По конструкции аппарат включает в себя:

Прибор, позволяющий обеспечить подключение электричества и регулировать интенсивность степени радиационного излучения;
излучатель в виде трубки – один или несколько;
преобразователь, который трансформирует информацию, полученную с помощью излучения в снимок;
штатив, позволяющий манипулировать аппаратом.
Вся конструкция помещена в корпус из свинца. Его атомы обладают способностью нейтрализации жесткого излучения. Свинцовый корпус предназначен для защиты медицинского работника, управляющего агрегатом, и позволяет с максимальной точностью направить излучение на исследуемый объект. На него лучи рентгена направляются через специальные отверстия, которые имеются в корпусе.

Рентген аппараты имеют различные конструкции, в зависимости от которых их подразделяют на:

Статические – предназначены для проведения исследований в специализированных комнатах;
дентальные, мобильные, предназначенные для переноски и импульсные;
конструкции, которые возможно доставить к месту их использования на специально предназначенных для этого автомобилях;
аппараты, которые возможно передвигать, например, в палаты к больным, в операционных или в травмпунктах, а также при проведении исследований на дому, если есть подобная необходимость.

От того, в какой области исследований применяются аппараты, они различаются на несколько видов:

1. Дентальные – для исследований в стоматологической практике.
2. Для проведения исследований в урологии.
3. Для проведения диагностики кровеносных сосудов (ангиографии);
4. Для проведения нейродиагностики.
   Для начала работы рентген аппарата на его пульт управления подается электричество, которое после регулирования попадает на основной трансформатор. После этого усиленное напряжение перенаправляется в излучатель, генерирующий возникновение лучей. Рентгеновский луч беспрепятственно проникает сквозь кожу исследуемого, достигает мышц и костей. Они в свою очередь поглощают излучение с различной интенсивностью.

В наибольшей степени поглощают лучи кости благодаря наличию в них кальция. В связи с этим на итоговом снимке они отображаются интенсивным белым цветом. Серыми на снимке изображены мышечные ткани, жиры и жидкость. Это связано не с таким интенсивным поглощением излучения. В наименьшей степени оно воздействует на воздушную область. Поэтому те места внутри организма, которые содержат воздух, на снимке будут отображаться, как наиболее затемненные.
Преобразователь обрабатывает данные, полученные с помощью рентгена, и выводит их на снимок. На нем отчетливо видны кости и исследуемые органы. Часто внутренние структуры для большей четкости проявления на снимке наполняют контрастной жидкостью. Этот способ позволяет с большей вероятностью обнаружить различные изменения и поставить точный диагноз.

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Лабораторная работа №1

Руководитель: профессор кафедры ММС

Кульков Сергей Николаевич

Студенты группы 4Б21:

Кондратенко А.И.

Проскурников Г.В.

Дронов А.А.

Томск, 2015

Цель: познакомиться, изучить, а так же получить навыки в рентгенографическом анализе порошков.

Устройство рентгеновского апарата

Одним из наиболее эффективных методов изучения строения кристаллических веществ является рентгенография.

Рентгенография делится на 2 типа:

1. рентгеноструктурный анализ (РСтА);

2. рентгенофазовый анализ (РФА).

Первый метод является наиболее общим и информативным и позволяет однозначно определить все детали кристаллической структуры (координаты атомов и т.д.). Объектом исследования в РСтА является монокристалл. Второй метод позволяет идентифицировать вещество и определить некоторые параметры кристаллической структуры. Объектами исследования РФА являются поликристаллические образцы.

Рентгеновский аппарат предназначается для превращения электроэнергии в рентгеновское излучение. Устройство рентгеновского аппарата зависит от его функции, но в целом он состоит из источника излучения, блока питания, системы управления и периферии.

Как работает рентгеновский аппарат

Питание аппарата осуществляется обычно от электросети переменного тока в 126 или 220 В. Однако современные рентгеновские установки работают от постоянного тока существенно более высокого напряжения. В связи с этим в состав блока питания входят трансформатор (или система трансформаторов) и выпрямитель тока (иногда выпрямитель может отсутствовать – при низкой мощности аппарата). Генератор излучения – это рентгеновская трубка, одна или несколько.

Система управления – это распределительное устройство, то есть пульт управления, регулирующий работу всей установки. Кроме того, аппарат включает в себя штатив (систему штативов), на который крепится генератор излучения. Принцип работы установки следующий. Переменный ток от электросети подводится к первичной обмотке трансформатора. С его вторичной обмотки снимается более высокое напряжение и подается на излучатель непосредственно (полуволновые установки) или через выпрямитель – кенотрон. Накалом катодной нити рентгеновской трубки регулируется ее работа. В излучение при этом переходит не более 1% подаваемой на трубку энергии, остальное превращается в тепло, прежде всего греется анод. Для того чтобы избежать его повреждения от перегрева, либо используются тугоплавкие материалы (вольфрам, молибден), либо конструируется специальная система охлаждения (водное охлаждение, вращающийся анод). Современные рентгеновские установки снабжаются специальными устройствами для стабилизации тока и защиты излучателя от перегрузки. Кроме того, устанавливается система защиты окружающих от избыточного излучения (а также от тока высокого напряжения).

Рентгеновская трубка устройство

Рентгеновская трубка - электровакуумный прибор с источником излучения электронов (катод) и мишенью, в которой они тормозятся (анод). Высоковольтное напряжение для разогревакатода подается через минусовой высоковольтный кабель с накального трансформатора, который находится вгенераторном устройстве. Накаленная спираль катода, при прикладывание к рентгеновской трубке высокого напряжения,начинает выбрасывать ускоряющийся потокэлектронов, а затем они резко тормозятся на вольфрамовой пластинке анода, что и приводит к появлениюрентгеновских лучей.

Принцип работы рентгеновской трубки

Рисунок 1 - Схема рентгеновской трубки для структурного анализа: 1 - металлический анодный стакан (обычно заземляется); 2 – окна из бериллия для выхода рентгеновского излучения; 3 – термоэмиссионный катод; 4 – стеклянная колба, изолирующая анодную часть трубки от катодной; 5 – выводы катода, к которым подводится напряжение накала, а также высокое (относительно анода) напряжение; 6 – электростатическая система фокусировки электронов; 7 – ввод (антикатод); 8 – патрубки для ввода и вывода проточной воды, охлаждающей вводный стакан.

Площадь анода, на которую попадают электроны, называют фокусом. В современных рентгеновских трубках обычно имеется два фокуса: большой и малый. В аноде свыше 95% энергии электронов превращается в тепловую энергию, нагревающую анод до 2000° и более. По этой причине с увеличением длительности экспозиции допустимая мощность снижается.

Рентгенодиагностическую трубку размещают в просвинцованном кожухе, который заполнентрансформаторным маслом. В кожухе имеются отверстиядля подсоеденения высоковольтных кабелей и выходное окно, через которое выводится пучок излучения. Для минимизации дозы рентгеновского излучения в современных рентгеновских аппаратах, например ФМЦ на выходном окне крепится устройство колимации. Для того, чтоб исключить появление на аноде рентгеновской трубки повреждений, последний должен вращаться, для этого внизу кожуха рентгеновской трубки размещается устройство вращения анода.

Рентгеновские аппараты

совокупность оборудования для получения и использования рентгеновского излучения. В зависимости назначения Р. а. делят на медицинские и технические.

Рентгеновские аппараты состоят из одного или нескольких рентгеновских излучателей (рентгеновских трубок); питающего устройства, обеспечивающего электрической энергией рентгеновский излучатель; устройства для преобразования рентгеновского излучения, прошедшего через исследуемый объект, в видимое изображение, доступное для наблюдения, анализа или фиксации ( , рентгеновская с рентгенографической пленкой, телевизионное видеоконтрольное устройство, видеомагнитофон, фотокамеры, кинокамеры и др.); штативных устройств, служащих для взаимной ориентации и перемещения излучателя, объекта исследования и приемника излучения: систем защиты и управления Р. а. Для формирования потока излучения применяют диафрагмы, тубусы, фильтры, отсеивающие растры, формирующие в пространстве коллиматоры; автоматические рентгеноэкспонометры и стабилизаторы яркости.

Медицинские Р. а. делятся на рентгенодиагностические и рентгенотерапевтические.

Рентгенодиагностические аппараты в зависимости от конструкции и условий эксплуатации разделяют на стационарные, передвижные и переносные. Стационарные Р. а. предназначены для эксплуатации в специально оборудованных помещениях. К ним относятся, например, рентгенодиагностический комплекс «Рентген-50-2» на 3 рабочих места (рис. 1 ), РУМ-20М на 2 рабочих места, рентгенодиагностический телеуправляемый комплекс «Рентген-100Т» (рис. 2 ) для проведения полного объема рентгенодиагностических исследований. Передвижные Р. а. бывают трех типов: перевозимые на специальных автомобилях, например флюорографы; разборные полевые, например РУМ-24 (рис. 3 ), предназначенные для исследования больных и раненых в военно-полевых, экспедиционных и экстремальных условиях; палатные, например 12П6 (рис. 5 ), используемые для рентгенодиагностики в условиях стационара, вне рентгеновского отделения. Переносные , например 9Л5 (рис. 4 ), импульсный аппарат «Дина-2» (рис. 6 ), используют для рентгенодиагностики на дому, в полевых условиях.

Рентгенодиагностические аппараты могут быть общего назначения и специализированные. Последние по методам и условиям исследования подразделяют на флюорографические, например флюорографы 12Ф7, 12Ф7-Ц с 70 и 100 мм фотокамерами, главным образом для массовых профилактических исследований (см. Флюорография), томографические (см. Томография), стимуляторы для планирования лучевой терапии, для работы в операционных, например аппарат хирургический передвижной 10×4, и др. По области применения различают Р. а. для ангиографии (Ангиография), для нейрорентгенодиагностики, урологических исследований, маммографии (Маммография), дентальные, в т.ч. панорамные - ортопантомографы (см. Пантомография) и др.

На принципиальной блок-схеме рентгенодиагностического аппарата (рис. 7 ) указаны основные его элементы. Питающее напряжение подается в регулятор напряжения, включение которого на заданную длительность экспозиции осуществляют с помощью реле времени. Повышение и выпрямление напряжения для питания рентгеновской трубки осуществляется в генераторном устройстве (размещено в стальном баке, заполненном трансформаторным маслом), содержащем одно- или трехфазный повышающий трансформатор и выпрямители. Высокое напряжение от генераторного устройства подается на рентгеновскую трубку с помощью высоковольтных кабелей, имеющих наружную заземляемую оболочку. Рентгенодиагностическая трубка (рис. 8 ) - электровакуумный прибор с источником излучения электронов (катод) и мишенью, в которой они тормозятся (анод). Энергия для нагрева катода подается через трансформатор накала, размещаемый к баке генераторного устройства. Накаленная спираль катода испускает электроны, которые ускоряются приложенным к трубке высоким напряжением, а затем тормозятся вольфрамовой пластинкой анода с образованием рентгеновского излучения. Площадь анода, на которую попадают электроны, называют фокусом. Различают одно- или двухфокусные аноды. В аноде свыше 95% энергии электронов превращается в тепловую энергию, нагревающую анод до 2000° и более. По этой причине с увеличением длительности экспозиции допустимая мощность снижается. Рентгенодиагностическая трубка размещается в кожухе, заполненном трансформаторным маслом, со свинцовой оболочкой для защиты от неиспользуемого излучения. В кожухе имеются также гнезда для присоединения высоковольтных кабелей и выходное окно, через которое выводится рабочий излучения. В разборных, палатных, дентальных Р. а. находится в защитном кожухе вместе с генераторным устройством, что часто называют моноблоком.

К выходному окну излучателя крепятся устройства, формирующие пучок излучения с требуемыми параметрами. Имеется также оптический имитатор для освещения белым светом поверхности, площадь которой соответствует площади рабочего пучка излучения, и сменных фильтров для изменения энергетического спектра излучения.

В зависимости от назначения современные Р. а. снабжаются разнообразными штативно-механическими устройствами - напольно-потолочными (или потолочными) штативами, столами и стойками для снимков (рис. 9 ) поворотными столами-штативами для просвечивания и снимков, обеспечивающими проведение соответствующих рентгенологических исследований (Рентгенологическое исследование).

Существуют специальные штативы для томографии, рентгенокимографии, нейрорентгенодиагностики, катетеризации, ангиографии (рис. 10 ) и других исследований, различающиеся диапазоном взаимных перемещений излучателя, пациента и приемника излучения и особыми устройствами.

Экраноснимочное приспособление современного стационарного Р. а. включает экран для просвечивания, перемещаемый кассетодержатель с кассетой, защитные устройства, отсеивающий растр и устройство программного управления, обеспечивающее возможность получения на одной рентгенографической пленке в процессе просвечивания последовательно нескольких снимков меньшего формата (так называемых прицельных снимков). Отсеивающий растр (отсеивающая решетка) представляет собой набор тонких чередующихся полос из рентгенопрозрачного и рентгенопоглощающего материала, ориентированных на фокус рентгеновской трубки. Растр устанавливается между пациентом и приемником излучения и служит для уменьшения влияния на качество изображения вторичного (рассеянного) излучения. В большинстве современных диагностических Р. а между растром и кассетой с рентгенографической пленкой располагается камера рентгеноэкспонометра - прибора, который автоматически отключает напряжение на рентгеновской трубке при накоплении пленкой экспозиционной дозы излучения, обеспечивающей заданное значение плотности ее почернения после фотографической обработки. В отечественной рентгеновской аппаратуре применяются рентгеноэкспонометры ионизационного типа РЭР-3, РЭР-3БМ-50-20, которые автоматически, под действием ионизации воздуха, подают в реле времени на отключение аппарата.

Рентгеновская кассета обычно заряжается рентгенографической пленкой между двумя усиливающими экранами. Свечение усиливающих экранов под действием рентгеновского излучения в 60-100 раз повышает рентгенографической пленки (при этом снижается радиационной нагрузки на пациента), фотографический эмульсионный слой которой состоит из микроскопических кристаллов бромистого серебра в желатине. Получают распространение малосеребряные и бессеребряные способы регистрации рентгеновского изображения с использованием специальных полупроводниковых преобразователей.

Для медицинских усиливающих экранов используют вольфраматные, цезиевые, лантановые, иттриевые - вещества, светящиеся под действием рентгеновского излучения. Так, лантановые усиливающие экраны применяют для рентгенографии желудочно-кишечного тракта, поясничного отдела позвоночника, мочевыделительной системы, иттриевые - для исследования сердца и крупных сосудов. При некоторых исследованиях, не требующих особой резкости изображения (например, при рентгенографии костей), производят съемку без экранов.

Для визуализации рентгеновского изображения при просвечивании используют флюоресцентный экран, аналогичный усиливающему экрану, который защищен свинцовым стеклом. В современных Р. а. (например, «РУМ-20 М», «Рентген-100 Т») вместо экранов применяют электронно-оптические усилители рентгеновского изображения с телевизионным видеоконтрастным устройством, основной частью которых является электронно-оптический преобразователь, позволяющий многократно увеличивать изображения, а дозу излучения снижать в 4-5 раз. При этом существенно улучшается выявление мелких деталей рентгеновского изображения, отпадает необходимость в затемнении помещения процедурной и затрат времени на адаптацию зрения врача. Фокусирующая обеспечивает передачу изображения на выходной экран с минимальными искажениями, а затем через оптическую систему на телевизионную передающую трубку и экран видеоконтрольного устройства. Одновременно изображение может регистрироваться фото- или кинокамерой, записываться на видеомагнитофонную ленту.

