MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ PEDAGOGICKÁ FAKULTA

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ PEDAGOGICKÁ FAKULTA Katedra fyziky Rtg záření, jeho vlastnosti a využití Diplomová práce Brno 2007 Autor práce: Eva Martykánová Vedoucí práce: Prof.RNDr.Vladislav Navrátil,CSc.

2 Anotace Diplomová práce Rtg záření, jeho vlastnosti a využití pojednává o rentgenovém záření, které se uplatnilo v lékařství, a to v diagnostice a v léčbě nemocí. Využití rentgenova záření se neustále rozšiřovalo i do dalších oborů. Využívá se ke kontrole materiálu v průmyslu, jako bezpečnostní rentgeny, v umění, astronomii a v dalších oblastech. Annotation The diploma thesis The X-rays, its properties and application deals with X ray, which is used in medical practice, in diagnostician and therapies of illness. The application of x-rays has been developed to the others branches. It s also used to matter check in industry, safety x-rays, in art, astronomy and in the next branches. Bibliografický záznam MARTYKÁNOVÁ, Eva. Rtg záření, jeho vlastnosti a využití: diplomová práce. Brno : Masarykova univerzita, Fakulta pedagogická, Katedra fyziky, 2007., Vedoucí diplomové práce, Prof.RNDr.Vladislav Navrátil, CSc. Klíčová slova elektromagnetické záření, rtg záření, rentgenka, rtg přístroje, rtg asistent, rtg vyšetření, dozimetrie, ochrana před rentgenovým zářením, rtg diagnostika, rtg defektoskopie, rentgenografie, ochrana před zářením Key words electromagnetic radiation, X rays, x rays tube, X ray apparatus, X-ray specialist, X-ray studies, dosimetry, X-rays protection, X-ray diagnostic, X-ray materiology, radiography, X- ray protection

3 Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracovala samostatně a použila jen prameny uvedené v seznamu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena na Masarykově univerzitě v Brně v knihovně Pedagogické fakulty a zpřístupněna ke studijním účelům V Brně dne 6.srpen Eva Martykánová

4 Poděkování Děkuji vedoucímu mé diplomové práce panu prof.rndr.vladislavu Navrátilovi, CSc. z katedry fyziky pedagogické fakulty v Brně za odborné vedení, konzultace, věcné připomínky k mé diplomové práci. Děkuji Ing. Miroslavu Brhelovi za cenné rady, podnětné návrhy v průběhu vypracování mé diplomové práce. Děkuji MUDr.Evě Píšťkové za ochotu a odborné rady z využití rtg záření ve zdravotnictví.

5 Obsah Úvod Elektromagnetické záření Vznik rtg záření Výskyt rtg záření v přírodě Historie výzkumu rtg záření Historie rentgenové diagnostiky Wilhelm Conrad Röntgen Vlastnosti rtg záření Energie rtg záření Interakce rtg záření s hmotou Vliv rtg záření na živé organismy Rentgenka Řízení výkonu rentgenky Využití rtg záření 4.1. Rtg záření ve zdravotnictví Konstrukce součastného moderního rtg přístroje Rtg záření v diagnostice Rtg záření v terapii Využití rentgenu v průmyslu Rentgenová defektoskopie Rentgenová mikroskopie Rentgenografie Ochrana proti rtg záření 5.1.Dozimetrie, metody zjišťování ozáření Ochrana proti ozáření Zhodnocení významu rtg záření, jeho vliv na činnost a život člověka Závěr Použitá literatura Příloha...41

6 Úvod Ode dne, kdy W. C. Röntgen poprvé zachytil rentgenový obraz ruky své ženy na fotografickou desku, se rozvíjí snaha o zvyšování kvality získaných obrazů spolu s technickým rozvojem rentgenové diagnostiky. Celou tuto dlouhou dobu se snaží řada vědců nejrůznějších oborů, ale i praktiků rentgenologů analyzovat, jaké faktory mají vliv na vytvoření a ovlivnění kvality rtg obrazu. Závažnost problematiky dokazuje i to, že ICRU (Mezinárodní komise pro radiologické míry a jednotky) se průběžně zabývá otázkami kvality obrazu v rtg diagnostice. Rtg paprsky, též nazývané paprsky X, které jsou neviditelné a prostupují neprůhlednou hmotou, se dají využít jak v lékařství, tak i v jiných technických oborech. Příkladem může být defektoskopie, kontrola kvality materiálů ve strojírenství, nebo rentgenová litografie, tj. technika pro vytváření mikroskopických struktur na povrchu polovodičových substrátů při výrobě mikroelektronických prvků té nejvyšší hustoty. Položme si otázku, jak tyto neviditelné paprsky mohou pomoci či uškodit člověku? Na jakém principu pracuje rtg přístroj, co je to rentgenka? Jak vznikne rtg obraz a co se z něj dá vyčíst? Jak mohu uplatnit získané poznatky o rtg záření ve škole? Chci přiblížit i dalším lidem, jak záření vnímat a jak moc je nebezpečné. Kolik toho o rtg záření ví obyčejný člověk? Předchozí věty by mohl pedagog (učitel fyziky), aplikovat v přírodovědných předmětech, zvláště ve fyzice. Některé kapitoly se žákům zdají být nepochopitelné (nemohou si daný jev ohmatat, vidět). S fyzikou se každý člověk setkává v životě a ve většině povolání. Do jaké míry dané učivo rozšířit záleží nejen na učiteli, ale i na zájmu žáků. Výuka by měla žákům ukázat, jak fyzika a její poznatky jsou významné pro běžný život.vždyť na fyzikálních poznatcích jsou založeny nejdůležitější objevy a technické vynálezy. Fyziku můžeme prohlásit za základ techniky. Tak proč nezkusit analyzovat rentgen a využití rtg záření z fyzikálního pohledu, se kterým se setkáme na základní či střední škole. 6

7 1. Elektromagnetické záření Již od samých počátků lidstva si člověk kladl otázky proč je ve dne světlo, v noci tma, proč oheň hřeje? Dlouho těmto věcem přisuzoval nadpřirozený původ. Teprve v době rozkvětu řecké kultury se začali objevovat myslitelé filosofové, kteří o těchto pojmech přemýšleli hlouběji a začínali si všímat dalších projevů těchto jevů. Postupem doby objevili základní fyzikální vlastnosti světla jako je přímočaré šíření, odraz a koncentrace paprsků dutým zrcadlem, lom světla na rozhraní dvou látek s různou optickou hustotou apod. Na těchto základech pokračovali středověcí badatelé a objevili další vlastnosti světla a jeho využití v jednoduchých zařízeních a přístrojích. Velkým objevem byla skleněná čočka a z ní vycházející soustavy jako dalekohled a mikroskop. Následoval objev rozkladu světla na světelné spektrum. Toto bylo východisko pro úvahy kolem podstaty světla a jeho složení. Jedním z klíčových úspěchů Jamese Clerka Maxwella bylo zjištění, že světelný paprsek je postupná vlna tvořená elektrickým a magnetickým polem elektromagnetická vlna a že tedy optika, studující viditelné světlo, je součástí elektromagnetismu. V Maxwellově době (v polovině 19.století) bylo viditelné, infračervené a ultrafialové světlo jediným známým druhem elektromagnetických vln. Henrich Hertz, podnícen Maxwellovým dílem objevil to, co nyní nazýváme rádiovými vlnami a zjistil, že se šíří v prostoru stejnou rychlostí jako viditelné světlo. Jak ukazuje obr.1 známe nyní široké spektrum elektromagnetických vln. Hlavním zdrojem elektromagnetického záření je pro nás Slunce, které ovlivňuje prostředí na Zemi a kterému jsme přizpůsobeni. Jsme stále skrz na skrz pronikáni elektromagnetickým zářením, rádiovými a televizními signály. Zasahují nás mikrovlny radarových systémů a telefonních spojů. Jsou zde i elektromagnetické vlny ze světelných zdrojů, od elektrických strojů, televizních obrazovek, z rentgenových přístrojů a radioaktivních materiálů. Kromě toho k nám zasahuje kosmické záření záření hvězd a dalších objektů z naší Galaxie i z jiných galaxií. Elektromagnetické vlny se šíří od svého vzniku ze zdroje všemi směry a obklopují nás po celou dobu našeho života. Vlnové délky elektromagnetických vln nemají žádnou spodní ani horní hranici. Některé oblasti v elektromagnetickém spektru na obr.1 jsou označeny známými 7

