Меню
ГлавнаяСимптомы

Рентгеновское излучение является потоком. Получение рентгеновского излучения

Также как и большинство великих открытий в истории человечества рентгеновские лучи были открыты случайно. В 1895 году немецкий ученый Вильгельм Рентген сделал открытие, пока проводил эксперимент с пучками электронов в газоразрядной трубке. Рентген заметил, что флуоресцирующий экран в его лаборатории начал светиться, в то время как был включен электронный поток. Это было бы вполне обычным явлением, так как флуоресцентный материал должен светиться под действием электромагнитного излучения, если бы не одно но: трубка была отгорожена от экрана плотной черной ширмой. Вильгельм предположил, что это вызвано действием радиации.

Рентген продолжил экспериментировать и помещал различные предметы между экраном и трубкой и экран продолжал светиться. В конце концов, он сунул руку перед трубкой и увидел на экране силуэт костей. Интерес к его изобретению был проявлен незамедлительно. Это открытие – одно из самых значимых достижений в медицине, так как позволило врачам заглянуть внутрь пациента без проведения операции, и даже не прикасаясь к нему.

Рентгеновские лучи имеют много общего с обычным видимым светом. Оба представляют собой поток электромагнитной волнообразной энергии переносимыми частицами, которые называют фотоны. Разница заключается в длине волны.

Фотоны видимого света и фотоны рентгеновских лучей оба являются продуктом перемещения электронов в атомах. Электроны занимают различные энергетические уровни (орбитали) вокруг ядра атома. Когда электрон переходит с высокой орбитали на более низкую, то высвобождается некоторое количество энергии в виде фотонов. Объем энергии высвободившихся фотонов зависит от того на сколько перешел электрон, то есть как глубоко он упал. Если фотон столкнется с другим атомом, то атом может поглотить энергию фотона и перевести свой электрон (электроны) на более высокий уровень, если для этого хватит энергии.

Атомы, которые составляют ткани человеческого организма очень хорошо впитывают фотоны видимого света. Уровня их энергии хватает, чтобы перевести электроны на более высокий уровень. Радиоволнам не хватает энергии для перемещения электронов между орбитами. В то же время, рентгеновские волны проходят сквозь различные вещи по другой причине: у них слишком много энергии. Хотя они могут потерять часть энергии, чтобы не просто перевести, а вообще оторвать электроны от атомов, но все же большая часть лучей проходят материалы насквозь.

У тяжелых атомов, например у свинца, больше шансов поглотить рентгеновские лучи, так как им как раз требуется много энергии, чтобы перевести их электроны на внешние уровни. А у нетяжелых атомов, из которых преимущественно состоят ткани нашего организма, меньше шансов поглотить фотоны, так как у них гораздо меньше расстояние между уровнями и они просто не смогут принять («осилить») большую энергию рентгеновских лучей. Атомы кальция гораздо больше, чем у химических элементов, составляющих остальные ткани, поэтому они поглощают часть энергии и выглядят более светлыми на снимках.

Как уже было сказано выше, наиболее значимое применения рентгеновские лучи нашли в рентгеновском аппарате, устройство которого сильно напоминает опыт, проделанный их открывателем. В основе работы любого рентгеновского аппарата находится источник рентгеновских лучей. Он в свою очередь представляет собой заполненную газом трубку с положительным (катодом) и отрицательным (анодом) электродами. Катод представляет собой нить, а анод – вольфрамовый диск. Когда через нить пропускают электрический ток, то она разогревается, выпуская со своей поверхности электроны. Анод в свою очередь притягивает их сквозь газовую среду, в результате чего образуется очень большая разность потенциалов. Прорвавшиеся сквозь этот большой барьер электроны попадая на анод выбивают электроны вольфрама с верхних энергетических уровней сразу на нижние, в результате чего высвобождается большая доля энергии в виде фотона, который и является составляющей рентгеновского потока.

Трубка, где помещено устройство, со всех сторон окружена свинцовой оболочкой, которая препятствует хаотичному излучению фотонов во все стороны. В оболочке есть единственная щель задающая направление движения рентгеновских лучей. Через некоторое расстояние от трубки помещается камера, улавливающая фотоны, а между камерой и трубкой помещается пациент (его рука, нога и т.п.), которого необходимо обследовать. Таким образом, часть фотонов поглотится костями и плотными тканями, а часть пролетит насквозь мягких тканей и попадут на камеру. Образовавшийся на экране силуэт даст картину внутреннего строения тела.

Не смотря на все положительные стороны рентгеновских лучей, у них есть значительный отрицательный фактор. В первые дни использования рентгеновских аппаратов врачи подвергали пациентов запредельным по длительности и мощности облучениям, что в результате приводило к развитию лучевой болезни у обоих. Это связано с тем, что рентгеновское излучение – это форма ионизирующего радиационного излучения. Под его воздействием часть электронов выбивается с внешних оболочек атомов, что приводит к ионизации материала, который они образуют. Это, в свою очередь, может привести к разрушению клеток мягких тканей, что в последствие может привести к раку, бесплодию, мутациям и другим крайне негативным последствиям.

Однако не стоит, боятся рентгеновского облучения. Современные рентгеновские аппараты используют очень небольшие порции лучей. Если не проводить такое обследование слишком часто, то негативный эффект будет крайне мал. Поэтому в наши дни практически в каждой больнице можно встретить рентген-кабинет, без которого трудно себе представить лечение многих заболеваний и травм.

В 1895 г. немецкий физик В. Рентген обнаружил, что из трубки, в которой создаются катодные лучи, испускаются еще и неизвестные лучи, проникающие через стекло, воздух, а также многие тела , непрозрачные для обычного света. Эти лучи в дальнейшем были названы рентгеновскими.

Сами рентгеновские лучи невидимы, но вызывают свечение многих веществ и сильно действуют на фоточувствительные материалы. Поэтому для их исследования применяют специальные экраны, светящиеся под действием рентгеновских лучей. Благодаря этому свойству они и были обнаружены Рентгеном.

Рентгеновские лучи получаются при торможении быстро летящих электронов. Вокруг летящих электронов существует магнитное поле, поскольку движение электрона представляет собой электрический ток. При резком торможении электрона в момент удара о препятствие магнитное поле электрона быстро изменяется и в пространство излучается электромагнитная волна, длина которой тем меньше, чем больше скорость электрона до удара о препятствие. Рентгеновские лучи получают с помощью специальных двухэлектродных ламп (рис. 34.17), на которые подается высокое напряжение, порядка 50-200 кВ. Электроны, испускаемые накаленным катодом рентгеновской трубки, ускоряются сильным электрическим полем в пространстве между анодом и катодом и с большой скоростью ударяются об анод. При этом с поверхности анода испускаются рентгеновские лучи, выходящие сквозь стекло трубки наружу. Тормозное излучение рентгеновской трубки имеет сплошной спектр.

Рентгеновские трубки с накаленным катодом сами являются выпрямителями, и их можно питать переменным током.

Если электроны в ускоряющем поле приобретают достаточно высокую скорость, чтобы проникнуть внутрь атома анода и выбить один из электронов его внутреннего слоя, то на его место переходит электрон из более удаленного, слоя с излучением кванта большой энергии. Такое рентгеновское излучение имеет строго определенные длины волн, характерные только для данного химического элемента, поэтому оно называется характеристическим.

Характеристическое излучение имеет линейчатый спектр, накладывающийся на сплошной спектр тормозного излучения. При увеличении порядкового номера элемента в таблице Менделеева рентгеновский спектр излучения его атомов сдвигается в сторону коротких длин волн. Легкие элементы (например, алюминий) вообще не дают характеристического рентгеновского излучения.

Рентгеновские лучи принято различать по их жесткости: чем короче длина волны рентгеновских лучей, тем они считаются более жесткими. Наиболее жёсткие рентгеновские лучи испускаются тяжелыми атомами.

Важной особенностью рентгеновских лучей является их высокая проникающая способность по отношению ко многим веществам, непрозрачным для видимого света. Чем жестче рентгеновские лучи, тем слабее они поглощаются и тем выше их проникающая способность. Поглощение рентгеновских лучей в веществе зависит еще от его атомного состава: сильно поглощают рентгеновские лучи атомы тяжелых элементов, в состав каких бы химических веществ они ни входили.

Как и любые электромагнитные волны, рентгеновские лучи не отклоняются в электрическом и магнитном полях. Показатель преломления рентгеновских лучей очень мало отличается от единицы, и они почти не испытывают преломления при переходе из одной среды в другую .

Это свойство рентгеновских лучей в сочетании с их высокой проникающей способностью используется в ряде практических применений.

Если поместить между источником рентгеновских лучей и экраном, светящимся под их действием, какое-либо тело, то на экране появится его темное изображение. Если внутри однородного тела имеется полость, то на экране соответствующее место будет более светлым. Это явление используется для выявления внутренних дефектов изделий (дефектоскопия). При просвечивании неоднородного по молекулярному составу тела различные его части будут неодинаково поглощать рентгеновские лучи, и на экране мы увидим очертания этих частей. Так, просвечивая руку, мы ясно видим на светящемся экране темное изображение костей (рис. 34.18).

Часто оказывается удобнее вместо того, чтобы использовать светящийся экран, делать рентгеновские снимки. Для этого исследуемое тело помещается между рентгеновской трубкой и закрытой кассетой с фотопленкой, и через него в течение короткого промежутка времени пропускаются рентгеновские лучи. После съемки фотопленка проявляется обычным способом. Рентгеновские лучи широко применяются в медицине: в диагностике различных заболеваний (туберкулез и др.), при определении характера перелома костей, для обнаружения в теле инородных предметов (например, застрявшей пули) и т. д. Рентгеновские лучи вредно действуют на развитие клеток. Это используется при лечении злокачественных опухолей. Однако по этой же причине продолжительное или слишком интенсивное воздействие на организм рентгеновских лучей, особенно жестких, вызывает тяжелые заболевания.

Долгое время после открытия рентгеновских лучей не удавалось обнаружить проявления их волновых свойств - наблюдать их дифракцию и измерить длину волны. Все попытки использовать дифракционные решетки, предназначенные для измерения длин световых волн, не давали никаких результатов. В 1912 г. немецкий физик М. Лауэ предложил использовать для получения дифракции рентгеновских лучей естественные кристаллические решетки. Опыты показали, что узкий пучок рентгеновских лучей, пройдя через кристалл, дает на экране или фотопленке сложную дифракционную картину в виде группы пятен (рис. 34.19; Р - рентгеновская трубка, Д - диафрагмы, К - кристалл, Э - экран).

Изучение дифракционной картины, полученной при использовании кристалла каменной соли, позволило определить длину волны рентгеновских лучей, так как расстояние между узлами этой кристаллической решетки было известно. Оказалось, что длина волны рентгеновских лучей, использованных в этом опыте, составляет несколько десятых долей нанометра. Дальнейшие исследования показали, что рентгеновские лучи имеют длину волны от 10 до 0,01 нм. Таким образом, даже мягкие рентгеновские лучи имеют длины волн в десятки и сотни раз более короткие, чем у видимого света. Отсюда ясно, почему нельзя было использовать дифракционные решетки: длины волн рентгеновских лучей слишком малы для них, и дифракция не возникает. Расстояние же между узлами решетки в естественных кристаллах соизмеримо с длинами волн рентгеновских лучей, т. е. кристаллы могут служить для них «готовыми» дифракционными решетками.

Опыты Лауэ показали, что рентгеновские лучи представляют собой электромагнитные волны. Дифракция рентгеновских лучей используется для определения их длин волн (рентгеновский спектральный анализ) и, наоборот, пропуская рентгеновские лучи известной длины волны через исследуемый кристалл, по дифракционной картине можно установить взаимное расположение атомов и расстояние между ними в кристаллической решетке (рентгеноструктурный анализ).

Рентгеновское излучение – это одно из величайших открытий, сделанных на благо медицине. Благодаря рентгеновским снимкам, было диагностировано огромное количество заболеваний и спасено множество жизней . Сейчас мы и представить не можем, как раньше можно было жить без этого диагностического метода и лечить пневмонии, переломы и другие патологические состояния. В этой статье мы постарались рассмотреть все о рентгене, а также в чем опасно рентгеновское излучение, в каких случаях запрещено проводить данное исследование, какие могут быть негативные последствия для человеческого организма после рентгена?

Что такое рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение было открыто в 1895 году В. Рентгеном. Именно благодаря этому человеку нам сейчас доступны рентгенологические методы исследования. Исследователь описывал свое открытие как способность заглянуть внутрь к человеку, не беря в руки скальпель. Вскоре, после открытия «икс излучений», стали появляться сведения про заболевания у людей, перенесших данную диагностическую процедуру. Как оказалось, рентгеновские лучи небезопасны для человека, могут приводить к тяжелым заболеваниям, включая онкологические патологии .

Рентгеновское излучение – это излучение, которое осуществляется электромагнитными волнами. Х лучи образуются во время ускорения заряженных частиц. Для их образования применяются специальные рентгеновские трубки. Также рентгеновские лучи могут образовываться в специальных ускорителях заряженных частиц.

Ниже перечислены основные свойства рентгеновских лучей:

  • Рентгеновские лучи способны проходить через ткани человеческого организма , а также через различные среды и вещества, имеющие различную плотность.
  • Лучи способны провоцировать люминесценцию – свечение. Все вещества можно разделить на две группы: те, которые светятся под воздействием рентгена, и те, которые не светятся.
  • Вызывают фотохимические реакции, приводя к изменениям в галоидных соединениях.
  • Приводят к ионизации нейтральных частиц (атомов и молекул). Под влиянием рентгеновского излучения из незаряженных элементов получаются заряженные ионы. Среда, в которой образовались ионы, способна проводить электрический ток.

Рентгеновские лучи способны не только просвечивать ткани человеческого организма, но и приводить к электролитным изменениям в них. Рентген оказывает влияние на все системы и клетки организма.

Применение в медицине рентгеновского излучения

Облучение рентгеном широко используется в медицине. Оно может проводиться как с целью диагностики и выявления различных патологических состояний , так и для лечения заболеваний.

Запомните, что любое облучение человека с помощью рентгеновских лучей должно проводиться исключительно при наличии конкретных показаний к нему.

Виды диагностических рентгенологических методик

Рентген легких или любого другого участка тела является довольно информативным методом исследования . В основу диагностики заболеваний с помощью рентгенологического излучения стала способность лучей проходить сквозь ткани и вызывать свечение в некоторых из них.

В медицине используются следующие рентгенологические диагностические методики:

  • Рентгеноскопия – изображение выводится на флуоресцирующий экран. В современной медицине уже практически не используется, считается устаревшим методом.
  • Рентгенография – это исследование, с помощью которого изображение, полученное во время облучения, переносится на специальную пленку. Выделяют следующие виды этого исследования:
  • Дуоденография – исследование желудка и двенадцатиперстной кишки. Проводится для выявления язвы, опухолей, непроходимости в этих отделах пищеварительного тракта.
  • Холецистография, холеграфия – рентгенологический снимок желчного пузыря и его проток, позволяет оценить их проходимость, размеры и наличие камней в них.
  • Ирригоскопия – рентгенография отделов толстого кишечника. Она необходима при диагностике кишечной непроходимости, доброкачественных и доброкачественных новообразований, дивертикулов, заворота кишечника.
  • Рентген легких проводится для выявления пневмонии, бронхита, туберкулеза, плеврита, пневмоторакса, новообразований легочной ткани и наличия чужеродных тел.
  • Метросальпингография – рентгеновское исследование, которое проводится для оценивания проходимости маточных труб.
  • Ортопантомография – рентгеновское исследование, помогающее оценить состояние зубов и челюсти.
  • Маммография – рентген молочных желез. Данное исследование считается скринингом, оно рекомендовано ВОЗ для выявления рака груди на ранних стадиях .
  • Рентгенография позвоночника и отдельных участков костных структур проводится для оценивания целостности костей, выявления отклонений в их структуре или месторасположении. Именно с помощью рентгена чаще всего диагностируются переломы, трещины и вывихи.
  • Томография, или компьютерная томография (КТ) – это разновидность рентгенологического исследования, при котором удается получить послойные снимки различных органов, систем и структур скелета. КТ считается одним из самых информативных и современных диагностических методик. Благодаря ему можно выявлять инсульты, патологии позвоночника и т. д. Врачи-хирурги часто используют послойные снимки КТ при составлении плана предстоящего оперативного вмешательства.
  • Флюорография – это исследование, при котором снимок получается меньшим, чем реальный размер исследуемой структуры. В наше время широко проводится флюорография легких, она является скринингом для туберкулеза.

Согласно последним современным протоколам и рекомендациям ВОЗ, ежегодное проведение флюорографии с целью профилактики туберкулеза не рекомендуется. Такое обследование несет большую лучевую нагрузку на организм, являясь в то же время низкоинформативным. Для скрининга туберкулеза рекомендовано проводить анализ венозной крови.

Лечение с помощью рентгенологических излучений

Несмотря на то, что рентген вреден для здоровья, способен вызывать некоторые заболевания, ученые нашли применение ему в лечении патологий.

