Рентгеновское излучение. Каковы показания и цели применения томографии? Поглощение рентгеновского излучения веществом

Лучший на свете оптик - Природа

Вскоре после физики начали склоняться к мысли, что рентгеновские лучи очень похожи по своим свойствам на обычные оптические лучи, только у них длина волны меньше. Если длина волны зеленого света составляет 0,55 микрона, то длина волны рентгеновских лучей, видимо, в несколько тысяч раз меньше!

Чтобы доказать эти теоретические прогнозы, необходимо подтвердить, что лучи Рентгена могут преломляться, огибать препятствия, взаимодействовать друг с другом, как это делают обычные оптические лучи. Вот если бы удалось с помощью каких-либо удивительных крошечных призм или дифракционных решеток получить спектр рентгеновских лучей!

В 1912 году ученика Рентгена Макса Лауэ озарила идея: дифракционной решеткой для рентгеновских лучей могла бы стать пластина кристаллов. Промежутки между атомами, образующими кристалл, сравнимы с предполагаемой длиной волны рентгеновских лучей. Атомы в кристалле расположены упорядоченно, образуя стройные шеренги и колонны. Ряды атомов чередуются с той же регулярностью, что и штрихи на стекле в дифракционной решетке. Сама Природа создала оптические приборы для рентгеновских лучей!

Разнообразны по форме и окраске природные и искусственные кристаллы, среди которых выделяются красные стержни рубина, выращенного в лаборатории.

В экспериментальной проверке этой удачной идеи Максу Лауэ помогали Вальтер Фридрих и Пауль Книппинг. Используя разрядную трубку и несколько свинцовых экранов с маленькими отверстиями, ученые получили узкий пучок рентгеновских лучей и направили его по очереди на кристаллы различных материалов: сульфида цинка, поваренной соли, сульфата никеля. Фотопластинку сначала расположили перед кристаллами, но отраженного потока рентгеновских лучей не обнаружили. Затем поставили фотопластинку за кристаллами, проявили ее и увидели симметричный узор из мелких темных пятен, расположенных вокруг сравнительно большого центрального пятна. По расчетам, сделанным Лауэ, именно такой должна быть картина дифракции, огибания рентгеновскими лучами сложной пространственной решетки, состоящей из многих атомов!

Прошел еще один год, ив 1913 году Г. В. Вульф в России, отец и сын Брэгги в Англии повторили опыты Лауэ и его друзей с одним существенным изменением: они направили рентгеновские лучи на кристаллы под разными углами к их поверхности. Сравнение рентгеновских изображений, полученных при этом на фотопластинках, позволило исследователям точно определить расстояния между атомами в кристаллах.

Так в физику пришли два фундаментальных научных факта: рентгеновские лучи обладают такими же волновыми свойствами, как и световые лучи; с помощью рентгеновских лучей можно исследовать не только внутреннее строение человеческого тела, но и заглянуть в глубь кристаллов.

Определить структуру любого кристалла можно с помощью рентгеновских фотографий.

По рентгеновским снимкам ученые теперь могли легко отличить кристаллы от аморфных тел, обнаружить сдвиги цепочек атомов в глубине непрозрачных для света металлов и полупроводников, определить, какие изменения в структуре кристаллов происходят при сильном нагревании и глубоком охлаждении, при сжатии и растяжении.

Техника XX века не могла бы без рентгеновского анализа получить в свое распоряжение то великолепное созвездие разнообразных материалов, которыми она располагает сегодня.

Благодаря возможности разглядеть то, что происходит внутри твердого тела, исследователи поняли причины многих «странностей» в поведении материалов, которые до тех пор казались необъяснимыми. Пузырьки воздуха в сварном шве, глубинная трещинка в уставшем металле, следы быстрой заряженной частицы в полупроводниковом кристалле стали видны как на ладони.

Здесь, вероятно, уместнее всего вспомнить слова римского поэта Вергилия, которые любил повторять Томас Юнг: «Счастлив тот, кто сумел вещей постигнуть причины…»

ГЛАВА 1 ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕДИЦИНСКОЙ РЕНТГЕНОЛОГИИ. ИСКУССТВЕННОЕ КОНТРАСТИРОВАНИЕ

ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

Чтобы понять основы возникновения теневого изображения органов при прохождении через тело человека рентгеновских лучей, необходимо знать природу и свойства этих лучей, способ их искусственного получения, аппаратуру, использующую лучи в медицинской рентгенодиагностике, а также ответную реакцию организма на облучение и способы защиты от его вредного воздействия. Каждый лечащий врач должен не только оценить рентгенограмму по качеству и определить исследуемый орган, но также установить диагностическую методику. Только зная о технике проведения и информативности различных рентгенологических методов и методик, можно правильно сформулировать направление на исследование, адекватно его назначить и получить максимально необходимую информацию о патологическом процессе.

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

Из предложенных вопросов и ответов на них вы сможете получить основные теоретические предпосылки для изучения данной темы.

Основополагающие вопросы и ответы на них

Вопрос 1. В 1903 году была получена первая Нобелевская премия по физике, но кем из ученых (в том числе по специальности, по национальности) и за какое открытие (когда и как оно произошло)?

Ответ. Первая Нобелевская премия по физике в 1903 г. получена немецким физиком Вильгельмом Конрадом Рентгеном (рис. 1.1) за открытие X-лучей (X-ray), названных впоследствии рентгеновскими. Это произошло 8 ноября 1895 г. в Германии, когда Рентген, занимаясь изучением катодных лучей, уходя из лаборатории, завернул катодную трубку в чёрную бумагу, выключил свет, но не выключил трубку из электрической сети. Тогда он увидел на столе свечение кристаллов платиносинеродистого бария и понял, что совершил открытие, ведь поскольку катодные лучи не проходят через чёрную бумагу и не способны вызывать флюоресценции, значит, в катодной трубке возникают ещё какие-то новые, неизвестные лучи. Рентген в течение 7 нед не выходил из лаборатории и так подробно изучил и описал свойства открытых им лучей, что впоследствии никому из учёных не удалось дополнить их описание.

Вопрос 2. Какова природа и основные свойства рентгеновских лучей, благодаря которым их используют в медицине?

Ответ. По природе рентгеновские лучи - разновидность электромагнитных колебаний, которые отличаются от других видов лучей (видимого света, инфракрасных, ультрафиолетовых, радиоволн) более короткой длиной волны.

Рис. 1.1. Вильгельм Конрад Рентген

Основные свойства рентгеновских лучей

Проникающая способность, на которой и основана рентгенодиагностика, зависит от плотности тканей. Так, костная ткань обладает наибольшей плотностью, а значит, и поглощающей способностью, поэтому при рентгенологическом исследовании даёт затемнение высокой интенсивности. Паренхиматозные органы также выглядят в виде затемнения, но они в 2 раза меньше задерживают рентгеновские лучи, и затемнение имеет среднюю интенсивность. Воздух не задерживает лучи и создаёт просветление, как, например, лёгочная ткань, которая представлена альвеолами, заполненными воздухом.

Флюоресцирующее свойство - способность вызывать свечение некоторых химических веществ. Именно благодаря этому свойству Рентген открыл Х-лучи. На этом свойстве основан метод рентгеноскопии - получение теневого изображения на рентгеновском экране, представленном куском картона, покрытым химическим составом. Рентгеновские лучи, возникнув в рентгеновской трубке и пройдя через тело человека, попадают на экран и вызывают его свечение.

Фотохимическое свойство - способность вызывать почернение плёнки благодаря разложению галоидных соединений серебра, составляющих основу фотослоя. Данное свойство позволило использовать рентгеновские лучи для рентгенографии. При этом лучи, выходя из рентгеновской трубки и проходя через тело человека, вызывают образование теневого изображения на рентгеновской плёнке.

Ионизирующее свойство заключается в том, что под действием рентгеновских лучей в любой среде, через которую они проходят, образуются ионы, по количеству которых судят о дозе излучения. На этом свойстве основан метод дозиметрии - измерение дозы с помощью различных видов специальных приборов - дозиметров. Дозиметрию осуществляют специальные ведомственные службы.

Биологическое или повреждающее действие на организм человека ионизирующих излучений вызывает необходимость защиты от него как персонала рентгеновских кабинетов, так и пациентов при осуществлении методов рентгенодиагностики. В то же время это свойство используют в лучевой терапии для лечения как опухолевых, так и неопухолевых заболеваний.

Вопрос 3. Что такое предельно допустимая доза при облучении? От чего зависит предельно допустимая доза? Какие различают группы радиочувствительных органов?

Ответ. Предельно допустимая доза (ПДД) - наибольшее значение индивидуальной дозы, полученной при облучении за год, которая при равномерном воздействии в течение 50 лет не вызывает у человека каких-нибудь патологических изменений.

ПДД зависит от того, какие ткани облучены. Различают три группы критических (радиочувствительных) органов.

1 группа - всё тело, половые органы, красный костный мозг. ПДД - 5 бэр в год.

2 группа - мышцы, щитовидная железа, жировая ткань, печень, почки, селезёнка, ЖКТ, лёгкие, хрусталик глаза. ПДД - 15 бэр в год.

3 группа - кожа, костная ткань, кисти, предплечья, лодыжки, стопы. ПДД - 30 бэр в год.

ПДД измеряют с помощью специальных приборов - дозиметров.

Вопрос 4. Какие существуют принципы защиты от рентгеновских лучей для персонала рентгеновских кабинетов и пациентов?

Ответ. Существуют три основных принципа защиты от воздействия рентгеновских излучений.

1. Защита экранированием:

Стационарные средства - баритовая штукатурка стен кабинета, двери с листовым свинцовым покрытием, просвинцованное стекло в смотровых окнах;

Передвижные: защитные ширмы, так же с листовым свинцовым покрытием;

Индивидуальные средства: фартуки, перчатки, колпаки и бахилы из просвинцованной резины для персонала, и покрытие из просвинцованной резины для защиты наиболее чувствительных тканей пациента (перечислены выше) во время проведения различных методов рентгенодиагностики.

2. Защита расстоянием - расположение рабочих мест персонала с максимальным удалением их от источника излучения, максимально возможное расстояние между рентгеновской трубкой и кожей пациента (кожно-фокусное расстояние). Доказано, что с увеличением этого расстояния вдвое доза уменьшается вчетверо.

3. Защита временем, т.е. чем меньше время облучения, тем меньше доза. В связи с этим существует строгая регламентация рабочего дня рентгенолога и время проведения рентгенодиагностических процедур.

Так, при рентгенографии экспозиция длится в среднем до 1-3 с, рентгеноскопия грудной клетки - 5 мин, желудка - 10 мин и т.д.