8 názvy jako rentgenové záření nebo radiové vlny. Tyto názvy označují definované oblasti vlnových délek, ve kterých se běžně užívají určité druhy zdrojů a detektorů elektromagnetického záření. V elektromagnetickém spektru nejsou žádné mezery. Všechny elektromagnetické vlny, ať leží ve spektru kdekoliv, se šíří vakuem stejnou rychlostí c. Hranice viditelné oblasti světla v elektromagnetickém spektru nejsou přesně definovány, protože křivka citlivosti oka se asymptoticky blíží nule na dlouhovlnné i krátkovlnné straně. Přijmeme-li za hranice ty vlnové délky, při nichž klesne citlivost oka na úroveň, kdy již nerozezná změnu intenzity osvětlení danou vlnovou délkou, pak je spektrum viditelné oblasti v rozsahu asi 430 nm až 690 nm. Elektromagnetické záření je velmi rozmanité a sahá od nejdelších rozhlasových vln až po elektromagnetickou složku kosmického záření. Lze je rozdělit do dvou částí. Jednak jsou to elektromagnetické vlny, vyráběné elektrickými oscilátory, jednak je to záření, které vzniká v atomech nebo molekulách látek. Rozhraní mezi oběma částmi není ostré a je v okolí vlnové délky 1 mm. Na obr.1 je přehled druhů elektromagnetických vln. Za oblastí radiových vln dlouhých, středních, krátkých a ultrakrátkých následuje oblast vln s délkou 5 mm až 0,1 mm, které jsou na okraji infračervené oblasti. Infračervená oblast hraničí na svém krátkovlnném konci s oblastí viditelného záření, které má vlnové délky řádu desetitisícin milimetru. Pak následuje záření ultrafialové, které přechází přes rentgenové záření do radioaktivního záření γ (gama). Řadu uzavírají, v současnosti známé, nejkratší elektromagnetické vlny, obsažené v kosmickém záření. [3] Obr.1 Spektrum elektromagnetického záření [23] 8

9 Radiové záření má nejdelší vlnovou délku a podrobněji se jím zabýváme v učivu elektřiny. Infračervené záření zaujímá oblast mezi nejkratšími radiovými vlnami (λ = 10-3 m) a světlem (λ > 790nm). Zdrojem infračerveného záření jsou tělesa zahřátá na vyšší teplotu. Při pohlcování infračerveného záření probíhá tepelná výměna a ozářené těleso se zahřívá. Tak je tomu např. u infrazářiče, jehož topné těleso hřeje, ale nesvítí. Světlo zaujímá ve spektru elektromagnetického záření jen úzkou oblast o celkové šířce přibližně 400 nm. Pro člověka má rozhodující význam jako zdroj informací o světě. Ultrafialové záření je elektromagnetické vlnění o vlnové délce kratší, než má světlo fialové barvy. Jeho nejkratší vlnové délky zasahují do oblasti rentgenového záření ( λ 10 nm). Pro oko je ultrafialové záření neviditelné, avšak na zrakový orgán působí škodlivě. Zdrojem ultrafialového záření jsou Slunce, elektrický oblouk nebo speciální výbojky naplněné parami rtuti (horské slunce). Ve vysokých vrstvách atmosféry způsobuje ionizaci vzdušného kyslíku a to je příčinou vzniku ozónu. Rentgenové záření - je to elektromagnetické záření kmitočtů ještě vyšších než má záření ultrafialové. Přineslo převrat nejen do lékařské diagnostiky, kde umožnilo fotografovat vnitřní tkáně, orgány a cizí předměty uvnitř lidského těla. Rtg záření je i přínosem do technických oborů. Záření γ má ještě kratší vlnovou délku než rentgenové záření. Jeho zdrojem jsou tělesa, v jejíchž atomových jádrech probíhají radioaktivní přeměny. [4] 9

10 1.1. Vznik rtg záření Definice: Rentgenové záření je elektromagnetické vlnění, jehož vlnové délky leží v intervalu 10-8 m až m.vzniká při přeměně energie rychle se pohybujících elektronů, které dopadají na povrch kovu a tím se mění na energii elektromagnetického záření. [24] Rentgenové záření je ionizující elektromagnetické záření, proud fotonů, o energiích desítek až stovek KeV. Přirozenými zdroji rentgenového záření jsou hlavně hvězdy. Na Zemi je zdrojem tohoto záření jen v nepatrné míře úder blesku. Člověk však dokáže uměle vyrobit rentgenové záření v rentgence nebo v betatronu, jako požadovaný produkt. [7] Mimo těchto zdrojů se však rentgenové záření objevuje jako nežádoucí vedlejší produkt ve vakuových televizních obrazovkách, při provozu elektronových mikroskopů nebo při sváření kovových materiálů elektronovým paprskem. Rentgenové paprsky vznikají všude tam, kde elektrony narážejí velkou rychlostí na překážku. Při nárazu elektronů na hmotu se promění jejich kinetická energie z větší částí v teplo a jen nepatrná část v rentgenové záření. Čím větší je rychlost elektronů, tím jsou rentgenové paprsky pronikavější. Zrychlení elektronů se dosahuje v elektrickém poli o vysokém napětí. Čím vyšší je napětí, tím větší je rychlost elektronů. Intenzita rentgenového záření je úměrná počtu elektronů dopadajících na anodu. Čím hustší je elektronový roj, který dopadá na anodu, tím intenzivnější je rentgenové záření. Zeslabení rentgenového záření při průchodu hmotou je způsobeno jednak absorpcí, jednak rozptylem. Šiří se od zdroje přímočaře a energie záření se snižuje se čtvercem vzdálenosti od zdroje. Nejrozšířenějším zdrojem rtg záření rentgenografii jsou rentgenové diody - rentgenky, na jejíž elektrody je připojen rozdíl potenciálů (10 3 až 10 4 )V. 10

