X ISINI OLUSUMU 2

RÖNTGEN FİZİĞİ
X-Işını oluşumu
Doç. Dr. Zafer KOÇ
Başkent Üniversitesi Tıp Fak
X-IŞINI TÜPÜ
X-IŞINI TÜPÜ PARÇALARI
1.
2.
3.
4.
Metal korunak (hausing, haube)
Havası alınmış cam veya metal tüp
Katot
Anot
ANOT
X-ışını tüpünün (+) elektrodudur. X-ışınlarının
oluştuğu target denilen tungsten plak ve onun
yerleştirildiği metal destekten oluşur
Katoddan gelen e- ları alır ve bağlantı kabloları
ile yüksek voltaj jeneratörüne iletir.
Hedef için mekanik destek sağlar ve
İyi ısı iletken özelliğiyle ısıyı iletir
Anoda çarpan e- ların kinetik enerjilerinin
%99’u ısıya, ~ %1 ’i ise X-ışını enerjisine
dönüştürülür
Sabit ve döner tipleri vardır
ANOT
Anodda tungstenin target materyali olarak
seçilmesinin 3 nedeni vardır:
1.  atom numarası (74)  enerjili x-ışını
oluşumunu sağlar
2.  ergime noktası anodu ısıya daha
dayanıklı yapar. Cu ergime derecesi
1100o C iken tungsten alaşımı 3400o C’ a
kadar dayanabilir. X-ışını oluşumunda
anot ısısı 2000o C’ a kadar yükselir
3. İyi ısı iletkeni olması: Tungstenin ısı
iletkenliği bakıra yakındır
SABİT ANOT
Diş görüntüleme, bazı portatif görüntüleme
sistemleri gibi güçlü çıkış gerekmeyen
sistemlerde kullanılır
Bakır kütlesi üzerine yerleştirilmiş 2-3 mm
kalınlıkta tungsten plağıdır
Boyutları 1 cm civarında dikdörtgen veya
kare şeklindedir
Target denilen bu plakta e- ların çarptığı alan (gerçek
fokal spot) küçük ve sabittir. Bu nedenle daha çok ısınır
ve çabuk tahrip olur
Tungsten plağın gömülü olduğu bakır kütle anodun ısı
kapasitenini arttırır ve ısıyı hızla cam tüpe ve onun
aracılığı ile çevresindeki yağ ve metal muhafazaya iletir
DÖNER ANOT
Genel amaçlı x-ışını tüpleri döner anotludur
X-ışın enerjisi ve miktarının arttırılabilmesi
için anodun ısı kapasitesinin © gerekir
Bir kola yerleştirilmiş döner disk şeklinde
target alanı sabit anoda kıyasla 500 kat ©
Ör: 75-100 mm çapta diskin çevresine yerleşik
target alanına ısı yayılarak ısı kapasitesi birkaç
yüz misli ©
DÖNER ANOT
Elektromanyetik indüksiyon motoru ile döndürülür
Anot arkasındaki cam tüpün boynu çevresinde
elektromıknatıs sargıları (statör) vardır
Sargılardan geçen akımın yarattığı manyetik alan
tüp içindeki bakır ve demir çubuklardan oluşan
rotoru döndürür
Rotorun dişlilerindeki sürtünmeyi minimuma
indirmek için metal kayganlaştırıcı ve ısıya
dayanaklı gümüş kullanılır
DÖNER ANOT
Döner anodda oluşan ısının dişlilerde
kilitlenme yapmaması için tungstenin altında
anodun boynunda ısı yalıtkan molibden ve
grafit katmanlar bulunur. Böylece ısı cam
tüpe ve daha sonra çevreye iletilir.
