Vznik a vlastnosti rentgenového záření
I. ÚVOD
II. HISTORIE
III. VLASTNOSTI ZÁŘENÍ
IV. VZNIK ZÁŘENÍ
V. VYUŽITÍ
VI. POUŽITÁ LITERARURA
VII. ZÁVĚR
I. ÚVOD
Úkolem této seminární maturitní práce je seznámit čtenáře s přístrojem tak běžným při lékařském vyšetření jako je rentgen. Myslím si, že málokdo ví, jak tento tajuplný a záhadný přístroj pracuje.Ani já jsem nebyl vyjímkou. Rozhodl jsem se tedy tuto mezeru v lidském vědění zaplnit a srozumitelným způsobem se.
II. HISTORIE
Život a dílo Wilhelma Conrada Röntgena
Německý fyzik Wilhelm Conrad Röntgen se narodil roku 1845 v německém městě Lennepu v rodině obchodníka. Ačkoliv byl Roentgen jen průměrným gymnaziálním studentem a nepodařilo se mu získat maturitní zkoušku, získal diplom strojního inženýra na polytechnice v Curychu. Svou houževnatostí a praxí získanou u profesora A.Kundta se vypracoval na uznávaného představitele experimentální fyziky. Roku 1869 získal na Curyšské univerzitě doktorát z filozofie. Během následujících devatenácti let působil na řadě univerzit a postupně získával pověst vynikajícího vědce.
V roce 1888 byl jmenován profesorem fyziky a ředitelem fyzikálního ústavu při univerzitě ve Würzburgu. Röntgen neměl vlastní děti, ale s manželkou adoptovali dceru. V roce 1901 obdržel Nobelovu cenu za fyziku, vůbec první, co kdy byla udělena. Působil na univerzitě ve Würzburku a Mnichově. Röntgen byl velmi skromný člověk, který si svůj objev nedal ani patentovat a dobrovolně odevzdal svůj vynález do služeb lidstva. Zemřel v roce 1923 v Mnichově.
Objev rentgenových paprsků
V Mnichově učinil v roce 1895 objev, jímž se proslavil.Dne 8. listopadu 1895 dělal pokusy s katodovými (elektronovými) paprsky. Ty se skládají z proudu elektronů. Tento proud se vytváří působením vysokého elektrického napětí mezi elektrodami umístěnými na koncích uzavřené skleněné trubice, z níž byl odčerpán téměř všechen vzduch. Katodové paprsky nejsou nijak zvlášť pronikavé, snadno je zarazí pár centimetrů vzduchu. Röntgen katodovou trubici (vakuovou plynovou výbojku) úplně zakryl těžkým černým papírem, tak aby z trubice ani při zapnutí elektrického proudu nevycházelo vůbec žádné světlo. Když však v trubici proud zapojil, ke svému úžasu si všiml, že fluorescenční štít ležící vedle na stole se rozzařuje, jako by svítil. Vypnul trubici, a štít (potažený platinokyanidem barya, fluorescenční látkou) zářit přestal. Protože byly katodová trubice úplně zakryta, Röntgenovi došlo, že je-li zapojen elektrický proud, musí z trubice vycházet nějaké neviditelné záření. Vzhledem k tajemné povaze toto neviditelné záření označil jako paprsky X jako matematický symbol něčeho neznámého.
Röntgen byl svým náhodným objevem nadšen přerušil ostatní výzkum a soustřeďoval se na prozkoumání vlastností paprsků X. Po několika týdnech usilovné práce zjistil tyto skutečnosti: 1) Paprsky X mohou způsobit, že i jiné chemikálie než platinokyanid barya fluoreskují. 2) Paprsky X procházejí mnoha materiály, které jsou normálně neprůsvitné. Zejména si uvědomil, že paprsky X přímo procházejí jeho svaly, ale zastaví je kosti. Když si dal ruku mezi katodovou trubici a fluorescenční štít, viděl na štítě stín kostí své ruky. 3) Paprsky X proudí v přímkách. Na rozdíl od elektricky nabitých částic je magnetické pole neodchyluje.
V prosinci 1895 Röntgen napsal o paprscích X první pojednání. To okamžitě vzbudilo velký zájem a nadšení. Během několika měsíců je zkoumaly stovky vědců a do roka o nich napsali zhruba tisíc statí! K vědcům, jejichž výzkum byl přímo motivován Röntgenovým objevem, patřil Antoine Henri Becquerel. I když měl v úmyslu zkoumat rentgenové paprsky, místo toho narazil na ještě významnější jev radioaktivity. Röntgen má na objevení paprsků X naprostou zásluhu. Pracoval sám, jeho objev se nepředpokládal a skvěle ho rozpracoval. Navíc dal jeho objev důležitý stimul Becquerelovi a dalším výzkumníkům.
III. VLASTNOSTI ZÁŘENÍ
a) Ionizuje vzduch, vyvolává zčernání fotografické desky a při dopadu na vhodnou látku fluoreskuje. To umožňuje detekovat rentgenové záření, které je jinak pro nás neviditelné.
b) Různé látky pohlcují rentgenové záření v různé míře.Pohlcování závisí především na protonovém čísle prvků.Např.měkké části těla obsahující prvky vodík a uhlík pohlcují rentgenové záření méně než kosti, které obsahují vápník.
c) Čím tlustší vrstvou daného materiálu rentgenové záření projde, tím více se pohltí.To se v praxi využívá například při hledání skrytých vad v kovových odlitcích (rentgenová defektoskopie).
IV. VZNIK ZÁŘENÍ
Rentgen
Počátek rentgenové techniky je dán 8. listopadem 1895, kdy profesor würzburské university Wilhelm Conrad Röntgen objevil paprsky X, později po něm nazvané rentgenové paprsky. V oboru katodového (hmotného) záření v té době pracovala řada vědců (Hittorf, Crookes, Hertz, Helmholz, Goodspeed a jiní) a mnozí z nich při svých pokusech na jevy signalizující tyto paprsky také narazili.
