Aatominähtuste uurimisel ja praktilisel kasutamisel on röntgenikiirgusel üks olulisemaid rolle. Tänu nende uurimistööle tehti palju avastusi ja töötati välja meetodid ainete analüüsimiseks, mida kasutati erinevates valdkondades. Siin vaatleme ühte röntgenikiirte tüüpidest - iseloomulikku röntgenikiirgus.
Röntgenkiirgus on elektromagnetvälja oleku kõrgsageduslik muutus, mis levib ruumis kiirusega umbes 300 000 km/s ehk elektromagnetlained. Elektromagnetilise kiirguse ulatuse skaalal paiknevad röntgenikiirgus lainepikkuse piirkonnas umbes 10–8 kuni 5∙10–12 meetrit, mis on mitu suurusjärku lühem kui optilised lained. See vastab sagedustele 3∙10 16 kuni 6∙10 19 Hz ja energiatele 10 eV kuni 250 keV ehk 1,6∙10 -18 kuni 4∙10 -14 J. Tuleb märkida, et sagedusvahemike piirid on elektromagnetkiirgus on nende kattumise tõttu üsna meelevaldsed.
Kas kiirendatud laetud osakeste (kõrge energiaga elektronide) interaktsioon elektri- ja magnetväljadega ning aine aatomitega.
Röntgeni footoneid iseloomustavad suured energiad ning kõrge läbitungimis- ja ioniseerimisvõime, eriti kõvade röntgenkiirte puhul, mille lainepikkus on alla 1 nanomeetri (10–9 m).
Röntgenikiirgus interakteerub ainega, ioniseerides selle aatomeid, fotoelektrilise efekti (fotoabsorptsioon) ja ebajärjekindla (Comptoni) hajumise protsessides. Fotoabsorptsiooni käigus kannab aatomi elektroni neeldunud röntgenfooton talle energiat. Kui selle väärtus ületab elektroni sidumisenergiat aatomis, siis see lahkub aatomist. Komptoni hajumine on iseloomulik kõvematele (energilistele) röntgenfootonitele. Osa neeldunud footoni energiast kulub ionisatsioonile; sel juhul kiirgab primaarse footoni suuna suhtes teatud nurga all sekundaarne, madalama sagedusega.
Talade tootmiseks kasutatakse klaasist vaakumsilindreid, mille sees asuvad elektroodid. Potentsiaalide erinevus elektroodide vahel peab olema väga suur – kuni sadu kilovolte. Volframkatoodil toimub termiooniline emissioon, mida kuumutatakse vooluga, see tähendab, et sellest eralduvad elektronid, mis potentsiaalide erinevuse tõttu pommitavad anoodi. Nende interaktsiooni tulemusena anoodi (mida mõnikord nimetatakse antikatoodiks) aatomitega sünnivad röntgenfootonid.
Sõltuvalt sellest, milline protsess viib footoni tekkeni, eristatakse röntgenkiirguse tüüpe: bremsstrahlung ja iseloomulik.
Elektronid võivad anoodiga kohtudes aeglustuda, st kaotada energiat oma aatomite elektriväljades. See energia eraldub röntgeni footonite kujul. Seda tüüpi kiirgust nimetatakse bremsstrahlungiks.
On selge, et pidurdustingimused on üksikute elektronide puhul erinevad. See tähendab, et erinevad kogused nende kineetilisest energiast muundatakse röntgenkiirteks. Selle tulemusena hõlmab bremsstrahlung erineva sagedusega ja vastavalt ka lainepikkusega footoneid. Seetõttu on selle spekter pidev (pidev). Mõnikord nimetatakse seda ka "valgeteks" röntgenikiirgusteks.
Bremsstrahlung footoni energia ei saa ületada seda genereeriva elektroni kineetilist energiat, seega vastab tõmbekiirguse maksimaalne sagedus (ja lühim lainepikkus) anoodile langevate elektronide kineetilise energia suurimale väärtusele. Viimane sõltub elektroodidele rakendatud potentsiaalide erinevusest.
On ka teist tüüpi röntgenikiirgus, mille allikaks on erinev protsess. Seda kiirgust nimetatakse iseloomulikuks kiirguseks ja me peatume sellel üksikasjalikumalt.
Jõudnud antikatoodile, võib kiire elektron tungida aatomi sisse ja ühelt madalamalt orbitaalilt elektroni välja lüüa, st anda sellele üle energia, mis on piisav potentsiaalse barjääri ületamiseks. Kui aga elektronide poolt hõivatud aatomis on kõrgemad energiatasemed, siis tühjaks jäänud ruum tühjaks ei jää.
Tuleb meeles pidada, et aatomi elektrooniline struktuur, nagu iga energiasüsteem, kipub energiat minimeerima. Väljalöömise tulemusena tekkinud vakants täidetakse elektroniga ühelt kõrgemalt tasemelt. Selle energia on kõrgem ja madalamal tasemel kiirgab see ülejäägi iseloomuliku röntgenkiirguse kvanti kujul.
Aatomi elektrooniline struktuur on elektronide võimalike energiaseisundite diskreetne kogum. Seetõttu võivad ka elektronide vabade kohtade asendamise käigus eralduvad röntgenfootonid omada ainult rangelt määratletud energiaväärtusi, mis peegeldavad tasemete erinevust. Selle tulemusena on iseloomuliku röntgenikiirguse spekter, mis ei ole pidev, vaid joonekujuline. See spekter võimaldab iseloomustada anoodi ainet – sellest ka nende kiirte nimi. Just tänu spektraalsetele erinevustele on selge, mida mõeldakse bremsstrahlungi ja iseloomuliku röntgenkiirguse all.
Mõnikord ei lase üleliigset energiat aatom välja, vaid kulutatakse kolmanda elektroni väljalöömiseks. See protsess – nn Augeri efekt – toimub tõenäolisemalt siis, kui elektronide sidumise energia ei ületa 1 keV. Vabanenud Augeri elektroni energia sõltub aatomi energiatasemete struktuurist, seetõttu on ka selliste elektronide spektrid oma olemuselt diskreetsed.
Röntgenikiirguse spektraalpildis esinevad kitsad iseloomulikud jooned koos pideva bremsstrahlung-spektriga. Kui kujutame spektrit ette intensiivsuse ja lainepikkuse (sageduse) graafikuna, näeme joonte asukohtades teravaid piike. Nende asukoht sõltub anoodi materjalist. Need maksimumid on olemas mis tahes potentsiaalide erinevuse korral - kui on röntgenikiirgus, on alati ka piigid. Toruelektroodidel oleva pinge kasvades suureneb nii pideva kui ka iseloomuliku röntgenkiirguse intensiivsus, kuid piikide paiknemine ja nende intensiivsuste suhe ei muutu.
Röntgenispektrite piigid on sõltumata elektronidega kiiritatud antikatoodi materjalist ühesuguse väljanägemisega, kuid erinevate materjalide puhul paiknevad need erinevatel sagedustel, ühinedes järjestikku sagedusväärtuste läheduse alusel. Sarjade endi vahel on sageduste erinevus palju olulisem. Maksimumide tüüp ei sõltu kuidagi sellest, kas anoodimaterjal on puhas keemiline element või kompleksaine. Viimasel juhul asetsevad selle koostisosade iseloomulikud röntgenispektrid lihtsalt üksteise peale.
Kui keemilise elemendi aatomnumber suureneb, nihkuvad kõik selle röntgenikiirguse spektri jooned kõrgemate sageduste suunas. Spekter säilitab oma välimuse.
Iseloomulike joonte spektraalse nihke nähtuse avastas eksperimentaalselt inglise füüsik Henry Moseley 1913. aastal. See võimaldas tal ühendada spektri maksimumide sagedused keemiliste elementide seerianumbritega. Seega saab iseloomuliku röntgenikiirguse lainepikkust, nagu selgus, selgelt korreleerida konkreetse elemendiga. Üldiselt võib Moseley seaduse kirjutada järgmiselt: √f = (Z - S n)/n√R, kus f on sagedus, Z on elemendi seerianumber, S n on sõelumiskonstant, n on peakvantarv ja R on Rydbergi konstant. See sõltuvus on lineaarne ja Moseley diagrammil näeb välja sirgjoonte seeria iga n väärtuse jaoks.
N väärtused vastavad iseloomulike röntgenikiirguse piikide seeriatele. Moseley seadus võimaldab määrata kõvade elektronidega kiiritatud keemilise elemendi seerianumbrit röntgenspektri maksimumide mõõdetud lainepikkuste (need on üheselt seotud sagedustega) põhjal.
Keemiliste elementide elektrooniliste kestade struktuur on identne. Sellele viitab röntgenkiirguse iseloomuliku spektri nihkemuutuse monotoonsus. Sagedusnihe ei peegelda mitte struktuurseid, vaid energia erinevusi elektronkihtide vahel, mis on iga elemendi jaoks ainulaadsed.
Moseley seaduses väljendatud rangest lineaarsest suhtest on kergeid kõrvalekaldeid. Neid seostatakse esiteks mõne elemendi elektronkestade täitmise järjekorra iseärasustega ja teiseks raskete aatomite elektronide liikumise relativistlike mõjudega. Lisaks võib neutronite arvu muutumisel tuumas (nn isotoopnihe) joonte asend veidi muutuda. See efekt võimaldas üksikasjalikult uurida aatomi struktuuri.
Moseley seaduse tähendus on äärmiselt suur. Selle järjekindel rakendamine Mendelejevi perioodilise süsteemi elementidele lõi järjekorranumbri suurendamise mustri, mis vastab igale väikesele nihkele iseloomulikes maksimumides. See aitas selgitada elementide järjekorraarvu füüsikalise tähenduse küsimust. Z väärtus ei ole lihtsalt arv: see on tuuma positiivne elektrilaeng, mis on selle koostist moodustavate osakeste positiivsete ühikuliste laengute summa. Elementide õige paigutus tabelis ja tühjade positsioonide olemasolu selles (need olid siis veel olemas) sai võimsa kinnituse. Perioodilise seaduse kehtivus oli tõestatud.
Lisaks sai Moseley seadusest alus, millel tekkis terve eksperimentaalse uurimistöö suund - röntgenspektromeetria.
