- •Введение
- •Элементарные частицы атомы молекулы тела
- •Классификация медицинской электронной аппаратуры
- •Классификация медицинской электроники по функциональному назначению.
- •II. Классификация медицинской аппаратуры по принципу действия.
- •Действие электрического тока на организм.
- •От вида тока и частоты.
- •Обеспечение электробезопасности при работе с медицинской аппаратурой.
- •Классификация медицинской аппаратуры по способу дополнительной защиты от поражающего действия электрического тока.
- •Надежность медицинской аппаратуры
- •Механические колебания
- •Незатухающие колебания
- •Энергия колеблющейся точки
- •Затухающие колебания
- •Вынужденные колебания
- •Автоколебания
- •Сложение колебаний
- •I.Однонаправленные колебания.
- •2. Взаимноперпендикулярные колебания.
- •Сложное колебание. Гармонический спектр сложного колебания.
- •Механические волны.
- •Уравнение плоской механической волны.
- •Энергия волны. Поток энергии волны. Вектор Умова.
- •Эффект Доплера.
- •Акустика. Природа звука.
- •Физические характеристики звука.
- •Характеристики слухового ощущения (Физиологические характеристики).
- •Шкала уровней громкости.
- •Звуковые методы исследования в клинике.
- •Гидродинамика
- •Свойства жидкостей
- •Основные понятия гидродинамики
- •Уравнение неразрывности струи
- •Уравнение Бернулли
- •Практические следствия из уравнения Бернулли.
- •Определение гидростатического давления
- •Правило Бернулли
- •4.Всасывающее действие струи – водоструйный насос.
- •Вязкость жидкости.
- •Ламинарное и турбулентное течение
- •Течение реальной жидкости по горизонтальной трубе постоянного сечения. Закон Гагена-Пуазейля.
- •Течение жидкости по горизонтальной трубе переменного сечения
- •Течение жидкости по разветвленной трубе
- •Течение жидкости по эластичной трубе
- •Биореология.
- •О т градиента скорости (скорости сдвига)
- •2) От гематокритного показателя (гематокрита) ,
- •3) От температуры
- •От диаметра сосуда, по которому течет кровь
- •Физические модели кровообращения.
- •Гидродинамическая
- •Электрическая модель.
- •Закономерности выброса и распространения крови в большом круге кровообращения.
- •Работа и мощность сердца.
- •Биологические мембраны
- •2.Физические свойства мембран.
- •Методы исследования мембран
- •4. Рентгеноструктурный анализ.
- •Диффузия в жидкостях. Закон Фика
- •Транспорт веществ через мембрану.
- •Пассивный транспорт веществ.
- •Перенос незаряженных частиц (атомов и молекул) через мембрану
- •Перенос заряженных частиц (ионов) через мембрану
- •Облегченная диффузия.
- •Активный транспорт.
- •Потенциал действия.
- •Распространение потенциала действия. (проведение возбуждения по нервным волокнам).
- •Электромагнитные явления в биологических системах Природа биопотенциалов и способы их описания
- •Равенство Доннана.
- •Потенциал покоя
- •Потенциал действия.
- •Распространение потенциала действия. (проведение возбуждения по нервным волокнам).
- •Биофизические принципы исследования Электрических полей в организме.
- •Электрический диполь
- •Напряженность электрического поля диполя.
- •Потенциал. Разность потенциалов.
- •Диполь в электрическом поле.
- •Токовый диполь. Эквивалентный электрический генератор.
- •Электрокардиография
- •Метод отведений Эйнтховена
- •Вектор-электрокардиография.
- •Незатухающие электромагнитные колебания.
- •Затухающие колебания
- •Вынужденные колебания.
- •Импульсные токи
- •Апериодический разряд конденсатора
- •Характеристики импульсных токов.
- •Генераторы импульсных токов.
- •Генератор на неоновой лампе
- •Блокинг-генератор
- •3. Мультивибратор
- •Изменение формы импульса.
- •Дифференцирующая цепь
- •Действие импульсного тока на ткани организма
- •Биологические основы реографии
- •Цпт, содержащая последовательно включенные активное, индуктивное и ёмкостное сопротивления
- •Цпт, содержащая параллельно включенные активное, индуктивное и ёмкостное сопротивления
- •Органы и ткани как элементы цптю
- •Электромагнитное поле. Электромагнитные волны Основные положения электромагнитной теории Максвелла.
