همه چیز درباره تیوب اشعه ایکس
انتشار: 1401/03/04
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
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.