Вопрос 5. Назовите два основных метода рентгенологического исследования и два основных рентгенологических симптома. Чем отличаются друг от друга позитивное и негативное изображения? Какой метод исследования они отражают? Почему при анализе рентгенограмм на «чёрное» надо говорить «белое» и, наоборот, на «белое» - «чёрное»?

Ответ. Два основных метода рентгенологического исследования - рентгеноскопия и рентгенография.

Два основных рентгенологических симптома - это затемнение и просветление.

Позитивное изображение мы видим на экране при рентгеноскопии, при этом кости, средостение и другие плотные ткани (рис. 1.2) выглядят всегда в виде затемнения различной интенсивности, а воздух, где бы он ни находился (лёгкие, газовый пузырь желудка, кишечник, полость абсцесса и т.д.) - в виде просветления (рис. 1.3 а).

Негативное изображение получают при рентгенографии на рентгеновской плёнке после её фотообработки, здесь теневая картина обратная (рис. 1.3 б). Чтобы не запутаться в интерпретации двух рентгенологических симптомов, существует правило: любое рентгеновское изображение (на экране или рентгенограмме) анализируют как позитивное. Именно поэтому и получается, что при анализе рентгенограмм на «чёрное» надо говорить «белое» и, наоборот, на «белое» - «чёрное».

Рис. 1.2. Схема формирования рентгеновского изображения в зависимости от плотности тканей

Рис. 1.3. Рентгенограммы органов грудной полости. Справа обнаруживается интенсивное затемнение в верхнем лёгочном поле:

а - позитивное изображение органов грудной полости; б - негативное изображение органов грудной полости

Вопрос 6. Существуют ли рентгеновские лучи в природе? Что служит их источником и где они находятся?

Ответ. В природе существуют рентгеновские лучи, их источник - солнце, поэтому они находятся в воздухе и участвуют в создании естественного радиоактивного фона облучения.

Вопрос 7. В каком приборе получают рентгеновские лучи искусственным путём? Каким образом это осуществляется?

Ответ. Искусственным путём рентгеновские лучи получают в рентгеновской трубке (рис. 1.4). Это происходит при включении трубки в электрическую сеть. Поток электронов, идущий с определённой скоростью от катода к аноду, тормозится при столкновении с последним, в результате чего и возникает рентгеновское излучение, которое является тормозным.

Вопрос 8. Из каких основных блоков (комнат) состоит рентгеновский кабинет? Какие два штатива имеет рентгеновский аппарат? Может ли он иметь один совмещённый штатив?

Ответ. Рентгеновский кабинет состоит из следующих основных блоков (комнат):

пультовая - комната, где расположен пульт управления аппаратом;

фотолаборатория - место, где рентгенолаборант производит обработку экспонированной рентгеновской плёнки и зарядку кассет неэкспонированной плёнкой;

рентгенодиагностический кабинет - место, где находится рентгеновский аппарат с одним (совмещённым) или двумя штативами,

Рис. 1.4. Схема образования рентгеновских лучей в рентгеновской трубке

а также стационарными и индивидуальными средствами защиты от рентгеновских лучей. Современный цифровой рентгеновский аппарат (рис. 1.5) может иметь один совмещённый штатив, предназначенный как для рентгеноскопии, так и для рентгенографии, управление дистанционное. - Штативы.

Штатив для рентгеноскопии (стол, на котором помещается больной, за ним - рентгеновская трубка, перед ним - экран,

Рис. 1.5. Цифровой рентгеновский аппарат с одним штативом и дистанционным управлением

за которым - первое рабочее место врача-рентгенолога). Штатив можно перемещать в горизонтальное и вертикальное положения.

Штатив для рентгенографии (стол, на котором помещается больной в горизонтальном положении и вертикальная стойка), над столом - рентгеновская трубка, под ним - кассета с рентгеновской плёнкой. На этом штативе (второе рабочее место) рентгенолаборант проводит укладку больного и рентгенографию.

Стационарные и индивидуальные средства защиты от рентгеновских лучей.

Вопрос 9. Какие основные приспособления к рентгеновскому аппарату позволяют уменьшить лучевую нагрузку на врача и пациента, а также улучшить качество изображения?

Ответ. Основные приспособления к рентгеновскому аппарату, которые позволяют уменьшить лучевую нагрузку и улучшить качество изображения при рентгенодиагностических процедурах, включают электронно-оптический усилитель рентгеновского изображения, компрессионный тубус, диафрагму и отсеивающую решётку.

Электронно-оптический усилитель рентгеновского изображения (УРИ) заменяет флюоресцирующий экран, на него попадают рентгеновские лучи, прошедшие сквозь тело больного. В УРИ происходит преобразование рентгеновского образа в световой и электронный. Под воздействием ускоряющего поля и в результате фокусировки с большого входного экрана на маленький выходной повышается плотность потока электронов и в 3-6 тысяч раз усиливается яркость изображения, которое через систему зеркал и линз пере- даётся на телевизионную трубку и экран телевизора, что называют рентгенотелевидением. При необходимости изображение можно записывать с помощью видеомагнитофона, кинокамеры (рентгенокинематография), фотокамеры, можно выполнить цифровую рентгеноскопию и рентгенографию, можно ввести изображение в компьютер для последующей обработки и анализа изображения на его мониторе. УРИ исключает необходимость темновой адаптации врача, что ускоряет проведение исследования, облегчает его и делает более эффективным, лучевая нагрузка на пациента и персонал уменьшается в 15 раз.

Компрессионный тубус (свинцовый цилиндр) уменьшает поле облучения, одновременно осуществляет давление (компрессию) на

тело больного, уменьшая его толщину, за счёт этого уменьшается количество рассеянных лучей, изображение становится более чёт- ким, а облучение уменьшается.

Диафрагма имеет вид свинцовых шторок, она, как и тубус, сужает поле облучения и уменьшает количество рассеянных лучей с теми же преимуществами.

Отсеивающая решётка состоит из множества свинцовых пластин, которые поглощают рассеянное излучение, а значит, улучшают качество изображения и уменьшают лучевую нагрузку.

Вопрос 10. С помощью какого аппарата осуществляют рентгенографию в рентгеновском кабинете? Можно ли и каким образом производить рентгенограммы в палате, где лежит больной, в операционной, в перевязочной и т.д.?

Ответ. Рентгенографию в рентгеновском кабинете осуществляют с помощью стационарного рентгеновского аппарата (штатив для рентгенографии). Можно производить рентгенографию и в палате, и в операционной, и в перевязочной и т.д., для этого необходим переносной (передвижной) рентгеновский аппарат, при этом кассету с плёнкой подкладывают под больного.

Вопрос 11. В чём заключаются преимущества рентгеноскопии и недостатки рентгенографии?

Ответ. Преимущества рентгеноскопии и недостатки рентгенографии заключаются в следующем.

Рентгеноскопия предоставляет возможность изучения функционального состояния различных органов (сердечных сокращений, дыхательных движений рёбер, диафрагмы, изменения лёгочного рисунка и патологических теней при дыхании, перистальтических волн и сроков эвакуации бария сульфата по пищеводу, желудку и кишечнику). При рентгенографии вышеописанное невозможно, так как фиксируется только один из моментов состояния организма.

Рентгеноскопия предоставляет возможность получения объём- ного изображения за счёт полипозиционного исследования, т.е. больного изучают в вертикальном и горизонтальном положениях с различными поворотами вокруг оси. Рентгенография предоставляет суммарное изображение, так как осуществляется в основном в двух проекциях (прямой и боковой).

В процессе рентгеноскопии осуществим контроль выполнения инвазивных рентгенологических процедур, например катетеризации сердца и сосудов, что невозможно при рентгенографии.

Использование УРИ при рентгеноскопии уменьшает время проведения исследования, что имеет значение при диагностике неотложных состояний (например, при кишечной непроходимости и др.). Для проведения рентгенографии необходимо больше времени для укладки больного и фотолабораторного процесса.

Появление в последние годы цифровых рентгеновских аппаратов позволяет переносить изображение с рентгеновского экрана на экран компьютера, трансформировать его, передавать на расстояние (создается не субъективное, как раньше, а объективное впечатление об исследовании), фиксировать на диске и хранить в памяти.

Вопрос 12. Что относится к преимуществам рентгенографии и в то же время недостаткам рентгеноскопии?

Ответ. К преимуществам рентгенографии и недостаткам рентгеноскопии (до использования цифрового рентгеновского аппарата) относились следующие.

Возможность визуализации при рентгенографии большего количества деталей, в том числе очень мелких - до 50-100 мкм (детали лёгочного рисунка, костной структуры и др.). Это было связано не столько с разрешающей способностью метода, сколько с неограниченным временем анализа рентгенограммы, в отличие от рентгеноскопии, где время исследования строго регламентировано, чтобы не превысить лучевую нагрузку (например, исследование лёгких - 5 мин, желудка - 10 мин, толстой кишки - 20 мин). Цифровой метод даёт возможность записать процесс рентгеноскопии на диск, многократно просматривать исследование на экране компьютера.

Лучевая нагрузка при рентгенографии ниже, чем при рентгеноскопии, за счёт более короткой экспозиции (1-3 с, а не 5-20 мин, как при рентгеноскопии).

Рентгенография предоставляет возможность создания архива с хранением рентгенограмм. Изображение же, полученное при рентгеноскопии, хранилось только в памяти врача, а это недолговечно. В последние годы с появлением цифровой рентгеноскопии этот недостаток исключён. Новый метод позволяет сохранять изображение на магнитных носителях, что создаёт удобство хранения, создание оперативного доступа к архиву и передачи изображения на расстояние как внутри больницы (в аудиторию, учебные комнаты и т.д.), так и за её пределы, например в другое лечебное учреждение этого или другого города и страны.

Рентгенография - объективный метод диагностики благодаря возможности коллегиального обсуждения рентгенограмм, в то время как рентгеноскопия раньше была субъективным методом диагностики, однако использование цифрового метода исключило и этот недостаток.

Многократная рентгенография позволяет наблюдать за патологическим процессом в динамике, проводить контроль лечения благодаря меньшей лучевой нагрузке по сравнению с рентгеноскопией.

Вопрос 13. Рентгеноскопия и рентгенография проводятся отдельно друг от друга или сочетанно? Кто и как это осуществляет?

