Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


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. Этот метод дает возможность изучить функциональное состояние некоторых органов.

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.

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.

 

Радиоактивное излучение - это поток элементарных частиц различных энергий, которые при прохождении через вещество производят ионизацию в нем. Явление самопроизвольного испускания химическими элементами излучения, обладающего значительной проникающей способностью и ионизирующими свойствами, получило название естественной радиоактивности. Элементы, испускающие такое излучение называются радиоактивными. Радиоактивными являются все элементы с порядковым номером более 83 в таблице Менделеева.(Z > 83).Радиоактивное излучение бывает трех типов: альфа-, бета- и гамма-излучение.Альфа-излучение отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает

высокой ионизирующей и малой проникающей способностью (например, поглощается слоем алюминия толщиной примерно 0, 05 мм.). Эта поток ядергелия.Бета-излучение отклоняется электрическим и магнитным полями. Егоионизирующая способность значительно меньше (примерно на два порядка), апоглощающая, гораздо больше (поглощается слоем алюминия толщиной примерно 2мм), чем у альфа-частиц. Это поток электронов или позитронов. Коэффициентпоглощения бета-излучения, которое сильно рассеивается в веществе, зависит не только от свойств вещества, но и от размеров и формы тела, на которое падает бета-излучение.Гамма-излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью (например, проходит через слой свинца толщиной 5 см). При прохождении через кристаллическое вещество наблюдается дифракция гамма- излучения. Гамма-излучение — это коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны — меньше 10^-10 м. Многие радиоактивные процессы сопровождаются излучением гамма-квантов. Радиоактивные излучения характеризуются следующими физическими величинами:

активность радиоактивного источника - это число радиоактивных распадов в единицу времени. Активностью А в СИ измеряется в беккерелях, внесистемная единица - кюри (1Бк = 1 распад/с; 1Ки = 3, 7? 1010Бк);

экспозиционная доза - определяется по ионизации сухого воздуха как отношение суммарного заряда всех ионов одного знака, созданных в воздухе, к массе воздуха в этом объеме. Единица экспозиционной дозы D0 в СИ - Кл/кг, внесистемной единицей является рентген ( 1P = 2, 58? 10-4Кл/кг);

Закон радиоактивного распада показывает, как количество нераспавшихся ядер данной радиоактивной субстанции уменьшается в течение времени. Красные круги этого макета символизируют 1000 атомных ядер радиоактивной субстанции, период полураспада (Т) которой достигает 20 секунд. Диаграмма в нижней части апплета изображает часть ещё нераспавшихся ядер (N/N0) в данном промежутке времени t, в соответствии следующему закону: N = N0 · 2-t/T.

N.... число нераспавшихся ядер

N0... начальное число ядер

t.... время

T.... период полураспада.

Период полураспада квантовомеханической системы (частицы, ядра, атома, энергетического уровня и т. д.) — время T?, в течение которого система распадается с вероятностью 1/2. Если рассматривается ансамбль независимых частиц, то в течение одного периода полураспада количество выживших частиц уменьшится в среднем в 2 раза. Термин применим только к экспоненциально распадающимся системам.

Не следует считать, что за два периода полураспада распадутся все частицы, взятые в начальный момент. Поскольку каждый период полураспада уменьшает число выживших частиц вдвое, за время 2T? останется четверть от начального числа частиц, за 3T? — одна восьмая и т. д. Вообще, доля выживших частиц (или, точнее, вероятность выживания p для данной частицы) зависит от времени t следующим образом:

Период полураспада, среднее время жизни? и константа распада? связаны следующими соотношениями, полученными из закона радиоактивного распада.Каждый радиоактивный элемент можно охарактеризовать промежутком времени Т, в течение которого распадается половина ядер, имевшихся в момент начала отсчета времени. Период полураспада- основная константа радиоактивного элемента. Период полураспада характеризует скорость распада. Например: радий 88Ra226 имеет период полураспада Т=1600 лет; торий 90Th231 -25.64 часа; полоний 84Po212 -3·10-7 сек.

Для Б. д. и. и. характерен ряд общих закономерностей. 1) Глубокие нарушения жизнедеятельности вызываются ничтожно малыми количествами поглощаемой энергии. 2) Б. д. и. и. не ограничивается подвергнутым облучению организмом, но может распространяться и на последующие поколения, что объясняется действием на наследственный аппарат организма. Именно эта особенность очень остро ставит перед человечеством вопросы изучения Б. д. и. и. и защиты организма от излучений. 3) Для Б. д. и. и. характерен скрытый (латентный) период, т. е. развитие лучевого поражения наблюдается не сразу. Продолжительность латентного периода может варьировать от нескольких мин до десятков лет в зависимости от дозы облучения, радиочувствительности организма и наблюдаемой функции. Большое значение имеют также возраст, физиологическое состояние, интенсивность обменных процессов организма, а также условия облучения. При этом, помимо дозы облучения организма, играют роль: мощность, ритм и характер облучения (однократное, многократное, прерывистое, хроническое, внешнее, общее или частичное, внутреннее), его физические особенности, определяющие глубину проникновения энергии в организм (рентгеновское и гамма-излучение проникает на большую глубину, альфа-частицы до 40 мкм, бета-частицы — на несколько мм), плотность вызываемой излучением ионизации (под влиянием альфа-частиц она больше, чем при действии других видов излучения). Все эти особенности воздействующего лучевого агента определяют относительную биологическую эффективность излучения. Если источником излучения служат попавшие в организм радиоактивные изотопы, то огромное значение для Б. д. и. и.. испускаемого этими изотопами, имеет их химическая характеристика, определяющая участие изотопа в обмене веществ, концентрацию в том или ином органе, а следовательно, и характер облучения организма.

Проникающая способность излучения определяет состав и толщину эффективно поглощающего его материала. a-излучение - наименее проникающее. Оно эффективно поглощается слоем воздуха толщиной несколько сантиметров, слоем воды толщиной около 0, 1 мм или, например, листом бумаги. b-излучение обладает существенно большей проникающей способностью; чтобы его задержать, нужен, например, слой алюминия толщиной в несколько миллиметров, а пробег b-частиц в биологической ткани достигает нескольких сантиметров. Для g-излучения все эти преграды почти прозрачны. Чтобы его задержать, нужен очень толстый (десятки сантиметров и даже метры) слой вещества, при этом обладающего как можно большим атомным номером (например, свинца).

Иониз. Способ.-способность частиц к иониз. излучению. Ионизирующее излучение – это любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков.

При ядерном взрыве, авариях на АЭС и других ядерных превращениях появляются и действуют не видимые и не ощущаемые человеком излучения. По своей природе ядерное излучение может быть электромагнитным, как например, гамма-излучение, или представлять поток быстро движущихся элементарных частиц – нейтронов, протонов, бета и альфа-частиц. Любые ядерные излучения, взаимодействуя с различными материалами, ионизируют их атомы и молекулы. Ионизация среды тем сильнее, чем больше мощность дозы проникающей радиации или радиоактивность излучения и длительное их воздействие.

Действие ионизирующих излучений на людей и животных заключается в разрушении живых клеток организма, которое может привести к различной степени заболеваниям, а в некоторых случаях и к смерти. Чтобы оценить влияние ионизирующих излучений на человека (животное), надо учитывать две основных характеристики: ионизирующую и проникающую способности.

Дозиметрия ионизирующих излучений — раздел прикладной ядерной физики, в котором рассматриваются свойства ионизирующих излучений, физические величины, характеризующие поле излучения и взаимодействие излучения с веществом (дозиметрические величины). В более узком смысле слова Д. и. и. — совокупность методов измерения этих величин. Важнейший признак дозиметрических величин — их связь с радиационно-индуцированными эффектами, возникающими при облучении объектов живой и неживой природы. Под радиационно-индуцированными эффектами в общем смысле понимают любые изменения в облучаемом объекте, вызванные воздействием ионизирующих излучений. Основной дозиметрической величиной является доза ионизирующего излучения и ее модификации.

Единицы измерений доз. Активность радионуклида в источнике (А). Активность равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений в этом источнике за малый интервал времени (dN) к величине этого интервала (dt):

A = dN/dt

Единица активности в системе СИ - Беккерель (Бк).

Внесистемная единица - Кюри (Ки).

