(за время ~10−16с) локализуется с
нм. Плазмонное возбуждение весьма быстро
размер охваченной им области равен 20
Энергия плазмона составляет 21,4 эВ, а линейный
по объему) возбуждение, называемое плазмонным.
появляется коллективное (делокализованное
избыточных электронов (e−). Одновременно
молекул, возбужденных ионов (Н2О*+),
и сверхвозбужденных (Н2О**)
образование возбужденных (Н2О*)
(время, меньше 10−16с) происходит
и химическую [9]. На физической стадии
включает три стадии: физическую, физико-химическую
Взаимодействие фотоэлектрона с водой
в которой растворены органические и биомолекулы.
организма состоят в основном из воды,
АннотацияРаспространение туберкулеза в России находится на грани эпидемии и требует активных действий по выявлению этого страшного заболевания у населения страны. Самым информативным и распространенным методом профилактической диагностики заболевания легких у потенциального здорового населения страны по-прежнему является флюорография. Однако сам этот метод несет известную опасность возникновения новообразований в организме обследуемого под действием радиации. Как указано в НРБ-99 вероятность радиационной мутации генов зависит как от поглощаемой в организме пациента дозы, так и от энергии рентгеновских квантов. Однако в НРБ-99 введены ограничения лишь на величину поглощаемой дозы, и нет никаких ограничений на величину энергии зондирующих квантов.В настоящей работе проведены расчеты оптимальных режимов проведения рентгенографических обследований, в том числе энергии рентгеновских квантов для проведения флюорографии, при которой контрастная чувствительность наибольшая, а поглощенная доза в пациенте оказывается наименьшей. Анализ результатов вычислений, основанных на фундаментальных научных знаниях, показывает необходимость законодательного введения ограничения на энергию зондирующих квантов при проведении флюорографических обследований.ВведениеВ настоящей работе проведены расчеты оптимальных режимов проведения рентгено-графических обследований, в том числе энергии рентгеновских квантов для проведения флюо-рографии. Анализ результатов вычислений, основанных на фундаментальных научных знаниях, показывает необходимость законодательного введения ограничения на энергию зондирующих квантов при проведении флюорографических обследований.Распространение туберкулеза в России находится на грани эпидемии и требует активных действий по выявлению этого заболевания у населения страны. Самым информативным и рас-пространенным методом профилактической диагностики заболеваний легких у потенциально здорового населения страны по-прежнему является флюорография. Однако сам этот метод не-сет известную опасность возникновения новообразований в организме обследуемого под дей-ствием радиации. Как указано в НРБ-99, вероятность радиационной мутации генов зависит как от поглощенной в организме пациента дозы, так и от энергии рентгеновских квантов. Однако в НРБ-99 введены ограничения лишь на величину поглощенной дозы, и нет никаких ограничений на величину энергии зондирующих квантов. С момента открытия рентгеновских лучей рентгенологи пытались определить режимы генерации излучения для получения на снимке наиболее полной информации об объекте при минимально возможной дозе облучения. Работа по минимизации дозы облучения не могла иметь успеха, пока в процессе развития рентгенографического оборудования изменялись пара-метры рентгеновских детекторов (усиливающих экранов, пленок, оптоэлектронных преобразо-вателей). В то же время, на основании клинического опыта было установлено, что оптималь-ным режимом для исследования легких среднего по комплекции человека является анодное на-пряжение на рентгеновской трубке 63 кВ [1]. При проведении профилактических обследований с использованием пленочных флюорографов типа 12Ф4, 12Ф7, СЕРИОМЕТА и т.п., анодное напряжение на трубке устанавливается именно в диапазоне 50 70 кВ в соответствии с методи-ческими указаниями [2] на основании норм радиационной безопасности.Тем не менее, некоторые иностранные производители рентгеновских приемников (AGFA) публикуют рекомендации для практикующих врачей устанавливать повышенные значения анодных напряжений на трубке [3]. Например, для обследований грудной клетки предлагается устанавливать напряжения на трубке в диапазоне 110 150 кВ якобы для получения наиболее качественных снимков и, одновременно, снижения дозы облучения пациентов при обследовании. Более того, они утверждают, что рентгеновские кванты с повышенной энергией наименее опасны для здоровья людей.Озабоченность авторов вызывают труды ФГУН Санкт-Петербургского НИИ радиационной гигиены им. профессора П. В. Рамзаева, разработавшего методические рекомендации использования анодного напряжения 110 150 кВ даже для обследования органов грудной клетки детей [4]. Особую актуальность проблеме выбора режимов придает тот факт, что в условиях широкого охвата здоровой части взрослого населения обязательными флюорографическими обследованиями проблема снижения радиационной риска становится вопросом национальной безопасности страны. Поэтому возникла необходимость математических расчетов на основании законов физики для обоснования оптимальных режимов и доз облучения в рентгенографии. Физические аспекты взаимодействия рентгеновского излучения с веществомДля генерации рентгеновского излучения в медицине используют рентгеновские трубки. Рентгеновская трубка представляет собой вакуумную колбу, в которой помещаются электроды: катод и анод (рис. 1). Электроны из разогретого катода и под действием разности потенциалов между анодом и катодом, соответствующей анодному напряжению, попадают на анод. Энергия таких электронов одинакова, численно равна величине анодного напряжения и выражается в электрон-вольтах. Например, если анодное напряжение равно 70 кВ (киловольт), то все элек-троны, попадающие на анод будут иметь энергию Е = еU = 70 кэВ (килоэлектрон-вольт). В ре-зультате торможения электронов в металле анода происходит генерация рентгеновских кван-тов, энергия которых варьируется от 0 до 70 кэВ. Распределение квантов по энергии, называе-мое спектром излучения, зависит от анодного напряжения и от материала анода (рис. 2). Рис. 1. Схематическое представление рентгеновской трубкиПредставленные на рис. 2 спектры рассчитаны с помощью компьютерной программы [5], адаптированной для расчета спектров медицинских рентгеновских трубок [6]. Спектры приведены для нескольких значений анодного напряжения на рентгеновской трубке, при одинаковом токе 1 мА.Отсутствие квантов в области до 20 кэВ определяется наличием алюминиевого фильтра толщиной 2 мм. Максимальная энергия квантов ограничивается величиной анодного напряжения. Маркерами указаны значения усредненной по всему спектру энергии фотонов.Рис. 2. Спектры излучения рентгеновской трубки с вольфрамовым анодом при различных ускоряющих напряжениях на трубке. На рисунке видно, что при повышении анодного напряжения на трубке с 45 кВ до 120 кВ в спектре рентгеновского излучения появляются кванты с энергией в диапазоне 45 120 кэВ, при этом общая интенсивность потока квантов в диапазоне 20 45 кэВ значительно возрастает, как если бы увеличили в несколько раз анодный ток.В медицине широко применяется рентгеновское излучение, состоящее из квантов с энергией в диапазоне от 10 кэВ до 150 кэВ с длинами волн в диапазоне от 0,12 нм до 0,008 нм. На рис. 3 показан упрощенный процесс прохождения рентгеновских квантов с различ-ной длиной волны через вещество. Как показано на рисунке, кванты рентгеновского излучения с малой энергией Е(λ2) испытывают большое число столкновений с атомами вещества, в ре-зультате чего вероятность их поглощения возрастает. Рентгеновские кванты с большой энерги-ей Е(λ1) могут проходить через вещество, слабо поглощаясь при взаимодействии с атомами среды. Это свойство рентгеновского излучения позволяет получать информацию о плотности вещества внутри объекта исследования.Рис. 3 Процесс прохождения рентгеновских квантов с различной энергией (длиной волны) через вещество.Другим уникальным свойством рентгеновского излучения является малая длина волны рентгеновского кванта, что дает возможность различать мелкие структурные особенности внутреннего строения объекта. Минимальные размеры структурных особенностей, которые могут быть зарегистрированы на фотопленку, составляют 5 мкм, что недоступно таким методам диагностики внутренних органов, как УЗИ и ЯМР. Эти свойства предоставляют настолько уникальную информацию о структуре и распределении плотности вещества внутри объекта, что врачи вынуждены мириться с вредом, наносимым организму рентгеновским излучением. На рис. 4 в качестве примера приведен рентгеновский снимок пяточной кости человека. На рисунке четко просматривается трабекулярная структура, наряду с рисунком мягких тканей.Рис. 4. Рентгеновский снимок пяточной кости человека, полученный с помощью метода сканирующей радиогра-фии [7]. Снимок получен на цифровом аппарате «КАРС-П» производства предприятия «МЕДТЕХ».Наиболее вероятные пути взаимодействия рентгеновских квантов с атомами вещества при медицинских рентгенографических исследованиях показаны на рис. 5. Основной процесс, формирующий рентгеновское изображение объекта, это фотоэлектрическое поглощение. При этом происходит поглощение падающего кванта электроном атомной оболочки с переходом последнего в межатомное пространство (рис. 5, а). Рис. 5 Основные процессы взаимодействия квантов рентгеновского излучения с веществоС повышением энергии рентгеновских квантов становится существенным явление Комптоновского рассеяния фотонов на электронах (рис. 5, б). При этом электрон атомной оболочки получает лишь часть энергии падающего кванта. Квант рассеянного излучения имеет энергию меньше, чем у падающего кванта. Комптоновское рассеяние составляет значительную часть излучения, прошедшего через тело пациента и приводит к размыванию изображения исследуемого объекта. Более точное описание процессов взаимодействия рентгеновского излучения с веществом представлено в монографии [8]. В обоих случаях взаимодействия образуются свободные электроны. Их энергия сравнима с энергией поглощенного рентгеновского кванта, а длина пробега сравнима с размерами клеток организма.Биологические аспекты взаимодействия рентгеновского излучения с веществомПо пути движения внутри клетки фотоэлектрон постепенно теряет свою энергию на ионизацию атомов и молекул, из которых состоят ткани организма, и образование свободных радикалов (рис. 6). Рис. 6. Процесс взаимодействия квантов рентгеновского излучения с живой клеткой: (а) кванты малой энергии, (б) кванты большой энергии [рисунок клетки с сайта:www.membrana.ru/images/articles/1077129824-1.jpeg).Ткани
Оптимизация режимов и дозы облучения пациентов для получения адекватной рентгенографической информации
Ведаем что творим
Оптимизация режимов и дозы облучения пациентов для получения адекватной рентгенографической информации
Комментариев нет:
Отправить комментарий