Начало >> Статьи >> Архивы >> Рентгеновские аппараты

Системы регулировок рентгенодиагностического аппарата - Рентгеновские аппараты

Оглавление
Рентгеновские аппараты
Введение
Генерирование рентгеновских лучей
Ослабление рентгеновских лучей веществом
Световозбуждающее и фотографическое действия рентгеновских лучей
Количественная и качественная оценка рентгеновского излучения
Защита от рентгеновских лучей
Применение - рентгенодиагностика
Применение - рентгенотерапия
Применение - рентгенодефектоскопия
Применение - рентгеноструктурный анализ
Применение - рентгеноспектральный анализ
Применение - облучение в технологических целях
Рентгеновские трубки
Электрические характеристики рентгеновских трубок
Рентгеновские излучатели
Высоковольтный рентгеновский кабель
Рентгеновские питающие устройства
Главные трансформаторы
Параметры R, L и С главного трансформатора
Представление о расчете главного трансформатора
Главные трансформаторы с переменным коэффициентом трансформации
Высоковольтные вентили
Высоковольтные генераторы
Регулировка напряжения на трубке и тока трубки
Включение и отключение питающего устройства
Автоматика в рентгеновских питающих устройствах
Стабилизация работы питающего устройства
Контроль напряжения на трубке и ее анодного тока
Выпрямительные схемы рентгеновских питающих устройств
Однополупериодная безвентильная схема
Однополупериодная вентильная схема
Двухполупериодная схема
Схема удваивания с пульсирующим напряжением
Схема удваивания со сглаженным напряжением
Падение напряжения в главной цепи питающего устройства
Перенапряжения в питающих устройствах
Импульсное питание рентгеновской трубки
Рентгенодиагностические аппараты
Рентгенодиагностические исследования
Рентгенодиагностические трубки
Системы регулировок рентгенодиагностического аппарата
Регулировка выдержки
Защита трубки от перегрузки
Реле экспозиции
Падающая нагрузка
Передвижные аппараты
Стационарные аппараты
Усилитель яркости рентгеновского изображения
Рентгенокиносъемка
Рентгенотелевидение
Флюорографические аппараты
Хирургические аппараты
Аппараты для ангиокардиографии
Аппараты для близкофокусной и внутриполостной терапии
Аппараты для глубокой терапии
Рентгенодефектоскопические аппараты
Рентгеновские микроскопы
Рентгеновские аппараты для структурного анализа
Рентгеновские аппараты для спектрального анализа
Рентгеновские аппараты для облучения в технологических целях

а) Предварительная установка режима.

Современные рентгенодиагностические аппараты имеют системы регулировок, позволяющие устанавливать режим снимка до включения высокого напряжения. В передвижных аппаратах применяются упрощенные системы, о которых будет сказано в § 5-7 при описании этих аппаратов. Здесь мы сосредоточим внимание на более сложных системах, используемых в стационарных аппаратах.
Напомним основные рентгенографические закономерности. Плотность почернения пленки можно считать пропорциональной Uмакс q, где q =Ia.cpt — КОЛИЧеСТВО электричества , прошедшее через трубку за время выдержки t. Контрастность рентгеновского изображения зависит от Uа.макс и его резкость — от разделения q на Iа.ср и t. Какие бы величины мы ни регулировали, нам не удастся изменять порознь плотность почернения, контрастность и резкость и необходимо прибегать к промежуточному звену, которым является таблица экспозиций.

Технически осуществляются, как мы знаем, регулировки Uа.макс и Iа.ср (последняя посредством регулировки тока накала); для отключения высокого напряжения используется одно из следующих устройств: реле времени с переменной уставкой t, реле количества электричества с переменной уставкой q или реле экспозиции, осуществляющее отключение после того как пленка облучена до такой степени, что после проявления достигается необходимая плотность почернения (§ 5-6). Мы остановимся здесь на системах без реле экспозиции.
Весьма распространенной системой (которую можно считать основной) является система кВ-мА-с. Здесь напряжение, ток и выдержка регулируются независимо друг от друга. Такая система в явном виде задает те величины, от которых непосредственно зависит рентгеновский эффект и которые фигурируют в таблице экспозиций. Эта система принята в современных отечественных стационарных аппаратах. Одна-две уставки наибольших токов обычно функционируют здесь лишь при пониженных напряжениях.
Другим вариантом является система кВ-мА-мКл, в которой реле времени заменено на реле количества электричества. При ее использовании желательно иметь дополнительное устройство, которое указывало бы непосредственно выдержку.
С рентгенографической точки зрения наиболее целесообразной представляется система кВ-мКл-с. Такую систему создают, например, на основе системы кВ-мА-с, добавляя к ней устройство, которое подсчитывало бы количество электричества при регулировке тока и выдержки.
Некоторое время назад широко использовалась система кВ-кВт-с. В этой системе регулировка тока связывается с регулировкой напряжения так, что ток с понижением напряжения увеличивается, произведение же тока на напряжение остается в первом приближении неизменным. Такая система удачно согласуется с нагрузочной характеристикой трубки, что облегчает осуществление защиты от перегрузки. Однако она затрудняет установку режима по таблице экспозиций, заставляя прибегать к помощи вспомогательных таблиц, указывающих, какой ток соответствует данной комбинации напряжения и мощности. Этого недостатка можно избегнуть, предусмотрев соответствующее счетное устройство. В последние годы к этой системе возродился интерес в связи с введением «падающей» нагрузки (§ 5-6).
Укажем здесь еще на систему «режимов по органам» с ограниченным числом отдельно настраиваемых режимов, каждый из которых имеет определенное рентгенографическое значение: снимок легких, снимок желудка и т. д. Такая система вначале была осуществлена в аппарате, не имевшем других возможностей [Л. 198]. Поскольку эта система сильно ограничивает варьирование условий снимка, в последующем ее стали применять лишь в качестве дополнительной, совмещая в аппарате две системы. Хотя, казалось бы, подобная система должна быть удобной для «рутинной» работы, такие аппараты большого распространения не получили.
В современных рентгенодиагностических аппаратах распространено ступенчатое регулирование со шкалами у рукояток. В системах с тремя независимыми параметрами (например, кВ-мА-с) часто добавляется прибор, указывающий коэффициент нагрузки(см. далее). Шкалы могут быть и отделенными от рукояток; тогда при повороте рукоятки указатель шкалы перемещается с помощью привода. В системах со связанными параметрами может оказаться необходимым, чтобы указатель был связан не с одной, а с двумя (и даже тремя) рукоятками. Регулировка напряжения иногда делается плавной и напряжение на трубке указывается прибором, градуированным в киловольтах. В некоторых аппаратах уставки регулируемых параметров задаются с помощью клавишей.
Чтобы при ступенчатом регулировании получить равномерное изменение плотности почернения пленки, было предложено использовать логарифмические ряды чисел и, в частности, в системе кВ-кВт-с для напряжения ряд R20 по ГОСТ 8032-56 со знаменателем 1,12: 40, 45, 50, 56, 63, 71, 80, *90, 100, 112, 125 кВ и для выдержки — ряд R5 со знаменателем 1,58: 0,04, 0,06, 0,1, 0,15, 0,25, 0,4, 0,6 сит. д. Тогда при неизменной мощности

т. е. изменение напряжения на одну ступень вызывает такое же изменение плотности почернения, как и одна ступень выдержки, что удобно для подбора условий снимка.
Экспериментальные исследования показывают, что при таких ступенях напряжения и выдержки ступени плотности почернения получаются допустимой величины. В стационарных аппаратах целесообразно уменьшить вдвое величину ступени хотя бы для одной из величин, чтобы предоставить больше удобства при подборе условий снимка. С конструктивной точки зрения более мелкие ступени целесообразно иметь в выдержке.
В системе кВ-мА-с изменение напряжения не связано с изменением тока. Поэтому для напряжения здесь следует использовать не четвертую степень, как выше, а пятую и взять логарифмический ряд со знаменателем 1,10, т. е. 40, 44, 48, 52, 57, 63, 69, 75, 83, 91, 100, несколько нарушив его лишь при более высоких напряжениях: 112, 125, 137, 150 кВ, чтобы включить в ряд предельное напряжение 150 кВ. Для выдержки целесообразно использовать ряд R5 или ряд R10, отличающийся в 2 раза меньшими ступенями: 0,04, 0,05, 0,06, 0,08, 0,1, 0,12, 0,15, 0,20, 0,25, 0,3, 0,4, 0,5 с и т. д. Для тока рационально взять ряд R5: 15, 25, 40, 60, 100, 150 мА и т. д. Указанные ряды приняты в настоящее время в отечественных аппаратах. Отметим лишь, что логарифмический ряд должен быть нарушен при очень малых выдержках, чтобы они были кратны целому числу периодов или полу- периодов.
С вопросом выбора ступеней тесно связан вопрос о допустимых погрешностях уставок. Естественно стремиться, чтобы эти погрешности не превышали величины полуразности двух соседних уставок. Опыт показывает, что для тока и выдержки вполне возможно обеспечить погрешность не более ±10%, ограничить же погрешность напряжения требуемой величиной ±4—5% представляет большие трудности. Более подробно вопрос о погрешностях уставок рассмотрен в [Л. 200].
В последние годы были предложены и использованы в некоторых рентгенодиагностических аппаратах системы, подобные «световым числам» в фотоаппаратах. Они представляют собой дальнейшее развитие логарифмических шкал. Сведения об этих системах даны в [Л. 201 — 204].

