Röntgen fiziği 2 [ZK]

RÖNTGEN FİZİĞİ
X-Işını oluşumu
Jeneratör ve konsol
Doç. Dr. Zafer KOÇ
Başkent Üniversitesi Tıp Fak
X-IŞIN CİHAZLARI
TEMEL İŞLEVLERİ
İstenilen kalite, miktar ve süre boyunca X-ışını elde
edilmesidir
Cihazlar inceleme yapılacak organ / bölgeler veya
inceleme çeşidine göre değişik şekil, büyüklük ve güçte
üretilirler
TEMEL KISIMLARI
1.
2.
3.
X-ışını tüpü
Kontrol (kumanda) konsolu
Yüksek voltaj jeneratörü
Jeneratör ve konsol
Kontrol (Kumanda) Konsolu
Ototransformatör
Ekspojur zamanlayıcısı
Yüksek voltaj jeneratörü
¡
¡
¡
X-ışını elde etmek için yüksek voltajda düz akım
gereklidir
Şehir elektriği 50-60 Hz lik (50-60 /sn) salınımı olan
220 V luk alternatif akımdır
Bu akımın kilo volt değerlerine yükseltilmesi ve düz
akıma çevrilmesi gerekir
KONTROL (KUMANDA) KONSOLU
X-ışını miktar (kantite) ve kalitesini belirleyen tüp
akımı ve voltajını kontrol etmeyi sağlar
Kontrol konsolünde; cihazın
¡
¡
¡
açma-kapama düğmesi,
x-ışını miktar ve şiddettini belirleyen kontrol düğmeleri,
expojur zaman seçici düğmesi gibi düzenekler vardır
Bu kontrol ve düğmeler bazı cihazlarda analog
tuşlar şeklinde, modern cihazlarda ise dijital
göstergeler şeklindedir
KONTROL (KUMANDA) KONSOLU
Radyasyon kantitesi x-ışını sayısı ve veya x-ışın
demetinin intensitesi olarak ifade edilebilir
Genellikle miliröntgen (mR) veya miliröntgen /
miliamper saniye (mR/mAs) şeklinde gösterilir
Radyasyon kalitesi x-ışını penetrabilitesini
anlatır ve pik kilovoltaj (kVp) olarak söylenir
Ayrıca konsolde şutlama esnasındaki gerçek kVp
ve mA değerlerini gösteren metreler, cihazı
şutlamaya hazırlayan düğme ve cihaza gelen
akımı kompanse eden regülatör düğmesi gibi
kontroller bulunabilir
Çoğu kontrol konsolu bilgisayar teknolojisine
sahiptir
¡ Dokunmatik ekranlı ve dijitaldir
¡ Vücut kısımları şekil olarak seçilebilir ve
¡ Birçok özelliği otomatiktir
HAT KOMPANSATÖRÜ
X-ışını görüntüleme sistemine sağlanan şehir
elektriği voltajını ölçer ve 220 Volt’a hassas bir
şekilde otomatik olarak ayarlar
OTOTRANSFORMATÖR
X-ışını görüntüleme sistemine gelen elektrik
önce ototransformatöre verilir
Röntgen cihazında filamanın ısıtılması için
yaklaşık ~10-12 voltluk potansiyel farkı, buna
karşılık tüp akımı oluşturmak için 40-150 kVp
potansiyel farkı gerekmektedir
Transformatörler şehirden gelen 220 V luk
potansiyeli azaltarak veya çoğaltarak filaman
devresi ve yüksek voltaj devresi için istenilen
değerde voltaj sağlar
Yükseltici transformatörlerde ikinci sargı sayısı
birinciden fazladır B voltaj yükselir, akım azalır
Azaltıcı transformatörde ikinci sargı sayısı azdır
B voltaj azaltılır, akım yükseltilir
OTOTRANSFORMATÖR
Transformatörlerde demir bir halkanın her iki
tarafında sargı telleri bulunur
Sargının birinden akım geçirilmesi ile onun
oluşturduğu manyetik alan ikinci sargıda
elektrik akımını indükler
İkinci akımın indüklenmesi yani oluşturulması
için manyetik alan değişken olmalı
Alternatif akımda voltaj değişken olduğu için
değişen manyetik alan oluşur
