Что такое рентгеновское излучение в медицине
Рентгеновское излучение и его применение в медицине
Дата публикации: 13.01.2020 2020-01-13
Статья просмотрена: 6913 раз
Библиографическое описание:
Дугиева, Д. А. Рентгеновское излучение и его применение в медицине / Д. А. Дугиева. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 2 (292). — С. 5-7. — URL: https://moluch.ru/archive/292/66218/ (дата обращения: 14.12.2021).
В 1835 году немецким знаменитым физиком Вильгельмом Рентгеном был обнаружен новый, ранее не известный вид электромагнитного излучения, которое было названо в честь своего открывателя-рентгеновским. Проводя опыты по проникновению тока между двумя электродами в вакууме, он обнаружил, что экран, который был покрыт люминесцентным веществом бария, светится, в то время как разрядная трубка была закрыта черным картонным экраном. Таким образом, было получено излучение, которое проникает через непрозрачные помехи, названое Рентгеном Х-лучами. Рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки. Проходя через исследуемый объект и падая на фотоплёнку, рентгеновское излучение показывает на ней его внутреннюю структуру. Так как пронизывающая способность рентгеновского излучения для разных материалов различна, менее прозрачные для него части объекта дают более светлые участки на фотоснимке, чем те, через которые излучение проникает лучше. Костные ткани менее прозрачны для рентгеновского излучения, чем ткани, из которых состоит кожа и внутренние органы. Поэтому на рентгенограмме кости обозначатся как более светлые участки и более прозрачное для излучения место перелома может быть достаточно легко обнаружено.
Возникновение рентгеновского излучения.
Рентгеновские лучи возникают, когда с газоразрядной трубкой низкого давления сталкиваются электроны, движущиеся с большими скоростями. Нынешняя рентгеновская трубка представляет собой вакуумированный стеклянный баллон, содержащий в себе катод и анод. Катод является вольфрамовой нитью, которая нагревается электрическим током. В результате термоэлектронной эмиссии это приводит к испусканию катодов электронов. В рентгеновской трубке электроны ускоряются электрическим полем. Из-за того, что в трубке малое число молекул газа, электроны по пути к аноду не теряют своей энергии, с очень большой скоростью они достигают анода.
Рентгеновские лучи появляются тогда, когда электроны, движущиеся с большой скоростью, тормозятся материалом анода. В рентгеновской трубке он должен быть сделан из металла, который имеет высокую температуру плавления, например, из металла. Анод необходимо искусственно охлаждать, так как часть энергии электронов рассеивается в виде тепла, а та часть энергии, которая не рассеивается, превращается в энергию электромагнитных волн (рентгеновские лучи). Таким образом, результатом бомбардировки электронами вещества анода являются рентгеновские лучи.
Рентгеновское излучение, исходящее из антикатода трубки, состоит из двух частей. Первая-это есть тормозное излучение, которое возникает при торможении электронов в антикатоде. Его свойства никак не зависят от материала анода. Тормозное излучение при разложении по длинам волн даёт сплошной спектр, как и спектр видимого белого света. В сторону длинных волн интенсивность тормозного излучения спадает и стремится к нулю, а со стороны коротких волн сплошной спектр резко обрывается. Такая особенность рентгеновского сплошного излучения объясняется его квантовой природой. Она никак не зависит от материала антикатода, определяется только напряжением на трубке.
Вторая часть — это характеристическое излучение. Оно, напротив, имеет линейчатый спектр, т. е. состоит из определенно расположенных узких спектральных линий. При переходе атома с одного энергетического уровня на другой возникает линия характеристического излучения. Их длины волн зависят от материала анода. Данное излучение появляется лишь тогда, когда напряжение на трубке начинает превышать определённое значение, которое зависит лишь от материала анода.
Помимо рентгеновской трубки, источником рентгеновского излучения может быть радиоактивный изотоп, одни испускают рентгеновское излучение, а другие испускают электроны, возбуждающие рентгеновское излучение при бомбардировки металлических мишеней. Для радиоактивных источников интенсивность излучения меньше, чем рентгеновской трубки. Радиоактивные примеси замечены в минералах, отмечено также рентгеновское излучение космических объектов и звёзд.
Рентгеновское излучение вмедицине.
Рентгеновское излучение обладает высокой проникающей способностью и своё применение они нашли в диагностике. В первое время после открытия рентгеновское излучение применялось для исследования переломов костей и определения инородных тел (например, пули) в теле человека. В настоящее время применяют несколько методов, основанных на рентгеновском излучении.
Рентгеноскопия — этот метод даёт изучить функциональное состояние органов. Рентгеновский прибор состоит из рентгеновской трубки и флюоресцирующего экрана. Для того, чтобы защитить врача от воздействия рентгеновских лучей, между глазами врача и экраном устанавливают свинцовое окно. Недостатки данного метода-большие дозы излучения, которые получает пациент во время процедуры.