Рентгеновские излучения в современной медицине широко используются при лечении злокачественных новообразований. В основу такой лучевой терапии заложена способность Х-лучей влиять на ионный состав клеток и тканей, изменять их структуру .

С помощью лучевой терапии получается остановить патологическое деление злокачественных клеток, остановить рост опухолей и распространение метастазов по всему организму.

Лечение с помощью рентгеновских лучей, как правило, тяжело переносится организмом. Но, несмотря на большое количество побочных эффектов, оно помогает в борьбе с раком, дает человеку шанс на дальнейшую жизнь.

Негативное влияние рентгена на человека

Как мы уже говорили, рентгеновские лучи оказывают влияние на организм человека. Такое их свойство медики приспособились использовать с лечебной целью онкологических новообразований. Но в то же время большое количество людей, которые проходят обследование организма с помощью рентгенологических методик, находятся в группе риска по образованию рака и других заболеваний, вызванных лучевой нагрузкой.

Ниже рассмотрено, какой может быть вред рентгена на организм человека при повышенной его дозировке:

  • Поражение кожи. Рентгеновские излучения при воздействии на человека в большом дозировании способны вызывать глубокий ожог кожи. Такое ее поражение переносится пациентами тяжелее обычного термического ожога. Такое заболевание кожных покровов способно осложняться раком кожи.
  • При дозировке, превышающей допустимую, возможно развитие лучевой болезни. Это состояние, при котором происходит поражение иммунной системы, крови, соединительной ткани. Хроническая лучевая болезнь нередко развивается у людей, работающих с рентгеном.
  • Эндокринологические нарушения. Высокие дозы облучения негативно сказываются на работе щитовидной железы, яичников и яичек, надпочечников.
  • Различные онкологические патологии. Это может быть рак, лейкоз, саркомы. Например, учеными доказано, что частое проведение маммографии способствует развитию рака груди.

Существуют стандарты и дозы, обозначающие, сколько доз рентгеновских допустимо для человека . Согласно данным стандартам, рассчитывается длительность рабочего дня для людей, контактирующих с облучением, и безопасное количество рентгенологических обследований.

Современные рентгенологические установки несут меньшую лучевую нагрузку на человеческий организм. Вредность снимков, сделанных с их помощью, существенно ниже. К сожалению, такие относительно безопасные аппараты имеются не во всех государственных медицинских учреждениях, их больше в частных диагностических центрах и клиниках.

Рентген и беременность

Рентген при беременности категорически противопоказан . Делать его запрещено на любом сроке вынашивания ребенка. Плод является очень чувствительным к любым излучениям. Под воздействием рентгена могут развиться аномалии его развития, которые часто бывают несовместимыми с жизнью малыша.

У женщины, которой проводилось рентгеновское обследование во время вынашивания ребенка, риск самопроизвольного прерывания беременности повышается в разы.

Рентген беременной женщины оказывает воздействие на формирование органов и систем плода . Он может привести к сердечным порокам, неправильному развитию нервной системы и другим аномалиям.

В опасности находятся женщины на раннем сроке беременности, так как они могут не знать о своем положении, и не сообщить о нем лечащему доктору, который назначает рентгенографию.

Возможно ли минимизировать вред Х-лучей

Несмотря на вред и опасность рентгенологического обследования, отказываться от него не стоит. Данные диагностические процедуры являются очень информативными, и очень часто поставить диагноз и назначить лечение без их проведения невозможно.

  • Надевайте защитные накидки на участки тела, которые не обследуются .
  • После диагностической процедуры можно выпить стакан молока или сухого вина. Считается, что эти напитки способны помогать организму справляться с дозой лучевого облучения.
  • Добавьте в свой рацион морскую капусту и рыбу. Эти продукты богаты на йод, вещество, необходимое щитовидной железе.

Нечастые рентгенологические обследования практически безопасны для человека. При условии проведения их только в необходимых ситуациях риск развития осложнений и заболеваний, вызванных Х-лучами, минимален.

Рентген вреден для человека. Он способен вызывать и провоцировать огромное количество различных заболеваний и патологических процессов. Но такое негативное влияние икс-лучей развивается только в случае превышения гранично допустимой их дозировки. Не стоит бояться этого диагностического метода и отказываться от него. Благодаря компьютерной томографии и рентгенографии спасено огромное количество людей во всем мире , превышающее десятки миллионов.

Современную медицинскую диагностику и лечение некоторых заболеваний невозможно представить без приборов, использующих свойства рентгеновского излучения. Открытие рентгеновских лучей произошло более 100 лет назад, но и сейчас не прекращаются работы над созданием новых методик и аппаратов, позволяющих минимизировать негативное действие излучения на организм человека.

Кто и как открыл Х-лучи

В естественных условиях поток лучей рентгена встречается редко и излучается только некоторыми радиоактивными изотопами. Рентгеновское излучение или Х-лучи были обнаружены только в 1895 году немецким учёным Wilhelm Röntgen. Это открытие произошло случайно, во время проведения опыта по исследованию поведения лучей света в условиях, приближающихся к вакууму. В эксперименте были задействованы катодная газоразрядная трубка с пониженным давлением и флуоресцентный экран, который всякий раз начинал светиться в момент когда трубка начинала действовать.

Заинтересовавшись странным эффектом, Рентген провёл серию исследований, показывающих что возникающее не видимое глазу излучение способно проникать сквозь различные преграды: бумагу, дерево, стекло, некоторые металлы, и даже через человеческое тело. Несмотря на отсутствие понимания самой природы происходящего, вызвано ли такое явление генерацией потока неизвестных частиц или волнами, была отмечена следующая закономерность – излучение легко проходит через мягкие ткани организма, и гораздо тяжелее сквозь твёрдые живые ткани и неживые вещества.

