Введение в медицинскую рентгенографию

Рис. 1 - 6

Диафрагмирующее устройство. Рентге­новское излучение из трубки проходит через ограничивающее пучок устройство.Свинцо­вые створки внутри коллиматора формируют размер пучка по размерам выбранного поля облучения. Выйдя из устройства, рентгенов­ское излучение попадает на объект съемки.

рицательном полюсе катода, ускоряются на их пути к аноду, ударяются о положительно заряженную мишень анода, в которой и возникает при этом рентгеновское излучение (рис. 1-4).

Большая часть энергии, потребляемой рентгеновской трубкой, на ми­шени анода переходит в тепловую и только менее 1% ее превращается в рентгеновское излучение.

Пульт управления — один из двух узлов аппарата, откуда оператор (рентгенолаборант или врач-рентгенолог) может управлять рентгенов­ским излучением. Независимо от сложности своего устройства, любой пульт позволяет оператору предварительно устанавливать параметры экспозиции и включать трубку.

Другим узлом управления являются формирователи пучка излучения (фильтр, диафрагма, тубус или компенсационный фильтр). С их помощью оператор направляет пучок и ограничивает зону облучения, соответст­венно снимаемому объекту. Эти устройства предназначенны также для формирования пучка излучения таким образом, чтобы защитить особо чувствительные к воздействию лучей части организма — гонады, молоч­ные железы, хрусталики глаз, щитовидную железу. Компенсационные фильтры так формируют пучок, чтобы выравнять избыточные перепады плотности на снимке, обусловленные разной толщиной снимаемой анато­мической области (рис. 1-5).

Наиболее простым образцом формирующего пучок устройства явля­ется глубинная диафрагма с изменяемым полем облучения, не совсем пра­вильно называемая "коллиматором". Она состоит из одной или

Рентгеновские лучи и их получение     9

Рис. 1 - 7

Переменный ток. Электрическая сеть напряжением 220В обеспечивает энергией электроприборы. Поток отрицательно заряженных электронов направлен от отрицательного полюса источника энергии к положительному. Переменный ток меняет полярность и амплитуду 50 раз в секунду. В первый полупериод (серый цвет, А) (1\100 секунды) верхний контакт заряжен отрицательно по отношению к нижнему, и направление тока идет по ходу часовой стрелки. Во второй полупериод (красный,В) нижний контакт отрицательный, а верхний - положительный, ток направлен против хода часовой стрелки. Пример соответствует однофазному току.

нескольких пар створок, ограничивающих площадь пучка соответственно размеру кассеты или снимаемой области (рис. 1-6). Существуют ограни­чители поля облучения, которые автоматически устанавливают размер пучка по формату выбранной кассеты, но их нельзя применять при очень маленьких размерах поля облучения.

ГЕНЕРАТОРЫ

Рентгеновский генератор предназначен для снабжения рентгеновской рубки энергией, необходимой для генерирования рентгеновского излу­чения, а также питания других элементов рентгеновского аппарата. Стан­дартным сетевым током в бытовых электросетях является переменный однофазный ток напряжением в 220 вольт. Термин "переменный ток"

 

10            ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

Рис. 1 - 8

Автотрансформатор и повышающий высоковольтный трансформатор. Автотрансформатор повышает сетевое напряжение до необходимого первичного уровня, которое затем подается на главный высоковольтный трансформатор,повышающий напряжение до величин, необходимых для генерации рентгеновских лучей, т.е. с уровня нескольких десятков вольт до киловольт. Например, 100 вольт первичного напряжения, поданные на повышающий трансформатор с коэффициентом повышения 1:1000, дают на выходе 100 000 вольт (100 кВ).

Рис. 1 - 9

Цепь простого выпрямления. Выпрямитель пропускает электрический ток только в одном направлении. В цепи простого выпрямления выпрямитель подсоединен непосредственно к сетевому питанию. Отрицательный потенциал сетевого напряжения подведен на схеме к верхнему полюсу выпрямителя (серый). В первый полупериод (А) верхний провод заряжен отрицательно, и направление тока идет по ходу часовой стрелки. Во время второго полупериода полярность напряжения меняется (В), но выпрямитель не пропускает тока в обратном направлении (красный).

Рентгеновские лучи и их получение     11

Рис. 1-10

Цепь с самовыпрямлением. Рентгеновская цепь с самовыпрямлением обычно используется в передвижных и зубных аппаратах. Сетевой переменный ток в 50 Гц через настенный выключатель подается на главный трансформатор и повышается до киловольтного уровня. Кривая напряжения состоит из сменяющихся положительной фазы (А) и отрицательной фазы (В). В первый полупериод (А) ток протекает от отрицательного полюса (серый), через нить накала катода к аноду и далее к положительному полюсу сети (красный), в результате чего генерируется рентгеновское излучение (зачерненная часть). Во второй полупериод анод трубки становится отрицательным по отношению к катоду,анодный ток отсутствует и излучения нет. Поскольку рентгеновское излучение возникает только в одну половину цикла, принцип называется также полупериодным выпрямлением.

применяется к цепям, в которых напряжение представляет не постоян­ную величину, а меняется во времени по амплитуде и полярности напря­жения и описывается графически синусоидой (рис. 1-7). Такая форма то­ка обеспечивает достаточное количество энергии для некоторых видов рентгеновских аппаратов, например, передвижных, зубных и некоторых маммографов.

В большинстве же случаев в схему рентгеновского аппарата включает­ся генератор, потребляющий ток напряжением от 220В и выше, чаще все­го трехфазный.

Для возбуждения рентгеновского излучения на рентгеновскую трубку нужно подать ток порядка нескольких тысяч вольт, причем идеальной формой является постоянное напряжение. Поскольку же в генератор по­дается переменный сетевой ток напряжением в несколько сот вольт, ге­нератор должен трансформировать его в постоянный или близкий к по­стоянному.

К основным компонентам генератора относятся трансформатор и вы­прямитель тока. В трансформаторе (рис. 1-8) для изменения амплитуды напряженности переменного тока используется принцип электромагнит­ной индукции. Автотрансформатор изменяет напряжение с переменным коэффициентом трансформации путем включения соответствующей кнопки или с помощью электромотора. Если, например, оператор выбе­рет установку 100В, то автотрансформатор, получающий ток из сети на-

 

12 ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

Рис. 1-11

Полнопериодное выпрямление. Полнопериодная схема выпрямления с четырьмя выпрямителями (1-4). На схеме волны высокого напряжения указаны положительная фаза (А) и отрицательная фаза (В) периода. В первый полупериод (серый) электроток направлен от отрицательного к положительному полюсу через выпрямитель 4, далее от катода к аноду трубки и обратно через выпрямитель 2 к противоположному полюсу трансформатора. В эту фазу происходит генерирование рентгеновского излучения. Во второй полупериод полярность меняется. Ток всегда течет от отрицательного полюса к положительному и проходит через выпрямитель 3 (красный), далее от катода к аноду трубки,через выпрямитель 1 (красный) к противоположному полюсу трансформатора. Рентгеновское излучение генерируется вновь. Схема называется полнопериодным выпрямлением,так как для генерирования используются оба полупериода волны напряжения. Интенсивность излучения (зачернено на схеме внизу) увеличивается с повышением высокого напряжения.

 

 

Рентгеновские лучи и их получение                                                         13

пряжением 127В, выдаст на выход ток в 100В, т.е. умножит потребляемое напряжение на определенный коэффициент. Затем это напряжение будет подано на повышающий трансформатор с постоянным коэффициентом усиления, например, в 1000 раз (рис. 1-8), что даст на окончательном вы­ходе 100 000В. В этом простейшем примере использованы два трансфор­матора для повышения напряжения коммунальной сети до необходимого для выполнения, например, снимка грудной клетки.

Вторым основным компонентом рентгеновского генератора является выпрямитель, который представляет собой электронную лампу или полу­проводниковое устройство, позволяющее электрическому току проте­кать только в одном направлении (рис. 1-9), вспомните также схему пере­менного тока на (рис. 1-7). Собственно говоря, сама рентгеновская труб­ка работает как выпрямитель, поскольку электрический ток в ней спосо­бен проходить лишь в одном направлении - от отрицательно заряженно­го катода к положительно заряженному аноду, что наблюдается только в одну половину периода. Только в этот момент в трубке и возникает рентгеновское излучение. В следующий полупериод катод заряжается положительно, а анод — отрицательно, поэтому электрический ток меж­ду ними и, следовательно рентгеновское излучение возникнуть не могут. Подобная схема называется рентгеновской цепью с самовыпрямлением (рис. 1-10).

Подобная схема, хотя и представляет собой простой и экономичный способ получения рентгеновского излучения, из-за использования толь­ко половины мощности электрической сети малоэффективна. Ситуация была бы намного лучше, если бы на трубку подавался постоянный ток и катод все время оставался заряженным отрицательно, а анод — положи­тельно. С этой целью применяются специальные схемы выпрямления.

На рис. 1-11 приведена еще более совершенная схема рентгеновского генератора — полноволновой выпрямитель. По этой схеме электроны мо­гут двигаться через выпрямитель только в одном направлении (принцип треугольника).

В первый полупериод электроны движутся от отрицательного полюса источника питания (верхний терминал), через выпрямитель N4, рентге­новскую трубку (от катода к аноду), через выпрямитель N2 и обратно, к нижнему положительному терминалу. Выпрямители N1 и N3 в первый по­лупериод через себя ток не пропускают.

Во второй период полярность меняется. Теперь электроны движутся от отрицательного полюса источника (сейчас это уже нижний терминал), 1ерез выпрямитель N3, рентгеновскую трубку (от катода к аноду), через 'ьшрямитель N1 и обратно к верхнему терминалу. На этот раз ток не про­текают уже выпрямители N2 и N4. Циклы повторяются с частотой 50 раз в сек (50 Гц).

Поскольку электрический ток проходит через трубку в оба полупери­ода и она при этом продуцирует рентгеновское излучение, эффективность системы значительно возрастает. В цепи протекает выпрямленный14    ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

Тип                                                                                          Коэффициент