ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Ионизирующее излучение. Виды ионизирующих излучений и их свойства.

12 3

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.Ф. ВОЙНО-ЯСЕНЕЦКОГО
ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНТСТВА ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ»

Кафедра онкологии и лучевой терапии с курсом ПО

Зав. кафедрой:

д.м.н., профессор Дыхно Ю.А.

Преподаватель:

д.м.н., профессор Максимов С.А.

Реферат:

Физические основы медицинской радиологии

Выполнил:
xxx., xxx

Красноярск 2009

Медицинская радиология - область медицины, разрабатывающая теорию и практику применения излучения в медицинских целях. Медицинская радиология включает в себя две основные медицинские дисциплины: лучевую диагностику (диагностическую радиологию) и лучевую терапию (радиационную терапию).

Лучевая диагностика - наука о применении излучений для исследования строения и функций нормальных и патологически измененных органов и систем человека с целью профилактики и распознавания заболеваний.

В состав лучевой диагностики входят рентгенодиагностика, радионуклидная диагностика, ультразвуковая диагностика и магнитно-резонансная визуализация. К ней также относят такие нечасто применяемые методы исследования, как термография, СВЧ-термометрия, магнитнорезонансная спектрометрия. Еще одно очень важное направление лучевой диагностики - интервенционная радиология: выполнение лечебных вмешательств под контролем лучевых исследований.

Роль лучевой диагностики в подготовке врача и медицинской практике непрерывно возрастает. Это связано с созданием в стране диагностических центров, вводом в строй крупных городских, областных и республиканских больниц, оснащенных новейшей аппаратурой, а также быстрым развитием компьютерных технологий, которые создают предпосылки для получения высококачественных изображений внутренних органов, включая объемные (так называемые трехмерные) изображения. Указанные обстоятельства способствуют созданию новой системы медицинской диагностики, объединяющей все существующие способы получения изображения органов человека.

Лучевая терапия - это наука о применении ионизирующих излучений для лечения болезней. Лучевая терапия располагает большим набором источников квантового и корпускулярного излучений, обеспечивающих облучение нужного объема тканей в оптимальной лечебной дозе.

В связи с этим лучевая терапия стала важнейшей составной частькомплексного лечения злокачественных заболеваний, а лучевые терапевты работают в тесном контакте с онкологами, хирургами, химиотерапевтами.

Без радиологии сегодня не могут обойтись никакие медицинские дисциплины. Лучевые методы широко используют в анатомии (лучевая нормальная и патологическая анатомия), физиологии (лучевая физиология и патофизиология), биохимии (радиационная биохимия). Изучением действия ионизирующих излучений на живые объекты занимается радиационная биология - важное направление биологической науки. В связи с развитием ядерных технологий и широким применением излучений в медицинской практике, народном хозяйстве и научных исследованиях все большее значение приобретает радиационная гигиена. К смежным специальностям радиологии можно отнести также все основные клинические дисциплины: кардиологию, пульмонологию, остеопатологию, гастроэнтерологию, эндокринологию и т.д. Это и понятно: уже давно не найти области изолированного использования законов и методов патологической анатомии и физиологии, терапии и хирургии, стоматологии и радиологии, есть лишь сфера и взаимного действия.

Ионизирующее излучение. Виды ионизирующих излучений и их свойства.

Ионизирующее излучение – поток заряженных или нейтральных частиц и квантов электромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов или молекул среды. Они возникают в результате естественных или искусственных радиоактивных распадов веществ, ядерных реакций деления в реакторах, ядерных взрывов и некоторых физических процессов в космосе. Ионизирующие излучения состоят из прямо или косвенно ионизирующих частиц или смеси тех и других. К прямо ионизирующим частицам относятся частицы (электроны, α-частицы, протоны и др.), которые обладают достаточной кинетической энергией, чтобы осуществить ионизацию атомов путём непосредственного столкновения. К косвенно ионизирующим частицам относятся незаряженные частицы (нейтроны, кванты и т.д.), которые вызывают ионизацию через вторичные объекты.

В настоящее время известно около 40 естественных и более 200 искусственных α-активных ядер. α-распад характерен для тяжелых элементов (урана, тория, полония, плутония и др.). α-частицы - это положительно заряженные ядра гелия. Они обладают большой ионизирующей и малой проникающей способностью и двигаются со скоростью 20000 км/с. β-излучение - это поток отрицательно заряженных частиц (электронов), которые выпускаются при β -распаде радиоактивных изотопов. Их скорость приближается к скорости света. Бета-частицы при взаимодействии с атомами среды отклоняются от своего первоначального направления. Поэтому путь, проходимый β -частицей в веществе, представляет собой не прямую линию, как у α-частиц, а ломаную. Наиболее высокоэнергетические β-частицы могут пройти слой алюминия до 5 мм, однако ионизирующая способность их меньше, чем у α-частицы. γ-излучение, испускаемое атомными ядрами при радиоактивных превращениях, обладает энергией от нескольких тысяч до нескольких миллионов электрон-вольт. Распространяется оно, как и рентгеновское излучение, в воздухе со скоростью света. Ионизирующая способность γ -излучения значительно меньше, чем у α- и β -частиц. γ -излучение - это электромагнитные излучения высокой энергии. Оно обладает большой проникающей способностью, изменяющейся в широких пределах. Все ионизирующие излучения по своей природе делятся на фотонные (квантовые) и корпускулярные.

