BESPLATNI GOTOVI SEMINARSKI, DIPLOMSKI I MATURSKI RAD.RADOVI IZ SVIH OBLASTI, POWERPOINT PREZENTACIJE I DRUGI EDUKATIVNI MATERIJALI.

WWW.SEMINARSKI-RAD.COM

WWW.DIPLOMSKI-RAD.COM

WWW.MATURSKI-RAD.COM

NA NAŠIM SAJTOVIMA MOŽETE PRONACI SVE BILO DA JE TO SEMINARSKI, DIPLOMSKI ILI MATURSKI RAD, POWERPOINT PREZENTACIJA I DRUGI EDUKATIVNI MATERIJAL. ZA RAZLIKU OD OSTALIH MI VAM PRUŽAMO DA POGLEDATE SVAKI RAD NJEGOV SADRŽAJ I PRVE TRI STRANE TAKO DA MOŽETE TACNO DA ODABERETE ONO STO VAM U POTPUNOSTI ODGOVARA. U NAŠOJ BAZI SE NALAZE GOTOVI SEMINARSKI,DIPLOMSKI I MATURSKI RADOVI KOJI MOŽETE SKINUTI I UZ NJIHOVU POMOC NAPRAVITI JEDINISTVEN I UNIKATAN RAD. AKO U BAZI NE NADJETE RAD KOJI VAM JE POTREBAN, U SVAKOM MOMENTU MOZETE NARUCITI DA SE IZRADI NOVI UNIKATAN SEMINARSKI ILI NEKI DRUGI RAD NA LINKU NOVI RADOVI. SVA PITANJA I ODGOVORE MOŽETE DOBITI NA NAŠEM FORUMU. ZA BILO KOJI VID SARADNJE ILI REKLAMIRANJA MOZETE NAS KONTAKTIRATI NA OFFICE@SEMINARSKI-RAD.COM

~ 1 ~

Sadržaj

Uvod……………………………………………………….…………………………………………………………….…2

X zraci i njihova difrakcija……………………………………………..……………………..…………..………………….3

Fizički osnovi rengenodijagnostike …………………………………….…………………….……….………………..4

Primjena rengenskog zračenja u medicini…………………………………………………………….……………..5

Literatura……………………………………………………………………………..………………………………..………….11

~ 2 ~

Uvod

X-zrake, poznate i kao rentgenske ili rendgenske zrake, područje su elektromagnetnog zračenja s talasnim dužinama između 10 i 0,01 nm, što približno odgovara području između ultraljubičastog i gama zračenja. Najpoznatija njihova primjena je u dijagnostičkoj radiografiji i kristalografiji. Zbog svoje energije ubrajaju se u jonizuju ć e zračenje .

λmin = hc / eU = 1,24/U (kV) h - Plankova konstanta, c - brzina svetlosti, e - elementarno naelektrisanje, U - vrednost napona.*(nm) - Duan-Huntov zakon

Wilhelm Conrad Röntgen (Rentgen) objavljuje 1895. da je u modifikovanoj Crookesovoj cijevi otkrio nevidljive zrake koje izazivaju fluorescenciju, prolaze kroz materiju, te se ne otklanjaju u magnetskom polju. Röntgen je te zrake nazvao X-zrake zbog njihove nepoznate prirode. Iako se poslije pokazalo da su takve zrake već bile uočene u nekim eksperimentima, npr. Nikola Tesla proizveo ih je djelovanjem električnog polja visoke frekvencije, Röntgen ih je prvi istražio, primijenio i shvatio njihovu prirodu.1

Rendgensko zračenje nastaje kada elektroni velikom brzinom udaraju u metal, pri čemu dolazi do njihovog naglog usporavanja i izbijanja elektrona iz unutrašnjih ljuski atoma metala. Usporavanjem se

stvara kontinuirani spektar zakočnog zračenja (bremsstrahlung), a popunjavanjem mjesta sa kojih su izbijeni elektroni nastaju spektralne linije.1

Uobičajeni način dobijanja X zraka (stvaranje zračenja) je u rendgenskoj cijevi. To je vakuumska cijev u kojoj se s jedne strane nalazi anoda, a s druge katoda uz koju se nalazi žarna nit. Katoda je na visokom naponu u odnosu na anodu. Kada žarnom niti teče električna struja ona se užari pa katoda izbacuje elektrone koji se ubrzavaju u električnom polju između katode i anode. Elektroni udaraju u anodu koja je načinjena od materijala koji su otporni na visoku temperaturu, poput molibdena i volframa, a ujedno se i vrti kako bi

~ 3 ~

imala što bolje hlađenje. Pri tome se 99 % energije elektrona pretvara u toplinu, a samo 1 % odlazi u obliku jonizujućeg zračenja koje pod pravim uglom izlazi kroz mali otvor na rendgenskoj cijevi.1,2

X zraci i njihova difrakcija

Opšto pravilo za udaljenost d između susjednih ravni (samo za kubičnu strukturu) je (h, k, l su indeksi ravni, a konstanta rešetke)

Šta se dešava prilikom difrakcije, može se vidjeti na slici ispod.

