Применение рентгеновских лучей в медицине

Дата создания: 2015/03/23

В 2006 году открытию рентгеновских лучей исполнилось 110 лет. Они широко вошли в жизнь, области их применения многочисленны, но и по сей день открываются все новые. Рентгеновское излучение – один из видов электромагнитного излучения. В спектре электромагнитных излучений можно выделять диапазоны по разным признакам: по частоте (длине волны), характеру воздействия излучения на вещество, по проникающей способности и т.п. Резкой границей между соседними диапазонами нет, они взаимно перекрываются: инфракрасный и радиодиапазон, радио- и низкочастотный, ультрафиолетовый и рассматриваемый сегодня рентгеновский. От дины волны (или частоты) зависит и характер взаимодействия излучения с веществом.

Рентгеновские излучения занимают спектральную область между УФ- и гамма-диапазоном в пределах длин волн от 10-7 до 10-12 м.

Вильгельм Конрад Рентген родился в 1845 году в Германии, вблизи голландской границы, в г. Ленепе. Сначала он готовился к деятельности инженера и окончил политехникум в Цюрихе, но ясно выразившийся еще на студенческой скамье интерес к физике определил его поступление в университет. После защиты докторской диссертации он стал ассистентом по кафедре.

В 1919 году по достижении придельного возраста Рентген передал свою кафедру В Вину, но сохранил за собой заведование Метрономическим институтом в том же помещении Физического института Мюнхенского университета. Здесь он продолжал работать до последних дней своей жизни. Скончался Рентген в возрасте 78 лет 10 февраля 1923 г.

Рентген не присутствовал на съездах естествоиспытателей, а в своей частной жизни и во время путешествий не выходил из круга своих ближайших ассистентов и нескольких старинных друзей – математиков, философов, врачей. Поэтому личное его влияние на физиков, не бывших его учениками, не велико. Он пользовался славой лучшего экспериментатора.

Впечатление, вызванное открытием Рентгена, было чрезвычайно велико. В течение 1896 г. о нем было напечатано более 1000 статей. Появились тысячи научных работ, посвященных этим лучам, и разных попыток открыть еще какие-нибудь новые лучи. После большего или меньшего периода оказалось, однако, что лучи эти были плодом недоразумения или ошибок наблюдения. Работы по Рентгеновским лучам в течение 12 лет также не могли ничего существенного к результатам, установленных Рентгеном в его первых опытах. Не только само открытие, классическое по своей простоте, объективности и полноте, произведенное с самодельными приборами по совершенно новым методам, легшим в основу позднейшей физики, - представляет собой выдающуюся заслугу. Вполне по праву Рентгену первому была присуждена Нобелевская премия по физике. Теперь, после дальнейшего изучения рентгеновских лучей, открывшего нам наконец их природу и объяснившего их свойства, мы можем еще лучше, чем современники Рентгена, оценить необычную точность его наблюдений и умение находить в хаосе фактов характерные черты нового явления.

Поздно вечером 8 ноября 1895 г. профессор Вюрцбургского университета Конрад Рентген спустился в лабораторию, он часто работал в такое время. Лишь когда настенные часы пробили одиннадцать, Рентген почувствовал неодолимую усталость. На сегодня, пожалуй, хватит! Потушил лампу – и вдруг… Мираж? По столу разливалось призрачное зеленоватое сияние. Оно исходило от стеклянной баночки с кристаллами платиносинеродистого бария. Да, барий светится в темноте в результате солнечного облучения, но буквально доли секунды. А здесь почему-то не гаснет. Рентген в волнении оглянулся. Как он не заметил сразу? Круксова трубка – под напряжением: забыл выключить. Щелчок рубильника – и миража как не бывало. Ученый снова включил прибор. И опять зеленоватое мерцание. Неужели трубка? Но она так далеко от кристаллов – в полутора метрах. Да еще под светонепроницаемым колпаком из картона, плотным, без щелей. Рентген знает (это давно известно и коллегам): в трубке рождаются катодные лучи, они заставляют светиться ее стеклянные стенки.