К фотонному (квантовому) ионизирующему излучению относятся гамма-излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер или аннигиляции частиц, тормозное излучение (рентгеновское), возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженных частиц, характеристическое излучение с дискретным энергетическим спектром, возникающее при изменении энергетического состояния электронов атома и рентгеновское излучение, состоящее из тормозного и/или характеристического излучений.

К корпускулярному ионизирующему излучению относят α-излучение, электронное, протонное, нейтронное и мезонное излучения. Корпускулярное излучение, состоящее из потока заряженных частиц (α-, β-частиц, протонов, электронов), кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов при столкновении, относится к классу непосредственно ионизирующего излучения. Нейтроны и другие элементарные частицы непосредственно не производят ионизацию, но в процессе взаимодействия со средой высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны), способные ионизировать атомы и молекулы среды, через которую проходят. Соответственно, корпускулярное излучение, состоящее из потока незаряженных частиц, называют косвенно ионизирующим излучением. Нейтронное и гамма излучение принято называть проникающеё радиацией или проникающим излучением.

Ионизирующие излучения по своему энергетическому составу делятся на моноэнергетические (монохроматические) и немоноэнергетические (немонохроматические). Моноэнергетическое (однородное) излучение – это излучение, состоящее из частиц одного вида с одинаковой кинетической энергией или из квантов одинаковой энергии. Немоноэнергетическое (неоднородное) излучение – это излучение, состоящее из частиц одного вида с разной кинетической энергией или из квантов различной энергии. Ионизирующее излучение, состоящее из частиц различного вида или частиц и квантов, называется смешанным излучением.

Ионизирующие излучения, в своем составе имеют разные элементарные частицы. Это фотоны, лептоны, мезоны, барионы. Все они имеют различную массу и энергию.

Фотоны - сверхлегкие частицы. Их роль – перенос электромагнитных взаимодействий. По предположению, он участвует еще, как и все остальные частицы, в слабых взаимодействиях.

Лептоны -группа легких частиц, в нее входят восемь частиц: электронное и мюонное нейтрино, электрон, m-мезон, τ-нейтрино, и τ-частица и соответствующие этим частицам античастицы. Массы частиц меняются в широких пределах: от нуля (для нейтрино) до 206,7 электронных масс (для мюона). Поэтому в данном случае нельзя сказать, что главным объединяющим эти частицы признаком является близость масс. По массе нейтрино ближе к фотону, чем к электрону, а m-мезон кажется скорее «родственником» p-мезонов. Заметим, прежде всего, что лептоны имеют полуцелый спин, отличный от спина ближайших соседей – фотона и мезонов. Но главное состоит в том, что все 8 лептонов характеризуются особым квантовым числом – лептонным зарядом.

Мезоны. Эта группа состоит из восьми частиц. Трое из них - p-мезоны, кроме того, имеется 4 К-мезона, примерно в три раза более тяжелые, чем p-мезоны. Они образуют два зарядовых мультиплета: К+, К0 и К-, К0 . Самая тяжелая частица этой группы - h0-мезон (эта-ноль-мезон) подобно p-мезону совпадает с собственной античастицей. Мезоны, как и остальные более тяжелые, чем лептоны, частицы, участвуют в сильных взаимодействиях (наряду с участием в электромагнитных и слабых взаимодействиях). Спин всех мезонов равен нулю.

Барионы – самая обширная группа частиц. В нее входят из 35 стабильных частиц – 20. Барионы – самые тяжелые сильно взаимодействующие частицы. Взаимодействия между барионами осуществляется мезонами. Самыми легкими из барионов являются частицы нуклонного дуплета – протон и нейтрон. Далее следуют более тяжелые частицы – гипероны. Все они группируются в зарядовые мультиплеты. Первый мультиплет гиперонов состоит всего из одной частицы, это – λ0- частица (лямбда-ноль). Далее в порядке возрастания массы следуют триплеты å - частиц: å+,å0,å- и å+,å0,å- . Как во всяком мультиплете, эти частицы различаются только своими электрическими зарядами. По отношению к сильным взаимодействиям они выступают как одна частица.

По времени жизни частицы делятся на стабильные: электрон, протон, фотон, нейтрино. Квазистабильные: нейтрон – стабилен, когда находится в ядре атома, но свободный нейтрон распадается примерно за 15 минут, (t > 10-20 с). Нестабильные: все остальные частицы (t = 10-23 …10-24 с). И самые нестабильные частицы – резонансы. Например, время жизни протона t > 1030 лет, электрона - t > 1021 лет, нейтрона ~ 1000 с. Одной из важных характеристик частиц является их масса, причем во внимание берется масса покоя частиц, так как при движении частиц с большими скоростями, их масса сильно возрастает. В зависимости от массы покоя, все частицы можно разделить: - на частицы, не имеющие массы покоя (фотоны, движущиеся со скоростью света) - лептоны – легкие частицы, к ним относятся электрон, позитрон и нейтрино - мезоны – средние частицы с массой до 200 масс электрона - барионы – тяжелые частицы с массой более 1000 масс электрона, к ним относятся протоны, нейтроны, гипероны и многие резонансы.

Широкое использование атомной энергии в мирных целях, разнообразных ускорительных установок и рентгеновских аппаратов различного назначения обусловило распространенность ионизирующих излучений в народном хозяйстве и огромные, все возрастающие контингенты лиц, работающих в этой области. Наиболее разнообразны по видам ионизирующих излучений так называемые радиоактивные излучения, образующиеся в результате самопроизвольного радиоактивного распада атомных ядер элементов с изменением физических и химических свойств последних. Элементы, обладающие способностью радиоактивного распада, называются радиоактивными; они могут быть естественными, такие, как уран, радий, торий и др. (всего около 50 элементов), и искусственными, для которых радиоактивные свойства получены искусственным путем (более 700 элементов).

При радиоактивном распаде имеют место три основных вида ионизирующих излучений: альфа, бета и гамма.

Альфа-частицы - это положительно заряженные ионы гелия, образующиеся при распаде ядер, как правило, тяжелых естественных элементов (радия, тория и др.). Эти лучи не проникают глубоко в твердые или жидкие среды, поэтому для защиты от внешнего воздействия достаточно защититься любым тонким слоем, даже листком бумаги.

Бета-излучение представляет собой поток электронов, образующихся при распаде ядер как естественных, так и искусственных радиоактивных элементов. Бета-излучения обладают большей проникающей способностью по сравнению с альфа-лучами, поэтому и для защиты от них требуются более плотные и толстые экраны. Разновидностью бета-излучений, образующихся при распаде некоторых искусственных радиоактивных элементов, являются. позитроны. Они отличаются от электронов лишь положительным зарядом, поэтому при воздействии на поток лучей магнитным полем они отклоняются в противоположную сторону.

Гамма-излучение, или кванты энергии (фотоны), представляют собой жесткие электромагнитные колебания, образующиеся при распаде ядер многих радиоактивных элементов. Эти лучи обладают гораздо большей проникающей способностью. Поэтому для экранирования от них необходимы специальные устройства из материалов, способных хорошо задерживать эти лучи (свинец, бетон, вода). Ионизирующий эффект действия гамма-излучения обусловлен в основном как непосредственным расходованием собственной энергии, так и ионизирующим действием электронов, выбиваемых из облучаемого вещества.

Рентгеновское излучение образуется при работе рентгеновских трубок, а также сложных электронных установок (бетатронов и т. п.). По характеру рентгеновские лучи во многом сходны с гамма-лучами и отличаются от них происхождением и иногда длиной волны: рентгеновские лучи, как правило, имеют большую длину волны и более низкие частоты, чем гамма-лучи. Ионизация вследствие воздействия рентгеновских лучей происходит в большей степени за счет выбиваемых ими электронов и лишь незначительно за счет непосредственной траты собственной энергии. Эти лучи (особенно жесткие) также обладают значительной проникающей способностью.

Нейтронное излучение представляет собой поток нейтральных, то есть незаряженных частиц нейтронов (n) являющихся составной частью всех ядер, за исключением атома водорода. Они не обладают зарядами, поэтому сами не оказывают ионизирующего действия, однако весьма значительный ионизирующий эффект происходят за счет взаимодействия нейтронов с ядрами облучаемых веществ. Облучаемые нейтронами вещества могут приобретать радиоактивные свойства, то есть получать так - называемую наведенную радиоактивность. Нейтронное излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, ядерных реакторов и т. д. Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Задерживаются нейтроны веществами, содержащими в своей молекуле водород (вода, парафин и др.).

Все виды ионизирующих излучений отличаются друг от друга различными зарядами, массой и энергией. Различия имеются и внутри каждого вида ионизирующих излучений, обусловливая большую или меньшую проникающую и ионизирующую способность и другие их особенности. Интенсивность всех видов радиоактивного облучения, как и при других видах лучистой энергии, обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника излучения, то есть при увеличении расстояния вдвое или втрое интенсивность облучения уменьшается соответственно в 4 и 9 раз.

Радиоактивные элементы могут присутствовать в виде твердых тел, жидкостей и газов, поэтому, помимо своего специфического свойства излучения, они обладают соответствующими свойствами этих трех состояний; они могут образовывать аэрозоли, пары, распространяться в воздушной среде, загрязнять окружающие поверхности, включая оборудование, спецодежду, кожный покров рабочих и т. д., проникать в пищеварительный тракт и органы дыхания.

12 3