Aplicarea radiațiilor X în medicină. Raze X în medicină, aplicare

Capacitate mare de penetrare - capabil să pătrundă în anumite medii. Razele X pătrund cel mai bine prin medii gazoase (țesutul pulmonar), acestea pătrund slab prin substanțe cu densitate mare de electroni și masă atomică mare (la om, oase).
Fluorescență - strălucire. În acest caz, energia radiației X este transformată în energia luminii vizibile. În prezent, principiul fluorescenței stă la baza proiectării ecranelor de intensificare proiectate pentru expunerea suplimentară a filmului cu raze X. Acest lucru vă permite să reduceți sarcina de radiații pe corpul pacientului studiat.
Fotochimic – capacitatea de a induce diferite reacții chimice.
Capacitate de ionizare - sub influența razelor X, are loc ionizarea atomilor (descompunerea moleculelor neutre în pozitive și ioni negativi, formând o pereche de ioni.
Biologic – leziuni celulare. În cea mai mare parte este cauzată de ionizarea structurilor semnificative biologic (ADN, ARN, molecule de proteine, aminoacizi, apă). Efecte biologice pozitive - antitumorale, antiinflamatoare.

Dispozitiv cu tub fascicul

Razele X sunt produse într-un tub cu raze X. Un tub cu raze X este un recipient de sticlă cu un vid în interior. Există 2 electrozi - catod și anod. Catodul este o spirală subțire de wolfram. Anodul din tuburile vechi era o tijă grea de cupru cu o suprafață teșită îndreptată spre catod. O placă de metal refractar a fost lipită pe suprafața teșită a anodului - o oglindă a anodului (anodul devine foarte fierbinte în timpul funcționării). În centrul oglinzii se află Focalizarea tubului cu raze X- Acesta este locul unde se produc razele X. Cu cât valoarea focalizării este mai mică, cu atât contururile subiectului fotografiat sunt mai clare. Focalizarea mică este considerată a fi 1x1 mm sau chiar mai mică.

În aparatele moderne cu raze X, electrozii sunt fabricați din metale refractare. În mod obișnuit, se folosesc tuburi cu un anod rotativ. În timpul funcționării, anodul este rotit folosind un dispozitiv special, iar electronii care zboară din catod cad pe focarul optic. Datorită rotației anodului, poziția focarului optic se schimbă tot timpul, astfel încât astfel de tuburi sunt mai durabile și nu se uzează mult timp.

Cum se produc razele X? În primul rând, filamentul catodic este încălzit. Pentru a face acest lucru, folosind un transformator descendente, tensiunea de pe tub este redusă de la 220 la 12-15V. Filamentul catodic se încălzește, electronii din el încep să se miște mai repede, unii dintre electroni părăsesc filamentul și se formează un nor de electroni liberi în jurul lui. După aceasta, se pornește un curent de înaltă tensiune, care se obține folosind un transformator step-up. Aparatele de diagnosticare cu raze X utilizează curent de înaltă tensiune de la 40 la 125 kV (1 kV = 1000 V). Cu cât tensiunea pe tub este mai mare, cu atât lungimea de undă este mai mică. Când tensiunea înaltă este pornită, se obține o diferență mare de potențial la polii tubului, electronii „se desprind” din catod și se reped la anod cu viteză mare (tubul este cel mai simplu accelerator al particulelor încărcate). Datorită dispozitivelor speciale, electronii nu se împrăștie în lateral, ci cad în aproape un punct al anodului - focarul (punctul focal) și sunt decelerati în câmpul electric al atomilor anodului. Când electronii sunt decelerati, unde electromagnetice, adică raze X. Datorită unui dispozitiv special (în tuburile vechi - un anod teșit), razele X sunt îndreptate către pacient sub forma unui fascicul divergent de raze, un „con”.

Obținerea unei imagini cu raze X

Imagistica cu raze X se bazează pe atenuarea radiației cu raze X pe măsură ce aceasta trece diverse țesături corp. Ca urmare a trecerii prin formațiuni de diferite densități și compoziții, fasciculul de radiații este împrăștiat și decelerat și, prin urmare, pe film se formează o imagine de diferite grade de intensitate - așa-numita imagine de însumare a tuturor țesuturilor (umbră).

Filmul cu raze X este o structură stratificată, stratul principal este o compoziție de poliester cu o grosime de până la 175 microni, acoperită cu o fotoemulsie (iodură și bromură de argint, gelatină).

Dezvoltarea filmului - argintul este restaurat (unde au trecut razele - înnegrirea zonei filmului, unde au zăbovit - zone mai ușoare)
Fixer - spălarea bromură de argint din zonele prin care razele au trecut și nu au zăbovit.

În dispozitivele digitale moderne, radiația de ieșire poate fi înregistrată folosind o matrice electronică specială. Dispozitivele cu o matrice electronică sensibilă sunt mult mai scumpe decât dispozitivele analogice. În acest caz, filmele sunt imprimate numai atunci când este necesar, iar imaginea de diagnosticare este afișată pe monitor și, în unele sisteme, stocată în baza de date împreună cu alte date ale pacientului.

Construcția unei camere moderne de radiografie

Pentru a găzdui o cameră cu raze X, în mod ideal, aveți nevoie de cel puțin 4 camere:

1. Sala de radiografie în sine, unde se află aparatul și sunt examinați pacienții. Suprafața camerei cu raze X trebuie să fie de cel puțin 50 m2

2. Sala de comandă, unde se află panoul de comandă, cu ajutorul căreia tehnicianul cu raze X controlează întreaga funcționare a aparatului.

3. O cameră întunecată în care se încarcă casete de film, se dezvoltă și se fixează fotografiile, se spală și se usucă. O metodă modernă de prelucrare fotografică a filmelor cu raze X medicale este utilizarea mașinilor de dezvoltare tip rulou. Pe lângă ușurința incontestabilă de utilizare, mașinile de dezvoltare oferă o stabilitate ridicată a procesului de procesare a fotografiilor. Timpul pentru un ciclu complet din momentul în care filmul intră în mașina de dezvoltare până la obținerea unei radiografii uscate („de la uscat la uscat”) nu depășește câteva minute.

4. Cabinetul medicului, unde medicul radiolog analizeaza si descrie radiografiile facute.

Metode de protecție a personalului medical și a pacienților împotriva radiațiilor X

Radiologul este responsabil de protecția pacienților, precum și a personalului, atât în interiorul cabinetului, cât și a persoanelor din încăperile adiacente. Pot exista mijloace colective și individuale de protecție.

