История открытия рентгена

                                 План             

      Введение (история открытия рентгена);

1.      Рентгеновское излучение;

2.      Применение рентгеновского излучения в медицине;

3.      Медицинская рентгенодиагностика;

4.      Биологическое действие рентгеновского излучения;

5.      Рентгеновские аппараты;

6.      Применение рентгена в стоматологии;

7.      Заключение;

          Используемая литература.

                                Введение

Рентгеновское излучение, невидимое излучение, способное проникать, хотя и в разной степени, во все вещества. Представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны порядка 10-8 см.

               История открытия рентгена

         Однажды по окончании опыта, профессор Вильгельм Конрад Рентген в конце 1895 г  закрыв трубку чехлом из черного картона, выключив свет, но не выключив еще индуктор, питающий трубку, он заметил свечение экрана из синеродистого бария, находящегося вблизи трубки. Пораженный этим обстоятельством, Рентген начал экспериментировать с экраном. В своем первом сообщении “О новом роде лучей”, датированном 28 декабря 1895 г., он писал об этих первых опытах: “Кусок бумаги, покрытой платиносинеродистым барием, при приближении к трубке, закрытой достаточно плотно прилегающим к ней чехлом из тонкого черного картона, при каждом разряде вспыхивает ярким светом: начинает флюоресцировать. Флюоресценция видна при достаточном затемнении и не зависит от того, подносим ли бумагу стороной, покрытой синеродистым барием или не покрытой синеродистым барием.“

                    Рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение возникает при взаимодействии электронов, движущихся с большими скоростями, с веществом. Когда электроны соударяются с атомами какого-либо вещества, они быстро теряют свою кинетическую энергию. При этом большая ее часть переходит в тепло, а небольшая доля, обычно менее 1%, преобразуется в энергию рентгеновского излучения. Эта энергия высвобождается в форме квантов - частиц, называемых фотонами, которые обладают энергией, но масса покоя которых равна нулю. Рентгеновские фотоны различаются своей энергией, обратно пропорциональной их длине волны. При обычном способе получения рентгеновского излучения получают широкий диапазон длин волн, который называют рентгеновским спектром. В спектре присутствуют ярко выраженные компоненты.

Энергетические диапазоны рентгеновского излучения и гамма-излучения перекрываются в широкой области энергий. Оба типа излучения являются электромагнитным излучением и при одинаковой энергии фотонов — эквивалентны. Терминологическое различие лежит в способе возникновения — рентгеновские лучи испускаются при участии электронов (либо в атомах, либо свободных) в то время как гамма-излучение испускается в процессах девозбуждения атомных ядер. Фотоны рентгеновского излучения имеют энергию от 100 эВ до 250 кэВ, что соответствует излучению с частотой от 3·1016 до 6·1019 Гц и длиной волны 0,005—10 нм (общепризнанного определения нижней границы диапазона рентгеновских лучей в шкале длин волн не существует). Мягкий рентген характеризуется наименьшей энергией фотона и частотой излучения (и наибольшей длиной волны), а жёсткий рентген обладает наибольшей энергией фотона и частотой излучения (и наименьшей длиной волны). Жёсткий рентген используется преимущественно в промышленных целях.

                              Применение

При помощи рентгеновских лучей можно «просветить» человеческое тело, в результате чего можно получить изображение костей, а в современных приборах и внутренних органов (см. также рентгенография и рентгеноскопия). При этом используется тот факт, что у содержащегося преимущественно в костях элемента кальция (Z=20) атомный номер гораздо больше, чем атомные номера элементов, из которых состоят мягкие ткани, а именно водорода (Z=1), углерода (Z=6), азота (Z=7), кислорода (Z=8). Кроме обычных приборов, которые дают двумерную проекцию исследуемого объекта, существуют компьютерные томографы, которые позволяют получать объёмное изображение внутренних органов.

Выявление дефектов в изделиях (рельсах, сварочных швах и т. д.) с помощью рентгеновского излучения называется рентгеновской дефектоскопией.

В материаловедении, кристаллографии, химии и биохимии рентгеновские лучи используются для выяснения структуры веществ на атомном уровне при помощи дифракционного рассеяния рентгеновского излучения (рентгеноструктурный анализ). Известным примером является определение структуры ДНК.

При помощи рентгеновских лучей может быть определён химический состав вещества. В электронно-лучевом микрозонде (либо же в электронном микроскопе) анализируемое вещество облучается электронами, при этом атомы ионизируются и излучают характеристическое рентгеновское излучение. Вместо электронов может использоваться рентгеновское излучение. Этот аналитический метод называется рентгенофлуоресцентным анализом.

