Рентгенівський структурний аналіз в медико-біологічних дослідженнях

Рентгенівський структурний аналіз - це метод дослідження атомної будови речовини шляхом експериментального вивчення дифракції рентгенівських променів в цій речовині.

Як відомо, рентгенівські промені - це електромагнітні хвилі довжиною порядку 10^-10 м. Атоми в кристалах розміщені один від одного приблизно на такій же відстані, та й розмір (діаметр) атома того ж порядку. Падаючи на кристал, рентгенівські промені розсіюються атомами (вузлами) кристалічної решітки. Розсіяні рентгенівські промені інтерферують між собою так, що в одних напрямках виникають максимуми інтенсивності розсіяних хвиль, а в інших - спостерігається їх повне погашення. Це явище, що об'єднує розсіяння і наступну інтерференцію хвиль, називають дифракцією рентгенівських променів.

Як згадувалося Вульф і Брегг в 1913 р. запропонували розглядати явище дифракції як відбивання рентгенівських променів від атомних площин кристалу. Така інтерпретація дифракції чисто умовна і не пояснює природи явища, але вона спрощує його тлумачення. Розглядаючи дифракцію рентгенівських променів, як відбивання від атомних площин, Вульф і Брегг вивели формулу (9.33) - одне з основних співвідношень, що описують положення дифракційних максимумів.

Формула Вульфа-Брегга вказує на селективність (вибір­ковість) появи відбитих рентгенівських променів. Якщо для оптичних променів неперервно змінювати кут між дзеркалом і первинним променем, то відбитий промінь буде дуже мало змінювати свою інтенсивність. Для рентгенівських променів відбиті промені будуть поширюватися тільки при певних кутах ковзання в (див. рис. 9.10). У цьому полягає різниця між відбиванням рентгенівських променів від атомних площин кристалу і відбиванням оптичних променів від дзеркала.

Після з'ясування просторової будови білка міоглобіну були отримані рентгенівські знімки кристалічних білків. Лауреат Нобелевської премії Д. Ходжкін провела рентгеноструктурний аналіз пеніциліну. Під її керівництвом була також визначена дуже складна просторова атомна структура білкового гормону -інсуліну. Рентгеноструктурні дослідження будови складних біологічно активних молекул кристалів дають змогу встановити зв'язок між біологічною функцією молекули і її будовою.

Променеві навантаження на медичний персонал при рентгенодіагностичних дослідженнях

Опромінення при рентгенологічних дослідженнях є одним з найбільш активних джерел променевого навантаження на людину. Біологічні зміни, що відбуваються в організмі людини при дії іонізуючого випромінювання, знаходяться в прямій залежності від кількості поглинутої енергії. Додаткове опромінення за рахунок рентгенологічних досліджень складає близько 70-90% фонового опромінення. Доведені генетичні наслідки, пов'язані з таким надфоновим опроміненням. Це заставляє шукати способи зниження рівня опромінення хворих і медичного персоналу, який проводить рентгенівські обслідування.

Перспективнішими способами рентгенологічного дослідження, при яких хворий і медичний персонал одержують порів­няно невелику дозу іонізуючого випромінювання, є електронно-оптичне підсилення рентгенівського зображення і рентгено-телебачення. Це показали вимірювання потужності доз розсіяного випромінювання під час роботи на звичайних рентгенодіагностичних установках (УРДд-110), палатних апаратах (РУ-725, "Хіракс"), а також на стаціонарних установках фірм "Філіпс", "Хірана", "Шеносо" і палатному пересувному апараті фірми "Філіпс", обладнаних ЕОП з різними коефі­цієнтами підсилення яскравості свічення екрана, рентгено-телебаченням, рентгенокінокамерами.

Під час роботи в рентгенодіагностичних кабінетах лікар-ренгтенолог і допоміжний персонал можуть піддатись дії двох основних видів опромінення - невикористаного випромінювання, що пройшло через тіло пацієнта, і розсіяного випромінювання, що утворюється в тілі хворого і на різних частинах апарата. Невикористане випромінювання - це така частина робочого пучка, яка не піддавалась в тілі досліджуваного ні істинному поглинанню, ні розсіянню. При рентгеноскопії на звичайній рентгенодіагностичній установці, коли хворий стоїть, рентгено­лога досить добре захищає свинцеве захисне скло. Потужність дози на робочому місці лікаря-рентгенолога в цьому випадку складає 5 мР/год, тобто менше гранично допустимої дози 7 мР/год.