Ответ. Рентгеноскопия и рентгенография могут проводиться отдельно друг от друга на разных штативах рентгеновского аппарата. Однако во время рентгеноскопии врач-рентгенолог во все времена использовал и рентгенографию - снимки за экраном, которые фиксировали опре- делённые моменты исследования и помогали комплексно решить диагностическую задачу. Эти снимки не мог проконсультировать другой врач, который не смотрел конкретного больного за экраном, так как рентгенограммы не отражают весь процесс рентгеноскопии. Рентгенографию на соответствующем штативе осуществляет не врач, а рентгенолаборант. С появлением цифрового рентгеновского аппарата с одним штативом ситуация несколько изменилась, так как перед проведением рентгенографии рентгенолаборантом врач-рентгенолог может предварительно осуществить рентгеноскопию, чтобы более точно определить центрацию на патологический очаг для последующей рентгенографии и скорригировать укладку больного.

Вопрос 14. При каких условиях создаётся естественная контрастность? В каких случаях проводят искусственное контрастирование, что для этого необходимо?

Ответ. Естественная контрастность создаётся при условиях, когда рядом с воздушными тканями или тканями, содержащими воздух, которые выглядят как просветление, находятся более плотные ткани, дающие симптом затемнения. Например, это относится к рентгенологической картине органов грудной полости, когда лёгкие выглядят прозрачными, светлыми на фоне затемнения, образованного средостением.

Искусственное контрастирование п роводят в тех случаях, когда рядом расположенные органы и ткани приблизительно одинаковы по плотности, они не дифференцируются друг от друга и тогда для их визуализации необходимо введение контрастного вещества.

Вопрос 15. Какие группы контрастных веществ используют при рентгенологических исследованиях? Что они собой представляют, в виде какого симптома, и для исследования каких органов их применяют?

Ответ. При рентгенологических исследованиях используются следующие группы контрастных веществ.

Высококонтрастные вещества (рентгенопозитивные) - препараты, контрастность которых выше мягких тканей, поэтому они выглядят в виде симптома интенсивного затемнения (рис. 1.6 а).

- Бария сульфат (ВаSО 4) - применяют в виде самостоятельного препарата или в составе Бар-ВИПС ♠ , выпускают в виде белого порошка, расфасованного в пакетиках, продают в аптеках. Используют при исследовании пищевода, желудка и кишечника в виде водной взвеси. Для того чтобы БаSО 4 лучше прилипал к слизистой оболочке, в него добавляют танин (при контрастной клизме), цитрат натрия, сорбит или белок яйца (при рентгеноскопии желудка), а для увеличения вязкости - желатин или целлюлозу (при исследовании желудка), Бар-ВИПС * в своём составе уже содержит вышеперечисленные ингредиенты.

Водорастворимые препараты.

- Йодированные масла представлены эмульсией йодистых соединений в растительных маслах (персиковом, маковом), например липиодол ультра-флюид ♠ , который используют при исследовании бронхов, лимфатических сосудов, полости матки, свищевых ходов.

Низкоконтрастные (рентгенонегативные) препараты входят в группу препаратов, контрастность которых ниже контрастности мягких тканей - это газы (динитроген оксид, углекислый газ, воздух), поэтому рентгенологически они выглядят в виде просветления (рис. 1.6 б). При введении в кровь применяют углекислый газ, в полости тела и клетчаточные пространства - динитроген оксид, а в ЖКТ - воздух.

Рис. 1.6. Пациент К., 65 лет:

а - рентгеноскопия желудка (контрастирование бариевой взвесью). Обзорная рентгенограмма желудка и двенадцатиперстной кишки в прямой проекции. Чашеобразный рак по малой кривизне антрального отдела желудка без нарушения эвакуации; б - пневмогастрография (контрастирование воздухом). Обзорная рентгенограмма желудка и двенадцатиперстной кишки в прямой проекции. Чашеобразный рак по малой кривизне антрального отдела желудка. Стенка малой кривизны тела в проксимальном направлении от патологической тени не утолщена, что исключает инфильтративный компонент опухоли и смешанный её рост

Вопрос 16. Куда и какими способами вводят контраст при искусственном контрастировании?

Ответ. Варианты введения контраста при искусственном контрастировании.

В различные полости с использованием высококонтрастных, реже низкоконтрастных веществ:

В пищевод, желудок, кишечник перорально (в том числе через зонд);

В кишечник через прямую кишку;

В патологические полости, в желчный пузырь и почки путём чрескожной пункции;

В сосуды, жёлчные протоки, мочеточник, свищевые ходы и матку с помощью шприцев и катетеров.

В окружающие орган ткани путём пункции только низкоконтрастных веществ (воздух):

В средостение;

В брюшную полость;

В забрюшинное пространство.

Внутривенно с использованием высококонтрастных водорастворимых препаратов, при этом препарат из крови поглощается некоторыми органами, концентрируется там и выводится. Этот метод применяют при исследовании:

Желчного пузыря;

Жёлчных путей;

Почек и мочевых путей.

Вопрос 17. Для чего проводят биологическую пробу и в чём она заключается?

Ответ. Биологическую пробу проводят для установления переносимости йодсодержащего препарата пациентом при рентгенологическом исследовании с искусственным контрастированием. Осложнениями при введении таких веществ могут быть аллергические и токсические реакции.

Биологическая проба состоит из внутривенного введения 1 мл рентгеноконтрастного препарата перед исследованием. Если в течение 5 мин нет побочных эффектов, то можно вводить всю дозу, которая варьирует от 20 до 100 мл. Для устранения аллергических и токсических реакций у пациентов в рентгеновском кабинете обязательно должны быть соответствующие ЛС.

Вопрос 18. С какой целью и периодичностью проводят флюорографию, в чём заключается её сущность и способы получения изображения?

Ответ. Флюорографию (рис. 1.7) проводят с целью профилактического исследования органов грудной полости 1 раз в год всем жителям планеты с 15-летнего возраста, а также в группах повышенного риска. Именно этот метод способствует выявлению ранних изменений лёгких при различных заболеваниях (туберкулёзе, кистах, опухолях и др.).

Сущность флюорографии заключается в фотографировании рентгеновского изображения с экрана. При этом изображение получают на фотоплёнке небольшого формата (110x110 мм, 100x100 мм, 70x70 мм), меньше, чем размеры рентгенограмм. Таким образом, меньше денежных затрат идёт на плёнку и её обработку, выше пропускная способность флюорографического кабинета.

Рис. 1.7. Пациент Д., 58 лет. Флюорограммы лёгких в прямой задней (а) и прямой передней (б) проекциях

Изображение на фотоплёнку поступает может поступать:

С флюоресцирующего экрана специального рентгеновского аппарата (флюорографа) на рулонную плёнку. Используют при флюорографии лёгких;

Экрана электронно-оптического усилителя рентгеновского изображения (УРИ-флюорография) при проведении рентгенологического исследования пищевода, желудка и кишечника;

Монитора цифрового флюорографа. При этом проводят цифровую обработку изображения с помощью компьютера. Полученную картину печатают на принтере на специальной плёнке или на обычной писчей бумаге и выдают на руки пациенту. Вместе с рентгеновским изображением на бумаге печатают заключение по исследованию. Это наиболее дешёвый способ получения фотокадра с пониженной в 20 раз лучевой нагрузкой на пациента.

Вопрос 19. Для чего служит, что означает и как осуществляется томография?

Ответ. Томография служит для получения послойного рентгеновского изображения в виде продольного среза тела человека на заданной в сантиметрах глубине и на любом уровне (череп, шея, грудная клетка, брюшная полость, кости и суставы).

Томография означает выделение из суммарного рентгеновского изображения одного слоя, осуществляется путём движения рентгеновской трубки и кассеты по отношению к неподвижному телу пациента, который лежит на штативе. При этом происходит размазывание изображения всех объектов и деталей, кроме тех, которые находятся в заданной плоскости на уровне центра вращения системы «излучатель-плёнка»

(рис. 1.8 б). Чем больше величина амплитуды движения этой системы, тем тоньше томографический слой. Обычно величина угла качания 20-50°.

Вопрос 20. Каковы показания и цели применения томографии? Ответ. Показания и цели применения томографии следующие.

Различные заболевания лёгких и средостения:

С целью получения изображения просветов трахеи, главных, долевых и сегментарных бронхов (рис. 1.8);

Для уточнения параметров патологических затемнений (состояния контуров, формы, структуры, в том числе для выявления участков распада, фиброза и т.д.);

Для обнаружения увеличенных лимфатических узлов корней и средостения;

При выявлении объёмных образований средостения. Томография до сих пор остаётся наиболее информативным методом

при изучении органов грудной полости.

Заболевания гортани (рак, ларингит, туберкулёз). Томография - наиболее часто применяемая методика в связи с большой диагностической значимостью.

Рис. 1.8. Пациент О., 55 лет. Рентгенограммы в прямой проекции левого лёг- кого. В верхней доле обнаружено затемнение:

а - на обзорной рентгенограмме затемнение средней интенсивности, неоднородной структуры, подозрительное на паренхиматозную пневмонию; б - на рентгеновской томограмме на глубине 9 см обнаруживается культя верхнедолевого бронха, что свидетельствует об обтурации бронха опухолью, следовательно, затемнение в лёвом легком является ателектазом верхней доли

Объёмные образования органов брюшной полости и забрюшинного пространства, при этом проводят либо самостоятельную томографию, либо в сочетании с контрастными методами (например, пневмоперитонеумом для исследования печени и ретропневмоперитонеумом при исследовании почек и надпочечников).

Заболевания черепа. В последние годы томографию проводят в основном для изучения костей свода черепа, турецкого седла, придаточных пазух носа, височной кости.

Заболевания костей и суставов. Томография нередко позволяет получить дополнительные сведения, особенно при деструктивных процессах (остеомиелите, саркоме).

Вопрос 21. Что представляет собой метод бронхографии, инвазивный он или нет? Каковы показания и техника его проведения?

Ответ. Бронхография - метод искусственного контрастирования бронхов. Относится к инвазивным методам из-за глубокого проникновения по трахеобронхиальной системе.

Показания к бронхографии:

Аномалии развития;

Бронхоэктазы;

Внутрибронхиальные опухоли доброкачественного и злокачественного характера;

Бронхоплевральные и внутренние бронхиальные свищи. Техника проведения бронхографии: в условиях рентгеновского кабинета контрастное вещество (масляное или любое водорастворимое) вводят с помощью специальных катетеров через нос в дыхательные пути после предварительной местной анестезии (1% раствор тетракаина или лидокаина) или в процессе бронхоскопии. Контрастирование проводят под контролем рентгеноскопии, заполняя сначала одну половину бронхиального дерева, а потом, откачав из него контраст, вводят катетер или бронхоскоп, а через них и препарат, в другую половину бронхиального дерева, делая серию рентгенограмм в прямых и боковых проекциях. По бронхограммам оценивают расположение, диаметр и контуры бронхов, а также бифуркационный угол, который в норме составляет 70°.