Рентген был не первым кто изучал подобное явление. В середине XIX столетия, схожие возможности изучал француз Антуан Масон и англичанин Уильям Крукс. Тем не менее, именно Рентген первым изобрёл катодную трубку и индикатор, который можно было применить в медицине. Он первым опубликовал научный труд, принёсший ему звание первого нобелевского лауреата среди физиков.

В 1901 году началось плодотворное сотрудничество трёх учёных, ставших отцами-основателями радиологии и рентгенологии.

Свойства рентгеновского излучения

Рентгеновские лучи – это составная часть общего спектра электромагнитного излучения. Длина волны расположена между гамма- и ультрафиолетовым лучами. Для Х-лучей характерны все обычные волновые свойства:

  • дифракция;
  • преломление;
  • интерференция;
  • скорость распространения (она равна световой).

Для искусственного генерирования потока рентгеновских лучей применяют специальные приборы – рентгеновские трубки. Рентген-излучение возникает из-за контакта быстрых электронов вольфрама с веществами, испаряющимися из раскалённого анода. На фоне взаимодействия возникают электромагнитные волны малой длины, находящиеся в спектре от 100 до 0,01 нм и в энергетическом диапазоне 100-0,1 МэВ. Если длина волны лучей меньше чем 0,2 нм – это жёсткое излучение, если длина волны больше указанной величины, их называют мягкими рентгеновскими лучами.

Показательно то, что кинетическая энергия, возникающая от соприкосновения электронов и анодного вещества, на 99% превращается в энергию тепла и только 1% является Х-лучами.

Рентгеновское излучение – тормозное и характеристическое

Х-излучение представляет собой наложение двух видов лучей – тормозных и характеристических. Они генерируются в трубке одновременно. Поэтому облучение рентгеном и характеристика каждой конкретной рентгеновской трубки – спектр её излучения, зависит от этих показателей, и представляет собой их наложение.

Тормозные или непрерывные рентгеновские лучи – это результат торможения электронов, испаряемых из вольфрамовой спирали.

Характеристические или линейчатые лучи рентгена образуются в момент перестройки атомов вещества анода рентгеновской трубки. Длина волны характеристических лучей непосредственно зависит от атомного номера химического элемента, применяемого для изготовления анода трубки.

Перечисленные свойства рентгеновских лучей позволяют применять их на практике:

  • невидимость для обычного взгляда;
  • высокая проникающая способность сквозь живые ткани и неживые материалы, которые не пропускают лучи видимого спектра;
  • ионизационное воздействие на молекулярные структуры.

Принципы получения рентген-изображения

Свойства рентгеновских лучей, на которых основано получение изображения – это способность либо разлагать, либо вызвать свечение некоторых веществ.

Рентген облучение вызывает флуоресцентное свечение у сульфидов кадмия и цинка – зелёным, а у вольфрамата кальция – голубым цветом. Это свойство используется в методике медицинского рентгенологического просвечивания, а также повышает функциональность рентгенологических экранов.

Фотохимическое воздействие рентгеновских лучей на светочувствительные галогенсеребряные материалы (засвечивание) позволяет осуществлять диагностику – делать рентгенологические снимки. Это свойство также используется при измерении величины суммарной дозы, которую получают лаборанты в рентген-кабинетах. В нательных дозиметрах вставлены специальные чувствительные ленты и индикаторы. Ионизирующее действие рентгеновского излучения позволяет определять и качественную характеристику полученных рентген-лучей.

Однократное облучение при выполнении обычной рентгенографии повышает риск возникновения рака всего лишь на 0,001%.

Области, где применяют рентгеновское излучение

Применение рентгеновских лучей допустимо в следующих отраслях:

  1. Безопасность. Стационарные и переносные приборы для обнаружения опасных и запрещённых предметов в аэропортах, таможнях или в местах большого скопления людей.
  2. Химическая промышленность, металлургия, археология, архитектура, строительство, реставрационные работы – для обнаружения дефектов и проведения химического анализа веществ.
  3. Астрономия. Помогает проводить наблюдение за космическими телами и явлениями при помощи рентгеновских телескопов.
  4. Военная отрасль. Для разработки лазерного оружия.

Главное применение рентгеновского излучения - медицинская сфера. Сегодня в раздел медицинской радиологии входят: радиодиагностика, радиотерапия (рентгенотерапия), радиохирургия. Медицинские вузы выпускают узкопрофильных специалистов – врачей-радиологов.

Х-Излучение - вред и польза, влияние на организм

Высокая проникающая способность и ионизирующее воздействие рентгеновских лучей может вызвать изменение структуры ДНК клетки, поэтому представляет опасность для человека. Вред от рентгеновского излучения прямо пропорционален полученной дозе облучения. Разные органы реагируют на облучение в различной степени. К самым восприимчивым относят:

  • костный мозг и костная ткань;
  • хрусталик глаза;
  • щитовидная железа;
  • молочные и половые железы;
  • ткани лёгких.

Бесконтрольное использование рентгеновского облучения может стать причиной обратимых и необратимых патологий.

Последствия рентгеновского облучения:

  • поражение костного мозга и возникновение патологий кроветворной системы – эритроцитопении, тромбоцитопении, лейкемии;
  • повреждение хрусталика, с последующим развитием катаракты;
  • клеточные мутации, передающиеся по наследству;
  • развитие онкологических заболеваний;
  • получение лучевых ожогов;
  • развитие лучевой болезни.

Важно! В отличие от радиоактивных веществ, рентгеновские лучи не накапливаются в тканях тела, а это значит, что и выводить рентгеновские лучи из организма не нужно. Вредное действие рентгеновского излучения заканчивается вместе с выключением медицинского прибора.

Применение рентгеновского излучения в медицине допустимо не только в диагностических (травматология, стоматология), но и в терапевтических целях:

  • от рентгена в малых дозах стимулируется обмен веществ в живых клетках и тканях;
  • определённые граничные дозы используются для лечения онкологических и доброкачественных новообразований.