11 Podnětem k uvolnění záření mohou být dva procesy: a) Ionizace atomu. Jsou- li uvolněny elektrony z vnitřních energetických hladin, obsadí jejich místo elektrony z hladin vyšších. Přechody elektronů doprovází vznik kvanta rtg záření. b) Zabrzdění elektronů v elektrickém poli atomového jádra. Při tomto procesu elektron odevzdá část nebo celou svou energii ve formě záření o frekvence υ. E = h.υ h = 6, Js (Planckova konstanta) Na rozdíl od prvního způsobu vzniku, kdy je záření vlivem diskrétních hladin v atomech čárové, se mohou při brzdění vyzářit všechny možné frekvence. Získané spektrum nazýváme spojité. Rentgenová spektra jsou tedy vytvořená ze dvou složek. Ze spojitého (brzdného) spektra, které je analogií k viditelnému světlu označováno také bílé záření a spektra čárového (charakteristického). [14] Brzdné záření vzniká při brzdění dopadajících elektronů v elektrických polí atomových jader materiálu anody. Jeho spektrum je spojité. Elektrony urychlené potenciálovým rozdílem U několika desítek kv dopadají na tuhý (kovový) terčík. Elektrony se nepružně rozptylují na atomech terčíku, předávají velkou část své kinetické energie krystalové mřížce ve formě tepelných kmitů mřížky a tak se brzdí. Nerovnoměrným pohybem elektronů vzniká rtg záření (tzv. brzdné záření), jehož energiové spektrum je spojité. Maximální energie ε max fotonu brzdného záření odpovídá situaci, kdy se celá kinetická energie elektronu dopadajícího na terčík přemění na energii emitovaného fotonu. Platí tedy ε max = h. c / λ min kde: λ min je minimální vlnová délka ve spektru brzdného rtg záření h = 6, Js (Planckova konstanta) c = ms -1 (rychlost šíření světla ve vakuu) Charakteristické záření Kromě brzdného záření existují v rtg spektru i spektrální čáry, jejichž polohy jsou charakteristické pro materiál terčíku, tzv. charakteristické čáry resp. charakteristické záření. Závisí v podstatě na materiálu anody různým chemickým prvkům, z nichž se anoda skládá, odpovídají různé pro ně charakteristické systémy spektrálních čar. Toto 11

12 záření vzniká, mají-li elektrony dopadající na anodu energii dostatečnou k vyražení některého z elektronů z nižších energetických hladin atomů látky. Takový elektron může být buď excitován na některou vyšší neobsazenou hladinu, nebo a to častěji - může atom zcela opustit (ionizace). Na uprázdněné místo po elektronu (tzv. díra), pak přeskakují elektrony z vyšších obsazených hladin atomu, při současné emisi kvanta charakteristického záření. [19] 1.2. Výskyt rtg záření v přírodě Do přírodních zdrojů patří Slunce a další astronomické objekty, vyzařující velké výkony jak elektromagnetického (kosmického, gama, rtg), tak částicového záření. Vedle Slunce jsou na obloze zdroje rentgenového a gama záření, které se mu co do intenzity alespoň v některých kategoriích vlnových délek vyrovnají. Může to však být i ze zdrojů, které jsou záměrně využívány v průmyslu. Zdroje ionizujícího záření: 1) přírodní zdroje celková roční dávka je průměrně Sv. Zdrojem jsou zejména přírodní radionuklidy, terestrální záření, kosmické záření. 2) umělé zdroje celková dávka průměrně 0,0003 Sv za rok. Zdrojem jsou - lékařské přístroje, technická zařízení v průmyslu a spotřební předměty (jako TV obrazovky, požární hlásiče apod.) u nichž je produkce ionizačního záření minimální. Z uvedeného vyplývá, že 90% celkové průměrné roční dávky představují přírodní zdroje a 10% zdroje umělé. Sievert (zkratka Sv) je jednotkou dávkového ekvivalentu ionizujícího záření. Je pojmenována po Rolfu Sievertovi, průkopníkovi radiační ochrany. 1 Sv je taková absorbovaná dávka, která při jakémkoliv typu ionizujícího záření vyvolá v organické látce stejný biologický účinek. Jednotkou je J/kg a vypočítá se jako D Q, kde D je dávka (Gy) a Q je jakostní faktor, různý pro různé organické látky a jednotlivé druhy ionizujícího záření. Starší jednotkou dávkového ekvivalentu byl rem, přičemž 1 rem = 0,01 Sv. 12

13 Biologické účinky ionizujícího záření - podle velikosti celkové dávky rozeznáváme čtyři základní stadia. Fyzikální stadium dochází k ionizaci a excitaci molekul Fyzikálně - chemické stadium - spočívá v interakci iontů s molekulami se současnou disociací molekul a vznikem volných radikálů. Chemické stadium dochází ke zlomům vláken v DNA Biologické stadium nastávají celkové funkční a morfologické změny 13

14 1.3. Historie výzkumu rtg záření Objev neznámých paprsků X Počátky zkoumání biologických účinků rentgenového záření, první pokusy o léčbu zhoubných nádorů 1897 Rentgenové vyšetřování srdce, první průmyslově vyráběný rentgen 1901 W.C.Röntgen získal za objev nového záření Nobelovu cenu 1912 Max von Laue dokázal pomocí rentgenového záření existenci krystalové mřížky pevných látek 1913 W.H.Bragg a W.L.Bragg (otec a syn) změřili vlnovou délku rtg záření 1913 Firma Kodak začala vyrábět film, určený speciálně pro rentgenové přístroje 1913 Vakuová rentgenka s wolframovým žhavícím vláknem (Coolidge, Lilienfeld) 1914 Rentgenka s rotující anodou (E.Pohl) 1925 Definice jednotky dávky záření, která dostala název "rentgen" (dnes už se nepoužívá) 1928 Z bezpečnostních důvodů se začaly používat rentgenové trubice, uzavřené v ochranném stínícím krytu 1930 Navržen lineární (vrstvový) tomograf, který zvýšil rozlišovací schopnost klasického rentgenového přístroje 1948 Zesilovač rentgenového obrazu umožnil používat nižší dávky záření při vyšetřování pacientů 1963 Teorie počítačové tomografie, matematická rekonstrukce příčného řezu tělem (A.M.Cormak) 1971 První komerční počítačový tomograf (CT) zahájil provoz 4. října [7] 14

15 1.4. Historie rentgenové diagnostiky Je pozoruhodné, že někteří lékaři, brzy po objevení paprsků X vytušili epochální význam Röntgenova objevu a jeho možnosti využití v medicíně. Proto již po prvé Rıntgenově přednášce navrhuje anatom Kölliker, aby nové záření bylo pojmenováno po jeho objeviteli. Röntgen si svůj objev nepatentoval, předal jej veřejnému užívání a tak přispěl k rychlejšímu rozšíření a použití nového záření v lékařství. Koncem roku 1896 bylo vydáno po celém světě asi 50 knih a v 1000 časopisech vyšly články o vlastnostech nového rtg záření a možnostech jeho využití v různých, zejména lékařských oborech. Rötgenův objev se postupně rozšířil do následujících oblastí: - základy lékařské rentgenologie - moderní fyzika Atomistika - technická rentgenologie (nedestruktivní zkoušení nejrůznějších materiálů) - zkoumání hornin, zkoumání historických objektů - analýza maleb, kriminalistika - radiobiologie, Kancerologie (nauka o zhoubných nádorech) Z historického hlediska můžeme stanovit tři významné etapy v historii lékařské rtg diagnostiky. I.období: od Röntgenova objevu až po I.světovou válku - jsou propracovávány možnosti vyšetření rentgenem a fyzikální zákonitosti. Byly stanoveny základy rtg diagnostiky nejzávažnějších chorob různých orgánů. II.období: interval mezi světovými válkami - rychle se rozvíjela rtg technika, rtg přístroje a rentgenky byly výkonnější, rtg diagnostika je obohacena o řadu kontrastních vyšetřovacích metod, stává se samostatným lékařským oborem. III.období: od konce II. světové války až po současnost - mohutný rozvoj rtg diagnostiky, technické novinky, např. automatizace rtg provozu (expoziční a vyvolávací automaty aj.), nové vyšetřovací postupy (zesilovač obrazu s rtg kinematografií, rtg televize). [1] 15

