Рентгеновский аппарат — это устройство, которое использует рентгеновские лучи для различных целей, включая медицину , рентгеновскую флуоресценцию , проверку электронных сборок и измерение толщины материалов в производственных операциях. В медицинских целях рентгеновские аппараты используются рентгенологами для получения рентгеновских снимков внутренних структур (например, костей) живых организмов, а также для стерилизации .
Генератор рентгеновских лучей обычно содержит рентгеновскую трубку для получения рентгеновских лучей. Возможно, радиоизотопы также могут быть использованы для получения рентгеновских лучей. [1]
Рентгеновская трубка — это простая вакуумная трубка , которая содержит катод , который направляет поток электронов в вакуум, и анод , который собирает электроны и сделан из вольфрама для отвода тепла, выделяемого при столкновении. Когда электроны сталкиваются с мишенью, около 1% результирующей энергии испускается в виде рентгеновских лучей , а остальные 99% выделяются в виде тепла. Из-за высокой энергии электронов, которые достигают релятивистских скоростей, мишень обычно изготавливается из вольфрама, даже если другие материалы могут быть использованы, особенно в приложениях XRF. [ необходима цитата ]
Генератор рентгеновского излучения также должен содержать систему охлаждения для охлаждения анода; многие генераторы рентгеновского излучения используют системы рециркуляции воды или масла. [2]
В приложениях медицинской визуализации рентгеновский аппарат имеет пульт управления, который используется рентгенологом для выбора рентгеновских методов, подходящих для конкретного исследования, источник питания, который создает и выдает требуемое кВп (пиковое киловольтное напряжение), мА (миллиамперы, иногда называемые мАс, которые на самом деле представляют собой мА, умноженные на требуемую длительность экспозиции) для рентгеновской трубки, и саму рентгеновскую трубку.
Открытие рентгеновских лучей произошло в результате экспериментов с трубками Крукса , ранней экспериментальной электрической разрядной трубкой, изобретенной английским физиком Уильямом Круксом около 1869–1875 годов. В 1895 году Вильгельм Рентген открыл рентгеновские лучи, исходящие из трубок Крукса, и многочисленные возможности использования рентгеновских лучей стали сразу очевидны. Одна из первых рентгеновских фотографий была сделана с руки жены Рентгена. На снимке были видны как ее обручальное кольцо, так и кости. 18 января 1896 года рентгеновский аппарат был официально представлен Генри Луисом Смитом . Полностью функционирующее устройство было представлено публике на Всемирной выставке 1904 года Кларенсом Далли . [3] Технология быстро развивалась: в 1909 году Монико Санчес Морено создал первое портативное медицинское устройство, а во время Первой мировой войны Мария Кюри руководила разработкой рентгеновских аппаратов, устанавливаемых в «радиологических автомобилях» для предоставления мобильных рентгеновских услуг для военных полевых госпиталей.
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 в конечном итоге вышли из употребления. Использование устройства для примерки обуви было впервые запрещено штатом Пенсильвания в 1957 году. (Они были скорее умным маркетинговым инструментом для привлечения клиентов, а не средством для примерки.) Вместе с Робертом Дж. Ван де Грааффом Джон Г. Трамп разработал один из первых рентгеновских генераторов на миллион вольт.
Система рентгеновской визуализации состоит из пульта управления генератором, где оператор выбирает необходимые методы для получения качественного читаемого изображения (кВп, мА и время экспозиции), рентгеновского генератора, который управляет током рентгеновской трубки, киловольтом рентгеновской трубки и временем экспозиции рентгеновского излучения, рентгеновской трубки, которая преобразует киловольт и мА в реальные рентгеновские лучи, а также системы регистрации 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) для помощи хирургам в восстановлении сломанных костей с помощью винтов или структурных пластин, для помощи кардиологам в обнаружении заблокированных артерий и управлении размещением стентов или выполнении ангиопластики, а также для других плотных тканей, таких как опухоли . Немедицинские применения включают безопасность и анализ материалов.
