Capacité de pénétration élevée - capable de pénétrer certains milieux. Les rayons X pénètrent mieux à travers milieu gazeux(tissu pulmonaire), pénètrent mal à travers des substances à haute densité électronique et à grande masse atomique (chez l'homme - les os).
Fluorescence - lueur. Dans ce cas, l'énergie des rayons X est convertie en énergie de la lumière visible. Actuellement, le principe de la fluorescence sous-tend le dispositif des écrans renforçateurs destinés à l'éclairement complémentaire des films radiographiques. Cela vous permet de réduire la charge de rayonnement sur le corps du patient à l'étude.
Photochimique - la capacité d'induire diverses réactions chimiques.
Capacité ionisante - sous l'influence des rayons X, il se produit une ionisation des atomes (décomposition de molécules neutres en ions positifs et négatifs qui constituent une paire d'ions.
Biologique - dommages aux cellules. Pour l'essentiel, elle est due à l'ionisation de structures biologiquement significatives (ADN, ARN, molécules protéiques, acides aminés, eau). Effets biologiques positifs - antitumoral, anti-inflammatoire.
Dispositif de tube à faisceau
Les rayons X sont produits dans un tube à rayons X. Un tube à rayons X est un récipient en verre avec un vide à l'intérieur. Il y a 2 électrodes - cathode et anode. La cathode est une fine spirale de tungstène. L'anode des anciens tubes était une lourde tige de cuivre, avec une surface biseautée faisant face à la cathode. Sur la surface biseautée de l'anode, une plaque de métal réfractaire a été soudée - le miroir de l'anode (l'anode est très chaude pendant le fonctionnement). Au centre du miroir se trouve mise au point du tube à rayons X C'est là que les rayons X sont produits. Plus la valeur de mise au point est petite, plus les contours du sujet photographié sont nets. Une petite mise au point est considérée comme 1x1 mm, voire moins.
Dans les appareils à rayons X modernes, les électrodes sont fabriquées à partir de métaux réfractaires. Typiquement, des tubes avec une anode tournante sont utilisés. Pendant le fonctionnement, l'anode est mise en rotation par un dispositif spécial et les électrons volant de la cathode tombent dans le foyer optique. En raison de la rotation de l'anode, la position du foyer optique change tout le temps, de sorte que ces tubes sont plus durables et ne s'usent pas longtemps.
Comment les radiographies sont-elles obtenues? Tout d'abord, le filament cathodique est chauffé. Pour ce faire, à l'aide d'un transformateur abaisseur, la tension sur le tube est réduite de 220 à 12-15V. Le filament cathodique se réchauffe, les électrons qu'il contient commencent à se déplacer plus rapidement, certains des électrons vont au-delà du filament et un nuage d'électrons libres se forme autour de lui. Après cela, un courant haute tension est activé, qui est obtenu à l'aide d'un transformateur élévateur. Dans les appareils de diagnostic à rayons X, le courant haute tension est utilisé de 40 à 125 KV (1KV=1000V). Plus la tension sur le tube est élevée, plus la longueur d'onde est courte. A l'enclenchement de la haute tension, une grande différence de potentiel est obtenue aux pôles du tube, les électrons se "détachent" de la cathode et de grande vitesse se précipiter vers l'anode (le tube est le plus simple des accélérateurs de particules chargées). Grâce à des dispositifs spéciaux, les électrons ne se dispersent pas sur les côtés, mais tombent dans presque un point de l'anode - le foyer (point focal) et sont ralentis dans le champ électrique des atomes de l'anode. Lorsque les électrons ralentissent, des ondes électromagnétiques apparaissent, c'est-à-dire Rayons X. Grâce à un dispositif spécial (dans les anciens tubes - le biseau de l'anode), les rayons X sont dirigés vers le patient sous la forme d'un faisceau de rayons divergent, un "cône".
Imagerie par rayons X
Le film radiographique est une structure en couches, la couche principale est une composition de polyester jusqu'à 175 microns d'épaisseur, enduite d'une émulsion photographique (iodure et bromure d'argent, gélatine).
Développement du film - l'argent est restauré (où les rayons sont passés - noircissement de la zone du film, où ils se sont attardés - zones plus claires)
Fixateur - élimine le bromure d'argent des zones où les rayons sont passés et ne se sont pas attardés.
Le dispositif d'une salle radiologique moderne
1. La salle de radiographie elle-même, où se trouve l'appareil et où les patients sont examinés. La superficie de la salle de radiographie doit être d'au moins 50 m2
2. Salle de contrôle, où se trouve le panneau de commande, à l'aide duquel l'assistant de laboratoire à rayons X contrôle l'ensemble du fonctionnement de l'appareil.
3. Un laboratoire photographique où les cassettes sont chargées de films, les images sont développées et fixées, elles sont lavées et séchées. Une méthode moderne de traitement photo des films radiographiques médicaux consiste à utiliser des processeurs à rouleaux. En plus d'une facilité d'utilisation indéniable, les processeurs assurent une grande stabilité du processus de traitement des photos. Le temps d'un cycle complet depuis l'entrée du film dans la machine de développement jusqu'à la réception d'un motif radiographique sec ("de sec à sec") ne dépasse pas plusieurs minutes.
4. Cabinet médical, où le radiologue analyse et décrit les radiographies prises.
Méthodes de protection du personnel médical et des patients contre les rayons X
3 principaux modes de protection : protection par blindage, distance et temps.
1 .Protection du bouclier :
placé sur le trajet des rayons X dispositifs spéciaux fait de matériaux qui absorbent bien les rayons X. Il peut s'agir de plomb, de béton, de béton baryté, etc. Les murs, le sol, le plafond des salles de radiographie sont protégés, constitués de matériaux qui ne transmettent pas les rayons dans les salles voisines. Les portes sont protégées par un matériau en plomb. Les fenêtres d'observation entre la salle de radiologie et la salle de contrôle sont en verre au plomb. Le tube à rayons X est placé dans un boîtier de protection spécial qui ne laisse pas passer les rayons X, et les rayons sont dirigés vers le patient à travers une "fenêtre" spéciale. Un tube est attaché à la fenêtre, ce qui limite la taille du faisceau de rayons X. De plus, le diaphragme de la machine à rayons X est installé à la sortie des rayons du tube. Il se compose de 2 paires de plaques perpendiculaires l'une à l'autre. Ces plaques peuvent être déplacées et écartées comme des rideaux. De cette manière, le champ d'irradiation peut être augmenté ou diminué. Plus le champ d'irradiation est grand, plus les dommages sont importants, donc ouverture est un élément important de la protection, en particulier chez les enfants. De plus, le médecin lui-même est moins irradié. Et la qualité des images sera meilleure. Un autre exemple de blindage est cousu - les parties du corps du sujet qui ne sont pas actuellement soumises à la prise de vue doivent être recouvertes de feuilles de caoutchouc au plomb. Il existe également des tabliers, des jupes, des gants en matériau de protection spécial.
2 .Protection par le temps :
Le patient doit être irradié pendant l'examen radiographique le moins longtemps possible (précipitation, mais pas au détriment du diagnostic). En ce sens, les images donnent une exposition au rayonnement inférieure à la transillumination, car. des vitesses d'obturation très lentes (temps) sont utilisées dans les images. La protection temporelle est le principal moyen de protéger à la fois le patient et le radiologue lui-même. Lors de l'examen des patients, le médecin, ceteris paribus, essaie de choisir une méthode de recherche qui prend moins de temps, mais pas au détriment du diagnostic. En ce sens, la fluoroscopie est plus nocive, mais, malheureusement, il est souvent impossible de se passer de la fluoroscopie. Ainsi, dans l'étude de l'œsophage, de l'estomac et des intestins, les deux méthodes sont utilisées. Lors du choix d'une méthode de recherche, nous sommes guidés par la règle selon laquelle les avantages de la recherche doivent être supérieurs aux inconvénients. Parfois, en raison de la peur de prendre une photo supplémentaire, des erreurs de diagnostic se produisent, un traitement est mal prescrit, ce qui coûte parfois la vie au patient. Il faut se rappeler des dangers des radiations, mais n'en ayez pas peur, c'est pire pour le patient.
3 .Distance de protection :
Selon la loi quadratique de la lumière, l'éclairement d'une surface donnée est inversement proportionnel au carré de la distance de la source lumineuse à la surface éclairée. En ce qui concerne l'examen aux rayons X, cela signifie que la dose de rayonnement est inversement proportionnelle au carré de la distance entre le foyer du tube à rayons X et le patient ( distance focale). Avec une augmentation de la distance focale de 2 fois, la dose de rayonnement diminue de 4 fois, avec une augmentation de la distance focale de 3 fois, la dose de rayonnement diminue de 9 fois.