16 1.5. Wilhelm Conrad Röntgen W.C. Röntgen byl především uznávaným představitelem experimentální fyziky. Svou první vědeckou práci, která se týkala plynů, publikoval Röntgen v roce Později zveřejnil práce z oblasti piezoelektrických a pyroelektrických vlastností krystalů. Röntgen mimo jiné popsal jev, kdy rotující dielektrikum v elektrickém poli má magnetické vlastnosti. Toto zjištění přispělo k formulování Lorentzovy elektronové teorie. Wilhelm Conrad Röntgen je převážně spojován s objevem paprsků X. Večer 8. listopadu 1895 při svých pokusech s katodovými paprsky v temné komoře zjistil, že při elektrickém výboji ve výbojové trubici, která byla uzavřena do silného černého kartonu, stínítko pokryté vrstvou kyanidu platinobarnatého světélkuje a to i na vzdálenost 2 metrů. Při následných experimentech Röntgen zjistil, že se v závislosti na tloušťce stínítka mění jas obrazu na fotografické desce. Při experimentech takto zobrazil kostru ruky své ženy. Röntgen tak získal první rentgenový snímek všech dob. V roce 1896 byly paprsky X na jeho počest pojmenovány rentgenovými. V roce 1901 mu byla za objev rentgenového záření udělena první Nobelova cena za fyziku. [2] obr.2 Snímek ruky B. Röntgenové, první rentgenový snímek [2] 16

17 2. Vlastnosti rtg záření Velmi krátká vlnová délka je příčinou toho, že rentgenové záření má některé vlastnosti podstatně odlišné od viditelného světla. a) Ionizuje vzduch a jiné plyny. Na této vlastnosti je založena např. funkce některých typů indikátorů rentgenového záření. b) Pohlcování rentgenového záření různými materiály závisí na jejich protonovém čísle. Čím větší je protonové číslo atomů materiálu, tím víc tento materiál záření pohlcuje.využití rentgenového záření v medicíně vychází mj. z faktu, že kosti obsahující vápník, pohlcují záření více než měkké tkáně s velkým podílem vody. Pohlcování rentgenového záření závisí také na tloušťce pohlcující vrstvy. c) Další zvláštností rentgenového záření je menší ohyb paprsku na hraně pevného materiálu, který je způsoben kratší vlnovou délkou ve srovnání s viditelným světlem. Toto je podstatou přesného zobrazení například při reprodukci předloh ve fotolitografii. Zde je předloha maska kopírované vrstvy ve fotoresistu reprodukována světlem pod mikroskopem a její mezní rozlišení je na hranici 20 nm. Při použití rtg záření se však hranice rozlišitelnosti tenkých detailů posouvá pod úroveň 0,1 nm.tím je dosaženo mnohem vyšší hustoty reprodukovaných prvků na jednotku plochy a po technické stránce se již dostáváme na samotnou hranici miniaturizace, protože tyto struktury jsou již na hranici rozměrů krystalové mřížky polovodičových materiálů. d) Hloubkového průniku rentgenového záření do pevných materiálů využívá mimo medicíny také řada průmyslových oborů. Nejběžnější je využití v defektoskopii. Průmyslové využití defektoskopie je založeno na tom, že vnitřní vady znamenají změnu tloušťky pohlcující vrstvy a tím i změnu intenzity procházejícího rentgenového záření. e) Způsobuje zčernání fotografické desky nebo filmu. Již W.C.Röntgen využíval při svých výzkumech toho, že ozářená fotografická deska po vyvolání zčernala. 17

18 Zčernání je tím větší, čím větší intenzitu má dopadající záření. Až do vynálezu polovodičových detektorů patřila fotografická emulze k hlavním indikátorům rentgenového záření. f) Vyvolává luminiscenci (světélkování) některých látek. Světélkování krystalků kyanidu platinobarnatého přivedlo W.C.Röntgena k objevu nového záření a dlouhou dobu bylo luminiscenční stínítko základním prvkem rentgenového přístroje. Dnes je nahrazují polovodičové detektory, televizní systémy a digitální zpracování obrazu. g) Vyvolává v živých organismech biologické, chemické a genetické změny. Této vlastnosti se využívá například při ozařování zhoubných nádorů. Obsluhující personál i pacienti (zejména těhotné ženy) však musí být před nežádoucími účinky chráněni. [7] Difrakce rtg záření na krystalech Studiem interakce rentgenového záření s krystalem mělo ve 20 stol. zásadní význam pro poznání jak vlastností tohoto záření, tak i struktury krystalů. Prvními fyziky, kteří se těmito otázkami systematicky zabývali byli M.v.Laue a otec a syn W.H. a W.L.Braggové. Laueho model difrakčního procesu předpokládá, že rtg záření procházející krystalem rozkmitá elektronové obaly atomů a ty se stanou zdroji sekundárního koherentního rtg záření. Rozptýlené záření vycházející z krystalu se v některých směrech interferencí zesiluje, v jiných se naopak vyruší. Ve zvolené rovině tak vznikne difrakční obrazec, který je možné registrovat, například na fotografický materiál. [11] 18

19 2.1. Energie rtg záření Energie záření má dva základní charaktery. Jednak zcela jednoznačně charakterizuje zdroj vyzařovaných částic, jednak určuje závislost vlastností záření na této energii. Jednotkou energie je joule (J), v radiační fyzice se však používá elektronvolt (ev) a jeho násobky (kiloelektronvolt - KeV, megaelektronvolt - MeV), přičemž platí: 1 ev = 1, J. Většina zdrojů záření není monoenergetická, tzn., že nevyzařuje záření pouze o jedné energetické hladině. V tomto případě charakterizujeme zdroj záření energetickým spektrem udávajícím rozdělení částic záření dle jejich energie. Rozeznáváme energetické spektrum zdroje záření buď spojité, kdy zdroj záření vyzařuje (emituje) částice s energiemi v intervalu od minima až po určitou maximální hodnotu, a energetické spektrum čárové, kdy zdroj záření emituje částice pouze o určité energii Interakce rtg záření s hmotou Vzájemné působení rtg záření s látkou je jev dost složitý. Pozoruje se, že svazek rtg záření se průchodem látkou zeslabuje. Procesy, způsobující toto zeslabení procházejícího svazku, lze rozdělit do následujících skupin: 1) Procesy, při nichž se mění hybnost fotonů rtg záření beze změny jejich energie. 2) Procesy, při nichž jsou změny hybností fotonů rtg záření doprovázeny snížením jejich energie tzv. Comptonův jev, vyvolaný rozptylem fotonů na volných elektronech. 3) Pohlcení fotonu atomem. Při pohlcení fotonu atomem se předá energie fotonu elektronu v hluboké slupce atomového obalu. Elektron se uvolní a tím se zvětší počet volných elektronů v látce a pozorujeme tzv. fotovodivost. Na uvolněné místo v hluboké slupce přejde elektron z vyšší slupky a jeho energiový přebytek se uvolní ve formě fotonu rtg záření (tzv. rtg fluorescence). [5] 19