Основными областями применения рентгеновских аппаратов в медицине являются рентгенография , радиотерапия и процедуры флюороскопического типа . Рентгенография обычно используется для получения быстрых, высокопроникающих изображений и обычно применяется в областях с высоким содержанием костной ткани, но также может использоваться для поиска опухолей, например, при маммографическом исследовании. Некоторые формы рентгенографии включают:
При флюороскопии визуализация пищеварительного тракта выполняется с помощью рентгеноконтрастного вещества, такого как сульфат бария , который непрозрачен для рентгеновских лучей.
Радиотерапия — использование рентгеновского излучения для лечения злокачественных и доброкачественных раковых клеток , применение без визуализации.
Флюороскопия используется в случаях, когда необходима визуализация в реальном времени (и чаще всего встречается в повседневной жизни при досмотре в аэропорту ). Некоторые медицинские применения флюороскопии включают:
Рентгеновские лучи являются высокопроникающим ионизирующим излучением , поэтому рентгеновские аппараты используются для получения снимков плотных тканей, таких как кости и зубы. Это происходит потому, что кости поглощают излучение больше, чем менее плотные мягкие ткани . Рентгеновские лучи от источника проходят через тело и попадают на фотокассету. Области, где поглощается излучение, отображаются в виде более светлых оттенков серого (ближе к белому). Это может быть использовано для диагностики сломанных или раздробленных костей.
В 2012 году Европейская комиссия по радиационной защите установила предел утечки радиации от рентгеновских генераторов, 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 студентов в некоторых школах проверяются на предмет возможного наличия оружия, включая бомбы. Цены на эти рентгеновские снимки багажа варьируются от 50 000 до 300 000 долларов. Основными частями рентгеновской системы досмотра багажа являются генератор, используемый для генерации рентгеновских лучей, детектор для обнаружения излучения после прохождения через багаж, блок обработки сигнала (обычно ПК) для обработки входящего сигнала от детектора и конвейерная система для перемещения багажа в систему. Портативный импульсный рентгеновский генератор на батарейном питании, используемый в службах безопасности, как показано на рисунке, обеспечивает спасателям EOD более безопасный анализ любой возможной целевой опасности.
Когда багаж помещается на конвейер, оператор перемещает его в машину. Имеется инфракрасный передатчик и приемник для обнаружения багажа, когда он попадает в туннель. Этот узел подает сигнал на включение генератора и системы обработки сигнала. Система обработки сигнала обрабатывает входящие сигналы от детектора и воспроизводит изображение на основе типа материала и плотности материала внутри багажа. Затем это изображение отправляется на дисплей.
Цвет отображаемого изображения зависит от материала и плотности материала: 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 отображаются черным цветом (некоторые машины отображают их как желтовато-зеленый или красный). Темность цвета зависит от плотности или толщины материала.
Определение плотности материала достигается двухслойным детектором. Слои пикселей детектора разделены полоской металла. Металл поглощает мягкие лучи, пропуская более короткие, более проникающие длины волн к нижнему слою детекторов, превращая детектор в грубый двухполосный спектрометр.
Пленка углеродных нанотрубок (в качестве катода), которая испускает электроны при комнатной температуре при воздействии электрического поля, была преобразована в рентгеновское устройство. Массив этих излучателей может быть размещен вокруг целевого объекта для сканирования, 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 рентгеновского устройства. Система также обеспечивает быстрый и точный контроль, что позволяет проводить перспективную физиологическую визуализацию. [6]
Инженеры из Университета Миссури (MU), Колумбия , изобрели компактный источник рентгеновских лучей и других форм излучения. Источник излучения имеет размер пластинки жевательной резинки и может быть использован для создания портативных рентгеновских сканеров. Прототип портативного рентгеновского сканера с использованием этого источника может быть изготовлен уже через три года. [7]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )