Применение рентгеновского излучения в медицине

Применение рентгеновского излучения в медицине

Причиной применения рентгеновского излучения в диагностике послужила их высокая проникающая способность. В первое время после открытия, рентгеновское излучение использовалось по большей части, для исследования переломов костей и определения местоположения инородных тел (например, пуль) в теле человека. В настоящее время применяют несколько методов диагностики с помощью рентгеновских лучей (рентгенодиагностика).

Рентгеноскопия . Рентгеновский прибор состоит из источника рентгеновских лучей (рентгеновской трубки) и флуоресцирующего экрана. После прохождения рентгеновских лучей через тело пациента врач наблюдает теневое его изображение. Между экраном и глазами врача должно быть установлено свинцовое окно для того, чтобы защитить врача от вредного действия рентгеновских лучей. Этот метод дает возможность изучить функциональное состояние некоторых органов. Например, врач непосредственно может пронаблюдать движения легких, прохождение контрастного вещества по желудочно-кишечному тракту. Недостатки этого метода – недостаточно контрастные изображения и сравнительно большие дозы излучения, получаемые пациентом во время процедуры.

Флюорография . Этот метод состоит в получении фотографии с изображением части тела пациента. Используют, как правило, для предварительного исследования состояния внутренних органов пациентов с помощью малых доз рентгеновского излучения.

Рентгенография. (Радиография рентгеновских лучей). Это метод исследования с помощью рентгеновских лучей, в ходе которого изображение записывается на фотографическую пленку. Фотографии делаются обычно в двух перпендикулярных плоскостях. Этот метод имеет некоторые преимущества. Рентгеновские фотографии содержат больше деталей, чем изображение на флуоресцентном экране, и потому они являются более информативными. Они могут быть сохранены для дальнейшего анализа. Общая доза излучения меньше, чем применяемая в рентгеноскопии.

Компьютерная рентгеновская томография . Оснащенный вычислительной техникой осевой томографический сканер является наиболее современным аппаратом рентгенодиагностики, который позволяет получить четкое изображение любой части человеческого тела, включая мягкие ткани органов.

Первое поколение компьютерных томографов (КT) включает специальную рентгеновскую трубку, которая прикреплена к цилиндрической раме. На пациента направляют тонкий пучок рентгеновских лучей. Два детектора рентгеновских лучей прикреплены к противоположной стороне рамы. Пациент находится в центре рамы, которая может вращаться на 180⁰ вокруг его тела.

Рентгеновский луч проходит через неподвижный объект. Детекторы получают и записывают показатели поглощения различных тканей. Записи делают 160 раз, пока рентгеновская трубка перемещается линейно вдоль сканируемой плоскости. Затем рама поворачивается на 1⁰, и процедура повторяется. Запись продолжается, пока рама не повернется на 180⁰. Каждый детектор записывает 28800 кадров (180x160) в течение исследования. Информация обрабатывается компьютером, и посредством специальной компьютерной программы формируется изображение выбранного слоя.

Второе поколение КT использует несколько пучков рентгеновских лучей и до 30 их детекторов. Это дает возможность ускорить процесс исследования до 18 секунд.

В третьем поколении КT используется новый принцип. Широкий пучок рентгеновских лучей в форме веера перекрывает исследуемый объект, и прошедшее сквозь тело рентгеновское излучение записывается несколькими сотнями детекторов. Время, необходимое для исследования, сокращается до 5-6 секунд.

КТ имеет множество преимуществ по сравнению с более ранними методами рентгенодиагностики. Она характеризуется высоким разрешением, которое дает возможность различать тонкие изменения мягких тканей. КТ позволяет обнаружить такие патологические процессы, которые не могут быть обнаружены другими методами. Кроме того, использование КT позволяет уменьшить дозу рентгеновского излучения, получаемого в процессе диагностики пациентами.

Радиоактивность

Дозиметрия излучений

Для определения интенсивности излучений используется дозиметрия , которую производят разными способами. Основными дозами, используемыми в дозиметрии, являются: поглощенная доза, экспозиционная доза и биологическая доза (эквивалентная).
Поглощенная доза излучения - это энергия ионизирующего излучения, поглощенная единицей массы поглощающего вещества. Поглощенная доза определяется для всех видов ионизирующего излучения. Она зависит от природы излучения и свойств вещества. Поглощенная доза измеряется в Греях (Гр). 1 Грей – доза, которая характеризует поглощение 1 килограммом вещества 1 Джоуля энергии.
Эффект ионизации вещества излучением зависит не только от величины поглощенной дозы, но также от периода времени, в течение которого излучение воздействовало на объект. Следовательно, чтобы оценить эффект излучения, необходимо также определить мощность поглощенной дозы – величину, равную отношению поглощенной дозы излучения к периоду его действия, или поглощенной дозе за единицу времени. Измеряется в [гр/с].
Экспозиционная доза – это общее количество радиоактивного излучения, достигающего вещества. Эта доза не зависит от характеристик вещества, а определяется только характеристиками излучения. Экспозиционная доза определяется для гамма- и рентгеновского излучения как общее количество ионов, образуемых в единице массы сухого воздуха в стандартных условиях (0⁰C, 760 мм. рт. ст. ) при действии на него указанных видов излучения. Единицей измерения экспозиционной дозы является кулон на килограмм [кл/кг]. Но более удобной единицей измерения экспозиционной дозы является рентген (Р). 1 Рентген равен 2, 58*10^-4 Кл/кг, что составляет приблизительно 2 миллиона пар ионов на 1 см³ воздуха.
Один рентген экспозиционной дозы равен приблизительно 0, 01 Грей поглощенной дозы в мягких тканях человека.
Мощность экспозиционной дозы - величина экспозиционной дозы, приходящаяся на единицу времени. Измеряется в [Р/с], [Р/ч].
  Биологическая доза (эквивалентная). Вышеупомянутые поглощенная и экспозиционная дозы характеризуют только физический эффект излучения. Биологическая доза используется для оценки биологического эффекта излучения, который сильно зависит от вида излучения.
Чтобы охарактеризовать зависимость биологического эффекта ионизирующих излучений от вида излучения используют коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ)излучения. Величина указанного коэффициента для различных видов излучения определялась экспериментально путем сравнения производимых ими эффектов с эффектами, вызываемыми действием на биологические объекты определенных стандартных доз рентгеновского излучения. Одним из тестируемых объектов был глаз животного, в котором вызывали катаракту действием различных видов излучения. Было установлено, что при ОБЭ = 1 для γ -частиц и рентгеновских лучей, значение ОБЭ составляет 2-10 для нейтронов, 10 для протонов и 20 для α -частиц.
Положительные ионы вызывают большую ионизацию при прохождении через единицу длины вещества, чем электромагнитные волны при одной и тойже поглощенной дозе излучения. Однако их эффекты более ограничены, поскольку они задерживаются поверхностными тканями из-за малого коэффициента поглощения.
Биологическая доза (эквивалентная) излучения рассчитывается умножением поглощенной дозы на коэффициент ОБЭ. Единицей измерения биологической дозы является Зиверт (Зв), который равен 1 Грею поглощенной (и эквивалентной) дозы рентгеновского и гамма излучений.