и, которые ослабляют прохождение рентгеновских лучей (кости), дают на пленке прозрачные участки. В результате получается снимок структуры костей больного. Это требует очень короткого, относительно сильного импульса рентгеновского излучения.
Другой тип процедуры называется рентгеноскопическим исследованием, когда небольшая доза излучения пропускается через пациента в течение некоторого времени. Вместо фотопленки устанавливается покрытый фосфором экран, который преобразует изображение в рентгеновских лучах в видимое изображение. На этот экран направляется видеокамера, которая затем дает подвижную картину изменения рентгеновского изображения. Таким образом получают изображение пищеварительного тракта. Пациент глотает некоторое количество непроницаемого для излучения раствора (смесь бария с молоком), а рентгенолог наблюдает на экране монитора, как раствор движется по пищеводу.
Рентгенография также очень полезна для кардиологов при пропускании катетера через артерию в сердце. После этого они вводят непроницаемую для радиации жидкость в коронарные артерии. Жидкость видна на экране монитора, создавая изображение артерии. Эта процедура называется коронарная ангиограмма. Хотя кровеносные сосуды, через которые проходит катетер, не показаны на рентгеновском изображении, врач может наблюдать движение катетера по артериальной системе и по характеру перемещения определить, не встречает ли он препятствий и не смещается ли он.
Электромагнитное излучение возникает, когда электрон ускоряется и соударяется с мишенью. Частота его определяется молекулярной структурой мишени. Этот принцип используется в электронно-лучевых трубках и мониторах компьютеров. Электроны ударяются в мишень (фосфор экрана), который излучает видимый свет. Трубка рентгеновского излучения работает точно гак же, но при помощи вольфрамовой мишени, которая дает излучение с частотами, лежащими в диапазоне спектра рентгеновских лучей.
Рентгеновская трубка имеет катод с нитью подогрева, анод или мишень, и в ней соблюдается полный вакуум. Нагреватель вызывает термоэлектронную эмиссию электронов из катода. Между катодом и анодом подается очень высокое напряжение. Положительный заряд анода притягивает эмитированные из катода электроны, и они ускоряются в вакууме до тех пор, пока не столкнутся с анодом. Более 99 процентов энергии преобразуется в тепло. Только 1 процент преобразуется в рентгеновские лучи.
Рис. 10.18 показывает трубку с неподвижным анодом, аналогичную установленной в рентгеновском аппарате дантистов.
Рис. 10.18.Рентгеновская трубка с неподвижным анодом
Поскольку здесь необходимы только короткие сигналы с низким уровнем энергии, на аноде рассеивается немного тепла. Для процедур, требующих большей мощности, например, получения рентгеновского снимка груди профессионального футболиста, фиксированный анод не может рассеять такое количество тепла. Для решения этой проблемы используется трубка с вращающимся анодом, показанная на рис. 10.19.
Рис. 10.19.Рентгеновская трубка с вращающимся анодом
Анод представляет здесь ротор индукционного двигателя. Катушка статора окружает эту стеклянную трубку с вакуумом и создает магнитное поле, которое вращает якорь внутри трубки. Электронный луч попадает на скошенный край вращающегося вольфрамового диска, прикрепленного к якорю. Хотя рентгеновские лучи всегда возникают в одной и той же точке, тепло распространяется по всему диску. Некоторые трубки имеют кожухи водяного охлаждения для отвода тепла от анода.
Рентгеновские установки внешне очень просты и незамысловаты. Для получения качественных изображений необходимо контролировать только три переменных:
1. Напряжение на трубке (в киловольтах — кВ).
2. Ток электронного луча (в миллиамперах — мА).
3. Время, в течение которого включен электронный луч (в миллисекундах — мс).
Конечно, метод электронного контроля этих переменных и различные периферийные устройства и средства безопасности могут быть достаточно сложными.
Напряжение на трубке влияет на проникновение рентгеновского луча за счет воздействия на скорость, с которой электроны ударяют о мишень. Когда на мишень попадают электроны с низкой скоростью, большая часть их энергии преобразуется в тепло или фотоны низкой энергии, которые не вносят вклада в получение изображения. Энергетический уровень оказывает также влияние на частоту излучения. Управление высоким напряжением достигается за счет использования различных соотношений числа обмоток трансформатора, который подает напряжение на рентгеновскую трубку. Средства управления, которыми пользуется оператор, обычно представляют собой механические переключатели низкого напряжения, которые используются для переключения реле, контролирующих напряжение трубки.
Катодный ток обычно регулируется с помощью изменения балластного сопротивления. Различные производители используют разные методы управления током.