Вопрос 22. В чём заключается ангиография? К каким методам (инвазивным или неинвазивным) относится? Возможны ли осложнения? В каких условиях проводят, каковы показания и противопоказания?

Ответ. Ангиография заключается в искусственном контрастировании сосудов.

Ангиография - инвазивный метод за счёт глубокого проникновения по естественным путям, т.е. по сосудам. При этом возможны осложнения (кровотечение, инфекция и т.д.) и имеется значительная лучевая нагрузка.

Ангиографию проводят в условиях специальной операционной (ангиографический кабинет). Ангиографию назначают только в тех случаях, когда неинвазивные методы оказались недостаточно информативными.

Показания к применению ангиографии: подозрение на поражение сосудов (изменение их хода, расширение, сужение, закупорка) в результате различных заболеваний (воспалительных, дистрофических, опухолевых, аномалий развития).

Противопоказания к проведению ангиографии: тяжёлое общее состояние, сердечная, почечная и печёночная недостаточность, непереносимость йодсодержащих препаратов.

Вопрос 23. Каковы разновидности ангиографии, чем они обусловлены? В чём заключается техника их проведения, показания и как проводят анализ ангиограмм?

Ответ. Разновидности ангиографии обусловлены тем, в какие сосуды вводят контраст, это артериография, венография (флебография), лимфография.

Техника проведения артериографии заключается во введении контраста путём пункции (исследование сонных артерий, сосудов нижних конечностей, абдоминальной аорты), но чаще путём катетеризации по методике шведского учёного Сельдингера. По этой методике сначала после местной анестезии делают разрез на коже и обнажают артерию, например бедренную, затем вводят катетер в брюшную аорту и её ветви (это целиакография, мезентерикография и др.). Если катетер проводят через артерию локтевого сгиба в правое предсердие и правый желудочек сердца, а затем в лё- гочный ствол, то это ангиопульмонография. Контрастирование сосудов контролируют рентгеноскопией, при этом раньше делали серийную рентгенографию с помощью сериографа (специального приспособления). В настоящее время изображение фиксируют с помощью цифрового рентгеновского аппарата. Показания к применению метода: подозрение на нарушение кровотока за счёт изменения артерий.

Венографию проводят двумя способами:

Прямым, когда контраст вводят путём пункции, венесекции или катетеризации по Сельдингеру;

Непрямым, имеет три разновидности:

Введение контраста в артерии, через которые после прохождения системы капилляров контрастируются вены;

Инъекция контраста в костномозговое пространство, откуда он поступает в вены;

Введение контраста в паренхиму органа путём инъекции, в результате визуалируются вены, отводящие кровь от этого органа (например, спленопортография при пункции селе- зёнки).

Венография показана при аномалиях развития вен, тромбоэмболии, тромбофлебите и его последствиях, после хирургических вмешательств на венах. Противопоказанием служит острый тромбофлебит.

Техника выполнения лимфографии (главным образом нижних конечностей, таза и забрюшинного пространства) заключается в том, что пропилиодон вводят в лимфатические сосуды путём пункции и делают рентгенограммы через 15-20 мин для их визуализации, а чтобы увидеть лимфатические узлы - через 24 ч. Лимфография показана при системных и опухолевых заболеваниях для уточнения локализации, степени и характера поражения лимфатических сосудов и узлов, что имеет значение, например, для диагностики их патологических изменений и при выборе полей для лучевой терапии рака.

При анализе ангиограмм любой разновидности обращают внимание на расположение сосудов, их диаметр и контуры. На ангиограммах отражаются фазы кровотока (артериальная, капиллярная или паренхиматозная и венозная), которые позволяют судить о состоянии гемодинамики. Патологическими симптомами на ангиограммах служат:

Сужение или ампутация сосудов с появлением окольных путей кровотока;

Гипоили гиперваскуляризация отдельных зон, появление бессосудистых дефектов или хаотических сосудов;

Аневризмы (расширения) сосудов.

Вопрос 24. В чём сущность термографии? С помощью чего и как её проводят? Каковы патологические симптомы заболеваний и показания к применению?

Ответ. Термография - метод диагностики некоторых заболеваний с помощью регистрации и оценки теплового излучения человека.

Термографию проводят с помощью специального аппарата - термографа в инфракрасном диапазоне длины волны.

Перед исследованием пациент должен от 10 до 30 мин адаптироваться к температуре помещения, где находится термограф, само исследование занимает 2-5 мин. Излучение от тела пациента с помощью специальных приспособлений (приёмника, усилителя, системы зеркал) отображается на экране монитора в виде чёрно-белого или цветного изображения (термоскопия), а затем его можно зафиксировать на фотохимической бумаге (термография).

Патологическими симптомами служат гипертермия и гипотермия.

При гипертермии разница в температуре с окружающими тканями составляет в случаях острого воспаления - 0,7-1 °С, хронического воспаления - 1-1,5 °С, гнойного процесса - 1,5-2 °С, злокачественной опухоли - 2-2,5 °С.

Симптом гипотермии наблюдают при ангиоспазме, сужении или стенозе сосудов.

Благодаря простоте исполнения, термография находит широкое применение при диспансеризации населения, особенно часто её применяют:

При различных нарушениях кровообращения;

При «остром животе»;

Для оценки активности артрита, бурсита;

При уточнении границ ожогового поражения или отморожения;

При воспалительных заболеваниях различных органов;

В случаях доброкачественных и злокачественных опухолей независимо от локализации.

Вопрос 25. Что собой представляет метод электрорентгенографии, как осуществляется, в каких случаях его используют?

Ответ. Электрорентгенография - метод получения рентгеновского изображения на бумаге с большим количеством недорогих снимков без «мокрого» фотопроцесса.

Метод электрорентгенографии основан на попадании рентгеновского излучения, прошедшего через тело пациента, не на кассету с плён- кой, как при рентгенографии, а на селеновую пластину, предварительно заряженную статическим электричеством. Под действием рентгеновских лучей электрический потенциал пластины неодинаково меняется и возникает скрытое изображение. Затем на селеновую пластину укладывают бумагу и распыляют на ней чёрный порошок, который, притягиваясь к положительно заряженным участкам пластины, переводит изображение с пластины в видимое на бумаге, его закрепляют, а изоб-

ражение с пластины снимают. На одной пластине можно произвести более 100 снимков.

Электрорентгенографию в основном используют при травмах костей, когда необходимо большое количество снимков в динамике. Получение изображения на бумаге дешевле, чем на рентгеновской плёнке.

Вопрос 26. Что входит в понятие «интервенционная рентгенология»? Каковы её основные направления и в чём заключаются?

Ответ. В понятие «интервенционная рентгенология» входит новое направление, которое состоит из сочетания методов рентгенодиагностики и лечебных мероприятий с использованием современных технологий, т.е. это различного рода манипуляции, которые проводят под контролем рентгеноскопии.

Интервенционная рентгенология имеет следующие основные направления.

Рентгеноэндоваскулярные вмешательства заключаются во внутрисосудистом чрезкатетерном введении контраста для диагностики (ангиография) и контроля лечебных манипуляций на сосудах (дилатация, окклюзия и т.д.):

Чрескатетерная эмболия (рис. 1.9);

Чрескатетерное удаление инородных тел из сердца или лёгоч- ной артерии;

Чрескатетерное селективное введение ЛС (для растворения тромбов, при химиотерапии, при остром панкреатите и панкреонекрозе);

Чрескатетерное введение гибкого зонда-световода для ядерного разрушения тромбов или атероматозных бляшек.

Рентгеноэндобронхиальные вмешательства заключаются в катетеризации бронхиального дерева для биопсии из участков, недоступных при бронхоскопии.

Рентгенобилиарные вмешательства осуществляют путём чрескожной пункции и катетеризации жёлчных протоков:

Для декомпрессии при обтурационной желтухе;

Рис. 1.9. Пациентка М., 47 лет. Пример интервенционного направления в рентгенологии - эмболизация сосудов матки в процессе ангиографии с целью прекращения дальнейшего роста рака матки

Введения препаратов для растворения жёлчных камней;

Устранения стриктур жёлчных протоков.

Рентгеноэндоуриальные манипуляции основаны:

На чрескожной пункции патологических и естественных полостей почки;

Катетеризации почечной лоханки при непроходимости мочеточника;

Для раздробления и удаления почечных камней и др.

Под контролем рентгеноскопии эндоэзофагеально проводят дилатацию при стриктурах пищевода и желудка.

Аспирационная биопсия под контролем рентгеноскопии показана для установления природы внутригрудных и абдоминальных образований.

Чрескожное дренирование кист и абсцессов проводят для отсасывания содержимого и введения ЛС.

Вопрос 27. В каких случаях следует применять термин «рентгеновский», а в каких - «рентгенологический»?

Ответ. Термин «рентгеновский» следует применять в тех случаях, когда речь идёт о технической стороне метода: рентгеновский аппарат, рентгеновские лучи и т.д. Если нужно отразить рентгенологию как науку, её методы исследования, то используется термин «рентгенологический», например рентгенологическое исследование черепа.

СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ

Задача 1. У врача рентгеновского кабинета отмечен резко сниженный иммунитет, возникает подозрение о недостаточной защите этого врача от рентгеновского излучения.

Что нужно сделать, чтобы подтвердить или опровергнуть это подозрение?

Задача 2. На рентгенограмме органов грудной полости вы видите лёгкие в виде затемнения и средостение в виде просветления.

Не обманывает ли вас зрение? Действительно ли эти органы дают именно такие рентгенологические симптомы? Так ли следует интерпретировать изображение, полученное при рентгенографии?

Задача 3. В направлении на исследование у пациента написано: «Рентгенологическое исследование органов грудной полости».

Правильно ли это с точки зрения термина «рентгенологическое», может быть, следует написать «рентгеновское»?Следует ли уточнить, какой из методов исследования имеется в виду?

Задача 4. Для того чтобы изображение на рентгенограмме было резким, чётким используют УРИ, тубус, отсеивающую решётку, диафрагму.

А какие ещё функции выполняют эти приспособления?

Задача 5. У пациентки К., 47 лет, на рентгенограммах органов грудной полости в верхней доле правого лёгкого обнаруживается патологическая тень.

Результаты какого лучевого метода исследования помогут узнать о давности возникновения этой тени?

Задача 6. Врач-рентгенолог проводил рентгеноскопию желудка, в процессе которой были сделаны рентгенограммы.

Кем и в каком блоке рентгеновского кабинета будет произведена обработка этих снимков (экспонированной плёнки)?