Розсіяне випромінювання поширюється в основному в бік. Допоміжний персонал, що знаходиться в кабінеті, може піддатися значному опроміненню розсіяним випромінюванням, так як воно проходить поза захисне скло. З усіх боків від хворого, де нерідко знаходиться допоміжний персонал, потужність дози становить 1000-1500 мР/год. Потужність дози в тому місці, де звичайно розміщуються лікарі і студенти, присутні при обстеженні хворого (за спиною лікаря-рентгенолога) складає 50-ШмР/год.

Під час роботи на рентгенодіагностичній установці, обладнаній ЕОП, потужність дози на робочому місці лікаря-рентгенолога при вертикальному положенні штатива зменшується в 10 разів. Відповідно знижується і потужність дози навколо хворого, однак вона все ж більша допустимої. При рентгеноскопії за допомогою ЕОП в горизонтальному положенні хворого потужність дози на робочих місцях лікаря і допоміжного персоналу становить 20-50 мР/год. Обов'язкове носіння захисних фартухів з еквівалентом 0,3 мм свинцю знижує потужність дози в 10 разів, тобто дозові навантаження стають допустимими і становлять 2-5 мР/год.

Променеві навантаження на персонал під час проведення рентгенотелевізійного просвічування залежать від того, який орган обстежується і від положення хворого (вертикальне, горизонтальне). Так, при дослідженні органів грудної клітини у вертикальному положенні хворого потужність дози на робочому місці лікаря-рентгенолога складає 1 мР/год, а біля хворого -20 мР/год. При рентгенотелевізійному просвічуванні органів грудної клітки в горизонтальному положенні хворого потужність дози на робочому місці рентгенолога становить 7-50 мР/год. При дослідженні шлунку у вертикальному положенні хворого потуж­ність дози на робочому місці рентгенолога 2-5 мР/год, при горизонтальному положенні хворого — 20—100 мР/год.

Значно збільшується потужність дози під час рентгено-кінозйомки шлунку (напруга 75 кВ, сила струму 12 мА). На робочому місці рентгенолога при вертикальному положенні хво­рого вона рівна 100 мР/год, а навколо хворого - до 200 мР/год, при горизонтальному положенні хворого потужності доз на робочих місцях 500-2000 мР/год. Це викликано тим, що під час кінозйомки з ЕОП режим роботи рентгенівської трубки треба підсилити в кілька разів порівняно з режимом просвічування на електронно-оптичному підсилювачі.

З метою зниження дози опромінення рекомендується проводити кінозйомку безпосередньо з телеекрана і відео-магнітофонну реєстрацію. Під час роботи з ЕОП і рентгено-телебаченням необхідно використовувати захисні засоби із врахуванням характеру дослідження та вимагається спеціальний інструктаж медичного персоналу щодо дотримання вимог радіаційної безпеки.

Результати індивідуального дозиметричного контролю показали, що експозиційна доза коливається від 20 до 100 мР за місяць для (працівників) персоналу рентгенівських кабінетів. В поодиноких випадках вона досягає 200 мР за місяць. Індиві­дуальна дозиметрія дає змогу скласти повну радіаційну картину в рентгенкабінетах і розробити оптимальні захисні заходи.

Нині не оцінені належним чином фактори нерадіаційної природи: температурно-вологий режим, хімічний склад (пари ацетону, толуолу, вуглекислоти), іонізація повітря сучасних рентгенодіагностичних кабінетів, що можуть здійснювати суттє­вий вплив на здоров'я персоналу при комбінованій дії з рентгенівським випромінюванням.

Ефективність радіаційного захисту персоналу підтверд­жується результатами дослідження тривалості життя медичного персоналу США і Великобританії. В США середня тривалість життя рентгенологів на п'ять років менша, ніж лікарів, що не піддавались професійному опроміненню За даними, отриманими в 50-60 роки минулого століття, середній вік радіологів був 60,5 років, тоді як лікарів, що не піддавались щоденному опроміненню - 65,7 року, при проміжному ступені опромінення -63,7 року.

Вивчення смертності радіологів Великобританії не виявило скорочення життя. Ця невідповідність між даними США і Великобританії пояснюється тим, що у Великобританії на 20 років раніше, ніж у США, почали застосовувати ретельно розроблені стандарти радіаційного захисту. Вважається, що сучасні методи радіаційного захисту зменшують до мінімуму небезпеку, яку несе професійне опромінення.