3 metode principale de protecție: protecție prin ecranare, distanță și timp.

1 .Protecție de ecranare:

Plasat pe calea razelor X dispozitive speciale realizate din materiale care absorb bine razele X. Poate fi plumb, beton, beton barit etc. Pereții, podelele și tavanele camerelor cu raze X sunt protejate și realizate din materiale care nu transmit razele încăperilor adiacente. Ușile sunt protejate cu material căptușit cu plumb. Ferestrele de vizualizare dintre camera de radiografie și camera de control sunt realizate din sticlă cu plumb. Tubul cu raze X este plasat într-o carcasă de protecție specială care nu permite trecerea razelor X, iar razele sunt îndreptate către pacient printr-o „fereastră” specială. Un tub este atașat de fereastră, limitând dimensiunea fasciculului de raze X. În plus, o diafragmă de mașină cu raze X este instalată la ieșirea razelor din tub. Este format din 2 perechi de plăci perpendiculare între ele. Aceste plăci pot fi mutate și desfăcute ca draperiile. În acest fel puteți crește sau micșora câmpul de iradiere. Cum mai mult domeniu expunerea, cu atât mai mare este răul deschidere- o parte importantă a protecției, în special la copii. În plus, medicul însuși este expus la mai puține radiații. Iar calitatea imaginilor va fi mai bună. Un alt exemplu de protecție prin ecranare sunt acele părți ale corpului subiectului care se află în în acest moment nu poate fi îndepărtat și trebuie acoperit cu foi de cauciuc cu plumb. Există, de asemenea, șorțuri, fuste și mănuși din material special de protecție.

2 .Protecție timp:

Pacientul trebuie iradiat în timpul unei examinări cu raze X pentru cât mai puțin timp (grabă, dar nu în detrimentul diagnosticului). În acest sens, imaginile dau mai puțină expunere la radiații decât transiluminarea, deoarece În fotografii sunt utilizate viteze foarte scurte de expunere (timp). Protecția timpului este principala modalitate de a proteja atât pacientul, cât și radiologul însuși. La examinarea pacientilor, medicul, toate celelalte lucruri fiind egale, incearca sa aleaga o metoda de cercetare care sa dureze mai putin timp, dar nu in defavoarea diagnosticului. În acest sens, din fluoroscopie mai mult rău, dar, din păcate, este adesea imposibil să faci fără fluoroscopie. Astfel, la examinarea esofagului, stomacului și intestinelor, se folosesc ambele metode. Atunci când alegem o metodă de cercetare, ne ghidăm după regula conform căreia beneficiile cercetării ar trebui să fie mai mari decât răul. Uneori, din cauza fricii de a face o fotografie suplimentară, apar erori de diagnostic și tratamentul este prescris incorect, ceea ce uneori costă viața pacientului. Trebuie să ne amintim despre pericolele radiațiilor, dar nu vă fie frică de ea, este mai rău pentru pacient.

3 .Protecție la distanță:

Conform legii pătratice a luminii, iluminarea unei anumite suprafețe este invers proporțională cu pătratul distanței de la sursa de lumină la suprafața iluminată. În ceea ce privește examinarea cu raze X, aceasta înseamnă că doza de radiații este invers proporțională cu pătratul distanței de la focarul tubului cu raze X la pacient (distanța focală). Când distanța focală crește de 2 ori, doza de radiație scade de 4 ori, iar când distanța focală crește de 3 ori, doza de radiații scade de 9 ori.

În timpul fluoroscopiei, nu este permisă o distanță focală mai mică de 35 cm. Distanța de la pereți la aparatul cu raze X trebuie să fie de cel puțin 2 m, altfel se formează raze secundare, care apar atunci când fasciculul primar de raze lovește obiectele din jur. (pereți etc.). Din același motiv, nu este permis în camerele cu raze X. mobilier suplimentar. Uneori, la examinarea pacienților grav bolnavi, personalul secțiilor chirurgicale și terapeutice îl ajută pe pacient să stea în spatele ecranului cu raze X și să stea lângă pacient în timpul examinării, sprijinindu-l. Acest lucru este acceptabil ca excepție. Însă radiologul trebuie să se asigure că asistentele și asistentele care ajută pacientul poartă șorț și mănuși de protecție și, dacă este posibil, să nu stea aproape de pacient (protecție la distanță). Dacă mai mulți pacienți vin în camera de radiografie, aceștia sunt chemați în camera de tratament câte o persoană, adică. Ar trebui să existe o singură persoană în momentul studiului.

Bazele fizice ale radiografiei și fluorografiei. Dezavantajele și avantajele lor. Avantajele digitalului față de film.

Raze X (ing. radiografia de proiecție, radiografia cu film simplu, radiografia) este studiul structurii interne a obiectelor care sunt proiectate cu raze X pe un film sau hârtie specială. Cel mai adesea termenul se referă la cercetarea medicală non-invazivă bazată pe obținerea statiei de proiecție sumativă (staţionar) imagini ale structurilor anatomice ale corpului prin trecerea razelor X prin ele și înregistrarea gradului de atenuare a razelor X.
Principiile radiografiei

Pentru radiografia de diagnostic, este indicat să se facă poze în cel puțin două proiecții. Acest lucru se datorează faptului că o radiografie este o imagine plată a unui obiect tridimensional. Și, în consecință, localizarea focarului patologic detectat poate fi stabilită doar folosind 2 proiecții.

Tehnica de achizitie a imaginii

Calitatea imaginii cu raze X rezultată este determinată de 3 parametri principali. Tensiunea furnizată tubului cu raze X, puterea curentului și timpul de funcționare al tubului. În funcție de formațiunile anatomice studiate și de greutatea și dimensiunea pacientului, acești parametri pot varia semnificativ. Există valori medii pentru diferite organe și țesuturi, dar trebuie avut în vedere că valorile reale vor diferi în funcție de aparatul în care se efectuează studiul și de pacientul pentru care se efectuează radiografia. Un tabel individual de valori este compilat pentru fiecare dispozitiv. Aceste valori nu sunt absolute și sunt ajustate pe măsură ce studiul progresează. Calitatea imaginilor realizate depinde în mare măsură de capacitatea radiografului de a adapta în mod adecvat tabelul de valori medii la un anumit pacient.