Tuletagem lühidalt meelde elektronide struktuuri ülesehitust, mis koosneb tähtedega K, L, M, N, O, P, Q või numbritega 1 kuni 7 tähistatud kestadest. Kestas olevaid elektrone iseloomustab sama põhikvant arv n, mis määrab võimalikud energiaväärtused. Väliskestes on elektronide energia suurem ja vastavalt väiksem ka välimiste elektronide ionisatsioonipotentsiaal.
Kest sisaldab ühte või mitut alamtasandit: s, p, d, f, g, h, i. Igas kestas suureneb alamtasandite arv eelmisega võrreldes ühe võrra. Elektronide arv igal alamtasemel ja igas kestas ei tohi ületada teatud väärtust. Neid iseloomustab lisaks põhikvantarvule ka orbiidi elektronpilve sama väärtus, mis määrab kuju. Alamtasandid on määratud kestaga, kuhu need kuuluvad, näiteks 2s, 4d jne.
Alamtasand sisaldab neid, mida lisaks põhi- ja orbitaaltasemele täpsustab teine kvantarv - magnetiline, mis määrab elektroni orbitaalimpulsi projektsiooni magnetvälja suunale. Ühel orbitaalil võib olla mitte rohkem kui kaks elektroni, mis erinevad neljanda kvantarvu - spinni - väärtusest.
Mõelgem üksikasjalikumalt, kuidas tekib iseloomulik röntgenikiirgus. Kuna seda tüüpi elektromagnetkiirguse päritolu on seotud aatomi sees toimuvate nähtustega, on kõige mugavam seda täpselt kirjeldada elektrooniliste konfiguratsioonide lähenduses.
Niisiis on selle kiirguse põhjuseks elektronide vabade kohtade teke sisekestes, mis on põhjustatud suure energiaga elektronide tungimisest sügavale aatomisse. Tõenäosus, et kõva elektron interakteerub, suureneb elektronipilvede tihedusega. Seetõttu tekivad kokkupõrked kõige tõenäolisemalt tihedalt pakitud sisemiste kestade, näiteks madalaima K-kesta sees. Siin aatom ioniseeritakse ja 1s kestas tekib vaba koht.
Selle vaba koha täidab kõrgema energiaga kestast pärit elektron, mille ülejäägi kannab ära röntgenfooton. See elektron võib "kukkuda" teisest kestast L, kolmandast kestast M ja nii edasi. Nii moodustub iseloomulik seeria, antud näites K-seeria. Viide selle kohta, kust vaba kohta täitev elektron pärineb, on antud seeria tähises kreeka indeksi kujul. "Alfa" tähendab, et see pärineb L-kest, "beeta" tähendab, et see pärineb M-kest. Praegu on tendents asendada kreeka täheindeksid ladina tähtedega, mida kasutatakse kestade tähistamiseks.
Alfarea intensiivsus seerias on alati kõrgeim – see tähendab, et naaberkestast vaba koha täitmise tõenäosus on suurim.
Nüüd saame vastata küsimusele, milline on iseloomuliku röntgenkiirguse kvanti maksimaalne energia. See määratakse nende tasemete energiaväärtuste erinevusega, mille vahel toimub elektronide üleminek, vastavalt valemile E = E n 2 - E n 1, kus E n 2 ja E n 1 on elektroni energiad. olekud, mille vahel üleminek toimus. Selle parameetri kõrgeima väärtuse annavad K-seeria üleminekud raskete elementide aatomite kõrgeimatest tasemetest. Kuid nende joonte intensiivsus (tippude kõrgus) on madalaim, kuna need on kõige vähem tõenäolised.
Kui elektroodide ebapiisava pinge tõttu ei jõua kõva elektron K-tasemele, siis tekib L-tasandil vakantsus ja tekib vähemenergiline pikemate lainepikkustega L-seeria. Sarnaselt sünnivad ka järgnevad sarjad.
Peale selle, kui vaba töökoht täidetakse elektroonilise ülemineku tulemusena, ilmub selle pealisesse kesta uus vaba töökoht. See loob tingimused järgmise seeria loomiseks. Elektronide vabad kohad liiguvad tasemelt kõrgemale ja aatom kiirgab ioniseerituks jäädes iseloomulike spektrisarjade kaskaadi.
Iseloomuliku röntgenikiirguse aatomiröntgenispektreid iseloomustab peenstruktuur, mis nagu optilistes spektrites väljendub joonte lõhenemises.
Peenstruktuur on tingitud asjaolust, et energiatase – elektronkiht – on tihedalt paiknevate komponentide – alamkestade – kogum. Alamkestade iseloomustamiseks tuuakse sisse veel üks sisemine kvantarv j, mis peegeldab elektroni enda ja orbiidi magnetmomentide vastastikmõju.
Spin-orbiidi interaktsiooni mõjul muutub aatomi energiastruktuur keerukamaks ja selle tulemusena on iseloomuliku röntgenkiirguse spekter, mida iseloomustavad väga tihedalt asetsevate elementidega lõhestatud jooned.
Peenstruktuuri elemendid tähistatakse tavaliselt täiendavate digitaalsete indeksitega.
Iseloomulikul röntgenikiirgusel on omadus, mis peegeldub ainult spektri peenstruktuuris. Elektroni üleminek madalamale energiatasemele ei toimu kõrgema taseme alumisest alamkihist. Sellise sündmuse tõenäosus on tühine.
