10
PROJEKTOVANJE BIOMEDICINSKIH APARATA I UREĐAJA Hanodut 10 - 2012/2013 1 RENDGENSKI UREĐAJI KONSTRUKCIJA RENDGEN APARATA Rendgenski aparati predstavljaju uređaje koji proizvode rendgenske ili X-zrake i omogudavaju dobijanje prvih radiografskih snimaka. Radiološki pregled može da se izvrši na dva načina, primenom radiografije i radioskopije. Radiografija podrazumeva dobijanje radiograma, odnosno rendgenske slike određenog dela tela koji je bio izložen kratkom delovanju X-zraka (kratka ekspozicija). Sa druge strane, radioskopija pruža sliku organa i njegovu dinamiku, odnosno pokrete usled njegovog izlaganja zracima u trajanju od nekoliko desetina sekundi, pa čak i nekoliko minuta. Slika se dobija zahvaljujudi elektronskom svetlosnom pojačivaču i televizijskom sistemu zatvorenog tipa. Na monitoru se rendgenska slika vidi onoliko dugo koliko je sam objekat izložen dejstvu X-zraka. Obzirom da postoje izvesne razlike u metodama snimanja, mogu se razlikovati i pojedini delovi radiografskih uređaja: rendgenska cev generator visokog napona komandni sto visikonaponski kablovi stativ. A kod aparata za radioskopiju postoje i: elektronski svetlosni pojačivač televizijska mreža zatvorenog tipa. FIZIKA X-ZRAKA Zračenje predstavlja jedan od osnovnih oblika energije i njime se unosi višak energije u energetski stabilan sistem delije, odnosno organizma. X-zračenje predstavlja elektromegnetno zračenje koje je slično zračenjima kao što su svetlost, radio talasi, mikrotalasi,... Talasna dužina ovih zraka nalazi se u intervalu između gama i UV zraka.

RE NDDGGEENSSKKII UURREEĐĐAAJJII - …bmi.mas.bg.ac.rs/fajlovi/diplomske/BAU10.pdf · ispod ultraljubičastog zračenja ne mogu da raskidaju hemijske veze ili da proizvode jone

  • Upload
    trandan

  • View
    233

  • Download
    5

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: RE NDDGGEENSSKKII UURREEĐĐAAJJII - …bmi.mas.bg.ac.rs/fajlovi/diplomske/BAU10.pdf · ispod ultraljubičastog zračenja ne mogu da raskidaju hemijske veze ili da proizvode jone

PROJEKTOVANJE BIOMEDICINSKIH APARATA I UREĐAJA Hanodut 10 - 2012/2013

1

RREENNDDGGEENNSSKKII UURREEĐĐAAJJII

KKOONNSSTTRRUUKKCCIIJJAA RREENNDDGGEENN AAPPAARRAATTAA

Rendgenski aparati predstavljaju uređaje koji proizvode rendgenske ili X-zrake i omogudavaju dobijanje prvih radiografskih snimaka. Radiološki pregled može da se izvrši na dva načina, primenom rraaddiiooggrraaffiijjee i

rraaddiioosskkooppiijjee.

RRaaddiiooggrraaffiijjaa podrazumeva dobijanje radiograma, odnosno rendgenske slike određenog dela tela koji je bio izložen kratkom delovanju X-zraka (kratka ekspozicija). Sa druge strane, rraaddiioosskkooppiijjaa pruža sliku organa i njegovu dinamiku, odnosno pokrete usled njegovog izlaganja zracima u trajanju od nekoliko desetina sekundi, pa čak i nekoliko minuta. Slika se dobija zahvaljujudi elektronskom svetlosnom pojačivaču i televizijskom sistemu zatvorenog tipa. Na monitoru se rendgenska slika vidi onoliko dugo koliko je sam objekat izložen dejstvu X-zraka. Obzirom da postoje izvesne razlike u metodama snimanja, mogu se razlikovati i pojedini delovi radiografskih uređaja:

– rendgenska cev

– generator visokog napona

– komandni sto

– visikonaponski kablovi

– stativ. A kod aparata za radioskopiju postoje i:

– elektronski svetlosni pojačivač

– televizijska mreža zatvorenog tipa.