Une distance focale inférieure à 35 cm n'est pas autorisée pour la fluoroscopie.La distance entre les murs et l'appareil à rayons X doit être d'au moins 2 m, sinon des rayons secondaires se forment lorsque le faisceau de rayons primaire frappe les objets environnants ( murs, etc). Pour la même raison, les meubles supplémentaires ne sont pas autorisés dans les salles de radiologie. Parfois, lors de l'examen de patients gravement malades, le personnel des services chirurgicaux et thérapeutiques aide le patient à se tenir derrière l'écran de transillumination et à se tenir à côté du patient pendant l'examen, en le soutenant. Exceptionnellement, cela est acceptable. Mais le radiologue doit s'assurer que les infirmiers et infirmières aidant les malades mettent un tablier et des gants de protection et, si possible, ne se tiennent pas à proximité du patient (protection par la distance). Si plusieurs patients sont venus en salle de radiologie, ils sont appelés en salle d'intervention par 1 personne, c'est-à-dire Il ne devrait y avoir qu'une seule personne à la fois dans l'étude.
Bases physiques de la radiographie et de la fluorographie. Leurs défauts et avantages. Avantages du numérique par rapport au film.
Principes de la radiographie
Pour la radiographie diagnostique, il est conseillé de prendre des photos dans au moins deux projections. Cela est dû au fait que la radiographie est une image plate d'un objet en trois dimensions. Et par conséquent, la localisation du foyer pathologique détecté ne peut être établie qu'à l'aide de 2 projections.
Technique d'imagerie
La qualité de l'image radiographique résultante est déterminée par 3 paramètres principaux. La tension appliquée au tube à rayons X, l'intensité du courant et le temps de fonctionnement du tube. Selon les formations anatomiques étudiées, et les données de poids et de taille du patient, ces paramètres peuvent varier considérablement. Il existe des valeurs moyennes pour différents organes et tissus, mais il convient de garder à l'esprit que les valeurs réelles diffèrent en fonction de l'appareil où l'examen est effectué et du patient qui est radiographié. Un tableau de valeurs individuel est compilé pour chaque appareil. Ces valeurs ne sont pas absolues et sont ajustées au fur et à mesure de l'avancement de l'étude. La qualité des images réalisées dépend en grande partie de la capacité du radiologue à adapter adéquatement le tableau des valeurs moyennes à un patient particulier.
Enregistrement d'images
La manière la plus courante d'enregistrer une image radiographique consiste à la fixer sur un film sensible aux rayons X, puis à la développer. Actuellement, il existe également des systèmes qui fournissent un enregistrement numérique des données. En raison du coût élevé et de la complexité de fabrication, ce type d'équipement est quelque peu inférieur à l'équipement analogique en termes de prévalence.
Le film radiographique est placé dans des dispositifs spéciaux - des cassettes (ils disent - la cassette est chargée). La cassette protège le film de la lumière visible ; ce dernier, comme les rayons X, a la capacité de réduire l'argent métallique de l'AgBr. Les cassettes sont faites d'un matériau qui ne transmet pas la lumière, mais transmet les rayons X. A l'intérieur des cassettes se trouvent écrans renforçateurs, le film est posé entre eux; lors de la prise de vue, non seulement les rayons X eux-mêmes tombent sur le film, mais également la lumière des écrans (les écrans sont recouverts de sel fluorescent, ils brillent et renforcent l'action des rayons X). Cela vous permet de réduire de 10 fois la charge de rayonnement sur le patient.
Lors de la prise d'une photo, les rayons X sont dirigés vers le centre de l'objet photographié (centrage). Après avoir tourné dans un laboratoire photo, le film est développé dans des produits chimiques spéciaux et fixé (fixé). Le fait est que sur les parties du film qui n'ont pas été touchées par les rayons X pendant le tournage ou il y en avait peu, l'argent n'a pas été restauré, et si le film n'est pas placé dans une solution de fixateur (fixateur), alors quand en examinant le film, l'argent est restauré sous l'influence de la lumière visible.Sveta. Le film entier deviendra noir et aucune image ne sera visible. Lors de la fixation (fixation), l'AgBr non réduit du film entre dans la solution de fixateur, il y a donc beaucoup d'argent dans le fixateur, et ces solutions ne sont pas versées, mais remises aux centres de radiographie.
Une méthode moderne de traitement photo des films radiographiques médicaux consiste à utiliser des processeurs à rouleaux. En plus d'une commodité de travail incontestable, les processeurs offrent une grande stabilité du processus de traitement photo. Le temps d'un cycle complet depuis l'entrée du film dans la machine de développement jusqu'à la réception d'un motif radiographique sec ("de sec à sec") ne dépasse pas plusieurs minutes.
Les rayons X sont une image faite en noir et blanc- négatif. Noir - zones à faible densité (poumons, bulle de gaz de l'estomac. Blanc - à haute densité (os).
Fluorographie- L'essence de FOG est qu'avec lui, une image de la poitrine est d'abord obtenue sur un écran fluorescent, puis une photo est prise non pas du patient lui-même, mais de son image sur l'écran.
La fluorographie donne une image réduite de l'objet. Il existe des techniques petit cadre (par exemple 24x24 mm ou 35x35 mm) et grand cadre (notamment 70x70 mm ou 100x100 mm). Ce dernier, en termes de capacités diagnostiques, se rapproche de la radiographie. FOG est utilisé pour examen préventif de la population(des maladies cachées telles que le cancer et la tuberculose sont détectées).
Des dispositifs fluorographiques fixes et mobiles ont été développés.
Actuellement, la fluorographie sur film est progressivement remplacée par le numérique. Les méthodes numériques permettent de simplifier le travail avec une image (une image peut être affichée sur un écran de contrôle, imprimée, transmise sur un réseau, stockée dans une base de données médicale, etc.), de réduire l'exposition du patient aux rayonnements et de réduire le coût de matériaux supplémentaires (film, révélateur pour films).
Il existe deux méthodes courantes de fluorographie numérique. La première technique, comme la fluorographie classique, utilise la photographie d'une image sur un écran fluorescent, seule une matrice CCD est utilisée à la place d'un film radiographique. La deuxième technique utilise un balayage transversal couche par couche de la poitrine avec un faisceau de rayons X en éventail avec détection du rayonnement transmis par un détecteur linéaire (similaire à un scanner de documents papier classique, où le détecteur linéaire se déplace le long d'une feuille de papier). La deuxième méthode permet l'utilisation de doses de rayonnement beaucoup plus faibles. Un inconvénient de la deuxième méthode est le temps plus long pour obtenir l'image.
Caractéristiques comparatives de la charge de dose dans diverses études.
Une radiographie thoracique classique sur film fournit au patient une dose de rayonnement individuelle moyenne de 0,5 millisievert (mSv) par procédure (fluorogramme numérique - 0,05 mSv), tandis qu'une radiographie sur film - 0,3 mSv par procédure (radiographie numérique - 0,03 mSv) et tomodensitométrie du thorax - 11 mSv par procédure. L'imagerie par résonance magnétique ne comporte pas d'exposition aux rayonnements
Avantages de la radiographie
Large disponibilité de la méthode et facilité de recherche.
La plupart des études ne nécessitent pas de préparation particulière du patient.
Coût de la recherche relativement faible.
Les images peuvent être utilisées en consultation avec un autre spécialiste ou dans un autre établissement (contrairement aux images échographiques, où un deuxième examen est nécessaire, car les images obtenues sont opérateur-dépendantes).
Image statique - la complexité de l'évaluation de la fonction du corps.
Disponibilité rayonnement ionisant qui pourrait être nocif pour le patient.
Le caractère informatif de la radiographie classique est bien inférieur à celui des méthodes modernes d'imagerie médicale telles que la tomodensitométrie, l'IRM, etc. Les images radiographiques ordinaires reflètent la superposition de projections de structures anatomiques complexes, c'est-à-dire leur ombre sommative aux rayons X, contrairement à la série d'images en couches obtenues par des méthodes tomographiques modernes.
Sans l'utilisation d'agents de contraste, la radiographie n'est pas suffisamment informative pour analyser les changements dans les tissus mous qui diffèrent peu en densité (par exemple, lors de l'étude des organes abdominaux).
Bases physiques de la radioscopie. Inconvénients et avantages de la méthode
Dans les conditions modernes, l'utilisation d'un écran fluorescent n'est pas justifiée en raison de sa faible luminosité, ce qui oblige à mener des recherches dans une pièce bien obscurcie et après une longue adaptation du chercheur à l'obscurité (10-15 minutes) pour distinguer une image de faible intensité.
Désormais, les écrans fluorescents sont utilisés dans la conception de l'intensificateur d'image à rayons X, ce qui augmente la luminosité (lueur) de l'image primaire d'environ 5 000 fois. À l'aide d'un convertisseur électron-optique, l'image apparaît sur l'écran du moniteur, ce qui améliore considérablement la qualité des diagnostics, ne nécessite pas d'assombrissement de la salle de radiographie.