X-zraka sustretne kristal pod uglom θ , rasprši se na paralelnim ravninama atoma u kristalu, a ono što mi mjerimo je ugao difrakcije 2θ - ugao između zrake koja prođe kroz kristal i reflektovane zrake. Da bi na nekoj udaljenosti reflektovane zrake ostale u fazi, razlika pređenih puteva mora biti jednaka cijelom broju talasnih dužina (n):

2d sinθ = nλ Vidljivo je da ugao difrakcije zavisi o talasnoj dužini zraka λ i udaljenosti d između ravni. Pri tome se dobije ograničenje na talasnu dužinu svjetlosti kod koje dolazi do difrakcije: λ ≤ 2d . To je i objašnjenje zašto ne dolazi do difrakcije vidljive svjetlosti: talasne dužine vidljive svjetlosti su puno veće od udaljenosti između ravni u kristalu. Budući da svaka ravnan

~ 4 ~

reflektuje 10-3 do 10-5 upadne zrake, 103 do 105 ravni učestvuje u stvaranju reflektirane zrake.

Promatranjem difrakcijskog uzorka moguće je odrediti o kojoj se kristalnoj strukturi radi. Intenziteti maksimuma zavise o vrsti atoma u rešetki i prostornom rasporedu pa se taj princip može iskoristiti za razna proučavanja materijala. Često se koristi Debye-Scherrer-ova metoda te difraktometri.*3

Fizički osnovi rentgenodijagnostike

Predmet rentgenodijagnostike je posmatranje unutrašnje strukture x-zraka, a koja je bazirana na zakonima apsorpcije x-zraka. Za monohromatsko x-zračenje zakon apsorpcije x-zračenja ima sledeći oblik:

I = Io x e na -mx

gdje je:

I - intenzitet zračenja nakon prolaska kroz apsorber debljine x;Io - intenzitet zračenja; - zapreminska masa matarijala apsorberam - maseni koeficijent apsorpcije na dati materijal

Maseni koeficijent apsorpcije zavisi od talasne dužine apsorbovanog zračenja i rednog broja elementa apsorbera (z).3

Danas postoji više metoda koje koriste difrakciju x-zraka, za određivanje kristalne strukture supstanci. Ako se difrakcija vrši na kristalima poznate strukture, onda se mogu mjeriti talasne dužine x-zraka.

Primjena rendgenskog zračenja u medicini

X - zrake su elektromagnetski talasi (1 pm – 0,1nm). U prirodi ne postoji puno prirodnih izvora X-zračenja. Jedini fizički poznati izvor je - rentgenska cijev. X zraci nastaju kočenjem brzih elektrona u električnim poljima teških jezgara ili relaksacijom, prelazima elektrona u niže ljuske u teškim atomima.

Medicinska primjena se zasniva na specifičnim interakcijama upadnih fotona X-zraka s atomima različitih tkiva; slika se dobija iz parametara snopova koji su transmitirani kroz tijelo. Interakcija fotona X-zraka i atoma tkiva i način interakcije zavisi od energije fotona i atomskog sastava tkiva.

~ 5 ~

Fotoelektrični efekt dominantan je za fotone energija manjih od 80 keV; vjerovatniji je za teške atome u tkivu koji se nalaze u kostima (Ca).

Comptonovo raspršenje prevladava kod fotona većih energija i vjerovatnije je za lakše atome u mekom tkivu (O i C)

Rentgenska dijagnostika - slojevito snimanje, omogućava prikupljanje podataka iz onih izlaznih snopova koji su prošli kroz odabrani sloj tijela. Intenzitet izlaznog snopa zavisi od koeficijenta apsorpcije tkiva kroz koja je prošao. Slika je izračunata raspodjela apsorpcijskih koeficijenata tkiva u elementima sloja. Sukcesivnim snimanjem dobivaju se slike uzastopnih slojeva te je moguće pomoću računara dobiti prikaz organa - dijela tijela u tri dimenzije; rotacijom slike na ekranu može se dobiti slika objekta sa svih strana. To sve se obavlja pomoću rengen aparata.

