4 месяца назад
Нету коментариев

Рентген назвал открытые им лучи «лучами икс», под­черкнув этим то обстоятельство, что природа новых лу­чей до конца не ясна. Как это нередко бывает в науке, изучение и выяснение свойств того или иного явления не всегда и не сразу приводят к пониманию его сущно­сти. Так было и с лучами, открытыми Рентгеном. Их свойства были им изучены с исчерпывающей для того времени полнотой. В последующие десятилетия были внесены лишь немногочисленные, хотя и довольно суще­ственные, поправки и дополнения к описанию Рентгена. В то же время природа этих лучей оставалась не ясной ни самому ученому, ни другим физикам того времени.

Лишь спустя почти 20 лет, благодаря удивительному прогрессу физики, благодаря целому ряду выдающихся открытий была выявлена природа рентгеновых лучей и других открытых к тому времени ионизирующих излуче­ний. Но для этого понадобились огромные усилия мно­гих выдающихся ученых.

Одно из важнейших достижений науки — открытие немецкими физиками Максом фон Лауэ, П. Книппингом и В. Фридрихом явления преломления и интерференции при облучении рентгеновскими лучами кристаллов. Этим было доказано, что рентгеновы лучи, как и ультрафиоле­товые и инфракрасные, как гамма-лучи и радиоволны, являются электромагнитными колебаниями, отличающи­мися друг от друга лишь длиной волны.

Справедливости ради следует сказать, что Рентген предполагал, что открытые им лучи близки к лучам ви­димого света. Однако его гипотеза о том, что они представляют собой не поперечные, а продольные колебания, была опровергнута дальнейшими исследованиями. По­надобилось открытие других видов энергии и их сравни­тельная углубленная оценка и изучение, чтобы выяснить общую природу электромагнитных колебаний.

Каков же современный взгляд на природу рентгено­вых лучей? Как они возникают и каковы их основные свойства?

В соответствии с нынешним уровнем знаний на эти вопросы можно дать следующие ответы, которые мы приводим в несколько упрощенном и схематизированном виде.

В природе существует очень большое количество электромагнитных колебаний. Среди них — световые волны. Человеческий глаз, являясь наиболее совершен­ным органом чувств, в то же время воспринимает и реа­гирует лишь на часть световых волн.

Как известно, солнечный свет, пропущенный через призму, разделяется на семь основных цветов, располо­женных в определенной последовательности в соответ­ствии с длиной волны. Наиболее коротковолновыми в спектре являются фиолетовые лучи, наиболее длинно­волновыми — красные.

Как показали исследования, по обе стороны спектра находится большое количество лучей, не видимых для нашего глаза, обладающего, так сказать, «шорами» в отношении длины волны. Так, за пределами красных лу­чей спектра находятся лучи с еще большей длиной вол­ны — инфракрасные, волны радио и ряд других. Они могут быть выявлены при помощи различных приборов (аппаратов, регистрирующих температуру, радиоприем­ников и т. д.). За пределами фиолетовых лучей спектра находятся многочисленные коротковолновые колеба­ния—ультрафиолетовые, рентгеновы, гамма, космиче­ские лучи и др. Для регистрации этих колебаний также могут быть использованы различные приборы.

Одним из чувствительных приемников рентгеновых лучей может быть экран, покрытый светящимся соста­вом или люминофором. На этом основан широко рас­пространенный метод исследования — рентгеноскопия, или рентгенологическое просвечивание.

Другой приемник — рентгеновская пленка, покрытая эмульсией, содержащая бромистое серебро. На принципе дифференцированного почернения пленки под влия­нием рентгеновских лучей базируется другой известный метод рентгенологического исследования — рентгено­графия.

Со времен Рентгена до наших дней рентгеновское ап­паратостроение прошло путь, который можно сравнить, например, с дистанцией, отделяющей первый паровоз от современных электровозов и первый пароход от нынеш­них океанских лайнеров. Рентгеновский аппарат в на­стоящее время представляет собой сложный агрегат, в котором использованы новейшие достижения электрони­ки, механики, оптики. Вместе с тем принцип получения рентгеновых лучей в целом остался неизменным.

