Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом

Рентгеновская визуализация представляет собой визуализацию те­ней. Различные ткани пропускают разное количество кван­тов, которые затем проецируются на плоскость для показа изображе­ния. Это может быть комбинация экран-пленка, усилитель изобра­жения или датчик, например блок КТ. Таким образом, для того что­бы сформировать рентгеновское изображение, из­лучение должно обладать двумя основными свойствами:

- фотоны должны в значительной мере проникать через ткани, что вызывает получение дозы радиации;

- кванты должны поглощаться в различной степени разными тканя­ми, что приводит к контрасту на изображении.

При рентгенологическом исследовании кванты в очень больших количе­ствах, двигаясь почти параллельно, поступают из фокуса рентгенов­ской трубки. Интенсивность излучения, уменьшается при проникновении излучения глубже в вещество. В зависимости от толщины объекта, некоторая фракция первич­ных фотонов способна проходить через ткани, придерживаясь перво­начального направления, остальные поглощаются тканями.

При попадании в ткани фотоны взаимодействуют с электронами атомов. Каждое взаимодействие с фотоном передает энергию одному или бо­лее электронам. После этого электроны с высокой энергией способ­ны ионизировать и возбуждать атомы, а также диссоциировать моле­кулы тканей. Доза радиации - характеристика ионизирующего из­лучения - тесно связана с воздействием этих так называемыми вторичными электронами.

Ослабление первичного пучка излучения при взаимодейст­вии рентгеновского излучения с веществом происходит глав­ным образом из-за фотоэлектрического поглощения и комптоновского рассеяния излучения атомами вещества. Фотоэлектрическое поглощение и комптоновское рассеяние пред­ставляют собой основные проявления процесса взаимодействия с фо­тонами в диапазоне диагностических энергий 15-500 кэВ

При фо­тоэлектрическом поглощении кванты рентгеновского излуче­ния полностью отдают свою энергию электронам атомов ве­щества, которые в свою очередь взаимодействуют с другими электронами, создавая характеристическое излучение или те­ряя энергию на другие вторичные процессы.

При комптоновском рассеянии рентгеновский квант лишь часть энергии от­дает электрону атома, другая часть энергии сохраняется в виде рассеянного кванта. При невысоких напряжениях на трубке (до 60 кВ) преобладает фотоэлектрическое поглощение, при более высоких существенный вклад в ослабление вносит комптоновокое рассеяние. Существует следующая взаимосвязь между фотоэлектрическим и комптоновским явлениями: в тканях с низким атомным весом, таких как мягкие ткани (а также во всех си­туациях при высоких энергиях), рассеяние встречается значительно чаще фотоэлектрического поглощения.

Частота, с кото­рой наблюдаются эти явления, обратна при низких энергиях и, в осо­бенности, в тканях и веществах с высоким удельным весом (т.е. в защитных слоях, подобных, например, свинцовому фартуку), где кванты практически полностью поглощаются.

Рассеян­ное излучение отрицательно влияет на качество рентгеновско­го изображения. Здесь необходимо помнить следующие правила: - рассеянное излучение тем больше, чем жестче рентгеновские лучи; - рассеянное излучение тем больше, чем толще объект исследования; - чем жестче лучи, тем больше они поглощаются; - чем плотнее среда, тем меньше проникающая способность излучения. Для уменьшения этого влияния приходится применять специальные меры: диафрагмирование первичного пучка, использование отсеивающих растров и т. д.