Nechci a nepotřebuji patenty, paprsky X jsem nevynalezl, patří těm, kteří je potřebují. Mé spisy nechť o tom čtou ti, kteří chtějí bádat dále a mají k tomu schopnosti. Myslím, že je třeba vykonat ještě mnoho. Neprovozuji kult se svou prací.“
Uvolnění výzkumu v oboru rtg záření způsobilo obrovský technický rozmach nejen v konstrukci vlastních trubic (rentgenek), ale samozřejmě i v napájecích a ovládacích přístrojích a specializovaných nářadích, takže již na několik málo let bylo možno rentgenové záření využít v praxi: v lékařství, v technickém i vědeckém oboru.
A pomníku W. C. Röntgena v Mnichově bylo napsáno: „Paprsky po něm nazvané ukazují lékaři nitro živoucího těla, inženýru vnitřní strukturu látek a badateli vnitřní stavbu atomu.“
Zčernání snímku
Stupeň zčernání (průměrná celoplošná hustota snímku) závisí na řadě faktorů, podle nichž se musí řídit expozice. Ponecháme-li stranu vnější činitele, jako citlivost filmu a zesilovací fólie, koeficient absorpce v sekundární cloně a v objektu, vlastní a přídavnou filtraci, a předpokládáme-li správnou metodu práce v temné komoře, jsou pro ustavení správně exponovaného snímku hlavními činiteli: anodový proud expoziční čas, anodové napětí a vzdálenost ohnisko – film OF.
Vzhledem k tomu, že zčernání snímku je přímo úměrné a lineárně závislé na anodovém proudu v mA a času v s, vztahují se obě veličiny do jediného expozičního pojmu: miliampérsekundy. Znamená to, že ve stejném poměru, ve kterém se mAs zvětší nebo zmenší, změní se i zčernání filmu při expozici.
Závislost zčernání na změně k V je veliká a nutno na to vždy pamatovat. Má to své výhody i částečné nevýhody. Hlavním přínosem je možnost velmi krátkých snímků pohyblivých orgánů při rychlé sériografii, kde jinak vzhledem k maximálnímu zatížení rentgenky bychom nevyšli s normální technikou, a použití tvrdé techniky je proto nezbytné. Na druhé straně i poměrně malá změna anodového napětí značně ovlivní zčernání.
Kontrast snímku
Kontrast snímku je poměr mezi nejsvětlejším a nejtmavším místem snímku. Na kontrast má opět vliv materiál a zesilovací fólie. Jinak je ovlivňován kontrast tvrdostí rtg záření. 4ím je záření tvrdší, tím je snímek méně kontrastní, vyrovnanější. Těmto snímkům říkáme (opačně, než je zvykem ve fotografii) snímky tvrdé. Měkké záření dává snímky kontrastní. V rtg praxi jim říkáme snímky měkké. Musíme ovšem odlišovat snímky zdánlivě vyrovnané – šedé, zhotovené normální technikou (do 90 kV), od snímků tvrdých. V prvém případě jde o zmetkový snímek, na němž chybí většina detailů a jehož diagnostická hodnota je nepatrná (chyby je obvykle v materiálu nebo vyvolávacím postupu). Tvrdý snímek je často, je-li správně voleno jeho užití, diagnosticky daleko hodnotnější než snímek zhotovený normální technikou.
Ostrost snímku
Ostrost snímku je udávána rozlišovací schopností, což je kvalita snímku, umožňující od sebe rozlišit dva body nebo čáry minimálně vzdálené. Reciproční hodnotou ostrosti je neostrost. Ta je pohybová a geometrická. Pohybovou neostrost zmenšujeme co nejkratšími expozičními časy, zvláště u pohybujících se orgánů, dále dobrou fixací pacienta a tuhostí nářadí, upevňujícího zářič a film. Zmenšení geometrické neostrosti dosahujeme co největší vzdálenosti ohnisko – pacient a co nejmenší vzdáleností pacient – film, dále co nejmenším ohniskem a nejužším svazkem užitečného záření. Dále je ostrost závislá na zrnu fólie a filmu. Čím je zrno větší, tím je ostrost menší. Ostrost se udává počtem párů linií (čár) ještě rozlišitelných v 1 mm nebo cm [LP/mm].
Rozlišovací schopnost se udává počtem párů linií na 1 cm nebo mm soustavou ještě přenesených a jasně rozeznatelných. Určuje se pomocí testů buď radiotransparentních, nebo světlotransparentních, kde se hustota linií postupně mění od nejhrubšího rastru až po nejjemnější. Poslední ještě rozeznatelný rastr udává rozlišovací schopnosti televizní soupravy apod. Nejsou-li testy k dispozici, možno s výhodou užít sekundárních jemnorastrových mřížek nebo kovového pletiva o určité velikosti síťky, navinutých drátků na plochou lepenku o určitém stoupání a i jiných vhodných improvizací.
Připojení rentgenového zařízení k síti
Kvalita síťového rozvodu a druh prostředí má na rentgenové zařízení rozhodující vliv. Bezpodmínečně je nutno dodržet předpisy stanovené státní normou ČSN 34 1720 a ČSN 36 4710. Aby se dodržely hodnoty provozní, pro které byl rentgen konstruován, nesmí být odpor sítě ani větší, než předpisuje norma, ani menší. V tomto případě je nutno jej přídavných odporem upravit na hodnotu stanovenou.