Alternatif akım ikinci sargıda da alternatif bir
akım oluşturur
Ototransformatör elektromanyetik indüksiyon prensibiyle çalışır,
konvansiyonel transformatörden farklı, B tek sargıya sahiptir
Konsoldaki major kVp ve minor kVp tuşları ototransformatörde
belli bağlantıları sağlar
Ototransformatör
B Şehirden gelen 220 V, basamaklar halinde 100-400 V
değerleri arasında ayarlanabilir
Çıkış voltajı yüksek voltaj tankındaki yükseltici transformatörün
giriş voltajını sağlar
OTOTRANSFORMATÖR
Tüp akımını sağlayan, filamanın ısınması ile ortaya
çıkan termo-iyonik emisyondur
Termo-iyonik emisyon için filamana 10 voltluk
potansiyel farkı, 4-6 A akım vermek gerekir
Konsolde bulunan değişken ve hassas dirençlerle
gelen voltaj basamaklar halinde ayarlanır ve daha
sonra yüksek voltaj tankında bulunan azaltıcı
transformatöre yollanır
Bu transformatörde voltaj düşürülürken akım
arttırılmış olur
Konsoldeki değişken dirençler mA seçici görevini
görürler
EKSPOJUR ZAMANLAYICILAR
X- ışını ekspojur zamanı, zamanlayıcılar
ve anahtarlar ile kontrol edilir
Zaman seçici düğme veya tuşu kontrol
konsolünde yer alır, zamanlayıcının kendisi
ise kontrol konsolünde olabileceği gibi
yüksek voltaj tankına da yerleştirilebilir
Zamanlama düzeneği; konsolde iki ekspojur
düğmesi, bir de zaman seçici tuşu ile
belirlenmiştir
EKSPOJUR ZAMANLAYICILAR
Zaman seçici tuşu ile ekspojur süresi
belirlenir
Düğmelerden biri filamanın ısıtılarak
anodun dönmeye başlamasını sağlar
Diğer düğme zamanlayıcıyı aktive eder ve
ekspojuru başlatır
Zamanlayıcı önceden belirlenmiş süre
sonunda ekspojuru keser
Zamanlayıcılar anahtarlara devreyi ne
zaman açıp ne zaman kapayacağını bildirir
EKSPOJUR ZAMANLAYICILAR
Önceden belirlenmiş süre sonunda ekspojuru kesen
cihazlardır
1. Mekanik zamanlayıcılar
2. Sekronöz (eşzamanlı) zamanlayıcılar
3. Elektronik zamanlayıcılar
4. Fotozamanlayıcılar
MEKANİK ZAMANLAYICILAR
Portatif cihazlar ve diş ünitlerinde kullanılan yay
yardımı ile kurulan cihazlardır
Yayın boşanma zamanı ekspojur süresini oluşturur
250 msn’den uzun ekspojurlar için kullanılan ve
fazla hassas olmayan cihazlardır
SENKRONÖZ (eş zamanlı) ZAMANLAYICILAR
Şehir elektriği frekansı ile eşit hızda dönen bir
mil yardımıyla zamanlama yapılır
B 0.1 sn’ den uzun ekspojur zamanları için
kullanılır, her ekspojur sonrası sıfırlama gerekir
B seri ekspojur için kullanılamaz
ELEKTRONİK ZAMANLAYICILAR
En komplike ve en hassas zamanlayıcılardır
1 ms kadar kısa ve hızlı seri ekspojur sağlar
(anjio ve girişimsel işlemler için gerekli)
ELEKTRONİK ZAMANLAYICILAR
mAs Zamanlayıcıları: Birçok x-ışın cihazı
tüp akımı ve ekspojur zamanını duyarlı bir
şekilde kontrol edecek şekilde dizayn
edilmiştir. mA ve zamanın çarpımı (mAs)
B oluşan x-ışını miktarını (görüntü
algılayıcı ekspojurunu) belirler
İstenen mAs değerine ulaşılınca ekspojuru
keser
Gn. seçilen mAs için en kısa ekspojur
süresine ayarlanmıştır
FOTOZAMANLAYICILAR
Zamanlamada operatör hatasını elimine etmek için
geliştirilmiştir
Otomatik ekspojur kontrolü (AEC) B Hastadan geçen
radyasyonu ölçerek, belirlenen değere ulaşınca
ekspojuru keser
iki tipi var B Fotomultiplier tüp
B İyonizasyon odası
Fotomultiplier tüp B film arkasına yerleştirilen
fluoresan ekran filme gelen radyasyon ile orantılı
ışık saçar
Bu ışık küçük bir elektrik akımına dönüştürülerek
yine kapasitörü yüklemede kullanılır
Kapasitör önceden belirlenmiş değere ulaştığında
elektronik anahtar aracılığı ile ekspojuru
sonlandırır
FOTOZAMANLAYICILAR
İyonizasayon odası radyolüsen olup film ve
hasta arasına yerleştirilir
Filmde artefakt oluşmaz
Bu nedenle fluoroskopide spot film
radyografisi için idealdir
İyonizasyon kutusunda kapasitör görevi
gören iki plak mevcut olup geçen
radyasyon kutudaki havayı iyonize eder
İyonların oluşturduğu elektrik akımı ile
belli değere ulaşıldığında ekspojur
sonlandırılır
FOTOZAMANLAYICILAR
Fantomlar aracılığı ile önceden belli değerlere
kalibre edilir
Genelde birden fazlası birlikte kullanılarak
radyografik alanın tamamında homojen
ekspojur elde edilmesi sağlanır
Beklenen ekspojur süresinin 1.5 katına
ayarlanmış yedek zamanlayıcı ile maksimum
ekspojur devresi kontrol edilir
B AEC sonlandırmada başarısız olursa hasta
ve tüp aşırı ekspojurdan korunur
YÜKSEK VOLTAJ JENERATÖRÜ
Sıklıkla röntgen odasının bir köşesine
yerleştirilen yağla dolu tanktır
İçinde yüksek voltaj transformatörü,
filaman transformatörü ve rektifiye
ediciler (doğrultmaçlar) yer alır
Yağ esas olarak elektrik yalıtkanı görevi
görerek bu elemanların yanyana
yerleştirilmesini sağlarken aynı zamanda
oluşan ısı da yağa iletilir
YÜKSEK VOLTAJ JENERATÖRÜ
YÜKSEK VOLTAJ TRANSFORMATÖRÜ
İkinci taraftaki sargı oranı ile paralel olarak
voltajı yükseltir
Konvansiyonel transformatörlerde sargı oranı
500:1 ile 1000:1 arasında
Konsoldeki kVp seçici ototransformatörden gelen
voltaj yükseltilerek 40-150 kVp değerlere çıkarılır
Birincil (Primer) voltaj voltlarla (V), ikincil
(sekonder) voltaj ise pik kilovolt (kVp) ile ölçülür
Birincil akım amperlerle (A), ikincil akım
miliamperlerle (mA) ile ölçülür
VOLTAJ DÜŞÜRÜCÜ (FİLAMAN)
TRANSFORMATÖR
Konsoldaki mA seçici değişken
dirençlerinden gelen voltaj
düşürülerek filaman devresinde
yüksek akım elde olunur
REKTİFİYE EDİCİLER
(DOĞRULTMAÇLAR)
Şehir elektriği 50 Hz alternatif akımdır (100
kez/sn yön değiştirir)
Xışın tüpü için elektron akımının sadece bir yöne
olduğu doğru akım gerekir
Doğrultmaç alternatif akımı doğru akıma çeviren
cihazdır
Akımın sadece bir yöne geçmesine izin verir
Röntgen tüpünün kendisi de bir doğrultmaçtır
Günümüzde doğrultmaç olarak diod tüpler yerine
silikondan yapılan solid-state doğrultmaçlar
kullanılmakta
Bunlar ucuz, küçük ve uzun ömürlüdür
Rektifiye edilmemiş Voltaj:
Resim
Yarım-Daga rektifikasyon:
Monofaze akımın
sadece bir yöne
doğru salınımına
izin vermek diğer
yöne doğru
salınımını
engellemektir
Sikluıs negatif
yönde iken akıma
izin vermemektir
Tam dalga rektifikasyon:
En az dört diod kullanılarak dalganın
engellenen yarısı diğer yarımın yanına
eklenir.