Флюорография. Данный диагностический метод позволяет получить фотографию с изображением органов и тканей. Чаще всего используют флюорографию грудной клетки, для диагностики заболеваний лёгких, сердца, грудной клетки и иные патологии.
Рентгенотерапия — это нынешний метод, позволяющий производить лечение заболеваний неонкологического профиля, причем как самостоятельно, так и в сочетании с другими методами. Она направлена на снижение воспалительной реакции, подавление болевой чувствительности и секреторной активности желез. Наиболее чувствительны к рентгеновским лучам лейкоциты, клетки злокачественных опухолей, половые железы и кроветворные органы. В каждом случае дозу облучения следует определять индивидуально.
В 1901 году Рентгену за открытие рентгеновских лучей в области физики была присуждена Нобелевская премия. Таким образом, рентгеновские лучи, представляющие собой невидимые электромагнитные излучения с длиной волны 102–105 нм, имеют способность проникать через непрозрачные материалы для видимого света. Испускаются они при переходах электронов с внешних электронных оболочек атома на внутренние (линейчатый спектр) и при торможении быстрых электронов в веществе (непрерывный спектр). Приёмники рентгеновского излучения-люминесцентные экраны, фотоплёнка, а источниками являются- ускорители рентгеновская трубка, накопители электронов и радиоактивные изотопы. Применяются в медицине, рентгеновском анализе и т. д.
Излучение в медицине
Медицинские процедуры и методы лечения, которые связаны с применением радиоактивного излучения, вносят основной вклад среди техногенный источников радиации. Различают три самостоятельных направления применения радиации в медицине.
1. Использование излучения в диагностических целях. Наиболее распространенным из них являются рентгеновские лучи. Принцип рентгенографии основан на способности рентгеновских лучей проходить сквозь человеческий организм. Как правило, они легче проходят сквозь мягкие ткани и труднее сквозь кости. Результат фиксируется на фотопленке или на мониторе компьютера.
В настоящее время разработан новый метод диагностики на основе ядерно-магнитного резонанса. В таких установках используют не рентгеновское излучение, а очень интенсивное магнитное поле и электрические волны радиочастотного диапазона, этот вид диагностики особенно важен в условиях чернобыльского фактора, так как не дает дополнительной дозовой нагрузки.
2. Введение радиоактивных изотопов в организм человека. Метод основан на регистрации излучения снаружи организма после того, как изотопы сконцентрируются в определенном органе, расположенном в глубине тела.
Область использования радиоактивных веществ для диагностики или лечения называют радиоизотопной медициной. Величину излучения оценивают с помощью счетчиков и определяют локализацию, количество и характер распределения введенного изотопа. Такая информация очень важна для диагностики ряда медицинских нарушений. Благодаря высокой чувствительности счетчиков, определяющих излучение, в организме человека вводят очень небольшое количество радиоактивных веществ, что не нарушает нормального равновесия веществ. Годовая эффективная эквивалентная доза данных видов исследований составляет 20 мкЗв на человека.
3. Ионизирующие излучения используют для борьбы со злокачественными болезнями.
Лучевая терапия основана на способности рентгеновских лучей воздействовать на клетки биологической ткани посредством устранения их способности к делению и размножению. Успешное лечение зависит от точного направления луча и обеспечения строгого режима облучения дозами, распределенными в течение длительного периода времени. Суммарные дозы для каждого человека довольно велики, однако их получает небольшое количество людей. Поэтому их вклад в коллективную дозу незначителен.
Средняя эффективная эквивалентная доза, получаемая от всех источников облучения в медицине около 1мЗв на каждого жителя, т.е. примерно половина средней дозы от естественных источников. Этот показатель неодинаков в различных странах и определяется уровнем социального развития страны, доступностью медицинской помощи и охвата населения медицинскими мероприятиями, материально-технической базой рентгеновской службы, т.е. качеством и конструктивными особенностями рентгеновской аппаратуры.
Действие рентгеновского излучения на человека
Рентгеновское излучение – это электромагнитные волны, длина которых колеблется в интервале от 0,0001 до 50 нанометров. Излучение было открыто в ноябре в 1895 году физиком из Германии Вильгельмом Конрадом Рентгеном, работавшим в Вюрцбургском университете. Он охарактеризовал свойства лучей, обнаружив их способность проникания через мягкие непрозрачные ткани.
Применение и свойства рентгеновского излучения
Излучение делится два типа:
Лучи характеристического типа получаются при перестройке атомов анода рентгеновской трубки. Волны различаются длиной, на них воздействуют номера химических элементов, которые используются при получении трубки.
Тормозные лучи появляются из-за торможения электронов, которые испаряются из вольфрамовой спирали.