Jak již bylo dříve řečeno, rentgenový přístroj nebo rtg souprava je navrhována na určitý úbytek napětí v přívodní síti tak, aby hodnoty na panelu odpovídaly v určitých tolerancích skutečnosti. proto musí být rentgen připojován podle svého výkonu na síť s určitou hodnotou odporu. Není-li tomu tak, nutno provést tzv. přizpůsobení rentgenu k síti. Mohou v zásadě nastat dva případy:
Odpor sítě je větší, než předpisuje norma. Přizpůsobení se potom provádí tak, že se sníží výkon rtg zařízení natolik, aby nastal soulad. Je samozřejmé, že takové zařízení nemůže být využito na maximum a je neekonomické (zařízení s menším výkonem je levnější a na dané síti pracuje stejně). Improvizovaně, u zařízení převozných a přenosných, se obvykle snižuje anodový proud na takovou hodnotu, aby úbytek napětí, pozorovatelný na voltmetru, nebyl vyšší než 5 % jmenovitého síťového napětí. Často bývá tato oblast na stupnici měřidla již vyznačena.
Odpor sítě je menší, než udává norma. Přístroj by sice mohl být využit na plný výkon, ale hrozí nebezpečí z přepětí a poškození zařízení. na anodě rentgenky je vyšší napětí, než udává ukazatel. V tomto případě se předřazuje do přívodu výkonný odpor řádově v desetinách ohmů, volený tak, aby kontrolní snímek, zhotovený předepsanými hodnotami, ukazoval na stupnici měřidla předepsaný pokles. Je samozřejmé, že při kontrole úbytku voltmetrem nutno brát v úvahu balistický efekt měřidla a měření provádět při dostatečně dlouhých expozičních časech (0,6 až 1 s).
Rentgenová diagnostická zařízení od výkonu 1500 W umožňující předem nastavit mA a kV nebo mAs, popřípadě čas, musí být přizpůsobitelná k odporu sítě.
Druhy prostředí
Na rtg pracovištích jde obvykle o tato prostředí: obyčejné a mokré. Mokré prostředí je prostor v temné komoře kolem nádob s lázněmi, a to horizontálně do vzdálenosti 0,6 m a vertikálně do vzdálenosti 2,25 m. Ostatní prostor lze považovat za prostředí obyčejné. Všechny rtg zařízení musí být umístěna v prostředí obyčejném.
Dimenzování a provedení přívodu
Pro rtg zařízení s dlouhodobým provozem (prosvěcovací terapeutické rentgeny) se přívod dimenzuje na maximálně dovolený dlouhodobý příkon. U snímkovacích rentgenů nesmí být kromě toho překročen největší dovolený odpor sítě. Je-li krátkodobý příkon mezi uváděnými hodnotami, stanoví se dovolený odpor sítě lineární interpolací.
Krátkodobý výkon je nejvyšší zatížitelnost po dobu 0,1 s a při anodovém napětí 100 kV, resp. maximálně nastavitelné hodnotě do 100 kV, udávaný v kW. Pokud není tento výkon uveden v kW, ale jinak, je nutno znát hodnotu anodového proudu v mA při 100 kV a 0,1 s a pak krátkodobý výkon lze vypočíst ze vzorce:
kUI
P = (kW)
1000
kde značí I – anodový proud v mA při 100 kV a 0,1 s;
U – anodvé napětí v kV při daném zatížení;
k – součinitel využití, který je u jednopulsových
a dvoupulsových rentgenů k = 0,75,
u šestipulsových rentgenů k = 0,95,
u dvánástipulsových rentgenů k = 0,98.
Připojení rentgenového přístroje. Rentgenové přistoje s krátkodobým příkonem do 2,5 kVA a rentgenové přístroje pohyblivé se mohou k síti připojovat zásuvkou bez hlavního vypínače, pokud jmenovitý proud pojistky před zásuvkou není větší než 25 A. Pevné rtg přístroje a zařízení s příkonem nad 2,5 kVA musí být na síť připojeny pevně.
Terapeutické rentgeny se mohou připojit na takovou síť, která nezpůsobí při maximálním dlouhodobém zatížení větší pokles než 10 %. Rentgenová diagnostická zařízení s příkonem nad 2,5 kVA, která umožňují předem nastavit anodové napětí a proud rentgenky (resp. mAs a s), musí být vybavena přizpůsobením k síti.
Provedení přívodu. Pohyblivý přívod musí mít minimální průřez 0,75 mm2Cu. Až do 16 mm2 musí být ochranný vodič stejného průřezu a musí být v celé délce opatřen izolací zelenou nebo pruhovanou zelenožlutou. Síťové přívody se nesmějí vkládat do ochranných kovových hadic.
Ukončení pevného přívodu. Přívod pro pevně připojený rtg přístroj musí být v obsluhovně ukončen přípojnou rozvodnicí, na které je instalován hlavní ruční vypínač, jímž lze odpojit celý rtg přístroj od sítě s výjimkou pomocných světelných obvodů, a dále tavné pojistky, umístěné za vypínačem.
Zabezpečení vstupu na rtg pracoviště
U všech rentgenů pevných a zubních s vlastní provozovnou musí být u vchodu červené návěští, které se rozsvítí při zapnutí hlavního vypínače na ovládači. U rentgenů, které tento vypínač nemají, se může toto návěští zapínat samostatným vypínačem. Kromě toho musí být u vchodů nápis NEVSTUPOVAT, který se rozsvítí při zapnutém ovladači po zavření dveří z vyšetřovny do obsluhovny. U rentgenové ozařovny musí být kromě toho zabezpečen vstup dveřním kontaktem, vypínajícím rentgenku z činnosti při otevření dveří. Pouhým zavřením dveří nesmí se rentgenka znovu uvést v činnost.
