Классификация рентгенодиагностических аппаратов

Классификация рентгенодиагностических  аппаратов 

     Рентгеновский диагностический аппарат — общее  название совокупности устройств, используемых для получения рентгеновского излучения и применения его для диагностики. В состав рентгенодиагностического аппарата входят устройство для генерирования излучения (излучатель и питающее устройство), штативы, приемники излучения.

     Излучатель  — источник рентгеновского излучения  обычно состоит из рентгеновской  трубки и защитного кожуха, наполненного изоляционным маслом. В переносных и передвижных аппаратах в излучатель входят также высоковольтный трансформатор, выпрямители и трансформатор накала; такой излучатель называют моноблоком.

     Рентгеновское питающее устройство представляет собой  совокупность блоков, необходимых для  питания излучателя электрической  энергией, регулирования электрических  параметров аппарата, защиты и управления. Часть схемы питающего устройства, обеспечивающую регулирование и подачу напряжения на рентгеновскую трубку, называют главной цепью. Штативы аппарата служат для взаимной ориентации и перемещения в зависимости от задачи исследования излучателя, пациента и приемника излучения.

     Приемник  излучения — устройство для преобразования рентгеновского излучения, прошедшего через исследуемый объект, видимое  изображение или электрический  сигнал. Приемником излучения может быть люминесцентный экран, усилитель изображения или кассета с усиливающими экранами и пленкой, цифровой детектор.

     Самостоятельное значение имеет группа устройств, служащих для формирования поля излучения, расположенных в зависимости от назначения на излучателе, штативе или приемнике излучения. Формируют излучение в пространстве диафрагмы, тубусы и отсеивающие растры. Автоматические рентгеновские экспонометры и стабилизаторы яркости (или мощности дозы) формируют поле излучения во времени и прямо связаны с питающим устройством аппарата.

     

     Для взаимной ориентации в пространстве излучателя, пациента и приемника  излучения служат штативно-механические устройства, конструкция которых определяется прежде всего назначением аппарата и областью его применения.

     По назначению  рентгенодиагностические аппараты делят на стационарные (табл. 1.1) для профилактической, общей и специальной диагностики, передвижные и переносные {табл. 1.2), К стационарным аппаратам для профилактических исследований относят флюорографические аппараты для исследования легких и других органов. Аппараты для общей диагностики выпускаются двух видов: с непосредственным управлением и телеуправлением. Телеуправляемый аппарат, естественно, обязательно содержит усилитель изображения и телевизионный канал. При использовании подобного аппарата врач-рентгенолог освобождается от необходимости находиться в зоне облучения рядом с пациентом у поворотного стола-штатива. В аппаратах с непосредственным управлением врач-рентгенолог при рентгеноскопии находится в процедурной около усилителя изображения. Стационарные аппараты для специальной диагностики подразделяются в зависимости от исследуемых органов и задач исследования на ангиографические, дентальные, урологические, хирургические, аппараты для маммографии, для диагностики остеопороза. В зависимости от методик исследования выделяют аппараты для томографии, ортопантомографии. Особый класс аппаратов составляют аппараты для реконструкционной вычислительной томографии. Передвижную аппаратуру делят на флюорографы, аппараты для исследований в палатах и операционных. К этому же классу относятся разборные аппараты для общей диагностики в полевых, военно-полевых и других условиях.

     

     Переносная  аппаратура предназначена для неотложной диагностики на дому, в полевых  и других нестационарных условиях.

     

     Блок-схема рентгенодиагностического аппарата: 

     Рис. Принципиальная блок-схема рентгенодиагностического аппарата: Vc — питающее напряжение; Va — напряжение для исследования; РН — регулятор напряжения; РВ — реле времени; ГУ — генераторное устройство, включающее выпрямители; РТ — рентгеновская трубка; Ф — фильтр; Д — диафрагма; О — объект исследования (пациент); Р — отсеивающий растр; РЭ — камера экспонометра рентгеновского излучения; П — кассета с рентгенографической пленкой и усиливающими экранами; УРИ — усилитель рентгеновского изображения; ТТ — телевизионная передающая трубка; ФК — фотокамера; ВКУ — видеоконтрольное устройство; ФЭУ — фотоэлектронный умножитель; СЯ — стабилизатор яркости; БЭ — блок обработки сигнала экспонометра; БН — блок управления накалом рентгеновской трубки с вычислительным устройством; ТН — трансформатор накала; S — оптическая плотность почернения фотоматериала; В — яркость свечения флюоресцентного экрана; пунктиром обозначен рабочий пучок рентгеновского излучения. 
 
