Как работи рентгенът и от какви модули е изграден. 

Тук накратко ще се опитам да обясня принципа на действие на рентгеновата апаратура за медицински цели. Първо ще се спрем върху принципа на работа и устройството на рентгеновата тръба.

РЕНТГЕНОВА ТРЪБА

Рентгенови лъчи се получават с помощта на рентгенова тръба. Това е вакуумен прибор. Съвременната рентгенова тръба се състои обикновено от два електрода-анод и катод. Катодът произвежда електрони благодарение на отоплителната нишка. Електроните образуващи електронен сноп се насочват към волфрамовата мишена на анода под действието на електрическо поле. Тъй като електроните са развили висока скорост в следствие на електрическото поле те притежават голяма енергия. Когато електроните достигнат анода, предават енергията си на волфрамовата мишена. Получават се следните ефекти:

-през рентгеновата тръба протича електрически ток

-анодът излъчва топлина

-анодът излъчва светлина

-анодът излъчва рентгенови лъчи

Може да се каже още, че анодът излъчва електромагнитни вълни с много широк спектър. Установено е, само около 1% от приложената енергия се отделя във вид на рентгенови лъчи. Приблизително 95% от приложената енергия е за сметка на излъчване на ненужна топлина и няколко % е за излъчване на ненужна светлина.

Консумираната от тръбата мощност за получаване на рентгенови лъчи се дефинира като произведението на приложеното между анода и катода напрежение и електрическия ток преминал през тръбата(анода). Например ако се направи зъбна снимка с 70kV и 7mA, то консумираната от тръбата мощност е 490W.

Това е рентгенова тръба на повече от 100 години.

Съвременна рентгенова тръба.

Установено е, че най-подходящ за мишена на анода е волфрама (само при мамографите се ползва друга мишена). За най-добър добив мишената трябва да е разположена под определен ъгъл спрямо електронния сноп. Наличието на отоплителна нишка прави възможно много лесно да се регулира количеството електрони насочени към анода (за разлика от тръбите преди 100 години, в които няма отоплителна нишка), а оттам и количеството лъчи.

За доброто качество на снимките е нужно експонацията да е кратка, в противен случай при подвижни обекти ще се получи размазан образ. За да е кратка обаче експозицията интензитета на лъчението трябва да е голям, а за да е голям интензитета на лъчението трябва интензитета на електронния сноп към мишената да е голям. Ако при това условие се използва тръба с неподвижна мишена електронният сноп много скоро ще направи кратер в мишената или дори ще я разтопи, а това ще направи тръбата негодна за повторна употреба. (Представете си електрожен - широко разпространените са с мощност до 5 kW. Тази мощност се предава през електрод с диаметър 3-4 мм. Площта на електрода е съизмерима с площта на електронния сноп върху мишената на анода. За получаване на кратка експонация са необходими поне 20-30kW. Представяте ли си какво ще стане с въпросната заварка, но не с 5 а с 30 kW -просто материалът ще се изпари. Същото ще се получи и при мишената на анода). Какво е решението на проблема? Има две възможности-първо да се увеличи площта на електронния сноп и второ да се направи така, че електронния сноп да не попада на едно и също място върху мишената. При увеличаване на площта на електронния сноп се увеличава фокуса на тръбата, което значително намалява разрешаващата способност на полученото изображение. Затова за предпочитане е второто решение на проблема. А то е въвеждане на въртящ анод. (Как се отразява на анода това, че се върти? Представете си какво ще стане ако за половин секунда задържите неподвижно огънчето на цигара върху ръката си. Същото става с неподвижния анод. А сега си представете, че за половин секунда придвижите бързо огънчето на цигара върху дължината на цялата си ръка примерно 5 пъти. Дали въобще ще усетите нещо? Ето това е идеята за въртящ анод.)

Съвременна рентгенова тръба с въртящ анод.

Въртящият анод има форма на диск. От дебелината и диаметъра на този диск зависи мощността и топлинния капацитет на тръбата. Въртящият анод е закрепен за ротора на електродвигател. Статорът на този електродвигател е поставен в защитния кожух на тръбата. При подаване на команда за подготовка двигателят се развърта, отоплението на избрания фокус се загрява до нужното ниво и тръбата с въртящ анод е готова за експонация. Има различни конструкции тръби. Различават се по размер, мощност, топлинен капацитет, максимално напрежение, брой на фокусите, по скорост на въртене на анода и др.

За производството на рентгенови лъчи е необходимо още нещо. Трябва ни рентгенов генератор.