Avantages de la fluoroscopie
Le principal avantage par rapport à la radiographie est le fait de l'étude en temps réel. Cela vous permet d'évaluer non seulement la structure de l'organe, mais également son déplacement, sa contractilité ou son extensibilité, le passage d'un agent de contraste et sa plénitude. La méthode permet également d'évaluer rapidement la localisation de certains changements, dus à la rotation de l'objet d'étude lors de la transillumination (étude multi-projections).
La fluoroscopie vous permet de contrôler la mise en œuvre de certaines procédures instrumentales - pose de cathéter, angioplastie (voir angiographie), fistulographie.
Les images résultantes peuvent être placées sur un CD ordinaire ou sur un stockage réseau.
Avec l'avènement des technologies numériques, 3 principaux inconvénients inhérents à la fluoroscopie traditionnelle ont disparu :
Dose de rayonnement relativement élevée par rapport à la radiographie - les appareils modernes à faible dose ont laissé cet inconvénient dans le passé. L'utilisation des modes de balayage pulsé réduit encore la charge de dose jusqu'à 90 %.
Faible résolution spatiale - sur les appareils numériques modernes, la résolution en mode scopie n'est que légèrement inférieure à la résolution en mode radiographique. Dans ce cas, la capacité d'observer l'état fonctionnel des organes individuels (cœur, poumons, estomac, intestins) "en dynamique" est d'une importance décisive.
L'impossibilité de documenter la recherche - les technologies d'imagerie numérique permettent de sauvegarder le matériel de recherche, à la fois image par image et sous forme de séquence vidéo.
La fluoroscopie est réalisée principalement dans le diagnostic par rayons X des maladies des organes internes situés dans les cavités abdominale et thoracique, selon le plan que le radiologue établit avant le début de l'étude. Parfois, la fluoroscopie dite de sondage est utilisée pour reconnaître les lésions osseuses traumatiques, pour clarifier la zone à radiographier.
Examen fluoroscopique de contraste
Le contraste artificiel élargit considérablement les possibilités d'examen aux rayons X des organes et des systèmes où les densités de tissus sont approximativement les mêmes (par exemple, la cavité abdominale, dont les organes transmettent les rayons X à peu près dans la même mesure et ont donc un faible contraste). Ceci est réalisé en introduisant dans la lumière de l'estomac ou des intestins une suspension aqueuse de sulfate de baryum, qui ne se dissout pas dans les sucs digestifs, n'est pas absorbée par l'estomac ou les intestins et est excrétée naturellement sous une forme totalement inchangée. Le principal avantage de la suspension de baryum est que, traversant l'œsophage, l'estomac et les intestins, recouvre leurs parois internes et donne une image complète de la nature des élévations, dépressions et autres caractéristiques de leur membrane muqueuse sur l'écran ou le film. L'étude du relief interne de l'œsophage, de l'estomac et des intestins contribue à la reconnaissance d'un certain nombre de maladies de ces organes. Avec un remplissage plus serré, il est possible de déterminer la forme, la taille, la position et la fonction de l'organe étudié.
Mammographie - les bases de la méthode, les indications. Avantages de la mammographie numérique par rapport au film.
Mammographie- chapitre diagnostics médicaux, engagés dans la recherche non invasiveglande mammaire, principalement féminine, qui est réalisée dans le but de :
1. examen prophylactique (dépistage) des femmes en bonne santé pour détecter les formes précoces et non palpables du cancer du sein ;
2. diagnostic différentiel entre cancer et hyperplasie dyshormonale bénigne (FAM) du sein ;
3. évaluation de la croissance de la tumeur primaire (noeud unique ou foyers cancéreux multicentriques) ;
4. Surveillance dynamique au dispensaire de l'état des glandes mammaires après la chirurgie.
Les méthodes suivantes de radiodiagnostic du cancer du sein ont été introduites dans la pratique médicale : mammographie, échographie, tomodensitométrie, imagerie par résonance magnétique, Doppler couleur et puissance, biopsie stéréotaxique guidée par mammographie et thermographie.
Mammographie aux rayons X
Actuellement, dans le monde, dans la grande majorité des cas, la mammographie par projection de rayons X, film (analogique) ou numérique, est utilisée pour diagnostiquer le cancer du sein féminin (CB).
La procédure ne prend pas plus de 10 minutes. Pour le tir, la poitrine doit être fixée entre deux planches et légèrement comprimée. La photo est prise en deux projections afin que vous puissiez déterminer avec précision l'emplacement du néoplasme, s'il est trouvé. Comme la symétrie est l'un des facteurs diagnostiques, les deux seins doivent toujours être examinés.
Mammographie IRM
Plaintes concernant la rétraction ou le renflement de toute partie de la glande
Décharge du mamelon, changeant sa forme
Douleur de la glande mammaire, son gonflement, son redimensionnement
Comme méthode de dépistage préventif, la mammographie est prescrite à toutes les femmes de 40 ans et plus ou à risque.
Tumeurs bénignes du sein (en particulier fibroadénome)
Processus inflammatoires (mastite)
Mastopathie
Tumeurs des organes génitaux
Maladies des glandes endocrines (thyroïde, pancréas)
Infertilité
Obésité
Antécédents de chirurgie mammaire
Avantages de la mammographie numérique par rapport au film :
Réduction des charges de dose pendant les études radiographiques ;
Améliorer l'efficacité de la recherche, permettant d'identifier des processus pathologiques jusque-là inaccessibles (possibilité de traitement d'images par ordinateur numérique) ;
Possibilités d'utiliser des réseaux de télécommunication pour la transmission d'images à des fins de consultation à distance ;
Réalisation d'un effet économique lors de la recherche de masse.
La médecine moderne fait appel à de nombreux médecins pour le diagnostic et la thérapie. Certains d'entre eux ont été utilisés relativement récemment, tandis que d'autres sont pratiqués depuis plus d'une douzaine, voire des centaines d'années. Aussi, il y a cent dix ans, William Conrad Roentgen découvrit les incroyables rayons X, qui provoquèrent une résonance importante dans le monde scientifique et médical. Et maintenant, les médecins du monde entier les utilisent dans leur pratique. Le sujet de notre conversation d'aujourd'hui sera les rayons X en médecine, nous discuterons de leur application un peu plus en détail.
Les rayons X sont l'une des variétés de rayonnement électromagnétique. Ils se caractérisent par des qualités pénétrantes importantes, qui dépendent de la longueur d'onde du rayonnement, ainsi que de la densité et de l'épaisseur des matériaux irradiés. De plus, les rayons X peuvent provoquer la lueur d'un certain nombre de substances, affecter les organismes vivants, ioniser les atomes et également catalyser certaines réactions photochimiques.
L'utilisation des rayons X en médecine
À ce jour, les propriétés des rayons X leur permettent d'être largement utilisés dans le diagnostic par rayons X et la thérapie par rayons X.
Diagnostic par rayons X
Le diagnostic par rayons X est utilisé lors de la réalisation de :
rayons X (transmission);
- radiographie (photo);
- fluorographie;
- Radiographie et tomodensitométrie.
Radioscopie
Pour mener une telle étude, le patient doit se positionner entre le tube à rayons X et un écran fluorescent spécial. Un radiologue spécialisé sélectionne la dureté requise des rayons X, recevant sur l'écran une image des organes internes, ainsi que des côtes.
Radiographie
Pour cette étude, le patient est placé sur une cassette contenant un film spécial. L'appareil à rayons X est placé directement au-dessus de l'objet. En conséquence, une image négative des organes internes apparaît sur le film, qui contient un certain nombre de détails fins, plus détaillés que lors d'un examen fluoroscopique.
Fluorographie
Cette étude est réalisée lors d'examens médicaux de masse de la population, notamment pour le dépistage de la tuberculose. En même temps, une image d'un grand écran est projetée sur un film spécial.
Tomographie
Lors de la tomographie, les faisceaux informatiques aident à obtenir des images d'organes à plusieurs endroits à la fois: dans des coupes transversales de tissus spécialement sélectionnées. Cette série de rayons X s'appelle un tomogramme.
Tomodensitométrie
Une telle étude vous permet d'enregistrer des sections du corps humain à l'aide d'un scanner à rayons X. Une fois les données saisies dans l'ordinateur, obtenez une image en coupe transversale.
Chacune des méthodes de diagnostic répertoriées est basée sur les propriétés du faisceau de rayons X pour éclairer le film, ainsi que sur le fait que les tissus humains et le squelette osseux diffèrent par une perméabilité différente à leurs effets.
Radiothérapie
La capacité des rayons X à influencer les tissus d'une manière particulière est utilisée pour traiter les formations tumorales. Dans le même temps, les qualités ionisantes de ce rayonnement sont particulièrement perceptibles lorsqu'elles sont exposées à des cellules capables de se diviser rapidement. Ce sont ces qualités qui distinguent les cellules des formations oncologiques malignes.