 
 
 
 
 

     Описание ключевых блоков.

     РТ  – рентгеновская  трубка

     Рентгеновские диагностические трубки

     Рентгеновская трубка представляет собой высоковольтный электровакуумный прибор. Трубка состоит  из накаливаемого катода, являющегося  источником электронов, и анода, в  веществе которого тормозятся электроны, ускоренные электрическим полом, приложенным к электродам трубки. Электроды трубки помещаются в стеклянный баллон, объединяющий элементы трубки в единую конструкцию. Давление в трубке около 10^-4 Па.

     

     В результате бомбардировки анода  потоком ускоренных электронов и  торможения их на участке поверхности  анода (в фокусе) возникает рентгеновское  излучение, которое испускается  практически равномерно в телесном угле 2π, если не считать некоторого ослабления излучения около плоскости анода. В рентгенодиагностике используется узкий пучок излучения. Для того чтобы выделить этот пучок из полусферы излучения, активную поверхность анода, на которой находи фокус, располагают под углом 90⁰ - β  к оси трубки (рис. 1.1).

     Используемую  часть пучка излучения можно  представить в виде четырехгранной пирамиды с вершиной в фокусе, ограниченной с четырех сторон шторками диафрагмы. Высоту пирамиды, перпендикулярную к оси трубки, называют центральным лучом, или осью пучка. Наибольший угол между гранями пирамиды равен 2π. Остальная часть излучения не используется, и необходимо принимать меры для защиты от ее воздействия.

     Действительный  фокус трубки имеет вид прямоугольника и называется линейным. Проекция фокуса на плоскость, перпендикулярную центральному лучу, представляет собой квадрат со сторонами от 0,1 до 2 мм и называется эффективным фокусным пятном рентгеновской трубки (рис. 1.1). Важно отметить, что только на перпендикуляре к оси трубки эффективный фокус имеет квадратную форму и номинальные размеры, оговоренные паспортом трубки. В других направлениях размеры и форма фокуса изменяются. Это иногда требует определенной ориентации трубки относительно исследуемого объекта.

     Электронный поток, бомбардирующий анод трубки, возникает благодаря термоэлектронной эмиссии с накаливаемой электрическим током вольфрамовой спирали. Для ограничения размеров фокуса применяется электростатическая фокусировка потока электронов. С этой целью катодную спираль вытянутой формы располагают в специальном гнезде. Форма гнезда и глубина расположенной в нем спирали создают необходимую конфигурацию электрического поля. Ренттенодиагностические трубки разделяют на грубки с неподвижным анодом и на трубки с вращающимся анодом, Применение трубок с неподвижным анодом ограничено из-за малой мощности, которую способен рассеять анод трубки за малые промежутки времени. При вращении анода под электронный луч попадают последовательно набегающие элементы фокусной дорожки, площадь которой во много раз больше действительного фокусного пятна. Температура элементов фокусной дорожки за время прохождения под лучом повышается на 1500-2000°С, а за время одного оборота анода уменьшается в 15-20 раз за счет перераспределения теплового поля в глубинные слои тела анода. При повторных прохождениях элемента под электронным лучом картина повторяется и максимальная температура фокуса (элемента фокусной дорожки при прохождении его под лучом) повышается сравнительно медленно, Это позволяет при большой выделяемой на аноде мощности уменьшить величину эффективного фокусного пятна, обеспечив тем самым малую геометрическую нерезкость.

     Вследствие  преимущества трубок с вращающимся  анодом ими комплектуют не только все стационарные, но и многие передвижные  и палатные аппараты. Применение трубок с неподвижным анодом ограничено в настоящее время дентальными и переносными аппаратами.

     

     Конструкция такой трубки изображена на рис. 1.2. Анодный диск из вольфрама соединен с полым медным ротором тонким молибденовым стержнем и вращается  под воздействием вращающегося электромагнитного  поля статора. Катодный узел расположен эксцентрично относительно оси трубки и вместе с фокусирующим устройством  закреплен в баллоне трубки.

     Более 99% подводимой к фокусу энергии расходуется на нагрев анода и только малая часть (0,5%) переходит в рентгеновское излучение. Допустимая мощность фокуса трубки и длительность ее воздействия определяются степенью нагрева фокуса, фокусной дорожки и анода в целом.