И сегодня, как и в 1895 г., рентгеновы лучи возни­кают в вакуумной трубке, к которой подается ток высо­кого напряжения. От отрицательного электрода трубки (катода) под влиянием электрического тока напряжени­ем в десятки и сотни тысяч вольт отрываются электро­ны, которые мчатся с огромной скоростью через безвоз­душное пространство трубки к положительному электро­ду (аноду). На поверхности анода электроны тормозят­ся, и благодаря этому электрическая энергия преобразу­ется в электромагнитные волны. Последние и являются рентгеновыми лучами, которые направляются при помо­щи специальных устройств вне трубки и попадают за­тем, проходя через тело исследуемого, на специальный экран или пленку.

Чем больше напряжение тока, поданного на трубку, тем быстрее скорость полета электронов и тем сильнее их торможение на уровне анода. Это, в свою очередь, приводит к возникновению рентгеновых лучей с малой длиной волны (так называемых жестких лучей). При снижении напряжения электрического тока сила тормо­жения также уменьшается и возникают рентгеновы лучи с большой длиной волны (мягкие лучи).

Чем короче длина волны рентгеновых лучей (чем эти лучи «жестче»), тем выше их способность проникать через органы и ткани человеческого организма. Регули­рование напряжения, подаваемого на трубку, позволяет в каждом отдельном случае выбирать оптимальную про­ницаемость рентгеновых лучей. В связи с тем, что на­пряжение тока в сети обычно равно 127 или 220 вольтам, а на трубку необходимо подавать напряжение порядка десятков и сотен тысяч dольт, в конструкцию даже про­стейшего рентгеновского аппарата входят повышающие трансформаторы, которые осуществляют преобразование тока.

Следует подчеркнуть, что пучок рентгеновых лучей состоит из излучений различной длины волны. В нем есть и коротковолновые и относительно длинноволновые лу­чи. Поэтому на пути пучка часто устанавливаются раз­личные фильтры, частично задерживающие ненужные и мешающие исследованию компоненты.

Попадая на поверхность рентгеновского экрана, рент­геновы лучи вызывают флюоресценцию люминофора. В итоге наблюдается возникновение видимого света, кото­рый и воспринимается глазом.

Таким образом, в цепи, начинающейся с подачи тока на вакуумную рентгеновскую трубку и заканчивающей­ся свечением рентгеновского экрана, дважды происходит преобразование одного вида энергии в другой: вначале на уровне анода электрическая энергия преобразуется в электромагнитные колебания, являющиеся невидимыми рентгеновыми лучами, а затем на уровне экрана послед­ние приводят к возникновению видимых световых лучей. Таков вкратце путь возникновения рентгеновых лучей.

Какими же свойствами обладают эти лучи и что за­ставляет создавать дорогостоящие рентгеновские аппа­раты во все возрастающем количестве?

Объясняется это особенностями рентгеновых лучей, которые делают их весьма полезными, а в ряде слу­чаев — незаменимыми.

Главная особенность рентгеновых лучей — способ­ность проникать через различные тела и предметы, не­прозрачные для видимого света. В первую очередь это относится к органам и тканям человеческого тела. При этом чрезвычайно важно, что различные тела пропускают рентгеновы лучи в различной степени. Последняя особен­ность позволяет получить на экране и на пленке раздель­ное изображение различных органов как в норме, так и при тех или иных патологических процессах. Можно, на­пример, определить конфигурацию органа, его размеры, очертания, характер движений и др.

Мы уже говорили, что «жесткие» (коротковолновые) лучи, возникают при более высоком напряжении тока, они легче проходят через тела, чем более «мягкие», или длинноволновые. Но и лучи с одинаковой длиной волны приходят через различные тела неодинаково.

От чего это зависит? Во-первых, от объема объекта. Чем он больше, тем больше лучей поглощается в его толще и тем меньшая часть их доходит до экрана или пленки. Это правило относится и к лучам видимого све­та: при прочих равных условиях толстое стекло, напри­мер, пропускает меньше света, чем тонкое. Во-вторых, на степень прохождения рентгеновых лучей влияет плот­ность объекта. Мягкие сорта дерева (ель, сосна, береза) пропускают больше лучей, чем, например, самшит или черное дерево.

