Введение

Машина, генерирующая рентгеновские лучи

Рентгеновский аппарат – это устройство, использующее рентгеновские лучи в различных областях, включая медицину, рентгенофлуоресцентный анализ, контроль электронных сборок и измерение толщины материала в производственных процессах. В медицине рентгеновские аппараты используются рентгенологами для получения рентгеновских снимков внутренних структур (например, костей) живых организмов, а также для стерилизации.

Медицинская визуализация

В медицинских визуализационных приложениях рентгеновский аппарат состоит из пульта управления, используемого радиологическим техником для выбора рентгеновских методик, подходящих для конкретного исследования, блока питания, создающего и обеспечивающего требуемые значения kVp (пиковое напряжение), mA (миллиамперы, иногда обозначаемые как mAs, что фактически является произведением mA на время экспозиции) для рентгеновской трубки, и самой рентгеновской трубки.

История

Открытие рентгеновских лучей произошло в результате экспериментов с трубками Крукса – ранней экспериментальной трубкой с электрическим разрядом, изобретенной английским физиком Уильямом Круксом примерно в 1869–1875 годах. В 1895 году Вильгельм Рентген обнаружил рентгеновское излучение, исходящее из трубок Крукса, и сразу же стало очевидно множество возможных применений рентгеновских лучей. Одна из первых рентгеновских фотографий была сделана руки жены Рентгена. На снимке были видны и ее обручальное кольцо, и кости. 18 января 1896 года Генри Луис Смит официально продемонстрировал рентгеновский аппарат. На Всемирной выставке 1904 года Кларенс Далли представил публике полностью функционирующий аппарат. Технология быстро развивалась: в 1909 году Монико Санчес Морено создал первое портативное медицинское устройство, а во время Первой мировой войны Мария Кюри возглавила разработку рентгеновских аппаратов, установленных в "радиологических автомобилях", для обеспечения мобильных рентгеновских услуг в полевых военных госпиталях. В 1940-х и 1950-х годах рентгеновские аппараты использовались в обувных магазинах для помощи в продаже обуви. Они назывались флюороскопами для подбора обуви. Однако, когда вредное воздействие рентгеновского излучения было должным образом учтено, они постепенно вышли из употребления. Первым использование этих устройств для подбора обуви запретил штат Пенсильвания в 1957 году. (Они были скорее хитрым маркетинговым инструментом для привлечения покупателей, чем средством для точного определения размера обуви.) Вместе с Робертом Дж. Ван де Грааффом, Джон Г. Трамп разработал один из первых рентгеновских генераторов на миллион вольт.

Обзор

Система рентгеновской визуализации состоит из пульта управления генератором, где оператор выбирает необходимые параметры для получения качественного, читаемого изображения (кВp, мА и время экспозиции), рентгеновского генератора, который управляет током рентгеновской трубки, напряжением на рентгеновской трубке и временем экспозиции, рентгеновской трубки, преобразующей напряжение и ток в рентгеновское излучение, и системы регистрации изображения, которая может быть представлена плёнкой (аналоговой технологией) или цифровой системой захвата изображений, а также PACS.

Приложения

Рентгеновские аппараты используются в здравоохранении для визуализации костных структур, во время операций (особенно ортопедических) для помощи хирургам в репозиции и фиксации переломов винтами или структурными пластинами, для помощи кардиологам в локализации заблокированных артерий и контроле установки стентов или проведении ангиопластики, а также для визуализации других плотных тканей, таких как опухоли. Немедицинские области применения включают обеспечение безопасности и анализ материалов.

Безопасность

Рентгеновские аппараты используются для неинвазивного досмотра объектов. Багаж в аэропортах и личные вещи учащихся в некоторых школах проверяются на наличие возможного оружия, включая взрывчатые вещества. Стоимость рентгеновских систем для досмотра багажа варьируется от 50 000 до 300 000 долларов. Основные компоненты системы рентгеновского контроля багажа включают в себя генератор для создания рентгеновского излучения, детектор для регистрации излучения после прохождения через багаж, блок обработки сигналов (обычно ПК) для обработки сигнала, поступающего от детектора, и конвейерную систему для перемещения багажа. Портативный импульсный рентгеновский генератор, работающий от аккумулятора и используемый в сфере безопасности, как показано на рисунке, обеспечивает специалистам по обезвреживанию взрывных устройств более безопасный анализ потенциальных угроз.

Операция

Когда багаж помещается на конвейер, оператор перемещает его внутрь установки. Внутри установки имеется инфракрасный передатчик и приемник для обнаружения багажа при его входе в туннель. Эта система передает сигнал на включение генератора и системы обработки сигналов. Система обработки сигналов анализирует входящие сигналы от детектора и формирует изображение, основанное на типе и плотности материала внутри багажа. Затем это изображение выводится на дисплей.

Классификация цветов

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 зелёным цветом. Неорганические материалы, такие как медь, отображаются синим цветом, а непроницаемые предметы – чёрным (на некоторых устройствах это может отображаться как желтовато-зелёный или красный). Интенсивность цвета зависит от плотности или толщины материала. Определение плотности материала достигается с помощью двухслойного детектора. Слои пикселей детектора разделены полоской металла. Металл поглощает мягкое излучение, пропуская более короткие, более проникающие длины волн к нижнему слою детекторов, тем самым превращая детектор в примитивный двухдиапазонный спектрометр.

Достижения в рентгеновской технологии

Пленка из углеродных нанотрубок (в качестве катода), излучающая электроны при комнатной температуре под воздействием электрического поля, была использована для создания рентгеновского устройства. Массив таких излучателей можно разместить вокруг сканируемого объекта, а изображения с каждого излучателя можно собрать с помощью компьютерного программного обеспечения для получения трехмерного изображения объекта за время, значительно меньшее, чем при использовании традиционного рентгеновского аппарата. Система также обеспечивает быстрое и точное управление, позволяя проводить перспективную физиологическую фазированную визуализацию. Инженеры из Университета Миссури (MU) в Колумбии изобрели компактный источник рентгеновских лучей и других видов излучения. Источник излучения размером с жевательную резинку и может быть использован для создания портативных рентгеновских сканеров. Прототип портативного рентгеновского сканера на основе этого источника может быть изготовлен уже через три года.