Înregistrarea unei imagini

Cel mai obișnuit mod de a înregistra o imagine cu raze X este să o înregistrezi pe un film sensibil la raze X și apoi să o dezvolți. În prezent, există și sisteme care asigură înregistrarea datelor în formă digitală. Datorită costului ridicat și complexității producției acest tip echipamentele sunt oarecum mai puțin răspândite decât echipamentele analogice.

Filmul cu raze X este plasat în dispozitive speciale - casete (se spune că caseta este încărcată). Caseta protejează filmul de lumina vizibilă; acesta din urmă, ca și razele X, are capacitatea de a reduce argintul metalic din AgBr. Casetele sunt realizate dintr-un material care nu transmite lumină, dar permite trecerea razelor X. În interiorul casetelor există ecrane de intensificare, filmul este plasat între ele; Când faceți o imagine, nu numai razele X în sine, ci și lumina de pe ecrane (ecranele sunt acoperite cu sare fluorescentă, astfel încât acestea strălucesc și sporesc efectul razelor X) cad pe film. Acest lucru face posibilă reducerea dozei de radiații la pacient de 10 ori.

Când se face o imagine, razele X sunt direcționate către centrul obiectului fotografiat (centrare). După filmarea în camera întunecată, filmul este dezvoltat în substanțe chimice speciale și fix (fix). Cert este că pe acele părți ale filmului care nu au fost lovite de raze X în timpul filmării sau doar un număr mic dintre ele au fost lovite, argintul nu a fost restaurat, iar dacă filmul nu este plasat într-o soluție de fixator ( fixator), apoi la examinarea filmului, argintul este restaurat sub influența luminii vizibile. Întregul film va deveni negru și nicio imagine nu va fi vizibilă. La fixare (fixare), AgBr neredus din peliculă intră în soluția de fixare, deci există mult argint în fixator, iar aceste soluții nu sunt turnate, ci sunt predate centrelor de raze X.

Într-un mod modern prelucrarea foto a filmelor cu raze X medicale este utilizarea mașinilor de dezvoltare tip rolă. Pe lângă ușurința incontestabilă de utilizare, mașinile de dezvoltare oferă o stabilitate ridicată a procesului de prelucrare a fotografiilor. Timpul pentru un ciclu complet din momentul în care filmul intră în mașina de dezvoltare până la obținerea unei radiografii uscate („de la uscat la uscat”) nu depășește câteva minute.
Imaginile cu raze X sunt o imagine realizată în alb-negru – un negativ. Negru – zone cu densitate mică (plămâni, bule de gaz din stomac. Alb – zone cu densitate mare (oase).
Fluorografie- Esența FOG este că, odată cu el, se obține mai întâi o imagine a pieptului pe un ecran fluorescent, apoi se face o fotografie nu a pacientului însuși, ci a imaginii acestuia pe ecran.

Fluorografia oferă o imagine redusă a unui obiect. Există tehnici cu cadru mic (de exemplu, 24×24 mm sau 35×35 mm) și cu cadru mare (în special, 70×70 mm sau 100×100 mm). Acesta din urmă abordează radiografia în capacități de diagnostic. FOG este folosit pentru examinarea preventivă a populaţiei(sunt detectate boli ascunse precum cancerul și tuberculoza).

Au fost dezvoltate atât dispozitive fluorografice staționare, cât și mobile.

În prezent, fluorografia pe film este înlocuită treptat de fluorografia digitală. Metodele digitale fac posibilă simplificarea lucrului cu imagini (imaginea poate fi afișată pe un ecran de monitor, imprimată, transmisă în rețea, stocată într-o bază de date medicală etc.), reduce expunerea pacientului la radiații și reduce costurile materiale suplimentare(film, dezvoltator de film).

Există două tehnici comune de fluorografie digitală. Prima tehnică, ca și fluorografia convențională, folosește fotografiarea unei imagini pe un ecran fluorescent, doar o matrice CCD este folosită în locul filmului cu raze X. A doua tehnică utilizează scanarea transversală strat cu strat a toracelui cu un fascicul de raze X în formă de evantai cu detectarea radiației transmise de către un detector liniar (similar cu un scaner convențional pentru documente pe hârtie, în care un detector liniar se deplasează de-a lungul unui coală de hârtie). A doua metodă permite utilizarea unor doze mult mai mici de radiații. Unele dezavantaje ale celei de-a doua metode sunt timp mai lung primirea unei imagini.
Caracteristici comparative ale încărcăturii de doză în diferite studii.

O radiografie toracică cu film convențională oferă pacientului o doză medie individuală de radiații de 0,5 milisievert (mSv) per procedură (radiografie digitală - 0,05 mSv), în timp ce o radiografie cu film - 0,3 mSv per procedură (radiografie digitală) - 0,03 mSv), iar tomografia computerizată a organelor toracice - 11 mSv per procedură. Imagistica prin rezonanță magnetică nu implică expunerea la radiații

Beneficiile radiografiei

Disponibilitate largă a metodei și ușurință în cercetare.
Majoritatea testelor nu necesită pregătire specială a pacientului.
Costul relativ scăzut al cercetării.
Imaginile pot fi utilizate pentru consultarea unui alt specialist sau în altă instituție (spre deosebire de imaginile cu ultrasunete, unde este necesară o examinare repetată, deoarece imaginile rezultate sunt dependente de operator).

Dezavantajele radiografiei

Natura statică a imaginii face dificilă evaluarea funcției organelor.
Prezența radiațiilor ionizante care pot avea un efect nociv asupra pacientului.
Conținutul informațional al radiografiei clasice este semnificativ mai mic decât metodele moderne de imagistică medicală precum CT, RMN, etc. Imaginile convenționale cu raze X reflectă stratificarea de proiecție a structurilor anatomice complexe, adică umbra lor însumată cu raze X, în contrast cu serie strat cu strat de imagini obținute prin metode tomografice moderne.
Fără utilizarea agenților de contrast, radiografia nu este suficient de informativă pentru a analiza modificările țesuturilor moi care diferă puțin ca densitate (de exemplu, atunci când se studiază organele abdominale).

Bazele fizice ale fluoroscopiei. Dezavantajele și avantajele metodei

SCOPIA CU RAZE X (transmisie) este o metodă de examinare cu raze X în care, folosind raze X, se obține o imagine pozitivă a obiectului studiat pe un ecran fluorescent. În timpul fluoroscopiei, zonele dense ale obiectului (oase, corpuri străine) par întunecate, mai puțin dense ( țesături moi) - brichetă.

