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. X-ışını tüpü 2. Kontrol (kumanda) konsolu 3. 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 voltaj yükselir, akım azalır Azaltıcı transformatörde ikinci sargı sayısı azdır 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, tek sargıya sahiptir Konsoldaki major kvp ve minor kvp tuşları ototransformatörde belli bağlantıları sağlar
Ototransformatör 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 0.1 sn den uzun ekspojur zamanları için kullanılır, her ekspojur sonrası sıfırlama gerekir 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) 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) Hastadan geçen radyasyonu ölçerek, belirlenen değere ulaşınca ekspojuru keser iki tipi var Fotomultiplier tüp İyonizasyon odası Fotomultiplier tüp 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 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 25-35 kw, genel amaçlı röntgen-fluoroskopi 30-65 kw, anjiografi yapılanlarda 50-80 kw, Gelişmiş anjiografi 80-150 kw jeneratörler kullanılır
Kaynaklar 1. Bushong SC. Radiologic Science for Technologist: Physics, Biology and Protection. 9 th ed. St. Louis, Mosby Elsevier, 2008. 2. Tuncel E. Klinik Radyoloji. Bursa, Nobel & Güneş, 2008. 3. Kaya T. Temel Radyoloji Tekniği. Bursa, Güneş & Nobel, 1997.