Случайно ли Рентген открыл загадку Х-лучей? Университетский профессор, маститый ученый, солидный, педантичный, пунктуальный, в свои 50 лет по-юношески увлеченно бросился в погоню за Х-лучами. Он заперся в лаборатории, велел никого не пускать и занялся исследованиями. Устанавливал экран, покрытой бариевой солью, на разных расстояниях от трубки. Экран мерцал на расстоянии двух метров, даже трех! Но если Х-лучам не мешает ни воздух, ни картонный колпак, то… Ученый ставил на их пути все, что было под рукой, - книги, доску, оловянную фольгу… Все оптически непрозрачные материалы оказывались прозрачными для Х-лучей! Рентген сложил стопкой станиолевые листы: сначала в два, потом в три, двадцать, тридцать слоев… Экран постепенно темнел, пока наконец не стал совсем черным. А вот книга в тысячи страниц с плотным переплетом такого эффекта не давала. Значит, многое зависит от состава вещества, а не только от толщины экрана. Рентген просветил Х-лучами ящик с набором гирь. Силуэты гирь, оказалось, были видны гораздо лучше, чем слабая тень деревянного ящика. Но что это? Он увидел жуткое зрелище, способное повергнуть суеверную душу в мистический трепет: двигающийся живой скелет. Да это кости его собственной руки! Ни один анатом в мире не разглядывал человека насквозь, не нарушив прежде целостности организма. Через несколько дней был готов и первый рентгеновский снимок – рука жены с темными силуэтами тонких костей кисти, а на одной из фаланг – черная полоса обручального кольца. Это фотография явилась первой рентгенограммой, она обошла все ведущие мировые издания. Лучи Рентгена, позволявшие увидеть то, что прежде было невидимым, произвели на его современников сильнейшее впечатление. По научной и прикладной значимости (от уже упоминавшейся медицины до физики сред, в частности, кристаллов), рентгеновские лучи стали неоценимо важными, но, может быть, не менее важным было и то, что они качественно обогатили наши представления о материи. Рентген был классиком во всех смыслах этого слова, но его труды оказали огромное влияние как на науку, так и на технику и наших дней. Рентгеновские лучи получают с помощь электроннолучевой трубки.

Александр Степанович Попов – известный русский ученый и изобретатель радио глубоко заинтересовался рентгеновыми лучами. Он попросил стеклодува сделать ему продолговатую стеклянную колбу с шаровидной выпуклостью по середине. Когда мастер это сделал Попов осторожно установил трубку на продолговатом ящике и присоединил к ней провода от катушки Румкорфа, дающей ток высокого напряжения. Потом поставил возле трубки небольшой экран и включил рубильник. Дрогнули стрелки приборов, с постепенно нарастающим шумом заработал насос, откачивающий воздух из трубки, фиолетовый разряд в нем разделился на полосы и вскоре совсем исчез.

Старый мастер поднес руку к трубке, и в тот же миг на экране возник темный контур костей с угловатой тенью осколка снаряда, застрявшего в мышце.

Медицина и биология

Рентгеновское излучение и полезно, и вредно для человека, смотря, в каких целях и какими дозами применять. Вспомним, что именно Рентген сделал общедоступными антибиотики, избавившие стольких людей от неминуемой гибели. Гордость фармацевтики XX веков – антибиотик пенициллин – был получен в начале 40-х годов и был тогда дороже золота. Удешевить этот препарат, сделать его общедоступным лекарством позволило рентгеновское излучение. Именно оно повысило продуктивность грибка пенициллиниум в несколько раз, что обычными методами сделать не удавалось.