Экспозиционная доза (X). В качестве количественной меры рентгеновского и -излучения принято использовать во внесистемных единицах экспозиционную дозу, определяемую зарядом вторичных частиц (dQ), образующихся в массе вещества (dm) при полном торможении всех заряженных частиц:

X = dQ/dm

Единица экспозиционной дозы - Рентген (Р). Рентген - это экспозиционная доза рентгеновского и

-излучения, создающая в 1куб.см воздуха при температуре О°С и давлении 760 мм рт.ст. суммарный заряд ионов одного знака в одну электростатическую единицу количества электричества.

Поглощенная доза (D) - основная дозиметрическая величина. Она равна отношению средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:

D = dE/dm

Единица поглощенной дозы - Грей (Гр). Внесистемная единица Рад определялась как поглощенная доза любого ионизирующего излучения, равная 100 эрг на 1 грамм облученного вещества.

Эквивалентная доза (Н). Для оценки возможного ущерба здоровью человека в условиях хронического облучения в области радиационной безопасности введено понятие эквивалентной дозы Н, равной произведению поглощенной дозы Dr, созданной облучением - r и усредненной по анализируемому органу или по всему организму, на весовой множитель wr (называемый еще - коэффициент качества излучения)

Единицей измерения эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм. Она имеет специальное наименование Зиверт (Зв).

Дозиметрможет применяться для оценки мощности дозы гамма-излучения и поверхностного загрязнения бета-излучающими изотопами. Дозиметры обладают встроенными счетчиками Гейгера- Мюллера

Дозиметры - приборы, позволяющие произвести замер дозиметрических величин. По виду измеряемого излучения дозиметры классифицируются на следующие виды: для гамма-, рентгеновского, нейтронного излучений. Также дозиметры различаются и по методу измерения: люминесцентные, ионизационные, калориметрические и химические.

Приборы, применяемые для осуществления радиационного мониторинга, можно разделить на следующие виды: переносные, портативные, индивидуальные, стационарные, лабораторные. Переносные, стационарные и портативные приборы, в свою очередь, классифицируются на приборы для проведения радиационного мониторинга и мониторинга радиоактивного загрязнения.

Принцип действия. Все бытовые дозиметры устроены примерно одинаково и имеют схожий принцип действия. Сердцем каждого такого прибора служит один или несколько газоразрядных счетчиков Гейгера-Мюллера, которые являются детектором бета-частиц, фотонов рентгеновского и гамма-излучения. Счетчик имеет герметичный стеклянный корпус или корпус из тонкой металлической фольги, который заполнен аргоном, и два электрода, на которые подается напряжение около 400 вольт. Если подать большее напряжение, то произойдет самопроизвольный разряд в газовом промежутке между электродами. Чтобы этого не случилось, напряжение устанавливают так, чтобы счетчик находился на самом пороге, пока разряд еще не возникает и никакого тока нет. Этим обеспечивается высокая чувствительность такого датчика, находящегося как бы в дежурном режиме. Когда бета-частица, пролетев сквозь тонкую стенку корпуса счетчика, достигнет газового промежутка, запускается процесс ионизации газа, он становится электропроводящим, и в нагрузочном резисторе, включенном последовательно со счетчиком, возникает короткий электрический импульс тока. При этом напряжение на электродах резко уменьшается до значения, при котором разряд в газовом промежутке между электродами становиться невозможным. Ток прекращается, напряжение резко увеличивается до 400 вольт, и датчик снова готов для регистрации следующей бета-частицы. Обнаружение рентгеновского и гамма-излучения происходит аналогичным образом с той лишь разницей, что возникновению разрядов способствуют электроны, выбиваемые фотонами из специального пленочного покрытия, нанесенного на внутренние стенки датчика. Таким образом устроены широко применяемые в бытовых дозиметрах счетчики Гейгера-Мюллера типа СБМ-20 и ему подобные. Короткие электрические импульсы сформированные датчиком, поступают на электронную схему – счетчик электрических импульсов, который подсчитывает количество импульсов за определенный промежуток времени, например, 1с, 10с, 40 с или другое. Это время называется временем измерения, временем счета или временем накопления информации. По истечению времени измерения, на индикаторе (цифровом табло) появляется результат измерения. После завершения цикла измерения и индикации, электронный счетчик сбрасывается вручную кнопкой «Сброс» или автоматически, и процесс измерения может быть продолжен.

 

 


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 723; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.021 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь