Рентгеновский аппарат — это устройство, которое использует рентгеновские лучи для различных применений, включая медицину , рентгеновскую флуоресценцию , проверку электронных сборок и измерение толщины материала в производственных операциях. В медицине рентгеновские аппараты используются рентгенологами для получения рентгеновских изображений внутренних структур (например, костей) живых организмов, а также при стерилизации .
Генератор рентгеновского излучения обычно содержит рентгеновскую трубку для получения рентгеновских лучей. Возможно, радиоизотопы также можно использовать для генерации рентгеновских лучей. [1]
Рентгеновская трубка — это простая вакуумная трубка , содержащая катод , который направляет поток электронов в вакуум, и анод , который собирает электроны и изготовлен из вольфрама для отвода тепла, образующегося при столкновении. Когда электроны сталкиваются с мишенью, около 1% полученной энергии излучается в виде рентгеновских лучей , а остальные 99% выделяются в виде тепла. Из-за высокой энергии электронов, достигающих релятивистских скоростей, мишень обычно изготавливается из вольфрама, даже если можно использовать другой материал, особенно в приложениях XRF. [ нужна цитата ]
Генератор рентгеновского излучения также должен иметь систему охлаждения для охлаждения анода; во многих генераторах рентгеновского излучения используются системы рециркуляции воды или масла. [2]
В приложениях для медицинской визуализации рентгеновский аппарат имеет консоль управления, которая используется радиологическим технологом для выбора рентгеновских методов, подходящих для конкретного исследования, источник питания, который создает и выдает желаемое значение кВп (пиковое килонапряжение), мА ( миллиампер, иногда называемый мАс, который на самом деле равен мА, умноженному на желаемую длину экспозиции) для рентгеновской трубки и самой рентгеновской трубки.
Открытие рентгеновских лучей произошло в результате экспериментов с трубками Крукса , ранней экспериментальной электроразрядной трубкой, изобретенной английским физиком Уильямом Круксом примерно в 1869–1875 годах. В 1895 году Вильгельм Рентген обнаружил рентгеновские лучи, исходящие из трубок Крукса, и сразу же стало очевидно множество применений рентгеновских лучей. Одна из первых рентгеновских фотографий была сделана руки жены Рентгена. На изображении были изображены и ее обручальное кольцо, и кости. 18 января 1896 года Генри Луи Смит официально представил рентгеновский аппарат . Полностью функционирующее устройство было представлено публике на Всемирной выставке 1904 года Кларенсом Далли . [3] Технология развивалась быстро: в 1909 году Монико Санчес Морено изготовил первое портативное медицинское устройство, а во время Первой мировой войны Мария Кюри возглавила разработку рентгеновских аппаратов, установленных в «радиологических машинах» для предоставления мобильных рентгеновских услуг военным. полевые госпитали.
В 1940-х и 1950-х годах рентгеновские аппараты использовались в магазинах для продажи обуви. Они были известны как флюороскопы для примерки обуви . Однако, поскольку вредное воздействие рентгеновского излучения было должным образом учтено, они окончательно вышли из употребления. Использование этого устройства для примерки обуви было впервые запрещено в штате Пенсильвания в 1957 году. (Они были скорее умным маркетинговым инструментом для привлечения клиентов, чем средством примерки обуви.) Вместе с Робертом Дж. Ван де Граафом , Джоном Г. Трампом разработал один из первых генераторов рентгеновского излучения на миллион вольт.
Система рентгеновской визуализации состоит из пульта управления генератором, на котором оператор выбирает желаемые методы для получения качественного читаемого изображения (кВпик, мА и время экспозиции), генератора рентгеновского излучения, который контролирует ток рентгеновской трубки, килонапряжение трубки и время экспозиции рентгеновского излучения, рентгеновская трубка , которая преобразует килонапряжение и мА в реальные рентгеновские лучи, а также систему обнаружения изображений, которая может быть либо пленочной (аналоговая технология), либо цифровой системой захвата и PACS .
Рентгеновские аппараты используются в здравоохранении для визуализации костных структур, во время операций (особенно ортопедических), чтобы помочь хирургам повторно прикрепить сломанные кости с помощью винтов или структурных пластин, помочь кардиологам в обнаружении закупоренных артерий, определении направления установки стентов или выполнении ангиопластики, а также для других плотных ткани, такие как опухоли . Немедицинские применения включают безопасность и анализ материалов.