Х-лучи позволяют выяснить особенности внутреннего строения живого организма, что существенно для профилактики заболеваний, для терапии и хирургии. Уже в марте 1896 года Х-лучи стали использовать в Петербургском институте усовершенствования врачей и тогда же И.В.Тарханов первым обнаружил биологическое действие рентгеновской радиации. В 1906 году в России вышла монография по лучевой терапии. В начале ХХ века в России появились первые центры рентгенологии в Петербурге, а врач Кравченко оборудовал рентген-кабинет даже на крейсере «Аврора» в ходе русско-японской компании 1903-1904 гг. и в сражении под Цусимой обследовал раненых матросов, быстро обнаруживая и извлекая осколки. В 1916 г. состоялся Первый российский съезд рентгенологов.

Вредное биологическое действие рентгеновского излучения обнаружилось в скорее после его открытия Рентгеном. Оказалось, что новое излучение может вызвать что-то вроде сильного ожога, сопровождающееся, однако, более глубокими и стойкими повреждениями кожи. Появлявшиеся язвы нередко переходили в рак. Во многих случаях приходилось ампутировать пальцы или руки. Случались и летальные исходы.

Было установлено, что поражение кожи можно избежать, уменьшив время и дозу облучения, применяя экранировку (например, свинец) и средства дистанционного управления. Но постепенно появились и другие, более долговременные последствия рентгеновского облучения, которые были, затем подтверждены и изучены на подопытных животных. К эффектам, обусловленным действием рентгеновского излучения, а также других ионизирующих излучений (таких, как гамма-излучение, испускаемое радиоактивными материалами) относятся: 1) временные изменения в составе крови после относительно небольшого избыточного излучения; 2) необратимые изменения в составе крови после длительного избыточного излучения; 3) рост заболеваемости раком; 4) более быстрое старение и ранняя смерть; 5) возникновение катаракт. Ко всему прочему, биологические эксперименты на мышах, кроликах и мушках показали, что даже малые дозы систематического облучения больших популяций вследствие увеличения темпа мутации приводят к вредным генетическим эффектам. Большинство генетиков признает применимость этих данных и к человеческому организму. Что же касается биологического воздействия рентгеновского излучения на человеческий организм, то оно определяется уровнем дозы облучения, а также тем, какой именно орган подвергался излучению. Так, например, заболевание крови вызывается облучением кроветворных органов, главным образом костного мозга, а генетические последствия – облучением половых органов, могущим привести также и к стерильности.

Накопление знаний о воздействие рентгеновского облучения на человеческий организм привело к разработке национальных и международных стандартов на допустимые дозы облучения. РЕНТГЕН, внесистемная единица экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучений, определяемая по ионизующему действию их на воздух; назван в честь В. Рентгена; обозначается Р. Дозе в 1 Р соответствует образование 2,083·109 пар ионов в 1 см3 воздуха или 1,61·1012 пар в 1 г воздуха. 1Р = 2,57976·10-4 Кл/кг.

Чувствительность к Х-лучам у разных представителей флоры и фауна различная. Для человека смертельная доза является 600 Р, для мышей – 650 Р, для змей – 8000…20000 Р, амебы выдерживают 100 кР, инфузории – более 300 кР. Семена лилии погибают при 2000 Р, а капуста выдерживает 64 кР. Некоторые микробы выдерживают сотни тысяч рентген, такая доза охрупчивает пластмассу. Однако большинство их гибнет при значительно меньшей дозе. Отсюда новые применение – в качестве средства холодной стерилизации медицинских изделий из полимерных материалов, не выдерживающих высоких температур, шовного материала, перевязочных средств, хирургических инструментов, лекарственных препаратов, вакцин.

В нашем городе Кимовске открыты два новых рентген кабинета. В одном из них делают только снимки легких, а в другом можно сделать снимок любой части тела. Этот аппарат называется Альфа 30. На нем можно делать томограммы (послойное снятие органов или получения послойного изображения), рентгеноскопию (получение изображения на экране), ирригоскопию (просмотр брюшной полости с введением контрастного вещества). Также есть прибор для определения дозы излучения полученной пациентом. Каждый аппарат есть неготоскоп, на котором просматривают снимки. В рентген кабинете имеется дентальный аппарат, при помощи которого делают снимки челюстей.