Cependant, il convient de noter que la radiothérapie peut causer de nombreux problèmes graves. Effets secondaires. Un tel impact affecte de manière agressive l'état des systèmes hématopoïétique, endocrinien et immunitaire, dont les cellules se divisent également très rapidement. Une influence agressive sur eux peut provoquer des signes de maladie des rayons.
L'effet des rayons X sur l'homme
Au cours de l'étude des rayons X, les médecins ont découvert qu'ils pouvaient entraîner des modifications de la peau qui ressemblaient à un coup de soleil, mais s'accompagnaient de lésions cutanées plus profondes. Ces ulcères guérissent très longtemps. Les scientifiques ont découvert que de telles lésions peuvent être évitées en réduisant la durée et la dose de rayonnement, ainsi qu'en utilisant un blindage et des méthodes spéciales. télécommande.
L'influence agressive des rayons X peut également se manifester à long terme : modifications temporaires ou permanentes de la composition du sang, susceptibilité à la leucémie et vieillissement précoce.
L'effet des rayons X sur une personne dépend de nombreux facteurs : quel organe est irradié et pendant combien de temps. L'irradiation des organes hématopoïétiques peut entraîner des affections sanguines et l'exposition aux organes génitaux peut entraîner l'infertilité.
La réalisation d'une irradiation systématique entraîne le développement de modifications génétiques dans le corps.
Le vrai mal des rayons X dans le diagnostic par rayons X
Pendant l'examen, les médecins utilisent le minimum possible de rayons X. Toutes les doses de rayonnement répondent à certaines normes acceptables et ne peuvent pas nuire à une personne. Le diagnostic par rayons X ne présente un danger significatif que pour les médecins qui le réalisent. Et puis méthodes modernes les protections aident à réduire au minimum l'agression des rayons.
Les méthodes de radiodiagnostic les plus sûres comprennent la radiographie des extrémités, ainsi que les radiographies dentaires. À la place suivante de cette cote se trouve la mammographie, suivie de la tomodensitométrie, et après c'est la radiographie.
Pour que l'utilisation des rayons X en médecine n'apporte que des avantages à une personne, il est nécessaire de mener des recherches avec son aide uniquement selon les indications.
Les rayons X ont été découverts par accident en 1895 par le célèbre physicien allemand Wilhelm Roentgen. Il a étudié les rayons cathodiques dans un tube à décharge gazeuse à basse pression avec une haute tension entre ses électrodes. Malgré le fait que le tube se trouvait dans une boîte noire, Roentgen remarqua qu'un écran fluorescent, qui se trouvait à proximité, brillait à chaque fois que le tube fonctionnait. Le tube s'est avéré être une source de rayonnement qui pouvait pénétrer dans le papier, le bois, le verre et même une plaque d'aluminium d'un demi-centimètre d'épaisseur.
Les rayons X ont déterminé que le tube à décharge gazeuse est une source d'un nouveau type de rayonnement invisible avec un pouvoir de pénétration élevé. Le scientifique n'a pas pu déterminer si ce rayonnement était un flux de particules ou d'ondes, et il a décidé de lui donner le nom de rayons X. Plus tard, ils ont été appelés rayons X.
On sait maintenant que les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique ayant une longueur d'onde plus courte que les ondes électromagnétiques ultraviolettes. La longueur d'onde des rayons X varie de 70 nm jusqu'à 10 -5 nm. Plus la longueur d'onde des rayons X est courte, plus l'énergie de leurs photons est grande et plus le pouvoir de pénétration est important. Les rayons X de longueur d'onde relativement longue (plus de 10 nm), sont appelés doux. Longueur d'onde 1 - 10 nm caractérise difficile Rayons X. Ils ont un grand pouvoir pénétrant.
Obtenir des radiographies
Les rayons X sont produits lorsque des électrons rapides, ou rayons cathodiques, entrent en collision avec les parois ou l'anode d'un tube à décharge à basse pression. Un tube à rayons X moderne est un récipient en verre sous vide contenant une cathode et une anode. La différence de potentiel entre la cathode et l'anode (anticathode) atteint plusieurs centaines de kilovolts. La cathode est un filament de tungstène chauffé par un courant électrique. Cela conduit à l'émission d'électrons par la cathode à la suite d'une émission thermionique. Les électrons accélèrent champ électrique dans le tube à rayons X. Comme il y a un très petit nombre de molécules de gaz dans le tube, les électrons ne perdent pratiquement pas leur énergie sur leur chemin vers l'anode. Ils atteignent l'anode à très grande vitesse.
Les rayons X sont toujours produits lorsque des électrons à grande vitesse sont retardés par le matériau de l'anode. La majeure partie de l'énergie des électrons est dissipée sous forme de chaleur. Par conséquent, l'anode doit être refroidie artificiellement. L'anode du tube à rayons X doit être en un métal ayant haute température fusion, par exemple, du tungstène.
Une partie de l'énergie qui n'est pas dissipée sous forme de chaleur est convertie en énergie ondes électromagnétiques(Rayons X). Ainsi, les rayons X sont le résultat du bombardement électronique du matériau de l'anode. Il existe deux types de rayons X : bremsstrahlung et caractéristique.
Radiographie de Bremsstrahlung
Bremsstrahlung se produit lorsque les électrons se déplaçant à grande vitesse sont ralentis par les champs électriques des atomes d'anode. Les conditions de décélération des électrons individuels ne sont pas les mêmes. En conséquence, diverses parties de leur énergie cinétique passent dans l'énergie des rayons X.
Le spectre de bremsstrahlung est indépendant de la nature du matériau d'anode. Comme vous le savez, l'énergie des photons X détermine leur fréquence et leur longueur d'onde. Par conséquent, les rayons X de bremsstrahlung ne sont pas monochromatiques. Il est caractérisé par une variété de longueurs d'onde qui peuvent être représentées spectre continu (continu).
Les rayons X ne peuvent pas avoir une énergie supérieure à l'énergie cinétique des électrons qui les forment. La plus courte longueur d'onde des rayons X correspond à l'énergie cinétique maximale des électrons en décélération. Plus la différence de potentiel dans le tube à rayons X est grande, plus les longueurs d'onde des rayons X peuvent être obtenues.
Rayons X caractéristiques
Le rayonnement X caractéristique n'est pas continu, mais spectre de raies. Ce type de rayonnement se produit lorsqu'un électron rapide, en atteignant l'anode, pénètre dans les orbitales internes des atomes et assomme un de leurs électrons. En conséquence, un espace libre apparaît, qui peut être rempli par un autre électron descendant de l'une des orbitales atomiques supérieures. Cette transition d'un électron d'un niveau d'énergie supérieur à un niveau inférieur provoque des rayons X d'une certaine longueur d'onde discrète. Par conséquent, le rayonnement X caractéristique a spectre de raies. La fréquence des lignes de rayonnement caractéristiques dépend entièrement de la structure des orbitales électroniques des atomes d'anode.
Les raies spectrales du rayonnement caractéristique des différents éléments chimiques ont la même forme, puisque la structure de leurs orbites électroniques internes est identique. Mais leur longueur d'onde et leur fréquence sont dues aux différences d'énergie entre les orbitales internes des atomes lourds et légers.
La fréquence des raies du spectre caractéristique des rayons X change en fonction du numéro atomique du métal et est déterminée par l'équation de Moseley : v 1/2 = UN(Z-B), Où Z- numéro atomique élément chimique, UN Et B- constantes.
Mécanismes physiques primaires d'interaction des rayons X avec la matière
L'interaction primaire entre les rayons X et la matière est caractérisée par trois mécanismes :
1. Diffusion cohérente. Cette forme d'interaction se produit lorsque les photons X ont moins d'énergie que l'énergie de liaison des électrons au noyau d'un atome. Dans ce cas, l'énergie du photon n'est pas suffisante pour libérer des électrons des atomes de matière. Le photon n'est pas absorbé par l'atome, mais change la direction de propagation. Dans ce cas, la longueur d'onde du rayonnement X reste inchangée.
2. Effet photoélectrique (effet photoélectrique). Lorsqu'un photon X atteint un atome de matière, il peut assommer l'un des électrons. Cela se produit lorsque l'énergie du photon dépasse l'énergie de liaison de l'électron avec le noyau. Dans ce cas, le photon est absorbé et l'électron est libéré de l'atome. Si un photon transporte plus d'énergie qu'il n'en faut pour libérer un électron, il transférera l'énergie restante à l'électron libéré sous forme d'énergie cinétique. Ce phénomène, appelé effet photoélectrique, se produit lorsque des rayons X de relativement faible énergie sont absorbés.
Un atome qui perd un de ses électrons devient un ion positif. La durée de vie des électrons libres est très courte. Ils sont absorbés par des atomes neutres qui se transforment en ions négatifs. Le résultat de l'effet photoélectrique est une ionisation intense de la matière.