ÎN conditii moderne folosirea unui ecran fluorescent nu este justificată din cauza luminozității sale scăzute, ceea ce obligă cercetările să fie efectuate într-o încăpere bine întunecată și după o lungă adaptare a cercetătorului la întuneric (10-15 minute) pentru a distinge o intensitate scăzută. imagine.

Acum, ecranele fluorescente sunt folosite la proiectarea unui intensificator de imagine cu raze X (intensificator de imagine cu raze X), care crește luminozitatea (strălucirea) imaginii primare de aproximativ 5.000 de ori. Cu ajutorul unui convertor electron-optic, imaginea apare pe ecranul monitorului, ceea ce îmbunătățește semnificativ calitatea diagnosticului și nu necesită întunecarea camerei cu raze X.

Avantajele fluoroscopiei
Principalul avantaj față de radiografie este faptul că se efectuează cercetări în timp real. Acest lucru vă permite să evaluați nu numai structura organului, ci și deplasarea acestuia, contractilitatea sau distensibilitatea, trecerea agentului de contrast și umplerea acestuia. Metoda vă permite, de asemenea, să evaluați rapid localizarea unor modificări, ca urmare a rotației obiectului de studiu în timpul transiluminării (studiu multiproiecție).

Fluoroscopia vă permite să monitorizați implementarea unor proceduri instrumentale - plasarea cateterelor, angioplastie (vezi angiografie), fistulografie.

Imaginile rezultate pot fi plasate pe un CD obișnuit sau în stocarea în rețea.

Odată cu apariția tehnologiilor digitale, 3 dezavantaje principale inerente fluoroscopia tradițională au dispărut:

Doza de radiație relativ mare în comparație cu radiografia - dispozitivele moderne cu doze mici au lăsat acest dezavantaj în trecut. Utilizarea modurilor de scanare în impulsuri reduce și mai mult încărcarea dozei cu până la 90%.

Rezoluție spațială scăzută - pe dispozitivele digitale moderne, rezoluția în modul copiere este doar puțin inferioară rezoluției în modul radiografic. În acest caz, capacitatea de a observa starea funcțională a organelor individuale (inima, plămânii, stomacul, intestinele) „în dinamică” este de o importanță decisivă.

Incapacitatea de a documenta cercetarea - tehnologii digitale Procesarea imaginilor face posibilă salvarea materialelor de cercetare, atât cadru cu cadru, cât și sub forma unei secvențe video.

Fluoroscopia se efectuează în principal pentru diagnosticul cu raze X al afecțiunilor organelor interne localizate în cavitățile abdominale și toracice, conform planului pe care medicul radiolog îl întocmește înainte de începerea studiului. Uneori, așa-numita fluoroscopia de sondaj este folosită pentru a recunoaște leziunile traumatice osoase, pentru a clarifica zona de radiografiat.

Examen fluoroscopic de contrast

Contrastul artificial extinde foarte mult posibilitățile de examinare fluoroscopică a organelor și sistemelor în care densitățile țesuturilor sunt aproximativ aceleași (de exemplu, cavitatea abdominală, ale cărei organe transmit radiații cu raze X în aproximativ aceeași măsură și, prin urmare, au contrast scăzut). Acest lucru se realizează prin introducerea în lumenul stomacului sau al intestinelor a unei suspensii apoase de sulfat de bariu, care nu se dizolvă în sucurile digestive, nu este absorbită nici de stomac, nici de intestine și este excretată în mod natural într-o formă complet nemodificată. Principalul avantaj al unei suspensii de bariu este că, trecând prin esofag, stomac și intestine, le acoperă pereții interni și oferă pe un ecran sau film o imagine completă a naturii cotelor, depresiunilor și a altor caracteristici ale membranei mucoase. Studiul reliefului intern al esofagului, stomacului și intestinelor ajută la recunoașterea unui număr de boli ale acestor organe. Cu o umplere mai strânsă, se pot determina forma, dimensiunea, poziția și funcția organului examinat.

Mamografia - bazele metodei, indicații. Avantajele mamografiei digitale față de mamografia pe film.

Mamografie- capitolul diagnostice medicale, angajate în cercetare non-invazivăglanda mamară, în principal feminină, care este efectuată în scopul:
1.examinarea preventivă (screening) a femeilor sănătoase pentru identificarea formelor precoce, nepalpabile de cancer de sân;

2.diagnostic diferențial între cancer și hiperplazia dishormonală benignă (FAM) a glandei mamare;

3. evaluarea creșterii tumorii primare (focare canceroase cu un singur ganglion sau multicentrice);

4.monitorizarea dinamică a stării glandelor mamare după intervenții chirurgicale.

Următoarele metode de radiodiagnostic al cancerului de sân au fost introduse în practica medicală: mamografia, ultrasunetele, tomografia computerizată, imagistica prin rezonanță magnetică, dopplerografia color și puterea, biopsia stereotactică sub control mamografic, termografia.

mamografie cu raze X
În prezent, în marea majoritate a cazurilor din lume, mamografia cu proiecție cu raze X, film (analogic) sau digitală, este utilizată pentru a diagnostica cancerul de sân (BC) feminin.

Procedura nu durează mai mult de 10 minute. Pentru ca imaginea să fie realizată, sânii trebuie ținuți între două bretele și ușor comprimați. Poza este realizată în două proiecții, astfel încât locația tumorii să poată fi determinată cu precizie dacă este găsită. Deoarece simetria este unul dintre factorii de diagnostic, ambii sâni trebuie întotdeauna examinați.

mamografie RMN

Plângeri cu privire la retragerea sau bombarea oricărei părți a glandei

Evacuarea din mamelon, schimbarea formei sale

Sensibilitatea sânilor, umflarea, modificarea dimensiunii

Ca metodă de examinare preventivă, mamografia este prescrisă tuturor femeilor cu vârsta peste 40 de ani sau femeilor cu risc.