FFIIZZIIKKAA XX--ZZRRAAKKAA

Zračenje predstavlja jedan od osnovnih oblika energije i njime se unosi višak energije u energetski stabilan sistem delije, odnosno organizma. X-zračenje predstavlja elektromegnetno zračenje koje je slično zračenjima kao što su svetlost, radio talasi, mikrotalasi,... Talasna dužina ovih zraka nalazi se u intervalu između gama i UV zraka.

Page 2: RE NDDGGEENSSKKII UURREEĐĐAAJJII - …bmi.mas.bg.ac.rs/fajlovi/diplomske/BAU10.pdf · ispod ultraljubičastog zračenja ne mogu da raskidaju hemijske veze ili da proizvode jone

PROJEKTOVANJE BIOMEDICINSKIH APARATA I UREĐAJA Hanodut 10 - 2012/2013

2

Zavisnost između energije i frekvencije elektromagnetnog talasa data je sa: E = hf gde E predstavlja energiju izraženu u kilo elektron voltima (keV), h je Plankova konstanta, a f predsavlja frekvenciju (Hz). X-zraci se takođe mogu okarakterisati i kao čestice, što je odličan primer dualnosti prirode – energija je

istovremeno i čestica i talas. Ovo se može videti kod poznate Ajnštajnove formule 2E mc , gde je c

brzina svetlosti. Ukoliko se posmatra kao čestica, čestica X-zraka koja ima brzinu v i masu m, ima impuls p koji se može izraziti na slededi način:

hfE hp mv mc

c f

Ovakve čestice X-zraka se nazivaju fotoni, a fotoni se nalaze u paketima koji se zovu kvanti. Ukoliko je energija čestica veda od 2-3 eV, tada fotoni imaju sposobnost da jonizuju atome. Dijagnostičko zračenje je uglavnom u opsegu od 100 nm do 0.01 nm, ili od 12 eV do 125 keV. Jedan elektron volt predstavlja energiju koja je potrebna da se prenese kvant naelektrisanja kroz 1 V potencijalne energije. Jedan kvant

naelektrisanja iznosi 191.60x10 kulona, što je inače naelektrisanje jednog elektrona. Da bi se raskinula neka hemijska veza, neophodna je energija u iznosu od 2-10 eV koja se može dostaviti pomodu elektromagnetnih talasa u ultraljubičastom spektru ili više. Elektromagnetni talasi sa energijama koje su ispod ultraljubičastog zračenja ne mogu da raskidaju hemijske veze ili da proizvode jone.

SSTTVVAARRAANNJJEE XX--ZZRRAAKKAA

X-zraci se stvaraju kada slobodni elektroni troše svoju energiju u interakciji sa elektronima u orbitalama ili nukleusom atoma. Bilo koji brzi elektron koji udari u metalnu metu može da izazove pojavu x-zraka. Za pojavljivanje rendgenskog zračenja potrebno je da su ispunjena tri uslova:

– adekvatan izvor elektrona – način za njihovo ubrzavanje – meta za interakciju.

GGEENNEERRAATTOORR XX--ZZRRAAKKAA -- RREENNDDGGEENNSSKKAA CCEEVV

Rendgenska cev je veoma značajan deo svakog rendgen aparata jer se u njoj formiraju rendgenski zraci. Da bi rendgenska cev funkcionisala, potrebno je da sadrži određenu količinu razređenog vazduha koji služi kao izvor jona. Slobodni elektroni, kojih uvek ima van atomske strukture atoma u razređenom vazduhu, prilikom prenosa visokim naponom rendgenske cevi od katode prema anodi, na svom putu se sudaraju sa atomima razređenog vazduha u cevi, pri čemu se iz perifernih orbita ovih atoma oslobađaju novi elektroni. Tako slobodni elektroni razređenog vazduha služe kao izvor novih elektrona. Svi elektroni se visokim naponom prenose do anode rendgenske cevi velikom brzinom, tolikom da usled sudara sa atomskom strukturom fokusa na anodi dolazi do oslobađanja X–zraka. Princip stvaranja X–zraka se zasniva na bombardovanju anode ubrzanim elektronima iz katode u vakumskoj rendgenskoj cevi.