У электромагнитных волн существует ряд характеристик, объясняющихся их природой. Электромагнитные волны при перпендикулярном падении на плоскость не отражаются.
Это интересно! При перечне соблюдённых условий алмаз отразит их.
Электромагнитные волны пробиваются через непроницаемые предметы: бумага, металл, дерево, живые ткани. Чем поверхность материала плотнее и толще, тем лучи поглощаются интенсивнее и больше.
Рентгеновское излучение вызывает свечение некоторых элементов. Он останавливается после прекращения воздействия электромагнитных волн. Электромагнитные волны засвечивают фотоплёнку.
Излучение рентгена
При прохождении лучей в воздухе происходит его ионизация. В итоге воздух способен проводить ток. Облучение повреждает клетки, это связано с ионизацией биологических структур.
Благодаря рентгеновскому излучению можно просветить тело человека, чтобы получить снимок его костей. При современных технологиях также возможно выявление внутренних органов. С помощью обычных приборов получают двумерную проекцию, а благодаря компьютерным томографам возможно сделать объёмное изображение человеческих органов.
В этом промежутке времени существует такое понятие как рентгеновская дефектоскопия. С помощью неё выявляют повреждения в различных изделиях, к примеру, в варочных швах и в рельсах.
Во многих науках рентгеновское излучение применяется для выявления строения элементов на уровне атомов при помощи дифракционного рассеяния рентгеновского излучения. Это называется рентгеноструктурным анализом. В качестве примера можно привести выявление структуры ДНК.
Химический состав элементов также выявляется благодаря электромагнитным волнам. Вещество, по которому осуществляется анализ, облучается электронами, в процессе происходит ионизация атомов. Такой метод называется рентгено-флюоресцентным.
На сегодняшний момент применение рентгеновского излучения осуществляется в разных отраслях. В целях безопасности создаются переносные и стационарные приборы для выявления запрещённых или опасных для жизни предметов в таможнях, аэропортах и местах, где часто происходят столпотворения людей.
Виды рентгеновского излучения
Оно бывает нескольких видов и различается по проникающей способности и по протяжённости волны:
Действует подразделение по признакам спектра и механизмам действия:
Любые типы складываются благодаря рентгеновской трубке. Этот термин значит электровакуумный прибор, который предназначен для генерации электромагнитных волн. Основой работы служит термоэлектронная эмиссия.
Тормозное излучение образуется при помощи торможения электронов полем атомарных электронов. Его диапазон — непрерывный, определяется границами волн.
Влияние рентгеновского излучения на человека
После их открытия Вильгельмом Рентгеном, который опубликовал статью, назвав их х-лучами, выяснилось, что такое излучение влияет на организм человека.
Рентгеновское излучение в повышенных дозах провоцирует изменения в кожных покровах, которые похожи на ожог от солнечных лучей. Только при облучении происходит более глубокое и серьёзное повреждение верхнего слоя кожи. Появившиеся на коже язвы требуют затяжного по времени лечения.
Со временем исследователи выявили, что такого пагубного действия реально избежать, если уменьшить дозировку или время. При этом применяется дистанционное управление процедурой.
Вред от получаемых волн иногда проявляется не сразу, а только спустя промежуток времени, постепенно: случаются непрерывные или временные преобразования в структуре эритроцитов, повышается риск развития лейкемии. Возможно характерное образование последствия в виде преждевременного старения и утери эластичности кожи.
Применение рентгена
Влияние рентгеновского излучения зависит от того, какой внутренний орган подвержен излучению. Воздействие электромагнитных волн зависит от дозы лучей. При облучении половых органов у человека развивается бесплодие, при кроветворных органах – болезни крови.
Регулярное облучение даже в самых маленьких количествах и при коротких промежутках, приводит к изменениям на генетическом фоне. Они редко обратимы.
Электромагнитные волны проникают через ткани человеческого тела, при этом осуществляется ионизация в клетках, изменяется структура. Результатами таких воздействий становятся соматические осложнения или болезни в будущем поколении. Так проявляются генетические заболевания.
У людей, подвергшихся излучению, выявляются патологии крови. После маленьких доз возникают изменения её состава, которые ещё обратимы. Распадаются эритроциты и гемоглобин вследствие гемолитических изменений. Возможна тромбоцитопения.
При облучении нередки травмы хрусталика глаза, он мутнеет, и наступает катаракта.
Однократное облучение медицинской аппаратурой не влечёт за собой сильных перемен, т.к. содержит небольшую дозировку. При чувстве пациентом повышенной тревоги он вправе попросить у медика специальный защитный фартук. После выключения аппарата вредоносное действие тут же прекращается. Частое же влияние пагубно сказывается на человеческом организме.
Исследование последствий вредного облучения позволило создать международные стандарты, в которых указаны разрешённые минимальные дозы.