Физические основы применения рентгеновского излучения в медицине

В основе применения рентгеновских лучей в медицине лежит закон ослабления потока рентгеновских лучей веществом, т.е. закон Бугера. Как видно из формулы закона Бугера, излучение с одной и той же длиной волны поглощается веществом тем сильнее, чем больше плотность ρ и чем выше атомный номер Z. Кость поглощает Х-лучи сильнее, чем мягкие ткани. Если на пути пучка рентгеновского излучения поместить неоднородное тело и за ним флуоресцирующий экран, то из-за неравномерного поглощения на экране образуется тень, где светлые изображения соответствуют более плотным участкам тела, а темные - менее плотным участкам, так как у первых больше поглотительная способность, а у вторых – меньше. Полученная таким образом, тень позволяет судить о внутреннем строении тела.

Если массовый коэффициент ослабления в основном определяется фотоэффектом, то можно считать, что его значение обратно пропорционально третьей степени энергии фотона (пропорциональ­но λ³), и пропорционально третьей степени атомного номера вещества-поглотителя (пропорциональ­но Z³): μ_m= k λ³ Z³. Используя эту формулу можно сравнивать массовые коэффициенты различных веществ, например, массовые коэффициенты ослабления μ_mк кости Са₃(РО₄)₂ и μ_mв мягкой ткани или воды Н₂О. Атомные номера Са, Р, О и Н соответственно равны 20, 15, 8 и 1. Подставив эти числа в (31.12), получим

Существенное различие поглощения рентгеновского излучения разными тканями позволяет в теневой проекции видеть изображе­ния внутренних органов тела человека.

Если учесть вклад в ослабление потока рентгеновского излучения когерентного и некогерентного рассеяния, то последняя формула примет вид μ_m= k λ³ Z⁴.

Из формулы видно, что массовый коэффициент ослабления зависит от третьей степени длины волны излучения, чем больше длина волны, тем больше поглощение, и наоборот. Принято считать, что более поглощаемое излучение длинноволновое, мягкое, а менее поглощаемое - коротковолновое, жесткое. Проникающая способность жестких лучей больше, чем у мягких лучей.

Элементы в периодической системе Д.И. Менделеева, имеющие большие атомные номера, способны поглощать большую часть рентгеновских лучей и меньшую часть пропускать через вещество. Поэтому такие элементы, как свинец, широко используются для защиты от рентгеновского излучения.

Этот способ используется в медицине для защиты медперсонала и пациентов (больных), так как от рентгеновского излучения нельзя защититься с помощью электроического или магнитного поля. Рентгенологи во время работы используют просвинцованные резиновые перчатки и фартуки, экраны с отражателями. У них имеются профессиональные льготы и особый сокращенный режим работы.