ĐỘ TRỮ NHIỆT CỦA BÓNG X - QUANG – VẤN ĐỀ CẦN QUAN TÂM MEng Dang An Giới thiệu: Hiện nay, Kỹ thuật chụp X - quang ngày sử dụng nhiều chẩn đoán cận lâm sàng Với kỹ thuật ngày phát triển X - quang kỹ thuật số ; hệ thống CR ( X - quang vi tinh hóa), hệ thống DR ( X - quang trực tiếp), máy chụp cắt lớp vi tính ( CT scanner),… Vấn đề quan trọng hãng, mối quan tâm người sử dụng vấn đề mức độ chịu nhiệt vấn đề giải nhiệt đầu đèn Điều nói đến hạn chế việc sử dụng máy X quang nhiệt sinh cao Nếu nhiệt độ cao sinh bóng X - quang, nhiệt độ tăng lên giá trị giới hạn, bóng bị hư hỏng Hư hỏng thể Anode nóng chảy, biến dạng bóng thủy tinh bị vỡ Để ngăn chặn thiệt hại này, hãng sản xuất thiết bị X-quang phải hiểu nắm rõ mối quan hệ nhiệt sinh độ trữ nhiệt bóng X quang Abtracts : Nowaday, X-ray are used more and more in the preclinical diagnosis The many new techniques have been growing such as: CR system (Computed Radiography), DR Systems (Directly Radiography), Computed Tomography Scanner (CT scanner) Important issues in the company, as well as all of the users concerned a matter of degree heat and cooling problems of the X ray tube This refers to the restriction of the use of X-ray because of the heat generated is too high If the temperature is too high to be born in the X-ray tube, the temperature will rise above the limit value, and the tube can be damaged This damage can the Anode represents melting, deformation or broken glass tube To prevent this damage, device manufacturers must understand the X-ray and understand the relationship between the heat generated and the heat unit of X-ray tube NỘI DUNG GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN SỰ SINH NHIỆT TRONG BÓNG X - QUANG ĐỘ TRỮ NHIỆT CỦA BÓNG X - QUANG PHÂN BỐ NHIỆT TRONG BÓNG X - QUANG 4.1 Kích thước điểm tiêu cự 4.2 Góc nghiên Anode 4.3 Tốc độ quay 4.4 Dạng sóng điện áp cung cấp cho đầu đèn 4.5 Thân Anode DẠNG BÓNG X - QUANG ỨNG DỤNG Tài liệu tham khảo : Ph.D S.Ananthi, Text book of Medical instruments,New age Internaltional (P) Limited Pulishers, 2005 Ervin B Podgorsak, Radiation Physics for Medical Physicists, third edition, Springer,2016 http://courses.washington.edu/radxphys/PhysicsCourse.html GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN Để tạo xạ tia X điện phải cấp vào anode cathode bóng x quang Có nguồn cấp cho bóng X quang Nguồn cấp dòng điện qua tim đèn đốt tim đèn làm electron từ sợi tungtent Nguồn cao (cỡ KV) gia tốc cho bóng x quang, electron bay chạm vào anode làm phát tia X Chỉ phần nhỏ (thường 1%) lượng chuyển đổi thành tia X ; Còn lại xuất dạng nhiệt Điều nói đến hạn chế việc sử dụng máy x quang nhiệt sinh cao Nếu nhiệt độ cao sinh bóng X quang, nhiệt độ tăng lên giá trị giới hạn, bóng bị hư hỏng Hư hỏng thể anode nóng chảy, biến dạng bóng thủy tinh bị vỡ Để ngăn chặn thiệt hại này, hãng sản xuất thiết bị X-quang phải hiểu nắm rõ mối quan hệ nhiệt sinh độ trữ nhiệt bóng X quang Giới hạn nhiệt độ phụ thuộc vào số yếu tố kỹ thuật nhà sản xuất :  Sử dụng tiêu điểm nhỏ để đạt chất lượng ảnh tốt (trong nhũ ảnh)  Trong CT, đặc biệt với chức