Si l'énergie d'un photon X est inférieure à l'énergie d'ionisation des atomes, alors les atomes entrent dans un état excité, mais ne sont pas ionisés.
3. Diffusion incohérente (effet Compton). Cet effet a été découvert par le physicien américain Compton. Cela se produit lorsqu'une substance absorbe des rayons X de petite longueur d'onde. L'énergie photonique de ces rayons X est toujours supérieure à l'énergie d'ionisation des atomes de la substance. L'effet Compton est le résultat de l'interaction d'un photon X de haute énergie avec l'un des électrons de l'enveloppe externe d'un atome, qui a une liaison relativement faible avec le noyau atomique.
Un photon de haute énergie transfère une partie de son énergie à l'électron. L'électron excité est libéré de l'atome. Le reste de l'énergie du photon d'origine est émis sous la forme d'un photon de rayons X d'une longueur d'onde plus longue à un certain angle par rapport à la direction du photon primaire. Un photon secondaire peut ioniser un autre atome, et ainsi de suite. Ces changements de direction et de longueur d'onde des rayons X sont connus sous le nom d'effet Compton.
Quelques effets de l'interaction des rayons X avec la matière
Comme mentionné ci-dessus, les rayons X sont capables d'exciter les atomes et les molécules de la matière. Cela peut provoquer la fluorescence de certaines substances (par exemple le sulfate de zinc). Si un faisceau parallèle de rayons X est dirigé vers des objets opaques, on peut observer que les rayons traversent l'objet en plaçant un écran recouvert d'une substance fluorescente.
L'écran fluorescent peut être remplacé par un film photographique. Les rayons X ont le même effet sur l'émulsion photographique que la lumière. Les deux méthodes sont utilisées en médecine pratique.
Un autre effet important des rayons X est leur capacité ionisante. Cela dépend de leur longueur d'onde et de leur énergie. Cet effet fournit une méthode pour mesurer l'intensité des rayons X. Lorsque les rayons X traversent la chambre d'ionisation, électricité, dont la valeur est proportionnelle à l'intensité des rayons X.
Absorption des rayons X par la matière
Lorsque les rayons X traversent la matière, leur énergie diminue en raison de l'absorption et de la diffusion. L'affaiblissement de l'intensité d'un faisceau parallèle de rayons X traversant une substance est déterminé par la loi de Bouguer : je = I0 e -μd, Où Je 0- intensité initiale du rayonnement X ; je est l'intensité des rayons X traversant la couche de matière, d-épaisseur de la couche absorbante , μ - coefficient d'atténuation linéaire. Il est égal à la somme deux valeurs : t- coefficient d'absorption linéaire et σ - coefficient de diffusion linéaire : μ = τ+ σ
Dans des expériences, il a été constaté que le coefficient d'absorption linéaire dépend du numéro atomique de la substance et de la longueur d'onde des rayons X :
τ = kρZ 3 λ 3, Où k- coefficient proportionnalité directe, ρ - la densité de la substance, Z est le numéro atomique de l'élément, λ est la longueur d'onde des rayons X.
La dépendance en Z est très importante avec point pratique vision. Par exemple, le coefficient d'absorption des os, composés de phosphate de calcium, est près de 150 fois supérieur au coefficient d'absorption des tissus mous ( Z=20 pour le calcium et Z=15 pour le phosphore). Lorsque les rayons X traversent le corps humain, les os se détachent clairement sur le fond des muscles, du tissu conjonctif, etc.
On sait que les organes digestifs ont le même coefficient d'absorption que les autres tissus mous. Mais l'ombre de l'œsophage, de l'estomac et des intestins peut être distinguée si le patient ingère un agent de contraste - sulfate de baryum ( Z= 56 pour le baryum). Le sulfate de baryum est très opaque aux rayons X et est souvent utilisé pour les examens radiologiques du tractus gastro-intestinal. Certains mélanges opaques sont injectés dans la circulation sanguine afin d'examiner l'état des vaisseaux sanguins, des reins, etc. Dans ce cas, l'iode est utilisé comme agent de contraste, dont le numéro atomique est 53.
Dépendance de l'absorption des rayons X Zégalement utilisé pour se protéger contre les éventuels effets nocifs des rayons X. A cet effet, le plomb est utilisé, la valeur Z pour qui est 82.
L'utilisation des rayons X en médecine
La raison de l'utilisation des rayons X dans le diagnostic était leur pouvoir de pénétration élevé, l'un des principaux Propriétés des rayons X. Au début de la découverte, les rayons X étaient principalement utilisés pour examiner les fractures osseuses et localiser les corps étrangers (tels que les balles) dans le corps humain. Actuellement, plusieurs méthodes de diagnostic sont utilisées à l'aide de rayons X (diagnostics par rayons X).
Radioscopie . Un appareil à rayons X se compose d'une source de rayons X (tube à rayons X) et d'un écran fluorescent. Une fois que les rayons X ont traversé le corps du patient, le médecin observe une image fantôme du patient. Une fenêtre en plomb doit être installée entre l'écran et les yeux du médecin afin de protéger celui-ci des effets nocifs des rayons X. Cette méthode permet d'étudier l'état fonctionnel de certains organes. Par exemple, un médecin peut observer directement les mouvements des poumons, le passage d'un produit de contraste à travers tube digestif. Les inconvénients de cette méthode sont des images à contraste insuffisant et des doses de rayonnement relativement élevées reçues par le patient au cours de la procédure.
Fluorographie . Cette méthode consiste à prendre une photographie d'une partie du corps du patient. Ils sont généralement utilisés pour une étude préliminaire de l'état des organes internes des patients utilisant de faibles doses de rayons X.
Radiographie. (radiographie aux rayons X). Il s'agit d'une méthode de recherche utilisant des rayons X, au cours de laquelle l'image est enregistrée sur un film photographique. Les photographies sont généralement prises dans deux plans perpendiculaires. Cette méthode présente certains avantages. Les photographies radiographiques contiennent plus de détails qu'une image sur un écran fluorescent et sont donc plus informatives. Ils peuvent être sauvegardés pour une analyse ultérieure. La dose totale de rayonnement est inférieure à celle utilisée en fluoroscopie.
Tomographie à rayons X informatisée . Le scanner de tomographie axiale informatisé est l'appareil de diagnostic par rayons X le plus moderne qui vous permet d'obtenir une image claire de n'importe quelle partie du corps. corps humain y compris les organes des tissus mous.
La première génération de scanners de tomodensitométrie (CT) comprend un tube à rayons X spécial qui est fixé à un cadre cylindrique. Un mince faisceau de rayons X est dirigé vers le patient. Deux détecteurs de rayons X sont fixés sur le côté opposé du cadre. Le patient est au centre du cadre, qui peut tourner à 180° autour de son corps.
Un faisceau de rayons X traverse un objet immobile. Les détecteurs reçoivent et enregistrent les valeurs d'absorption de divers tissus. Les enregistrements sont effectués 160 fois pendant que le tube à rayons X se déplace linéairement le long du plan balayé. Ensuite, le cadre est tourné de 1 0 et la procédure est répétée. L'enregistrement continue jusqu'à ce que le cadre tourne de 180 0 . Chaque détecteur enregistre 28800 images (180x160) pendant l'étude. Les informations sont traitées par un ordinateur et une image de la couche sélectionnée est formée au moyen d'un programme informatique spécial.
La deuxième génération de CT utilise plusieurs faisceaux de rayons X et jusqu'à 30 détecteurs de rayons X. Cela permet d'accélérer le processus de recherche jusqu'à 18 secondes.
La troisième génération de CT utilise un nouveau principe. Un large faisceau de rayons X en forme d'éventail recouvre l'objet étudié et le rayonnement X qui a traversé le corps est enregistré par plusieurs centaines de détecteurs. Le temps nécessaire à la recherche est réduit à 5-6 secondes.
La tomodensitométrie présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes de diagnostic par rayons X antérieures. Il se caractérise par une haute résolution, ce qui permet de distinguer des changements subtils dans les tissus mous. La tomodensitométrie permet de détecter de tels processus pathologiques qui ne peuvent pas être détectés par d'autres méthodes. De plus, l'utilisation de la tomodensitométrie permet de réduire la dose de rayonnement X reçue par les patients au cours du processus de diagnostic.
Les rayons X sont un type de rayonnement électromagnétique de haute énergie. Il est activement utilisé dans diverses branches de la médecine.
Les rayons X sont des ondes électromagnétiques dont l'énergie des photons à l'échelle des ondes électromagnétiques est comprise entre rayonnement ultraviolet et le rayonnement gamma (de ~10 eV à ~1 MeV), qui correspond à des longueurs d'onde de ~10^3 à ~10^−2 angströms (de ~10^−7 à ~10^−12 m). C'est-à-dire qu'il s'agit d'un rayonnement incomparablement plus dur que la lumière visible, qui se situe à cette échelle entre les rayons ultraviolets et infrarouges ("thermiques").
