Реферат по Физика на тему Рентген. Рентгеновская томография и ее недостатки.

Введение


На протяжении многих веков усилия врачей были направлены на решение труднейшей задачи - улучшение распознавания заболеваний человека. Потребность в методе, который позволил бы заглянуть внутрь человеческого тела, не повреждая его, была огромной. Какую огромную пользу принес бы непосредственный осмотр человеческого организма, если бы он стал вдруг «прозрачным». И вряд ли кто-нибудь из ученых прошлого мог предположить, что эта мечта вполне осуществима. По-требность увидеть не оболочку, а структуру организма живого челове-ка, его анатомию и физиологию была столь насущной, что, когда чудес-ные рентгеновские лучи, позволявшие осуществить это были, наконец, открыты, врачи почти сразу поняли, что в медицине наступила новая эра.
Рентгенологический метод - это способ изучения строения, функ-ций различных органов и систем, основанный на качественном и/или ко-личественном анализе пучка рентгеновского излучения, прошедшего через тело человека.
Рентгенография - способ рентгенологического исследования, при котором изображение объекта получают на рентгеновской пленке путем ее прямого экспонирования пучком излучения.
Томография - послойная рентгенография. При томографии, бла-годаря движению во время съемки с определенной скоростью рентге-новской трубки на пленке получается резким изображение только тех структур, которые расположены на определенной, заранее заданной глубине. Тени органов и образований, расположенных на меньшей или большей глубине, получаются «смазанными» и не накладываются на ос-новное изображение. Томография облегчает выявление опухолей, вос-палительных инфильтратов и других патологических образований.
В терапевтической практике чаще всего вначале прибегают к про-стому просвечиванию рентгеновскими лучами за рентгеновским экраном – рентгеноскопии. Однако, с помощью обычной, бесконтрастной рентге-носкопии, можно исследовать лишь органы, дающие на экране тени раз-личной яркости. Например, на фоне прозрачных за рентгеновским экраном лёгких, можно исследовать сердце (размеры, конфигурацию), определить участки уплотнения в легочной ткани, обусловленные вос-палительной инфильтрацией при пневмонии. Одним из наиболее совер-шенных, дающих очень достоверную информацию рентгенологических методов является компьютерная томография, позволяющая благодаря использованию ЭВМ дифференцировать ткани и изменения в них, очень незначительно различающиеся по степени поглощения рентгеновского излучения. За последние годы значительно усовершенствовалась техни-ка получения изображения. С помощью электронно-оптического усили-теля, установленного на рентгеновском аппарате, удается получить зна-чительно более яркие и четкие изображения при меньшей дозе облуче-ния больного, что в свою очередь позволяет снять на кинопленку весь процесс исследования или отдельные его фазы (рентгенокинематогра-фия). Это имеет особое значение при функциональных нарушениях ор-ганов (эзофагоспазм, дискинезия кишечника и т. д.). Кинопленку можно затем вторично просмотреть и вновь восстановить весь процесс исследо-вания больного, провести консилиум и т. д. Кроме медицины рентген используется также и в других областях (археологии, промышленности и т.д.)
В данном реферате рассмотрим области применения рентгенов-ской томографии, её принцип работы, а также преимущества и недостат-ки.

 
Глава 1. Область применения рентгеновской томографии

Рентгеновская компьютерная томография (КТ) может предоставить непревзойденную информацию о внутренней структуре материалов не-разрушающими методами от метров до десятков нанометров. Она ис-пользует проникающую способность рентгеновских лучей для получе-ния серии двумерных (2D) рентгенограмм объекта, наблюдаемого с многих разных направлений. Этот процесс иногда называют компью-терной томографией. Затем вычисленный алгоритм реконструкции ис-пользуется для создания стопки срезов поперечного сечения из этих двухмерных проекций (рентгенограмм) объекта.
Одно из основных преимуществ визуализации с помощью рентге-новской компьютерной томографии по сравнению с другими методами заключается в том, что она является неразрушающей. Это имеет реша-ющее значение при исследовании тонких образцов, которые нелегко разделить, тех образцов, которые не должны быть повреждены (напри-мер, культурных артефактов) или где структурная целостность инже-нерного компонента должна быть гарантирована. Это, а также тот факт, что современные системы компьютерной томографии могут работать при дозах рентгеновского излучения, которые представляют относи-тельно низкий риск для здоровья человека, привело к его широкому ис-пользованию в качестве медицинского диагностического инструмен-та. Неразрушающий аспект также открывает возможность продольных исследований, отслеживающих эволюцию трехмерной структуры, например, рост злокачественной опухоли, подвергающейся лечению. В этом отношении КТ-сканирование может проводиться либо периодиче-ски в режиме покадровой съемки, например, для отслеживания мета-морфозы куколки, либо непрерывно в режиме реального времени, например, для отслеживания продвижения жидкости через породу, тре-щины во время разрушение образца или катастрофический тепловой от-каз литиевой батареи.
Контраст, регистрируемый каждой проекцией, зависит от взаимо-действия рентгеновских лучей с веществом. В результате возможны не-сколько режимов контрастирования, которые подходят для разных за-дач визуализации. Когда электромагнитная рентгеновская волна прохо-дит через объект, как интенсивность, так и изменение фазы меняются в зависимости от показателя преломления n: где мнимая часть (β) контро-лирует ослабление (поглощение), а действительная часть (δ) - фазовый сдвиг при прохождении рентгеновских лучей через объект. Первый ис-пользуется для получения контраста затухания, а реальная часть ис-пользуется для фазового контраста. Линейный коэффициент ослабления, μ, выражает ослабление рентгеновских лучей при их прохождении через материал и дается 4πβ/Х, где λ является длина волны рентгеновского из-лучения.
При принятии решения о том, следует ли и как проводить компью-терную томографию, необходимо учитывать несколько важных факто-ров, включая размер объекта, интересующие особенности и их состав, допустимую дозу и временное разрешение. Подобно тому, как 2D-изображения состоят из 2D-пикселей, 3D-изображения состоят из мно-жества кубических объемных элементов, называемых вокселями. Про-странственное разрешение, как правило, больше, чем размер воксела, в зависимости от условий сканирования. Хотя можно обнаружить элемен-ты, которые меньше размера воксела, если они достаточно хорошо раз-делены и имеют достаточный контраст, чтобы отличить их от шума при реконструкции, для правильной характеристики элементов (формы, объема и т. д.) Выбранный размер воксела должен быть значительным, меньше размера ожидаемых функций или их разделения. Обычно (в ме-дицинской или тяжелой промышленности) КТ обычно относится к суб-миллиметровому разрешению или более низкому (размер вокселей ≥100 мкм), микротомография