И, наконец, наибольшее значение для степени прохо­ждения рентгеновых лучей имеет химический состав тел (точнее их атомный вес). Чем меньше атомный вес эле­мента, тем он прозрачнее для этих лучей, и, напротив, по мере его повышения повышается количество рентге­новых лучей, которые они задерживают. Поэтому табли­ца Менделеева, в которой элементы расположены в по­рядке увеличивающегося атомного веса, может быть ис­пользована и для определения степени их проницаемо­сти для рентгеновых лучей. Так, например, газы (кисло­род, водород, азот и др.) прозрачны для рентгеновых лу­чей. Мало задерживает эти лучи вода, состоящая из во­дорода и кислорода, а также другие соединения элемен­тов с небольшим атомным весом.

По мере увеличения атомного веса проницаемость элементов понижается. Показателен в этом отношении пример, часто приводимый в рентгенологической литера­туре. Если взять три одинаковых по размерам кубика из трех различных материалов — хрусталя, обычного стекла и алмаза, они будут прозрачны для видимого света, но совершенно неодинаково проницаемы для рент­геновых лучей. Состоящий из чистого углерода алмаз эти лучи не задерживает и не дает тени на экране или рент­геновской пленке, содержащий тяжелый свинец хрусталь практически непроницаем для рентгеновых лучей, а ку­бик из стекла занимает промежуточное положение меж­ду ними и вызывает образование четко видимой, но зна­чительно менее интенсивной тени, чем тень хрусталя.

В то время как легкие металлы (например, алюми­ний) относительно свободно пропускают рентгеновы лучи (особенно коротковолновые, или жесткие), тяжелые металлы (медь, свинец) задерживают их в значительной степени. Данные свойства металлов позволяют исполь­зовать их в рентгенологии для различных целей: алюми­ний — в качестве фильтра, задерживающего мягкие лу­чи, медь — как препятствие для более жестких лучей, свинец — для полной задержки этих лучей (например, для защиты от них).

Некоторые безвредные для организма высокоатомные элементы, задерживающие рентгеновы лучи, использу­ются в рентгенологии в качестве искусственных контра­стных сред. Они во многом способствовали развитию и прогрессу рентгенодиагностики. На заре ее развития ис­пользовали висмут, торий и некоторые другие элементы. В дальнейшем оказалось, что эти элементы небезразлич­ны для организма. Поэтому для клинической практики они сейчас не применяются, а используются лишь для экспериментальных исследований, так же, как и пре­параты, содержащие свинец (например сурик).

В клинических условиях в настоящее время исполь­зуются другие препараты, не оказывающие вредного воздействия на организм. К ним относятся в первую оче­редь сульфат бария, широко применяемый в виде водной взвеси для исследования пищевода, желудка и кишеч­ника, а также многочисленные препараты йода, исполь­зуемые в качестве стойких органических соединений, не разлагающихся в организме. Эти соединения прочно свя­зывают атомы йода в своей молекуле, сохраняя его фи­зические свойства, в частности не позволяют проявлять­ся его химическим особенностям, небезвредным для орга­низма. Органы человеческого тела, состоящие из эле­ментов различного атомного веса, дают тени неодинако­вой интенсивности на экране и на пленке. На этой раз­нице в оптической плотности основана вся рентгеноло­гическая семиотика, в значительной мере подчиняющая­ся законам скиалогии — «учении о тенях» (от греч. skia — тень и logos — учение, наука). Так, например, на фоне содержащих много воздуха легких хорошо вид­ны более плотные тени ребер и ключиц, которые, как и другие кости скелета, содержат много высокоатомного элемента кальция и вследствии этого образуют интен­сивные тени, видимые не только на фоне легких, но и на фоне мощных мышц бедер, голеней и т. п.

На рентгенограмме можно отличить не только один орган от другого. Этого было бы слишком мало для де­тального анализа и, следовательно, для диагностики. Благодаря тому, что каждый орган, как правило, не од­нороден по своему химическому составу, тень, которую он образует, также не однородна и имеет свой рисунок или, как говорят рентгенологи, свою структуру. Изуче­ние этой структуры составляет основу рентгеноанато­мии — науки о нормальном строении человеческого те­ла в рентгеновском изображении. Без тщательного изу­чения нормальной рентгеноанатомии незвозможна и рентгенодиагностика.