б)  Регулировка напряжения.

Регулировка напряжения на трубке в рентгенодиагностических аппаратах (как и в аппаратах другого назначения) обычно осуществляется при помощи регулировочного автотрансформатора.

В стационарных аппаратах регулировка при просвечиваниях отделяется от регулировки при снимках. Мы рассмотрим здесь особенности регулировки, связанные с предварительной установкой режима снимка.
При холостом ходе, когда падение напряжения отсутствует, напряжение на выходе регулировочного автотрансформатора (которое будем считать равным первичному напряжению главного трансформатора (Л) и напряжение на трубке Uа.макс= Eа.макс связаны простым соотношением
(5-17)
где kT = ω2/ω1 представляет собой коэффициент трансформации главного трансформатора. Таким образом, при холостом ходе не представляет труда проградуировать в киловольтах прибор, включенный на выходе автотрансформатора, или шкалу у рукоятки регулировки напряжения. При этом и прибор и шкала будут предпоказывающими, т. е. будут до включения показывать то напряжение, которое будет на трубке после включения.
При нагрузке падение напряжения в главной цепи нарушает правильность градуировки. Падение напряжения может быть представлено формулой

где k& — коэффициент трансформации регулировочного автотрансформатора; Rсети — сопротивление сети (точнее, сопротивление главной цепи до автотрансформатора, включающее в себя небольшую часть сопротивления питающего устройства); Rа— проходное сопротивление автотрансформатора, приведенное к его вторичной цепи, и Ryстр — сопротивление питающего устройства (точнее, сопротивление главной цепи после автотрансформатора). Величиной Ra в первом приближении можно пренебречь; однако и при таком упрощении зависимость ∆Uа.макс  от сопротивлений Rсети и Rустр достаточно сложна, поскольку ka является переменной величиной.
Чтобы восстановить правильность градуировки, необходимо предусмотреть специальные устройства. Если применяется градуированная шкала у рукоятки, то необходимо иметь компенсацию падения напряжения в главной цепи, причем эта компенсация должна изменяться при регулировке напряжения и тока.

Если используется предпоказывающий киловольтметр, то должна быть предусмотрена измерительная схема, учитывающая ожидаемое падение напряжения и воздействующая па показания прибора.

Рис. 5-20. Компенсация падения напряжения дополнительным переключателем, связанным с переключателем токов.
ПН — переключатель напряжения; КС — корректор сети; КП — дополнительный (компенсационный) переключатель; ПТ — переключатель токов накала трубки.
Устройства для компенсации или учета падения напряжения должны сохранять правильность градуировки по напряжению при всех устанавливаемых значениях тока. Необходимо иметь еще подгонку к сети, чтобы градуировка оставалась правильной при различных реальных сопротивлениях сети, и коррекцию напряжения сети, чтобы ослабить^ влияние на правильность градуировки колебаний напряжения сети, обусловленных посторонними потребителями энергии.
Рассмотрим компенсацию падения напряжения с помощью переключения дополнительных отводов регулировочного автотрансформатора, которое связано с переключением анодных токов (т. е. сопротивлений в цепи накала трубки). Такая система представлена на рис. 5-20. Отводы автотрансформатора естественно выбрать так, чтобы при каждом токе иметь возможно более точное соответствие действительного напряжения уставке, прежде всего при предельном напряжении. Для рис. 5-20 это означает, что погрешность должна быть равной (или близкой) нулю, когда рукоятка регулировки напряжения стоит в крайнем правом положении.
Оценим, как будет изменяться погрешность при понижении напряжения, имея в виду системы регулировок кВ-мА-с и кВ-кВт-с. При этом будем в начале считать, что отводы регулировочного автотрансформатора, предназначаемые для регулировки напряжения, выбраны по холостому ходу, т. е. согласно формуле (5-17).
Если пренебречь проходным сопротивлением автотрансформатора, то формула (5-17) принимает вид:

 Погрешности можно уменьшить, если отводы выбирать для промежуточного значения тока (или мощности).

Рис. 5-22. Компенсация падения напряжения с дополнительным сопротивлением в главной цепи.
Погрешности в системе кВ-мА-с могут быть значительно уменьшены при использовании схемы, изображенной на рис. 5-22.

Здесь ∆Ua.макс с понижением напряжения искусственно увеличивается посредством введения дополнительного сопротивления Rд, которое для каждой уставки напряжения может быть подсчитано по формуле

Такая схема использована в отечественных аппаратах АР Д-2 и РУМ-5 [Л. 205].
Компенсация может быть улучшена с сохранением схемы рис. 5-22, если весь интервал регулировки напряжения разбить на две части, из которых в одной при напряжениях от 1 до 0,6—0,5 номинального будет действовать система кВ-кВт-с, а в другой, при напряжениях ниже 0,6—0,5 номинального — система кВ-мА-с. Другой возможностью является осуществление системы, в которой ток с понижением напряжения возрастает в меньшей степени, чем в системе кВ-кВт-с и именно так, чтобы сохранялась точная компенсация; для получения согласованных ступеней в регулировках здесь целесообразно вместо реле времени использовать реле количества электричества.
Изложенное не исчерпывает всех вариантов компенсации, в основе которых может быть положена схема рис. 5-22. В рассмотренных схемах подгонку к сети целесообразно осуществлять при помощи подгоночного резистора, включаемого последовательно в питающую линию с тем, чтобы сумма действительного сопротивления сети и подгоночного сопротивления равнялась расчетному сопротивлению сети. Такая система подгонки требует, чтобы сопротивление сети не превышало расчетного значения, при котором подгоночное сопротивление сводится к нулю. Если же сопротивление сети превосходит расчетное значение, то напряжение на рентгеновской трубке будет ниже задаваемого уставками и градуировка будет обладать тем большей погрешностью, чем больше сопротивление сети. Практически подгонка сопротивления осуществляется при установке аппарата на месте эксплуатации по падению напряжения в сети, которое оценивается по показаниям вольтметра до и после включения высокого напряжения), присоединенного на входе аппарата.

Рис. 5-23. Компенсация падения напряжения с помощью счетно-решающей схемы, примененная в аппарате РУМ-10.
Коррекция напряжения сети также будет вносить погрешности  в градуировку напряжения. Пусть подгонка к сети была осуществлена при номинальном сетевом напряжении.

При понижении напряжения коррекция увеличивает коэффициент трансформации регулировочного автотрансформатора, что приводит к увеличению ∆Uа.макс в формуле (5-17) и понижению действительного напряжения на трубке против уставки. Для уменьшения этой погрешности подгонку к сети рекомендуется производить при сетевом напряжении, соответствующем середине интервала коррекции.
Рассмотрим в заключение данного раздела систему компенсации со счетным устройством (рис. 5-23), примененную в аппарате РУМ-10. Счетное устройство состоит из маломощного автотрансформатора ИА и двух маломощных трансформаторов ИТ1 и ИТ2. Каждый из этих

трех элементов имеет отводы с переключателями, связанными с переключателями напряжения KH1 и КН2, корректором сети КС и переключателем ПТ, изменяющим ток трубки.
Обратимся вновь к формуле (5-18). Падение напряжения в сети, пропорциональное произведению Iсрk2аRсети учитывается при помощи ИА и ИТ1. Автотрансформатор ИА по отводам на выходе дублирует регулировочный автотрансформатор. Поэтому изменение kа, обусловленное переключением КН1 и KH2, воспроизводится дважды, что и соответствует требуемой квадратичной зависимости. Для получения такой зависимости при коррекции напряжения сети соответствующие отводы автотрансформатора ИА располагаются пропорционально квадратам чисел витков по отношению к отводам коррекции у регулировочного автотрансформатора. Отводы трансформатора ИТ1, идущие к переключателю ПТ, подобраны так, что напряжение па выходе этого трансформатора при неизменном напряжении питания изменяется пропорционально ряду чисел в шкале уставок тока. Отводы на входе трансформатора ИТ1 используются для подгонки к сети. В итоге напряжение на выходе трансформатора ИТ1 при всех манипуляциях с рукоятками КС, KH1, KH2 будет пропорционально ожидаемому падению напряжения в сети.
Падение напряжения в питающем устройстве, пропорциональное произведению Iа.срRустр, учитывается при помощи трансформатора ИТ2, первичная обмотка которого питается от неизменного напряжения, вторичное же напряжение, как и у трансформатора ИТ2, изменяется пропорционально ряду чисел в шкале уставок тока.
Напряжения трансформаторов и ИТ2 суммируются, и эта сумма вычитается из напряжения регулировочного трансформатора, которое пропорционально напряжению на трубке при холостом ходе. При правильном подборе коэффициентов пропорциональности компенсация падения напряжения достигается (после установки напряжения и тока) поворотом рукоятки КН2 до тех пор, пока стрелка нуль-индикатора не займет нулевого положения.
Достоинством этой системы является то обстоятельство, что при присоединении аппарата к сетям с повышенным сопротивлением она автоматически ограничивает допускаемую мощность, не внося дополнительных погрешностей в градуировку напряжения. Ее недостатком является наличие дополнительной рукоятки КН2. От этого недостатка свободна система автоматической компенсации [Л. 206], являющаяся развитием описанной и примененная в аппаратуре РУМ-16; в этой системе использован автоматический вариатор, включенный по схеме рис. 3-32,б и осуществляющий одновременно автоматическую коррекцию напряжения сети.

в)  Регулировка тока.

В современных рентгенодиагностических аппаратах при снимках, как правило, применяется ступенчатая регулировка анодного тока трубки, при просвечиваниях — плавная регулировка. Мы рассмотрим здесь особенности регулировки при снимках, связанные с предварительной установкой режима.

Рис. 5-24. Компенсация тока по напряжению.
КТ — компенсационный трансформатор; ФС — феррорезонансный стабилизатор; ПТ — переключатель токов.
В предыдущем разделе мы видели, что благодаря компенсации (или учету) падения напряжения градуировка по напряжению остается правильной при всех уставках тока. Естественно потребовать также, чтобы и градуировка по току оставалась правильной при всех уставках напряжения. Это необходимо не только для правильности самой градуировки тока, но и для правильности градуировки напряжения, поскольку отклонение тока от уставки приводит к изменению падения напряжения. Таким образом, взаимная независимость градуировок напряжения и тока является одним из основных требований, которые следует предъявлять к аппаратам с предварительной установкой режима снимка.
Так как рентгеновская трубка при снимках не работает на насыщения, то при строго неизменном токе накала наблюдается зависимость анодного тока трубки от напряжения на трубке. Для компенсации этой зависимости следует при изменении напряжения изменять ток накала. В системе кВ-мА-с получила распространение схема, изображенная на рис. 5-24. В первичную цепь трансформатора накала, питаемого от феррорезонансного стабилизатора, включается вторичная обмотка небольшого компенсационного трансформатора. Первичная обмотка этого трансформатора получает питание от регулировочного автотрансформатора через переключатель регулировки напряжения. При малых напряжениях на трубке напряжение, даваемое компенсационным трансформатором, добавляется к напряжению питания накала и увеличивает ток накала трубки. При больших напряжениях на трубке напряжение, даваемое компенсационным трансформатором, наоборот, вычитается из напряжения питания и уменьшает ток накала. Коэффициент трансформации компенсационного трансформатора выбирается таким, чтобы ток трубки оставался неизменным во всем интервале регулировки напряжения.



 
« Религия и психические болезни   Рентгенодиагностика заболеваний костей и суставов »