See kiirgus on Moseley seaduses kirjeldatud omaduste tõttu erinevate ainete analüüsimise röntgenspektrimeetodite aluseks. Röntgenispektri analüüsimisel kasutatakse kas kiirguse difraktsiooni kristallidel (lainedispersiooni meetod) või neeldunud röntgenfootonite energia suhtes tundlikke detektoreid (energia-dispersiivmeetod). Enamik elektronmikroskoope on varustatud teatud tüüpi röntgenspektromeetria lisadega.
Lainedispersiivspektromeetria on eriti täpne. Spetsiaalsete filtrite abil tõstetakse esile spektri kõige intensiivsemad tipud, mis võimaldab saada täpselt teadaoleva sagedusega peaaegu monokromaatilist kiirgust. Anoodi materjal valitakse väga hoolikalt, et tagada soovitud sagedusega monokromaatiline kiire. Selle difraktsioon uuritava aine kristallvõrel võimaldab väga täpselt uurida võre struktuuri. Seda meetodit kasutatakse ka DNA ja teiste komplekssete molekulide uurimisel.
Ka gammaspektromeetrias võetakse arvesse üht iseloomuliku röntgenkiirguse tunnust. See on kõrge intensiivsusega iseloomulik tipp. Gamma-spektromeetrid kasutavad pliivarjestust välise taustkiirguse eest, mis segab mõõtmisi. Kuid gammakiirgust neelav plii kogeb sisemist ionisatsiooni, mille tulemusena kiirgab see aktiivselt röntgenikiirguse vahemikus. Pliile iseloomuliku röntgenikiirguse intensiivsete piikide neelamiseks kasutatakse täiendavat kaadmiumvarjestust. See omakorda on ioniseeritud ja kiirgab ka röntgenikiirgust. Kaadmiumi iseloomulike piikide neutraliseerimiseks kasutatakse kolmandat varjestuskihti – vaske, mille röntgenikiirguse maksimumid jäävad väljapoole gammaspektromeetri töösagedusvahemikku.
Spektromeetria kasutab nii bremsstrahlungi kui ka iseloomulikku röntgenikiirgust. Seega uuritakse ainete analüüsimisel pidevate röntgenikiirguste neeldumisspektreid erinevate ainete poolt.
Röntgenikiirguse põhiomaduste uurimise avastus ja eelised kuuluvad õigustatult saksa teadlasele Wilhelm Conrad Roentgenile. Tema avastatud röntgenikiirte hämmastavad omadused said kohe teadusmaailmas tohutu resonantsi. Kuigi toona, 1895. aastal, suutis teadlane vaevalt ette kujutada, millist kasu ja mõnikord ka kahju võib röntgenkiirgus tuua.
Sellest artiklist uurime, kuidas seda tüüpi kiirgus inimeste tervist mõjutab.
Esimene küsimus, mis teadlast huvitas, oli, mis on röntgenikiirgus? Katsete seeria võimaldas veenduda, et tegemist on 10–8 cm lainepikkusega elektromagnetkiirgusega, mis asub ultraviolett- ja gammakiirguse vahel.
Kõik need salapäraste röntgenikiirte hävitava mõju aspektid ei välista nende rakendamise üllatavalt ulatuslikke aspekte. Kus kasutatakse röntgenikiirgust?
Röntgenikiirguse kõige olulisemad rakendused on võimalikud tänu nende lainete väga lühikesele lainepikkusele ja nende ainulaadsetele omadustele.
Kuna meid huvitab röntgenkiirguse mõju inimestele, kes puutuvad sellega kokku ainult arstliku läbivaatuse või ravi ajal, siis käsitleme edaspidi ainult seda röntgenikiirguse rakendusvaldkonda.
Vaatamata oma avastuse erilisele tähtsusele, ei võtnud Roentgen selle kasutamiseks patenti, muutes selle hindamatuks kingituseks kogu inimkonnale. Juba Esimeses maailmasõjas hakati kasutama röntgenaparaate, mis võimaldasid haavatuid kiiresti ja täpselt diagnoosida. Nüüd saame eristada kahte peamist röntgenikiirguse rakendusvaldkonda meditsiinis:
Röntgendiagnostikat kasutatakse mitmel viisil:
Vaatame nende meetodite erinevusi.
Kõik need diagnostikameetodid põhinevad röntgenikiirte võimel valgustada fotofilmi ning nende erineval läbilaskvusel kudedele ja luuskeletile.
Röntgenikiirguse võimet avaldada kudedele bioloogilist mõju kasutatakse meditsiinis kasvajate raviks. Selle kiirguse ioniseeriv toime avaldub kõige aktiivsemalt selle toimes kiiresti jagunevatele rakkudele, mis on pahaloomuliste kasvajate rakud.
Siiski peaksite teadma ka kõrvalmõjud, mis paratamatult kaasneb kiiritusraviga. Fakt on see, et vereloome-, endokriin- ja immuunsüsteemi rakud jagunevad samuti kiiresti. Negatiivne mõju neile põhjustab kiiritushaiguse tunnuseid.
Varsti pärast tähelepanuväärset röntgenikiirte avastamist avastati, et röntgenkiirtel on inimestele mõju.