РЕНТГЕНОВ ГЕНЕРАТОР

Рентгеновият генератор служи за управление на рентгеновата тръба. Произвежда високо напрежение и отоплителен ток за определен период от време според зададените параметри за снимка или скопично изследване. Има голямо разнообразие на конструктивни решения, общото при всички генератори е наличието на високоволтов трансформатор. Модерните генератори се състоят от пулт за управление и шкаф. В шкафа се намира управляваща система, високочестотен инвертор и трансформатор.

Високочестотен рентгенов генератор.

 

Според типа на захранване се разделят на:

-монофазни те са за по-малка изходна мощност могат да се използват при рентгеновите уредби за зъбни и панорамни снимки, за мамографски изследвания, скопични и графични возими рентгенови уредби и апарати за измерване на костната плътност. Предимство е опростената конструкция и ниска цена, а недостатък е по-ниската изходна мощност.

-трифазни използват се при стационарните рентгенови уредби. Предимство по-висока изходна мощност, а недостатък по-сложна и скъпа конструкция.

Според честотата на трансформираното високо напрежение:

-нискочестотни еднопулсови, двупулсови, шестпулсови, дванадесетпулсови. Високоволтовият трансформатор преобразува честотата от мрежовото захранване в съответен брой пулсове.

-високочестотни мрежовото напрежение се изправя след това постъпва в инвертор, който произвежда импулси с висока честота. Импулсите се трансформират, а после изправят и филтрират. Използването на високочестотни рентгенови генератори се налага поради факта, че спектъра лъчението е по-тесен.

Според задаване на параметрите за снимка (kV, mA, s)

-с фиксирани параметри един или два от параметрите са зададени конструктивно. Обикновено mA са фиксирани, а могат да се регулират kV и s. Или mA и kV са фиксирани, а може да регулират s. Това се използва предимно при рентгеновите уредби за зъбни снимки и някои возими апарати.

-с променливи параметри могат да се избират и трите параметъра (kV, mA, s).

Според броя тръби (работни места):

-с една тръба

-с две тръби

-с три тръби

Според приложението:

-за графия

-за скопия

-комбинирани

осигуряването на рентгенови лъчи не е достатъчно за получаването на диагностично изображение. За това е необходим и статив на който се разполага пациента.

СТАТИВИ

Стативите могат да бъдат различни:

-за графични изследвания вертикални стативи Буки маси

Буки маса с "плаващ" плот

Вертикално буки (гръден статив)

-графично-скопични изследвания скопични стативи дистанционни стативи

Дистанционен статив

Скопичен статив

Стативите служат за позициониране на пациента в най-подходящата позиция за дадено изследване. При вертикалните стативи се движи букито. При различните буки маси може да се движи само плота или само букито или и двете. При графично-скопичните стативи букито е заменено от сериограф. Разликата между букито и сериографа е, че касетата с филма е неподвижно поставена в букито, докато в сериографа има мотори, които я движат. Сериографът дава възможност касетата да се отмести от пътя на лъчите за да се проведе скопично изследване. Освен това дава възможност на един филм да се направят няколко снимки.

БУКИ

Букито представлява кутия, в която са поместени касетоносача, йонизационната камера за експонационния автомат, растера, а понякога и някои електронни модули.

 

РАСТЕР

Растерът служи за поглъщане на разсеяното лъчение. Съществуват подвижни и неподвижни растери. Подвижните растери са изградени от множество ламели с определено разстояние между тях.Важни характеристики на растерите са отношението на разстоянието между ламелите спрямо тяхната височина, фокусното разстояние и размерите на растера.

 

Скопичните изследвания се правят с помощта на ЕОП и ТВ система.

ЕОП (електронно-оптичен преобразувател) е вакуумен прибор. Той се използва да преобразува невидимите рентгенови лъчи във видима светлина. Рентгеновите лъчи попадат в единия край на ЕОП. Тяхната енергия предизвиква отделянето на електрони. Под въздействието на силно електрическо поле електроните се насочват към другия край на ЕОП, където удрят мишена. Мишената започва да свети и така се получава оптичен образ.

Образът от ЕОП се заснема с телевизионна камера и при нужда се обработва, след което се изпраща на телевизионен монитор.

От около десетина години на пазара за рентгенова апаратура се предлагат различни решения, които да заменят рентгеновите филми. Едно такова решение са цифровите детектори. Те са полупроводникови изделия. Затова се развиват динамично, както и останалите полупроводници. Предоставят все по-високо качество на по-ниски цени.