La frontière entre les rayons X et le rayonnement gamma est distinguée conditionnellement : leurs portées se croisent, les rayons gamma peuvent avoir une énergie de 1 keV. Ils diffèrent par leur origine : les rayons gamma sont émis lors de processus se produisant dans noyaux atomiques, tandis que les rayons X - lors de processus impliquant des électrons (à la fois libres et ceux des couches d'électrons des atomes). Dans le même temps, il est impossible de déterminer à partir du photon lui-même au cours de quel processus il est apparu, c'est-à-dire que la division en rayons X et gamma est largement arbitraire.
La gamme de rayons X est divisée en "rayons X mous" et "rayons durs". La frontière entre eux se situe au niveau de la longueur d'onde de 2 angströms et 6 keV d'énergie.
Le générateur de rayons X est un tube dans lequel un vide est créé. Il y a des électrodes - une cathode, à laquelle une charge négative est appliquée, et une anode chargée positivement. La tension entre eux est de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de kilovolts. La génération de photons X se produit lorsque des électrons « se détachent » de la cathode et s'écrasent sur la surface de l'anode à grande vitesse. Le rayonnement X qui en résulte est appelé "bremsstrahlung", ses photons ont des longueurs d'onde différentes.
En même temps, des photons du spectre caractéristique sont générés. Une partie des électrons dans les atomes de la substance anodique est excitée, c'est-à-dire qu'elle passe sur des orbites supérieures, puis revient à son état normal, émettant des photons d'une certaine longueur d'onde. Les deux types de rayons X sont produits dans un générateur standard.
Historique de la découverte
Le 8 novembre 1895, le scientifique allemand Wilhelm Konrad Roentgen découvrit que certaines substances sous l'influence des "rayons cathodiques", c'est-à-dire le flux d'électrons généré par un tube à rayons cathodiques, commençaient à briller. Il a expliqué ce phénomène par l'influence de certains rayons X - donc ("rayons X") ce rayonnement est maintenant appelé dans de nombreuses langues. Plus tard V.K. Roentgen a étudié le phénomène qu'il avait découvert. Le 22 décembre 1895, il donne une conférence sur ce sujet à l'Université de Würzburg.
Plus tard, il s'est avéré que le rayonnement X avait déjà été observé, mais les phénomènes qui y étaient associés n'avaient pas beaucoup d'importance. Le tube à rayons cathodiques a été inventé il y a longtemps, mais avant V.K. X-ray, personne n'a prêté beaucoup d'attention au noircissement des plaques photographiques à proximité, etc. phénomènes. Le danger posé par les rayonnements pénétrants était également inconnu.
Types et leur effet sur le corps
"X-ray" est le type le plus doux de rayonnement pénétrant. La surexposition aux rayons X mous est similaire à l'exposition aux ultraviolets, mais sous une forme plus sévère. Une brûlure se forme sur la peau, mais la lésion est plus profonde et elle guérit beaucoup plus lentement.
La radiographie dure est un examen complet rayonnement ionisant qui peuvent conduire au mal des rayons. Les quanta de rayons X peuvent casser les molécules de protéines qui composent les tissus du corps humain, ainsi que les molécules d'ADN du génome. Mais même si un quantum de rayons X brise une molécule d'eau, cela n'a pas d'importance : dans ce cas, des radicaux libres chimiquement actifs H et OH se forment, capables eux-mêmes d'agir sur les protéines et l'ADN. Le mal des rayons se présente sous la forme la plus grave, plus les organes hématopoïétiques sont touchés.
Les rayons X ont une activité mutagène et cancérigène. Cela signifie que la probabilité de mutations spontanées dans les cellules pendant l'irradiation augmente et que parfois des cellules saines peuvent dégénérer en cellules cancéreuses. L'augmentation de la probabilité de tumeurs malignes est une conséquence standard de toute exposition, y compris les rayons X. Les rayons X sont le type de rayonnement pénétrant le moins dangereux, mais ils peuvent quand même être dangereux.
Rayonnement X : application et fonctionnement
Le rayonnement X est utilisé en médecine, ainsi que dans d'autres domaines de l'activité humaine.
Radioscopie et tomodensitométrie
L'utilisation la plus courante des rayons X est la fluoroscopie. Le "silence" du corps humain vous permet d'obtenir une image détaillée à la fois des os (ils sont les plus clairement visibles) et des images des organes internes.
La transparence différente des tissus corporels aux rayons X est associée à leur composition chimique. Les caractéristiques de la structure des os sont qu'ils contiennent beaucoup de calcium et de phosphore. D'autres tissus sont composés principalement de carbone, d'hydrogène, d'oxygène et d'azote. L'atome de phosphore est presque deux fois plus lourd que l'atome d'oxygène et l'atome de calcium est 2,5 fois plus lourd (le carbone, l'azote et l'hydrogène sont encore plus légers que l'oxygène). À cet égard, l'absorption des photons X dans les os est beaucoup plus élevée.
En plus des "images" en deux dimensions, la radiographie permet de créer une image en trois dimensions d'un organe : ce type de radiographie est appelé tomodensitométrie. À ces fins, des rayons X mous sont utilisés. La quantité d'exposition reçue dans une seule image est faible : elle est approximativement égale à l'exposition reçue pendant un vol de 2 heures dans un avion à une altitude de 10 km.
La détection des défauts par rayons X vous permet de détecter de petits défauts internes dans les produits. Les rayons X durs sont utilisés pour cela, car de nombreux matériaux (métal, par exemple) sont peu "translucides" en raison de la masse atomique élevée de leur substance constitutive.
Analyse par diffraction des rayons X et fluorescence des rayons X
Les rayons X ont des propriétés qui leur permettent d'examiner en détail les atomes individuels. L'analyse par diffraction des rayons X est activement utilisée en chimie (y compris la biochimie) et en cristallographie. Le principe de son fonctionnement est la diffusion par diffraction des rayons X par des atomes de cristaux ou de molécules complexes. En utilisant une analyse par diffraction des rayons X, la structure de la molécule d'ADN a été déterminée.
L'analyse par fluorescence X vous permet de déterminer rapidement composition chimique substances.
Il existe de nombreuses formes de radiothérapie, mais elles impliquent toutes l'utilisation de rayonnements ionisants. La radiothérapie se divise en 2 types : corpusculaire et ondulatoire. Corpusculaire utilise des flux de particules alpha (noyaux d'atomes d'hélium), de particules bêta (électrons), de neutrons, de protons, d'ions lourds. Wave utilise des rayons du spectre électromagnétique - rayons X et gamma.
Les méthodes de radiothérapie sont principalement utilisées pour le traitement des maladies oncologiques. Le fait est que le rayonnement affecte principalement les cellules en division active, c'est pourquoi les organes hématopoïétiques souffrent de cette façon (leurs cellules se divisent constamment, produisant de plus en plus de nouveaux globules rouges). Les cellules cancéreuses se divisent également constamment et sont plus vulnérables aux radiations que les tissus sains.
Un niveau de rayonnement est utilisé qui supprime l'activité des cellules cancéreuses, tout en affectant modérément les cellules saines. Sous l'influence des radiations, ce n'est pas la destruction des cellules en tant que telles, mais les dommages causés à leur génome - les molécules d'ADN. Une cellule avec un génome détruit peut exister pendant un certain temps, mais ne peut plus se diviser, c'est-à-dire que la croissance tumorale s'arrête.
La radiothérapie est la forme la plus douce de radiothérapie. Le rayonnement ondulatoire est plus doux que le rayonnement corpusculaire et les rayons X sont plus doux que le rayonnement gamma.
Pendant la grossesse
Il est dangereux d'utiliser des rayonnements ionisants pendant la grossesse. Les rayons X sont mutagènes et peuvent provoquer des anomalies chez le fœtus. La radiothérapie est incompatible avec la grossesse : elle ne peut être utilisée que s'il a déjà été décidé d'avorter. Les restrictions sur la fluoroscopie sont plus douces, mais dans les premiers mois, elles sont également strictement interdites.
En cas d'urgence, l'examen radiographique est remplacé par l'imagerie par résonance magnétique. Mais au premier trimestre, ils essaient également de l'éviter (cette méthode est apparue récemment et avec une certitude absolue pour parler de l'absence de conséquences néfastes).
Un danger sans équivoque survient lorsqu'il est exposé à une dose totale d'au moins 1 mSv (dans les anciennes unités - 100 mR). Avec une simple radiographie (par exemple, lors d'une fluorographie), le patient reçoit environ 50 fois moins. Afin de recevoir une telle dose à la fois, vous devez subir une tomodensitométrie détaillée.
C'est-à-dire que le simple fait d'une «radiographie» 1 à 2 fois à un stade précoce de la grossesse ne menace pas de conséquences graves (mais il vaut mieux ne pas le risquer).
Traitement avec
Les rayons X sont principalement utilisés dans la lutte contre les tumeurs malignes. Cette méthode est bonne car elle est très efficace : elle tue la tumeur. C'est mauvais parce que les tissus sains ne vont pas beaucoup mieux, il y a de nombreux effets secondaires. Les organes de l'hématopoïèse sont particulièrement à risque.
En pratique, appliquer diverses méthodes pour réduire l'impact des rayons X sur les tissus sains. Les faisceaux sont dirigés à un angle tel qu'une tumeur apparaît dans la zone de leur intersection (de ce fait, l'absorption principale d'énergie se produit juste là). Parfois, la procédure est réalisée en mouvement : le corps du patient tourne par rapport à la source de rayonnement autour d'un axe passant par la tumeur. Dans le même temps, les tissus sains ne se trouvent que parfois dans la zone d'irradiation et les malades - tout le temps.
Les rayons X sont utilisés dans le traitement de certaines arthroses et maladies similaires, ainsi que des maladies de la peau. Dans ce cas, le syndrome douloureux est réduit de 50 à 90%. Étant donné que le rayonnement utilisé dans ce cas est plus doux, des effets secondaires similaires à ceux qui se produisent dans le traitement des tumeurs ne sont pas observés.
En 1895, le physicien allemand Roentgen, tout en menant des expériences sur le passage du courant entre deux électrodes dans le vide, découvre qu'un écran recouvert d'une substance luminescente (sel de baryum) brille, bien que le tube à décharge soit fermé par un écran en carton noir - c'est ainsi qu'on a découvert des rayonnements qui traversent des barrières opaques, appelées rayons X. Il a été constaté que les rayons X, invisibles pour l'homme, sont absorbés dans des objets opaques d'autant plus forts que le numéro atomique (densité) de la barrière est élevé, de sorte que les rayons X traversent facilement les tissus mous du corps humain, mais sont retenus par les os du squelette. Des sources de rayons X puissants ont été conçues, ce qui a permis de briller à travers les pièces métalliques et d'y trouver des défauts internes.
Le physicien allemand Laue a proposé que les rayons X soient les mêmes un rayonnement électromagnétique, comme les rayons de la lumière visible, mais avec une longueur d'onde plus courte, et toutes les lois de l'optique leur sont applicables, y compris la diffraction est possible. Dans l'optique de la lumière visible, la diffraction au niveau élémentaire peut être représentée comme la réflexion de la lumière à partir d'un système de rainures - un réseau de diffraction, ne se produisant qu'à certains angles, tandis que l'angle de réflexion des rayons est lié à l'angle d'incidence, la distance entre les rainures du réseau de diffraction et la longueur d'onde du rayonnement incident. Pour la diffraction, il faut que la distance entre les traits soit approximativement égale à la longueur d'onde de la lumière incidente.
Laue a suggéré que les rayons X ont une longueur d'onde proche de la distance entre les atomes individuels dans les cristaux, c'est-à-dire les atomes d'un cristal créent un réseau de diffraction pour les rayons X. Les rayons X dirigés à la surface du cristal se réfléchissaient sur la plaque photographique, comme le prévoyait la théorie.
Tout changement dans la position des atomes affecte le diagramme de diffraction, et en étudiant la diffraction des rayons X, on peut découvrir l'arrangement des atomes dans un cristal et le changement de cet arrangement sous toutes les influences physiques, chimiques et mécaniques sur le cristal .
Maintenant, l'analyse par rayons X est utilisée dans de nombreux domaines de la science et de la technologie, avec son aide, ils ont appris l'arrangement des atomes dans les matériaux existants et ont créé de nouveaux matériaux avec une structure et des propriétés données. Dernières réalisations dans ce domaine (nanomatériaux, métaux amorphes, matériaux composites) créer un champ d'activité pour les prochaines générations scientifiques.
L'occurrence et les propriétés des rayons X
La source de rayons X est un tube à rayons X, qui a deux électrodes - une cathode et une anode. Lorsque la cathode est chauffée, une émission d'électrons se produit, les électrons émis par la cathode sont accélérés par le champ électrique et frappent la surface de l'anode. Un tube à rayons X se distingue d'une lampe radio conventionnelle (diode) principalement par une tension d'accélération plus élevée (plus de 1 kV).
Lorsqu'un électron sort de la cathode, le champ électrique le fait voler vers l'anode, tandis que sa vitesse augmente continuellement, l'électron porte un champ magnétique dont l'intensité augmente avec la vitesse de l'électron. En atteignant la surface de l'anode, l'électron est fortement décéléré, et dans ce cas pulsation éléctromagnétique avec des longueurs d'onde dans un certain intervalle (bremsstrahlung). La répartition de l'intensité du rayonnement sur les longueurs d'onde dépend du matériau de l'anode du tube à rayons X et de la tension appliquée, tandis que du côté des ondes courtes cette courbe part d'un certain seuil de longueur d'onde minimale, qui dépend de la tension appliquée. L'ensemble des rayons avec toutes les longueurs d'onde possibles forme un spectre continu, et la longueur d'onde correspondant à l'intensité maximale est 1,5 fois la longueur d'onde minimale.
Avec l'augmentation de la tension, le spectre des rayons X change considérablement en raison de l'interaction des atomes avec des électrons à haute énergie et des quanta de rayons X primaires. Un atome contient des couches d'électrons internes (niveaux d'énergie), dont le nombre dépend du numéro atomique (désigné par les lettres K, L, M, etc.). Les électrons et les rayons X primaires éliminent les électrons de certains niveaux d'énergie aux autres. Un état métastable apparaît, et pour la transition vers un état stable, les électrons doivent sauter à direction inverse. Ce saut s'accompagne de la libération d'un quantum d'énergie et de l'apparition de rayons X. Contrairement aux rayons X à spectre continu, ce rayonnement a une gamme de longueurs d'onde très étroite et une intensité élevée (rayonnement caractéristique) ( cm. riz.). Le nombre d'atomes qui déterminent l'intensité du rayonnement caractéristique est très grand, par exemple, pour un tube à rayons X avec une anode en cuivre à une tension de 1 kV, un courant de 15 mA, 10 14–10 15 atomes donnent une caractéristique rayonnement pendant 1 s. Cette valeur est calculée comme le rapport de la puissance totale des rayons X à l'énergie du quantum de rayons X de la couche K (série K du rayonnement caractéristique des rayons X). La puissance totale du rayonnement X dans ce cas n'est que de 0,1% de la puissance consommée, le reste est perdu, principalement en raison du passage à la chaleur.
En raison de sa haute intensité et de sa plage de longueurs d'onde étroite, le rayonnement X caractéristique est le principal type de rayonnement utilisé dans la recherche scientifique et le contrôle des processus. Simultanément aux faisceaux de la série K, des faisceaux des séries L et M sont générés, qui ont des longueurs d'onde beaucoup plus longues, mais leur application est limitée. La série K a deux composantes avec des longueurs d'onde proches a et b, tandis que l'intensité de la composante b est 5 fois inférieure à a. A son tour, la composante a est caractérisée par deux longueurs d'onde très proches, dont l'intensité de l'une est 2 fois supérieure à l'autre. Pour obtenir un rayonnement avec une seule longueur d'onde (rayonnement monochromatique), des méthodes spéciales ont été développées qui utilisent la dépendance de l'absorption et de la diffraction des rayons X sur la longueur d'onde. Une augmentation du numéro atomique d'un élément est associée à une modification des caractéristiques des couches d'électrons, et plus le numéro atomique du matériau d'anode du tube à rayons X est élevé, plus la longueur d'onde de la série K est courte. Les tubes les plus utilisés avec des anodes d'éléments avec des numéros atomiques de 24 à 42 (Cr, Fe, Co, Cu, Mo) et des longueurs d'onde de 2,29 à 0,712 A (0,229 - 0,712 nm).
En plus du tube à rayons X, les isotopes radioactifs peuvent être des sources de rayons X, certains peuvent émettre directement des rayons X, d'autres émettent des électrons et des particules a qui génèrent des rayons X lors du bombardement de cibles métalliques. L'intensité des rayons X des sources radioactives est généralement bien inférieure à celle d'un tube à rayons X (à l'exception du cobalt radioactif, qui est utilisé dans la détection des défauts et émet un rayonnement d'une très petite longueur d'onde - rayonnement g), elles sont de petite taille et ne nécessitent pas d'électricité. Les rayons X synchrotron sont produits dans les accélérateurs d'électrons, la longueur d'onde de ce rayonnement est bien supérieure à celle obtenue dans les tubes à rayons X (rayons X mous), son intensité est supérieure de plusieurs ordres de grandeur à l'intensité des tubes à rayons X. Il existe également des sources naturelles de rayons X. Des impuretés radioactives ont été trouvées dans de nombreux minéraux et des rayons X provenant d'objets spatiaux, y compris des étoiles, ont été enregistrés.
Interaction des rayons X avec les cristaux
Dans l'étude aux rayons X des matériaux à structure cristalline, les diagrammes d'interférence résultant de la diffusion des rayons X par les électrons appartenant aux atomes du réseau cristallin sont analysés. Les atomes sont considérés comme immobiles, leurs vibrations thermiques ne sont pas prises en compte et tous les électrons d'un même atome sont considérés comme concentrés en un point - un nœud du réseau cristallin.
Pour dériver les équations de base de la diffraction des rayons X dans un cristal, l'interférence des rayons diffusés par des atomes situés le long d'une ligne droite dans le réseau cristallin est considérée. Une onde plane de rayonnement X monochromatique tombe sur ces atomes selon un angle dont le cosinus est égal à a 0 . Les lois d'interférence des rayons diffusés par les atomes sont similaires à celles existant pour un réseau de diffraction qui diffuse un rayonnement lumineux dans le domaine des longueurs d'onde visibles. Pour que les amplitudes de toutes les vibrations s'additionnent à grande distance de la série atomique, il faut et il suffit que la différence de trajet des rayons provenant de chaque paire d'atomes voisins contienne un nombre entier de longueurs d'onde. Lorsque la distance entre les atomes UN cette condition ressemble à :
UN(un – a0) =h je ,
où a est le cosinus de l'angle entre la série atomique et le faisceau dévié, h- entier. Dans toutes les directions qui ne satisfont pas cette équation, les rayons ne se propagent pas. Ainsi, les faisceaux diffusés forment un système de cônes coaxiaux dont l'axe commun est la rangée atomique. Les traces de cônes sur un plan parallèle à la rangée atomique sont des hyperboles, et sur un plan perpendiculaire à la rangée, des cercles.
Lorsque les rayons tombent à angle constant, le rayonnement polychromatique (blanc) se décompose en un spectre de rayons déviés à angles fixes. Ainsi, la série atomique est un spectrographe pour les rayons X.
La généralisation à un réseau atomique bidimensionnel (plat), puis à un réseau cristallin volumétrique (spatial) tridimensionnel donne deux autres équations similaires, qui incluent les angles d'incidence et de réflexion des rayons X et les distances entre les atomes dans trois directions. Ces équations sont appelées équations de Laue et sous-tendent l'analyse par diffraction des rayons X.
Les amplitudes des rayons réfléchis par des plans atomiques parallèles s'additionnent, et puisque le nombre d'atomes étant très grand, le rayonnement réfléchi peut être fixé expérimentalement. La condition de réflexion est décrite par l'équation de Wulff-Bragg 2d sinq = nl, où d est la distance entre les plans atomiques adjacents, q est l'angle d'éclat entre la direction du faisceau incident et ces plans dans le cristal, l est le rayon X longueur d'onde, et n est un nombre entier appelé l'ordre de réflexion. L'angle q est l'angle d'incidence par rapport aux plans atomiques, qui ne coïncident pas nécessairement en direction avec la surface de l'échantillon étudié.
Plusieurs méthodes d'analyse par diffraction des rayons X ont été développées, utilisant à la fois le rayonnement spectre continu et rayonnement monochromatique. Dans ce cas, l'objet étudié peut être fixe ou en rotation, peut être constitué d'un cristal (monocristal) ou de plusieurs (polycristal), le rayonnement diffracté peut être enregistré à l'aide d'un film radiographique plat ou cylindrique ou d'un détecteur de rayons X se déplaçant autour de la circonférence, cependant, dans tous les cas, lors de l'expérience et de l'interprétation des résultats, l'équation de Wulf-Bragg est utilisée.
Analyse aux rayons X en science et technologie
Avec la découverte de la diffraction des rayons X, les chercheurs ont à leur disposition une méthode qui leur permet d'étudier l'arrangement des atomes individuels et les changements de cet arrangement sous des influences extérieures sans microscope.
La principale application des rayons X en science fondamentale est l'analyse structurale, c'est-à-dire établir l'arrangement spatial des atomes individuels dans un cristal. Pour ce faire, des monocristaux sont cultivés et une analyse aux rayons X est effectuée, étudiant à la fois l'emplacement et l'intensité des réflexions. Maintenant, les structures non seulement des métaux, mais aussi des substances organiques complexes, dans lesquelles les cellules élémentaires contiennent des milliers d'atomes, ont été déterminées.
En minéralogie, les structures de milliers de minéraux ont été déterminées par analyse aux rayons X et des méthodes expresses d'analyse des matières premières minérales ont été créées.
Les métaux ont une structure cristalline relativement simple et la méthode des rayons X permet d'étudier ses évolutions au cours de divers traitements technologiques et de créer les bases physiques de nouvelles technologies.
La composition de phase des alliages est déterminée par la disposition des lignes sur les diagrammes de rayons X, le nombre, la taille et la forme des cristaux sont déterminés par leur largeur, l'orientation des cristaux (texture) est déterminée par la distribution d'intensité dans le cône de diffraction.
A l'aide de ces techniques, les processus au cours de la déformation plastique sont étudiés, y compris la fragmentation des cristaux, l'apparition contraintes internes et les imperfections de la structure cristalline (dislocations). Lorsque les matériaux déformés sont chauffés, la relaxation des contraintes et la croissance cristalline (recristallisation) sont étudiées.
Lorsque l'analyse aux rayons X des alliages détermine la composition et la concentration des solutions solides. Lorsqu'une solution solide apparaît, les distances interatomiques et, par conséquent, les distances entre les plans atomiques changent. Ces changements sont faibles, par conséquent, des méthodes de précision spéciales ont été développées pour mesurer les périodes du réseau cristallin avec une précision de deux ordres de grandeur supérieure à la précision de mesure avec les méthodes de recherche conventionnelles aux rayons X. La combinaison des mesures de précision des périodes du réseau cristallin et de l'analyse de phase permet de tracer les frontières des régions de phase sur le diagramme d'état. La méthode aux rayons X peut également détecter des états intermédiaires entre des solutions solides et des composés chimiques - des solutions solides ordonnées dans lesquelles les atomes d'impuretés ne sont pas disposés de manière aléatoire, comme dans les solutions solides, et en même temps pas avec un ordre tridimensionnel, comme dans la chimie composés. Il y a des lignes supplémentaires sur les diagrammes de rayons X des solutions solides ordonnées ; l'interprétation des diagrammes de rayons X montre que les atomes d'impuretés occupent certaines places dans le réseau cristallin, par exemple, aux sommets d'un cube.
Lors de la trempe d'un alliage qui ne subit pas transformations de phases, une solution solide sursaturée peut apparaître, et lors d'un chauffage supplémentaire ou même d'un maintien à température ambiante la solution solide se décompose avec libération de particules composé chimique. C'est l'effet du vieillissement et il apparaît sur les radiographies comme un changement dans la position et la largeur des lignes. L'étude du vieillissement est particulièrement importante pour les alliages non ferreux, par exemple, le vieillissement transforme un alliage d'aluminium doux et durci en un matériau de structure durable, le duralumin.
Les études aux rayons X du traitement thermique de l'acier sont de la plus haute importance technologique. Lors du durcissement (refroidissement rapide) de l'acier, une transition de phase austénite-martensite sans diffusion se produit, ce qui conduit à un changement de la structure de cubique à tétragonale, c'est-à-dire la cellule unitaire prend la forme d'un prisme rectangulaire. Sur les radiographies, cela apparaît comme une expansion des lignes et la séparation de certaines lignes en deux. Les raisons de cet effet ne sont pas seulement une modification de la structure cristalline, mais également l'apparition de contraintes internes importantes dues au déséquilibre thermodynamique de la structure martensitique et au refroidissement rapide. Lors du revenu (chauffage de l'acier trempé), les lignes sur les diagrammes de rayons X se rétrécissent, cela est dû au retour à la structure d'équilibre.
Au cours des dernières années grande importance acquis des études aux rayons X sur le traitement des matériaux à flux d'énergie concentrés (faisceaux laser, ondes de choc, neutrons, impulsions électroniques), ils ont nécessité de nouvelles techniques et donné de nouveaux effets aux rayons X. Par exemple, sous l'action des faisceaux laser sur les métaux, le chauffage et le refroidissement se produisent si rapidement que dans le métal, une fois refroidis, les cristaux n'ont le temps de croître que jusqu'à une taille de plusieurs cellules unitaires (nanocristaux) ou n'ont pas le temps de se former du tout. Un tel métal après refroidissement ressemble à un métal ordinaire, mais ne donne pas de lignes claires sur le diagramme de rayons X, et les rayons X réfléchis sont répartis sur toute la gamme des angles de regard.
Après irradiation neutronique, des taches supplémentaires (maxima diffus) apparaissent sur les diagrammes de rayons X. désintégration radioactive provoque également des effets spécifiques des rayons X associés à une modification de la structure, ainsi que le fait que l'échantillon étudié devient lui-même une source de rayons X.