Need andmed saadi katseloomadega tehtud katsetest, kuid geneetikud viitavad sellele, et sarnased tagajärjed võivad laieneda ka inimkehale.
Röntgenkiirguse mõjude uurimine on võimaldanud välja töötada rahvusvahelised standardid lubatud kiirgusdooside kohta.
Paljud patsiendid tunnevad pärast röntgenikabinetti külastamist muret, kuidas saadud kiiritusdoos nende tervist mõjutab?
Kogu keha kiirituse doos sõltub teostatava protseduuri iseloomust. Mugavuse huvides võrdleme saadud doosi loodusliku kiirgusega, mis saadab inimest kogu tema elu.
Need kiirgusdoosid vastavad vastuvõetavatele standarditele, kuid kui patsient tunneb enne röntgenisse minekut ärevust, on tal õigus nõuda spetsiaalset kaitsepõlle.
Iga inimene on sunnitud läbima röntgenuuringuid rohkem kui üks kord. Kuid on reegel - seda diagnostilist meetodit ei saa rasedatele naistele määrata. Arenev embrüo on äärmiselt haavatav. Röntgenikiirgus võib põhjustada kromosoomianomaaliaid ja selle tulemusena arenguhäiretega laste sündi. Sellega seoses on kõige haavatavam periood rasedus kuni 16 nädalat. Veelgi enam, lülisamba, vaagna ja kõhupiirkonna röntgenikiirgus on sündimata lapsele kõige ohtlikum.
Teades röntgenikiirguse kahjulikku mõju rasedusele, väldivad arstid igal võimalikul viisil selle kasutamist sellel olulisel perioodil naise elus.
Siiski on röntgenkiirguse kõrvalallikaid:
Lapseootel emad peaksid olema teadlikud nendest tulenevast ohust.
Röntgendiagnostika ei ole imetavatele emadele ohtlik.
Röntgenkiirgusega kokkupuute isegi minimaalsete mõjude vältimiseks võite järgida mõnda lihtsat sammu:
Kuid pärast röntgenikiirgust kiirguse eemaldamiseks pole vaja mingeid meditsiinilisi protseduure ega erimeetmeid!
Vaatamata röntgenikiirgusega kokkupuute kahtlemata tõsistele tagajärgedele, ei tohiks nende ohtu arstliku läbivaatuse ajal üle hinnata - need viiakse läbi ainult teatud kehapiirkondades ja väga kiiresti. Nendest saadav kasu ületab mitu korda selle protseduuri riski inimkehale.
1895. aastal avastas Saksa füüsik W. Roentgen uue, seni tundmatu elektromagnetkiirguse tüübi, mis nimetati selle avastaja auks röntgeniks. V. Roentgen sai oma avastuse autoriks 50-aastaselt, olles Würzburgi ülikooli rektor ja omas oma aja ühe parima eksperimenteerija mainet. Üks esimesi, kes leidis röntgenikiirguse avastamiseks tehnilise rakenduse, oli Ameerika Edison. Ta lõi mugava näidisaparaadi ja korraldas juba 1896. aasta mais New Yorgis röntgennäituse, kus külastajad said helendaval ekraanil oma kätt uurida. Pärast seda, kui Edisoni assistent suri pidevate demonstratsioonide käigus saadud rasketesse põletushaavadesse, peatas leiutaja edasised katsed röntgenikiirgusega.
Röntgenkiirgust hakati meditsiinis kasutama selle kõrge läbitungimisvõime tõttu. Esialgu uuriti luumurdude ja võõrkehade asukoha määramiseks inimkehas röntgenikiirgust. Praegu on röntgenkiirgusel põhinevaid meetodeid. Kuid neil meetoditel on oma puudused: kiirgus võib nahka sügavalt kahjustada. Ilmunud haavandid muutusid sageli vähiks. Paljudel juhtudel tuli amputeerida sõrmed või käed. röntgen(transilluminatsiooni sünonüüm) on üks peamisi röntgenuuringu meetodeid, mis seisneb uuritava objekti tasapinnalise positiivse kujutise saamises poolläbipaistval (fluorestseeruval) ekraanil. Fluoroskoopia ajal asetatakse subjekt poolläbipaistva ekraani ja röntgentoru vahele. Kaasaegsetel röntgenikiirguse ülekandeekraanidel ilmub pilt röntgentoru sisselülitamisel ja kaob kohe pärast selle väljalülitamist. Fluoroskoopia võimaldab uurida organi talitlust - südame pulsatsiooni, ribide, kopsude, diafragma hingamisliigutusi, seedetrakti peristaltikat jne. Fluoroskoopiat kasutatakse mao-, seedetrakti-, kaksteistsõrmiksoole, maksa-, sapipõie- ja sapiteede haiguste ravis. Sel juhul sisestatakse meditsiiniline sond ja manipulaatorid kudesid kahjustamata ning toiminguid operatsiooni ajal kontrollitakse fluoroskoopia abil ja need on monitoril nähtavad.
röntgen - Röntgendiagnostiline meetod koos liikumatu pildi registreerimisega valgustundlikul materjalil - spetsiaalne. fotofilm (röntgenfilm) või fotopaber koos järgneva fototöötlusega; Digitaalse radiograafiaga salvestatakse pilt arvuti mällu. Seda tehakse röntgendiagnostika masinatel - statsionaarsetel, spetsiaalselt varustatud röntgeniruumidesse paigaldatud või mobiilsetel ja kaasaskantavatel - patsiendi voodi kõrval või operatsioonitoas. Röntgenikiirgus näitab erinevate organite struktuurielemente palju selgemalt kui fluorestsentsekraan. Röntgeniuuringuid tehakse erinevate haiguste tuvastamiseks ja ennetamiseks, selle põhieesmärk on aidata erinevate erialade arstidel õiget ja kiiret diagnoosi panna. Röntgenpilt salvestab elundi või koe seisundi ainult pildistamise ajal. Üks röntgenülesvõte registreerib aga teatud hetkel ainult anatoomilisi muutusi, see annab staatilise protsessi; teatud ajavahemike järel tehtud radiograafide seeria kaudu on võimalik uurida protsessi dünaamikat, see tähendab funktsionaalseid muutusi. Tomograafia. Sõna tomograafia võib kreeka keelest tõlkida kui "lõigatud pilt". See tähendab, et tomograafia eesmärk on saada kiht-kihiline pilt uuritava objekti sisestruktuurist. Kompuutertomograafiat iseloomustab kõrge eraldusvõime, mis võimaldab eristada peeneid muutusi pehmetes kudedes. CT võimaldab tuvastada patoloogilisi protsesse, mida teiste meetoditega ei saa tuvastada. Lisaks võimaldab CT kasutamine vähendada diagnostilise protsessi käigus patsientidele saadavat röntgenikiirguse annust.
Fluorograafia- diagnostiline meetod, mis võimaldab saada pilte elunditest ja kudedest, töötati välja 20. sajandi lõpus, aasta pärast röntgenikiirte avastamist. Fotodel on näha skleroosi, fibroosi, võõrkehasid, kasvajaid, arenenud astme põletikku, gaaside olemasolu ja infiltratsiooni õõnsustes, abstsesse, tsüste jne. Kõige sagedamini tehakse rindkere fluorograafia tuberkuloosi, kopsude või rindkere pahaloomulise kasvaja ja muude patoloogiate avastamiseks.
Röntgenteraapia on kaasaegne meetod, mida kasutatakse teatud liigeste patoloogiate raviks. Ortopeediliste haiguste ravi peamised valdkonnad selle meetodi abil on: Krooniline. Liigeste põletikulised protsessid (artriit, polüartriit); Degeneratiivne (osteoartroos, osteokondroos, deformeeriv spondüloos). Kiiritusravi eesmärk on patoloogiliselt muutunud kudede rakkude elulise aktiivsuse pärssimine või nende täielik hävitamine. Mittekasvajahaiguste korral on kiiritusravi suunatud põletikulise reaktsiooni pärssimisele, proliferatiivsete protsesside pärssimisele, näärmete valutundlikkuse ja sekretoorse aktiivsuse vähendamisele. Tuleb arvestada, et röntgenikiirgusele on kõige tundlikumad sugunäärmed, vereloomeorganid, leukotsüüdid ja pahaloomulised kasvajarakud. Kiirgusdoos määratakse igal konkreetsel juhul individuaalselt.
Röntgenikiirguse avastamise eest pälvis Roentgen 1901. aastal esimese Nobeli füüsikaauhinna ja Nobeli komitee rõhutas tema avastuse praktilist tähtsust.
Seega on röntgenikiirgus nähtamatu elektromagnetkiirgus lainepikkusega 105–102 nm. Röntgenikiirgus võib tungida läbi teatud materjalide, mis on nähtavale valgusele läbipaistmatud. Need eralduvad aine kiirete elektronide aeglustumise ajal (pidev spekter) ja elektronide üleminekul aatomi välistelt elektronkihtidelt sisemistele (joonspekter). Röntgenkiirguse allikad on: röntgenitoru, mõned radioaktiivsed isotoobid, kiirendid ja elektronide salvestamise seadmed (sünkrotronkiirgus). Vastuvõtjad - fotofilmid, fluorestseeruvad ekraanid, tuumakiirguse detektorid. Röntgenikiirgust kasutatakse röntgendifraktsioonanalüüsis, meditsiinis, vigade tuvastamisel, röntgenspektraalanalüüsis jne.
Teatud haiguste kaasaegset meditsiinilist diagnoosimist ja ravi ei saa ette kujutada ilma röntgenkiirguse omadusi kasutavate seadmeteta. Röntgenikiirgus avastati rohkem kui 100 aastat tagasi, kuid praegugi jätkub töö uute tehnikate ja seadmete loomisel, et minimeerida kiirguse negatiivset mõju inimkehale.
Looduslikes tingimustes on röntgenikiirgus haruldane ja neid kiirgavad ainult teatud radioaktiivsed isotoobid. Röntgeni- ehk röntgenikiirgus avastas alles 1895. aastal Saksa teadlane Wilhelm Röntgen. See avastus juhtus juhuslikult eksperimendi käigus, mille eesmärk oli uurida valguskiirte käitumist vaakumile lähenevates tingimustes. Katse hõlmas vähendatud rõhuga katoodgaaslahendustoru ja fluorestseeruvat ekraani, mis hakkas iga kord helendama hetkel, kui toru hakkas tööle.
