Физические основы рентгеноскопии,рентгенографии,рентгенотерапии

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МИНИСТЕРСТВА  ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО  РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДИРАЦИИ"

ИНСТИТУТ  СЕСТРИНСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ: ФИЗИКА 
 

НА ТЕМУ: «ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕНТГЕНОСКОПИИ,

РЕНТГЕНОГРАФИИ, РЕНТГЕНОТЕРАПИИ ». 
 
 
 

ПРОВЕРИЛ (А):                                                                                   ВЫПОЛНИЛА: СТУДЕНТКА                                  

ПРИХОДЧЕНКО Т.В.                1  КУРСА 7 ГРУППЫ

      ЩЕГЛОВА ТАТЬЯНА 

      АЛЕКСАНДРОВНА 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      ПЕНЗА 2009 

СОДЕРЖАНИЕ:

1.Введение

2. Понятие и  физические основы рентгеновских  методов контроля.

3. Применение  рентгеновского излучения в медицине

    3.1 рентгеноскопия

    3.2 рентгенография

    3.3 рентгенотерапия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ВВЕДЕНИЕ

Древняя латинская  поговорка гласит:"Diagnosis cetra - ullae therapiaefundamentum" ("Достоверный диагноз - основа любого лечения"). На протяжении многих веков усилия врачей были направлены на решение труднейшей задачи - улучшение распознавания заболеваний человека. Потребность в методе, который позволил бы заглянуть внутрь человеческого тела, не повреждая его, была огромной, хотя и не всегда осознанной. Ведь все сведения, касающиеся нормальной и патологической анатомии человека, были основаны только на изучении трупов. После того, как в Европе стали широко изучаться вскрытия трупов, врачи смогли изучить строение органов человека, а также изменения, которые они претерпевают при тех или иных заболеваниях. Какую огромную пользу принес бы непосредственный осмотр человеческого организма, если бы он стал вдруг "прозрачным"! И вряд ли кто-нибудь из ученых прошлого мог предположить, что эта мечта вполне осуществима. Потребность увидеть не оболочку, а структуру организма живого человека, его анатомию и физиологию была столь насущной, что, когда чудесные лучи, позволявшие осуществить это на практике, были наконец открыты, обычно консервативные и часто недоверчивые к новшествам врачи почти сразу поняли, что в медицине наступила новая эра.  

2. Понятие и физические основы рентгеновских методов контроля.

Электроны. Атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающего его отрицательно заряженных частиц- электронов. Электроны движутся вокруг ядра по определенным орбитам, причем в атоме каждого элемента содержится определенное число электронов, соответствующее порядковому номеру этого элемента в Менделеевской системе. Более сложным является строения ядра атома, изучение которого служит предметом ядерной физики.

 Катодные лучи. Открытие катодных лучей тесно связано с изучением прохождения электрического тока через разреженные газы. При нормальном атмосферном давлении воздух не является проводником электричества, тогда как в разреженном состоянии он приобретает эту способность. Если через сосуд с разреженным воздухом пропускать ток достаточно высокого напряжения, то возникает свечение газа - Гейслерово свечение. При определенной степени разряжении газа свечение в сосуде прекращается, го появляется пучок фиолетовых лучей, исходящих из отрицательного полюса трубки и направляющихся к положительному полюсу. Это так называемые катодные лучи.

   Катодные лучи были открыты Плюкером в 1859 году. Катодные лучи состоят из отрицательно заряженных элементарных частиц электронов. Катодные лучи обладают свойством распространяться и, ударяясь о противоположную стенку сосуда, вызывать ее свечение. Пучок катодных лучей отклоняется от своего направления магнитом. При приближении отрицательного полюса катодные лучи отклоняются в противоположную сторону ; при приближении положительного- в сторону магнита.

В 1895 году немецкий физик В.Рентген открыл новый, не известный ранее вид электромагнитного  излучения, которое в честь его  первооткрывателя было названо рентгеновским. Было установлено, что это излучение обладает целым рядом удивительных свойств. Во-первых, невидимое для человеческого глаза рентгеновское излучение способно проникать сквозь непрозрачные тела и предметы. Во-вторых, оно способно поглощаться веществами тем интенсивнее, чем больше их атомный (порядковый) номер в периодической системе Менделеева. В-третьих, рентгеновское излучение вызывает свечение некоторых химических веществ и соединений. В-четвёртых, рентгеновские лучи обладают линейным характером распространения. Эти свойства рентгеновских лучей и используются для получения информации о внутреннем содержании и строении "просвечиваемых" ими объектов без их вскрытия.