Elektronska rendgenska cev.

Page 3: RE NDDGGEENSSKKII UURREEĐĐAAJJII - …bmi.mas.bg.ac.rs/fajlovi/diplomske/BAU10.pdf · ispod ultraljubičastog zračenja ne mogu da raskidaju hemijske veze ili da proizvode jone

PROJEKTOVANJE BIOMEDICINSKIH APARATA I UREĐAJA Hanodut 10 - 2012/2013

3

ZZAAŠŠTTIITTAA RREENNDDGGEENNSSKKEE CCEEVVII

Da bi se rendgenska cev zaštitila od mehaničkog oštedenja, da bi se njome lakše rukovalo, da bi joj se obezbedilo potrebno hlađenje, da bi se sprečilo rasipanje zračenja u neželjnim pravcima i da bi se otklonile opasnosti od električnog udara, konstruktori su rendgensku cev smestili u metalni zaštitni oklop, koji se naziva i hauba. Hauba je cilindričnog oblika i ima tri otvora. Dva otvora su obložena visokoizolacionim materijalom i služe za sprovođenje visokonaponskih kablova, dok je tredi otvor prozor kroz koji izlazi snop rendgenskih zraka. Prozorčid je zaštiden aluminijumskim limom debljine oko 2 mm. Otvor za prolaz korisnog snopa rendgenskog zračenja zaštiden je prozorom a ispod njega se postavlja sistem blendi za ograničavanje snopa zračenja. Potrebna širina zračnog snopa X–zraka reguliše se sužavanjem ili širenjem posebnih olovnih zastora koji se smeštaju kao poseban deo na ovaj prozor, van haube. Ovo je poznato kao tzv. primarna brana. Hauba je iznutra obložena olovnim limom debljine 3 mm. Olovni lim sprečava izlaz X–zraka iz haube u neželjenim pravcima, osim kroz prozor. Hauba je ispunjena visokoizolacionim uljem (parafinsko ulje). Da bi se obezbedila mogudnost širenja zagrejanog ulja, u oklopu se nalazi i dilataciona komora. Na dilatacionoj komori je ugrađen prekidač koji isključuje kontakt za cev kada je temperatura ulja iznad dozvoljene. Ulje mora imati i dobru izolacionu sposobnost zbog čega se pre definitivnog zatvaranja oklopa zagreva u vakuumu, kako bi se sva eventualna voda isparenjem odstranila. Da bi se poboljšalo hlađenje ulja, tj. cevi se na oklop cevi pričvršduje ventilator. Na anodnom kraju haube, unutra, u haubi se nalazi stator elektromotora koji pokrede rotor, odnosno anodu rendgenske cevi. Stator se napaja posebnom strujom.

Rendgenska cev unutar haube.

GGEENNEERRAATTOORR VVIISSOOKKOOGG NNAAPPOONNAA

Osnovna uloga generatora visokog napona jeste da stvori potreban napon električne struje za rad rendgenske cevi. Glavni delovi generatora su: visokonaponski transformator, brojni manji (pomodni) transformatori i sklopke, neophodni za nesmetan rad aparata. Visokonaponski transformator pretvara mrežnu struju, napona 220 *V+, u struju napona od 15 *kV+ do nekoliko stotina *kV+, koliko je potrebno za stvaranje potencijalne rezlike između elektroda cevi.

Page 4: RE NDDGGEENSSKKII UURREEĐĐAAJJII - …bmi.mas.bg.ac.rs/fajlovi/diplomske/BAU10.pdf · ispod ultraljubičastog zračenja ne mogu da raskidaju hemijske veze ili da proizvode jone

PROJEKTOVANJE BIOMEDICINSKIH APARATA I UREĐAJA Hanodut 10 - 2012/2013

4

Šematski prikaz generatora i rendgenske cevi.

Primarni kalem ovog transformatora čini veoma mali broj navoja debele žice, za razliku od sekundarnog koji ima mnogo više navoja sa žicom manjeg porečnog preseka. Rendgenska cev priključena je za krajeve sekundarnog kalema. Pored toga, sastavni deo svakog aparata za rendgensko snimanje je i niskonaponski ili katodni transformator. Osnovna uloga ovog transformatora jeste smanjivanje napona struje gradske mreže, pretvarajudi je u struju niskog napona i velike jačine, koja je potrebna za usijanje katode.

KKOOMMAANNDDNNII SSTTOO

Komandni sto je deo preko koga se vrši upravljanje rendgen uređajem. Funkcije komandnog stola ostvaruju se preko odgovarajude tastature i prekidača dok brojni merni instrumenti pokazuju tehničke uslove radiografisanja. Na samoj tabli stola može se nadi i prekidač preko koga se vrši aktiviranje generatora visokog napona. Pored toga, regulisanjem jačine struje utiče se na talasnu dužinu tj. na intenzitet i prodornost x-zraka. Na komandnom stolu nalazi se regulator kojim se odabira anodni fokus određene veličine. Mali fokus se automatski koristi kada je prekidač za određivanje jačine struje podešen na malim vrednostima (40, 80 *mA+), dok je veliki fokus određen za vede vrednosti struje (160, 320, 500 [mA]).

VVIISSOOKKOONNAAPPOONNSSKKII KKAABBLLOOVVII

Rendgenska cev i visokonaponski transformator generatora aparata povezani su visokonaponskim kablovima. Sami kablovi sačinjeni su od bakarnih provodnika kojih ima najčešde tri i mogu izdržati struju čiji je napon i do nekoliko desetina, pa i stotina hiljada volti. Poprečni presek kablova zavisi od tipa odnosno snage aparata. Bakarni provodnici su izolovani debelim plastičnim ili gumenim omotačem. Sa spoljne strane su prevučeni metalnom košuljicom koja ih štiti od mehaničkog oštedenja i u isto vreme igra ulogu uzemljenja.

SSTTAATTIIVV

Stativ rendgenskog aparata je mehanički sistem koji povezuje i ostale delove aparata. Razlikuju se stativi za radiografiju i radioskopiju.

Page 5: RE NDDGGEENSSKKII UURREEĐĐAAJJII - …bmi.mas.bg.ac.rs/fajlovi/diplomske/BAU10.pdf · ispod ultraljubičastog zračenja ne mogu da raskidaju hemijske veze ili da proizvode jone

PROJEKTOVANJE BIOMEDICINSKIH APARATA I UREĐAJA Hanodut 10 - 2012/2013

5

Radiografski aparati mogu imati zidni ili stubni stativ. Stubni stativ se sastoji od vertikalnog i horizontalnog dela. Vertikalni deo je izrađen od metala, a njegov poprečni presek ima oblik kvadrata ili pravougaonika. Ova vrsta stativa može biti mobilna ili stabilna. Mobilni stativ pokrede se po šinama koje se pričvršduju za pod i za plafon prostorije. Pomeranje ovog stativa vrši se ručno, dok elektromotor pokrede stativ aparata pri tomografskom snimanju. Nepokretni stubni stativ fiksira čitav rendgen aparat za pod ili za zid prostorije. Na horizontalnom delu stubnog stativa nalaze se rendgenska cev koja je smeštena u haubi, potom kutija sa primarnim branama i sekundarni filteri. Horizontalni deo klizi po vertikalnom pomodu sistema zubčanika i kontrategova, spuštajudi i podižudi rendgensku cev. Plafonski stativ je fiksiran za tavanicu prostorije. Za plafon su pričvršdene šine po kojima se kredu kolica na kojoj je zakačen gornji kraj vertikalnog dela plafonskog stativa. Na donjem kraju vertikalnog dela nalazi se takozvana viljuška u kojoj je smešteno kudište rendgenske cevi, čime se omogudava kretanje iste u kosim položajima u odnosu na horizontalnu ravan. Vertikalni deo stativa izvlači se teleskopski, tako da se rendgenska cev može spuštati i podizati na različite visine od ploče na kojoj se nalazi pacijent.

Izgled modernog aparata za radioskopiju.