20 Pohlcování rtg záření v různých materiálech S rostoucím protonovým číslem látky roste pohltivost rentgenového záření touto látkou. Pronikavost rtg záření závisí na jeho energii. Čím má kratší vlnovou délku, tím má větší energii a tím víc a hlouběji proniká do materiálu. V radiologii se někdy místo energie používá termín tvrdost záření. Hloubka průniku závisí také na čistotě látky - jedná-li se o monokrystalickou látku nebo o směs různých druhů látek s rozdílným rozměrem krystalové mřížky. Přichází-li paprsek rtg záření kolmo na krystalovou mřížku monokrystalické látky, pak fotony pronikají podél krystalických stěn velmi hluboko. U znečištěné krystalické struktury je tento průnik velmi omezen, dochází k častým srážkám s nečistotami a krystalickými stěnami a odklonu či zabrzdění fotonů. Vlastnosti měkkého a tvrdého záření Měkké rtg záření (malá pronikavost), je získáváno v rentgenkách s menším urychlovacím anodovým napětím a je využíváno hlavně v oblasti medicíny například jako rentgeny ve stomatologii. Výhodou tohoto záření je nízká pronikavost v materiálech, jeho přesné dávkování a jemné rozlišení detailů v diagnostikovaném materiálu - tkáni. Tvrdé rtg záření ( velká pronikavost), je získáváno v rentgenkách s vysokým urychlovacím anodovým napětím. Jeho využití je pak v rentgenových zařízeních pro diagnostiku například rtg plic, tělních orgánů, končetin a mimo medicínu při defektoskopii a jiných oborech, kdy je nutný velký průnik do hloubky materiálu. 20

21 2.3. Vliv rtg záření na živé organismy Ionizující záření je využíváno v medicíně ve velkém rozsahu při rentgenologii, léčbě nádorů, sterilizaci materiálů atd. Ionizační účinky jsou nežádoucí, protože způsobují poškození organizmu, především jeho DNA. Přirozené rentgenové záření má nezanedbatelnou funkci v našem životním prostředí. Nelze se ho zbavit, jen je možno jej ovlivnit. Ostatní uvedené umělé zdroje jsou na rozdíl od medicíny téměř zanedbatelné. Ionizující záření, jak ve formě dlouhodobého slabého, tak i krátkodobého intenzivního ozáření, má negativní účinky na člověka a živé organismy. Působí-li na biologický materiál, dochází k absorpci ionizujících částic nebo vlnění atomy daného materiálu. To způsobuje vyrážení elektronů z jejich orbit a tvorbu negativně nabitých aniontů. Ionizované části molekul se stávají vysoce reaktivní a vedou k řadě chemických reakcí, které buňku buď rovnou usmrtí nebo vedou ke změnám na genetické informaci ( reakce radikálů s DNA způsobuje porušení fosfodiesterových vazeb a tím zpřetrhání jejího řetězce ). Vztah dávky a biologického účinku biologické účinky mohou být stochastické a deterministické. Za účinky stochastické můžeme považovat takové, které nejsou závislé na velikosti dávky znamená to, že nelze předvídat při jaké velikosti dávky se účinek projeví. Účinky deterministické jsou naopak takové, u nichž k sekundárnímu projevu dojde vždy.tyto účinky nastávají až při vyšších dávkách záření. Poškození tkáně je pak přímo úměrné obdržené dávce. 21

22 3. Rentgenka Technicky nejdůležitějšími zdroji rtg záření jsou rtg trubice (rtg lampy, rentgenky). Rentgenka je speciální elektronka, ve které vzniká rentgenové záření. Jako zdroj záření má rentgenka základní význam pro rentgenovou diagnostiku. Ovlivňuje jakost rentgenového obrazu. Každá rentgenka musí splňovat čtyři základní požadavky nezbytné pro vznik rentgenového záření: - emisi volných elektronů - zvýšení jejich kinetické energie přiloženým anodovým napětím - jejich volnou cestu od katody k anodě - vysoké vakuum - vhodný brzdný element k jejich zastavení - materiál anody Anoda je místem, kde vzniká rentgenové záření. Musí být zhotovena z vhodného materiálu, neboť je bombardována elektrony s velkou kinetickou energií, které musí zadržet - zabrzdit (obr.3). Elektrony urazí po dopadu na anodu v jejím materiálu ještě určitou dráhu, než se zcela zastaví. Pro vznik rentgenového záření v rentgence je rozhodující náhlé a prudké zabrzdění elektronů materiálem anody, tedy náhlá a co největší ztráta jejich kinetické energie při současně nepatrném vzájemném účinku elektronů na atomy brzdného prostředí. Obr.3 Schéma rentgenky [17 ] 22

23 Rentgenová diagnostika využívá rentgenku což je dioda, dále rentgenovou triodu, rentgenku s rotační elektrodou a aktivním chlazením a další (pro mou diplomku technicky složité). Rentgenová trioda Využívá třetí elektrody pro ovládání toku volných elektronů směrem k anodě a tím ovlivňuje energii rtg záření. Připojení záporného napětí na třetí elektrodu mřížku vůči katodě se dosáhne omezení nebo úplného zastavení toku elektronů na anodu a tím k ovládání sekundárního rtg záření. Toto řízení je energeticky velmi účinné. Rentgenka s rotační elektrodou a aktivním chlazením Rotující anoda má svoji osu uloženu v dutém pouzdře ložisku a toto pouzdro je naplněno teplosměnnou látkou (freon, případně voda). Tato látka je pomocí nuceného oběhu vedena do vnějšího chladiče výměníku - mimo konstrukci elektronky. Obr 4. Základní principiální schéma rentgenového zobrazení [22] Současné moderní zdroje rtg záření používané v procesu zobrazení - rentgenky - jsou vakuové elektronky diodového nebo triodového typu s pevnou nebo rotační anodou. 23

24 3.1. Řízení výkonu rentgenky Jednopulzní rtg přístroje (přístroje bez usměrnění), jsou jednoduché laciné přístroje s malou hmotností a objemem. Jsou vhodné jako přenosné, převozné nebo stomatologické přístroje. Výhodou je i snadná obsluha. Podstatnou nevýhodou je, že využívají jen jedné půlvlny střídavého proudu a jsou proto málo výkonné. Proud jde přímo ze sekundární cívky vysokonapěťového transformátoru na rentgenku. Rentgenka emituje rtg záření, jen když proud prochází ve směru katoda anoda, tedy jen v jedné půlvlně střídavého proudu. To je příčinou nižšího výkonu přístroje. Dvoupulzní rtg přístroje jsou jednofázové rtg přístroje, které mají dvoucestný usměrňovač. Ty usměrňují střídavý proud na proud stejnosměrný pulzující. Usměrňovač zaručí, že na katodě rentgenky je stále záporné napětí a na anodě napětí kladné. U dvoupulzních přístrojů je výkon vyšší jak u jednopulzních. Při pořizování snímků je doba expozice v porovnání k jednopulzními přístroji poloviční. Dvoupulzní přístroje jsou v praxi značně používány. Výše napětí kolísá od nuly do maxima. Kolísá i teplota anody, což vede k tvorbě trhlin na anodovém talíři. Ve spektru záření převládá měkké záření. Vysokonapěťový filtrační kondenzátor může zmenšit pulsaci napětí na rentgence a tím zlepšit kvalitu snímků vlivem rovnoměrného nepřetržitého toku rtg záření. [25] 24