quét xoắn ốc vùng giải phẫu tương đối lớn Một thách thức lớn việc phát triển bóng X quang hiệu suất phải cao Hệ thống CT ví dụ cho việc thiết kế bóng để sử dụng chẩn đoán với độ trữ nhiệt cao tản nhiệt nhanh Đây thách thức yếu tố cạnh tranh nhà sản xuất Hình xác định yếu tố ảnh hưởng đến sinh nhiệt độ trữ nhiệt Hình : Những yếu tố xác định Lượng nhiệt sinh ; 03 khu vực sinh nhiệt cụ thể lớn : Điểm target, đĩa anode vỏ bóng SỰ SINH NHIỆT TRONG BÓNG X - QUANG Nhiệt sinh vị trí mà electron bắn từ cực âm (cathode) phía cực dương (anode) Một phần nhỏ lượng điện tử chuyển đổi thành xạ tia X, bỏ qua tính toán nhiệt Chúng ta giả thuyết tất lượng electron chuyển thành nhiệt Trong va chạm nhất, lượng nhiệt sản xuất khu vực Anode tính theo Nhiệt (J) = KV e x MAS Nhiệt (J) = w x KV p x MAS Trường KV e giá trị KV tương ứng KV p giá trị đỉnh KV w yếu tố dạng sóng; giá trị xác định dạng sóng điện áp đặt vào bóng x-ray Giá trị w máy x-quang chẩn đoán là: Dạng số không đổi, w =1.0; Dạng 03 pha, 12 xung, w = 0.99; Dạng 03 pha, xung,w = 0,96; Dạng 01 pha , w = 0,71 Theo hệ SI : đơn vị độ trữ nhiệt June ( J) Tuy nhiên đơn vị nhiệt HU (Heat Unit) thường sử dụng biết giá trị trữ nhiệt đầu đèn x quang Mối quan hệ đơn vị nhiệt HU Joules : Nhiệt (HU) = 1,4 x nhiệt (J) Như dạng sóng 01 pha (0,71) = 0.71 x 1.4 ~ 1, mối quan hệ sau lấy : Nhiệt (HU) = KV p x MAS Theo ông thức thấy độ trữ nhiệt tích số của KV p MAS – > Điều đơn giản thiết kế nguồn cao theo dạng sóng Đối với ba pha, thiết bị xung, độ trữ nhiệt tính Nhiệt (HU) = 1,35 x KV p x MAS Trong 1,35 tỷ số yếu tố dạng sóng, 0,96 / 0,71 Như công thức tính nhiệt sinh hay độ trữ nhiệt : Điện (watt) = w x KV p x MA ĐỘ TRỮ NHIỆT CỦA BÓNG X - QUANG Để đánh giá vấn đề nhiệt bóng X quang, cần hiểu mối quan hệ ba đại lượng vật lý: (1) nhiệt, (2) nhiệt độ, (3) độ trữ nhiệt Nhiệt dạng lượng thể đơn vị lượng Trong thiết bị X-quang, nhiệt thường biểu diễn joule (watt-giây) đơn vị nhiệt ( HU) Đối với đối tượng định, mối quan hệ nhiệt độ nội dung liên quan đến nhiệt lượng thứ ba, độ trữ nhiệt, mà đặc tính đối tượng Các mối quan hệ nói chung thể sau: Nhiệt độ = nhiệt / độ trữ nhiệt Độ trữ nhiệt đối tượng nhỏ hay lớn tỷ lệ thuận với kích thước nó, khối lượng, đặc tính vật liệu gọi độ trữ nhiệt Khi nhiệt thêm vào đối tượng, nhiệt độ tăng tương ứng với lượng nhiệt bổ sung Khi nhiệt lượng thêm vào, gia tăng nhiệt độ tỉ lệ nghịch với độ trữ nhiệt đối tượng Trong đối tượng với độ trữ nhiệt lớn, gia tăng nhiệt độ nhỏ đối tượng với độ trữ nhiệt nhỏ Nói cách khác, nhiệt độ đối tượng xác định mối quan hệ nội nhiệt độ trữ nhiệt Điều minh họa Hình : Mối quan hệ Trong số nhiệt, nhiệt độ, độ trữ nhiệt Trong sản xuất bóng X quang điều quan trọng không để nhiệt độ bóng vượt giá trị mà làm hư linh kiện mà nhà sản xuất sử dụng Điều đạt cách giữ nhiệt giá trị giới hạn Giới hạn liên quan đến độ trữ nhiệt bóng Trong hầu hết bóng X quang có 03 khu vực riêng biệt với độ trữ nhiệt quan trọng, hình Các khu vực có độ trữ nhiệt nhỏ khu vực điểm tiếp xúc , vùng chuyển tiếp, điểm mà nhiệt sinh vỏ bóng Từ khu vực này, nhiệt truyền khắp