Tumori benigne ale sânului (în special fibroadenom)

procese inflamatorii (mastita)

Mastopatie

Tumori ale organelor genitale

Boli ale glandelor endocrine (tiroidă, pancreas)

Infertilitate

Obezitatea

Istoricul intervenției chirurgicale la sân

Avantajele mamografiei digitale față de film:

Reducerea sarcinilor de doză în timpul examinărilor cu raze X;

Creșterea eficienței cercetării, permițând identificarea proceselor patologice inaccesibile anterior (capacitățile de prelucrare a imaginilor computerizate digitale);

Posibilitatea utilizării rețelelor de telecomunicații pentru transmiterea imaginilor în scopul consultării la distanță;

Obținerea unui efect economic atunci când se efectuează cercetări în masă.

Radiologia este o ramură a radiologiei care studiază efectele radiațiilor cu raze X asupra organismului animalelor și oamenilor rezultate din această boală, tratamentul și prevenirea acestora, precum și metodele de diagnosticare a diferitelor patologii cu ajutorul razelor X (diagnostic cu raze X) . Un aparat de diagnosticare cu raze X tipic include o sursă de alimentare (transformatoare), un redresor de înaltă tensiune care convertește curentul alternativ reteaua electricaîntr-un panou de control permanent, trepied și tub cu raze X.

Razele X sunt un tip de oscilații electromagnetice care se formează într-un tub de raze X în timpul unei decelerații bruște a electronilor accelerați în momentul ciocnirii lor cu atomii substanței anodice. În prezent, punctul de vedere general acceptat este că razele X, prin natura lor, natura fizica sunt unul dintre tipurile de energie radiantă, al cărei spectru include și unde radio, razele infraroșii, lumina vizibilă, razele ultraviolete și razele gamma ale elementelor radioactive. radiații cu raze X poate fi caracterizat ca o colecție a celor mai mici particule ale sale - cuante sau fotoni.

Orez. 1 - unitate mobilă de raze X:

A - tub cu raze X;
B - dispozitiv de alimentare;
B - trepied reglabil.

Orez. 2 - Panou de control al aparatului cu raze X (mecanic - în stânga și electronic - în dreapta):

A - panou pentru reglarea expunerii și durității;
B - buton de alimentare de înaltă tensiune.

Orez. 3 - schema bloc a unei mașini tipice cu raze X

1 - retea;
2 - autotransformator;
3 - transformator step-up;
4 - tub cu raze X;
5 - anod;
6 - catod;
7 - transformator coborâtor.

Mecanismul de generare a razelor X

Razele X se formează în momentul ciocnirii unui flux de electroni accelerați cu substanța anodică. Când electronii interacționează cu o țintă, 99% din energia lor cinetică este convertită în energie termicăși doar 1% - în radiații cu raze X.

Un tub cu raze X constă dintr-un cilindru de sticlă în care sunt lipiți 2 electrozi: un catod și un anod. Aerul a fost pompat din balonul de sticlă: mișcarea electronilor de la catod la anod este posibilă numai în condiții de vid relativ (10 -7 -10 -8 mm Hg). Catodul are un filament, care este o spirală de tungsten strâns răsucită. Atunci când curentul electric este aplicat filamentului, are loc emisia de electroni, în care electronii sunt separați de filament și formează un nor de electroni în apropierea catodului. Acest nor este concentrat la cupa de focalizare a catodului, care stabilește direcția mișcării electronilor. Cupa este o mică depresiune în catod. Anodul, la rândul său, conține o placă metalică de wolfram pe care sunt concentrați electronii - aici sunt produse razele X.

Orez. 4 - Dispozitiv cu tub cu raze X:

A - catod;
B - anod;
B - filament de wolfram;
G - cupa de focalizare a catodului;
D - fluxul de electroni accelerați;
E - tinta tungsten;
F - balon de sticlă;
Z - fereastră din beriliu;
Și - formate raze X;
K - filtru din aluminiu.

Există 2 transformatoare conectate la tubul electronic: un step-down și unul step-up. Un transformator coborâtor încălzește o bobină de wolfram tensiune joasă(5-15 volți), rezultând emisii de electroni. Un transformator de înaltă tensiune se potrivește direct la catod și anod, care sunt alimentate cu o tensiune de 20-140 kilovolți. Ambele transformatoare sunt plasate în blocul de înaltă tensiune al aparatului cu raze X, care este umplut cu ulei de transformator, care asigură răcirea transformatoarelor și izolarea fiabilă a acestora.

După ce s-a format un nor de electroni utilizând un transformator coborâtor, transformatorul crescător este pornit și se aplică o tensiune de înaltă tensiune la ambii poli ai circuitului electric: un impuls pozitiv la anod și un impuls negativ la catodul. Electronii încărcați negativ sunt respinși din catodul încărcat negativ și tind spre anodul încărcat pozitiv - datorită acestei diferențe de potențial, se realizează o viteză mare de mișcare - 100 mii km/s. La această viteză, electronii bombardează placa de tungsten a anodului, completând un circuit electric, rezultând raze X și energie termică.

Radiația cu raze X este împărțită în bremsstrahlung și caracteristică. Bremsstrahlung apare din cauza unei încetiniri accentuate a vitezei electronilor emiși de o spirală de tungsten. Radiația caracteristică apare în momentul restructurării învelișurilor electronice ale atomilor. Ambele tipuri se formează în tubul cu raze X în momentul ciocnirii electronilor accelerați cu atomii substanței anodice. Spectrul de emisie al unui tub de raze X este o suprapunere a bremsstrahlung și a razelor X caracteristice.

Orez. 5 - principiul formării radiației de raze X bremsstrahlung.
Orez. 6 - principiul formării radiațiilor caracteristice cu raze X.

Proprietățile de bază ale radiației cu raze X

Razele X sunt invizibile pentru percepția vizuală.
Radiația cu raze X are o capacitate mare de penetrare prin organele și țesuturile unui organism viu, precum și structuri dense de natură neînsuflețită care nu transmit raze de lumină vizibile.
Razele X fac ca anumiți compuși chimici să strălucească, numiti fluorescență.

Sulfurile de zinc și cadmiu au fluorescentă galben-verde,
Cristalele de tungstat de calciu sunt de culoare violet-albastru.

Razele X au un efect fotochimic: descompun compușii de argint cu halogeni și provoacă înnegrirea straturilor fotografice, formând o imagine pe o radiografie.

Razele X își transferă energia către atomi și molecule mediu, prin care trec, manifestând un efect ionizant.

