рентгенодиагностике используют три метода: рентгено-скопию (просвечивание), рентгенография (фотографирование) и рентгеновскую томографию.

При рентгеноскопии теневое изображение получается на экране: наиболее плотные, сильно поглощающие органы (сердце, наполненные кровью сосуды, кости) видны темными, а мало поглощающие органы – светлыми.

При рентгенографии теневое изображение получается на снимке, на котором мало поглощающие органы получаются темными, а сильно поглощающие – светлыми. Иэображение получается четким. Можно сделать рентгенодиагностические исследования органов, которые не даюттеневого изображения.Для этого их наполняют контрастной массой , хорошо поглощающей рентгеновское излучение.

Рентгеновская томография является достаточно новым методом и позволяет послойно исследовать орган. Она заключается в том, что рентгеновская трубка и фотопленка перемещаются в противофазах. При исследовании какого-либо органа в нем выбирается одна какая-то точка (точка качания) Эту точку фотографируют с разных позиций. И тогда те органы, которые затемняли изучаемую точку при рентгенографии, становятся общим фоном, на котором выделяется исследуемая точка. При исследовании какого-либо органа, изменяя положение точки качания, т.е. последовательно исследуя одну точку органа за другой, послойно, можно получить послойное изображение исследуемого органа. Такая последовательная запись органа называется томографией.

Можно вместо фотопленки использовать экран из полупроводниковых детекторов ионизирующего излучения. Детекторы преобразуют рентгеновское излучение в электрический сигнал, который можно подать на компьютер или записать на бумаге самописца. За эту разработку авторы Хаунсфилд и Мак-Корман получили Нобелевскую премию.

Лекция 16