Все шире в Р. а. применяют средства цифровой регистрации рентгеновских изображений. В этих случаях видеосигнал телевизионной передающей трубки поступает в аналого-цифровой преобразователь, а с него в электронную , что позволяет в ряде случаев заменить непрерывное просвечивание импульсным и существенно снизить дозу облучения, как это делается, например в рентгеновских аппаратах для операционных.

Применение в Р. а. средств вычислительной техники позволяет производить преобразования изображения: малых контрастов, подчеркивание контуров, фильтрацию. С помощью вычислительной техники осуществляется так называемая субтракционная цифровая , когда производят цифровое вычитание двух изображений, полученных в разные фазы введения контрастного вещества в кровеносную систему. При этом одинаковые элементы изображения исчезают, а контрастного вещества по сосудам становится отчетливо видимым.

Рентгенотерапевтические аппараты предназначены для лечения ряда заболеваний тормозным рентгеновским излучением. По назначению их подразделяют на аппараты для поверхностной терапии (максимальное напряжение на трубке 10-60 кВ ), аппараты для внутриполостной терапии (максимальное напряжение 60-100 кВ ) и аппараты для средней и глубокой терапии (максимальное напряжение 100-300 кВ ), например РУТ-250-15-2 (РУМ-17). По способу излучателя в процессе облучения различают аппараты для статического и подвижного (ротационного, конвергентного и маятникового) облучения. Существуют также для контактной, близкодистанционной (близкофокусной) и дальнедистанционной лучевой терапии (Лучевая терапия).

Принцип работы рентгенотерапевтического аппарата практически аналогичен принципу работы рентгенодиагностического аппарата, с той лишь разницей, что в его блок-схеме отсутствуют приемники рентгеновского излучения, поскольку объектом воздействия при рентгенотерапии является . Для автоматического ограничения дозы облучения в пределах заданного уровня используют реле дозы. В рентгенотерапевтических аппаратах применяют рентгеновские трубки с неподвижным анодом и системы их охлаждения проточным трансформаторным маслом.

Библиогр.: Рентгенотехника, под ред. В.В. Клюева, кн. 1-2, М., 1980; Технические средства рентгенодиагностики, под ред. И.А Переслегина, М., 1981.

РТ - рентгеновская трубка; Ф - ; Д - ; О - объект исследования (пациент); Р - отсеивающий растр; РЭ - камера экспонометра рентгеновского излучения; П - кассета с рентгенографической пленкой и усиливающими экранами; УРИ - усилитель рентгеновского изображения; ТТ - телевизионная передающая трубка; ФК - фотокамера; ВКУ - видеоконтрольное устройство; ФЭУ - фотоэлектронный умножитель; СЯ - стабилизатор яркости; БЭ - обработки сигнала экспонометра; БН - блок управления накалом рентгеновской трубки с вычислительным устройством; ТН - трансформатор накала; S - почернения фотоматериала; В - яркость свечения флюоресцентного экрана; пунктиром обозначен рабочий пучок рентгеновского излучения">

Рис. 7. Принципиальная блок-схема рентгенодиагностического аппарата: Vc - питающее напряжение; Va - напряжение для исследования; РН - регулятор напряжения; РВ - реле времени; ГУ - генераторное устройство, включающее выпрямители; РТ - рентгеновская трубка; Ф - фильтр; Д - диафрагма; О - объект исследования (пациент); Р - отсеивающий растр; РЭ - камера экспонометра рентгеновского излучения; П - кассета с рентгенографической пленкой и усиливающими экранами; УРИ - усилитель рентгеновского изображения; ТТ - телевизионная передающая трубка; ФК - фотокамера; ВКУ - видеоконтрольное устройство; ФЭУ - фотоэлектронный умножитель; СЯ - стабилизатор яркости; БЭ - блок обработки сигнала экспонометра; БН - блок управления накалом рентгеновской трубки с вычислительным устройством; ТН - трансформатор накала; S - оптическая плотность почернения фотоматериала; В - яркость свечения флюоресцентного экрана; пунктиром обозначен рабочий пучок рентгеновского излучения.

