همه چیز درباره تیوب اشعه ایکس

همه چیز درباره تیوب اشعه ایکس

یادگیری در مورد قسمت های مختلف تجهیزات دستگاه تصویربرداری مرکز شما یک جنبه مهم است تا همواره مطمئن باشید که دستگاه گرانقیمت مرکز شما در بهترین حالت خود کار می کند یا خیر؟ همچنین هنگامی که مشکلی برای دستگاه تصویربرداری پزشکی پیش می آید و شما به دنبال قطعات جایگزین هستید، داشتن اطلاعات فنی کافی از قطعات مختلف دستگاه می تواند بسیار مفید باشد. به عنوان مثال، اگر می‌خواهید یک جایگزین تیوب CT برای دستگاه سی تی اسکن مرکز خود خریداری کنید، باید اطلاعات کلی در مورد تفاوت‌هایی که می‌تواند در انواع تیوب‌های اشعه ایکس موجود باشد، داشته باشید.

تیوب اشعه ایکس یا X-ray tube چیست؟

در این مقاله از اسکن طب سعی شده است در مورد تیوب اشعه ایکس و عملکرد و نحوه اینسرت گذاری آن توضیح دهیم.

تیوب اشعه ایکس یک لوله خلاء است که نیروی ورودی الکتریکی را به اشعه ایکس تبدیل می کند. در دسترس بودن این منبع قابل کنترل از اشعه ایکس زمینه رادیوگرافی، تصویربرداری از اجسام با تشعشعات نافذ را ایجاد کرد. بر خلاف سایر منابع پرتوهای یونیزه، اشعه ایکس تنها تا زمانی تولید می شود که لوله اشعه ایکس انرژی داشته باشد. لوله های اشعه ایکس همچنین در دستگاه های سی تی اسکن ، اسکنر چمدان فرودگاه، کریستالوگرافی اشعه ایکس، تجزیه و تحلیل مواد و ساختار و برای بازرسی صنعتی استفاده می شود.

افزایش تقاضا برای سیستم های اسکن و آنژیوگرافی و توموگرافی کامپیوتری (CT) با کارایی بالا باعث توسعه تیوب های اشعه ایکس پزشکی با کارایی بسیار بالا شده است.

آیا سی تی اسکن از تیوب اشعه ایکس استفاده می کند؟

در طول سی تی اسکن، بیمار روی تختی دراز می کشد که به آرامی از طریق تسمه های زیر تخت دستگاه سی تی اسکن حرکت می کند در حالی که تیوب اشعه ایکس در اطراف بیمار می چرخد و پرتوهای باریکی از اشعه ایکس را در بدن پخش می کند. به جای فیلم، اسکنرهای سی تی از آشکارسازهای دیجیتال ویژه اشعه ایکس استفاده می کنند که دقیقاً در مقابل منبع اشعه ایکس قرار دارند.

تاریخچه تیوب ایکس ری

تیوب های اشعه ایکس از لوله های آزمایشی کروکس تکامل یافته اند که اشعه ایکس برای اولین بار در 8 نوامبر 1895 توسط فیزیکدان آلمانی ویلهلم کنراد رونتگن کشف شد. این نسل اول کاتد سرد یا لوله های اشعه ایکس کروکس تا دهه 1920 مورد استفاده قرار می گرفت. لوله کروکس در سال 1913 توسط ویلیام کولیج بهبود یافت.

تا اواخر دهه 1980، ژنراتورهای اشعه ایکس صرفاً منبع تغذیه متغیر AC به DC با ولتاژ بالا بودند. در اواخر دهه 1980 یک روش کنترلی متفاوت به نام سوئیچینگ با سرعت بالا در حال ظهور بود. این روش به دنبال فناوری الکترونیکی سوئیچینگ منابع تغذیه (معروف به منبع تغذیه حالت سوئیچ)، و امکان کنترل دقیق تر واحد اشعه ایکس، نتایج با کیفیت بالاتر و کاهش قرار گرفتن در معرض اشعه ایکس را فراهم کرد.

فیزیک عملکرد تیوب اشعه ایکس

مانند هر لوله خلاء دیگری، در تیوب ایکس ری هم یک کاتد وجود دارد که الکترون‌ها را به داخل خلاء ساطع می‌کند و یک آند هم برای جمع‌آوری این الکترون‌های ساطع شده در طرف دیگر لوله وجود دارد. بنابراین یک جریان الکتریکی، به نام پرتو، از طریق لوله برقرار می‌شود. یک منبع برق با ولتاژ بالا، به عنوان مثال 30 تا 150 کیلوولت که ولتاژ لوله (tube voltage) نامیده می شود، از طریق کاتد و آند برای شتاب دادن به الکترون ها متصل می شود. طیف اشعه ایکس به ماده آند و ولتاژ شتاب دهنده بستگی دارد.

