Рентгенова тръба с въртящ се анод
Дизайнът на рентгенова тръба с въртящ се анод и фокусно петно, регулируемо в широк диапазон, позволява фундаментално подобряване на качеството и информационното съдържание на получените рентгенови изображения в различни области на медицината. Плавно регулиране на размера на фокусното петно се осигурява чрез прилагане на управляващо напрежение, отрицателно по отношение на катода към фокусиращия електрод. За целта двата извода на катода са изолирани от фокусиращия електрод с помощта на керамични изолатори. Изборът на размера на фокусното петно се определя от размерите, както и от характеристиките на вътрешната структура на полупрозрачния орган и може да се извърши автоматично, едновременно с избора на режими на рентгеново изображение. 3 болен.
Заявеният полезен модел се отнася до рентгеновото инженерство, по-специално до разработването на рентгенови тръби и може да се използва в медицинската рентгенова диагностика.
Един от основните параметри, които определят качеството на получените рентгенови изображения при провеждане на рентгенови диагностични изследвания в медицината, е размерът на фокусното петно на рентгеновата тръба. Колкото по-малък е размерът на фокусното петно, толкова по-висока е остротата и контраста на изображението на малки и фини детайли, разпознаването на които в повечето клинични случаи е от решаващо значение за ранна и точна диагноза (Лагунова И.Б., Чикурдин Е.Б., Ставицки Р.В. и др. Технически основи на рентгеновата диагностика. - М .: Медицина, 1973. - 457 с.).
Въпреки това, намаляването на размера на фокусното петно води до намаляване на тока на рентгеновата тръба, тъй като има естествени физически ограничения на мощността, подадена към целта на тръбата от електронен лъч с малък размер и разсеяна върху нея. Намаляването на тока на тръбата води до намаляване на интензитетагенерирано рентгеново лъчение, което от своя страна налага значителни ограничения върху размера и плътността на медицинските диагностични обекти.
Например, за разпознаване на трабекуларен модел при диагностицирането на механични наранявания на малки кости на крайниците, остеоартрит, термични лезии на костната тъкан и др. необходимо е да се използва рентгенова тръба с размер на фокусното петно 0,02÷0,05 mm. Използването на такова фокусно петно дава възможност да се приложи обещаваща схема за заснемане с увеличение на изображението няколко пъти, което осигурява ранна и точна диагностика при редица заболявания (Василиев А.Ю. Рентген с многократно увеличение в клиничната практика. - М .: ИПТК "Логос", 1998. - 148 с.). Токът на съвременните рентгенови тръби с петно с посочените размери е около 100 μA. С този ток времето на трансилюминация на големи обекти: главата, тазобедрената става, коремната кухина, гърдите и др. може да бъде от няколко секунди до няколко десетки секунди, което е недопустимо на практика поради естественото движение на вътрешните органи или тремора на пациента.
За да се осигури полупрозрачност на големи обекти за необходимото кратко време от няколко десети от секундата, токът на рентгеновата тръба трябва да бъде равен на няколко десетки до стотици милиампера. За тези цели се използват рентгенови тръби с въртящ се анод (Основи на рентгеновите диагностични техники / Под редакцията на Н. Н. Блинов Учебно ръководство. - М .: Медицина, 2002, стр. 29). Съставът на тръбата с въртящ се анод включва: катоден възел, вакуумна бутилка и аноден възел. На анодната шийка на анода е поставена статорна намотка на електродвигател, която осигурява въртенето на анода. Но минималният размер на фокусното петно в такива тръби е около милиметър. Такивадостатъчно голямото фокусно петно не ви позволява да получите рязко изображение при снимане на обекти, съдържащи костна структура, като тазобедрена или колянна става, рамо и т.н., дори и с малко увеличение от 1,5-2 пъти.
Така че има техническо противоречие. Рентгенова тръба с малко фокусно петно осигурява високо информативно заснемане с увеличение на изображението, но поради ниска мощност не може да осветява за кратко време на експозиция такива големи обекти на медицинска диагностика като главата, тазобедрената става, коремната кухина, гърдите и др. Рентгенова тръба с голямо фокусно петно може да освети изброените по-горе обекти за необходимото кратко време на експозиция, но качеството на изображението в повечето случаи няма да е достатъчно за ранна и точна диагноза.
Известни са съвременни рентгенови тръби с въртящ се анод за медицинска диагностика, които имат катоден комплект с два катода (Рентген: Наръчник. В 2 книги / Под редакцията на V.V. Klyuev. - М.: Машиностроение, 1980. - kn.1. 1980, стр. 72). Единият е малък катод, който осигурява малко фокусно петно, като характерните му размери в зависимост от вида на тръбата могат да бъдат 0,3÷0,5 mm. Вторият е голям катод, осигуряващ голямо фокусно петно с размери 1÷5 mm.
Съответно, когато снимате малки обекти, съдържащи фини структурни детайли, като например ставите на крайниците на ръцете или краката, „малкият фокус“ на тръбата се включва. При снимане на големи и плътни обекти, като глава, тазобедрена става, корем, гърди, се включва "голям фокус".
Въпреки това, както показва практиката, в редица области на медицината, например в педиатрията и неонатологията, травматологията и ортопедията, мамологията ии т.н. наличието само на две стойности на размера на фокусното петно не е достатъчно, за да се установи недвусмислена диагноза. Броят на избраните и зададени стойности на размерите трябва да бъде значително увеличен: обхватът на избор трябва да бъде разширен към по-малки стойности до 0,02 ÷ 0,05 mm.
За тази цел в катодния възел на рентгенова тръба с въртящ се анод могат да бъдат монтирани няколко катода, чиито размери последователно се намаляват и по този начин може да се осигури необходимия набор от размери на фокусното петно. Този метод обаче ще усложни дизайна на рентгеновата тръба и рентгеновия апарат като цяло и ще увеличи техния размер и тегло. Следователно, от гледна точка на простотата на дизайна, както и осигуряването на минимални размери и тегло, начинът за отстраняване на техническото противоречие, описано по-горе, ще бъде следното решение: използва се катоден комплект с един голям катод и размерът на фокусното петно се регулира в посока на неговото намаляване чрез прилагане на отрицателно (блокиращо) напрежение по отношение на катода към фокусиращия електрод. В този случай ще бъде осигурено плавно регулиране на размера на фокусното петно от максималната възможна стойност до минималната, необходима при промяна на напрежението на фокусиращия електрод.
Като прототип на претендирания полезен модел се използва еднофокусна рентгенова тръба с въртящ се анод (Bayza K., Khenter L., Honbok Sh. Rentgenotehnika. - B .: От AN Hungary, 1973, стр. 73), която включва вакуумен цилиндър, аноден възел на базата на въртящ се анод с масивна или стрелкова мишена и катоден възел. Конструкцията на катодния блок включва: катододържач, праволинеен катод и фокусиращ електрод. Катодът е направен под формата на спираловидна спирала, чиито изводи са монтирани в държача, с еднакерамичен изолатор е пресован от проводниците. Фокусиращ електрод е фиксиран върху държача на катода. В описаната конструкция катододържателят, един от изводите на катодната спирала и фокусиращият електрод са електрически свързани. Вторият извод на катодната намотка е електрически изолиран от фокусиращия електрод посредством керамичен изолатор. Поради това катодът се нагрява чрез прилагане на нагряващото напрежение U H към двата извода на катодната спирала.
При тази конструкция на катодния блок размерите на фокусното петно на рентгеновата тръба се определят от геометричните размери на спиралата и фокусиращия електрод, както и от взаимното им разположение. Съответно не може да се извърши избор и настройка на размера на фокусното петно в зависимост от конкретния обект на изследване.