Основными областями применения рентгеновских аппаратов в медицине являются рентгенография , лучевая терапия и процедуры рентгеноскопического типа . Рентгенография обычно используется для получения быстрых, высокопроникающих изображений и обычно используется в областях с высоким содержанием кости, но также может использоваться для поиска опухолей, например, при маммографии. Некоторые формы рентгенографии включают в себя:
При рентгеноскопии визуализация пищеварительного тракта осуществляется с помощью радиоконтрастного вещества , такого как сульфат бария , который непрозрачен для рентгеновских лучей.
Лучевая терапия — использование рентгеновского излучения для лечения злокачественных и доброкачественных раковых клеток , применение без визуализации.
Рентгеноскопия используется в тех случаях, когда необходима визуализация в реальном времени (и чаще всего встречается в повседневной жизни в службах безопасности аэропортов ). Некоторые медицинские применения рентгеноскопии включают:
Рентгеновские лучи — это ионизирующее излучение с высокой проникающей способностью , поэтому рентгеновские аппараты используются для съемки плотных тканей, таких как кости и зубы. Это происходит потому, что кости поглощают радиацию больше, чем менее плотные мягкие ткани . Рентгеновские лучи от источника проходят через тело и попадают на фотокассету. Области, где поглощается радиация, отображаются более светлыми оттенками серого (ближе к белому). Это можно использовать для диагностики сломанных или сломанных костей.
В 2012 году Европейская комиссия по радиационной защите установила предел утечки излучения из генераторов рентгеновского излучения, таких как рентгеновские трубки и компьютерные томографы, на уровне одного мГр/час на расстоянии одного метра от аппарата. [4]
Рентгеновские аппараты используются для неинвазивного досмотра объектов. Багаж в аэропортах и багаж учащихся в некоторых школах проверяются на наличие возможного оружия, включая бомбы. Цены на рентгеновские снимки багажа варьируются от 50 000 до 300 000 долларов. Основными частями системы рентгеновского досмотра багажа являются генератор, используемый для генерации рентгеновских лучей, детектор для обнаружения излучения после прохождения через багаж, блок обработки сигналов (обычно ПК) для обработки входящего сигнала от детектора и конвейерная система для перемещения багажа в систему. Портативный импульсный рентгеновский генератор с батарейным питанием, используемый в службах безопасности, как показано на рисунке, обеспечивает лицам, реагирующим на ОВП, более безопасный анализ любой возможной целевой опасности.
Когда багаж помещается на конвейер, оператор перемещает его в машину. Для обнаружения багажа при въезде в туннель имеется инфракрасный передатчик и приемник. Этот узел подает сигнал на включение генератора и системы обработки сигналов. Система обработки сигналов обрабатывает входящие сигналы от детектора и воспроизводит изображение в зависимости от типа материала и плотности материала внутри багажа. Затем это изображение отправляется на дисплейный блок.
Цвет отображаемого изображения зависит от материала и его плотности: органические материалы, такие как бумага, одежда и большинство взрывчатых веществ, отображаются оранжевым цветом. Смешанные материалы, такие как алюминий, отображаются зеленым цветом. Неорганические материалы, такие как медь, отображаются синим цветом, а непроницаемые предметы — черным (некоторые машины отображают его желтовато-зеленым или красным цветом). Насыщенность цвета зависит от плотности и толщины материала.
Определение плотности материала осуществляется двухслойным детектором. Слои пикселей детектора разделены полоской металла. Металл поглощает мягкие лучи, пропуская более короткие и более проникающие длины волн к нижнему слою детекторов, превращая детектор в грубый двухдиапазонный спектрометр.
Пленка углеродных нанотрубок (в качестве катода), которая испускает электроны при комнатной температуре под воздействием электрического поля, была превращена в рентгеновский прибор. Массив этих излучателей может быть размещен вокруг целевого объекта, подлежащего сканированию, а изображения от каждого излучателя могут быть собраны с помощью компьютерного программного обеспечения для получения трехмерного изображения цели за долю времени, которое требуется при использовании обычного X-сканера. лучевое устройство. Система также обеспечивает быстрый и точный контроль, обеспечивая проспективную физиологическую визуализацию. [6]
Инженеры Университета Миссури (МУ), Колумбия , изобрели компактный источник рентгеновских лучей и других форм излучения. Источник излучения размером с жевательную резинку может быть использован для создания портативных рентгеновских сканеров. Прототип портативного рентгеновского сканера, использующего этот источник, может быть изготовлен уже через три года. [7]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )