Презентація на тему:
Генерація рентгенівського випромінювання

Генерація рентгенівського випромінювання IAEA International Atomic Energy Agency

Інтенсивність гальмівного випромінювання I=C*i*Z*U2 IAEA International Atomic Energy Agency

Базові елементи джерела рентгенівського випромінювання Генератор : схема живлення, яка забезпечує високу напругу на рентгенівську трубку Рентгенівська трубка: пристрій, який продукує рентгенівське випромінювання IAEA

Рентгенівські трубки IAEA

Компоненти рентгенівської трубки Катод: нитка розжарення, яка є джерелом пучка електронів, напрямлених на анод вольфрамова нитка розжарювання Анод (Стаціонарний або з обертанням): приймає падаючі електрони і генерує рентгенівське випромінювання Металічний кожух трубки, який захищає скляну або металічну рентгенівську трубку (електрони рухаються у вакуумі) Захисний матеріал (захист від розсіяного випромінювання) IAEA

Компоненти рентгенівської трубки 1: Довга нитка розжарення з вольфраму 2 : Довга нитка розжарення з вольфраму 3 : Реальні розміри катода 1: відмітка фокальної плями Захисний кожух Катод IAEA

Структура катоду Катод складається з нитки (ниток) розжарювання та допоміжних схем Матеріал вольфрам : переважно використовується із-за високої точки плавлення (3370°C) Стійкість до іонного бомбардування низького рівня випаровування відсутності ефекту утворення дуги мінімальне розпилення вольфраму на поверхню скляної колби Для зменшення випаровування температура емісії катоду досягається тільки перед самим випромінюванням (прикладенням напруги) в режимі stand-by, температура підтримується приблизно при at 1500°C так, що робоча температура емісії 2700°C може бути досягнута за секунду IAEA

Приклад катоду IAEA

Структура катоду Сучасні катоди мають дві нитки розжарювання довгу : більший струм / менша роздільна здатність коротку : менший струм / більша роздільна здатність Кулонівська взаємодія призводить до розходження електронного пучка по дорозі до аноду, що призводить до втрат електронів, які утворюють рентгенівське випромінювання Збільшення необхідних розмірів мішені Збільшення фокальної плями менша роздільна здатність зображення Обмеження розширення пучка електронів необхідне! IAEA

Структура аноду: характеристики рентгенівської трубки Механічні обмеження по аноду Матеріал : вольфрам, реній, молібден, графіт Фокальна пляма : поверхня анода, на яку падають електрони Кут між напрямком до поверхні зображення і анодом Диск і діаметр кільцевого треку (частота обертання від 3,000 до 10,000 обертів на хвилину) Товщина маса і об’єм матеріалу властивості нагрівання аноду Теплові обмеження для аноду Безперевне розсіяння потужності (теплового навантаження) Крива теплового навантаження Крива охолодження IAEA

Кут аноду Принцип лінійного фокуса Анодна пляма має форму більш еліпсоїдальну або прямокутну ніж округлу Форма залежить від : Форми і розміру нитки розжарювання Фокусуючих електродів і напруги Відстані між анодом і катодом Забезпечення високої роздільної здатності зображення вимагає малої фокусної плями Ефективне розсіяння тепла вимагає великої плями Це протиріччя вирішується за рахунок нахилу поверхні аноду IAEA

Анодні характеристики 1 : анодний трек 2 : анодний трек IAEA

IAEA

Кут аноду Менший кут – краща роздільна здатність Кут Ширина падаючого пучка електронів Розмір зображення фокальної плями (ефективний фокус) Розмір (дійсний) Фокальної плями Плівка Кут Ширина падаючого пучка електронів Збільшений розмір зображення фокальної плями (ефективний фокус) Розмір (дійсний) Фокальної плями Film ‘  IAEA

Ефект нахилу аноду Кут нахилу аноду (від 7° до 20°) призводить до варіації виходу рентгенівського випромінювання в площині, в якій лежить вісь анод-катод Поглинання анодом рентгенівських квантів при малих кутах емісії Величина впливу ефекту нахилу на зображення залежить від таких факторів як : Кут нахилу аноду Розмір плівки Відстань між фокусною плямою (фокусом) та плівкою Старіння аноду (“випалювання” електронним пучком з часом) збільшує ефект нахилу аноду IAEA