Stativ aparata za radioskopiju se u izvesnoj meri razlikuje od ostalih aparata. Pošto stativ aparata za radioskopiju ima višestruku namenu, često se naziva i univerzalni dijagnostički stativ. Glavni deo ovakvog stativa jeste ploča sa postoljem na kome pacijent stoji u toku izvođenja pregleda. Ploča se pomera na obe strane, gore i dole zahvaljujudi elektromotoru. Držači za ruke i glavu nalaze se na obe strane odnosno na gornjem kraju ploče. Pomenuti držači omogudavaju pacijentu da se pridžava u toku pomeranja ploče ili pri promenama položaja čitavog aparata, npr. iz verikalnog preko kosog do horizontalnog. Na krajevima horizontalnog dela stativa nalaze se uređaj za ciljano radiografisanje i rendgenska cev, s tim što se prvi nalazi neposredno ispod ploče na kojoj je pacijent, a izvor x-zraka je na 1.5 [m] u odnosu na prednju stranu ploče. Uređaj za ciljano radiografisanje sastoji se od fluorescentnog ekrana i mehanizma za prihvatanje kasete sa rendgenskim filmom. Prema potrebi, elektromotor uređaja postavlja kasetu sa filmom iza ekrana omogudavajudi tako da se na rendgenskom filmu dobije slika koja postoji i na ekranu. Poseban elektronski mehanizam omogudava prosvetljavanje samo delova (1/4, 1/2) ili čitave kasete sa rendgenskim filmom, kako se ved u toku pregleda planira. Za vreme prosvetljavanja dela filma, ostali delovi su zaštideni posebnom olovnom pločom, čime je mogude da se na jednom

Page 6: RE NDDGGEENSSKKII UURREEĐĐAAJJII - …bmi.mas.bg.ac.rs/fajlovi/diplomske/BAU10.pdf · ispod ultraljubičastog zračenja ne mogu da raskidaju hemijske veze ili da proizvode jone

PROJEKTOVANJE BIOMEDICINSKIH APARATA I UREĐAJA Hanodut 10 - 2012/2013

6

rendgenskom filmu prikažu jedna, dve, tri ili četiri rendgenske slike.

VVRR EEMM EE EEKK SS PPOOZZ II CC II JJ EE

Period u kome su objekat radiografisanja i rendgenski film izloženi emisiji x-zraka predstavlja vreme ekspozicije i izražava se u sekundama *s+. Promenom vremena ekspozicije menja se i kvalitet radiograma, obzirom na to da su vrednosti napona i struje kod ovih aparata nepromenljive. važno je istadi da promene ekspozicije moraju biti u korelaciji sa vrednostima napona i jačine struje. Pored ovoga, vreme ekspozicije produžava se povedanjem rastojanja između objekta i rendgenske cevi, a smanjuje korišdenjem filmova vede osetljivosti, zatim korišdenjem pojačivačkih folija, tubusa itd.

KKOOMMPPJJUUTTEERRIIZZOOVVAANNAA TTOOMMOOGGRRAAFFIIJJAA –– CCTT SSKKEENNEERR

Uređaji za kompjuterizovanu tomografiju (tomos – grčki, sečenje) spadaju u grupu rendgenskih uređaja za dijagnostiku. Princip rada kompjuterizovanog tomografa zasniva se na tome da se X-zrak iz rendgenske cevi pomodu kolimatora precizno usmerava na dijametralno postavljeni detektor.

Šematski prikaz CT skenera.

Sistem cev-detektor krede se duž poprečnog preseka pacijenta uz kontinualno zračenje. U zavisnosti od strukture tkiva kroz koje prolaze X-zraci, dolazi do njihovog slabljenja, a shodno tome se na detektoru dobija projekcija oslabljenog intenziteta. Slabljenje rendgen zračenja se izražava tzv. kkooeeffiicciijjeennttoomm

aappssoorrppcciijjee, a on zavisi od atomskog broja i elektronske gustine tkiva, kao i od energije rendgen zračenja. Što je vedi atomski broj i gustina elektrona snimanog tkiva, to je vedi koeficijent apsorpcije. Osetljvost pri zračenju meri se efektivnom dozom zračenja. Efektivna doza računa relativnu osetljivost različitih tkiva izloženih radijaciji. Jedinica za merenje efektivne doze zračenja naziva se sivert (simbol: Sv). Milisivert (mSv) se često koristi da izmeri efektivnu dozu u dijagnostičkim medicinskim procedurama (npr. rendgen zračenje, nuklearna radijacija, tomografija).

Page 7: RE NDDGGEENSSKKII UURREEĐĐAAJJII - …bmi.mas.bg.ac.rs/fajlovi/diplomske/BAU10.pdf · ispod ultraljubičastog zračenja ne mogu da raskidaju hemijske veze ili da proizvode jone

PROJEKTOVANJE BIOMEDICINSKIH APARATA I UREĐAJA Hanodut 10 - 2012/2013

7

Usavršavanje CT uređaja odvijalo se kroz nekoliko faza ili generacija. Razvoj prve generacije CT uređaja počeo je od 1989. godine i dobili su naziv spiralni kompjuterizovani tomografi. Prva generacija aksijalnih CT uređaja (konvencionalni uređaji) imala je tokom 20-godišnjeg razvoja čak 5 podgeneracija. Kod ovih uređaja sistem cev – detektor vršio je rotaciju za 360o, vradenje u početni položaj zbog kablova, zatim pomeranje pacijenata po uzdužnoj osi za određenu distancu (rastojanje između preseka) i ponovnu rotaciju za pravljenje novog preseka. Računarska obrada podrazumevala je superpoziciju projekcija u cilju rekonstrukcije i prikaza slike anatomskog regiona koji je skeniran sa n preseka.

Sistem cev-detektor sa kontinualnom rotacijom kod spiralnog skenera.

Zahvaljujudi sleep-ring tehnologiji prenosa energije (metalne četkice klize po koncentričnim trajektorijama), omogudena je kontinualna rotacija cev – detektor. Istovremeno se pacijent na stolu kontinualno pomera po uzdužnoj osi.

Sleep-ring veza za prenos električne energije.

Ovim načinom skeniranja može biti pokrivena velika anatomska regija. Vreme iskorišdenosti je 100%, jer nema gubitka vremena između dva susedna skeniranja zbog pomeranja stola sa pacijentom. Dobijajudi tanke i dodirne preseke (gusto slagane u spirali), spiralni CT može dati 3D rekonstrukcije vrlo visokog kvaliteta. Konstruktivni zahtev spiralnih uređaja bio je da se tokom prolaska stola, sa pacijentom na njemu, kroz uređaj za skeniranje, obuhvati veda dužina tela i istovremeno, zahvaljujudi boljoj mogudnosti izračunavanja dobijenih podataka u kradem periodu i rekonstruišu ispitivani slojevi. Pojava spiralnih tomografa unela je značajno skradenje vremena, tako da pregled organa trbušne šupljine spiralnim CT aparatom, danas traje svega jedan do dva minuta, uz znatno bolju rezoluciju snimaka. Bolja rezolucija u

Page 8: RE NDDGGEENSSKKII UURREEĐĐAAJJII - …bmi.mas.bg.ac.rs/fajlovi/diplomske/BAU10.pdf · ispod ultraljubičastog zračenja ne mogu da raskidaju hemijske veze ili da proizvode jone

PROJEKTOVANJE BIOMEDICINSKIH APARATA I UREĐAJA Hanodut 10 - 2012/2013

8

stvari označava mogudnost da se čestice tkiva razdvoje u zasebne, sve manje i manje segmente, što je napredak kompjuterske tehnologije i omogudio.

Kretanje spiralnog CT skenera.