Kummalise efekti vastu huvi tundes viis Roentgen läbi rea uuringuid, mis näitasid, et tekkiv silmale nähtamatu kiirgus on võimeline tungima läbi erinevate takistuste: paberi, puidu, klaasi, mõnede metallide ja isegi läbi inimkeha. Hoolimata sellest, et ei mõisteta toimuva olemust, kas sellise nähtuse põhjustab tundmatute osakeste või lainete voo teke, täheldati järgmist mustrit - kiirgus läbib kergesti keha pehmeid kudesid ja kõvade eluskudede ja elutute ainete kaudu palju raskemini.
Roentgen polnud esimene, kes seda nähtust uuris. 19. sajandi keskel uurisid sarnaseid võimalusi prantslane Antoine Mason ja inglane William Crookes. Kuid just Roentgen leiutas esmakordselt katoodtoru ja indikaatori, mida saaks meditsiinis kasutada. Ta avaldas esimesena teadusliku töö, mis tõi talle füüsikute seas esimese Nobeli preemia laureaadi tiitli.
1901. aastal sai alguse viljakas koostöö kolme teadlase vahel, kellest said radioloogia ja radioloogia rajajad.
Röntgenikiirgus on komponent elektromagnetilise kiirguse üldspekter. Lainepikkus jääb gamma- ja ultraviolettkiirte vahele. Röntgenikiirgusel on kõik tavalised laineomadused:
Röntgenikiirguse voo kunstlikuks genereerimiseks kasutatakse spetsiaalseid seadmeid - röntgenitorusid. Röntgenkiirgus tekib tänu volframist pärit kiirete elektronide kokkupuutele kuumalt anoodilt aurustuvate ainetega. Interaktsiooni taustal ilmuvad lühikese pikkusega elektromagnetlained, mis asuvad spektris 100–0,01 nm ja energiavahemikus 100–0,1 MeV. Kui kiirte lainepikkus on alla 0,2 nm, on tegemist kõva kiirgusega; kui lainepikkus on sellest väärtusest suurem, nimetatakse neid pehmeteks röntgenikiirgusteks.
On märkimisväärne, et elektronide ja anoodaine kokkupuutel tekkiv kineetiline energia muundub 99% ulatuses soojusenergiaks ja ainult 1% on röntgenikiirgus.
Röntgenkiirgus on kahte tüüpi kiirte superpositsioon - bremsstrahlung ja iseloomulikud. Need tekivad torus üheaegselt. Seetõttu sõltuvad röntgenkiirgus ja iga konkreetse röntgentoru omadused - selle kiirgusspekter - nendest näitajatest ja esindavad nende kattumist.
Bremsstrahlung ehk pidev röntgenikiirgus on volframfilamendist aurustunud elektronide aeglustumise tulemus.
Röntgentoru anoodi aine aatomite ümberstruktureerimise hetkel moodustuvad iseloomulikud ehk joonröntgenkiired. Iseloomulike kiirte lainepikkus sõltub otseselt toru anoodi valmistamiseks kasutatud keemilise elemendi aatomnumbrist.
Röntgenikiirguse loetletud omadused võimaldavad neid praktikas kasutada:
Röntgenikiirguse omadused, millel pildistamine põhineb, on võime kas laguneda või põhjustada teatud ainete sära.
Röntgenkiirgus põhjustab kaadmium- ja tsinksulfiidides fluorestseeruvat sära – roheline ning kaltsiumvolframaadi – sinine. Seda omadust kasutatakse meditsiinilistes röntgenkuvamistehnikates ja see suurendab ka röntgeniekraanide funktsionaalsust.
Röntgenikiirguse fotokeemiline mõju valgustundlikele hõbehalogeniidmaterjalidele (säritus) võimaldab teha diagnostikat – teha röntgenfotosid. Seda omadust kasutatakse ka laborantide poolt röntgeniruumides saadud kogudoosi mõõtmisel. Keha dosimeetrid sisaldavad spetsiaalseid tundlikke linte ja indikaatoreid. Röntgenkiirguse ioniseeriv toime võimaldab määrata tekkivate röntgenikiirte kvalitatiivseid omadusi.
Tavalise röntgenikiirguse ühekordne kokkupuude suurendab vähiriski vaid 0,001%.
Röntgenikiirguse kasutamine on lubatud järgmistes tööstusharudes:
Röntgenkiirguse peamine rakendusala on meditsiinivaldkond. Tänapäeval kuulub meditsiiniradioloogia sektsiooni: radiodiagnostika, kiiritusravi (röntgenravi), radiokirurgia. Meditsiiniülikoolid lõpetavad kõrgelt spetsialiseerunud spetsialistid – radioloogid.
Röntgenikiirguse suur läbitungimisvõime ja ioniseeriv toime võivad põhjustada muutusi raku DNA struktuuris ning kujutada seetõttu ohtu inimesele. Röntgenikiirguse kahjustus on otseselt võrdeline saadud kiirgusdoosiga. Erinevad elundid reageerivad kiirgusele erineval määral. Kõige vastuvõtlikumad on järgmised:
Röntgenkiirguse kontrollimatu kasutamine võib põhjustada pöörduvaid ja pöördumatuid patoloogiaid.