25 4. Využití rtg záření 4.1. Rtg záření ve zdravotnictví Rtg záření vzniká dopadem svazku elektronů na anodu rentgenky přičemž se uvolňuje 99% tepelné energie a 1% záření. Záření, vycházející z rentgenky, nazýváme primární, na rozdíl od toho, které vzniká v ozářeném objektu - záření sekundárního. Sekundární záření se šíří všemi směry. Pro všechny zaměstnance, kteří pracují s ionizujícím zářením, platí povinnost dodržovat zásady ochrany před ionizujícím zářením Konstrukce součastného moderního rtg přístroje V součastné době je v praxi velmi často používán tzv. středofrekvenční rentgen. Je to v podstatě rentgen napájený přes středofrekvenční měnič transformace napětí při kmitočtu 20 KHz. Při tomto kmitočtu je možné využít zmenšeného transformátoru a také vyšší účinnosti přenosu energie z primáru na sekundár transformátoru. Proto je tento typ vhodný pro mobilní zařízení. Pro usměrnění je použit křemíkový vysokonapěťový usměrňovač a pro vyfiltrování poměrně malá kapacita kondenzátoru (oproti síťovému kmitočtu 50 Hz). Jako zdroj rtg záření je použita rtg trioda. Elektronickým řízením jak předpětí řídící elektrody tak i přesného elektronického časovače lze dosáhnout přesné dávky rtg záření pro kvalitní rtg snímek. Ve spojení s elektronickými měniči záření a použitím počítačové techniky je možné dosáhnout nových vlastností rtg zařízení jako jsou například okamžitý náhled na monitoru před vlastním snímkováním nebo ukládání obrazu místo na rtg film do digitální paměti a jejich další zpracování. 25

26 Rtg záření v diagnostice Stacionární rentgeny. Vysoký výkon je zárukou velmi krátkých expozičních časů s vysoce kvalitním zobrazením daného objektu a minimálním ozářením pacienta. Parametry přístroje umožňují zhotovení korektních snímků hrudníku. Mobilní rentgeny S pomocí nové technologie přenosných detektorů se zvyšuje rychlost pořízení snímků a zkracuje doba vyšetření. Po expozici získáváme snímek okamžitě k náhledu, bez dalšího čekání, jako je tomu v případě použití kazet. V případě nutnosti opakování snímku nemusíme opětovně detektor polohovat jako v případě kazety. Tímto zkrátíme čas vyšetření. Stomatologické rentgeny Jeden z druhů stomatologických rentgenových snímků se jmenuje panoramatický. Při snímkování se přístroj otáčí kolem pacientova obličeje a vytvoří tak "přehledný snímek." Stomatolog jej používá spíše příležitostně. Je vhodný například před extrakcí ("trháním") zubů, ale i při zkoumání stavu chrupu v rámci prevence. Lze jím například určit kvalitu a množství kostní tkáně, ve které zuby drží, zkoumat čelistní dutiny či pozorovat chorobné změny v obou čelistech. [10] Počítačový tomograf (CT) je vyšetřovací metoda, která speciálním způsobem využívá rentgenových paprsků a umožňuje podrobné zobrazení jednotlivých částí těla v tenkých vrstvách. Využívá se při diagnostice široké škály chorob i pro vedení některých speciálních léčebných výkonů. Největší nevýhodou tohoto vyšetření je, že vystavuje pacienta významné expozici ionizujícího záření. Proto smí být prováděno jen v indikovaných případech - t.j. existuje-li jasný medicínský důvod vyšetření. Pro zobrazení cév, ale i struktury parenchymových orgánů a charakteristiku patologických lézí je nutné během vyšetření podání jodové kontrastní látky do žíly. 26

27 Rtg záření v terapii Rtg terapie nádorů, neboli jinými slovy rentgenová terapie, je způsob léčby nádorů pomocí ionizujícího záření produkovaného rentgenovým přístrojem. Jedná se o záření fyzikálně shodné s klasickým rentgenovým zářením používaným při běžném snímkování. V případě terapie jsou ovšem používány jiné energie, doby ozařování a další parametry radiačního pole než při snímkování. Vždy je snahou ozářit cílový objem (nádor) dostatečnou dávkou, aby došlo k zastavení nádorového bujení a následnému ústupu celého onemocnění. Zároveň je třeba, aby došlo k zanedbatelnému ozáření ostatních zdravých orgánů a tím se minimalizovaly případné vedlejší účinky ozáření. Rtg terapie nenádorová - rentgenové záření slouží také jako prostředek k léčbě bolestivých kotníků, pat, loktů, ramen a dalších oblastí, ve kterých může dojít k poruchám struktury kostí a následnému vzniku zánětů. [9] Definice ozařovací dávky Povrchová dávka dávka na vstupu svazku částic do pacienta. Maximální dávka v cílovém objemu - dávka na vstupu svazku do cílového objemu. Minimální dávka v cílovém objemu - dávka na vstupu svazku z cílového objemu. Výstupní dávka dávka na výstupu svazku z pacienta. [13] Výhody a nevýhody rtg terapie Rtg záření ničí rychle rostoucí nádorové buňky, zároveň však ničí také jiné rychle se obnovující zdravé buňky v lidském těle. Výhody: 1. Přiměřeně tlustá olovnatá guma, zakryje kůži či orgán, kterým se chceme vyhnout při ozařování. 2. Kožní reakce na ozařovaném poli do určité míry informuje o reaktivitě pacienta na ozáření a varuje před předávkování. 3. Nízká výstupní dávka. 4. Poměrné nízké investiční náklady. 27

28 Nevýhody: 1. Kvalita a dosažitelná energie neposkytuje dostatečnou hloubkovou dávku a tak je třeba používat technicky více polí (rtg ozáření buňky z více stran). 2. U obézních pacientů již rtg terapie nestačí pro ozařování v hloubce ležících nádorů. 3. Zvýšená absorpce záření v kostech může vést k osteoradionekróze. [6] 4. Provozní a udržovací náklady poměrně vysoké Využití rentgenu v průmyslu Rentgenové záření se používá i v průmyslu, a to na kontrolu vnitřních trhlin a necelistvostí materiálu. Při kontrole materiálů a hotových výrobků rentgenovým zářením nedochází k jejich poškození nebo porušení. Cílem je najít skryté vnitřní nebo povrchové vady. Po této zkoušce však zůstává výrobek ve stejném stavu jako před zkouškou. Zkoušky jsou tedy nedestruktivní. Obr.5 "Jak se zvětšuje tloušťka materiálů,tak se tyto stávají méně průhledné. (Röntgen) [26] 28