     Устройства  для формирования рентгеновского излучения

     Ф – фильтр

     

     Фильтры излучения предназначены для полного или частичного поглощения преимущественно длинноволновой части спектра рентгеновского излучения. Применяют алюминиевые, медные, железные, комбинированные фильтры (пример, медные на алюминиевой подложке). Работа фильтра поясняется на рис. 1.12, где показано, какую часть спектра излучения поглощают алюминиевые фильтры толщиной 2 и 5 мм. Фильтры вводят в прямой пучок перпендикулярно к центральному лучу до или после устройства для коллимации. Подобный фильтр по существу является дополнительным к собственным фильтрам излучателя и рентгеновской трубки, поэтому его толщину подбирают с учетом собственных фильтров. Плоские фильтры работают равномерно по всему сечению пучка. Клиновидные и фигурные фильтры по-разному поглощают излучение в разных точках сечения пучка, что дает возможность локально изменять интенсивность входного (до объекта) и выходного (после объекта) излучения и компенсировать перепады интенсивности, создаваемые объектом. Наибольшее применение нашли плоские фильтры из алюминия, вставляемые в прямой пучок на входе диафрагмы. Вставные фильтры изготавливают в виде пластин размером (80-100)х(100-120) мм разной толщины. Обозначение алюминиевого эквивалента выбивается на фланцах пластины. 

     Д – диафрагма

     Диафрагмы содержат четыре или более подвижные шторки, механизм их попарного согласованного перемещения, фильтры излучения, световой имитатор пучка излучения, корпус и рукоятки перемещения шторок. Известны диафрагмы двух видов: плоские, имеющие две пары шторок, и объемные с числом пар шторок более двух. Взаиморасположение шторок выбирают так, чтобы уменьшить габаритные размеры и уменьшить долю афокального и рассеянного излучения, проходящего через диафрагму. Диафрагмы обоих типов схематически изображены на рис. 1.11. На фокусном расстоянии F при одной и той же величине фокуса b нерезкость H от шторок диафрагмы на краю поля облучения будет тем меньше чем больше расстояние А, поэтому в объемных диафрагмах типа "б" величина этой нерезкости меньше. Кроме того, уменьшение ширины нижних шторок, по которым определяют величину нерезкости, приводит к уменьшению габаритов корпуса диафрагмы.

     Объемные  диафрагмы, имеющие пару шторок первичной коллимации, расположенных в непосредственной близости от фокуса рентгеновской трубки (в углублении, образованном, выходным окном излучателя), называются глубинными диафрагмами. Глубинные диафрагмы существенно уменьшают афокальное излучение рентгеновских трубок.

     

     Если  в качестве приемника изображения  используется усилитель рентгеновского изображения (УРИ), для уменьшенияа облучения пациента желательно иметь в диафрагме дополнительные шторки, формирующие круглое регулируемое поле на приемнике, соответствующее круглому входному полю УРИ Обычно такие диафрагмы формируют близкое к кругу, поле в виде правильного многоугольника с числом сторон не менее 8. 
 
 
 
 
 
 
 

     Р – отсеивающий растр

     

     

     К устройствам фильтрации рентгеновского излучения относят растры, которые  вводят в прямой пучок для избирательного поглощения рассеянного излучения. Растр представляет собой пластину, составленную из чередующихся прозрачных и малопрозрачных для излучения (обычно свинцовых) ламелей. Плоскости ламелей направлены на определенную точку в пространстве, с которой при использовании растра совмещают фокус излучателя. Первичный пучок излучения с некоторой потерей пропускается растром, а рассеянное объектом и произвольно направленное излучение задерживается малопрозрачными ламелями (рис. 1.13).

     Способность растра отсеивать или задерживать рассеянное излучение характеризуется отношением высоты малопрозрачных ламелей к промежутку между ними. Другими важными параметрами растра являются число ламелей на 1см и их толщина. Эффективность растра тем выше, чем больше отношение. 
 
 
 
 
 
 

     РЭ  – камера экспонометра рентгеновского излучения 

     Излучение, генерируемое трубкой проходит сквозь объект исследования О, датчик автоматического реле экспозиции и попадает на приемник П. Электрический сигнал с датчика РЭ пропорционален плотности почернения пленки.  
 

     УРИ – усилитель рентгеновского изображения 

     Принцип работы современного УРИ с рентгеновским электронно-оптическим преобразователем (РЭОП) изображен на функциональной схеме рис. 3.2.