Röntgenkiirguse tagajärjed:
Tähtis! Erinevalt radioaktiivsetest ainetest ei kogune röntgenikiirgus kehakudedesse, mis tähendab, et röntgenikiirgust ei ole vaja kehast eemaldada. Röntgenkiirguse kahjulik mõju lõpeb meditsiiniseadme väljalülitamisega.
Röntgenkiirguse kasutamine meditsiinis on lubatud mitte ainult diagnostiliseks (traumatoloogia, hambaravi), vaid ka terapeutilistel eesmärkidel:
Radiodiagnostika hõlmab järgmisi meetodeid:
Röntgenravi on lokaalne ravimeetod. Kõige sagedamini kasutatakse meetodit vähirakkude hävitamiseks. Kuna toime on võrreldav kirurgilise eemaldamisega, nimetatakse seda ravimeetodit sageli radiokirurgiaks.
Tänapäeval toimub röntgenravi järgmistel viisidel:
Need meetodid on õrnad ja nende kasutamine on mõnel juhul eelistatavam kui keemiaravi. See populaarsus on tingitud asjaolust, et kiired ei kogune ega vaja kehast eemaldamist, neil on selektiivne toime, mõjutamata teisi rakke ja kudesid.
Sellel lubatud aastase kokkupuute normi indikaatoril on oma nimi - geneetiliselt oluline ekvivalentdoos (GSD). Sellel indikaatoril ei ole selgeid kvantitatiivseid väärtusi.
Tänapäeval kehtivad järgmised keskmised GZD standardid:
Röntgenikiirgus ei vaja kehast eemaldamist ning on ohtlik ainult intensiivse ja pikaajalise kokkupuute korral. Kaasaegsetes meditsiiniseadmetes kasutatakse lühiajalist madala energiatarbega kiiritamist, seega peetakse nende kasutamist suhteliselt kahjutuks.
Kuigi teadlased on röntgenikiirguse mõju avastanud alles alates 1890. aastatest, on röntgenikiirguse meditsiiniline kasutamine selle loodusjõu jaoks kiiresti arenenud. Tänapäeval kasutatakse röntgen-elektromagnetkiirgust inimkonna hüvanguks meditsiinis, akadeemilistes ringkondades ja tööstuses, aga ka elektri tootmiseks.
Lisaks on kiirgusel kasulikke rakendusi sellistes valdkondades nagu põllumajandus, arheoloogia, kosmos, õiguskaitse, geoloogia (sealhulgas kaevandamine) ja paljudes muudes tegevustes, isegi autode arendamisel kasutatakse tuumalõhustumise fenomeni.
Tervishoiuasutustes kasutavad arstid ja hambaarstid mitmesuguseid tuumamaterjale ja protseduure, et diagnoosida, jälgida ja ravida mitmesuguseid inimkehas esinevaid metaboolseid protsesse ja haigusi. Selle tulemusena on kiirte abil tehtud meditsiinilised protseduurid päästnud tuhandeid elusid, tuvastades ja ravides haigusi alates kilpnäärme ületalitlusest kuni luuvähini.
Kõige tavalisemad neist meditsiinilistest protseduuridest hõlmavad kiirte kasutamist, mis võivad meie nahka läbida. Pildi tegemisel paistavad meie luud ja muud struktuurid varju olevat, kuna need on nahast tihedamad ja neid varje saab tuvastada filmil või monitori ekraanil. Efekt sarnaneb pliiatsi asetamisega paberitüki ja valgusti vahele. Pliiatsi vari on paberitükil nähtav. Erinevus seisneb selles, et kiired on nähtamatud, seega on vaja salvestuselementi, midagi fotofilmi sarnast. See võimaldab arstidel ja hambaarstidel hinnata röntgenikiirguse kasutamist luumurdude või hambaprobleemide nägemisel.
Röntgenkiirguse sihipärane kasutamine ravieesmärkidel ei ole ainult kahjustuste tuvastamine. Spetsiaalselt kasutamisel on see ette nähtud vähikoe hävitamiseks, kasvaja suuruse vähendamiseks või valu vähendamiseks. Näiteks radioaktiivset joodi (täpsemalt jood-131) kasutatakse sageli kilpnäärmevähi raviks, mis mõjutab paljusid inimesi.
Seda omadust kasutavad seadmed loovad ühenduse ka arvutitega ja skaneerivad, mida nimetatakse aksiaaltomograafiaks või kompuutertomograafiaks.
Need instrumendid pakuvad arstidele värvilisi pilte, mis näitavad siseorganite piirjooni ja üksikasju. See aitab arstidel tuvastada ja tuvastada kasvajaid, suuruse kõrvalekaldeid või muid füsioloogilisi või funktsionaalseid elundiprobleeme.
Lisaks teevad haiglad ja radioloogiakeskused igal aastal miljoneid protseduure. Selliste protseduuride käigus lasevad arstid patsientide kehasse kergelt radioaktiivseid aineid, et kliiniliste seisundite diagnoosimiseks uurida teatud siseorganeid, nagu pankreas, neerud, kilpnääre, maks või aju.
