07. Рентгеновское излучение - Radiation Protection of Patients
advertisement
Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Радиационная защита в диагностике и интервенционной радиологии Л7: Рентгеновское излучение IAEA International Atomic Energy Agency Введение • Обзор: • Генерация рентгеновских лучей для применения в диагностике: тормозное и характеристическое излучения • Фильтрация и рассеяние, качество и количество, рентгеновский спектр и влияющие на него факторы IAEA 7: Рентгеновские лучи 2 Темы • • • • • Генерация тормозного излучения Характеристическое излучение Фильтрация лучей Рассеянное излучение Факторы, влияющие на рентгеновские спектры, количество и качество IAEA 7: Рентгеновские лучи 3 Обзор • Ознакомление с технологическими принципами генерирования рентгеновского излучения IAEA 7: Рентгеновские лучи 4 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 7: Рентгеновские лучи Тема 1: Генерация тормозного излучения IAEA International Atomic Energy Agency Взаимодействие электронов с ядром (I) • Тормозное излучение: • Электроны теряют • • энергию (E) на излучение при уменьшении скорости движения, проходя через материал замедление падающих электронов вызывается кулоновским взаимодействием с полем ядра при этом излучается энергия (E) (фотоны). IAEA 7: Рентгеновские лучи 6 Взаимодействие электронов с ядром (II) • Для материалов с высоким атомным номером энергетические потери в виде излучения больше • Потери энергии на тормозное излучение составляют < 1%, они увеличиваются при повышении энергии электронов • > 99% кинетической энергии теряется на производство тепла • выход тепла увеличивается с ростом энергии электронов Рентгеновское излучение в основном генерируется при торможении электронов полем ядра IAEA 7: Рентгеновские лучи 7 Электроны бомбардируют ядро N N Спектр тормозного излучения E n(E) E n1E1 n2E2 n3E3 n1 n2 n3 E1 E2 IAEA Emax E1 E3 E2 E3 7: Рентгеновские лучи 8 Непрерывный спектр тормозного излучения • Энергия фотонов тормозного излучения (E) может принимать любые значения между нулём и максимальным значением кинетической энергии падающих электронов • Число фотонов в спектре обратно пропорционально их энергии • Толстая мишень непрерывный линейный спектр IAEA 7: Рентгеновские лучи 9 Спектры тормозного излучения dN/dE (спектральная плотность) E0 E Для “тонкой” мишени E0= макс. энергия электронов IAEA dN/dE E0 E Для “толстой” мишени E = энергия испущенных фотонов 7: Рентгеновские лучи 10 Графики спектра тормозного излучения • • Максимальная энергия фотонов • Кинетическая энергия падающих электронов Спектр излучения рентгеновских аппаратов: • Максимальная энергия = пик напряжения на трубке E Тормозное излучение 50 100 150 200 IAEA Тормозное излучение после фильтрации кэВ кэВ 7: Рентгеновские лучи 11 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 7: Рентгеновские лучи Тема 2: Характеристическое излучение IAEA International Atomic Energy Agency Характеристическое излучение: взаимодействие электрон-электрон (I) • Процесс начинается с выбивания электрона с К (или L, M,…) уровня при ионизации • Электрон из L или M уровней занимает вакантное место на уровне К • Разница энергий излучается в виде фотона в результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой • Энергия излучаемого фотона является характеристикой атома IAEA 7: Рентгеновские лучи 13 Характеристическое излучение (II) IAEA 7: Рентгеновские лучи 14 Характеристики атома A, Z и соответствующие величины • • • • • Водород A=1 Z=1 EK= 13,6 эВ Углерод A = 12 Z=6 EK= 283 эВ Молибден A = 96 Z = 42 EK= 19,0 кэВ Вольфрам A = 183 Z = 74 EK= 69,5 кэВ Уран A = 238 Z = 92 EK= 115,6 кэВ IAEA 7: Рентгеновские лучи 15 Излучение рентгеновской трубки • Первичное излучение: перед взаимодействием фотонов с материалом • Рассеянное излучение: после взаимодействия; необходимость отсеивающих растров • Утечки излучения: лучи, непоглощённые кожухом рентгеновской трубки • Проходящее излучение: возникает после прохождения через материал IAEA 7: Рентгеновские лучи 16 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 7: Рентгеновские лучи Тема 3: Фильтрация рентгеновских лучей IAEA International Atomic Energy Agency Что такое фильтрация излучения? В основном поглощаются фотоны с низкой энергией Может поглощаться часть спектра (фильтры с K-скачками) IAEA Рентгеновский спектр при 30 кВ на трубке с Mo мишенью и 0,03 мм Mo фильтром Число фотонов (произвольная нормализация) Поглотитель устанавливается между источником и объектом 15 10 5 10 15 20 25 30 Энергия (кэВ) 7: Рентгеновские лучи 18 Фильтрация в трубке • Внутренняя фильтрация (всегда присутствует) • пониженная входная доза облучения пациента (поглощение излучения с низкой энергией, неучаствующего в формировании изображения) • Дополнительная фильтрация (сменный фильтр) • дальнейшее снижение дозы облучения кожи и поверхностных тканей без ухудшения качества изображения • Общая фильтрация (внутренняя + добавочная) • Общая фильтрация должна быть > 2.5 мм Al при анодном напряжении > 110 кВ • Измерение фильтрации слой половинного ослабления IAEA 7: Рентгеновские лучи 19 Фильтрация в трубке IAEA 7: Рентгеновские лучи 20 Фильтрация Количественные и качественные изменения. Спектр сдвигается в сторону более высоких энергий 1- Излуч. на выходе из анода 2- На выходе из окна кожуха (ВНУТРЕННЯЯ фильтрация) 3- После ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ фильтрации IAEA 7: Рентгеновские лучи 21 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 7: Рентгеновские лучи Тема 4: Рассеянное излучение IAEA International Atomic Energy Agency Излучение рентгеновской трубки Первичное излучение: перед взаимодействием фотонов с веществом Рассеянное излучение: после хотя бы одного взаимодействия; Утечки излучения: лучи, непоглощённые кожухом рентгеновской трубки Проходящее излучение: возникает после прохождения через материал Отсеивающий растр IAEA 7: Рентгеновские лучи 23 Рассеянное излучение • Влияние на качество изображения • повышение нерезкости • потеря контраста • Влияние на дозу облучения пациента • Повышение поверхностной и глубинной доз Возможно уменьшение с помощью : использования растров ограничение размера полезного поля ограничение облучаемого объёма (например, компрессия при маммографии) IAEA 7: Рентгеновские лучи 24 Отсеивающий растр (решётка) (I) • Излучение, выходящее из пациента • первичное: формирует изображение • рассеянное: не достигает детектора и вносит основной вклад в дозу облучение пациента • растр (между пациентом и плёнкой) устра• • • • няет большую часть рассеянного излучения неподвижный растр подвижный растр (лучшая производительность) сфокусированные растры Система Поттера - Букки IAEA 7: Рентгеновские лучи 25 Отсеивающий растр (решётка) (II) Источник излучения Пациент Рассеянное излучение Свинец Плёнка и кассета Полезное излучение IAEA 7: Рентгеновские лучи 26 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 7: Рентгеновские лучи Тема 5: Факторы, влияющие на спектр рентгеновского излучения IAEA International Atomic Energy Agency Факторы, влияющие на рентгеновское излучение • • • • ТОК ТРУБКИ ПОТЕНЦИАЛ НА ТРУБКЕ ФИЛЬТРАЦИЯ ВЫСОКИЙ ИЛИ НИЗКИЙ Z МАТЕРИАЛА МИШЕНИ • ФОРМА СИГНАЛА IAEA 7: Рентгеновские лучи 28 Рентгеновский спектр: ток трубки 400 мA Спектральная плотность излучения 200 мA Энергия излучения (кэВ) IAEA 7: Рентгеновские лучи 29 Рентгеновский спектр: ток трубки Изменение КОЛИЧЕСТВА БЕЗ изменения качества Эффективное напряжение (кВ) не меняется IAEA 7: Рентгеновские лучи 30 Рентгеновский спектр: напряжение на трубке Изменение КОЛИЧЕСТВА и КАЧЕСТВА - спектр сдвигается в сторону высоких энергий - появляются линии характеристического излучения IAEA 7: Рентгеновские лучи 31 Рентгеновский спектр: фильтрация Изменение КОЛИЧЕСТВА и КАЧЕСТВА - спектр сдвигается в сторону высоких энергий 1- Излуч. на выходе из анода 2- На выходе из окна кожуха (ВНУТРЕННЯЯ фильтрация) 3- После ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ фильтрации IAEA 7: Рентгеновские лучи 32 Рентгеновский спектр : материал мишени Высокий Z Спектральная плотность излучения Низкий Z Энергия излучения (кэВ) IAEA 7: Рентгеновские лучи 33 Рентгеновский спектр: форма сигнала Трёхфазный генератор Спектральная плотность излучения Однофазный генератор Энергия излучения (кэВ) IAEA 7: Рентгеновские лучи 34 Влияющие факторы • Интенсивность излучения • Ток трубки (мA) • Время экспозиции (с) • Напряжение на трубке (kVp) • Форма сигнала • Расстояние (фокус-кожа) • Фильтрация IAEA • Качество излучения • Напряжение на трубке (kVp) • Фильтрация • Форма сигнала 7: Рентгеновские лучи 35 Резюме • Мы изучили непрерывный спектр тормозного излучения и линейный спектр характеристического излучения • Несколько факторов (кВ, фильтрация, ток, форма сигнала, материал мишени) влияют на качество и/или количество излучения IAEA 7: Рентгеновские лучи 36 Где получить информацию • Equipment for diagnostic radiology, E. Forster, MTP Press, 1993 • IPSM Report 32, part 1, X-ray tubes and generators • The Essential Physics of Medical Imaging, Williams and Wilkins. Baltimore:1994 • Manufacturers data sets for different X Ray tubes IAEA 7: Рентгеновские лучи 37