Задача 7. В рентгеновской трубке возникают следующие виды излучений: катодные лучи - поток электронов, идущий от катода к аноду и тормозное излучение, создающееся при торможении потока электронов об анод.

Какое из этих излучений рентгеновское?

Задача 8. У пациента З., 62 лет, по клиническим данным и по результатам анализа рентгенограмм органов грудной полости возникает подозрение на наличие бронхоэктазов (расширений бронхов) левого лёгкого.

Какие из методов рентгенологического исследования необходимо назначить и в какой последовательности для подтверждения высказанного подозрения?

Задача 9. Из анамнеза пациента Д., 47 лет, следует, что в результате автомобильной катастрофы был сложный перелом костей правой голени, осложнённый остеомиелитом, в результате неоднократно проводили рентгенографию для диагностики патологических изменений и для контроля проводимого лечения. За год кости голени получили дозу рентгеновского облучения 30 бэр.

Соответствует ли эта доза ПДД? Какой метод исследования костей предпочтительнее использовать при травмах и почему?

Задача 10. На рентгенограмме органов грудной полости у пациента Т., 48 лет, видна патологическая тень в правом лёгком, которая в прямой проекции перекрывается почти полностью передним концом III ребра.

Какую дополнительную методику рентгенологического исследования вы бы назначили для получения полной характеристики этой тени?

Задача 11. Пациентка С., 66 лет, страдает хроническим тромбофлебитом нижних конечностей.

Предложите методику рентгенологического исследования, которая позволила бы судить о состоянии вен. С помощью какого нового направления в рентгенологии можно было бы контролировать процесс коррекции изменённых вен и его итог?

Задача 12. У пациента Ш., 23 лет, в протоколе проведённого лучевого исследования записано: в брюшной полости обнаружен очаг гипертермии (разница с окружающими тканями 1,5 °С), располагающийся в правой подвздошной области.

Что за метод исследования был проведён, и какой вывод о характере патологических изменений можно сделать из описанной картины?

Задача 13. Пациенту Т., 42 лет, показано проведение баллонного расширения мочеточника в зоне сужения прилоханочного отдела.

Предложите метод, который помог бы это осуществить.

Задача 14. По клиническим данным у пациентки Ж., 37 лет, создаёт- ся впечатление о патологических изменениях надпочечников.

Какая методика рентгенологического исследования позволила бы визуализировать надпочечники и уточнить эту ситуацию?

ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ,

НИРС И УИРС

1. История жизни Вильгельма Конрада Рентгена и открытие Х-лучей.

2. Особенности формирования рентгеновского изображения.

3. Современная рентгеновская аппаратура.

4. Рентгенодиагностические возможности различных методов искусственного контрастирования.

5. Способы улучшения качества изображения при рентгенографии.

6. Оптимизация рентгенологического исследования путём использования электронно-оптического усиления изображения (УРИ).

7. Методы воздушного контрастирования в рентгенологии.

8. Цифровые рентгеновские аппараты - новые возможности рентгенодиагностики.

9. Информативные возможности бронхографии.

10. Технические и диагностические аспекты разновидностей ангиографии.

11. Флюорография - метод профилактической медицины.

12. Томография: технология и диагностические преимущества.

13. Сущность и области применения электрорентгенографии.

14. Обеспечение радиационной безопасности при рентгенодиагностических исследованиях.

15. Последствия взрыва на Чернобыльской АЭС, защитные действия при атомных катастрофах.

16. Новое направление в медицине - интервенционная рентгенология.

СХЕМА ОПИСАНИЯ ТЕНЕВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ПРИ РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКОМ ИССЛЕДОВАНИИ

I. ФИО и возраст пациента.

II. Общая оценка исследования.

Метод и методика исследования:

Флюорограммы;

Рентгенгеноскопия;

Рентгенограммы;

Томограммы;

Бронхограммы;

Ангиограммы;

Электрорентгенограммы и др.

Указание исследуемого органа или области:

Органы грудной полости,

Желудок,

Гортань,

Правая бедренная кость и т.д.

Проекция исследования:

Боковая;

Латеропозиция.

Качество снимка:

Жёсткость лучей;

Правильность укладки;

Контрастность;

Резкость и т.д.

III. Изучение исследуемого органа: расположение (относительно анатомических ориентиров - рёбер, позвонков, костей таза и др.).

Размеры (например, желчного пузыря, почек, желудка и др.) или диаметр (пищевода, тонкой или толстой кишки, мочеточника, бронхов, сосудов и др.);

Форма (например, желудок в форме крючка, желчный пузырь - грушевидный и т.д.);

Контуры:

Ровные или неровные;

Чёткие или нечёткие.

Структура:

Однородная;

Неоднородная за счёт просветления или затемнения различной плотности, в том числе известковой или металлической и т.д.

Интенсивность тени:

Средняя;

Высокая;

Известковая и т.д.

Состояние стенки полостных органов при воздушном их контрастировании:

Равномерность;

Толщина в сантиметрах;

Чёткость и ровность наружного и внутреннего контуров.

Состояние складок слизистой (в пищеводе, желудке, кишечнике);

Функциональное состояние органа:

Сердечные сокращения;

Дыхательные движения рёбер, диафрагмы;

Перистальтические волны в желудке и т.д.

IV. Изучение патологического синдрома.

Характер патологических изменений:

Ограниченное просветление при контрастировании с использованием высококонтрастных веществ полостных органов - желудка, матки, желчного пузыря и др.;

Ограниченное выпячивание стенки этих органов;

Затекание контраста в дополнительную полость, ограниченное затемнение при безконтрастном исследовании или воздушном контрастировании;

Петрификат;

Инородное тело и др.

Локализация в органе (по долям и сегментам лёгких, по отделам гортани, пищевода, желудка, кишечника и т.д.).

Размеры (ограниченного просветления или затемнения) в см.

Округлая;

Овальная;

Неправильная и др.

Структура:

Однородная;

Неоднородная, например за счёт известковых включений.

Контуры:

Ровные или неровные;

Чёткие или нечёткие.

V. Заключение (окончательное или предположительное) о характере выявленных изменений. Заключение можно не давать, если описана рентгенологическая картина без патологических изменений.

VII. Описание дополнительных методов или методик.

VIII. Окончательное заключение о заболевании, возможен альтернативный вариант (в трудных случаях).

ОБРАЗЦЫ ПРОТОКОЛОВ ОПИСАНИЯ ТЕНЕВОЙ КАРТИНЫ ПРИ РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКОМ ИССЛЕДОВАНИИ

Протокол? 1

Пациент Ф., 32 года. Рентгенограмма левой половины грудной стенки в правой косой проекции (рис. 1.10)

В мягких тканях левой половины грудной стенки на уровне IV ребра по передне-аксиллярной линии обнаруживается патологическая тень металлической плотности, линейной формы, длиной до 3,5 см и диаметром 0,1 см.

Заключение: металлическое инородное тело (игла) в мягких тканях левой половины грудной стенки без костных изменений.

Рис. 1.10. Пациент Ф., 32 года. Металлическое инородное тело (игла) в мягких тканях грудной стенки слева

Протокол? 2

Пациент Н., 19 лет (рис. 1.11).

Флюорография органов грудной полости.

Справа в прямой проекции в первом межреберье создаётся впечатление патологической тени вытянутой по горизонтали формы, размерами 1,5x1,0 см, однородной структуры, с чёткими ровными контурами. На остальном протяжении лёгочные поля прозрачны. Лёгочный рисунок не изменён. Корни не расширены, структурны. Тень средостения и диафрагма не изменены.

Заключение: описанная тень в лёгком подозрительна на туберкулому. Необходима рентгенография для уточнения характера тени и решения вопроса о дальнейшем исследовании.

Рентгенограммы органов грудной полости в прямой (рис. 1.11 а) и правой боковой проекциях.

Рис. 1.11. Пациент Н., 19 лет. Рентгенограммы правой половины органов грудной полости:

а - рентгенограмма, установлено наличие и локализация туберкуломы в S II ; б - рентгеновская томограмма на глубине 11 см, выявлена стадия распада и обсеменения туберкуломы

Рентгенологическая картина полностью соответствует описанию флюорографии, т.е. визуализируется патологическая тень овальной формы, размерами 1,5x1,0 см, однородной структуры, с чёткими ровными контурами, уточнена локализация патологической тени справа в S. На остальном протяжении лёгочные поля прозрачны. Лёгочный рисунок не изменён. Корни не расширены, структурны. Тень средостения обычных расположения, размеров и конфигурации. Диафрагма расположена на уровне VI ребра, форма её куполообразная.

Заключение: туберкулома справа в S II . Для получения уточняющих признаков необходима рентгеновская томография.

Рентгеновские томограммы органов грудной полости в прямой проекции на глубине 11 см (рис. 1.11 б) и правой боковой проекциях.

Описанная при флюорографии и рентгенографии тень справа в S II имеет форму гантелей, размеры 2,5x1,5x1,0 см, структура её неоднородна за счёт просветления округлой формы, диаметром 0,3 см, связанного с устьем дренирующего бронха. В окружности тени определяются мелкие очаговые тени средней интенсивности.

Заключение: туберкулома справа в S II в фазе распада и обсеменения.

Протокол? 3

Пациентка С., 64 года. Томограмма гортани в прямой проекции на глубине 4 см (рис. 1.12).

Просвет гортани симметричен, не смещён, с обеих сторон визуализируются грушевидные синусы в виде просветлений, размерами 1,0x2,0 см с чёт- кими ровными контурами, гортанные (морганиевы) желудочки и голосовые связки с обеих сторон обычной формы и размеров. Мягкие ткани гортани не увеличены. Хрящи гортани на донном срезе не видны.

Заключение: патологических изменений в гортани не выявлено.

Рис. 1.12. Пациентка С., 64 года. Томограмма гортани в прямой проекции на глубине 4 см. Структуры гортани симметричны, патологических изменений не выявлено

Протокол? 4

Пациент Д., 32 года. Рентгеноскопия желудка.

Пищевод свободно проходим для водной взвеси сульфата бария, расположен обычно, диаметр его до 2 см, контуры ровные, складки слизистой оболочки продольные, не изменены.

Желудок располагается в левой половине брюшной полости, не смещён, натощак содержит небольшое количество слизи. Форма желудка в виде крючка, размеры средние, контуры ровные. Складки слизистой оболочки обычного калибра и расположения. Перистальтика средней глубины, видна на всём протяжении. Эвакуация свободная, порционная. Луковица двенадцатиперстной кишки треугольной формы, контуры её ровные, дуга кишки не развёрнута, зазубренность контуров равномерная, обусловлена обычными складками слизистой оболочки.