Способы диагностики патологий с помощью Х-лучей

Радиодиагностика включает следующие методики:

  1. Рентгеноскопия – исследование, в ходе которого получают изображение на флуоресцентном экране в режиме реального времени. Наряду с классическим получением изображения части тела в реальном времени, сегодня существуют технологии рентгенотелевизионного просвечивания – изображение переносится с флуоресцентного экрана на телевизионный монитор, находящийся в другом помещении. Разработано несколько цифровых способов обработки полученного изображения, с последующим переносом его с экрана на бумагу.
  2. Флюорография – самый дешёвый метод исследования органов грудной клетки, заключающий в изготовлении уменьшенного снимка 7х7 см. Несмотря на вероятность погрешности, является единственным способом массового ежегодного обследования населения. Метод не представляет опасности и не требует вывода полученной дозы облучения из организма.
  3. Рентгенография – получение суммарного изображения на плёнку или бумагу для уточнения формы органа, его положения или тонуса. Может использоваться для оценки перистальтики и состояния слизистых оболочек. Если существует возможность выбора, то среди современных рентгенографических приборов предпочтение следует отдавать ни цифровым аппаратам, где поток х-лучей может быть выше чем у старых приборов, а малодозовым – рентген-аппараты с прямыми плоскими полупроводниковыми детекторами. Они позволяют снизить нагрузку на организм в 4 раза.
  4. Компьютерная рентгеновская томография – методика, использующая рентгеновские лучи для получения нужного количества снимков срезов выбранного органа. Среди множества разновидностей современных аппаратов КТ, для серии повторных исследований используют низкодозные компьютерные томографы высокого разрешения.

Радиотерапия

Терапия при помощи рентгеновских лучей относится к методам местного лечения. Чаще всего метод используется для уничтожения клеток раковых опухолей. Поскольку эффект воздействия сопоставим с хирургическим удалением, то этот метод лечения часто называют радиохирургией.

Сегодня лечение х-лучами проводится такими способами:

  1. Наружный (протонная терапия) – пучок излучения попадает на тело пациента извне.
  2. Внутренний (брахиотерапия) – использование радиоактивных капсул путём их имплантации в тело, с помещением ближе к раковой опухоли. Недостаток этого метода лечения состоит в том, что пока капсулу не извлекут из организма, больной нуждается в изоляции.

Эти методы являются щадящими, а их применение предпочтительнее химиотерапии в ряде случаев. Такая популярность связана с тем, что лучи не скапливаются и не требуют выведения из организма, они оказывают выборочное действие, не воздействуя на другие клетки и ткани.

Безопасная норма облучения Х-лучами

У этого показателя нормы допустимого годового облучения есть своё название – генетически значимая эквивалентная доза (ГЗД). Чётких количественных значений у этого показателя нет.

  1. Этот показатель зависит от возраста и желания пациентом в дальнейшем иметь детей.
  2. Зависит от того какие именно органы были подвергнуты исследованию или лечению.
  3. На ГЗД влияет уровень естественного радиоактивного фона региона проживания человека.

Сегодня действую следующие усреднённые нормативы ГЗД:

  • уровень облучения от всех источников, за исключением медицинских, и без учёта природного фона радиации – 167 мБэр в год;
  • норма для ежегодного медицинского обследования – не выше 100 мБэр в год;
  • суммарная безопасная величина – 392 мБэр в год.

Рентгеновское излучение не требует выведения из организма, и является опасным только в случае интенсивного и длительного воздействия. Современная медицинская аппаратура использует низкоэнергетическое облучение малой длительности, поэтому её применение считается относительно безвредным.

Рентгенология - раздел радиологии, изучающий воздействие на организм животных и человека рентгеновского излучения, возникающие от этого заболевания, их лечение и профилактику, а также методы диагностики различных патологий при помощи рентгеновских лучей (рентгенодиагностика). В состав типового рентгенодиагностического аппарата входит питающее устройство (трансформаторы), высоковольтный выпрямитель, преобразующий переменный ток электрической сети в постоянный, пульт управления, штатив и рентгеновская трубка.

Рентгеновские лучи - это вид электромагнитных колебаний, которые образуются в рентгеновской трубке при резком торможении ускоренных электронов в момент их столкновения с атомами вещества анода. В настоящее время общепризнанной считается точка зрения, что рентгеновские лучи по своей физической природе являются одним из видов лучистой энергии, спектр которых включает также радиоволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи и гамма-лучи радиоактивных элементов. Рентгеновское излучение можно характеризовать как совокупность его наименьших частиц - квантов или фотонов.

Рис. 1 - передвижной рентгеновский аппарат:

A - рентгеновская трубка;
Б - питающее устройство;
В - регулируемый штатив.


Рис. 2 - пульт управления рентгеновским аппаратом (механический - слева и электронный - справа):

A - панель для регулирования экспозиции и жёсткости;
Б - кнопка подачи высокого напряжения.
Рис. 3 - блок-схема типичного рентгенаппарата

1 - сеть;
2 - автотрансформатор;
3 - повышающий трансформатор;
4 - рентгеновская трубка;
5 - анод;
6 - катод;
7 - понижающий трансформатор.

Механизм образования рентгеновского излучения

Рентгеновские лучи образуются в момент столкновения потока ускоренных электронов с веществом анода. При взаимодействии электронов с мишенью 99% их кинетической энергии превращается в тепловую энергию и только 1% - в рентгеновское излучение.

Рентгеновская трубка состоит из стеклянного баллона, в который впаяны 2 электрода: катод и анод. Из стеклянного баллона выкачен воздух: движение электронов от катода к аноду возможно лишь в условиях относительного вакуума (10 -7 –10 -8 мм. рт. ст.). На катоде имеется нить накала, являющаяся плотно скрученной вольфрамовой спиралью. При подаче электрического тока на нить накала происходит электронная эмиссия, при которой электроны отделяются от спирали и образуют рядом с катодом электронное облачко. Это облачко концентрируется у фокусирующей чашечки катода, задающей направление движения электронов. Чашечка - небольшое углубление в катоде. Анод, в свою очередь, содержит вольфрамовую металлическую пластину, на которую фокусируются электроны, - это и есть место образования рентгеновских лучей.


Рис. 4 - устройство рентгеновской трубки:

А - катод;
Б - анод;
В - вольфрамовая нить накала;
Г - фокусирующая чашечка катода;
Д - поток ускоренных электронов;
Е - вольфрамовая мишень;
Ж - стеклянная колба;
З - окно из бериллия;
И - образованные рентгеновские лучи;
К - алюминиевый фильтр.

К электронной трубке подключены 2 трансформатора: понижающий и повышающий. Понижающий трансформатор раскаляет вольфрамовую спираль низким напряжением (5-15 вольт), в результате чего возникает электронная эмиссия. Повышающий, или высоковольтный, трансформатор подходит непосредственно к катоду и аноду, на которые подаётся напряжение 20–140 киловольт. Оба трансформатора помещаются в высоковольтный блок рентгеновского аппарата, который наполнен трансформаторным маслом, обеспечивающим охлаждение трансформаторов и их надёжную изоляцию.

После того как при помощи понижающего трансформатора образовалось электронное облачко, включается повышающий трансформатор, и на оба полюса электрической цепи подаётся высоковольтное напряжение: положительный импульс - на анод, и отрицательный - на катод. Отрицательно заряженные электроны отталкиваются от отрицательно заряженного катода и стремятся к положительно заряженному аноду - за счёт такой разности потенциалов достигается высокая скорость движения - 100 тыс. км/с. С этой скоростью электроны бомбардируют вольфрамовую пластину анода, замыкая электрическую цепь, в результате чего возникает рентгеновское излучение и тепловая энергия.

Рентгеновское излучение подразделяется на тормозное и характеристическое. Тормозное излучение возникает из-за резкого замедления скорости электронов, испускаемых вольфрамовой спиралью. Характеристическое излучение возникает в момент перестройки электронных оболочек атомов. Оба этих вида образуются в рентгеновской трубке в момент столкновения ускоренных электронов с атомами вещества анода. Спектр излучения рентгеновской трубки представляет собой наложение тормозного и характеристического рентгеновских излучений.


Рис. 5 - принцип образования тормозного рентгеновского излучения.
Рис. 6 - принцип образования характеристического рентгеновского излучения.

Основные свойства рентгеновского излучения

  1. Рентгеновские лучи невидимы для визуального восприятия.
  2. Рентгеновское излучение обладает большой проникающей способностью сквозь органы и ткани живого организма, а также плотные структуры неживой природы, не пропускающие лучи видимого света.
  3. Рентгеновские лучи вызывают свечение некоторых химических соединений, называемое флюоресценцией.
  • Сульфиды цинка и кадмия флюоресцируют жёлто-зелёным цветом,
  • Кристаллы вольфрамата кальция - фиолетово-голубым.
  • Рентгеновские лучи обладают фотохимическим действием: разлагают соединения серебра с галогенами и вызывают почернение фотографических слоёв, формируя изображение на рентгеновском снимке.
  • Рентгеновские лучи передают свою энергию атомам и молекулам окружающей среды, через которую они проходят, проявляя ионизирующее действие.
  • Рентгеновское излучение оказывает выраженное биологическое действие в облучённых органах и тканях: в небольших дозах стимулирует обмен веществ, в больших - может привести к развитию лучевых поражений, а также острой лучевой болезни. Биологическое свойство позволяет примененять рентгеновское излучение для лечения опухолевых и некоторых неопухолевых заболеваний.

    • Шкала электромагнитных колебаний

    Рентгеновские лучи имеют определённую длину волны и частоту колебаний. Длина волны (λ) и частота колебаний (ν) связаны соотношением: λ ν = c, где c - скорость света, округлённо равная 300 000 км в секунду. Энергия рентгеновских лучей определяется формулой E = h ν, где h - постоянная Планка, универсальная постоянная, равная 6,626 10 -34 Дж⋅с. Длина волны лучей (λ) связана с их энергией (E) соотношением: λ = 12,4 / E.

    Рентгеновское излучение отличается от других видов электромагнитных колебаний длиной волны (см. таблицу) и энергией кванта. Чем короче длина волны, тем выше её частота, энергия и проникающая способность. Длина волны рентгеновского излучения находится в интервале

    . Изменяя длину волны рентгеновского излучения, можно регулировать его проникающую способность. Рентгеновские лучи имеют очень малую длину волны, но большую частоту колебаний, поэтому невидимы человеческим глазом. Благодаря огромной энергии кванты обладают большой проникающей способностью, что является одним из главных свойств, обеспечивающих использование рентгеновского излучения в медицине и других науках.