X-zrake su elektromagnetsko zračenje slično svjetlosti, ali s višom energijom. Strojevi za generisanje X-zraka imaju vakuumiranu staklenu cijev na čijim krajevima su postavljene elektrode, negativna katoda i pozitivna anoda. Na elektrode je doveden visoki napon koji može biti u rasponu od nekoliko hiljada volti do nekoliko stotina hiljada volti. Razlika potencijala tada elektrone nakupljene na katodi ubrzava prema anodi te oni udaraju u metalnu ploču s velikom energijom. Pri sudaru s metalnom pločom elektrone će privući pozitivno nabijena jezgra atoma metala, pri čemu se smanjuje energija elektrona, tj. dolazi do emisije X-zraka, koje imaju veliku moć prodiranja.

X-zrake koje nastaju kao rezultat sudara elektrona s metalnom pločom imaju širok raspon energije, međutim maksimalna energija koju mogu imati određena je razlikom potencijala između elektroda koje ubrzavaju elektrone. Naprimjer, ako je razlika potencijala između elektroda 50 keV, rezultirajuće X-zrake imat će energiju do, ali ne i preko 50 keV.

~ 6 ~

Veliki dio energije elektronskog snopa na anodi se pretvara u toplinu pa se stoga cijevi za generisanje visokoenergetskih X-zraka često hlade vodom. Moć prodiranja X-zrake čini idealnim za korištenje u medicinskoj dijagnostici, ali i u razne industrijske svrhe. Međutim, visoka energija X-zraka može uzrokovati jonizaciju i čini X-zrake biološki opasnim ako apsorbirana doza nije ispod preporučenog minimuma.

Rentgen aparat je dijagnostički medicinski aparat koji koristi X zrake, to jest rentgen zrake za otkrivanje oboljenja. Ova dijagnostička metoda je i danas neprikosnovena u početnoj dijagnostici koštano-zglobnog sistema, dijagnostici oboljenja pluća i srca, oboljenja bubrega i urinarnog sistema i daje dobre rezultate u ispitivanju oboljenja jednjaka, želuca i crijeva i žučne kese. Rentgen aparti novih generacija su sa digitalnom tehnikom snimanja i uspiješno se koriste u dijagnostici oboljenja krvnih sudova - angiografije.4,5

Svaka vrsta zračenje nosi sa sobom određenu dozu

opasnosti po živu ćeliju. Da bi se opasnost od rentgen zračenja otklonila, to jest svela na minimum, postoje mjere zaštite koje se sprovode prilikom snimanja. One podrazumijevaju:

• zaštitu pacijenta, • zaštitu stručnog lica i • zaštitu okoline od rentgenskog zračenja.

CT - kompjuterizovana tomografija

Kompjuterizovana tomografija (naziva se još i aksijalna tomografija) je savremena metoda ispitivanja, koja se zasniva na nekim starim metodama (upotreba X zraka, tehnika tomografskog snimanja) i nekim savremenim tehničkim dostignućima (upotreba računara).

~ 7 ~

Film je zamjenjen sistemom detektora koji sa velikom preciznošću pretvaraju X-zrake u svjetlosne ili električne impulse koji se dalje prenose u kompjuter. Kompjuter izračunava atenuaciju (slabljenje) X-zraka u dijelovima tkiva veoma male zapremine 0,5* 0,5*1,5 mm (mogućnost razlikovanja malih promjena-prostorna rezolucija). Promjene se mogu pojačati ubrizgavanjem kontrasta. Definitivna slika se registruje na magnetnoj ploči i prikazuje na monitoru i snima na rendgenski film. Snima se u više nivoa. CT skener je u mogućnosti da pravi slike slojeva pojedinih organa od interesa. Samo par sekundi dovoljno je za dobijanje nekoliko slika presjeka pojedinih organa u tijelu. CT je u mogućnosti da napravi jasno čistu sliku organa (npr. jetre) za razliku od običnog, klasičnog snimka. Gusta tkiva, kao što su kosti, prikazuju se na detektoru svijetlim (bijelim nijansama). Manje gusta tkiva kao što su mozak i mišići u nijansama sivih boja, dok se crnom bojom prikazuju dijelovi tijela koji imaju najmanju gustinu.4,5

U odnosu na NMR (nuklearnu magnetnu rezonancu) kompjuterizovana tomografija superiorna je u dijagnostikovanju krvarenja, kalcifikacija i promjena na kostima.