Освоение рентгенологии всегда начинается с деталь­ного изучения нормальной рентгеноанатомии. То, что кажется для неспециалиста простой, элементарной тене­вой картиной, квалифицированному рентгенодиагносту представляется целым миром, таящим в себе огромное количество информации. Но эту информацию нужно из­влечь, так как она зашифрована, закодирована. Искус­ство рентгенолога в том и заключается, чтобы превра­тить теневую, скиалогическую картину в анатомическую, физиологическую и в конечном итоге клиническую.

Опытного рентгенолога, извлекающего бесценные све­дения из немой рентгенограммы, можно сравнить со сле­допытом из романов Фенимора Купера или Майн-Рида, которыми мы все зачитывались в юности. Вы, конечно, помните как эти следопыты восстанавливали по смятой траве, по отломанной веточке, царапине на стволе дере­ва целую цепь происшедших на этом месте событий. Рентгенолог также должен уметь полноценно расшифро­вать рентгенограмму, получить из нее как можно боль­ше полезных сведений и тем самым восстановить кар­тину болезни.

Объективности ради следует сказать, что это не всег­да легко. Рентгенограмма не обманывает, но рентгено­лог, неточно или неправильно истолковывающий сни­мок, может пойти по неверному пути и невольно ввести в заблуждение других.

Для того чтобы глубоко понять то, что находится перед глазами на рентгенологическом снимке, нужны твердые знания основ рентгенодиагностики в тесной свя­зи с данными клиники и лабораторных исследований. В отрыве от последних рентгенологические данные в зна­чительной мере теряют свою ценность.

Мы остановились на важнейшем свойстве рентгено­вых лучей — возможности проникать через тела и пред­меты, в том числе сквозь органы и ткани человеческого организма. Это их главное свойство легло в основу рент­генологии как науки и практической дисциплины.

Но рентгеновы лучи обладают и рядом других важ­ных свойств. Одним из них является их биологическое действие — способность влиять на жизнедеятельность живых клеток и тканей. При относительно больших до­зах облучения (значительно превышающие использу­емые при диагностических процедурах) под воздействи­ем лучей изменяется биология тканей, что может быть использовано для лечебных целей. Это свойство лучей лежит в основе рентгенотерапии.

О свойстве рентгеновых лучей вызывать флюоресцен­цию мы уже говорили (кстати, благодаря данному свой­ству они были обнаружены). На этом основана рентге­носкопия. Ученые непрерывно работают над улучшением состава люминофоров, над повышением яркости свече­ния экранов. В этом отношении уже достигнуты серьез­ные успехи.

В частности, большое значение в развитии рентгено­логии сыграло изобретение электронно-оптических уси­лителей, или преобразователей, резко повышающих раз­решающую способность рентгеноскопии и вместе с тем значительно снижающих вредное воздействие лучей.

На свойстве рентгеновых лучей создавать фотогра­фическое изображение объектов основана рентгеногра­фия. Рентгеновы лучи, как и видимый свет, попадая на поверхность пленки, покрытой фоточувствительной эмульсией, разлагают содержащееся в ней бромистое серебро и создают изображение снимаемого объекта.

Наконец, еще одним важным свойством рентгеновых лучей является так называемый ионизационный эффект. Проходя через различные газы (в том числе через воз­дух), эти лучи создают большое количество ионов бла­годаря отрыву электронов от молекул воздуха. Иониза­ция воздуха значительно повышает его электропроводи­мость. Ионизационный эффект свойствен и другим из­лучениям — радиоизотопным, гамма-лучам и другим. Все они относятся поэтому к ионизирующим излучениям. На этом эффекте основан один из способов определения дозы, в том числе и единицы измерения рентгеновых лу­чей — рентгена.

Рентгеновы лучи обладают и рядом других свойств, но так как эти свойства не имеют прямого отношения к нашей теме, мы на них здесь не останавливаемся.