Задачата, която трябва да бъде решена от заявения полезен модел, е разработването на универсална рентгенова тръба с въртящ се анод и регулируемо фокусно петно, което осигурява технически резултат, който се състои в получаване на висококачествени рентгенови изображения както на обекти с малък размер, съдържащи костни тъкани, така и на големи плътни обекти, съдържащи мускули, мазнини и други тъкани.
За да се получи определеният технически резултат, рентгенова тръба, включително вакуумна цилиндър, аноден монтаж, базиран на въртящ се анод с масивна или стрелба на целта, и катоден монтаж, съдържащ държач на катод, директно нагрял катод, направен под формата на спирална спирала, водещите от които са фиксирани в държача, и фокусиращият се електроод, докато серамичните изолатори са инсталирани в двата водещи, като се фокусира на спиралата.
Същността на претендирания полезен модел е илюстрирана с чертежи, където фигура 1 показва рентгенова тръба с въртящ се анод, фигура 2- катодният възел на рентгеновата тръба, а фигура 3 е електрическа схема на захранването на рентгеновата тръба.
Рентгенова тръба с въртящ се анод (фиг.1) се състои от вакуумен цилиндър 1, аноден комплект 2 с анод 3 и катоден комплект 4.
Катодният възел 4 на рентгеновата тръба (фигура 2) включва: катоден държач 5, директно нагрят катод 6 и фокусиращ електрод 7. Катодът 6 е направен под формата на спирална спирала, чиито проводници са монтирани в държача, а върху двата проводника са притиснати керамични изолатори 8. Фокусиращият електрод 7 е фиксиран върху катодния държач 5. В описаната конструкция само катодният държач 5 и фокусиращият електрод 7 са електрически свързани. Катод 6 е напълно изолиран от фокусиращия електрод 7.
По време на работа на рентгеновата тръба двата извода на катодната спирала се захранват с нагряващо напрежение. Катодът се нагрява и в прикатодната област се образува облак от свободни електрони. След прилагане на ускоряващо напрежение с положителна полярност между катода и анода, свободните електрони от този облак се втурват от катода към анода, образувайки анодния ток на рентгеновата тръба. В този случай размерът на електронния облак определя размера на фокусното петно на рентгеновата тръба. За регулиране на размера на фокусното петно е необходимо да се приложи управляващо напрежение Ucontrol с отрицателна полярност между катода и фокусиращия електрод (фигура 3). В зависимост от величината на управляващото напрежение U control, размерите на фокусното петно fp ще варират от максималната стойност (fp = fp max) с управляващо напрежение, равно на нула, до минималната стойност (fp
0) с управляващо напрежение, равно на напрежението на заключване Uzap (Uupr=Uzap).
В същото време, за да се опрости работата на рентгенова тръба с регулируемо фокусно петно, контролният панелРентгеновият апарат е снабден с набор от бутони за автоматично управление. Всеки от бутоните за набиране е маркиран със символ на полупрозрачен орган: пръст, ръка, крак, коляно, бедро, гърди, глава и др. Чрез включване на един или друг бутон към тръбата се подава управляващо напрежение, което осигурява размер на фокусното петно, който „съответства“ на полупрозрачния орган по отношение на получаване на необходимото качество на изображението за необходимото кратко време за снимане.
Процедурата за избор на размера на фокусното петно може да се извърши автоматично, едновременно с избора на режими на рентгеново изображение на полупрозрачния орган.
Рентгенова тръба с въртящ се анод, който включва вакуумен цилиндър, аноден възел на базата на въртящ се анод с масивна или изстреляна цел и катоден възел, съдържащ катоден държач, катод с прав резервоар, направен под формата на винтова спирала, чиито изводи са прикрепени към държача, и фокусиращ електрод, който се различава по това, че и двете спирали на катода на катода на електричеството на електричеството на електричеството на Те се запалват от фокусиращия електрод чрез керамични изолатори, монтирани в краищата им.