В аэропортах активно применяются рентгенотелевизионные интроскопы, позволяющие просматривать содержимое ручной клади и багажа в целях визуального обнаружения на экране монитора предметов, представляющих опасность.

Рентгенотерапия — раздел лучевой терапии, охватывающий теорию и практику лечебного применения рентгеновских лучей, генерируемых при напряжении на рентгеновской трубке 20—60 кв и кожно-фокусном расстоянии 3—7 см (короткодистанционная рентгенотерапия) или при напряжении 180—400 кв и кожно-фокусном расстоянии 30—150 см (дистанционная рентгенотерапия). Рентгенотерапию проводят преимущественно при поверхностно расположенных опухолях и при некоторых других заболеваниях, в том числе заболеваниях кожи (ультрамягкие рентгеновские лучи Букки).

     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.

            Медицинская рентгенодиагностика

   Развитие техники рентгеновских исследований позволило значительно сократить время экспозиции и улучшить качество изображений, позволяющих изучать даже мягкие ткани. Флюорография. Этот метод диагностики заключается в фотографировании теневого изображения с просвечивающего экрана. Пациент находится между источником рентгеновского излучения и плоским экраном из люминофора (обычно иодида цезия), который под действием рентгеновского излучения светится. Биологические ткани той или иной степени плотности создают тени рентгеновского излучения, имеющие разную степень интенсивности. Врач-рентгенолог исследует теневое изображение на люминесцентном экране и ставит диагноз.

     В настоящее время накоплен большой опыт рентгенологического изучения заболеваний сердца и сосудов:  приобретенных и врожденных пороков, нарушений коронарного кровотока, нарушений легочной гемодинамики, опухолей сердца и перикарда. Успехи хирургии сосудов повлекли за собой развитие ангиологии. Новая техника рентгенологического исследования открыла новые возможности изучения кровообращения. Применение электрокимографии, электронно-оптических усилителей, рентгенокинематографии и рентгенотелевидения в сочетании с современными методами катетеризации сердца и контрастирования сосудов возводят рентгенологическое исследование на новую ступень и делают его одни из наиболее важных методов кардиологического исследования. В современной кардиорентгенологии задача изучения рентгенологических признаков заболевания сердца или сосудов постепенно вытесняется более широкой задачей изучения нарушенного этим заболеванием кровообращения. Основанием для построения диагноза служит анализ полученных при рентгенологическом исследовании данных, производимый в гемодинамическом аспекте. В основу обновленной рентгенологической семиотики сердечно-сосудистых заболеваний должен быть положен анализ накопленного за последние годы опыта рентгенологического изучения патофизиологии кровообращения.

                 Биологическое действие

              рентгеновского излучения

Вредное биологическое действие рентгеновского излучения обнаружилось вскоре после его открытия Рентгеном. Оказалось, что новое излучение может вызвать что-то вроде сильного солнечного ожога (эритему), сопровождающееся, однако, более глубоким и стойким повреждением кожи. Появлявшиеся язвы нередко переходили в рак. Во многих случаях приходилось ампутировать пальцы или руки. Случались и летальные исходы.

Было установлено, что поражения кожи можно избежать, уменьшив время и дозу облучения, применяя экранировку (например, свинец) и средства дистанционного управления. Но постепенно выявились и другие, более долговременные последствия рентгеновского облучения, которые были затем подтверждены и изучены на подопытных животных. К эффектам, обусловленным действием рентгеновского излучения, а также других ионизирующих излучений (таких, как гамма-излучение, испускаемое радиоактивными материалами) относятся: 1) временные изменения в составе крови после относительно небольшого избыточного облучения; 2) необратимые изменения в составе крови (гемолитическая анемия) после длительного избыточного облучения; 3) рост заболеваемости раком (включая лейкемию); 4) более быстрое старение и ранняя смерть; 5) возникновение катаракт. Ко всему прочему, биологические эксперименты на мышах, кроликах и мушках (дрозофилах) показали, что даже малые дозы систематического облучения больших популяций вследствие увеличения темпа мутации приводят к вредным генетическим эффектам. Большинство генетиков признает применимость этих данных и к человеческому организму. Что же касается биологического воздействия рентгеновского излучения на человеческий организм, то оно определяется уровнем дозы облучения, а также тем, какой именно орган тела подвергался облучению. Так, например, заболевания крови вызываются облучением кроветворных органов, главным образом костного мозга, а генетические последствия - облучением половых органов, могущим привести также и к стерильности.

Накопление знаний о воздействии рентгеновского излучения на организм человека привело к разработке национальных и международных стандартов на допустимые дозы облучения, опубликованных в различных справочных изданиях.

