Жорина Л.В., Змиевской Г.Н. Основы взаимодействия физических полей с биологическими объектами (2006) (1095846), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Далее наступает реакция всего организма. Возможно, механизм такой реакции подобен механизму общего возбуждения при стрессах. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ТЕРАПИИ И ДИАГНОСТИКЕ Во второй главе рассмотрено применение ионизирующего излучения в биологии и медиане, кратко описаны различные методы и аппаратура для диагностики и терапии на основе действия ионизирующего излучения. 2.1. ПРИМЕНЕНИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В МЕДИЦИНЕ 3 й ч / ч в .в Естественный Малые радиационный уровни лоз фон (0,0 ... О,1) Рис.
1.10. Зависимость риска заболевания раком от дозы облучения На рис. 1.10 представлена зависимость риска заболевания раком от дозы облучения. Известный диапазон показан с разбросом вне круга, неизвестный — внутри круга. Кривая 6 показывает порог около 50 мЗв (50 мГр), ниже которого опасность возникновения рака или других заболеваний, вызванных радиацией, очень низка.
Оценить риск в диапазоне 1...5 мГр трудно, так как эти дозы находятся в пределах природного радиационного фона. Одна из наиболее важных областей медицинской интроскопии — рентгенодиагностика 112, 16, 26, 27]. В ней используют фотоны с энергией 60...120 кэВ. При такой энергии массовый коэффициент ослабления потока ц излучения в основном определяется фотоэффектом. Напомним, что ослабление плотности потока фотонов описывается формулой ~р = (р е им р, 0 где к — толщина поглощающего слоя; р — плотность поглотителя. Значение 1з обратно пропорционально энергии фотона в третьей степени (т. е, пропорционально длине волны фотона в кубе — Х ), 3 в чем проявляется большая проникающая способность жесткого излучения, и прямо пропорционально атомному номеру вещества поглотителя в третьей степени: где к — коэффициент пропорциональности. Поглощение рентгеновских лучей почти не зависит от того, в каком соединении находится атом в веществе.
Это позволяет сравнивать массовые коэффициенты ослабления, например, для кости (основное соединение Саз(РО4)з) и мягкой ткани (основное соединение Н70): 71 ц к 320+215 +88 1зав 2 1 -~-8 3 3 Существенное различие поглощения рентгеновского излучения (РИ) различными тканями позволяет в теневой проекции видеть изображение внутренних органов человека.
Если исследуемый орган и окружающие ткани примерно одинаково ослабляют РИ, то применяют специальные рентгеноконтраст- фР ные вещества. Например, для желудка и кишечника — это кашеобразная масса сульфата бария. При этом можно видеть их теневое изображение. Рентгенадиагностику используют в двух вариантах: рентгеноскопия — изображение рассматривают на рентгенолюминесцирующем экране, рентгенография — изображение фиксируется на фотопленке или ПЗС-матрице. При массовом обследовании населения широко используется вариант рентгенографии — флюорография, при которой на чувствительной малоформатной пленке фиксируется изображение с большого ренттенолюминесцирующего экрана.
При съемке используют линзу большой светосилы, готовые снимки рассматривают на специальном увеличителе. Одним из вариантов рентгенографии является рентгеновская томография и рентгеновская компьютерная томография. Слово «томография» в переводе означает послойная запись. Томография позволяет получать послойные изображения тела на экране электронно-лучевой трубки или на бумаге с деталями меньше 2 мм при разнице в поглощении РИ до 0,1 %. Это позволяет различать серое и белое вещество мозга и видеть очень маленькие опухолевые образования.
За открытие РИ К. Рентгену в 1901 г. была присуждена Нобелевская премия. В 1979 г. аналогичную премию присудили Г. Хаунсфилду и М. Кормаку за разработку компьютерного рентгенотомографа. С лечебной целью рентгеновское излучение применяют главным образом для уничтожения злокачественных образований. 2.2. ПОДБОР РЕНТГЕНОВСКОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ БИОСТРУКТУР Рентгеновская установка. Для рентгенодиагностики применяют рентгеновскую установку, принцип работы которой показан на рис. 2.1: квант А поглощается телом пациента; фŠ— рассеян- 72 ные кванты; В, П вЂ” кванты, прошедшие через тело пациента без взаимодействия с ним. Сетка препятствует попаданию рассеянного излучения на приемник. Рис.
2.1. Схема установки для рентгенодиагностики: 7 — рентгеновская трубка; 2 — кванты излучения; 3 — пациент; 4 — сетка; 5 — приемник излучения Первичные кванты (В, В) регистрируются приемником и образуют изображение, а рассеянные кванты создают фон, который ухудшает контрастность. Полученное изображение является проекцией характеристики ослабления РИ во всех тканях, лежащих в направлении распространения РИ. Таким образом, изображение представляет собой двухмерную проекцию трехмерного распределения ослабления рентгеновских лучей в теле пациента.
Проникающая способность РИ растет с ростом энергии квантов и уменьшается с ростом толщины слоя биоткани. При низкой проникающей способности лишь небольшая часть квантов дойдет до приемника излучения, и радиационная нагрузка на ткани будет очень высокой. В то же время, если коэффициент прохождения излучения близок к единице, то различия в проникающей способности через разные ткани будут слишком малыми, а контраст изображения будет низким. Поэтому при выборе значения энергии квантов следует искать компромисс между требованием обеспечения малой лозы облучения и высоким контрастом изображения. Более высокие энергии квантов используются для получения изображения крупных органов. Итак, контраст резко уменьшается с увеличением энергии квантов, т.
е, для получения большего контраста необходимо использовать излучение низкой энергии. 73 Еще один важный фактор — нерезкость рентгеновской системы излучения. Она обусловлена наличием фокусного пятна от рентгеновской трубки, которое дает полутень на изображении (геометрическая нерезкость); самим приемником; движением пациента во время обследования. Последнее существенно при получении изображения движущихся органов (сердце и связанные с ним кровеносные сосуды). Даже если система получения изображения обладает высоким контрастом и хорошим разрешением, в случае очень высокого уровня шумов возникают серьезные проблемы идентификации не только мелких, но и крупных биоструктур.
Шумы в рентгеновском изображении возникают в результате: ° флуктуаций числа квантов, регистрируемых единицей плошади повсрхности приемника (квантовый шум); ° флуктуаций, обусловленных характеристиками приемника и системы отображения.
Уровень квантового шума можно снизить за счет увеличения числа квантов, формирующих изображение. Однако при этом растет также и доза облучения пациента, следовательно, необходимо принимать во внимание соотношение между двумя этими величинами. Поэтому перед рентгенологами постоянно стоит задача нахождения компромисса между улучшением качества изображения и снижением дозы рентгеновского облучения. Существует ряд способов уменьшения дозовых нагрузок: ограничение поперечного сечения рабочего пучка излучения в зависимости от размеров исследуемого объекта; уменьшение мощности рассеянного излучения на выходе рабочего пучка из кожуха рентгеновской трубки; экранировка гонад с помощью просвинцованных резиновых экранов и т.
п; правильный выбор режима работы аппарата, в частности увсличение напряжения иа рентгеновской трубке при рентгеноскопии и рентгенографии (при этом значительно снижается мощность экспозиционной дозы при рентгенографии и сокращается время экспозиции при рентгеноскопии). Рентгеновские врубки состоят из наполненного маслом кожуха с колбой в виде вакуумированного сосуда из термостойкого стекла, внутри которого размещены накаливаемый катод и анод. Катод нагревается за счет прохождения через вольфрамовую спираль электрического тока, в результате чего создается узконаправленный поток электронов, ускоряемый разностью потенциалов 25...150 кВ и бомбардируюший анод. Менее 1 % энергии, передаваемой электро"ами аноду, преобразуется в рентгеновское излучение.
Некоторая 74 часть РИ проходит через выходные окна колбы кожуха и используется в рентгенографии, остальная часть поглощается кожухом трубки, Вся конструкция трубки устанавливается на штативе и снабжается коллиматором, так что размеры и направление рентгеновского луча можно изменять по необходимости. Форма спектра РИ зависит от материала анода, значения и формы прикладываемого к трубке напряжения, а также от характеристики фильтров, помещаемых на пути прохождения РИ. Трубки с вольфрамовым анодом целесообразно использовать для получения изображения более массивных участков тела за счет высокого энергетического выхода рентгеновских лучей для вольфрама. Молибден дает РИ с низкой энергией, которая лучше подходит для получения контрастных изображений более тонких частей тела.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