- •Энергия электромагнитной волны
- •Физические процессы, происходящие в тканях организма под действием токов и электромагнитного поля
- •3. Переменное магнитное поле.
- •Поляризация света Природа света. Основные характеристики света
- •Поляризация света
- •Методы получения полностью поляризованного света
- •При отражении от неметаллического зеркала
- •При двойном лучепреломлении
- •3. Дихроизм.
- •Система поляризатор – анализатор
- •Вращение плоскости поляризации. Поляриметрия
- •Поляризационный микроскоп
- •Тепловое излучение. Природа теплового излучения. Характеристики теплового излучения
- •Закон Кирхгофа
- •Законы излучения абсолютно черного тела
- •Формула Планка и её применение для уточнения законов теплового излучения абсолютно черного тела
- •Источники теплового излучения, применяемые для лечебных целей
- •Электронная оптика Волновые свойства частиц. Длина волны де Бройля
- •Электронный микроскоп
- •Люминесценция
- •Фотолюминесценция
- •Закон Стокса
- •Количественные оценки люминесценции
- •Применение люминесценции в медицине
- •Индуцированное излучение. Лазеры – оптические квантовые генераторы
- •Свойства лазерного излучения
- •Применение лазеров в медицине
- •Голография и возможности её применения в медицине
- •Рентгеновское излучение
- •Свойства рентгеновского излучения
- •Механизмы генерации рентгеновского излучения
- •Рентгеновская трубка
- •Зависимость энергии рентгеновского излучения от рабочих параметров рентгеновской трубки.
- •Действие рентгеновского излучения на вещество
- •Некогерентное рассеяние (эффект Комптона).
- •Применение рентгеновского излучения в медицине
- •Ионизирующее излучение
- •Строение атомного ядра
- •Энергия связи
- •Радиоактивность. Виды излучений
- •Основной закон радиоактивного распада
- •Радиоактивность в природе – естественная фоновая радиация
- •Дозиметрия ионизирующего излучения Проникающая и ионизирующая способности радиоактивного излучения
- •Биофизические основы действия ионизирующего излучения на организм
- •Характеристики ионизирующего излучения
- •Дозиметрическая аппаратура
- •Защита от ионизирующего излучения
- •Электронный парамгнитный резонанс
- •Ядерный магнитный резонанс
Действие рентгеновского излучения на вещество
При попадании на тело рентгеновское излучение незначительно отражается, но большая часть его проходит вглубь. Часть прошедшего излучения поглощается и рассеивается в веществе, часть проходит сквозь тело. Поглощение и рассеяние рентгеновского излучения происходит из-за того, что оно взаимодействует с атомами и молекулами вещества и передает им свою энергию. При этом возможны следующие первичные процессы.
1) Когерентное рассеяние. Пусть на тело падает фотон рентгеновского излучения энергией ,
а работа выхода электрона атомов этого тела есть . Пусть . Тогда при столкновении этого фотона с электроном атома, прочно связанного с ядром, фотон изменит траекторию своего движения, но энергию при этом практически не изменит . Это явление называется когерентным рассеянием. Биологического действия на ткани организма когерентное рассеяние практически не оказывает.
2) Фотоэффект. Если , т.е. если энергия фотона
достаточна для отрыва электрона, то
фотон отдает ему всю энергию, прекращая своё существование. В результате электрон вылетает из атома, атом ионизируется (фотоионизация).
Вылетевший электрон называется электроном отдачи. Это явление называется фотоэффектом и описывается уравнением Эйнштейна
Т.о. при фотоэффекте происходит ионизация атомов вещества, поглотившего рентгеновского излучения.
Некогерентное рассеяние (эффект Комптона).
Э то явление наблюдается, если на атом падает фотон, энергия которого значи-тельно больше энергии ионизации (работы выхода) . Фотон может столкнуться с электроном атома, находящемся на внешнем уровне, где электрон менее связан с ядром, чем на внутренних уровнях. При этом электрон (электрон отдачи) отрывается от атома, а фотон, энергия которого уменьшится, изменяет свое направление. Энергия фотона может оказаться такой большой, что фотон выбьет электрон с внутреннего уровня.
Мы рассмотрели первичные процессы, но все эти три
процесса могут вызывать вторичные,
третичные и т.д. процессы. Например, пусть произошел не внешний, а внутренний фотоэффект, т.е.фотон
рентгеновского излучения выбил электрон из внутренней оболочки. На этой оболочке образуется вакансия, на которую перейдет электрон с внешней оболочки. При таком переходе излучается фотон рентгеновского диапазона! Электроны отдачи обладают высокой кинетической энергией и могут взаимодействовать с соседними атомами, вызывая какие-либо другие явления, рассмотренные нами. И, прежде чем энергия фотона перейдет в энергии. Теплового движения атома, т.е. прежде чем фотон полностью отдаст свою энергию, может произойти несколько десятков процессов.
При прохождении рентгеновского излучения через вещество оно ослабляется в соответствии с законом Бугера
,
где - глубина проникновения в вещество; Коэффициент ослабления. В общем случае коэффициент ослабления учитывает все три рассмотренных процесса
.
Применение рентгеновского излучения в медицине
В лечебных целях рентгеновское излучение применяется в онкологии, т.к. наиболее чувствительны к рентгеновскому излучению быстроразмножающиеся клетки, т.е. злокачественные опухоли.
Наиболее распространенным применением рентгеновского излучения является применение для диагностических целей – просвечивание рентгеновскими лучами с диагностической целью.
Для рентгенодиагностики используют фотоны с энергией , т.е. очень узкий диапазон длин волн . Поглощение рентгеновского излучения в этой области описывается как
,
где связан в основном с фотоэффектом. коэффи-циент пропорциональности.
Мягкие ткани организма состоят из достаточно легких ато-мов . А минеральное вещество костей содержит элементы со значительными порядковыми номерами , поглощающая способность которых значительна. Поэтому отно-сительно мягкое излучение кость поглощает примерно в 10 раз сильнее, чем мягкие ткани, а жесткое излучение кость поглощает только в 2 3 раза сильнее.
Если на пути рентгеновского излучения поместить какое-либо тело, а за ним экран, то тело, поглощая излучение, образует на экране тень. Наблюдая образующееся теневое изображение тела, можно судить о форме органа. А по контрастности тени и об относительной плотности тела. Т.к. разные органы и ткани поглощают рентгеновское излучение по-разному, то и картину на экране мы будем иметь для каждого органа своеобразную и по ней судить о нормальности и патологическом состоянии органа.
В рентгенодиагностике используют три метода: рентгено-скопию (просвечивание), рентгенография (фотографирование) и рентгеновскую томографию.
При рентгеноскопии теневое изображение получается на экране: наиболее плотные, сильно поглощающие органы (сердце, наполненные кровью сосуды, кости) видны темными, а мало поглощающие органы – светлыми.
П ри рентгенографии теневое изображение получается на снимке, на котором мало поглощающие органы получаются темными, а сильно поглощающие – светлыми. Иэображение получается четким. Можно сделать рентгенодиагностические исследования органов, которые не даюттеневого изображения.Для этого их наполняют контрастной массой , хорошо поглощающей рентгеновское излучение.
Рентгеновская томография является достаточно новым методом и позволяет послойно исследовать орган. Она заключается в том, что рентгеновская трубка и фотопленка перемещаются в противофазах. При исследовании какого-либо органа в нем выбирается одна какая-то точка (точка качания) Эту точку фотографируют с разных позиций. И тогда те органы, которые затемняли изучаемую точку при рентгенографии, становятся общим фоном, на котором выделяется исследуемая точка. При исследовании какого-либо органа, изменяя положение точки качания, т.е. последовательно исследуя одну точку органа за другой, послойно, можно получить послойное изображение исследуемого органа. Такая последовательная запись органа называется томографией.
Можно вместо фотопленки использовать экран из полупроводниковых детекторов ионизирующего излучения. Детекторы преобразуют рентгеновское излучение в электрический сигнал, который можно подать на компьютер или записать на бумаге самописца. За эту разработку авторы Хаунсфилд и Мак-Корман получили Нобелевскую премию.
Лекция 16