   Рентгеновские лучи в "табеле о рангах"- шкале электромагнитных волн, - имея диапазон длин волн от 0,06 до 20 ангстрем (IA=10-10 м), занимает место между ультрафиолетовым излучением и гамма-лучами и характеризуется энергией квантов от единиц килоэлектронвольт до сотен мегаэлектронвольт. Рентгеновское излучение образуется двумя путями. Первый - в результате торможения быстро движущихся электронов в веществе, так называемое "тормозное" излучение. Второй – в результате изменения энергетического состояния атомов вещества, т.н. "характеристическое" излучение.                                                                                                                      

   Рентгеновское излучение- вид электромагнитных колебаний, возникающих при резком торможении ускоренных электронов в момент их столкновения с атомами вещества анода рентгеновской трубки, либо при перестройке электронных оболочек атома. По своей сущности R-лучи - электромагнитные колебания. 

  Физику явлений можно показать на примере работы рентгеновской трубки, как специального электровакуумного высоковольтного прибора, предназначенного для генерирования рентгеновского излучения.

    Фокусировка потока электронов в узкий пучок достигается оптимальным выбором электрического поля в межэлектродном пространстве. Направляющиеся от катода к аноду электроны бомбардируют анод, на поверхности тела которого происходит их резкое торможение, образуя таким образом тормозное излучение непрерывного спектра. Интенсивность его зависит от величины ускоряющего напряжения и атомного номера материала мишени анода. Чем выше атомный номер материала мишени, тем сильнее тормозятся в нём электроны. Поэтому, как правило, на изготовление анода идут материалы типа вольфрама, имеющие, кроме этого, высокую точку плавления и хорошую теплопроводность. Интенсивность тормозного излучения характеризуется так называемой "лучевой отдачей" рентгеновской трубки, зависящей, главным образом, от величины питающего трубку напряжения и уровня предварительной фильтрации излучения.

     Оптические свойства рентгеновской трубки определяются формой и размерами оптического фокуса трубки, а также углом раствора пучка излучения. Кроме тормозного излучения при бомбардировке анода электронами возникает характеристическое рентгеновское излучение, вызванное, как уже говорилось, изменением энергетического состояния атомов. Если один из электронов внутренней оболочки атома выбит электроном или квантом тормозного излучения, то атом переходит в возбужденное состояние. Освободившееся место в оболочке заполняется электронами внешних слоев с меньшей энергией связи. При этом атом переходит в нормальное состояние и испускает квант характеристического излучения с энергией равной разности энергии на соответствующих уровнях. Частота характеристического рентгеновского излучения связана с атомным номером (Z) вещества анода. В отличие от непрерывного спектра тормозного рентгеновского излучения длины волн характеристического рентгеновского излучения имеют вполне определённые для данного материала анода значения.

  При прохождении через исследуемое вещество пучок рентгеновского излучения ослабляется вследствие взаимодействия его с электронами, атомами и ядрами вещества. Основные процессы взаимодействия рентгеновского излучения с веществом при энергии квантов электромагнитного поля (фотонов) - менее 106 эВ - это фотоэлектрическое поглощение и рассеяние. Физика явлений при этом совершенно адекватна физике образования рентгеновского излучения.

  Фотоэлектрическое поглощение рентгеновского излучения происходит при взаимодействии фотонов рентгеновского излучения с атомами вещества. Фотоны, попадая на атомы, выбивают электроны с внутренней оболочки атома. При этом первичный фотон полностью расходует свою энергию на преодоление энергии связи электрона в атоме и сообщает электрону кинетическую энергию. В результате энергетической перестройки атома, происходящей после вылета из атома фотоэлектрона, образуется характеристическое рентгеновское излучение, которое при взаимодействии с другими атомами может вызывать вторичный фотоэффект. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока энергия фотонов не станет меньше энергии связи электронов в атоме. Очень важно отметить, что процесс ослабления излучения при прохождении через вещество зависит не только от энергии фотонов и длины волны излучения, но и от атомного номера вещества, в котором происходит фотоэлектрическое поглощение.

  Образующееся при прохождении через вещество рассеянное излучение либо обусловлено тем, что под действием электрического поля электроны получают переменное ускорение, в результате которого они сами излучают электромагнитные волны с частотой, совпадающей с частотой первичного излучения и изменённым направлением излучения, (так называемое - когерентное рассеяние), либо обусловлено взаимодействием фотонов со свободными или слабо связанными электронами атома вещества (так называемое - комптоновское рассеяние).

   Таким образом, в результате фотоэлектрического поглощения рентгеновского излучения в веществе и рассеяния - часть энергии первичного излучения остаётся в виде характеристического и рассеянного излучения, часть энергии поглощается, а часть - преобразуется в энергию заряженных частиц - электронов.

   Прошедшее через предмет или вещество рентгеновское излучение ослабляется в различной степени в зависимости от распределения плотности их материала. Таким образом, оно несёт информацию о внутреннем строении объекта, т.е.образует рентгеновское изображение просвечиваемого объекта, которое затем преобразуется в адекватное оптическое изображение воспринимаемое глазами оператора. Возникающее рассеянное излучение не несёт информации о внутреннем строении предмета и только ухудшает качество формируемого изображения.

  Основными требованиями к преобразователям рентгеновского изображения являются: максимальная информативность рентгеновского изображения при минимально возможной поглощённой дозе излучения просвечиваемым объектом и оптимальное преобразование рентгеновского изображения в оптическое, обеспечивающее получение оператором максимума информации, содержащейся в теневом рентгеновском изображении.

   Качество рентгеновского изображения в основном определяется: контрастностью, яркостью, не резкостью и разрешающей способностью.

   Контрастность изображения тем выше, чем меньше уровень рассеянного излучения. Реальные источники излучения дают расходящийся пучок лучей, выходящий из фокусного пятна анода рентгеновской трубки, причём интенсивность рентгеновского излучения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от фокуса рентгеновской трубки. Для получения большей интенсивности излучения в плоскости наблюдательного экрана и, следовательно, большей яркости свечения экрана при заданной мощности рентгеновской трубки выгодно максимально приближать фокус трубки и экран к исследуемому объекту. Однако в зависимости от расстояния от фокуса трубки до поверхности просвечиваемого объекта и от поверхности объекта до преобразователя рентгеновского изображения (экрана) возникает искажение геометрических соотношений в теневом рентгеновском изображении: одинаковые по размерам структуры элементов, находящихся на разных расстояниях до фокуса рентгеновской трубки, дают существенно различные по форме и площади тени. Поскольку размеры фокусного пятна трубки имеют конечную величину, переход от наибольшей яркости изображения к области полной тени происходит постепенно - вместо резкой границы образуется переходная область полутени. Контраст, обеспечивающий заданную вероятность обнаружения объекта и определяемый заданными параметрами изображения, а также условиями зрительной работы, принято называть пороговым контрастом. Этот параметр очень значим, т.к. практически оператор не знает того, где и когда в поле его зрения появится "запрещённый" объект. Кроме того, в поле зрения оператора представляется одновременно нескольких объектов, часть из которых он должен опознать по известным признакам с учётом таких факторов как определённое ограничение времени наблюдения (особенно при конвейерном способе контроля), побочные возбуждения оператора в производственных условиях, а также наличие шумов на изображении и его определённая не резкость.

 Не резкость изображения определяется явлением рассеяния и конечными размерами фокусного пятна трубки. Не резкость тем больше, чем ближе трубка к просвечиваемому объекту и чем дальше находится от объекта преобразователь рентгеновского изображения (экран). При просвечивании движущегося объекта на не резкость его изображения накладывается так называемая динамическая не резкость, обусловленная инерционностью элемен­тов системы визуализации рентгеновского изображения. К плавным переходам интенсивности между соседними участками рентгеновского излучения (не резкости) может привести и сама внутренняя структура просвечиваемого объекта, толщина элементов которого может изменяться постепенно.