گرمای آزاد شده در تیوب اشعه X

اما وقتی صحبت از این رنج ولتاژ های بسیار بالا در تیوب اشعه ایکس می شود پس حتما یک انرژی حرارتی بسیار بالا نیز بایستی در زمان تولید پرتو بوجود آید. این گرمای بسیار بالا در نقطه کانونی آند تولید می شود. از آنجایی که کسر کوچکی (کمتر یا مساوی 1%) از انرژی الکترون به اشعه ایکس تبدیل می شود، می توان آن را در محاسبات گرمایی نادیده گرفت. مقدار گرمای تولید شده (بر حسب ژول) در نقطه کانونی به صورت زیر بدست می آید:

E_heat=w*V_p*I*t

که در این رابطه w فاکتور شکل موج، V_p پیک ولتاژ AC، I جرایان تیوب (به میلی آمپر) و t مدت زمان تولید اشعه می باشد. همچنین گرمای تولیدی اشعه ایکس را به صورت عرف با عنوان واحد حرارت (HU) به جای ژول بیان می کنند. هر HU برابر 0.7 یک ژول است.

الکترون‌های آزاد شده از کاتد با ماده آند (معمولا تنگستن، مولیبدن یا مس می باشد) برخورد می‌کنند و به دیگر الکترون‌ها، یون‌ها و هسته‌های درون ماده آند شتاب می‌دهند. حدود 1% از انرژی تولید شده، معمولاً عمود بر مسیر پرتو الکترونی، به صورت اشعه ایکس گسیل می شود. بقیه انرژی به صورت گرما آزاد می شود. با گذشت زمان، تنگستن از مرکز لوله بر روی سطح داخلی لوله، از جمله سطح شیشه، رسوب می کند. این امر مخرب به آرامی تیوب را تیره می کند و حتی کیفیت پرتو اشعه ایکس را کاهش می دهد. در نهایت، رسوب تنگستن ممکن است به اندازه کافی رسانا شود که در ولتاژهای بالا، قوس ایجاد شود. قوس از کاتد به رسوب تنگستن و سپس به آند خواهد پرید. این قوس الکتریکی ایجاد سده باعث ایجاد اثری به نام دیوانگی در شیشه داخلی تیوب X-ray می‌شود. با گذشت زمان، تیوب حتی در ولتاژهای پایین تر ناپایدار می شود و باید تعویض شود. در این مرحله، مجموعه تیوب از سیستم اشعه ایکس خارج می شود و با یک مجموعه تیوب جدید جایگزین می شود.

اثر مولد فوتون اشعه ایکس عموماً اثر برمسترالونگ نامیده می شود که به معنای اثر تابش ترمزی می باشد.

محدوده انرژی فوتونیک ساطع شده توسط سیستم را می توان با تغییر ولتاژ اعمال شده و نصب فیلترهای آلومینیومی با ضخامت های مختلف تنظیم کرد. فیلترهای آلومینیومی در مسیر پرتو ایکس برای حذف تشعشعات “نرم” (غیر نافذ) نصب می شوند. تعداد فوتون های اشعه ایکس ساطع شده یا دوز، با کنترل جریان فعلی و زمان پرتودهی تنظیم می شود.

چالش های مختلف تیوب CT

در حال حاضر، به دلیل نیاز به مقادیر بالای جریان تیوب برای تولید مقدار لازم فوتون در یک تصویر در حین اسکن با چرخش‌های سریع و برش‌های نازک، تکنیک‌های اسکن سی‌تی بار حرارتی بالایی را بر روی تیوب های دستگاه سی‌تی‌اسکن وارد می‌کنند. به عنوان مثال، از آنجایی که میزان چاقی بیماران در حال افزایش است، در نتیجه آن، افزایش حجم فشار اضافی بر تیوب اشعه ایکس را به دنبال دارد. یعنی برای اسکن سی تی بیماران چاق نیاز به تولید تعداد فوتون های بیشتر برای ارائه کیفیت تصویر قابل قبول می باشد پس به جریان های تیوب بالاتری نیاز است.

تیوب های دستگاه سی تی به طور خاص برای جلوگیری از افت اشعه در هنگام اسکن برای مدت طولانی طراحی شده اند. تیوب های CT اسکن، این کار را با داشتن نرخ خنک کننده بالا و ظرفیت حرارتی آند بالا انجام می دهند. برای تعیین دقیق قابلیت بار حرارتی کل، مشخصات ظرفیت حرارتی و نرخ خنک کنندگی بایستی با هم ارزیابی شوند.