Cine CT tehnika. Ovi uređaji imaju specijalnu rentgensku cev sa izvorom X–zraka u obliku širokog elektronskog snopa i više masivnih paralelnih anoda u obliku prstenova oko pacijenta. Široki snop brzih elektrona je elektronski usmeren duž anodnih prstenova i lepezasto zrači telo pacijenta, a zatim biva detektovan u fiksiranom, kružnom nizu detektora. Kod ove tehnike ne krede se ni rendgenska cev ni detektori. Cine CT uređaj su mnogo skuplji od konvencionalnih CT uređaja. Više-detektorski (više-slajsni) su trenutno aktuelni uređaji najnovije generacije. Kod ove generacije rendgenska cev koja se kontinuirano rotira i pri tom zrači, prosvetli određeni volumen, čime se istovremeno na n-paralelnih detektora dobije n-preseka (slajsova). Ovakvom metodom, u kojoj rendgenska cev napravi 3 rotacije u sekundi, a u jednoj rotaciji npr. 256 preseka, od kojih se svaki na displeju prezentuje u matrici 1024 x 1024 pixel, mogude je na osnovu svega 5 sekundi snimanja dobiti 5 x 3 x 256 = 3840 megapixel, imaging informacija u digitalnoj formi. Više -detektorski CT uređaj omogudava da se u kratkom vremenskom periodu sa malo zračenja, dobije što precizniji prikaz svih organa u telu. Pregled traje desetak minuta i ne zahteva posebnu pripremu bolesnika. Nakon pregleda se dobijeni preseci dodatno obrađuju na radnoj stanici, a tu veliku ulogu igra i softver kojim je radna stanica opremljena.

PPRRIINNCCIIPP RRAADDAA CCTT SSKKEENNEERRAA

Kod СТ skeniranja, rendgen zraci i elektronski rendgen detektori rotiraju se oko pacijenata i vrše se merenja količine zračenja koja se apsorbuju u telu. U isto vreme, ispitni sto se krede kroz skener, tako da X-zraci opisuju spiralanu putanju oko tela. Jedna rotacija traje oko 1 sekundu, mada savremeniji skeneri mogu da postignu jednu punu rotaciju čak i za 0,25 sekundi. Rendgenski izvor proizvodi uski „mlaz“ u obliku snopa rendgen zračenja koje ozračuje deo tela pacijenta. Debljina „mlaza“ može biti od 1 mm do 10 mm. Kod tipičnog pregleda postoji nekoliko faza, a svaka faza se sastoji od 10 do 50 rotacija rendgen cevi oko pacijenta u koordinaciji sa stolom koji se krede kroz kružni otvor. Osnovni delovi CT skenera su:

– gentri sa rentgenskom cevi i detektorima i postoljem

– pokretni ležaj za pacijenta

– visokonaponski generator

– upravljačka i evaluacijska konzola sa memorijom, monitorom i printerom. Gentri sa rendgenskom cevi, detektorima nalazi se u kudištu.

Page 9: RE NDDGGEENSSKKII UURREEĐĐAAJJII - …bmi.mas.bg.ac.rs/fajlovi/diplomske/BAU10.pdf · ispod ultraljubičastog zračenja ne mogu da raskidaju hemijske veze ili da proizvode jone

PROJEKTOVANJE BIOMEDICINSKIH APARATA I UREĐAJA Hanodut 10 - 2012/2013

9

GGEENNTTRRII predstavlja baznu jedinicu svakog CT uređaja i na sebi sadrži rendgensku cev sa detektorima. To je rotirajudi prsten velikog radijusa sa sistemom rotacije i sistemom hlađenja, kao i sistemom prenosa signala sa detektora do analogno-digitalnog (A/D) konvertora. Gentri sa svojim sadržajem (rentgenskom cevi i detektorima) može ostvariti nagib od 0° do + 30° i od 0° do – 30°. Na slici 5 može se videti izgled stativa CT skenera, gde je sa T označen položaj generatora X-zraka, D označava detektore X-zraka, prostiranje rentgenskih zraka je označeno sa X, a R označava smer okretanja stativa CT skenera.

Gentri CT skenera.

Detektori na izlaznoj strani pacijenta, vrše zapis rendgen zračenja koje izlazi iz ozračenih delova tela pacijenta kao rendgen "snimak" sa jednog mesta iz izvora rendgen zračenja. Snimci sačinjeni iz mnogo različitih uglova prikupljaju se u toku jedne potpune rotacije. Sistem za prikupljanje podataka kod СТ-a nalazi se u gentriju, odnosno stativu СТ aparata. U njemu su rendgenska cev i detektori postavljeni jedan naspram drugog i vrše istovremenu rotaciju. Oslabljeni ili apsorbovani snop rendgen zraka koji su prošli kroz transvezalni presek pacijenta izazivaju fluorescencu detektora. Pod uticajem ove svetlosti stvara se odgovarajudi električni potencijal odnosno analogni strujni impuls. U analogno digitalnom konverteru ovi impulsi se iz analognog oblika pretvaraju u digitalne informacije odnosno nizove brojeva. Ove digitalne informacije se prenose u kompjuterski sistem, gde se vrši njihova obrada. Kada su u pitanju rendgenske cevi, najčešde se koriste one sa varijabilnom veličinom fokusne tačke. Ukoliko se želi skeniranje vedih površina a manjeg kontrasta, potrebno je upotrebiti zrak sa širokom fokusnom tačkom i velikom snagom, dok je za slike visoke rezolucije i tankih “krišaka”- slajsova potrebna upotreba uske fokusne tačke. Rendgenske cevi koje se upotrebljavaju u modernim skenerima imaju snagu koja iznosi oko 20-60 kW pri naponu od 80 do 140 kV. Ceo ovaj sistem može da se koristi pod maksimalnim opteredenjem samo određeni vremenski period, a granice limita određene su specifičnim karakteristikama anode i generatora. Da bi se izbeglo opteredenje rendgenske cevi, snaga mora biti redukovana za duža skeniranja. Razvojem višerednog detektorskog sistema praktično je isključena ova limitacija, jer novi detektori mnogo efikasnije koriste snagu rendgenske cevi. Osnovni elementi koji čine detektor su supstanca koja absorbuje energiju, a napravlena je na bazi kristala i fotodioda. Materijal koji absorbuje energiju je sličan materijalu koji se koristi kod standardnih CT skenera, a fotodioda je na bazi silikonskog kristala. Zbog ograničene debljine koja se može postidi

Page 10: RE NDDGGEENSSKKII UURREEĐĐAAJJII - …bmi.mas.bg.ac.rs/fajlovi/diplomske/BAU10.pdf · ispod ultraljubičastog zračenja ne mogu da raskidaju hemijske veze ili da proizvode jone

PROJEKTOVANJE BIOMEDICINSKIH APARATA I UREĐAJA Hanodut 10 - 2012/2013

10

pomodu silikonskog kristala, detektorski sistem se izrađuje po principu slaganja malih detektorskih blokova.

Princip rada detektora.

Detektorski sistem igra specijalnu ulogu u konstrukciji CT komponenata, jer upravo on pretvara X-zrake različitog intenziteta u električni signal. Ovi analogni signali se pojačavaju pomodu elektronskih komponenti i pretvaraju se u digitalne pulseve. Neki materijalni imaju sposobnost da u mnogo vedoj meri detektuju X-zrake, a neki od njih su bazirani na ultra brzoj keramici (UFC). Ovakvo svojstvo novih vrsta materijala značajno doprinosi poboljšanju kvaliteta slike, a samim tim i bržoj akviziciji podataka.Višeredni detektori mnogo efikasnije koriste X-zrake koji stižu do njih, za razliku od jednorednih detektora. Kod СТ-a kao i kod ostalih digitalnih tehnika dobijena slika više nije posledica direktnog dejstva rendgen zračenja na rendgenski film, kao kod klasičnih radioloških dijagnostičkih metoda. Kod digitalnih metoda ona je proizvod višestrukog detektovanja, merenja i izračunavanja digitalnih informacija. Jedan detektorski blok se sastoji od 24x64 = 1536 elemenata, dok se jedan ceo detektorski sistem sastoji od 38x4 = 152 blokova.

Šema detektora.

VVIISSOOKKOONNAAPPOONNSSKKII GGEENNEERRAATTOORR prima naizmeničnu električnu energiju iz gradske mreže i transformiše je u jednosmernu struju visokog napona koja je potrebna za rad rentgenske cevi, najčešde snage 80 – 140 kV. Električna energija se prenosi preko slip – ring veze kako bi se smanjila mogudnost električnog iskrenja između visokonaponskih prenosnika u gentriju uređaja.