Radiațiile cu raze X au un efect biologic pronunțat în organele și țesuturile iradiate: în doze mici stimulează metabolismul, în doze mari poate duce la dezvoltarea leziunilor radiațiilor, precum și a bolii acute de radiații. Proprietate biologică permite utilizarea radiațiilor cu raze X pentru tratamentul tumorilor și a unor boli non-tumorale.

Scală de vibrații electromagnetice

Razele X au o lungime de undă și o frecvență de vibrație specifice. Lungimea de undă (λ) și frecvența de oscilație (ν) sunt legate prin relația: λ ν = c, unde c este viteza luminii, rotunjită la 300.000 km pe secundă. Energia razelor X este determinată de formula E = h ν, unde h este constanta lui Planck, o constantă universală egală cu 6,626 10 -34 J⋅s. Lungimea de undă a razelor (λ) este legată de energia lor (E) prin raportul: λ = 12,4 / E.

Radiația cu raze X diferă de alte tipuri de oscilații electromagnetice în lungime de undă (vezi tabel) și energie cuantică. Cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât frecvența, energia și puterea de penetrare sunt mai mari. Lungimea de undă a razelor X este în interval

. Prin modificarea lungimii de undă a radiației X, capacitatea sa de penetrare poate fi ajustată. Razele X au o lungime de undă foarte scurtă, dar o frecvență mare de vibrație și, prin urmare, sunt invizibile pentru ochiul uman. Datorită energiei lor enorme, quantele au o mare putere de penetrare, care este una dintre principalele proprietăți care asigură utilizarea radiațiilor X în medicină și alte științe.

Caracteristicile radiațiilor X

Intensitate - caracteristică cantitativă Radiația cu raze X, care este exprimată prin numărul de raze emise de tub pe unitatea de timp. Intensitatea radiației X se măsoară în miliamperi. Comparând-o cu intensitatea luminii vizibile de la o lampă incandescentă convențională, putem face o analogie: de exemplu, o lampă de 20 de wați va străluci cu o intensitate sau o putere, iar o lampă de 200 de wați va străluci cu alta, în timp ce calitatea luminii în sine (spectrul acesteia) este aceeași. Intensitatea unei radiografii este în esență cantitatea acesteia. Fiecare electron creează una sau mai multe cuante de radiație la anod, prin urmare, numărul de raze X la expunerea unui obiect este reglat prin modificarea numărului de electroni care tind spre anod și a numărului de interacțiuni ale electronilor cu atomii țintei de tungsten. , care se poate face în două moduri:

Prin modificarea gradului de încălzire a spiralei catodice folosind un transformator coborâtor (numărul de electroni generați în timpul emisiei va depinde de cât de fierbinte este spirala de wolfram, iar numărul de cuante de radiație va depinde de numărul de electroni);
Prin modificarea mărimii tensiunii înalte furnizate de un transformator step-up către polii tubului - catodul și anodul (cu cât tensiunea este mai mare pe polii tubului, cu atât electronii primesc mai multă energie cinetică, ceea ce , datorită energiei lor, pot interacționa la rândul lor cu mai mulți atomi ai substanței anodice - vezi. orez. 5; electronii cu energie scăzută vor putea intra în mai puține interacțiuni).

Intensitatea razelor X (curentul anodului) înmulțită cu timpul de expunere (timpul de funcționare al tubului) corespunde expunerii la raze X, care se măsoară în mAs (miliamperi pe secundă). Expunerea este un parametru care, ca și intensitatea, caracterizează numărul de raze emise de tubul cu raze X. Singura diferență este că expunerea ia în considerare și timpul de funcționare al tubului (de exemplu, dacă tubul funcționează timp de 0,01 secunde, atunci numărul de raze va fi unul, iar dacă 0,02 secunde, atunci numărul de raze va fi diferit - de două ori mai mult). Expunerea la radiații este stabilită de radiolog pe panoul de control al aparatului cu raze X, în funcție de tipul de examinare, de dimensiunea obiectului examinat și de sarcina de diagnosticare.

Rigiditate - caracteristica de calitate radiații cu raze X. Se măsoară prin mărimea tensiunii înalte de pe tub - în kilovolți. Determină puterea de penetrare a razelor X. Este reglat de tensiunea înaltă furnizată tubului cu raze X de un transformator step-up. Cu cât se creează diferența de potențial mai mare între electrozii tubului, cu atât electronii sunt respinși de la catod și se îndreaptă spre anod, cu atât mai puternică ciocnirea lor cu anodul. Cu cât ciocnirea lor este mai puternică, cu atât lungimea de undă a radiației X rezultată este mai mică și capacitatea de penetrare a acestei unde este mai mare (sau duritatea radiației, care, ca și intensitatea, este reglată pe panoul de comandă de parametrul de tensiune de pe tubul - kilovoltaj).

Orez. 7 - Dependența lungimii de undă de energia valurilor:

λ - lungimea de undă;
E - energia valurilor

Cu cât energia cinetică a electronilor în mișcare este mai mare, cu atât impactul lor asupra anodului este mai puternic și lungimea de undă a radiației X rezultată este mai mică. Radiația de raze X cu o lungime de undă mare și o putere de penetrare scăzută se numește „moale”;

Orez. 8 - Relația dintre tensiunea de pe tubul de raze X și lungimea de undă a radiației de raze X rezultate:

Cu cât tensiunea este mai mare pe polii tubului, cu atât diferența de potențial apare mai puternică peste ei, prin urmare, energia cinetică a electronilor în mișcare va fi mai mare. Tensiunea de pe tub determină viteza electronilor și forța de coliziune a acestora cu substanța anodică, prin urmare, tensiunea determină lungimea de undă a radiației X rezultate.

Clasificarea tuburilor cu raze X

După scop

Diagnostic
Terapeutic
Pentru analiza structurală
Pentru translucide

Prin proiectare

Prin focalizare

Focalizare unică (o spirală pe catod și un punct focal pe anod)
Bifocal (două spirale pe catod dimensiuni diferiteși există două puncte focale pe anod)

După tipul anodului

Staționar (fix)
Rotire

Razele X sunt folosite nu numai în scopuri de diagnostic cu raze X, ci și în scopuri terapeutice. După cum sa menționat mai sus, capacitatea radiațiilor X de a suprima creșterea celulelor tumorale face posibilă utilizarea acesteia în terapia cu radiații pentru cancer. Pe lângă aplicațiile medicale, radiațiile cu raze X și-au găsit o largă aplicație în inginerie, știința materialelor, cristalografie, chimie și biochimie: de exemplu, este posibil să se identifice defecte structurale în diferite produse (șine, cusături de sudură etc.) folosind raze X. Acest tip de cercetare se numește detectarea defectelor. Și în aeroporturi, gări și alte locuri aglomerate, introscoapele de televiziune cu raze X sunt utilizate în mod activ pentru transiluminare bagaj de mânăși bagaje din motive de securitate.