Продолжительность воздействия также может регулироваться разными способами. В старых системах часто использовался простой заводной механический таймер, который размыкал контакты первичной цепи по истечении времени. Для современных систем могут использоваться резистивно-емкостные или цифровые схемы задания времени различного типа. Когда оператор нажимает на кнопку старта, контакты замыкаются и ток течет в первичной цепи. После завершения заданного времени, контакты размыкаются, прекращая воздействие. Рис. 10.20 показывает простую систему управления рентгеновской установки.
Рис. 10.20. Простая система управления рентгеновской установки
В современных рентгеновских установках применяются различные предохранительные средства безопасности и соответствующие системы управления. Например, вращающийся анод в полностью изолированной трубке с вакуумом до начала воздействия должен быть разогнан до полной скорости, а затем быстро снизить скорость для предотвращения износа подшипника. Схема управления рентгеновской установки должна обеспечивать разгон анода до начала воздействия. В установочном оборудовании рентгеновских аппаратов предусмотрены и другие средства защиты от случайного воздействия. Методы контроля температуры нагрева предотвращают повреждение дорогостоящей трубки.
Специалист по биомедицинскому оборудованию должен знать все механизмы управления в системе рентгеновской установки, для того чтобы найти причину неисправности. Умение читать логические и другие схемы очень важна для обслуживания таких систем. Высокие напряжения во вторичных цепях могут быть очень опасны, и это необходимо учитывать. Многие схемы системы контроля находятся под напряжением 220 В, и через них проходит значительный ток, что может превратить специалиста в пациента или привести к летальному исходу. Дополнительный риск состоит в неоднократном воздействии рентгеновских лучей, которые оказывают негативное воздействие на организм, в частности, на глаза и половую систему. Считается, что лучи вызывают нарушения в большинстве жизненно важных органов. К несчастью, радиацию невозможно обнаружить без специального оборудования. Однако вы можете руководствоваться звуками управляющей системы, которая генерирует излучение. Специалист должен всегда находиться за защитной стенкой во время старта установки и рентгеноскопии, всегда носить защитный свинцовый фартук. Сотрудники, работающие с рентгеновским оборудованием, в том числе и специалист по обслуживанию, должны носить учетную карточку, на которой указано количество радиации, воздействию которой они подверглись в течение месяца.
Наиболее важными инструментами при работе с рентгеновским оборудованием являются цифровой вольтметр и осциллограф. Необходимо в любом случае измерять напряжение и ток на стороне высокого напряжения трансформатора. для чего нужен делитель напряжения высокой точности. Этот прибор должен иметь совместимые разъемы для подключения к рентгеновскому аппарату, и должен быть способен изолировать пользователя от напряжения до 100 000 В. Высокое напряжение делится в 1000 раз и его можно измерить осциллографом или цифровым вольтметром (рис. 10.21). Пробник постоянного тока с зажимами полезен для измерения тока в трубке без подключения амперметра к схеме.
Рис. 10.21.Высоковольтный делитель для калибровки рентгеновской установки
Делитель напряжения и пробник тока, описанные выше, полезны при выполнении калибровки и тестирования выхода и специфических операций. Время воздействия измеряется по сигналам на экране осциллографа, снятого с делителя напряжения. Эти тесты должны выполняться регулярно для гарантии того, что пациент не получает слишком большую дозу облучения, и пленка реагирует на первый импульс (так что техник не должен выполнять несколько пусков).
Важно также общее качество изображения. Разрешение системы определяет степень детальности, которую может обеспечить изображение. Обычно для оценки этой характеристики используется тестовая сетка, которая изготавливается из нескольких проволочных ячеек, вставленных в прозрачную для излучения среду. например, пластик. Скажем, одна ячейка сетки может иметь шестнадцать линий на 2,54 см, следующая — 32 линии на 2,54 см и т. д. (рис. 10.22).
Рис. 10.22.Тестовая сетка для рентгеновской установки
Здесь сетка экрана (прямоугольники справа), пластинки из трех различных материалов (горизонтально расположенные справа), металлические диски нескольких диаметров (слева) и другие материалы, обычно используемые в медицинских процедурах (вверху и внизу). Тестовая сетка помещается на рентгеновский стол, выполняются снимки при различных установках напряжения и тока.
Значительная часть технического обслуживания, которого требует рентгеновский кабинет, является механической. Столы с приводами от моторов для наклона и выдвижные части столов требуют регулярного осмотра и смазки. Механизмы с противовесами, которые позволяют технику весом 50 кг работать с оборудованием весом более 100 кг. должны быть тщательно настроены. Используются также системы безопасного торможения, предотвращающие травмы. которые может нанести головка установки, если откажет держатель.