Физика ионизирующего излучения

Все излучения, используемые в медицинской радиологии, разделяют на две большие группы: неионизирующие и ионизирующие, Как показывает само наименование, первые в отличие от вторых при взаимодействии со средой не вызывают ионизации атомов, т.е. распада на противоположно заряженные частицы - ионы.

К числу неионизирующих излучений принадлежит тепловое (инфракрасное) излучение и резонансное, возникающее в объекте (тело человека), помещенного в стабильное магнитное поле, под действием высокочастотных импульсов. Кроме того, к неионизирующим излучениям условно относят ультразвуковые волны, представляющие собой упругие колебания среды.

Ионизирующие излучения характеризуются способностью к ионизации атомов окружающей среды, в том числе атомы, входящие в состав тканей человека. Все эти излучения делят на квантовые и корпускулярные.

Это деление в значительной мере условно, так как любое излучение имеет двойственную природу и в определенных условиях проявляет то свойство волны, то свойство частицы.

К квантовым ионизирующим излучениям относят тормозное (рентгеновское) и гамма-излучение.

К корпускулярным излучениям относят пучки электронов, протонов, нейтронов, мезонов.

Для медицинских целей наиболее активно используют вид искусственного наружного излучения – рентгеновское.

Рентгеновская трубка представляет собой вакуумный стеклянный сосуд, в концы которого впаяны два электрода – катод и анод.

Катод выполнен в виде тонкой вольфрамовой спирали. При его нагревании вокруг спирали образуется облако свободных электронов (термоэлектронная эмиссия). Под действием высокого напряжения, приложенного к полюсам рентгеновской трубки, они разгоняются и фокусируются на аноде. Последний вращается с огромной скоростью (до 10 тыс. оборотов в мин.), для равномерного распределения частиц и предупреждения расплавления анода. В результате торможения электронов на аноде часть их кинетической энергии превращается в электромагнитное излучение.

Рентгеновское излучение это разновидность тормозного излучения.

Другим источником ионизирующих излучений для медицинских целей являются радиоактивные нуклиды. Их получают в атомных реакторах на ускорителях заряженных частиц, или при помощи генераторов радионуклидов.

Ускорители заряженных частиц - это установки для получения заряженных частиц высоких энергий с помощью электрического поля. Частицы движутся в вакуумной камере. Управление их движением осуществляется магнитным полем или электрическим.

По характеру ускоряемых частиц в них различают ускорители электронов

(бетатрон, микротрон, линейный ускоритель) и тяжелых частиц – протонов и т.д. (циклотрон, синхрофазотрон).

В диагностике ускорители используют для получения радионуклидов, преимущественно с коротким и ультракоротким периодом полураспада.

В состав лучевой диагностики входят рентгенодиагностика (рентгенология), радионуклидная диагностика, ультразвуковая диагностика, рентгеновская компьютерная томография, магнитно-резонансная томография, медицинская термография (тепловидение). Кроме того, к ней относится так называемая интервенционная радиология, в задачи которой входит выполнение лечебных вмешательств на базе лучевых диагностических процедур.

Перечисленные методы лучевой диагностики основаны на исследовании органов путем получения их изображений с помощью различных полей и излучений (Medical Imaging). Визуализация может быть получена обработкой пропускаемого, испускаемого или отраженного электромагнитного излучения либо механической вибрации (ультразвук).

В основу современной медицинской визуализации положены следующие физические явления:

- поглощение в тканях рентгеновского излучения (рентгенодиагностика);

- возникновение радиочастотного излучения при возбуждении непарных ядер атомов в магнитном поле (МРТ);

- испускание гамма-квантов радионуклидами, сконцентрированными в определенных органах (радионуклидная диагностика);

- отражение в сторону датчика высокочастотных лучей направленных ультразвуковых волн (УЗИ);

- самопроизвольное испускание тканями инфракрасных волн (инфракрасная визуализация, термография).

Все эти методы, за исключением ультразвукового, основаны на электромагнитном излучении в различных областях энергетического спектра. Ультразвуковая визуализация основана на улавливании колебаний, генерируемых пьезоэлектрическим кристаллом.

Методы визуализации можно сгруппировать и по следующему признаку: получают изображение всего объема ткани или ее тонкого слоя. При обычном рентгеновском исследовании трехмерный объем отображается как двухмерное изображение. На пленке получают суммационное изображение различных органов. При аксиальной визуализации, например, КТ, излучение направляется только на тонкий слой тканей. Главным преимуществом данного метода является хорошее контрастное разрешение.

Дата добавления: 2015-06-27