Кроме рентгеновского излучения, которое целенаправленно используется человеком, имеется и так называемое рассеянное, побочное излучение, возникающее по разным причинам, например вследствие рассеяния из-за несовершенства свинцового защитного экрана, который это излучение не поглощает полностью. Кроме того, многие электрические приборы, не предназначенные для получения рентгеновского излучения, тем не менее генерируют его как побочный продукт. К таким приборам относятся электронные микроскопы, высоковольтные выпрямительные лампы (кенотроны), а также кинескопы устаревших цветных телевизоров. Производство современных цветных кинескопов во многих странах находится сейчас под правительственным контролем.

                   Рентгеновские аппараты

Рентгеновские аппараты (синоним рентгеновские установки) — устройства для получения и использования рентгеновского излучения в технических и медицинских целях. Медицинские рентгеновские аппараты в зависимости от назначения разделяют на диагностические и терапевтические. По условиям, в которых они подлежат эксплуатации, рентгеновские аппараты подразделяют на стационарные, передвижные и переносные.
Стационарные рентгеновские аппараты, как диагностические (рис. 1), так и терапевтические (рис. 2), предназначены для постоянного использования в специально приспособленном помещении — рентгеновском кабинете (см.). Передвижные рентгеновские аппараты в зависимости от условий использования делят на палатные (рис. 3), приспособленные для перемещения в пределах лечебного учреждения с целью рентгенологического исследования больных непосредственно в палатах, и переносные, рассчитанные на применение вне лечебного учреждения. К передвижным рентгеновским аппаратам относятся также аппараты (РУМ-4), предназначенные для работы в полевых условиях (рис. 4). Они обычно устанавливаются и перевозятся на специально приспособленных видах автотранспорта, имеют автономное питание и помещение для развертывания, а также собственную фотолабораторию. В условиях мирного времени передвижные Р. а. используются в специально оборудованных автомашинах, железнодорожных вагонах и на судах морского и речного флота (так называемые корабельные рентгеновские установки). Имеются также передвижные Р. а., размещаемые в специальных укладочных ящиках и перевозимые на любом виде подрессоренного транспорта.
К полевым рентгеновским аппаратам предъявляется ряд специальных требований, вытекающих из неблагоприятных и сложных условий транспортировки, климатических условий и необходимости частого монтажа и демонтажа аппаратуры. В частности, укладочные ящики должны быть достаточно герметичными, чтобы защищать аппаратуру от воздействия пыли и влаги. Отдельные части Р. а. должны быть надежно закреплены, чтобы обеспечить возможность транспортировки Р. а. на подрессоренном (обычно автомобильном) транспорте по шоссейным и грунтовым дорогам без повреждения частей Р. а. Колебания температуры окружающего воздуха в пределах от 40 до —40° не должны влиять на качество работы Р. а. при хранении и транспортировке их в этих условиях. Монтаж и демонтаж Р. а. должны осуществляться силами обслуживающего персонала в течение получаса без применения специальных инструментов.
В мирное время рентгеновские аппараты полевого типа могут быть использованы для массовых обследований (см. Флюорография), а также для рентгенодиагностической работы в отдаленных районах.
Переносные рентгеновские аппараты (рис. 5) предназначены для производства простейших видов рентгенологических исследований в условиях скорой и неотложной помощи, а также помощи на дому. Они малогабаритны, легки, умещаются в двух небольших чемоданах и обычно приспособлены для переноски силами 1—2 человек.
Существует большое количество типов Р. а., предназначенных для различных целей. Рабочая мощность выпускаемых Р. а. определяется произведением вторичного напряжения (напряжение генерирования в киловольтах) на силу тока (в миллиамперах), проходящего через рентгеновскую трубку (см.) в одну секунду.
Диапазоны напряжения и тока Р. а. в зависимости от их назначения приведены в таблице.
Рентгеновский аппарат состоит из следующих основных узлов. 1. Высоковольтное устройство, включающее трансформатор высокого напряжения (так называемый главный трансформатор), трансформатор накала рентгеновской трубки, систему, выпрямляющую ток, подаваемый на рентгеновскую трубку (в маломощных аппаратах выпрямительное устройство может отсутствовать). 2. Генератор рентгеновых лучей — рентгеновская трубка. 3. Распределительное устройство — пульт управления, регулирующий режимы работы аппарата. 4. Штатив или группы штативов для крепления рентгеновской
трубки, снабженные приспособлениями для установки или укладки больных в процессе тех или иных видов рентгенологического исследования и лечения, а также средствами противолучевой защиты.
Схематически принцип работы рентгеновского аппарата состоит в том, что напряжение электрической сети подводится к пульту управления, в котором оно регулируется с помощью автотрансформатора и подается на первичную обмотку главного трансформатора. В результате разницы в количестве витков первичной и вторичной обмоток главного трансформатора напряжение в нем резко возрастает и подается на рентгеновскую трубку непосредственно (так называемые полуволновые Р. а.) или через выпрямляющее устройство (кенотроны, селеновые выпрямители). Регулировка тока, проходящего через рентгеновскую трубку, осуществляется степенью накала ее катодной нити.
Современные рентгеновские аппараты снабжены весьма сложными устройствами для стабилизации напряжения и тока рентгеновской трубки, а также для защиты ее от возможных перегрузок. Помимо сложных релейных устройств для регулирования времени экспозиции, диагностические аппараты снабжены автоматическими переключателями режимов работы Р. а., что бывает необходимо, например, при быстром переходе с режима просвечивания на режим снимков и обратно. Кроме того, все современные Р. а. имеют систему защиты от неиспользуемого рентгеновского излучения и от поражения током высокого напряжения.
По характеру защиты от поражения током высокого напряжения различают блок-аппараты, в которых высоковольтное устройство вместе с рентгеновской трубкой заключено в общий заземленный металлический кожух, и кабельные Р. а., в которых провода высокого напряжения заключены в изолированные высоковольтные кабели, а трубка и главный трансформатор — в металлические заземленные кожухи. Блок-аппараты обычно применяют для передвижных и переносных Р. а., а кабельные — для стационарных Р. а.
Диагностические рентгеновские аппараты снабжаются устройствами для томографии (см.), кимографии, электрокимографии и других специальных методов исследования, а также ЭОП (см. Электронно-оптический усилитель рентгеновского изображения) (рис. 6), позволяющими проводить рентгенокиносъемку, телевизионную передачу рентгеновского изображения и обеспечивающими высокую яркость изображения при значительном снижении лучевой нагрузки.
Для исследования отдельных фаз быстротекущих процессов имеются специальные Р. а., позволяющие производить рентгеновскую съемку при выдержках, составляющих тысячные доли секунды. Это достигается не путем увеличения мощности (а следовательно, и габаритов) Р. а., а при помощи системы конденсаторов, которые заряжаются от сравнительно маломощного трансформатора до необходимого напряжения и затем в нужный момент мгновенно разряжаются на рентгеновскую трубку (так называемые импульсные рентгеновские аппараты). Кроме того, существуют приспособления к обычным диагностическим Р. а. в виде приставок, позволяющих производить съемку физиологически подвижных объектов (легкие, сердце) в заранее заданную фазу деятельности, например в фазу вдоха или выдоха или в определенную фазу сердечной деятельности.
Терапевтические рентгеновские аппараты применяют для лучевой терапии.
С внедрением в клиническую практику искусственных радиоактивных изотопов и различного рода ускорителей заряженных частиц, линейных ускорителей, бетатронов, синхротронов, синхрофазотронов и др. роль собственно рентгенотерапии несколько сузилась, и в настоящее время она применяется для лучевого воздействия на патологические очаги сравнительно неглубокого расположения.
Существуют терапевтические Р. а. не только для статического, но и для так называемого подвижного облучения (методы ротационной и конвергентной рентгенотерапии).
В зависимости от глубины расположения облучаемого очага применяют аппараты для поверхностной рентгенотерапии (рис. 7) и для статической глубокой терапии (рис. 2).
Кроме того, выпускаются рентгеновские аппараты для ротационной (рис. 8) и конвергентной (рис. 9) рентгенотерапии, в которых во время лучевого воздействия трубка автоматически перемещается по заранее заданному пути так, чтобы основной пучок излучения был постоянно направлен на патологический очаг, а окружающие его ткани и область кожи попадали под воздействие лучей попеременно. Это позволяет, щадя кожу и здоровые ткани, подвести к очагу большие дозы рентгеновского излучения, чем при статических методах облучения.
Современные терапевтические Р. а., как и диагностические, снабжены рядом специальных приспособлений и устройств, автоматизирующих их работу. Наряду с аппаратами для терапии с обычными автоматическими реле времени имеются Р. а., в которых реле времени заменено на реле дозы, представляющее интегральный дозиметр, автоматически выключающий высокое напряжение при достижении величины заранее заданной дозы излучения. Кроме того, в комплект терапевтических Р. а. входят специальные наборы тубусов, диафрагм, ограничивающих поле облучения, и фильтров, отсеивающих более мягкую часть излучения и придающих рабочему пучку более однородный характер.
См. также Рентгенотехника, Рентгенологическое исследование, Рентгенотерапия.