Розмір фокальної плями і геометрія зображення Не нульові розміри фокуса нечіткість зображення Для покращення різкості зменшувати розмір фокальної плями Для маммографії розмір фокусної плями 0.4 мм Зменшений розмір фокусної плями зменшений вихід трубки (більший час експозиції) Збільшений розмір фокусної плями збільшений вихід трубки (менший час експозиції) Оптимальний вибір залежатиме від рухливості діагностованих органів (діагностування органів, які швидко рухаються вимагає більшого розміру фокусу) IAEA

Властивості по тепловому навантаженню Виділення тепла залежить від: Використованої високої напруги, струму трубки (мA), часу генерації випромінювання форми змінної напруги для генерації високої напруги Кількість експозицій в серії експозицій Одиниці нагріву Heat Unit (HU) [Дж] : Одиниця напруги x одиниця струму трубки x одиниця часу Одиниці теплової потужності для різних типів живлення: 1 фаза : HU = kV x mA x s 3 фазне, 6 імпульсів : HU = 1.35 kV x mA x s 3 фазне, 12 імпульсів: HU = 1.41 kV x mA x s IAEA

Характеристики по навантаженню Виробники комбінують характеристики по тепловому навантаженню з максимальними межами по струму і напрузі з використанням Tube Rating Charts (в графічному вигляді) Приклад: Трубка A: a 300 мA, 0.5 с, 90 кВ режим 1-фазний половина хвилі може призвести до виходу з ладу трубки і аварійній ситуації (неприйнятний режим) Трубка B: a 200 мA, 0.1 с, 120 кВ режим 3-фазного повного живлення допустимий IAEA

0.01 0.05 0.1 0.5 1.0 5.0 10.0 700 600 500 400 300 200 100 50 kVp 70 kVp 90 kVp 120 kVp Unacceptable Exposure time (s) Tube current (mA) X Ray tube A 1 f half-wave rectified 3000 rpm 90 kV 1.0 mm effective focal spot IAEA

0.01 0.05 0.1 0.5 1.0 5.0 10.0 700 600 500 400 300 200 100 50 kVp 70 kVp 90 kVp 125 kVp Acceptable Exposure time (s) Tube current (mA) X Ray tube B 3f full-wave rectified 10.000 rpm 125 kV 1.0 mm effective focal spot Unacceptable IAEA

Графіки охолодження аноду Генероване в аноді тепло відводиться системою охолодження Типовий графік охолодження має: Вхідні криві (теплові одиниці heat units як функція часу) Крива охолодження аноду Наступний графік показує, що : Режим, при якому виділяється 500 HU/s може бути необмежено довго При 1000 HU/s такий режим повинен бути зипинений через 10 хвилин Якщо анод накопичив 120.000 HU, за 5 хв. він повністю буде охолоджений IAEA

240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 Elapsed time (min) Heat units stored (x 1000) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 500 HU/sec 1000 HU/sec 350 HU/sec 250 HU/sec Imput curve Cooling curve Maximum Heat Storage Capacity of Anode IAEA

Джерело живлення рентгенівської трубки Забезпечує рентгенівську трубку : струмом накалу нитки розжарювання катоду Високою напругою для прискорення електронів Автоматичною експозицією випромінювання Необхідна енергія живлення 1000 енергію рентгенівського випромінювання (99.9% виділяється у вигляді тепла) IAEA

Доза в площині зображення може бути виражена за допомогою формули : D = k0 * Un * I * T U: Максимальна напруга (кВ) I: середній струм (мА) T: час експозиції (мс) n: змінюється в діапазоні від 1.5 до 3 IAEA

Величина напруги впливає на жорсткість рентгенівського випромінювання Для грудної клітки : 140 - 150 кВ прийнятна напруга для візуалізації структури легень Тільки 65 кВ достатньо, щоб побачити кістяк (структуру кісток) Пульсації “r” генератора повинні бути якомога менші r = [(U - Umin)/U] x 100% IAEA

Форма змінної напруги для живлення високовольтного генератора Стандартні генератори Однофазний 1-імпульсний (стоматологічні та деякі мобільні апарати) Однофазний 1-імпульсний (подвійне випрямлення) Трифазний 6-імпульсний Трифазний 12-імпульсний Генератори з постійною напругою Високочастотні генератори (50Hz кГц діапазон) “Інверторні технології” IAEA

100% 13% 4% Line voltage Single phase single pulse Single phase 2-pulse Three phase 6-pulse Three phase 12-pulse 0.02 s 0.01 s kV ripple (%) IAEA

Автоматичний контроль і управління експозицією Радіаційний детектор перед чи після касети з плівкою Експозиція зупиняється, коли набирається попередньо визначена доза IAEA

Automatic exposure control IAEA