Molibden ve grafit daha küçük kütle
yoğunluğu nedeniyle anodun dönüşünü
kolaylaştırır
DÖNER ANOT
Döner anodlar 3400-10000/dk hızla dönerler
Şutlama düğmesine basılınca duyulan dönüş sesi
anodun hızlanma sesidir. X-ışını ekspojuru anot
optimum dönme hızına ulaştığı zaman gerçekleşir
Anodun yeterli hıza erişmesi için geçen bu süre
~ 0.5-1 sn olup aynı sürede filament de ısıtılır
Disk yüzeyindeki her nokta ~1/60 sn’de bir
bombardıman edilmektedir
Şutlamadan sonra anodun durması da belirli
zaman almakta kalan zaman ısının dağıtılmasında
kullanılmaktadır
ÇİZGİ-ODAK PRENSİBİ
Tüp akımı esnasında tungsten targetin fokal
spot denilen belirli bir alanı e- larla
bombardıman edilir
e- kinetik enerjileri büyük kısmı ısıya
dönüşür, ısı kapasitesini arttırmak için xışınlarının çarptığı alanı (gerçek fokal spot)
geniş tutmak gerekir
Buna karşın fokal spot ne kadar küçük ise
görüntü keskinliği o kadar artar
Aradaki bu çelişki 1918 yılında geliştirilen
çizgi-odak prensibi ile çözülmüştür
Çizgi-odak prensibi
Targete açı verilerek
bunun izdüşümü
olan etkin fokal spot
küçültülmektedir
ÇİZGİ-ODAK PRENSİBİ
Etkin fokal spottaki küçülme anot açısının
sinüsü ile orantılıdır
Anot açısı küçüldükçe etkin fokal spot alanı
da küçülmektedir
Tanısal tüplerde anot açısı 5-20o arasında
değişir
0,3 mm etkin fokal spotlu tüplerde anot
açısı 6-7o civarındadır
Çizgi-odak prensibinin istenmeyen bir
sonucu topuk (heel) etkisidir. Topuk etkisi
anot açısındaki küçülmeyi sınırlar
TOPUK (HEEL) ETKİSİ
Açının dezavantajı “topuk etkisi” B iki
önemli özelliği var
¡ X-ışını şiddeti ışın demetinin her yerinde
aynı değil, katoda yakın tarafta
radyasyon yoğunluğu daha fazladır
¡ Etkin fokal spot anot tarafında daha
küçüktür
Targette oluşan x-ışınları izotropiktir yani
her yöne dağılır
Etkin fokal spot büyüklüğü ve şekli yönlendirildiği
x-ışını alanına göre değişir.
Anoddaki açılanma nedeniyle e- lar target içindeki
atomlarla değişik derinliklerde etkileşir. Anoda
yakın tarafta oluşan x-ışınları daha kalın bir
target metalini katederek absorbsiyonu arttığı için
targetin topuğunda daha çok zayıflamakta, anoda
yakın tarafta x-ışını şiddeti azalmaktadır
Değişik kalınlıktaki anatomik kısımların radyografisinde
topuk etkisi göz önüne alınmalıdır
Hastanın kalın kısmı tüpün katot tarafına
yerleştirilirse daha homejen bir grafi elde olunabilir
TOPUK (HEEL) ETKİSİ
Örneğin lumbosakral vertebra yan grafisinde kalın
olan pelvik bölge katoda doğru yerleştirilmelidir
Mamografide katot tarafı dokunun daha kalın
olduğu göğüs duvarı tarafına alınır. Bazı mamografi
üreticileri tüpe açı vererek göğüs duvarı tarafında
daha küçük fokal spot oluşturur
Topuk etkisini azaltmak için;
Anot açısı artırılmalı,
Odak (Tüp) - film mesafesi artırılmalı,
Santral ışın civarında x-ışın şiddeti daha homojen
olduğu için küçük filmlerde topuk etkisi azalır
Fokal spotun boyu azaltılmalıdır
EKSTRAFOKAL RADYASYON
Katoddan hızlandırıılan e- lar anodla fokal spot
bölümünde etkileşir. Bazı e- lar fokal spottan
saçılır buna ekstrafokal radyasyon denir
Ekstrafokal radyasyon nedeniyle
¡ Fokal spot boyutu genişler,
¡ Cilt dozu artar,
¡ Görüntü kontrastı azalır,
¡ Görüntülenen bölüm dışına x-ışını gider
Bu olumsuz etkilerini azaltmak için pencere
bölümüne diyafram yerleştirilir
Tüpün ısı kapasitesi ve tüp hasarı
X-IŞINI TÜP DEĞERLENDİRME CETVELLERİ
Tüpe verilen elektrik enerjisinin ~% 1’i xışınına, ~ % 99’u ısı enerjsine dönüşür
Bir ekspojur süresince tüpte depolanan ısı
enerjisi miktarına tüp yüklenmesi denir
Yüklenme miktarı
¡
¡
¡
¡
tüp voltajı,
voltaj dalga formu,
tüp akımı,
ekspojur süresi ve sayısına bağlıdır
Tüpün ısı kapasitesi ve tüp hasarı
X-IŞINI TÜP DEĞERLENDİRME CETVELLERİ
Hedefte oluşan ısı önce anot metaline
geçer, buradan anot bağlantılarına geçerek
soğutucu sisteme iletilir
Tungstenin dayanabileceği maksimum ısı
3000o C ’dir.
Bu değer üstünde erime ve buharlaşma
ortaya çıkar
Tüp ısı kapasitesi
Tüp voltajı (V) ve akımı (I) sabit olmak koşuluyla,
saniye olarak ekspojur süresinde (t), Joule (J)
olarak enerji depolanması= voltaj x akım x süre
Isı kapasitesi birimi ısı ünitesidir
Heat Unit (HU) = V . I . t formülü ile hesaplanır
1 HU = 0,74 J
1 J =1,35 HU dir
Isı kapasitesi;
Monofaze cihaz; HU = kVp . mA . sn
Trifaze cihaz; HU = l,35 . mA . kVp . sn
Yüksek voltaj jeneratörlü cihaz;
HU= l,4 . mA . kVp . sn
Tüp ısı kapasitesi
Fluoroskopide x-ışını çıkışı devamlı olduğu için
HU/sn değeri hesaplanır (HU/sn = kVp x mA)
Anot yüksek ısılarda daha hızlı soğur ve
fluoroskopide genellikle ısının yüklenmesi ve
soğuma arasında bir denge oluşur
Tüp yüklenmesinin en önemli belirleyicisi tüpün
güç üretim hızıdır (rating). Tüp ratingi 0.1 sn
ekspojur süresinde müsaade edilebilir max
kilowat (kW) ile ifade edilir
ör: ratingi 80 kW (80 000W) olan tüp 80 kVp –
1000 mA değerlerinde en fazla 0.1 sn lik bir
ekspojuru tolere eder. Tipik bir x-ışın tüpünün
ratingi 5-100 kW arasındadır
Tüp ısı kapasitesi
Radyografide tüp yüklenmesi tipik olarak
büyük fokal spotta 80 -100 kW,
küçük fokal spotta 29 kW tır
Tüpü ısıtmadan güç üretimini artırmak için büyük
foküs seçilir veya ekspojur süresi uzatılır
Tüpün güç üretimi
¡ fokal spot boyutu,
¡ anodun çapı,
¡ dönüş hızı ve ısıya dayanıklılığı ile doğru,
¡ anot açısı ile ters orantılı olarak artar
Tüp ısı kapasitesi
Bir x-ışını tüpüne uygulanabilecek ısı 3
faktörde belirlenir;
¡ Tüpün tek ekspojura dayanaklılığı
¡ Tüpün birden fazla ve hızlı ekspojura
dayanaklığı
¡ Tüpün uzun süreli ve çoklu ekspojura
dayanıklığı
Tüpün performans verileri
Tüp üzerinde firma ismini izleyen sayı ve
harf dizini şeklinde verilir.
