Когерентное рассеяние

Рассеяние длинноволнового рентгеновского излучения происходит, в основном, без изменения длины волны, и его называют когерентным. Оно возникает, если энергия кванта меньше энергии ионизации, т.е. E = hn < A_u (A_u – энергия, необходимая для удаления внутренних электронов за пределы атома или молекулы). Так как в этом случае энергия фотона рентгеновского излучения и атома не изменяется, то когерентное рассеяние само по себе не вызывает биологического действия. Однако при создании защиты от рентгеновского излучения учитывается возможность изменения направления первичного пучка.

Эффект Комптона (некогерентное рассеяние)

Эффект Комптона возникает в результате рассеяния жестких рентгеновских лучей, при этом у рассеянных лучей длина волны больше, чем у падающих (1922г, Комптон). Эффект возникает, если энергия фотона рентгеновского излучения больше энергии ионизации:

hn > A_u. (4)

Это явление обусловлено тем, что при взаимодействии с атомом энергия фотона hn¢ ¢расходуется на образование нового рассеянного фотона рентгеновского излучения с энергией hn¢, на отрыв электрона от атома (A_u) и сообщение электрону кинетической энергии E_k:

hn = hn¢ + A_u + E_k. (5)

Так как во многих случаях hn >> A_u или эффект Комптона происходит на свободных электронах, то можно приближенно записать:

hn = hn¢ + E_k. (6)

Рис.4. Некогерентное рассеяние

В этом явлении наряду со вторичным рентгеновским излучением (hn¢) появляются электроны отдачи (E_k). Атомы или молекулы при этом становятся ионами.

Фотоэффект

Фотоэффект рентгеновских лучей впервые был изучен А.Ф. Иоффе и Н.И. Добронравовым. При фотоэффекте рентгеновское излучение поглощается атомом, в результате чего вылетает электрон, при этом атом ионизируется (фотоионизация). Если энергия фотона недостаточна для ионизации, то фотоэффект может проявляться в возбуждении атомов без вылета электронов.

Три основных процесса взаимодействия, рассмотренных выше являются первичными, они приводят к последующим вторичным, третичным и т.д. явлениям. Например, ионизированные атомы могут излучать характеристический спектр, возбужденные атомы могут стать источниками видимого света (рентгенолюминесценция) и т.п. Рентгеновское излучение приводит к образованию перекиси водорода в воде, действует на фотопластинку. Ионизирующее действие проявляется в увеличении электропроводности электролитов под влиянием рентгеновского излучения (используется в дозиметрии).

Вопрос 3. 20 минут.

3. Закон ослабления потока рентгеновского излучения

Если монохроматическое рентгеновское излучение падает на поглощающую среду, толщиной L, поглощение A определяется, как:

(7)

Или:

, (7¢)

где . Можно записать: . Найдем, чему равна интенсивность прошедшего излучения:

, (8)

где m – линейный коэффициент поглощения (ослабления), который зависит от природы вещества (от плотности и атомного номера) и от длины волны l (энергии фотонов) излучения. Используют также массовый коэффициент ослабления, который равен отношению линейного коэффициента ослабления к плотности поглотителя и не зависит от плотности вещества. Это уравнение описывает экспоненциальное уменьшение интенсивности излучение при прохождении рентгеновского излучения через слой поглощающего вещества (рис.5). Линейный коэффициент поглощения вещества увеличивается при увеличении атомного числа и плотности и зависит от энергии падающего рентгеновского излучения. В общем случае m увеличивается при уменьшении энергии рентгеновского излучения.

Рис.5. Изменение интенсивности рентгеновского излучения при прохождении через поглощающую среду

Свойство различных веществ и тканей живого организма по-разному поглощать рентгеновское излучение лежит в основе медицинской рентгенографии. Объектом исследования является часть тела пациента. Регистрация изображения производится с помощью фотографической пластинки. Кости, которые в основном состоят их кальция, поглощают рентгеновское излучение лучше, чем мягкие ткани (легкие, гастро-желудочный тракт). Для диагностики желудочного тракта проблема решается путем введения солей бария, которые хорошо распределяются в желудке и хорошо поглощают рентгеновские лучи. Используя тормозное рентгеновское излучение, можно проводить диагностику костного скелета человека, гастро-желудочного тракта, верхних дыхательных путей.

Вопрос 4. 21 минут.

4. Использование рентгеновского излучения в медицине: понятие о рентгеноскопии, рентгенографии, рентгенотерапии и рентгеновской томографии

Для целей диагностики используют фотоны с энергией порядка 60 ¸120кэВ. При этих энергиях массовый коэффициент ослабления в основном определяется фотоэффектом. Его значение

m_m = kl³ Z³, (9)

где k – коэффициент пропорциональности. Существенное различие поглощения рентгеновского излучения разными тканями позволяет в теневой проекции видеть изображения внутриклеточных органов тела человека.

Рентгенодиагностику используют в двух вариантах: рентгеноскопия – изображение рассматривается на рентгенолюминесцирующем экране и рентгенография - изображение фиксируется на фотопленке.

С лечебной целью – рентгенотерапия – рентгеновское излучение применяют главным образом для уничтожения злокачественных образований.

Флюорография – фиксация изображения на чувствительной малоформатной пленке с большого рентгенолюминесцирующего экрана.

Томография – метод рентгенологического исследования, заключающийся в получении теневого изображения отдельных слоев исследуемого объекта, лежащих на разной глубине.

Томографию производят с помощью специальных рентгенодиагностических аппаратов – томографов. Томограф состоит из источника рентгеновского излучения (Рт1, 2, 3 – рентгеновская трубка в положениях 1, 2, 3), приемника излучения (Фп – кассеты с усиливающим экраном и пленкой или селеновой пластиной), устройства для фиксации больного, а также механизма для синхронного перемещения излучателя и приемника либо больного и приемника излучения (см. рис.6).

Томография компьютерная – метод рентгеновского исследования, заключающийся в круговом просвечивании объекта рентгеновским излучением и последующем построении с помощью быстродействующей ЭВМ послойного изображения этого объекта.

Математические принципы метода были обоснованы Кормаком в 60-х годах XX века. Первое официальное сообщение о применении компьютерной томографии для исследования головы человека сделано Хаунсфилдом и Амброусом в 1972г. Первый компьютерный томограф для всего тела был создан Ледли в 1974г. За разработку метода компьютерной томографии в 1979г. Хаунсфилду и Кормаку была присуждена Нобелевская премия.

Рис.6. Рентгеновская томография

5 минут

Заключение

Компьютерную томографию производят с помощью компьютерных томографов, имеющих сканирующее устройство, состоящее из источника рентгеновского излучения, детекторов, его воспринимающих, и системы, обеспечивающей их перемещение; систему преобразования регистрируемой детекторами информации; специализированную ЭВМ, производящую необходимые для построения изображения вычисления по заданному алгоритму; систему записи и воспроизведения реконструированных изображений внутреннего строения тонких слоев объекта в аксиальном (поперечном) сечении.

Дата добавления: 2014-01-14