Bezpečnost práce na zdravotnických rtg pracovištích
Bezpečnost práce závisí na dvou hlavních činitelích:
1. na technickém stavu všech zařízení používaných na rtg pracovišti;
2. na lidech, kteří s touto techniko u přicházejí do styku. Zodpovědnost, kvalifikacepozornost, nepřeceňování vlastních schopností, smysl pro pořádek a organizaci jsou vlastnosti, které mohou úrazovost, plynoucí z osobních příčin, snížit na minimum. Úrazy nutno především předcházet prevencí. Co se jejich druhů týká, můžeme je rozdělit do tří hlavních skupin:
1. úrazy elektrickým proudem,
2. úrazy mechanického charakteru,
3. poškození nadměrných zářením.
Ochrana před úrazy elektrickým proudem
Zásadně zabíjí prou, nikoliv napětí. Velikost proudu procházejícího srdeční krajinou, která může usmrtit, je silně individuální, ale je řádově v desítkách miliampérů. Ze znalosti Ohmova zákona si můžeme snadno uvědomit, kdy se bude proud procházející tělem zvětšovat. je to především při zvyšování napětí a dále při snížení přechodového odporu mezi tělem a součástí přístroje pod napětím (tzv. živou částí) (vlhkost, pot, chemikálie, silný tlak). Proto zakazuje předpis užívat vyšší napětí v mokrých prostředích. Je také velice nebezpečné jednou rukou se dotýkat uzemněné části (kostra, vodovod, těleso topení), nebo jinak s ní vytvořit kontakt (opírat se, sát na kovové podlaze apod.) a druhou rukou manipulovat v blízkosti tzv. živých částí rozvodu.
Části zařízení s napětím nad 24 V musí být chráněny dostatečným isolačním krytím podle předpisů, části bez napětí (kryty, nářadí) musí být chráněny zemněním nebo nulováním u obvodů vysokonapěťových pak výhradně zemněním. Odpor společného uzemnění nesmí být větší než 2 W. Podlaha musí být z nevodivého antistatického materiálu. Zásuvkové obvody musí mít ochranný zemnící kontakt. Ve strojovnách a kobkách musí být neizolované části pod napětím znepřístupněny dotyku s ochrannou vzdáleností (d), určenou velikostí napětí (U). Vzdálenost se zhruba rovná dvojnásobné hodnotě napětí: d = 2U [mm, kV]. Znepřístupnění je dáno tím, že všechny vstupy do kobky musí mít bezpečností vypínač a zámek. při otevření vypínají vysoké napětí nevratně. Současně s vypnutím zařízení se musí vhodným způsobem vybít proti zemi všechny vysokonapěťové části. Vysokonapěťové části rentgenových zařízení musí být opatřeny výstražnou tabulkou.
V mokrém prostředí smějí být spotřebiče s dvojitou izolací nebo s napětím maximálně 24 V. Ponorné topné články jsou zakázány.
Každý pracovník na rtg pracovišti musí se seznámit s předpisy, normami, požární ochranou, musí vědět, kde jsou hlavní závěry plynu, vody a hlavní elektrický vypínač. Při jakémkoliv úrazu nebo podezření z poškození elektrického obvodu je nutno vypnout hlavní vypínač. Rtg zařízení se vypojuje také při každém odchodu z pracoviště. Při jakékoli práci na zařízení, ať už jde o opravy nebo údržbu, nutno hlavní vypínač zabezpečit proti zapnutí nepovolanou osobou nápisem nebo nejlépe vyšroubováním hlavních pojistek. Denně před zahájením práce se musí Překontrolovat světelná signalizace. Jednou za čtvrt roku je nutno nechat přezkoušet uzemnění a provést prohlídku nechráněných soustav vysokého napětí a jedenkrát za rok nechat provést celkovou elektrickou revizi. Při odchodu z pracoviště je třeba překontrolovat, zda jsou všechny spotřebiče odpojeny příslušnými vypínači. Zdravotnický personál nesmí zasahovat sám do funkčních částí zařízení. Pokud je to nezbytné (výměna pojistek pod kryty, rozpojení vysokonapěťových kabelů u transportních zařízení), je nutno vždy předem zařízení odpojit, zabezpečit proti zapnutí a vysokonapěťové koncovky kabelů dotykem vybít proti kostře zařízení.
Ochrana před úrazy mechanického charakteru
Nejnebezpečnějšími úrazy patřícími do této kategorie jsou poranění, způsobená pádem těžkých části vyšetřovacího nebo léčebného nářadí na pacienta. Stává se to buď nedokonalým uchycením clon, kazet, zářičů, tubusů, ochran před zářením apod., nebo selháním bezpečnostních brzd při přetržení vyvažovacích lanek. Proto norma ČSN 34 1720 předpisuje denně před započetím provozu kontrolu neporušenosti snadno přístupných lanek, řetězů a mechanismů zabraňujících pádu těžkých částí, upevnění zářičů, závěsů štítu, lavičky clon a tubusů. Čtvrtletně je potom nutno nechat přezkoušet všechna zabezpečovací zařízení v plném rozsahu.
Ochrana před zářením
Dávno minuly doby, kdy pracovníci zacházející s rtg zářením utrpěli těžká a nevratná poškození končící amputacemi, leukémií i smrtí. Dnes, při dodržení všech předpisů a při využití prostředku, které nám technika skýtá, dosahují expozice profesionálních pracovníků s rtg zářením tak minimálních hodnot, že nebezpečí z emoci z povolání je podstatně sníženo. Závažnější je otázka dosáhnout také minimální expozice pro pacienta našeho století generační expozice neustále roste. A právě na tomto poli nevyužívají pracovníci s rentgenem maxima možností a se zářením zacházejí, dalo by se říci, příliš štědře. Snímky se přeexponovávají, aby se potom zkráceně vyvolávaly, nevolí se správná techniky, plýtvá se nevyužitým zářením, nevyužívá se výkonu rtg zařízení a pracuje se s příliš malou vzdáleností OF, neužívá se dostatečně filtrace, pracuje se se starým nebo málo citlivým materiálem fóliemi, zbytečně se prosvěcuje atd., jak bude ještě podrobněji rozvedeno. Při správně prováděné ochraně před zářením je tedy nejdůležitější snižovat na maximum primární expozice, kterým je pacient vystaven. Je nutno také podotknout, že každý pracovník se zářením je pod dozimetrickou kontrolou a každé překročení expozice vyvolává ihned příslušné protiopatření, zatímco pacient dosud žádnou kontrolu na přijatou expozici nemá (třeba formou osobního průkazu, karty apod.) a bývá často a zbytečně duplicitně na dvou pracovištích vyšetřován.