thân bóng anode; nhiệt sinh xạ, từ anode đến bóng Nhiệt lấy từ vỏ đầu đèn cách truyền qua không khí xung quanh Khi bóng vào hoạt động, nhiệt thường sinh ba vị trí Bóng hư nhiệt độ ba vị trí độ trữ nhiệt Phân bố nhiệt độ bóng x Quang Hình 3- : 03 vị trí trữ nhiệt quan trọng bóng X-Ray PHÂN BỐ NHIỆT 4.1 Kích thước tiêu điểm Nếu lượng nhiệt sinh thời gian hoạt động vượt khả chịu đựng, bề mặt anode hư hỏng, biến dạng, hình Hình 5: Anode hư hỏng nóng Một số yếu tố khác xác định độ trữ nhiệt điểm tiếp xúc.Các rãnh bị bào mòn chùm electron bắn vào mặt anode Trên bề mặt anode , rãnh mà electron bắn vào có kích thước cỡ vài mm Hình ảnh cho thấy phần nhỏ anode xoay bị bào mòn chùm electron bắn vào Hình : Phần Rotating Anode Hiển thị mối quan hệ Focal điểm theo dõi để Electron Beam Anode góc 4.2 Kích thước điểm tiêu cự Nhà sản xuất bóng x-quang muốn sản xuất tiêu điểm nhỏ Tuy nhiên, tiêu điểm nhỏ có xu hướng tập trung nhiệt cao truyền sang vùng có độ trữ nhiệt thấp Lợi tiêu điểm lớn tăng độ trữ nhiệt Nhiều bóng X quang có hai tiêu điểm lớn nhỏ Các vị trí tiêu điểm nhỏ thường sử dụng công suất tương đối thấp (KV MA) Các vị trí tiêu điểm lớn sử dụng máy phải hoạt động mức công suất cao vượt khả điểm tiếp xúc 4.3 Góc nghiên Anode Các mối quan hệ thực chiều rộng tiêu cự chỗ (và độ trữ nhiệt ) kích thước điểm đầu mối xác định góc nghiên anode Góc nghiên Anode thường khoảng từ khoảng ° đến 20 ° Đối với kích thước điểm tiêu cự hiệu định, chiều rộng theo dõi độ trữ nhiệt có liên quan tỉ lệ nghịch với góc nghiên anode Mặc dù cực dương với góc nhỏ cho độ trữ nhiệt cao nhất, họ có hạn chế cụ thể khu vực bao phủ chùm tia x Cường độ tia X thường giảm đáng kể vào cuối anode hiệu ứng gót chân (hiệu ứng Heal) Trong bóng với góc nhỏ, điều rõ rệt hạn chế kích thước chùm tia x Hình ảnh cho thấy phạm vi lĩnh vực danh nghĩa góc anode khác Khi xác định bóng x-ray để mua, góc anode nên lựa chọn độ trữ nhiệt, đặc biệt điểm tiêu cự nhỏ Hình : Biến thể X-Ray Cường độ tối đa X-quang tia Kích Do Heel Effect Anode 4.3 Tốc độ quay Anode Ở bóng X quang có anode xoay, bóng x quang, anode xoay quay tượng cảm ứng điện, anode gắn vòng bi xoay bên sắt xếp tạo thành cánh quạt động điện Khi cuộn dây cấp điện sinh tượng cảm ứng điện làm quay anode Phần đứng yên gọi Stator, phần trục anode xoay rotor Tốc độ quay xác định tần số dòng điện áp dụng Khi cuộn dây stator vận hành từ dòng điện 60 Hz, tốc độ quay khoảng 3.000 rpm Bằng cách sử dụng nguồn cung cấp điện sản xuất 180 Hz nay, tốc độ quay khoảng 10.000 rpm thu Chiều dài hiệu đường đua chỗ đầu mối tỷ lệ thuận với tốc độ quay thời gian tiếp xúc định vòng quay tốc độ cao đơn giản phân tán nhiệt đường đua dài hơn, đặc biệt thời gian tiếp xúc ngắn vòng quay tốc độ cao thường làm tăng công suất điện bóng khoảng 60% 4.4 Dạng sóng nguồn cung cấp KV Một yếu tố khác ảnh hưởng đến độ trữ nhiệt chỗ tiếp xúc dạng sóng KV Điện pha cung cấp lượng cho anode xung quanh, hình Ba pha máy phát điện liên tục cung cấp nhiệt mức liên tục, Hình so sánh nhiệt độ sản xuất pha máy tiềm liên tục cung cấp tổng nhiệt Bởi chất rung động điện pha, số điểm bề mặt anode nâng lên nhiệt độ cao so với người khác Những điểm nóng vượt nhiệt độ sản xuất số lượng nhiệt lượng ba pha Khi bóng tia X cung cấp từ nguồn cung cấp điện pha, công suất tối đa phải nhỏ cho hoạt động tiềm liên tục để giữ cho điểm nóng từ việc tăng nhiệt độ tới hạn Nói cách khác, hoạt động liên tục tiềm tăng lực hiệu đầu mối chỗ theo dõi nhiệt đánh giá bóng x-Quang Hình : Phân phối xấp xỉ nhiệt độ dọc theo đầu mối giao dõi cho Single-pha ba pha hoạt động Hiệu dạng sóng KV giá bóng không nên nhầm lẫn với tác động sóng sinh nhiệt, thảo luận trước Tuy nhiên, hai yếu tố cần xem xét để xác định xem có lợi thế, từ quan điểm nhiệt bóng, để sử dụng ba pha lợ không đổi Khi so sánh ba pha pha hoạt động liên tục, yếu tố cần xem xét: Hoạt động liên tục cho phép bóng vận hành mức lượng cao phân bố đồng nhiệt Hoạt động tiềm liên tục sản xuất nhiều xạ tia X ttăng khả xuyên sâu cường độ KV thiết lập thêm MAS Hoạt động liên tục tạo nhiệt nhiều cho KV định thiết lập MAS Các lợi thực hoạt động liên tục có liên quan đến hai yếu tố Do hiệu gia tăng sản xuất x-quang, tăng khả thâm nhập xạ, KV thấp giá trị MAS cần thiết để sản xuất phim tiếp xúc định điều đền bù cho gia tăng sản xuất nhiệt kết hợp với hoạt động tiềm không đổi Đánh giá tăng, quyền lực tối đa cho phép, kết hợp với dạng sóng tiềm liên tục làm tăng thêm lợi Một bóng X quang thường hoạt động mức lượng cao nguồn điện cung cấp từ pha, ba liên tục cung cấp điện năng, tạo xạ hiệu Một biểu đồ giá cho bóng tia X hoạt động dạng sóng tốc độ vòng quay khác thể hình có tựa đề, Curves Đánh giá cho bóng X-Ray Hoạt động theo điều kiện khác Công suất điện cao thu cách sử dụng điện ba pha quay tốc độ cao; nhận thấy lợi thực xảy lần tiếp xúc tương đối ngắn Như thời gian phơi sáng tăng lên, chồng chéo ca khúc chỗ đầu mối khuếch tán nhiệt làm cho khác biệt công suất điện nhiều ý nghĩa Các bảng xếp hạng đánh giá thực tế cung cấp nhà sản xuất bóng xquang hiển thị hình đề cập đoạn trước Đó thực tế phổ biến cho bốn điều kiện hoạt động (dạng sóng tốc độ) biểu đồ riêng biệt Mỗi biểu đồ có chứa số đường cong khác nhau, đại diện cho giá trị MA khác Thang dọc biểu đồ giá trị KV Một biểu đồ loại biểu đồ giá điện Mỗi kết hợp KV MA đại diện cho giá trị công suất không đổi Biểu đồ dễ dàng sử dụng Bảng xếp hạng sử dụng nhà điều hành để xác định yếu tố kỹ thuật, KV, MA, thời gian tiếp xúc, tiếp xúc định vượt khả đánh giá bóng Hầu hết bóng anode quay chứa hai điểm đầu mối Như đề cập trước đó, kích thước điểm đầu mối ảnh hưởng đáng kể khả nhiệt Hãy nhớ bóng x-quang có số giá trị khác nhau, tùy thuộc vào kích thước tiêu cự chỗ, tốc độ quay, dạng sóng Một số giá trị điển hình trình bày bảng Bảng 1: Đánh giá nhiệt (trong Joules) cho điển hình bóng X-Ray cho Thời gian phơi sáng 0,1 giây tiêu cự điểm kích cỡ 0,7 mm 1,5 mm Một pha Ba pha 700 (0,7 mm) 1.050 (0,7 mm) 2.300 (1,5 mm) 3.400 (1,5 mm) 1.100 (0,7 mm) 1.700 (0,7 mm) 3.900 (1,5 mm) 5.800 (1,5 mm) 3.600 rpm 10.800 rpm 4.5 Anode Nhiệt độ chỗ đầu tiếp xúc chùm electron anode yếu tố hạn chế Trong loạt tương tác chùm electron vào anode X quang, CT scan, huỳnh quang, tích tụ nhiệt cực dương trở nên quan trọng nhiệt độ cực dương cao làm cho bị nứt, cong vênh đĩa anode Nhiệt độ trữ nhiệt anode thường mô tả hình vẽ Các đường cong, mô tả đặc tính nhiệt anode, truyền tải nhiệt qua nhiều phần quan trọng Độ trữ nhiệt tối đa ghi sơ đồ bên Những đường cong nóng cho thấy tích tụ nhiệt anode khác lượng đầu vào khác Những đường cong áp dụng chủ yếu cho hoạt động liên tục bóng, chẳng hạn CT huỳnh quang Đối với bóng X quang, Độ trữ nhiệt đầu đèn quan trọng, khả làm mát ngăn cản tích tụ nhiệt lượng đến giá trị giới hạn bóng x quang Hình 9: Anode bóng sưởi ấm làm mát Curves Các đường cong làm mát sử dụng để ước tính thời gian làm mát cần thiết phơi nhiễm Giả sử chuỗi nhanh chóng phơi nhiễm sản xuất đầu vào nhiệt 90.000 HU Điều 50% khả lưu trữ anode Trước chuỗi tương tự phơi nhiễm thực hiện, anode phải làm lạnh đến mức độ mà nhiệt thêm vào không vượt độ trữ nhiệt tối đa Ví dụ, sau đầu vào nhiệt ban đầu 90.000 HU, thời gian làm mát khoảng 3,5 phút làm giảm hàm lượng nhiệt 30.000 HU Tại thời điểm này, tập hợp phơi sản xuất 90.000 HU thực Tỷ lệ làm mát không cố định Một anode nguội nhanh có phần nhiệt độ cao nhiệt độ cao Trong CT scan, anode sưởi ấm yếu tố hạn chế, tốc độ quét cao thu cách điều hành anode với nội dung nhiệt an toàn cao kể từ hiệu suất làm mát cao cho anode nóng nhiều quét thu thời gian cụ thể với anode mát Hầu hết hệ thống bóng CT có hình hiển thị cho thấy nội dung nhiệt anode tỷ lệ phần trăm lực đánh giá sau quét Các cực dương hầu hết thiết bị X quang làm mát xạ tự nhiên nhiệt cho thùng bóng xung quanh Tuy nhiên, cực dương số thiết bị công suất cao, chẳng hạn sử dụng CT, làm mát lưu thông dầu thông qua anode để trao đổi nhiệt (tản nhiệt) Anode thiệt hại xảy tiếp xúc cao-powered sản xuất anode lạnh Nó thường khuyến cáo bóng làm nóng loạt phơi nhiễm lượng thấp để ngăn chặn loại thiệt hại 4.6 Nhiệt độ bên vỏ đầu đèn Độ trữ nhiệt thứ ba phải ý bện vỏ đầu đèn Nhiệt độ nóng vỏ bóng làm phá vỡ phốt dầu hoạc phích nối điện Gibóng anode, kích thước vỏ bóng giới hạng kích thước bóng Trong vỏ đầu đèn làm mát không khí đối lưu, dầu suất hiệu tăng lên Độ trữ nhiệt vỏ đầu đèn lớn nhiều so với cực dương thường triệu HU Thời gian cần thiết cho vỏ đầu đèn tản hết nhiệt độ cung cấp nhà sàn xuất theo biểu đồ ỨNG DỤNG LÂM SÀNG Dựa vào đặc tính nhiệt bóng X quang mà ta lựa chọn ứng dụng lâm sàng cụ thể cho việc lựa chọn bóng phù hợp cho thiết bị :như bóng cho X Quang, Bóng CT, Bóng cho DSA, X quang soi chiếu,… ... tượng Trong đối tượng với độ trữ nhiệt lớn, gia tăng nhiệt độ nhỏ đối tượng với độ trữ nhiệt nhỏ Nói cách khác, nhiệt độ đối tượng xác định mối quan hệ nội nhiệt độ trữ nhiệt Điều minh họa Hình... ba vị trí Bóng hư nhiệt độ ba vị trí độ trữ nhiệt Phân bố nhiệt độ bóng x Quang Hình 3- : 03 vị trí trữ nhiệt quan trọng bóng X-Ray PHÂN BỐ NHIỆT 4.1 Kích thước tiêu điểm Nếu lượng nhiệt sinh... tính vật liệu gọi độ trữ nhiệt Khi nhiệt thêm vào đối tượng, nhiệt độ tăng tương ứng với lượng nhiệt bổ sung Khi nhiệt lượng thêm vào, gia tăng nhiệt độ tỉ lệ nghịch với độ trữ nhiệt đối tượng