Определение плотности гомогенных многослойных сред в медицине

ВВЕДЕНИЕ 11
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 14
1.1 Анализ методов рентгеновской трансмиссии для измерения плотности
сред 14
1.1.1 Однофотонная рентгеновская абсорбциометрия 14
1.1.2 Двухфотонная рентгеновская абсорбциометрия 20
1.1.3 Двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия 23
1.2 Метод ДЭРА с уравнением связи 26
2 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 29
2.1 Основы рентгеновского излучения 29
2.1.1 Природа рентгеновского излучения 29
2.1.2 Способы получения рентгеновского излучения 31
2.1.3 Тормозное излучение 32
2.1.4 Характеристическое излучение 35
2.2 Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом 38
3 Расчеты и аналитика 42
3.1 Теория определения плотности многослойных сред 42
3.2 Приборы и техника эксперимента 46
3.2.1 Рентгеновская трубка 49
3.2.2 Блок детектирования 52
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 54
4.1 Определение калибровочных коэффициентов для моноэнергетических линий бария и неодима 54
4.2 Оценка чувствительности и определение погрешности измерения
плотности веществ методом двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии с уравнением связи 57
4.3 Определение плотности фантома костной ткани 61
5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 65
5.1 SWOT-анализ 65
5.2 Планирование научно-исследовательских работ 70
5.3 Бюджет научного исследования 72
5.3.1 Специальное оборудование для научно-исследовательских работ .. 74
5.3.2 Расчет основной заработной платы 75
5.3.3 Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала 77
5.3.4 Отчисления на социальные нужды 77
5.3.5 Накладные расходы 78
Выводы 78
6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 82
6.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 83
6.2 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней опасного
и вредного воздействия и устранению их влияния на работающих 84
6.3 Условия безопасной работы 87
6.3.1 Производственный шум 87
6.3.2 Микроклимат 87
6.4 Анализ выявленных опасных факторов проектируемой
производственной среды 89
6.4.1 Электробезопасность 89
6.4.2 Пожаровзрывобезопасность 90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 93
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 95
Приложение А 98
Купить

Рентгеновское излучение является хорошо изученным физическим явлением, которое нашло широкое применение в современном мире. Рентген используется для досмотра как людей в аэропортах, так и грузов, пересекающих границу. Рентгеновское излучение применяется и в исследовательских целях. Например, одним из наиболее информативных методов, позволяющих проводить комплексные исследования свойств поверхности, является рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) [1]. Также используются другие методы анализа поверхности такие, как околопороговая тонкая структура рентгеновского спектра поглощения (XANES-спектроскопия), протяженная тонкая структура рентгеновского спектра поглощения (EXAFS-спектроскопия), рентгеновская дефектоскопия, фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением и другие методы. Однако самое большое распространение рентген получил в медицине.
Способность рентгеновского излучения проникать через вещества, испытывая при этом ослабление, делает возможным применять это свойство рентгеновского излучения для решения такой важной задачи как определение плотности различных веществ с высокой точностью. В настоящее время в медицине нашли широкое применение такие методы как: однофотонная рентгеновская абсорбциометрия, двухфотонная рентгеновская абсорбциометрия и двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия. Данные методы применяются для диагностики остеопороза. Остеопороз - хронические прогрессирующее заболевание скелета, характеризующееся снижением плотности костей и усилением их хрупкости. Остеопороз является заболеванием, требующим как можно более ранней и точной диагностики. По данным Всемирной организации здравоохранения остеопороз по своей социально-экономической и медицинской значимости занимает 4-е место [4].
Вышеперечисленные методы делают возможным определение минеральной плотности костной ткани бесконтактным методом. Радиографическими методами, которые применялись до того, как были применены методы рентгеновской абсорбциометрии, можно было детектировать потерю костной массы по снимкам в лучшем случае после изменения минеральной плотности кости на 10-20%. Для решения данной задачи в настоящее время используются методы такие, как рентгеновская томография и двух энергетическая рентгеновская абсорбция. Основным методом оценки плотности костной ткани в медицине является метод двух энергетической рентгеновской абсорбциометрии (ДЭРА). Несмотря на то, что в настоящее время двух энергетическая рентгеновская абсорбциометрия считается золотым стандартом в диагностике остеопороза [5], ни один из методов не обеспечивает на сегодняшний день погрешности измерения минеральной плотности костной ткани ниже 3-5%, а отдельных случаях возможна погрешность 10% и выше [6]. Снижение погрешности измерения напрямую связано с ранней диагностикой заболевания. Ограничение метода ДЭРА связано с его неспособностью контролировать изменения структурных параметров кости, таких как плотность и состав трабекулярной и кортикальной составляющей кости. В то время как первые изменения состава и структуры костной ткани происходят именно в трабекулярной (губчатой) кости [7]. Кость в окружении мягких тканей можно представить как многослойную среду переменного состава.
Перспективным направлением решения этой задачи является метод двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (ДЭРА) с использованием уравнения связи (ДЭРАс), развиваемый на кафедре ОФ, который теоретически позволяет для таких сред проводить независимые измерения, как плотности, так и состава среды [8]. Представляется целесообразным провести исследования возможности использования метода для решения таких задач с использованием модельного подхода.
Целью работы являлось моделирование прохождения двухэнергетического рентгеновского излучения через костную ткань в окружении мягких тканей и оценка чувствительности метода двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии с уравнением связи при определении плотности костной ткани.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
• моделирование прохождения двухэнергетического
рентгеновского излучения через мягкую ткань и кость;
• определение калибровочных коэффициентов для выбранных моноэнергетических линий бария и неодима;
• оценка чувствительности метода двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии с уравнением связи;
• определение погрешности измерения плотности метода двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии с уравнением связи;
• послойное определение плотности с использованием фантома костной ткани методом двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии с уравнением связи.
Для выполнения задач измерения проводились на лабораторной установке «Ретран» расположенной на кафедре общей физики НИ ТПУ.
Купить