    Характеристики рентгеновского излучения

    Интенсивность - количественная характеристика рентгеновского излучения, которая выражается количеством лучей, испускаемых трубкой в единицу времени. Интенсивность рентгеновского излучения измеряется в миллиамперах. Сравнивая её с интенсивностью видимого света от обычной лампы накаливания, можно провести аналогию: так, лампа на 20 Ватт будет светить с одной интенсивностью, или силой, а лампа на 200 Ватт - с другой, при этом качество самого света (его спектр) является одинаковым. Интенсивность рентгеновского излучения, по сути, это его количество. Каждый электрон создаёт на аноде один или несколько квантов излучения, следовательно, количество рентгеновских лучей при экспонировании объекта регулируется путём изменения количества электронов, стремящихся к аноду, и количества взаимодействий электронов с атомами вольфрамовой мишени, что можно осуществить двумя путями:

    1. Изменяя степень накала спирали катода при помощи понижающего трансформатора (количество электронов, образующихся при эмиссии, будет зависеть от того, насколько сильно раскалена вольфрамовая спираль, а количество квантов излучения будет зависеть от количества электронов);
    2. Изменяя величину высокого напряжения, подводимого повышающим трансформатором к полюсам трубки - кадоду и аноду (чем выше напряжение подаётся на полюса трубки, тем большую кинетическую энергию получают электроны, которые за счёт своей энергии могут взаимодействовать с несколькими атомами вещества анода поочерёдно - см. рис. 5 ; электроны с низкой энергией смогут вступить в меньшее число взаимодействий).

    Интенсивность рентгеновского излучения (анодный ток), помноженная на выдержку (время работы трубки), соответствует экспозиции рентгеновского излучения, которая измеряется в мАс (миллиамперах в секунду). Экспозиция - это параметр, который, также как и интенсивность, характеризует количество лучей, испускаемых рентгеновской трубкой. Разница состоит лишь в том, что экспозиция учитывает ещё и время работы трубки (так, например, если трубка работает 0,01 сек., то количество лучей будет одним, а если 0,02 сек, то количество лучей будет другим - в два раза больше). Экспозиция излучения устанавливается рентгенологом на контрольной панели рентгеновского аппарата в зависимости от вида исследования, размеров исследуемого объекта и диагностической задачи.

    Жёсткость - качественная характеристика рентгеновского излучения. Измеряется величиной высокого напряжения на трубке - в киловольтах. Определяет проникающую способность рентгеновских лучей. Регулируется величиной высокого напряжения, подводимого к рентгеновской трубке повышающим трансформатором. Чем выше разность потенциалов создаётся на электродах трубки, тем с большей силой электроны отталкиваются от катода и устремляются к аноду и тем сильнее их столкновение с анодом. Чем сильнее их столкновение, тем короче длина волны у возникающего рентгеновского излучения и выше проникающая способность данной волны (или жёсткость излучения, которая, так же как и интенсивность, регулируется на контрольной панели параметром напряжением на трубке - киловольтажем).

    Рис. 7 - Зависимость длины волны от энергии волны:

    λ - длина волны;
    E - энергия волны

    • Чем выше кинетическая энергия движущихся электронов, тем сильнее их удар об анод и меньше длина волны образующегося рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение с большой длиной волны и малой проникающей способностью называется «мягким», с малой длиной волны и высокой проникающей способностью - «жёстким».
     Рис. 8 - Соотношение напряжения на рентгеновской трубке и длины волны образующегося рентгеновского излучения:
    • Чем выше напряжение подаётся на полюса трубки, тем сильнее на них возникает разность потенциалов, следовательно, кинетическая энергия движущихся электронов будет выше. Напряжение на трубке определяет скорость движения электронов и силу их столкновения с веществом анода, следовательно, напряжение определяет длину волны возникающего рентгеновского излучения.

    Классификация рентгеновских трубок

    1. По назначению
      1. Диагностические
      2. Терапевтические
      3. Для структурного анализа
      4. Для просвечивания
    2. По конструкции
      1. По фокусности
    • Однофокусные (на катоде одна спираль, а на аноде одно фокусное пятно)
    • Двухфокусные (на катоде две спирали разного размера, а на аноде два фокусных пятна)
    1. По типу анода
    • Стационарный (неподвижный)
    • Вращающийся

    Рентгеновские лучи применяются не только в рентгенодиагностических целях, но также и в терапевтических. Как было отмечено выше, способноcть рентгеновского излучения подавлять рост опухолевых клеток позволяет использовать его в лучевой терапии онкологических заболеваний. Помимо медицинской области применения, рентгеновское излучение нашло широкое применение в инженерно-технической сфере, материаловедении, кристаллографии, химии и биохимии: так, например, возможно выявление структурных дефектов в различных изделиях (рельсах, сварочных швах и пр.) с помощью рентгеновского излучения. Вид такого исследования называется дефектоскопией. А в аэропортах, на вокзалах и других местах массового скопления людей активно применяются рентгенотелевизионные интроскопы для просвечивания ручной клади и багажа в целях безопасности.

    В зависимости от типа анода, рентгеновские трубки различаются по конструкции. В силу того, что 99% кинетической энергии электронов переходит в тепловую энергию, во время работы трубки происходит значительное нагревание анода - чувствительная вольфрамовая мишень часто сгорает. Охлаждение анода осуществляется в современных рентгеновских трубках при помощи его вращения. Вращающийся анод имеет форму диска, который распределяет тепло по всей своей поверхности равномерно, препятствуя локальному перегреву вольфрамовой мишени.

    Конструкция рентгеновских трубок различается также по фокусности. Фокусное пятно - участок анода, на котором происходит генерирование рабочего пучка рентгеновского излучения. Подразделяется на реальное фокусное пятно и эффективное фокусное пятно (рис. 12 ). Из-за того, что анод расположен под углом, эффективное фокусное пятно меньше, чем реальное. Различные размеры фокусного пятна используются в зависимости от величины области снимка. Чем больше область снимка, тем шире должно быть фокусное пятно, чтобы покрыть всю площадь снимка. Однако меньшее фокусное пятно формирует лучшую чёткость изображения. Поэтому при производстве небольших снимков используется короткая нить накала и электроны направляются на небольшую область мишени анода, создавая меньшее фокусное пятно.


    Рис. 9 - рентгеновская трубка со стационарным анодом.
    Рис. 10 - рентгеновская трубка с вращающимся анодом.
    Рис. 11 - устройство рентгеновской трубки с вращающимся анодом.
    Рис. 12 - схема образования реального и эффективного фокусного пятна.