Лекции_Медицинская физика

51

Предел разрешения – наименьшее расстояние между двумя точками предмета, рассматриваемого с расстояния наилучшего зрения, при котором они различимы как отдельные объекты. В норме это 75 мкм.

Недостатки оптической системы глаза.

В норме в глазу при отсутствии аккомодации лучи фокусируются на сетчатку. Такой глаз называется эмметропическим. Глаз, в котором это условие не выполняется, называют аметропическим. Видами аметропии являются близорукость (миопия) и дальнозоркость (гиперметропия) (рис. 29).

Рис. 29

Одна из причин – изменение свойств хрусталика. Исправляют недостатки зрения при помощи линз.

Острота зрения – медицинский показатель – показывает величину,

обратную наименьшему углу зрения (в угловых минутах). W = 1/β; Для нормального зрения острота равна 1. То есть наименьший угол зрения = 1'.

На практике остроту зрения определяют по специальной таблице.

§ 29. Тепловое излучение

Солнце – источник теплового излучения, обусловливающий жизнь на Земле. Его излучение обладает лечебными свойствами (гелиотерапия). Но возможно и негативное действие (тепловой удар, ожоги). Максимум энергии излучения в спектре Солнца приходится на длину волны 555 нм, что соответствует наилучшей чувствительности глаза. В излучении,

достигающем земной поверхности отсутствуют коротковолновые УФ лучи.

52

Они поглощаются озоновым слоем.

Термография – диагностический метод, основанный на измерении и регистрации теплового излучения поверхности тела человека или его отдельных участков.

Организм человека поддерживает постоянную температуру тела,

которая отличается от температуры внешней среды. Между телом человека и окружающей средой возникает теплообмен. Задача организма состоит в обеспечении равенства между теплотой, выделяемой в организме (Qвыд) и

теплотой, отдаваемой в окружающую среду(Qотд).

Если этот баланс нарушается, то организм погибает от переохлаждения или от перегрева.

От общей доли энергетических потерь тепловое излучение организма составляет ~ 50 %. Максимум излучения приходится на длину волны

λ = 9,5 мкм. Мощность потерь P для раздетого человека ~ 122 Вт при T0 = 18°C. P для человека одетого в x/б ткань 37 Вт при тех же условиях. В

последнем случае уменьшение теплопотерь связано с теплопроводностью – процессом передачи тепла через слой материала. Здесь передача тепла осуществляется при непосредственном контакте. Теплопроводность описывается уравнением Фурье.

Теплообмену способствует явление конвекции – образование газовых или жидкостных потоков, перемешивающих эти среды. В конвекционном потоке теплообмен происходит гораздо эффективнее (например, при ветре).

Для тела под одеждой конвекционные потоки сведены практически к нулю.

Если температура окружающей среды выше температуры тела, то теплопроводность и конвекция создают тепловой поток, направленный внутрь тела. Это может привести к перегреву (тепловой удар). Живой организм не в состоянии функционировать без отдачи тепла наружу.

Еще один механизм, посредством которого организм отдаёт теплоту,

связан с испарением жидкости. При комнатной температуре и нормальной влажности человек выводит из организма ~ 0,35 кГ влаги в сутки вместе с

53

выдыхаемым воздухом; ~ 0,5 кГ влаги в виде пота. Это в сумме составляет энергию ~ 2 106 Дж, и в сутки достигает ~ 25–30 % от всей теплопродукции организма.

При соблюдении стандартных условий регистрируемая топография излучения характерна для данного человека.

Определение температуры поверхности тела осуществляется несколькими способами: а) плёнками жидких кристаллов; б) тепловизорами,

чувствительность которых до 0,2°.

Регистрация излучения разных участков поверхности тела является надёжным неинвазивным диагностическим методом.

Воздействие низких температур.

Холод – лечебное средство. Под действием холода происходит спазм мелких сосудов, понижается нервная возбудимость, замедляется кровоток,

предотвращается возникновение отёков. Процедура криомассажа использует жидкий азот (-196°C). При этом тефлоновая насадка имеет температуру (-50– 60°C).

Светолечение – это использование инфракрасного (ИК) и видимого излучения в лечебных целях.

Лампа Минина, лампа Соллюкс. В них сочетается видимое и ИК излучения. Источник лампа накаливания 50 и 500 Вт соответственно.

Длинноволновое ультрафиолетовое (УФ) излучение (400–315 нм).

Вызывает эритемное и загарное действие. Используется при лечении многих дерматологических заболеваний.

Средневолновое УФ излучение (315–280 нм). Витаминообразующее и антирахитное действие.

Коротковолновое УФ излучение (280–200 нм). Бактерицидное действие.

Для глаз все УФ излучения вредны.

§ 30. Рентгеновское излучение

Это электромагнитные волны с длиной от 80 до 10-5 нм. Получают в рентгеновских трубках (рис. 30 а). При торможении электронов материалом

54

анода возникает тормозное рентгеновское излучение. Спектр этого излучения сплошной. Это связано с тем, что разные электроны отдают на

называется характеристическим (рис. 30 в). Электроны, ускоренные высоким напряжением проникают вглубь атома и выбивают электроны из внутренних слоёв. На свободные места переходят электроны с верхних уровней. Это и

1.Использование рентгеновское излучение в медицине.

Рентгеновское излучение (РИ) при падении на тело незначительно

отражается, а в основном проходит вглубь. Там оно частично поглощается,

рассеивается и частично проходит насквозь.

В медицине пользуются массовым коэфициентом ослабления, который не зависит от плотности вещества

m / ;

55

Массовый коэфициент ослабления зависит от энергии фотона и от атомного номера вещества поглотителя.

Если на пути рентгеновских лучей поместить неоднородное тело и за ним поставить флуоресцирующий экран, то это тело, поглощая излучение,

образует на экране тень. По виду тени можно судить о форме, плотности,

структуре, а во многих случаях и о природе тела. Различия в поглощении РИ разными тканями позволяют в теневой проекции видеть изображение внутренних органов. Если используемый орган и окружающие ткани одинаково ослабляют РИ, то применяют рентгено-контрастные вещества.

Так, например, наполнив желудок и кишечник кашеобразной массой сульфата бария (BaSO4), можно видеть их теневое изображение

(соотношение коэффициентов ослабления равно 354).

В медицине используют РИ с энергией фотонов от 60 до 100–120 кэВ – при диагностике; 150–200 кэВ – при терапии.

2. Рентгенодиагностика – распознавание заболеваний при помощи просвечивания тела рентгеновским излучением.

Рентгеноскопия. Рентгеновская трубка расположена позади пациента.

Перед ним флуоресцирующий экран. На экране теневое изображение. В

каждом отдельном случае подбирается соответствующая жёсткость излучения, так чтобы оно проходило через мягкие ткани, но поглощалось плотными. На экране сердце, рёбра видны тёмными, а лёгкие светлыми.

Рентгенография. Пациент помещается на кассете с фотоплёнкой.

Рентгеновская трубка над пациентом. Рентгенограмма даёт негативное изображение. В данном методе есть возможность наблюдать детали, которые трудно рассмотреть при просвечивании. Преимущество – малая доза.

Недостаток – нельзя проследить динамику.

Флюорография. На малоформатной плёнке фиксируется изображение с большого экрана. Снимки рассматриваются на специальном увеличителе.

3. Рентгенотерапия – использование РИ для уничтожения злокачественных образований.

56

Биологическое действие излучения заключается в нарушении жизнедеятельности особенно быстро размножающихся клеток.

§ 31. Рентгеновская компьютерная томография

Из формулы (**) можно найти коэффициент ослабления, зная интенсивность I и I0 рентгеновского излучения.

1ln I0 x I

Просветим рентгеновскими лучами два слоя из различных материалов ( 1 2 ), но одинаковой толщины l (рис. 31).

Интенсивность I1 рентгеновского излучения на границе раздела слоёв будет равна:

I1 I0e 1l

Тогда при выходе РИ из второго слоя интенсивность будет

Отсюда виден основной недостаток рентгенодиагностических методик.

Измерение величины I0 /In не в состоянии дать информацию о находящихся внутри тела человека органах. Прежде чем попасть на исследуемый орган рентгеновское излучение проходит некоторое расстояние в предшествующих ему тканях и в последующих. То есть ln I0 /In даёт информацию лишь о некотором среднем коэффициенте ослабления, но не о том, который соответствует исследуемому органу.

Второй недостаток связан с контрастностью изображения. Её оценивают как / . Здесь минимальная разность коэффициентов ослабления объектов, при которой их изображения на плёнке будут различаться по интенсивности. Чем меньше / , тем более контрастное

57

изображение можно получить. Для обычной рентгенодиагностики это отношение составляет около 0,1. То есть различить изображение соседних тканей или органов возможно, если их коэффициенты ослабления отличаются не менее чем на 10 %. В ряде диагностических задач этого недостаточно.

Эти недостатки устраняет рентгеновская компьютерная томография. В 1979 г. английские физики А. Корман и Г. Хаунсфилд получили за это

неизвестными.