Ochranná opatření stavebního charakteru
Barytové omítky, vzdálenost lůžkových oddělení, kubatura místností a jejich podlahová výměra, velikost oken a větrání atd. nespadá do konstrukce rtg zařízení, ale do projektování rentgenových oddělení a jejich správnost potvrzuje a kontroluje krajský hygienik. Je nutno pouze poznamenat, že sebeúčinnější větrání nemá vliv na velikost primárních nebo sekundárních expozic, ale na množství vzniklého ionizovaného vzduchu, jehož vdechování je také škodlivé.
Technické opatření
Nejvýše přípustné dávkové ekvivalenty pro personál na gonády a kostní dřen jsou maximálně 5 rem/rok, na ruce a nohy 75 rem/rok, kůži a štítnou žlázu 30 rem/rok a na ostatní orgány nebo tkáně 15 rem/rok.
Přípustná místní expoziční rychlost. Ochrany musí být řešeny tak, aby na žádném místě, kde se mohou zdržovat pracovníci, nebyla expoziční rychlost vyšší než 7 mR/hod. pro všechny druhy vyšetření. Na místech, kterých mohou dosáhnout obsluhující pracovníci pouze svými končetinami, je povolena maximální expoziční rychlost 100 mR/hod. Pokud ve výjimečných případech není možno tyto hodnoty dodržet, musí být v průvodní technické dokumentaci předepsán doplňková ochrana (např. zástěny, ochranný oděv apod.)
Rentgenový zářič. Kryt zářiče musí být konstruován tak, aby při zakrytém výstupním okénku (minimálně dvacetinásobek příslušné polotloušťky olovo odpovídající jmenovitému napětí) a jmenovitých hodnotách napájecího napětí a proudu nebyly překročeny tyto hodnoty expozičních rychlostí: kontaktní a intrakavitární terapie do 50 kV max. 10 mR/hod. v 5 cm od povrchu zářiče, diagnostické zářiče, které při vyšetřování je nutno přiblížit více než 30 cm k pacientovi, max. 10 mR/hod. v 1 m od povrchu zářiče, zářiče pro ostatní diagnostiku a terapii do 150 kV max. 50 mR/hod. v 1 m od povrchu zářiče, terapeutické zářiče nad 150 kV max. 1000 mR/hod. v 1 m a 30 R/hod. v 5 cm od povrchu zářiče.
Jednotky pro rentgenové záření
Pro dávku:
joule na kilogram Jkg-1 rad = 10-2 Jkg-1.
Pro dávkový ekvivalent
(tj. dávku násobenou modifikačními fkatory, určujícími rozdílnou biologickou účinnost různých druhů záření): rem = 10-2 Jkg-1.
Pro expozici (ozáření):
coulomb na kilogram Ckg-1, rentgen R = 2,58 * 10-4 Ckg-1.
Pro expoziční rychlost:
ampér na kilogram Akg-1, rentgen za sekundu Rs-1=2,58 * 10-4 Akg-1.
V. VYUŽITÍ
Rentgenové záření je elektromagnetické vlnění velmi krátké vlnové délky. Rentgenové záření užívané v rentgenové diagnostice má vlnovou délku asi 10 nm až 1 pm.
Rentgenové záření vzniká nárazem elektronů velké kinetické energie na hmotu ve speciální elektronce, v rentgence. Ke vzniku rentgenové záření je zapotřebí především energie, kterou nutno vhodně upravit a v rentgence přeměnit v energii rentgenového záření. Výroba rentgenového záření je energetickým dějem, přeměnou elektrické energie v energii záření. Tato přeměna je značně nehospodárná, neboť jen 1-2 % z přiváděné elektrické energie se v rentgence přemění v energii záření a převážná část, tj. 98 - 99 %, přeměňuje se v energii tepelnou, pro vlastní rentgenovou diagnostiku nepotřebnou.
Pro výrobu rentgenového záření potřebujeme především velké množství elektrické energie. Rentgenový přístroj, nářadí a příslušenství jsou velkými spotřebiči elektrické energie. Velká spotřeba je podmíněna nehospodárností rentgenky a značnými ztrátami při úpravě elektrické energie (např. žhavicí transformátory, žhavicí vlákna rentgenek, ventilů apod.). Např. dvoupulsový rentgenový přístroj má při chodu na prázdno spotřebu asi 1 kW, tedy tolik, jako elektrický vařič! Je-li rentgenový přístroj v chodu, je spotřeba daleko vyšší, i když je krátkodobá.
Elektrická energie, přiváděná vedením k rentgenovému přístroji, musí být patřičně upravena. Proud v síti má malé napětí, které nepostačuje k výrobě rentgenového záření v rentgence. Střídavý proud ze sítě, jenž má napětí 120 V, 220 V a 380 V, musíme přeměnit na vysoké napětí, řádově desítky tisíc V, (v rentgenové diagnostice se užívá napětí 30 kV – 125 kV, popř. do 150 kV až 200 kV) a ještě jej usměrnit.
Tato úprava se provádí v rentgenovém přístroji. Rentgenový přístroj musí umožňovat také kontrolu energie přiváděné rentgence, a tím i kontrolu jakosti a množství rentgenového záření, v rentgence vyráběného. Jakmile je elektrická energie náležitě upravena a její kvalita i kvantita kontrolovatelná, můžeme ji přivést rentgence. Rentgenka je zařízením, kde rentgenové záření z elektrické energie vzniká, je rentgenovým zářičem.
Rentgenový přístroj je částí rentgenové soupravy, která napájí rentgenový zářič, elektricky jej ovládá a reguluje. Skládá se z napájecího zdroje, ovládače, popříp. z dalších regulačních a spínacích zařízení a spojovacích kabelů.
Napájecí zdroj dodává potřebná napětí pro provoz rentgenky (anodové a žhavicí napětí) a sestává z transformátoru vysokého napětí a žhavicího transformátoru. U přístrojů s usměrněním k tomu přistupují ještě usměrňovače (ventily, polovodiče). V napájecím zdroji je transformátorem vysokého napětí síťové napětí 120 – 380 V transformováno nahoru, na střídavý proud vysokého napětí (30 000 – 200 000 V).
U přístrojů s usměrněním je tento střídavý proud vysokého napětí ve zdroji usměrněn ventily nebo polovodičovými usměrňovači. U přístrojů bez usměrnění (jednopulsové přístroje) usměrňuje anodový proud rentgenka, která je tím zatěžována navíc, takže její výkon je nižší než ve spojení s přístroji více pulsovými. Žhavicí transformátory zdroje dávají napětí pro žhavicí vlákno rentgenky či ventilů. Proud ze sítě je jimi transformován dolů, na nižší napětí, kolem 5 – 20 V.
Elektrickou energii nestačí pro výrobu rentgenového záření pouze upravit, ale je třeba její množství i jakost kontrolovat, aby bylo možno sledovat také jakost a množství vyráběného rentgenového záření.
Ovládač rentgenového přístroje je zařízení, které obsahuje prvky potřebné k ovládání rentgenové soupravy, kontrolní a měřicí přístroje a regulační systémy. V ovládači jsou ještě četné pomocné obvody k připojení nářadí a příslušenství. Ovládač vlastně obsahuje všechny řídicí a kontrolní elementy, takže obsluha rentgenové soupravy je soustředěna prakticky na jedno místo. Hlavním spínačem, umístěným na ovládači, připojujeme a odpojujeme rentgenový přístroj k síti či od sítě. Vyrovnávačem napětí odstraňujeme výkyvy napětí v síti, které by mohly nepříznivě ovlivnit výšku (stupeň) napětí na rentgence, a tím i kvalitu rentgenového záření. Přepojovačem vysokého napětí převádíme elektrickou do příslušné rentgenky a ohniska. Někdy se přepojovačem současně připojuje užité vyšetřovací nářadí a zajišťuje mu přívod elektrické energie. Na ovládači regulací vysokého napětí volíme nejvhodnější jakost rentgenového záření pro dané vyšetření, tzn. jeho vlnovou délku, a tím i pronikavost (penetraci). Regulací intenzity žhavicího proudu rentgenky můžeme kontrolovat množství rentgenového záření, emitovaného rentgenkou. Kontrolou doby, po kterou prochází rentgenkou proud vysokého napětí, zjistíme trvání emise rentgenového záření, takže ovládáním časového faktoru můžeme patřičně odměřit množství rentgenového záření v závislosti na čase. Kromě otočných knoflíků nebo tlačítek, kterými jsou jednotlivé funkce ovládány, jsou na panelu ovládače některé měřicí přístroje; slouží pro kontrolu nastavených hodnot (např. síťový voltmetr, miliampérmetr nebo miliampérsekundometr, expoziční časové relé). Přípravu a správnou funkci jednotlivých obvodů nám na panelu ovládače udává signalizační zařízení, a to zpravidla opticky (kontrolky). Dále jsou na panelu ovládače ještě knoflíky a tlačítka pro spínání pomocných obvodů, např. nářadí, sekundární clony, osvětlení místnosti, expozičního automatu aj.
Upravenou a kontrolovanou elektrickou energii nutno převést k rentgence. Poněvadž jde o proud vysokého napětí, musí být okolí řádně chráněno proti úrazu elektrickým proudem; proto je napájecí zdroj uzavřen ve vhodné nádobě, a tím patřičně izolován. Z napájecího zdroje je vysoké napětí vedeno k rentgence speciálními vodiči, tj. kabely vysokého napětí. Pouze u přístrojů, kde jsou zdroj i rentgenka v jedné nádobě (komorové rentgeny), je vysoké napětí vedeno jiným způsobem.
Kabel vysokého napětí je speciální vodič. Přivádí provozní napětí na rentgenový zářič (nebo jinou část obvodu vysokého napětí) a chrání přitom před dotykem vysokého napětí. U jiných než komorových přístrojů jdou kabely vysokého napětí. U jiných než komorových přístrojů jdou kabely vysokého napětí od napájecího zdroje ke krytu rentgenky.
Rentgenový zářič je konstrukční celek, ve kterém vzniká a z něhož vychází rentgenové záření. Pozůstává z rentgenky, jejího krytu, popř. z napájecího zdroje.
Rentgenka je nejdůležitější částí rentgenové soupravy, neboť v ní vzniká rentgenové záření z přivedené, vhodně upravené a náležitě odměřené elektrické energie. V rentgence je produkce záření soustředěna na jediné místo a do nejmenší plochy (ohnisko rentgenky). Volné elektrony jsou emitovány vláknem katody, rozežhaveným elektrickým proudem. Řízením žhavicího proudu ovlivňujeme emisi elektronů v rentgence, a tím i množství (kvantitu) rentgenového záření. Vysoké napětí, připravené v napájecím zdroji rentgenového přístroje a přivedené rentgenku, vyvolá mezi katodou a anodou rentgenky velký potenciální rozdíl. Tím se elektrony v rentgence, emitované katodou, urychlí. Elektrony získávají značnou kinetickou energii. Jsou přitahovány anodou a dopadají na ni velikou rychlostí. Nárazy prudce dopadajících elektronů na anodu vzniká rentgenové záření. Čím vyšší je napětí na rentgence, tím větší kinetickou energii mají elektrony emitované katodou a tím prudší jsou nárazy elektronů na anodu. Tzn. emitované rentgenové záření má kratší vlnovou délku, je pronikavější, tvrdší, penetrantnější a má větší energii. Lze tedy regulací anodového napětí na ovládači rentgenového přístroje ovládat jakost záření emitovaného rentgenkou. Pokud na rentgenku přivádíme neměnné anodové napětí a katodový proud, pak emituje rentgenové záření stálé jakosti a celkové množství záření závisí na době trvání emise záření, tzn. na době zásobování rentgenky elektrickou energií. Proto je expoziční relé nebo kontrolní prosvěcovací časoměr důležitou součástí ovládače rentgenového přístroje.
Rychlost elektronů, které v rentgence narážejí na anodu, je téměř neuvěřitelná: při 50 kV činí 120 000 km/s, při 100 kV již 165 000 km/s a při 200 kV dokonce 210 000 km/s. Většina elektronů se dostává pouze k povrchovým vrstvám wolframového ohniska rentgenky. Při nárazu se část kinetické (pohybové) energie mění v energii tepelnou. Proto se anoda rentgenky při provozu značně zahřívá a ohnisko se vyrábí z těžko tavitelného materiálu (např. wolframu). Jen asi 1 – 2 % elektronů, a to elektronů s největší kinetickou energií, dostane se až do blízkosti atomového jádra materiálu ohniska, např. až ke slupce K. Zde jsou elektrony náhle, prudce zabrzděny a jejich kinetická energie se přemění v energii elektromagnetického záření krátké vlnové délky – v rentgenové záření. Je třeba znovu zdůraznit, že vlnová délka emitovaného rentgenového záření je tím kratší, čím větší je kinetická energie bombardujících elektronů, tedy čím vyšší je napětí mezi katodou a anodou.
Zabrzdění elektronů může nastat najednou, jednostupňově. Jindy probíhá ve stupních, takže emitované rentgenové záření nemá stejnou vlnovou délku. Záření vzniklé jednostupňovým zabrzděním má nejkratší vlnovou délku. Ve spektru emitovaného rentgenového záření představuje tedy hraniční vlnovou délku, kterou lze stanovit podle zákona stanoveného Duanem – Huntschem z užitého napětí:
Např. při 50 kV je vlnová délka hraničního záření 0,25 nm, při 100 kV je 0,12 nm a při 200 kV činí 0,06 nm. Spektrometrickou analýzou rentgenového záření lze naopak určit maximální napětí na rentgence. Záření rentgenky připojené k přístrojům šestipulsovým nebo dvanáctipulsovým obsahuje více paprsků kratších vlnových délek než záření z rentgenky připojené k přístroji jednopulsovému nebo dvoupulsovému, a to při stejném vysokém napětí (kVmax).
Vedle tohoto záření, které je označováno též jako brzdné záření, vychází z rentgenky ještě charakteristické rentgenové záření, které závisí na materiálu, z něhož je ohnisko rentgenky vyrobeno. Toto záření se označuje také jako vlastní záření materiálu. Vzniká tím, že prudce letící elektrony, které se dostaly až k vnitřní sféře atomu, mohou z K-sféry atomu uvolnit elektron. Na místo tohoto elektronu s malou energií se pak posune elektron ze sféry jádru vzdálenější, s větší energií. Přesunutý elektron ztratí část kinetické energie a tato diference energií je emitována ve formě rentgenového záření. Poněvadž k přechodu elektronů může dojít jen mezi sférami atomu, má emitované záření pouze určité vlnové délky a rozdíl je stupňovitý. Proto je spektrum tohoto charakteristického záření čárové. Vzniklé záření závisí na vazebné energii elektronů na jádře atomů, tzn. na materiálu ohniska rentgenky; charakterizuje tedy materiál ohniska a nazývá se zářením charakteristickým.
Z rentgenky vychází vždy brzdné i charakteristické záření. V této „směsi“ paprsků tvoří většinu brzdné záření.
Záření, které vzniklo nárazem elektronů na anodu rentgenky, označuje se jako primární záření. Primární záření označujeme také jako užitečný svazek záření. Kromě toho vzniká rentgenové záření i mimo ohnisko rentgenky (tzv. mimoohniskové, extrafokální záření). Část primárního záření z ohniska může jít nevhodným směrem a toto záření a záření mimoohniskové označujeme také jako záření rušivé.
Sekundární záření vzniká v materiálu ozářeném primárním zářením. Sekundární záření, které se při průchodu hmotou odchýlilo od původního směru, označujeme jako záření rozptylové. Sekundární záření má v rentgenové diagnostice značný význam, poněvadž zhoršuje kvalitu výsledného rentgenového obrazu. Vychází z nejrůznějších částí objektu a rozbíhá se různým směrem, takže zhoršuje výrazně kontrast a ostrost kresby, resp. rozlišovací schopnost rentgenového obrazu.
V rentgenové diagnostice bráníme vzniku sekundárního záření tím, že omezujeme objem prozářené části těla na minimum, čímž se zmenšuje objem hmoty, ze které může sekundární záření vznikat. Dalším opatřením je správná volba tvrdosti užitého rentgenového záření. Čím je záření tvrdší, tím větší množství sekundárního záření může v objektu vyvolat. Zvláštní opatrnost vyžaduje tvrdá snímkovací technika. Konečně je třeba v objektu již vzniklé sekundární záření od filmu nebo štítu co nejvíce odvrátit či je pohltiti. K tomu lze využít např. zvětšení vzdálenosti objekt – film (štít) a hlavně sekundární clon.
Jakost, kvalita rentgenového záření je krajně důležitá i pro kvalitu výsledných rentgenových obrazů. Z rentgenky vycházející primární svazek záření je směsí paprsků různé vlnové délky. Vedle záření krátké vlnové délky, které lze užít pro tvorbu rentgenového obrazu, je tu záření dlouhé vlnové délky. To nemusí ani k objektu dojít, či se v objektu absorbuje a k tvorbě rentgenového obrazu nepřispívá, nebo naopak zatěžuje objekt zářením. Proto upravujeme jakost primárního svazku záření jeho filtrací.
Část měkkého záření je pohlcena sklem rentgenky, popř. olejem a výstupním okénkem krytu rentgenky, jež všechny tvoří primární filtraci. Primární filtrace je ekvivalentní asi 1 mm hliníku. Tato primární filtrace obvykle nepostačuje. Zvyšuje se přídavnou filtrací; tu zajistíme další odnímatelnou nebo vyměnitelnou vrstvou vhodné látky, vloženou do výstupního okénka krytu rentgenky. Součet vlastní a přídavné filtrace je celková filtrace. Je ekvivalentní asi 2 mm hliníku. Při tvrdé snímkovací technice se doporučuje zvýšení na 3 mm hliníku.
Filtrem označujeme vrstvu vhodného materiálu, jenž omezuje intenzitu záření v měkčí části spektra. Hodnota filtrace se udává ekvivalentem nejčastěji užívaného materiálu, tzn. v rentgenové diagnostice v ekvivalentu hliníku, popř. mědi. Filtrací primárního svazku dochází k určité ztrátě intenzity rentgenového záření, zvyšuje se podíl krátkovlnného záření na úkor dlouhovlnného, rentgenového záření se stává tvrdším. Čím je filtr silnější a z prvků o vyšším pořadovém čísle, tím je zeslabení záření větší a je více zeslabeno záření měkké, tedy delší vlnové délky. Jinými slovy: čím větší je celková filtrace, tím je větší homogenita filtrovaného záření a stoupne značně podíl krátkovlnného záření.
Pro rentgenovou diagnostiku potřebujeme jednoduchou a účinnou metodu a míru ke stanovení kvality rentgenového záření. Spektrální analýza velmi přesně určí kvalitu rentgenového záření, avšak je pracná a vyžaduje zvláštní přístroje. Proto se užívá v rentgenové diagnostice, podobně jako v rentgenové terapii, tzv. polotloušťky. Polotloušťka je tloušťka určití látky, která, vložena do svazku záření, sníží expoziční rychlost v daném místě na polovinu. Polotloušťka (dříve polovrstva) závisí na kvlaitě rentgenového záření a na absorpcí materiálu, užitého při měření.
Čím bohatší je rentgenové záření na energií, tedy čím kratší má vlnovou délku, tím silnější je polotloušťka, tím opáknější materiál musíme při měření použít. V rentgenové diagnostice užíváme obvykle hliník, popř. měď.
Určení polotloušťky je jednoduché. Úzký svazek primárního záření zaměříme na komůrku dozimetru. Poté vkládáme do cesty primárního svazku vhodný materiál a zvyšujeme jeho tloušťku tak, až intenzita záření klesne na polovinu původní hodnoty. Podobně stanovíme i druhou polotloušťku, tzn. tloušťku materiálu, který intenzitu záření prošlého první polotloušťkou zeslabí znovu na polovinu. Slouží zejména ke stanovení homogenity záření. Stupněm homogenity rozumíme poměr prvé polotloušťky k druhé. Poněvadž druhá polotloušťka je vždy větší než prvá, je stupeň homogenity záření, užívaného v rentgenové diagnostice, vždy menší než 1. Činí asi 0,6 – 0,8. Přitom platí, že čím homogennější je záření, tím je stupeň homogenity bližší jedné. Naprosto homogenní záření má prvou a druhou polotloušťku stejnou, tzn. stupeň homogenity je roven jedné.
VI. POUŽITÁ LITERATURA
Fridrich Herneck:
Průkopníci atomového věku, Orbis 1974
Miloš Albrecht:
Konstrukce a údržba rtg zařízení, Zdravotnické nakl.1975
J.Čeleda a J.Kuba:
Cesta do nitra hmoty, SNTL 1981
VII. ZÁVĚR
Velice brzy po uveřejnění tohoto objevu, který byl zpočátku přijímán jako senzace, začaly na veřejnost pronikat podivné představy o výjimečných vlastnostech tohoto záření.Vyskytly se dokonce názory, že pomocí těchto paprsků bude možné pozorovat vše, co je a co se děje za zdmi domů, a tak se lidé začali obávat o své soukromí. Ve Spojených státech byl dokonce v senátu podán návrh zákona, který měl zakázat používání divadelních kukátek s rentgenovými paprsky, aby byly ženy uchráněny od zvědavých mužských pohledů.
V dnešní době se nad tímto názorem jenom lehce pousmějeme.Ale nezapomínejme,že na počátku století nebylo ještě zcela jasno, co a jak funguje , co a jak vzniká.A ani v dnešní bobě ještě přesně nevíme, jak vše funguje.
Doufám, že jsem jasně vysvětlil princip rentgenu a postrčil vaše vědění zase o kousek dál, tedy vlastně blíž k dokonalému zvládnutí, pochopení a poznání světa.
PŘIDEJTE SVŮJ REFERÁT
Tisknout -
Poslat(@) -
Stáhnout -
Uložit->Moje referáty -
Přidat referát