29 Rentgenová defektoskopie Defektoskopické metody jsou založeny na schopnosti některých druhů záření (rentgenové, radioaktivní, ultrazvuk) pronikat zkoumanými materiály. Průmyslové využití (defektoskopie) je založeno na tom, že vnitřní vady znamenají změnu tloušťky pohlcující vrstvy a tím i změnu intenzity procházejícího rentgenového záření. V takovém místě se změní intenzita procházejícího záření. K indikaci se používají fluorescenční štíty, film nebo ionizační detektory. Na filmu se po ozáření a vyvolání jeví vnitřní vady jako tmavší místa (viz obr.5, 6) [8] Obr.6 Ukázka zobrazení z rentgenovaného materiálu [8] Rentgenová kontrola patří mezi základní defektoskopické metody pro kontrolu matriálu na vnitřní vady. Dělení rentgenu podle základní konstrukce: Rentgeny s klasickým ohniskem - především kontrola svarů a odlitků Rentgeny s mikroohniskem především kontrola velmi malých dílů, elektroniky Dělení rentgenu podle provedení: Přenosné (transportní) rentgeny Stabilní rentgeny Rentgentelevizní systémy Rentgenová tomografie Dělení rentgenu podle principu: Radiografie (prozařování na rentgenový film) 29

30 Film je těsně za prozařovaným objektem, v místě nejmenší absorpce záření je film nejtmavší. Absorpce je dána především tloušťkou a prozařovaným materiálem. (obr.6) obr.6 Radioskopie (prozařování se zvětšením) pomocí zařízení, převádějící rtg záření do oblasti viditelného světla. Pracuje se vždy se zvětšením (u klasické defektoskopie zvětšení cca 2-3x, u mikrorentgenů i 1000x). U radioskopie má velký význam z důvodu zvětšení velikost ohniska. S prozařovaným dílem je obvykle možné pohybovat.(obr.7) [12] obr Rentgenová mikroskopie Rtg mikroskopie umožňuje analýzu elementárního složení a struktury daného místa na vzorku. Získaná data mohou být zaznamenána ve formě optického obrazu, mapy rozložení prvků a rentgenového obrazu v procházejícím záření. Je možné vykonat různé typy analýz vzorku bez jeho poškození. 30

31 4.3. Rentgenografie Rentgenografie je nejstarší metodou využití ionizujícího záření. Souvisí již se samotným objevem rentgenového záření, kdy v roce 1895 popsal W.C. Röntgen chování pronikavého záření vycházejícího z místa dopadu katodových paprsků v katodové trubici a následně jeho vliv na zčernání fotografické desky. Jeho využívání se stalo běžnou součástí diagnostických metod v řadě odvětví lidské činnosti, nicméně v mnoha oborech jsou možnosti rentgenografie dosud nedoceněny. Svazek záření, vycházející z ohniska rentgenky, prochází prozařovaným předmětem, záření je při průchodu materiálem zeslabováno nestejnoměrně v závislosti na tloušťce a hustotě materiálu. Záření prošlé materiálem dopadá na radiografický film, v němž vzbuzuje latentní obraz. Při vyvolání dochází v citlivé vrstvě filmu k redukci kovového stříbra, které způsobuje zčernání filmu. Velikost zčernání je přímo úměrná intenzitě záření. Využití rentgenografie Rentgenografie se běžně používá v lékařské diagnostice, v průmyslové defektoskopii, ve stavebnictví, a všude tam, kde je nutno stanovit vnitřní strukturu konstrukcí, materiálu nebo předmětů bez jejich porušení. V případě prozařování masivních konstrukcí a silnostěnných předmětů se běžně jako zdroj záření používá místo rentgenu radioaktivní zářič Co60 (kobalt 60), metoda se potom nazývá radiografie. [15] 31

32 5. Ochrana proti rtg záření 5.1. Dozimetrie, metody zjišťování ozáření Definice, dle slovníku: Dozimetrie je obor zabývající se měřením aktivity radioaktivních zářičů a veličin charakterizujících interakci ionizujícího záření s prostředím. [24] Ke zjištění expozice personálu radiodiagnostického oddělení se užívá filmových dozimetrů a výjimečně tužkových dozimetrů. Při práci s radionuklidy je třeba chránit pracovníky před škodlivými účinky záření. Ke kontrole dávek záření se používají dozimetry různých typů. Filmové dozimetry jsou plakety, tedy pouzdra z umělé hmoty, které se nosí na pracovním plášti a eventuelně na ochranné zástěře. Tento filmový dozimetr musí mít každý zaměstnanec radiodiagnostického oddělení. Plaketa obsahuje několik párů filtrů z mědi a olova, které mají různou tloušťku. Na přední straně pouzdra je malý kruhový otvor, který musí mířit dopředu,aby skrz něj mohlo vstoupit záření. V pouzdře je citlivý bezfóliový film, který se po 1 až 3 měsících vyndá a nahradí jiným. Tento vyjmutý film se odešle do Ústavu pro výzkum, výrobu a využití radioizotopů v Praze. V papírovém, světlotěsném obalu jsou 2 filmy, jeden více a druhý méně citlivý. V plaketě jsou 3 filtry z mědi (Cu) a jeden filtr je z olova (Pb). Porovnáním denzity (optická hustota) za různými filtry lze určit energii fotonového záření, jímž byl film ozářen. Dozimetr dál informuje o tom, zda záření přišlo zpředu, zezadu či ze stran. Zvýšené hodnoty oznamuje Ústav i hygienikovi, který pak vyšetřuje příčinu. Příčinou zvýšených hodnot může být zanedbání ochranných opatření, či nepozornost. Princip filmového dozimetru Nejběžnější je osobní filmový dozimetr, jehož základem je světlotěsně zabalené políčko fotografického filmu. Ionizující záření prochází kovovými filtry a obalem filmu a způsobuje jeho větší či menší zčernání. Filtry slouží k odhadu energie záření. Hustota zčernání se fotometricky vyhodnotí a tak se zjistí dávka záření, absorbovaná organismem. Tužkové dozimetry jsou jednoduché ionizační pomůcky, které se ve speciálním zařízení nabíjí. Účinkem záření dochází k vybití. Filmové a tužkové dozimetry poskytují orientační obraz o dávce. K přesnému měření 32