Ovu metodu su patentirali Hounsfield i Cormack – 1972. i ona predstavlja spoj posebnog načina snimanja, prikupljanja podataka i matematičke obrade. Uski snop zraka prolazi kroz odabrani sloj tijela određen širinom snopa. Na suprotnom kraju je detektor koji bilježi intenzitet izlaznog snopa. Sloj je podijeljen na volumne elemente - voxel (10 mm3). Veličina voxela određena je površinom presjeka snopa - razlučivost metode. Svaki voxel ima svoj koeficijent apsorpcije. 4

Snop prolazi kroz niz voxela i intenzitet izlaznog snopa je:

I I e 12 3 n

Metoda je bezbolna i osim retkih komplikacije koje se mogu očekivati pri upotrebi kontrasta, bezopasna je. Količina zračenja nije velika.

~ 8 ~

Paralelnim pomicanjem izvora i detektora snimi se cijeli sloj. Zakretanjem sistema sloj se snima iz različitih uglova. Tako se dobije dovoljni broj podataka da se primjenom složenog matematičkog algoritma izračuna raspodjela apsorpcijskih koeficijenata. Podaci se prenose u pixele i prikazuju u sivoj skali. Broj izmjerenih fotona određuje preciznost mjerenja apsorpcije duž jedne linije prolaska snopa. Kontrast je određen različitošću apsorpcije u pojedinim tkivima Ovakav postupak je zahtijevao dugotrajno snimanje, pa se razvojem tehnologije malih detektora omogućila konstrukcija savršenijih uređaja.5

CT skeniranje se koristi za pregled mnogih dijelova tijela i to uključujući: Pluća i toraks (grudni koš): CT skener može da otkrije infekcije, tumore, proširenja

krvnih sudova (aneurizme), metastaze. Abdomen (trbušna šupljina): CT skener može otkriti patološke kolekcije tečnosti,

tumore, kao i neke bolesti urinarnog trakta. Jetra: CT skener može otkriti tumore jetre, krvarenja u jetri, kao i manje bolesti jetre

Pankreas: CT je izuzetno kvalitetan aparat kada je u pitanju detekcija tumora i upale pankreasa (pankreatitis akutni i hronični).

Žučna kesa i žučni putevi: CT se koristi u otkrivanju mjesta i uzroka stvaranja bloka u protoku žuči.

Nadbubrežne žlijezde: CT je u mogućnosti da detektuje tumore nadbubrežne žlijezde Slezina: CT se koristi kod evaluacija povreda slezine. Kičma i kičmeni stub: CT može otkriti tumore, povrede, degenerativne promene,

deformitete, hernije diskusa i druge probleme kičme. Mozak: mogu se razlikovati tkivo tumora, edematozno moždano tkivo, kapsula

apscesa mozga, hematom, infarkt, kalcifikacije.

Postoji mali rizik od alergijske reakcije na jodna kontrasna sredstva. Većina reakcija, ako do njih dođe, se liječi medikamentozno. Uvek treba biti pažljiv sa upotrebom bilo koje vrste zračenja, pa i X-zraka, mada je njihova doza, kod CT skeniranja, mala. CT se ne radi trudnicama zbog toga što X

zraci mogu oštetiti fetus. CT skeniranje se radi prije bilo koje dijagnostičke metode koja koristi kontrast ili lijekove na bazi bizmuta, jer to može negativno uticati na kvalitet snimaka kao i na tačnost dijagnoze.5

~ 9 ~

DODATAK

*Rizik od kontakta sa X zracima*

Nedavno su naučnici pod vodstvom profesora Batemana sa Fakulteta Clamson u Južnoj Karolini u Americi objavili studiju o vrlo štetnom djelovanju niskih doza zračenja na kosti (J. Appl. Physiol. 2006, 101, 789). Potvrdili su mnogo ranija upozorenja naučnika, poput Edisona i Tesle, koji su još krajem pretprošlog vijeka upozoravali na opasnosti pretjeranog izlaganja x-zrakama (rendgensko zračenje). U najnovijoj studiji Bateman je proučavao djelovanje različitih zračenja (x-zrake, protonsko i teškoionska zračenja) pri vrlo niskim dozama. Otkrio je znatne promjene u trabekularnoj arhitekturi kostiju zbog zračenja. »Iznenađeni smo brzinom i opsegom oštećenja kostiju. Nismo očekivali da ćemo uočiti gubitak koštane mase pri tako niskim dozama zračenja« - izjavio je Bateman za znanstveni nedeljnik New Scientist.

Paradoks niskih doza

Rezultati studije pokazuju da je jedna jedina doza zračenja dovoljna da izazove vidljiva oštećenja kostiju, takozvanu osteoradionekrozu. Tako je u studiji količina zračenja od 2 graya (Gy) bila dovoljna da se »rastopi« između 29 i 39% unutrašnje koštane mase kod eksperimentalnih miševa! Količina zračenja od 2 graya je ona koju, inače, redovito primaju pacijenti na odjelu za rak. Stoga su rezultati te studije vrlo važni za preispitivanje vrijednosti i sigurnosti zračenja x-zrakama u terapijske svrhe. Bateman podsjeća da su nedavno objavljene studije koje pokazuju da kod »ozračenih« pacijenata na odjelima za rak kosti postaju vrlo krhke te se povećava rizik od lomova kostiju - od 60 do 200%. Razlog tome je što se preostala spužvasta struktura kostiju (neoštećena zračenjem) vrlo lako narušava pod vanjskim opterećenjem ili naprezanjem. Posebno štetne učinke na zdravlje kostiju uzrokuje istodobna upotreba zračenja i hemoterapije. Budući da i hemoterapija dovodi do »otapanja« kostiju, kombinacijska terapija x-zrakama i antitumorskim lijekovima često dovodi do spontanih lomova kostiju.

Zračenje dijagnozom

Osim terapijske primjene, dijagnostička upotreba x-zraka takođe je upitne vrijednosti i sigurnosti. Zbog nepotrebne i neumjerene potrošnje dijagnostičkih usluga, svakojakih snimanja i skeniranja čitavoga tijela, zdravlje kostiju populacije znatno se narušava. Uprkos zakonskoj regulaciji, novim rendgenskim tehnologijama i boljem naučnom uvidu u opasnosti od x-zračenja, danas se ponovno uočava trend porasta izlaganju x-zrakama. Prema podacima Međunarodne komisije za radiološku zaštitu (ICRP), trećina takvih izvršenih dijagnostičkih snimanja nije potrebna, a ukupna količina primljenog x-zračenja pacijenata

~ 10 ~

može se, uz razumnu upotrebu, smanjiti i do 50%. Mnogi naučnici smatraju da su mamografija, tomografija (CT) i »rendgen pluća« samo modernije verzije ranijih, gotovo perverznih, primjena x-zraka poput pedoskopije u trgovinama obuće, pelvimetrije u rodilištima i »x-depilacije« u kozmetičkim salonima. (vidi detaljnije u GK 47/2005, »Pohlepa za x-zrakama«).

Kosti astronauta

Konačno, objavljeni rezultati Batemana i saradnika o štetnom djelovanju zračenja na kosti posebno su uznemirili naučnike na projektima istraživanja svemira. Vrlo je vjerojatno da će astronauti na dužim misijama u svemiru biti izloženi povećanom riziku od oštećenja kostiju. Poznato je da zbog jednomjesečne izloženosti mikrogravitaciji čovjek gubi oko 2% koštane mase, no ta studija upozorava da zračenja (protonsko i teškoionska) niskog intenziteta u svemirskom prostoru kroz duže vrijeme mogu izazvati dodatne komplikacije. Stoga su planirane misije tridesetomjesečnog boravka i istraživanja Marsa vrlo rizične za zdravlje astronauta. No, u NASA-i se već »proizvode« umirujuće procjene. Frank Cucinotta, glavni NASA-in stručnjak za područje zračenja i zdravlja, podsjeća da su u

objavljenom Batemanovu radu korištene doze x-zračenja koje su 40 puta više od onih kojima su astronauti izloženi u svemiru. Pritom kao da namjerno zaboravlja na ostale vrste zračenja - protonska i teškoionska... Čini se da će neki astronauti, baš kao i pacijenti na odjelu za rak, postati nove kolateralne žrtve »napretka« nauke.

Literatura

1. „Fizika“ - Dimić G, Ilić D, Tomić J (ZUNS Beograd, 1975.)/http://publisher.medfak.ni.ac.rs/

2. „Opšta fizika i biofizika” - Ivan Janić, Dragoljub Mirjanić, Jovan Šetrajčić (Tuzla, 1991)

3. „Biofizika I, II” - D. Ristanović, J. Simonović, J. Vuković (Beograd, 1980)

~ 11 ~

4. „Rentgensko zračenje u medicini” - D. Krilov (Sveučilište u Zagrebu- Medicinski fakulltet, 2006.) /http :// physics . mef . hr /

5. http://www.stetoskop.info/

~ 12 ~