Рис. 3а). Разборный полевой рентгеновский аппарат «РУМ-24». Развернут для обследования больного в вертикальном положении: 1 - моноблок с рентгеновской трубкой; 2 - опорная стенка поворотного стола-штатива; 3 - экраноснимочное устройство; 4 - колонна с кареткой; 5 - переносный пульт управления; 6 - основание стола-штатива; 7 - носилки; 8 - трехлопастный подэкранный фартук.

На сегодняшний день рентгенологическое обследование представляет собой достаточно простую, доступную и относительно недорогую процедуру. С его помощью медики получают двухмерные изображения структур тела, используемые для диагностики множества заболеваний. Рентген требуется для определения повреждений и заболеваний костей, легких, а также наличия опухолей.

Рентгеновское излучение было открыто выдающимся немецким физиком Вильгельмом Конрадом Рёнтгеном в далеком 1895 году. Именно этот человек стал первым нобелевским лауреатом в области физики, а на дебютном рентген-снимке была рука его жены с обручальным кольцом. Однако саму рентгеновскую трубку, без которой сейчас не работает ни один аппарат, изобрел уже не Рёнтген, а американский ученый Уильям Кулидж. Так постепенно возникли современные аппараты, легко преобразующие электроэнергию в рентгеновское излучение. Его конструкция предусматривает наличие источника излучения, блока питания, системы управления и периферийных устройств.

Принципы рентгеновского исследования

Процесс получения снимка при помощи рентгеновских лучей основан на особенностях их поглощения различными тканями тела. Излучение из трубки проходит сквозь тело и как в фотоаппарате проецируется на пленку:

Таким образом, рентгенографическое исследование дает возможность получать двумерные изображения тела, на которых самыми светлыми отображаются кости, а затемненными – полости, заполненные воздухом.

Методика проведения рентгена

Рентгеновский аппарат обычно располагается в больницах не просто в специальном кабинете, а еще и в отдельном коридоре. Над входом висит красная лампочка, по которой пациенты видят, можно

ли войти. Чтобы попасть непосредственно к аппарату нужно пройти не одну, а две двери. Это является своеобразной страховкой от слишком напористых людей, готовых идти «без очереди», нарушая правила безопасности при работе с рентгеновскими установками.

Во время получения снимка пациент может лежать, либо стоять перед аппаратом – все зависит от того, какая область тела подлежит обследованию. Снимок делается в течение нескольких секунд, лучевое воздействие является абсолютно безболезненным для человека. Риск облучения в современных аппаратах минимизирован, однако детям и беременным женщинам его стараются назначать в исключительно важных для диагностики случаях.

Рентгенологическое исследование – это довольно простая и недорогая процедура, которая позволяет получить двумерное изображение структур тела, необходимое для диагностики многих распространенных заболеваний.

Рассказываем, как это работает.

Немного истории

Рентгеновское излучение открыл в 1895 году выдающийся немецкий физик Вильгельм Кондрад Рентген, который впоследствии стал первым лауреатом Нобелевской премии по физике.

Именно он получил первый рентгеновский снимок – это была рука его жены с обручальным кольцом. В честь ученого и был назван новый тип излучения.

Прототип рентгеновской трубки, которая сейчас используется во всех современных рентгеновских аппаратах, изобрел американский физик Уильям Кулидж.

Как получается снимок?

Принцип получения изображения при помощи рентгеновских лучей построен на особенностях их поглощения различными тканями тела.

Рентгеновские лучи, испускаемые трубкой, проходят сквозь тело человека и проецируются на специальной пленке – почти как в фотоаппарате.

Это значит, что диагностические преимущества метода значительно перевешивают тот ущерб, которое излучение успевает причинить клеткам организма.

Важно! Рентгеновское исследование противопоказано маленьким детям и беременным женщинам. Оно назначается только в том случае, если этот диагностический метод жизненно необходим.

Самое важное

Рентгенографическое исследование позволяет получить двумерное изображение тела, на котором самыми светлыми участками будут кости, а темными – полости, содержащие воздух.

Этот вид диагностики позволяет определить повреждения и заболевания костей, а также наличие опухолей и заболеваний легких.