33 slouží velké přesné dozimetry. Kontrola dozimetry je velmi důležitá a jsou určeny nejvyšší přípustné dávky pro personál. Jsou dány na rok a čtvrt roku. [20] Princip tužkového dozimetru Kombinací ionizační komůrky a elektrometru vznikl jednoduchý přístroj pro měření dávek záření, který nosí pracovníci v náprsní kapse oděvu. Tenké pokovené křemenné vlákno je připevněno k jedné elektrodě komůrky. Po nabití je vlákno elektrostaticky odpuzováno. Plně nabitý dozimetr má vlákno v poloze označené na stupnici nulou. Účinkem záření beta nebo gama dochází k vybíjení a vlákno je odpuzováno stále menší silou. Jeho výchylka, odpovídající absorbované dávce, se na stupnici odečítá malým zabudovaným mikroskopem. Nejvyšší přípustné dávky na rok v Sv (Sievert ) - gonády, aktivní kostní dřeň, rovnoměrně ozářené celé tělo - 0,05 Sv - kůže, štítná žláza a kost - 0,3 Sv - ruce, předloktí, nohy a kotníky - 0,7 Sv - ostatní orgány a tkáně - 0,15 Sv - obyvatelstvo smí dostat nanejvýš 1/10 nejvyšších přípustných dávek. Becquerel (symbol Bq) je jednotka radioaktivity v soustavě SI pojmenovaná po francouzském fyzikovi Henri Becquerelovi. Tato jednotka se používá pro popis intenzity zdroje radioaktivního záření. Definice:1 Bq = 1 s 1 Becquerel je odvozená jednotka definovaná jako aktivita radioaktivní látky při níž dojde k jednomu rozpadu atomového jádra za sekundu. Soustava SI tuto jednotku používá namísto převrácené sekundy s -1 proto, aby se předešlo možným záměnám a nedopatřením. Starší jednotkou radioaktivity je curie (Ci); převodní vztah mezi nimi je: 1 Ci = 3, Bq V praxi se pro určení radioaktivity látek často používají relativní jednotky, např. Bq/m 3 pro plyny nebo Bq/kg pro pevné látky. 33

34 5.2.Ochrana proti ozáření Ochrana před zářením v principu spočívá v minimalizaci absorbované dávky a to jak u personálu, tak u vyšetřovaných pacientů. Personál - nesmí se nacházet v místnosti u pacienta nebo kazety během expozice - měl by se střídat se na pracovištích, např. operačních sálech mluvíme o ochraně časem. V minulosti byla hlavním důvodem pro zavedení a dodržování ochrany před rtg zářením lokální poškození, většinou kůže a krvetvorných orgánů. Později nastaly komplikace u pohlavních žláz a škody genetické. Lokální a celkové poškození rtg zářením ohrožuje ozářeného jedince. Genetické poškození rtg zářením má širší význam, týkají se všech, celé populace. Má tedy ochrana před rtg zářením individuální, celostátní i celosvětový význam. Zdůrazňuje sumační ráz biologického účinku rtg záření. Proto je každá, sebemenší redukce zátěže vyšetřovaných i vyšetřujících pacientů rentgenem nutná a je třeba použít jakýchkoli opatření technických, organizačních, legislativních, aj. k dosažení tohoto cíle. Projevem genetických škod, vyvolaných rtg zářením, mohou být dědičné choroby (od drobných až po těžké malformace), snížená životnost, zeslabení až zánik plodnosti. Zvyšování gonádových dávek záření (nejvýše povolená expozice v případě rovnoměrného ozařování celého těla nemocného), by vedlo ke zvyšování počtu geneticky narušených jedinců a snižování počtu normálních, geneticky zdravých lidí. Tím by se zhoršila biologická jakost obyvatelstva a zvyšovaly náklady, spojené s udržováním geneticky poškozených lidí při životě. Největší přípustná gonádová dávka záření z umělých zdrojů ionizačního záření nemá být větší, než zátěž z přírodních zdrojů. Celkové poškození rtg zářením je výsledkem akce ionizačního záření a reakce živé hmoty, resp. organismu. Převládne-li účinek záření nad reaktivní, obrannou schopností živé hmoty, je výsledkem rovnováhy poškození zářením. Poškození buňky nebo tkáně může být izolované, lokální, nebo může vyvolat řetězec škodlivých následků s projevy poškození tkání, orgánů, systémů a celého organismu. Při ozáření celého těla je organismus více zatěžován a poškozován rtg zářením, než při ozáření místním. 34

35 Lokální ozáření je nejčastěji formou poškození rtg zářením při vyšetřování rentgenem. Celotělové ozáření nastává v rtg diagnostice vzácně, např. když je ozářen plod, nebo při ozáření kojenců. U dětí má ochrana před zářením větší význam než u dospělých. Akutní poškození kůže rtg zářením je v moderní diagnostice raritou. Je vždy následkem těžkého prohřešku, obvykle manipulace v nejbližší blízkosti zdroje záření při chodu rentgenky. V minulosti bývala jeho příčinou hlavně skiaskopická vyšetření (hledání cizích těles, repozice, zkracování vzdálenosti ohnisko-objekt, zvyšování ma hodnot) neodborně prováděná. Postižení byli jak pacienti, tak vyšetřující. Nejdůležitější pokyny k ochraně personálu před rtg zářením : 1. Stále si uvědomovat fyzikální zákony. 2. Během vyšetření musí být laborant v obsluhovně a zavřít dveře mezi vyšetřovnou a obsluhovanou. 3. Nosit stále dozimetr a pravidelně odevzdávat film k výměně za čerstvý. 4. Pravidelně chodit na lékařské prohlídky. 5. Využít volna k pobytu na čerstvém vzduchu. 6. Ženy musí okamžitě hlásit podezření na těhotenství. 7. Při skiaskopickém vyšetření nosit zástěru a eventuelně rukavice. 8. Po skončení vyšetření řádně vyvětrat vyšetřovnu. 35

36 6. Zhodnocení významu rtg záření, jeho vliv na činnost a život člověka Od objevu paprsku X, který byl po objeviteli pojmenován rentgenový paprsek, získal W.C. Roentgen roku 1901 Nobelovu cenu. Od té doby uběhlo přes sto let a lidé dále získávají nové poznatky jak o samotném záření tak o jeho využití. Nejvíce ho asi známe v medicíně, kde se rentgenové záření využívá jednak v diagnostice (rozpoznávání a určování chorob), jednak pro léčení některých chorob (radioterapie). Zdrojem rtg záření je rentgenka (vakuová skleněná trubice), která se také vyvíjela a zdokonalovala. V průmyslu, kde se při kontrole materiálů a hotových výrobků, používá rentgenové záření, nedochází k poškození výrobků, což má za následek velké zvýšení efektivity výroby. S rentgenovými přístroji se setkáváme také při kontrole zavazadel (bezpečnostní rentgeny) zejména na letištích, kde mají podobnou funkci jako defektoskopické přístroje. Nedílnou součástí rentgenu musí být zabezpečení osob proti nežádoucímu ozáření. V místnostech je na stěny nanášen klasický beton se speciální barytovou omítkou, dveře jsou dřevěné s olověnou vložkou, při velkém rtg záření se používají ocelové dveře s olověnou vložkou. Konstrukce musí být taková, aby nedocházelo k průniku rtg záření. Další využití rtg záření je v umění. Historici a restaurátoři našli v rentgenovém záření velmi užitečného pomocníka. Mohou odhalovat padělky uměleckých předmětů, bez poškození obrazů zjišťovat použité malířské techniky a pátrat po historických souvislostech jejich tvorby. V neposlední řadě je to astronomie, kde se v současné době pozoruje vesmír, detektory těchto záření jsou vybaveny především družice a kosmické sondy. První informace o rentgenovém záření Slunce získali astronomové roku 1949 z detektoru umístěného na výškové raketě. Mezi nejnovější aplikace patří rentgenová litografie, jejíž brzké použití při výrobě mikroprocesorů a počítačových pamětí by podle očekávání mělo vést k další integraci funkcí a k dalšímu zvýšení operačních výkonů i paměťové kapacity integrovaných elektronických obvodů. 36