În funcție de tipul de anod, tuburile cu raze X variază ca design. Datorită faptului că 99% din energia cinetică a electronilor este convertită în energie termică, în timpul funcționării tubului, are loc o încălzire semnificativă a anodului - ținta sensibilă de wolfram arde adesea. Anodul este răcit în tuburi moderne de raze X prin rotirea acestuia. Anodul rotativ are forma unui disc, care distribuie uniform căldura pe toată suprafața sa, prevenind supraîncălzirea locală a țintei de tungsten.

Designul tuburilor cu raze X diferă și în ceea ce privește focalizarea. Punctul focal este zona anodului în care este generat fasciculul de raze X de lucru. Împărțit în punct focal real și punct focal eficient ( orez. 12). Deoarece anodul este înclinat, punctul focal efectiv este mai mic decât cel real. Diverse dimensiuni spot focal sunt utilizate în funcție de dimensiunea zonei imaginii. Cu cât zona imaginii este mai mare, cu atât punctul focal trebuie să fie mai larg pentru a acoperi întreaga zonă a imaginii. Cu toate acestea, un punct focal mai mic produce o claritate mai bună a imaginii. Prin urmare, atunci când se produc imagini mici, se folosește un filament scurt, iar electronii sunt direcționați către o zonă țintă mică a anodului, creând un punct focal mai mic.

Orez. 9 - Tub cu raze X cu un anod staționar.
Orez. 10 - Tub cu raze X cu un anod rotativ.
Orez. 11 - Dispozitiv cu tub cu raze X cu anod rotativ.
Orez. 12 este o diagramă a formării unui punct focal real și eficient.

Ele sunt emise cu participarea electronilor, spre deosebire de radiația gamma, care este nucleară. Artificial, razele X sunt create prin accelerarea puternică a particulelor încărcate și prin trecerea electronilor de la un nivel de energie la altul, eliberând cantitate mare energie. Dispozitivele care pot fi utilizate sunt tuburile cu raze X și acceleratoarele de particule încărcate. Surse naturale ai sunt atomi instabili radioactiv și obiecte spațiale.

Istoria descoperirii

A fost realizat în noiembrie 1895 de Roentgen, un om de știință german care a descoperit efectul de fluorescență al cianurii de bariu platină în timpul funcționării unui tub catodic. El a descris caracteristicile acestor raze în detaliu, inclusiv capacitatea lor de a pătrunde în țesutul viu. Oamenii de știință le-au numit raze X;

Prin ce se caracterizează acest tip de radiație?

Este logic ca caracteristicile acestei radiații să fie determinate de natura sa. O undă electromagnetică este ceea ce sunt razele X. Proprietățile sale sunt următoarele:

Radiații cu raze X - rău

Desigur, în momentul deschiderii și de multi ani după aceea nimeni nu și-a dat seama cât de periculos era.

În plus, au creat dispozitivele primitive care au produs aceste unde electromagnetice, datorită designului lor neprotejat doze mari. Adevărat, oamenii de știință au prezentat și presupuneri cu privire la pericolul pentru oameni al acestei radiații. Trecând prin țesuturile vii, radiațiile cu raze X au un efect biologic asupra acestora. Efectul principal este ionizarea atomilor substanțelor care alcătuiesc țesuturile. Acest efect devine cel mai periculos în raport cu ADN-ul unei celule vii. Consecințele expunerii la raze X includ mutații, tumori, arsuri de radiații și boala de radiații.

Unde se folosesc razele X?

Medicament. Diagnosticarea cu raze X este „examinarea” organismelor vii. Terapia cu raze X afectează celulele tumorale.
Ştiinţă. Cristalografia, chimia și biochimia le folosesc pentru a dezvălui structura materiei.
Industrie. Detectarea defectelor la piesele metalice.
Siguranţă. Echipamentele cu raze X sunt folosite pentru a detecta obiectele periculoase din bagaje în aeroporturi și în alte locuri.

Deși oamenii de știință au descoperit efectul razelor X abia din anii 1890, utilizarea razelor X pentru această forță naturală a progresat rapid. Astăzi, în beneficiul umanității, radiațiile electromagnetice cu raze X sunt folosite în medicină, mediul academic și industrie, precum și pentru a genera electricitate.

În plus, radiațiile au aplicații utile în domenii precum agricultură, arheologie, spațiu, aplicarea legii, geologie (inclusiv minerit) și multe alte activități, chiar și mașinile fiind dezvoltate folosind fenomenul fisiunii nucleare.

Utilizări medicale ale razelor X

În mediile medicale, medicii și stomatologii folosesc o varietate de materiale și proceduri nucleare pentru a diagnostica, monitoriza și trata o gamă largă de procese metabolice și boli din corpul uman. Drept urmare, procedurile medicale care utilizează raze au salvat mii de vieți prin identificarea și tratarea bolilor, de la hiperfuncție. glanda tiroida la cancerul osos.

Cele mai frecvente dintre aceste proceduri medicale implică utilizarea razelor care pot trece prin pielea noastră. Când se face o imagine, oasele noastre și alte structuri par să arunce umbre, deoarece sunt mai dense decât pielea noastră, iar aceste umbre pot fi detectate pe film sau pe un ecran de monitor. Efectul este similar cu așezarea unui creion între o bucată de hârtie și o lumină. Umbra creionului va fi vizibilă pe bucata de hârtie. Diferența este că razele sunt invizibile, deci este nevoie de un element de înregistrare, ceva de genul filmului fotografic. Acest lucru permite medicilor și stomatologilor să evalueze utilizarea razelor X atunci când văd oase rupte sau probleme dentare.

Utilizarea radiațiilor cu raze X în scopuri medicinale

Aplicarea țintită a radiațiilor cu raze X în scopuri medicinale nu numai pentru detectarea daunelor. Când este utilizat în mod specific, este destinat să distrugă țesutul canceros, să reducă dimensiunea tumorii sau să reducă durerea. De exemplu, iodul radioactiv (în special iodul-131) este adesea folosit pentru a trata cancerul tiroidian, o afecțiune care afectează mulți oameni.

Dispozitivele care utilizează această proprietate se conectează și la computere și scanează, numite: tomografie axială computerizată sau tomografie computerizată.

Aceste instrumente oferă medicilor imagini color care arată conturul și detaliile organelor interne. Ajută medicii să detecteze și să identifice tumorile, anomaliile de dimensiune sau alte probleme fiziologice sau funcționale ale organelor.
În plus, spitalele și centrele de radiologie efectuează anual milioane de proceduri. În astfel de proceduri, medicii eliberează substanțe ușor radioactive în corpurile pacienților pentru a vedea unele organele interne, cum ar fi pancreasul, rinichii, tiroida, ficatul sau creierul, pentru a diagnostica condițiile clinice.

Razele X sunt radiații invizibile care pot pătrunde, deși în grade diferite, toată materia. Este o radiație electromagnetică cu o lungime de undă de aproximativ 10-8 cm.

La fel ca lumina vizibilă, razele X fac ca filmul fotografic să devină negru. Această proprietate are important pentru medicină, industrie și cercetare științifică. Trecând prin obiectul studiat și apoi căzând pe pelicula fotografică, radiația cu raze X își descrie structura internă pe acesta. Deoarece puterea de penetrare a radiațiilor X este diferită pentru materiale diferite, părțile obiectului care sunt mai puțin transparente pentru acesta produc zone mai luminoase în fotografie decât cele prin care radiația pătrunde bine. Astfel, țesutul osos este mai puțin transparent la raze X decât țesutul care alcătuiește pielea și organele interne. Prin urmare, la o radiografie, oasele vor apărea ca zone mai ușoare, iar locul fracturii, care este mai transparent la radiații, poate fi detectat destul de ușor. Razele X sunt, de asemenea, utilizate în stomatologie pentru a detecta carii și abcese la rădăcinile dinților, iar în industrie pentru a detecta fisuri în piese turnate, materiale plastice și cauciucuri.

Razele X sunt folosite în chimie pentru a analiza compuși și în fizică pentru a studia structura cristalelor. Un fascicul de raze X care trece compus chimic, provoacă radiații secundare caracteristice, a căror analiză spectroscopică permite chimistului să determine compoziția compusului. Când cade pe o substanță cristalină, un fascicul de raze X este împrăștiat de atomii cristalului, dând o imagine clară și regulată a petelor și dungilor pe o placă fotografică, ceea ce face posibilă stabilirea structurii interne a cristalului.

Utilizarea razelor X în tratamentul cancerului se bazează pe faptul că ucide celulele canceroase. Cu toate acestea, poate avea și efecte nedorite asupra celulelor normale. Prin urmare, trebuie să fiți extrem de precauți atunci când utilizați raze X în acest mod.

Primirea de raze X

Radiația de raze X apare atunci când electronii care se mișcă la viteze mari interacționează cu materia. Când electronii se ciocnesc cu atomii de orice substanță, ei își pierd rapid energia cinetică. În acest caz, cea mai mare parte se transformă în căldură, iar o mică fracțiune, de obicei mai mică de 1%, este transformată în energie de raze X. Această energie este eliberată sub formă de cuante - particule numite fotoni, care au energie, dar a căror masă în repaus este zero. Fotonii cu raze X diferă în ceea ce privește energia lor, care este invers proporțională cu lungimea de undă. Metoda convențională de producere a razelor X produce o gamă largă de lungimi de undă, care se numește spectru de raze X.

tuburi cu raze X. Pentru a produce raze X prin interacțiunea electronilor cu materia, trebuie să aveți o sursă de electroni, un mijloc de accelerare a acestora la viteze mari și o țintă care să reziste la bombardamentul cu electroni și să producă radiații cu raze X de intensitatea necesară. Dispozitivul care conține toate acestea se numește tub cu raze X. Primii cercetători au folosit tuburi „profund evacuate”, cum ar fi tuburile moderne cu descărcare în gaz. Vidul din ele nu era foarte mare.

Tuburile de descărcare conțin cantități mici de gaz, iar atunci când se aplică o diferență mare de potențial electrozilor tubului, atomii de gaz sunt transformați în ioni pozitivi și negativi. Cei pozitivi se deplasează spre electrodul negativ (catod) și, căzând peste el, scot electroni din el, iar ei, la rândul lor, se deplasează către electrodul pozitiv (anod) și, bombardându-l, creează un flux de fotoni de raze X. .

În tubul modern cu raze X dezvoltat de Coolidge (Fig. 11), sursa de electroni este un catod de wolfram încălzit la o temperatură ridicată.

Orez. 11.

Electronii sunt accelerați la viteze mari de diferența mare de potențial dintre anod (sau anti-catod) și catod. Întrucât electronii trebuie să ajungă la anod fără a se ciocni cu atomii, este necesar un vid foarte mare, ceea ce necesită ca tubul să fie bine evacuat. Acest lucru reduce, de asemenea, probabilitatea de ionizare a atomilor de gaz rămași și a curenților laterali rezultați.

Când este bombardat de electroni, anticatodul de wolfram emite radiații de raze X caracteristice. Secțiunea transversală a fasciculului de raze X este mai mică decât zona iradiată reală. 1 - fascicul de electroni; 2 - catod cu un electrod de focalizare; 3 - carcasă de sticlă (tub); 4 - tinta tungsten (anti-catod); 5 - filament catodic; 6 - zona efectivă iradiată; 7 - punct focal eficient; 8 - anod de cupru; 9 - fereastra; 10 - radiații cu raze X împrăștiate.

Electronii sunt concentrați asupra anodului printr-un electrod cu formă specială care înconjoară catodul. Acest electrod se numește electrod de focalizare și, împreună cu catodul, formează „reflectorul electronic” al tubului. Anodul supus bombardamentului electronic trebuie să fie realizat dintr-un material refractar, deoarece cea mai mare parte a energiei cinetice a electronilor de bombardare este transformată în căldură. În plus, este de dorit ca anodul să fie realizat dintr-un material cu număr atomic ridicat, deoarece Randamentul de raze X crește odată cu creșterea numărului atomic. Materialul anodic cel mai des ales este wolfram, al cărui număr atomic este 74. Designul tuburilor cu raze X poate varia în funcție de condițiile și cerințele de aplicare.