Ör; 150/40/80 HC-100 dizgesinde:
150 max tüp voltajını,
40 ve 80 küçük /büyük foküs max
yüklenme kapasitesi (kW),
HC tüpün iç dizayn özelliklerini,
100 Bdöner anod çapını gösterir
Tüp performans verileri
Tüpün anoda hasar vermeyecek şekilde
çalışabilmesi için ekspojura dayanaklılığı tüm
tüplerle birlikte verilen tüp değerlendirme
grafiklerinde belirtilir
Bu grafiklerde kVp ye karşı süreyi gösteren
farklı mA eğrilerine bakarak karar verilir
Tüp yüklenmesi üst sınırı bu grafiklerden
belirlenerek ekspojur değerleri ve işlemin
süresi belirlenir
Tüp değerlendirme grafiği (rating chart)
Tüpün performans verileri
Bu grafiklerde maksimum ekspojur süresi
ve mA’in hangi kVp ile kullanılabileceği
belirtilmiştir
Tüpün uzun süreli multipl ekspojura
dayanıklılığı anot ısı depolama
karakteristikleri ile saptanır. Bu
karakteristik grafik ile gösterilir
Bu grafik anodun soğuması için geçen
zamanı gösterir. Günümüzde dijital
teknloji sayesinde tüpler yüklenmeye
karşı otomatik devre kesicilerle korunur
Anodun soğuma grafiği
Tüpten ısı atımı
Tüpler ısıyı etkin bir şekilde atacak yapıda
üretilmiştir
Isı © geniş alana yaymak için disk şeklinde ve
yüksek hızda (3-10 000 devir/dk) döner anodlar
kullanılır
Anodda oluşan © ısı radyasyon, kondüksiyon ve
konveksiyon ile azalır
Fokal spottan radyasyon yoluyla Btüp korunağına,
iletim B anoda, rotora ve gövdeye iletilir,
Yağa geçerek soğutulur ve kalanı da oda havasına
yayılır Radyasyon ısı kaybında temel yoldur
Tüpten ısı atımı
Tüpler elektrik izolasyonu ve ısı kaybına yardım
amacıyla yağ içerisine gömülüdür
Yağ aracılığı ile ısı kaybı konveksiyon (sirkülasyon)
yoluyladır. Tüpe bağlı vantilatörler ısı kaybına
yardımcı olur
Hedefin hasarlanmadan tolere edebileceği ısı
miktarı ~2000o C dır. Maksimum anot ısı yüklemesi
sonrası tüpün tekrar kullanılmadan önce dakikalarca
soğumasını beklemek gerekir
Fluoroskopi ve anjiografi tüpleri 2.5 MHU,
tomografi tüpleri 8 MHU ısı depolama kapasitesine
sahiptir
Tüpten ısı atımı
Straton tüplerinde soğuma hızı 4.7 MHU/dk gibi çok
© değerlerde olduğundan © ısı depolama
kapasitesine gereksinim duyulmaz
Ayrıca tüp muhafazasının da ısı kapasitesi vardır
Bu kapasite çok daha fazla olup ~1.500.000 HU dir
Tüp muhafazası soğuması yaklaşık 1-2 saat zaman
gerektirebilir
Muhafazaya yerleştirilmiş fanlar soğumayı hızlandırır
TÜP HASARI NEDENLERİ
Tüp hasarı nedenlerinin hemen hepsi ısı
ile ilgilidir
Döner anodun hasarı genelde ebombardımanı sonucu termal stress ile
target yüzeyinin aşınması ile oluşur
Targetin yüzeyi ve derini arasında ısı ile
genleşme farklılıkları ortaya çıkar
Bu farklılıklar anot yüzeyinde hedefte
yüksek ısı nedeniyle ergimeler ve
düzensizlik oluşturur
TÜP HASARI NEDENLERİ
Anot yüzeyinde bozulmalar sonucu değişken ve
azalmış x-ışını oluşur
Buharlaşan tungstenin cam tüp iç yüzeyinde
oluşturduğu kaplama kısa devre yaparak elektron
akımını etkileyebilir
X-ışınları bu tungsten kaplama ile filtre edilir
Ani ısı farklılıklarına bağlı denge bozukluğu ve
sürtünme ile anodun dönmesinin bozulması
Filamandaki tungsten yüksek ısı ile buharlaşma
sonucu zamanla incelerek kopabilir
X-IŞIN TÜPÜ KORUMA YOLLARI
Dikkatli kullanım ile tüp uzun ömürlü olur.
Tüpün uzun ömürlü olması için eksposur zamanı,
mA ve kVp ª değerlerde kullanılması gerekir
Hızlı görüntü algılayıcılar tüp ömrünü uzatır
Anod ısınmadan maksimal parametrelerde
kullanılmamalı tüp önce düşük değerlerde
ısıtılmalıdır
Ekspojur değerleri tüpün kullanım grafiklerine
uygun seçilmeli, tüp ısı kapasitesi aşılmamalıdır
Anot uzun süreli yüksek ısıda bırakılmamalı, tüpün
soğuması için zaman tanınmalı
Kaynaklar
1.
2.
3.
Bushong SC. Radiologic Science for Technologist:
Physics, Biology and Protection. 9th ed. St. Louis,
Mosby Elsevier, 2008.
Tuncel E. Klinik Radyoloji. Bursa, Nobel & Güneş,
2008.
Kaya T. Temel Radyoloji Tekniği. Bursa, Güneş &
Nobel, 1997.