Bir siklustan aynı yönde iki yarım puls
üretilir.
TRİFAZE JENERATÖRLER
Voltajı sabite yakın tutarlar
Ticari elektrik trifazedir
Trifaze güç birbiri üstüne
yerleştirilmiş ve aralarında 120
derecelik faz farkı olan 3 sinüs
dalgası şeklindedir
Trifaze akımın doğrultulması ile
saniyede 6 puls elde edilir
Trifaze akım diyotlar özel dizilerek 12 pulsluk
oldukça stabil bir enerji elde edilir. Akım ekspojur
esnasında asla sıfıra düşmez
YÜKSEK FREKANS JENERATÖRLER
Yüksek frekans jeneratörler 60 Hz lik tam
rektifye akımı genellikle 500 ile 25 000 Hz
gibi daha yüksek frekanslara çevirir
Boyutları çok daha küçüktür
Hemen hemen sabit potansiyel voltaj dalgaları
oluşturarak daha düşük ışın dozunda daha
kaliteli görüntü oluşturur
Genellikle inverter kullanır
Voltaj dalgalanması (ripple)
Her siklustaki voltajın en yüksek ve en düşük
değerleri arasındaki farkın en yüksek değere oranı
Tek fazlı elektrikte % 100 dür
Trifaze 6 pulslu akımda % 14, 12 pulsluda % 4,
Yüksek frekansta ise % 1 den azdır
Voltaj dalgalanması daha az olduğunda x-ışını kalite
ve kantitesi artar. Trifaze akımla çekimde
monofaze akıma göre aynı ekspojuru sağlamak için
voltajı 10 kVp, yüksek frekans jeneratörlü sistemde
se 12 kVp azaltmak gerekir
Trifaze güç ile elde olunan x-ışınının hem
kalitesi hem de kantitesi artar
Yüksek enerjili elektron akımı, yüksek
enerjili ve daha fazla x-ışını oluşumunu
sağlar
Güç değerlendirilmesi:
Transformatör ve yüksek voltaj jeneratör
gücü kilowatt olarak tanımlanır
Güç = Akım x Potansiyel
Watt = Amper x Volt
Güç değeri (kW) = (mA x kVp) / 1000
Ör. 100 kVp, 800 mA jenereatörde güç=80 kW
Yüksek V jeneratör gücü (kW)= 100 kVp ve
100 ms de maksimum x-ışın tüp akımı (mA) dır
C kollu röntgen 2.5 – kW,
mamografi B 25-35 kW,
genel amaçlı röntgen-fluoroskopi 30-65 kW,
anjiografi yapılanlarda 50- 80 kW,
Gelişmiş anjiografi 80 -150 kW jeneratörler kullanılır
Kaynaklar
1.
2.
3.
Bushong SC. Radiologic Science for Technologist:
Physics, Biology and Protection. 9th ed. St. Louis,
Mosby Elsevier, 2008.
Tuncel E. Klinik Radyoloji. Bursa, Nobel & Güneş,
2008.
Kaya T. Temel Radyoloji Tekniği. Bursa, Güneş &
Nobel, 1997.