Заключение: патологических изменений в пищеводе и желудке не выявлено.

Рис. 1.13. Пациентка Б., 49 лет. ЭРХПГ. Два конкремента в дистальном отделе общего жёлчно- го протока с его обтурацией

Протокол? 5

Пациентка Б., 49 лет. Эндоскопическая ретроградная холангио-панкреатография (ЭРХПГ) (рис. 1.13).

Обнаружено расширение общего жёлчного протока до 2 см, в его дистальном отделе на расстоянии 1 см и 2 см от фатерова соска визуализируются два просветления округлой формы с чёткими ровными контурами, диаметром до 0,5 см. Поступления контраста в двенадцатиперстную кишку не отмечается. Выявлено расширение также правого и левого печёночных жёлчных протоков.

Заключение: два конкремента в дистальном отделе общего жёлчного протока с его обтурацией.

Протокол? 6

Пациентка Г., 34 года (рис. 1.14).

Обзорная урограмма (рис. 1.14 а). В правой половине брюшной полости на уровне нижней половины L IV на расстоянии 2 см от него обнаруживается затемнение известковой плотности округлой формы, диаметром 0,5 см, подозрительное на конкремент в мочеточнике.

Экскреторная урограмма на 5, 15 и 25 минутах (рис. 1.14 б). Обе почки обычного расположения, формы и размеров. Подтверждается конкремент в средней трети правого мочеточника. Чашечно-лоханочная система справа выглядит умеренно расширенной, мочеточник не визуализируется. Слева обнаруживается удвоение почки и мочеточника до уровня средней трети, диаметр мочеточника до 0,2 см. Мочевой пузырь обычных размеров, контрастирование его равномерное, по верхнему контуру - полусферическое вдавление за счёт матки.

Заключение: рентгеноконтрастный конкремент средней трети правого мочеточника с частичной обтурацией, умеренный вторичный гидронефроз. Удвоение левой почки и частичное удвоение левого мочеточника без нарушения функции. Давление матки на мочевой пузырь.

Рис. 1.14. Пациентка Г., 34 года. Рентгенологические методы исследования. Камень средней трети правого мочеточника:

а - обзорная урограмма. Конкремент на уровне L IV (в мочеточнике?); б - экскреторная урограмма на 25 мин. Подтверждение камня в средней трети правого мочеточника

Протокол? 7

Пациентка С., 47 лет (рис. 1.15).

Экскреторная урограмма на 5, 15 (рис. 1.15 а) и 25 мин. Левая почка увеличена до 28,0x10,5 см, её чашечно-лоханочная система оттеснена вверх объёмным образованием нижнего полюса, чашки умеренно расширены, шейки чашек удлинены, форниксы смазаны. Проксимальный отдел левого мочеточника смещён вверх и медиально. Правая почка и мочеточник не изменены. Мочевой пузырь обычного расположения, размеров и формы. В малом тазу видны множественные мелкие обызвествлённые тени по ходу сосудов (флеболиты).

Заключение: объёмное образование нижнего полюса левой почки (киста?) с оттеснением чашечно-лоханочной системы и мочеточника, вторичный пиелонефрит.

Рис. 1.15. Пациентка С., 47 лет. Рентгенологические методы исследования. Киста нижнего полюса левой почки: а - экскреторная урограмма на 15 минуте. Объёмное образование в нижнем полюсе левой почки с оттеснением чашечно-лоханочной системы левой почки вверх и мочеточника медиально. Вторичный пиелонефрит; б - кистография левой почки. Контрастом заполнена полость кисты, диаметром до 20 см в нижнем полюсе почки; в - ангиография левой почки. Оттеснение сосудов левой почки вверх кистой нижнего полюса почки, патологических сосудов не обнаружено, что свидетельствует об объёмном образовании доброкачественного характера

Кистография левой почки (рис. 1.15 б). После пункции объёмного образования нижнего полюса левой почки и эвакуации жидкости, контрастом равномерно заполнена полость кисты, диаметром до 20 см.

Ангиография левой почки (рис. 1.15 в). Оттеснение сосудов левой почки вверх кистой нижнего полюса почки, патологических сосудов не обнаружено.

Заключение: киста нижнего полюса левой почки.

Протокол? 8

Пациентка А., 76 лет. Флебограммы левого бедра в прямой (рис. 1.16) и боковой проекциях.

Проходимость поверхностных и глубоких вен голени сохранена, ход и диаметр сосудов не изменён, в просвете сосудов патологических образований не выявлено.

Заключение: патологических изменений в венах бедра не выявлено.

Рис. 1.16. Пациентка А., 76 лет. Флебография бедра. Глубокие и поверхностные вены обычного количества, расположения и диаметра

Основная

Глыбочко П.В., Кочанов С.В., Приезжева В.Н. Лучевая диагностика и лучевая терапия: Учебник. - М.: Эксмо, 2005. - Т. 1. - 240 с.

Линденбратен Л.Д.,Наумов Л.Б. Медицинская рентгенология: 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 1984. - 384 с.

Медицинская радиология и рентгенология (основы лучевой диагностики и лучевой терапии): Учебник. - М.: Медицина, 1993. - 560 с.

Линденбратен Л.Д., Королюк И.П. Медицинская радиология (основы лучевой диагностики и лучевой терапии): Учебник. - М.: Медицина,

Приезжева В.Н., Юдина Т.В., Кочанов С.В. и др. Практические занятия по медицинской рентгенологии: Учебно-методическое пособие. - Саратов: Изд-во СГМУ, 1990. - 48 с.

Приезжева В.Н., Кочанов С.В. Тестовая программа курса лучевой диагностики. - Саратов: Изд-во СГМУ, 1996. - 33 с.

Приезжева В.Н, Глыбочко П.В., Кочанов С.В., Илясова Е.Б. Основы рентгенологии: Учебно-методическое пособие для преподавателей медицинских вузов. - Саратов: Изд-во СГМУ, 2003. - 77 с.

Дополнительная

Дедов И.И., Беленков Ю.Н., Беличенко О.И., Мельниченко Т.А. Магнитно-резонансная томография в диагностике заболеваний гипоталамо-гипофизарной системы и надпочечников. - М.: Медицина, 1997. - 159 с.

Кишковский А.Н., Тютин Л.А. Медицинская рентгенотехника. - М.: Медицина, 1983. - 309 с.

Кочанов С.В., Приезжева В.Н., Рябинин К.Б., Илясова Е.Б. Физикотехнические основы рентгенологии: Учебно-методическое пособие. - Саратов: Изд-во СГМУ, 1992. - 117 с.

Мамонтов В.В., Шибаев С.Ф. Методика и техника электрорентгенографии. - Л.: Медицина, 1981. - 206 с.

Пиццутиелло Р., Куллиан Дж. Введение в медицинскую рентгенографию. - Нью-Йорк, Рочестер, компания Истман Кодак, отделение мед. науки, 1996. - 222 с.

Позмогов А.И., Терновой С.К., Бабий Я.С., Лепихин Н.М. Томография грудной клетки. - Киев: Здоров"е, 1992. - 287 с.

Приезжева В.Н., Кочанов С.В. Внимание: радиация. - Саратов: изд. Саратовского университета, 1997. - 38 с.

Соколов Ю.Н., Розенштраух Я.С. Бронхография: Руководство для врачей. - М.: Медгиз, 1958. - 86 с.

Юбилейная книга Nicer 1995 года. Общее руководство по радиологии. - Швеция-М.: СПАС, 1996. - Т. 1. - 668 с.

Рентгеновы лучи — это разновидность электромагнитных волн, к числу которых относятся также световые лучи, гамма-лучи радия и лучи, испускаемые радиоантеннами. Электромагнитные волны группируют по их длинам. В длинноволновом конце спектра их длина колеблется от 10 см до нескольких километров. С уменьшением начинается область инфракрасных или тепловых волн. Область видимого света включает длины волн (в зависимости от цвета) от 800 до 400 мм к. К ультрафиолетовой области относятся волны от 180 до 10 мм к.

Волны от 15А до 0.03А характерны для рентгеновых лучей. Меньшие длины волн, порядка 0,001 А, имеют гамма-лучи радиоактивного распада. Единица длины ангстрем (А) равна одной стомиллионной доле сантиметра.

Все эти типы излучений отличаются один от другого по природе возникновения и характеру взаимодействия с окружающей средой. Различные свойства лучей обусловлены неодинаковой длиной волны.

Электромагнитные колебания характеризуются также величиной энергии квантов (квант — отдельная порция энергии излучения). Чем меньше длина волны излучения, тем больше величина энергии квантов.

Законы распространения рентгеновых лучей подобны законам распространения света. Как световое излучение, рентгеновы лучи при взаимодействии со средой частично поглощаются, частично отражаются и рассеиваются. Но так как длина волны рентгеновых лучей мала, а энергия квантов велика, то они обладают еще другими свойствами: 1) проникают через среды различной плотности — картон, дерево, ткани организма животного и т. д. Проникающая способность рентгеновых лучей тем больше, чем короче длина волны и, следовательно, больше энергия квантов. Глубина проникновения рентгеновых лучей в ту или иную среду, или степень ослабления интенсивности рентгеновского излучения при прохождении через слой того или другого материала, зависит не только от коротковолновости или энергии квантов, но и от свойств материала: чем плотнее среда, тем больше в ней поглощаются рентгеновы лучи. Например, слой воды толщиной 35 см ослабляет интенсивность потока рентгеновых лучей, генерированных при напряжении 200 кв, в такой же степени, как слой железа 4,75 см или бетона толщиной 17,23 см;

2)вызывают свечение — люминесценцию некоторых химических соединений. Одни вещества светятся вмомент действия рентгеновых лучей, такое свечение называется флуоресценцией. Другие веществапродолжают светиться некоторое время после того,как рентгеновы лучи прекратили действие, это свечение называется фосфоресценцией;

3)подобно видимомусвету,вызывают изменения в галоидных соединениях серебра, входящих в состав фотоэмульсий.Иначеговоря,вызываютфотохимические реакции;

4)вызывают ионизацию нейтральныхатомов и молекул. В результате ионизации образуются положительно и отрицательно заряженные частицы — ионы. Ионизированная среда становитсяпроводникомэлектрического тока. Это свойство используют для измерения интенсивности лучей с помощью так называемой ионизационной камеры.

В основе биологического действия рентгеновых лучей лежит явление ионизации.