اگر تصمیم به خرید تیوب سی تی یا هر تیوب عمومی برای دستگاه خود دارید، حتما به نرخ خنک کاری و روش خنک کاری تیوب ایکس ری دقت نمایید.

ارتباط بین گرما، دما و ظرفیت گرمایی در تیوب سی تی اسکن

دما که بر حسب واحد درجه مشخص می‌شود، کمیت فیزیکی مربوط به یک جسم است که محتوای گرمای متناسب آن را نشان می‌دهد. هر گونه تغییر فیزیکی، از جمله ذوب شدن، دقیقاً به دمای یک جسم به جای گرمای آن مربوط می شود. ارتباط بین دما و محتوای حرارتی آند تیوب اشعه ایکس حاوی یک کمیت سوم است که مشخصه آند است: و آن چیزی نیست جز ظرفیت گرمایی با واحد HU.

از طریق رابطه زیر ما می توانیم به گرما دست یابیم:

گرما = ظرفیت گرمایی * دما

ظرفیت گرمایی تیوب های اشعه ایکس با اندازه یا جرم آنها نسبتاً متناسب است. همچنین گرمای ویژه ماده درون تیوب نیز تاثیرکذار می باشد. با توجه به مقدار گرمای اضافه شده به یک جسم، دما به نسبت افزایش می یابد. با این حال، افزایش دما با آند ظرفیت گرمایی در تیوب اشعه ایکس نسبت معکوس دارد. اگر آند ظرفیت گرمایی زیادی داشته باشد، افزایش دما کمتر از یک آند با ظرفیت گرمایی پایین تر است.

بنابراین دمای یک آند با ارتباط بین ظرفیت گرمایی آن و محتوای گرما تعیین می شود. افزایش دما با تولید گرما در نقطه کانونی آند شروع می شود. سپس گرما با استفاده از رسانایی در سراسر بدنه آند حرکت می کند. همچنین گرما از طریق تشعشع به محفظه تیوب حرکت می کند. سپس گرما از محفظه تیوب به محیط خنک کننده اطراف می رود. هنگام استفاده از تیوب، گرما به داخل و خارج از نواحی ذکر شده حرکت می کند. همانطور که انتظار می رود، زمانی که مقدار گرما از حداکثر ظرفیت حرارتی عبور کند، آسیب به تیوب می تواند رخ دهد.

تیوب های اشعه ایکس سی تی اسکن های مالتی اسلایس

بر خلاف بسیاری از عوامل تکنولوژیکی دیگر، از آنجایی که بار کاری روی تیوب توسط دتکتورهای مالتی اسلایس کاهش می‌یابد، در نتیجه طول عمر تیوب های دستگاه های سی تی اسکن مالتی اسلایس معمولا بیشتر است. ظرفیت گرمایی دستگاه سی تی مالتی اسلایس فعلی تا چند مگا هیت یونیت (Mega HU) متغیر است. حداکثر اتلاف گرمای تیوب های اشعه ایکس دستگاه های سی تی اسکن معمولا تا 2k HU در دقیقه است.

آینده تیوب اشعه ایکس دستگاه های سی تی اسکن

بر اساس نیازهای روز افزون حوزه پزشکی در رابطه با منابع اشعه ایکس، در آینده شاهد جنبه های بهبود یافته زیادی در تیوب های CT اسکن خواهیم بود. مهندسان همواره در حال تلاش برای کوتاه کردن زمان چرخش، افزایش قدرت اسکن، نقاط کانونی کوچکتر و دوره های خنک شدن کوتاهتر هستند. همه اینها تجربه بیمار را بهبود می بخشد و به پزشکان این امکان را می دهد تا بیماری ها را به طور مؤثرتری تشخیص دهند.

سخن پایانی

در این مقاله از اسکن طب که توسط تیم فنی اسکن طب جمع آوری و تهیه شده است تلاش شده کلیه اطلاعات مرتبط به تیوب اشعه ایکس یا تیوب سی تی اسکن را مورد بررسی قرار دهیم و کمکی به شما در مورد تعمیر تیوب و ثبت سفارش انواع مختلفی از آن در اختیار شما قرار دهیم. شما میتوانید در صورت نیاز به درخواست مشاوره بیشتر در مورد تیوب سی تی اسکن، تیوب رادیولوژی، تیوب آنژیوگرافی و تعمیرات مرتبط به هر یک از این موارد فرم درخواست مشاوره یا فرم درخواست خرید اسکن طب را تکمیل کنید تا کارشناسان ما در اسرع وقت با شما تماس بگیرند.