Лекция 1-2

Природа рентгеновского излучения

Излучение, открытое Вильгельмом Конрадом Рентгеном в 1895 году и названное его именем, на шкале электромагнитных волн (рисунок 1) расположено между γ-лучами и ультрафиолетовой частью спектра. Длина волны рентгеновских лучей находится в области 10-2 - 102 Е (1 Е = 1 Ангстрем = 10-10 м). Так как рентгеновские лучи на шкале электромагнитных волн примыкают к γ-лучам, то, говоря о рентгеновских лучах, зачастую используют термин γ-квант. Энергия γ-кванта определяется переходом электрона с одного энергетического уровня в атоме (например, с уровня j ) на другой энергетический уровень.

1) они не воспринимаются непосредственно глазами наблюдателя. Для обнаружения и изучения рентгеновских лучей можно использовать три метода: метод флюоресцирующих экранов (наиболее грубый метод), фотографический и ионизационный (наиболее чувствительный);

2) рентгеновские лучи проходят сквозь тела, непрозрачные для видимого света. Ослабление интенсивности рентгеновских лучей зависит от плотности и природы вещества, находящегося на их пути. Чем больше плотность вещества и больше атомные номера элементов, входящих в его состав, тем значительнее поглощение рентгеновских лучей;

3) степень ослабления рентгеновского излучения после прохождения определенного слоя вещества зависит от материала анодной трубки;

4) рентгеновские лучи распространяются прямолинейно. В электрическом и магнитном полях они не отклоняются. На границе сред они преломляются.

Рентгенограммы исследуемых объектов могут быть получены с помощью рентгеновских установок с фотографической регистрацией (установки УРС-2,0, УРС-60) и с регистрацией дифракционной картины с помощью счетчиков (ионизационная регистрация) и с выводом информации на диаграммную ленту (ДРОН-2,0) или монитор компьютера (ДРОН-6,0, Shimadzu и т. д.).

Для регистрации рентгеновских лучей применяются люминесцентный, фотографический, электрофотографический и ионизационный методы.

Люминесцентный метод наблюдения изображения на светящемся экране (рентгеноскопия) обладает очень большой производительностью, не требует затрат на фотоматериалы. Этот метод основан на свечении под действием рентгеновских лучей некоторых веществ и особенно люминофоров ‑ веществ, дающих большой выход видимого [излучения (флуоресценцию).

Фотографический метод регистрации рентгеновских лучей широко распространен и в настоящее время. Он обладает высокой чувствительностью и документальностью, но требует использования специальных фотоматериалов и их трудоемкой обработки. Оценку плотности почернения на рентгенограммах производят визуально или более точно с помощью микрофотометров, которые позволяют записать и рассчитать кривую распределения плотности почернения.

Электрофотографический метод (ксерография) сохраняет многие преимущества фотометода, но более экономичен. Принцип его такой же, как у множительных аппаратов. Этот метод пока не нашел широкого применения в практике структурных исследований, но для решения задач дефектоскопии, особенно при микродефектоскопии на основе так называемых рентгеновских микроскопов, он начинает использоваться.

Ионизационный метод позволяет более точно измерять интенсивность рентгеновских лучей, но измерение проводится в узком угловом интервале в каждый момент времени. Дифракционная картина регистрируется не одновременно, как в фотометоде, а последовательно. Поэтому для измерения пространственного распределения интенсивности рентгеновских лучей необходимо сканирование ‑ перемещение счетчика по всей области углов рассеяния. Ионизационный метод основан на ионизации атомов вещества при взаимодействии с квантами рентгеновских лучей.

Для регистрации рентгеновских лучей применяют приборы, работающие в различных областях газового разряда – счетчики Гейгера. Рентгеновские аппараты, регистрация рентгеновского излучения в которых осуществляется счетчиками различных типов, называются рентгеновскими дифрактометрами .

Получение рентгенограмм

Рентгенограммы получают либо с использованием дифрактометров (на бумажную ленту, а в современных вариантах – в компьютерный файл), либо с применением рентгеновских камер разной конструкции (на фотопленку)

Современные дифрактометры (общий вид некоторых из них показан на рисунок 2) содержат так называемые гониометры (рисунок 3), позволяющие устанавливать изучаемые плоские образцы и вращать их с определенной скоростью относительно направления первичного пучка излучения, а также источник рентгеновского излучения и управляющую электронику. Корпус прибора имеет защиту от ионизирующего излучения.

Чаще всего управление прибором компьютеризируется, причем компьютеризирована также и «выдача» результатов. Например, прибор типа D4 (рисунок 1) характеризуется программным обеспечением на базе Windows, что позволяет собирать и эффективно обрабатывать данные эксперимента.

Рисунок 2 ‑ Общий вид некоторых современных дифрактометров. 1- дифрактометр D4 ENDEAVOR, 2 – японский дифрактометр системы RIGAKU D/MAX-2000/PC, 3 – отечественный дифрактометр общего назначения ДРОН-7

Общий вид типичного гониометра показан на рисунке 3 (краткое его описание дано в подписи под рисунком). Некоторые дифрактометры типа D4 Endeavor содержат и так называемые двухкружные системы, позволяющие сканировать образец в разных плоскостях.

Рентгеновские лаборатории обычно обеспечиваются и базами кристаллографических данных, что обеспечивает интерпретацию полученных дифрактограмм и позволяет проводить качественный и количественный анализ состава исследуемых образцов.

Использование специальных приставок к дифрактометрам позволяет проводить анализ при высоких температурах, в вакууме или инертных атмосферах, при отрицательных температурах и измерять интенсивность рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами.

Во всех дифрактометрах предусмотрена возможность монохроматизации характеристического рентгеновского излучения, а в дифрактометрах с пропорциональными или сцинтилляционными счетчиками – возможность селективной регистрации квантов дифрагированного рентгеновского излучения с определенной энергией.

Основные способы получения рентгеновских лучей для структурных исследований связаны с использованием потока быстро летящих электронов. Наиболее распространенным источником рентгеновских лучей является рентгеновская трубка.

Наиболее распространены запаянные рентгеновские трубки с горячим катодом. Они состоят из стеклянной колбы и двух электродов ‑ катода и анода (рисунок 4). В колбе создается высокий вакуум (10-7 – 10-8 мм рт. ст.), обеспечивающий свободное движение электронов от катода к аноду, тепловую, химическую и электрическую изоляцию раскаленного катода.

Катод рентгеновской трубки состоит из вольфрамовой спирали, которая разогревается электрическим током до 2000 ‑ 2200 °С и испускает электроны. Вылетевшие в результате термоэлектронной эмиссии электроны образуют вокруг нити накала «электронное облако». Освобожденные электроны под влиянием электрического поля направляются с большой скоростью к аноду.

Анод. Между катодом и анодом создается разность потенциалов. На аноде происходит торможение электронов и их кинетическая энергия переходит, в основном, в тепловую, а небольшая часть переходит в энергию рентгеновских лучей. Это спектр испускания.

Для выхода рентгеновских лучей есть одно или несколько окошек, в которые вставляются тонкие пластинки из бериллия, который практически не поглощает рентгеновское излучение, генерируемое в трубке. Торец анода в рентгеновских трубках для структурного анализа срезан под определенным углом к оси анода (пучку электронов). Это делается с целью получить выходящий из трубки пучок с максимальной интенсивностью.

Форма анода выбирается такой, чтобы электрическое поле было резко неоднородным. Наибольшее ускорение электроны получают в области, прилегающей к катоду, и, пролетая через специальное отверстие в аноде, создают электронный пучок, который вызывает в образце возбуждение j-того энергетического уровня. Если энергия возбуждения Ej не больше энергии электронов (Ее ), то кинетическая энергия

Ее = eU > Е j (1)

При облучении образца пучком электронов, наряду с рентгеновским излучением, возникающим в исследуемом образце и называемом характеристическим излучением, создается излучение при торможении электронов, которое называется тормозным . Если торможение произошло достаточно быстро, то потеря энергии превратится в излучение в соответствии с законом

Если электрон теряет всю свою энергию при одном столкновении, то максимальная частота возникшего излучения определяется уравнением

Поскольку

То минимальная длина волны λmin определяется условием

Å (5)

λmах ‑ длина волны, соответствующая рентгеновскому излучению с максимальной интенсивностью, примерно равна λmax =1,5λmin. Минимальная длина волны рентгеновских лучей торможения зависит только от разности потенциалов, приложенных к рентгеновской трубке. Следовательно, с увеличением ускоряющего напряжения и λmin, и λmax смещаются в область коротких волн, при этом Е(λтах) увеличивается. Таким образом, возникает сплошной спектр, который имеет резкую границу в коротковолновой части и лишь постепенно сходит на нет в сторону более длинных волн. Типичная спектрограмма тормозного излучения приведена на рисунке 5.

Характер спектра для данного анода определяется величиной напряжения, приложенного к рентгеновской трубке. Предельная мощность рентгеновской трубки Р определяется мощностью проходящего через нее электрического тока

Р = UI (6)

где U ‑ максимальное напряжение, прилагаемое к рентгеновской трубке; I ‑ максимальный ток, идущий через рентгеновскую трубку.

Реальная предельная мощность зависит от площади фокусного пятна (т. е. удельной мощности), материала анода и продолжительности работы трубки. На рисунке 6 показаны зависимость интенсивности излучения от длины волны при разных значениях напряжения на электродах. Интенсивность излучения тем больше, чем выше напряжение (U ), чем больше сила тока (i ) и чем больше атомный номер вещества анода (Z ). Общая энергия сплошного спектра определяется соотношением:

Расчет интегральной интенсивности, проведенный на основе квантовых представлений, приводит к формуле

DIV_ADBLOCK319">

0 " style="border-collapse:collapse">

Рисунок 7 – К-спектры Мо и Cu при 35 кВ

Напряжение, при котором появляются линии характеристического спектра, называется напряжением возбуждения.

Спектры характеристических излучений классифицируются в порядке возрастания длин волн как K-, L-, M - … серии в соответствии с уровнем, с которого был выбит электрон.

Разница энергий между соседними уровнями тем больше, чем меньше их номера. Следовательно, для получения рентгеновского излучения надо возбуждать внутренние оболочки атома. Если возбуждается К-оболочка, то есть электрон выбивается с самого нижнего уровня, то излучается К-серия, если L-оболочка, то L-серия и т. д. На рисунке 8 приведена схема возникновения наиболее интенсивных линий К - и L-серии. Для получения линий этих серий необходимо возбудить соответствующие энергетические уровни (орбитали), для этого в подавляющем большинстве случаев используется электронный пучок с энергией электронов, превышающей энергию ионизации (возбуждения) соответствующего уровня.

Рисунок 8 – Переходы между энергетическими уровнями, порождающие рентгеновские спектры

Линии Кα и Кβ являются дублетами. Наиболее яркими в К-серии являются α1, α2, β1 – линии. Их относительная интенсивность

https://pandia.ru/text/80/187/images/image015_63.gif" width="103" height="47 src="> раз

Соотношение между α- и β-линиями

DIV_ADBLOCK320">

https://pandia.ru/text/80/187/images/image018_57.gif" width="73 height=21" height="21">

при l = 0 ,

Подобно тому, как заселение разных энергетических уровней лимитируется принципом запрета Паули, так и число линий в характеристическом рентгеновском спектре ограничивается квантовомеханическими правилами отбора :

1) изменение главного квантового числа может быть любым;

2) изменение орбитального квантового числа возможно на единицу https://pandia.ru/text/80/187/images/image021_51.gif" width="64" height="21">.

Для того, чтобы летящий к аноду электрон мог выбить электрон с того или иного энергетического уровня атома вещества анода, первый должен обладать достаточной кинетической энергией, т. е. напряжение на трубке должно быть выше некоторой вполне определенной величины. Внутренние электроны сильнее связаны с ядром, чем внешние. Поэтому потенциал возбуждения К-серии выше, чем L-серии, а L-серии выше, чем М-серии.

Потенциал (порог) возбуждения – минимальная разность потенциалов, которую необходимо приложить к электродам (высокое напряжение), чтобы электроны получили энергию, достаточную для выбивания других электронов с внутренних энергетических уровней.

https://pandia.ru/text/80/187/images/image023_46.gif" width="97" height="45 src="> (12)

λmin – самая короткая волна данной серии.

Выбор анодов, применяемых в рентгеновских трубках, определяется, с одной стороны, техническими условиями (высокие температуры плавления, малая распыляемость), с другой – желательной длиной волны излучения. Для рентгенографического исследования кристаллов используют монохроматические лучи. В качестве источников монохроматического излучения используются трубки с анодами из Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag, W, длины волн Кα-линий которых лежат в пределах от 2,29 до 0,71 Å. Чем больше электронов в системе, тем труднее выбить электроны К-серии. Реально работают гораздо на более высоких потенциалах.

Cu ~ 9кВ ~ 50 кВ

Мо ~ 20 кВ. ~ 80 кВ

Прохождение рентгеновских лучей через вещество сопровождается их рассеянием и поглощением.

При прохождении направленного пучка рентгеновских лучей через вещество интенсивность пучка вдоль начального направления ослабляется за счет рассеяния ‑ истинного ослабления и изменения первоначального направления фотона. Рассеяние подразделяется на два типа – когерентное и некогерентное.

Когерентными называют волны, излученные таким источниками, у которых ν1 = ν2, сдвиг фаз между колебаниями с течением времени не изменяется (т. е. φ1 – φ2 = const ) и колебания происходят в одной области.

При когерентном рассеянии длина волны не изменяется – длина волны падающего излучения равна длине волны рассеяния. Когерентное рассеяние описывается в виде двух последовательных процессов: энергия первичной волны передается электрону, который отдает ее обратно в виде вторичных (рассеянных) рентгеновских лучей той же частоты. Ввиду когерентности лучи, рассеиваемые различными атомами, могут интерферировать, так как расстояние между атомными плоскостями в кристаллах сравнимо с длинами волн рентгеновского излучения. Именно когерентное излучение участвует в образовании дифракционных спектров.

При некогерентном рассеянии длина волны возрастает. Это происходит вследствие ослабления энергии первичного пучка.

Рентгеновские лучи при прохождении через кристалл частично поглощаются , частично пропускаются. Поглощение рентгеновских лучей понижает интенсивность первичного пучка от начального значения I0 до I

https://pandia.ru/text/80/187/images/image025_47.gif" width="55" height="44 src="> (14)

Вакансия" href="/text/category/vakansiya/" rel="bookmark">вакансий электронами с более высоких уровней. Если в роли возбуждающего излучения выступают рентгеновские лучи, то падающие фотоны должны обладать достаточной энергией, чтобы выбить глубинные электроны.

Рентгеновский спектр поглощения состоит не из серии тонких линий, а из одного или нескольких краев поглощения (рисунок 9). На рисунке представлено соотношение между массовым коэффициентом поглощения вещества и длиной волны падающего излучения. Массовый коэффициент поглощения пропорционален λ3 и увеличение длины волны должно сопровождаться поглощением излучения.

0 " style="border-collapse:collapse">

Рисунок 9 – Кривая поглощения

При увеличении длины волны на кривой появляются места особо резких падений – скачки величины коэффициента поглощения, соответствующие строго определенным длинам волн. Точки на кривой, в которых происходят резкие изменения, называют краями поглощения.

При длине волны, превышающей длину волны края поглощения (λ > λкр), квант рентгеновского излучения (h ν/λ) слишком мал для того, чтобы выбить глубокий электрон из атома вещества мишени. При достаточно малых длинах волн падающие кванты (h ν/λ) оказываются в состоянии выбить электроны из внутренних оболочек атома мишени, сами же при этом поглощаются. Этот процесс сопровождается резким возрастанием величины μ m и появлением на кривой края полосы поглощения. Если длина волны падающего излучения находится на коротковолновой стороне края полосы поглощения элемента, то такой элемент сильно поглощает это излучение. Порядковый номер поглощающего элемента всегда на единицу (или две) меньше порядкового номера элемента, испускающего характеристическое излучение.

Энергия, поглощенная элементом, снова испускается в виде рентгеновского излучения, называемого флуоресцентным излучением. Распространяясь во всех направлениях, оно вызывает увеличение фона при съемке.

Наличие скачков в спектре поглощения необходимо учитывать при выборе излучения рентгеновской съемки. Спектр испускания и край полосы поглощения определяют анод и образец. При этом очень важно, чтобы все Кα-линии были зарегистрированы.

Соотношение спектра испускания и спектра поглощения

Спектр испускания находится справа от края поглощения: поглощение невелико и рентген снимать можно .

Край полосы поглощения сдвигается в сторону больших длин волн и монохроматические лучи (сначала Кβ-, а затем Кα-линии) начинают сильно поглощаться, обуславливая появление интенсивной флуоресценции. Рентген снимать нельзя .

Край полосы поглощения находится между Кα- и Кβ-линиями спектра испускания. В этом случае происходит сильно поглощение только Кβ-линий. Рентген снимать очень хорошо .

Край полосы поглощения сдвигается вправо и Кα-линии могут открыться. Рентген снимать можно .

Форма кривой позволяет подобрать для рентгеновского излучения такой фильтр, который совершенно прозрачен для данной длины волны и относительно непрозрачен для меньших длин волн. Эту особенность используют для поглощения β-излучения и получения приблизительно монохроматического рентгеновского Кα-излучения. Для этого на пути пучка излучения К-серии ставится тонкая пластина из металла с краем полосы поглощения между α- и β-линиями используемого излучения. Обычно в качестве фильтра может быть использован элемент с порядковым номером на единицу меньше порядкового номера элемента анода (таблица). Для излучения Мо Кα в качестве фильтра может быть использован не только Nb, но и Zr.

Хотя фильтры особенно непрозрачны для Кβ-излучения, они частично поглощают также и Кα-излучение. Чтобы предотвратить это явление оптимальная толщина фильтра не должна превышать 0,016-0,021 мм. Фильтры поглощают также некогернтное рассеянное излучение, что приводит к уменьшению фона.

Длины волн К a- и Кb-линий некоторых анодов

При выборе анода необходимо учитывать не только природу образца, но и:

1) симметрию и размеры элементарной ячейки;

2) в качестве анода используют тугоплавкие металлы с хорошей теплопроводностью и малым порядковым номером. Это d-элементы: Cr, Fe, Co, Ni, Cu. У большинства легких металлов нет излучения в рентгеновской области. У более тяжелых – высокая интенсивность сплошного спектра создает сильный фон и чувствительность съемки резко понижается.

3) Трубку необходимо выбирать с таким излучением, которое не вызывает вторичного характеристического излучения в исследуемом образце. Например, характеристические лучи меди (трубка с медным анодом) при исследовании железа будут вызывать в нем вторичное характеристическое излучение и рентгенограмма не получится (2-й случай).

4) При прецизионных исследованиях периодов решетки необходимо иметь линии на рентгенограмме с углами θ порядка 70-85 º.

Длину волны рентгеновских лучей, дифрагированных кристаллом, можно определить из уравнения Вульфа-Брэгга:

n l = 2 dsinθ , где n= 1,2, 3 ... (16)

Уравнение Вульфа-Брэгга показывает, что при данном межплоскостном расстоянии дифракционные линии возникают под углами, непосредственно связанными с длиной волны рентгеновского излучения. Если применяемая длина волны очень мала , то все наблюдаемые дифракционные линии расположатся на рентгенограмме очень тесно в области малых углов θ. Если применяемая длина волны велика, дифракционные линии расположатся на рентгенограмме очень редко и их будет зарегистрировано недостаточно. Для неорганических соединений с элементарными ячейками средних размеров чаще всего применяется Кα-излучение (исключение составляют те случаи, которые мы уже разобрали). При изучении органических кристаллов с очень большими элементарными ячейками лучше использовать излучение с большей длиной волны для того, чтобы все линии были разрешены.

0 " style="border-collapse:collapse">

Рисунок 10 – Дифрактограмма элементарного кремния

Внешний вид дифрактограммы зависит от длины волны, симметрии кристаллической решетки и размера частиц образца.

1. В зависимости от длины волны:

а) коротковолновое излучение дает сжатую рентгенограмму;

б) длинноволновое излучение позволяет получить развернутую рентгенограмму.

2. В зависимости от симметрии – чем выше симметрия кристаллической решетки, тем меньше рефлексов на рентгенограмме, тем легче с ней работать.

3. В зависимости от скорости съемки

а) 2 º/мин – рентгенограмма сжатая, линии могут накладываться друг на друга, рефлексы узкие и четкие;

б) 1 º/мин – рентгенограмма развернутая, наложении рефлексов нет, но они могут быть широкими.

Вещества кубической сингонии лучше снимать на коротковолновых анодах.

4. В зависимости от размера частиц образца:

а) если дифрагирующий лучи кристалл достаточно велик и содержит тысячи параллельных плоскостей, то дифракционные максимумы будут очень резкими;

б) если кристаллы очень малы и содержат по несколько плоскостей, дифракция этими плоскостями неспособна приводить к появлению резких дифракционных максимумов.

С уменьшением размеров кристаллов сначала происходит расширение оснований обычно острых дифракционных максимумов, затем максимумы расширяются равномерно во всех своих частях, что сопровождается уменьшением их высоты до тех пор, пока они не станут настолько широкими, что их трудно различить (рисунок 11).

Рентгенограммы будут выглядеть следующим образом.