принцип работы излучающей части флюорографа

Излучающая часть флюорографа состоит (рис.1) из собственно рентгеновского излучателя (РИ) и рентгеновского питающего устройства (РПУ).

Рентгеновский излучатель предназначен для выработки импульсного рентгеновского излучения с заданными параметрами. Он содержит:

рентгеновскую трубку (РТ) с вращающимся анодом
статорные обмотки (СО), которые совместно с короткозамкнутым ротором, конструктивно объединенным с анодным диском трубки, образуют асинхронный двигатель, обеспечивающий вращение анода
высоковольтный генератор (ВВГ), состоящий из повышающего трансформатора с заземленной средней точкой вторичной обмотки, выпрямителей и фильтров
накального трансформатора (НТ)
схем контроля анодного напряжения (СКН) и анодного тока (СКТ) рентгеновской трубки.

Конструктивно рентгеновский излучатель представляет собой разборный стальной освинцованный моноблок, заполненный маслом и оснащенный резиновым компенсатором.

Рентгеновское питающее устройство (рентгеновский генератор) предназначено для:

выработки напряжений и токов, необходимых для работы рентгеновского излучателя в заданных режимах
самодиагностики передающей части флюорографа с автоматическим поиском неисправностей и защитой при возникновении аварийных ситуаций
обеспечения двухсторонней связи с пультом управления и процессором видеосигнала

Блок питания (БП) обеспечивает работу всех маломощных устройств и блоков. Функции блока накала (БН) и блока раскрутки анода (БРА) определены в названиях блоков. Контроль за работой этих блоков осуществляется централизованной системой самодиагностики.

Энергия, необходимая для выработки импульсного рентгеновского излучения, накапливается в конденсаторной батарее (КБ), которая заряжается от сети блоком зарядки (БЗ). В блоке зарядки texnic.ru предусмотрена двухуровневая защита при возникновении нештатных ситуаций и автоматическая разрядка конденсаторной батареи при отключении аппарата от сети.

Преобразование постоянного напряжения в переменное среднечастотное напряжение, подаваемое на высоковольтный генератор, осуществляется силовым инвертором (СИ), построенным по полумостовой тиристорной схеме (рис.2а).

К одной диагонали полумоста подключено постоянное напряжение (конденсаторная батарея). В другую диагональ через конденсатор включена нагрузка – высоковольтный генератор, образуя последовательный колебательный контур. Левые (по схеме) плечи полумоста образуют тиристоры VD1 и VD2 с параллельно включенными диодами D1 и D2. На управляющие электроды тиристоров подаются импульсные последовательности, имеющие одинаковую частоту и сдвинутые друг относительно друга на половину периода. Частота следования импульсов может изменяться и находится в некотором диапазоне на левом склоне резонансной кривой колебательного контура (рис.2б)

Управление величиной тока контура происходит следующим образом (рис. 2в)

Допустим, что на управляющий электрод тиристора VD1 в момент t(0) подан импульс последовательности U1. Тиристор открывается и в контуре возникает ток I1-1. В момент t(1) тиристор VD1 закрывается, ток меняет направление (I1-2) и протекает через диод D1. Если в момент t(2) на управляющий электрод тиристора VD2 подать импульс последовательности U2, то замкнувшийся через него ток I2-1 сложится с током I1-2. Очевидно, что приращение суммарного тока обратно пропорционально величине временного сдвига момента t(2) относительно момента t(1), что соответствует перемещению рабочей точки по склону резонансной кривой контура.

Другими словами, изменением частоты импульсных последовательностей можно легко управлять мощностью, отдаваемой в нагрузку, а, следовательно, анодным напряжением рентгеновской трубки при фиксированном анодном токе. Блок управления (БУ) выполняет следующие функции:

преобразование сигналов со схем контроля тока и напряжения рентгеновской трубки, получаемых от рентгеновского излучателя
аппаратный контроль за возможным возникновением нештатных ситуаций в высоковольтных цепях рентгеновского излучателя
формирование управляющих импульсных последовательностей, обеспечивающих заданную величину анодного напряжения рентгеновской трубки при заданном анодном токе.

Для обеспечения требуемого анодного напряжения («напряжения уставки») рентгеновской трубки в РПУ существует замкнутый контур автоматического регулирования частоты задающего импульсного генератора (ЗИГ), расположенного в блоке управления (рис.3).

Заданное напряжение Uуст сравнивается с сигналом обратной связи от схемы контроля анодного напряжения, расположенной в рентгеновском излучателе, и частота ЗИГ изменяется таким образом, чтобы реальное анодное напряжение рентгеновской трубке стало равным заданному. Основным задающим, управляющим и контролирующим компонентом РПУ является встроенная специализированная микро-ЭВМ (СМЭВМ).

В программное обеспечение микропроцессора заложена вся необходимая информация о последовательности действий и вычислений, необходимых для выработки рентгеновских импульсов с заданными параметрами, интерфейсы двусторонней связи с процессором видеосигнала (через блок управления штативом, БУШ) и с пультом управления, а также алгоритм работы системы контроля за возможным возникновением нештатных ситуаций. Кроме того, в элементах памяти содержатся константы и таблицы, отражающие конфигурацию системы и режимы ее работы, введенные ограничения параметров и индивидуальные особенности работы конкретной рентгеновской трубки в составе данного конкретного РПУ.

Последнее требует пояснений. Каждая рентгеновская трубка имеет индивидуальные анодно-накальные характеристики, которые необходимо знать для того, чтобы пропустить через трубку определенное количество электричества при заданном напряжении. Кроме того, цифровой код тока накала и его действительное значение связывает некоторый коэффициент пропорциональности, зависящий от характеристик конкретных электронных компонентов РПУ. Для измерения, фиксации и дальнейшего использования анодно-накальных характеристик рентгеновской трубки в составе конкретного РПУ служит процесс юстировки, заключающийся в следующем. Измеряются несколько значений анодного тока, соответствующих определенным кодам накала, при трех фиксированных значениях анодного напряжения. Таким образом, получаются реперные точки на трех анодно-накальных характеристиках, входящих в семейство данной трубки. Далее эти точки используются для вычисления коэффициентов полиномов четвертого порядка, аппроксимирующих реальные характеристики. Если ошибка аппроксимации не превышает допустимой величины, то вычисленные значения анодного тока, соответствующие определенным кодам накала при фиксированных значениях анодного напряжения, заносятся в таблицу и используются в дальнейшем для выбора кода накала при выработке импульсов с заданными параметрами.

Режимы работы флюорографа

Существует два возможных режима работы флюорографа: ручной и автоматический.

В ручном режиме пользователем задаются значения анодного напряжения (kV) и количества электричества (mAs). Анодный ток рассчитывается исходя из заданного количества электричества и известной мощности, после чего рассчитывается время экспозиции. Таким образом, при работе в ручном режиме на контур автоматического регулирования частоты задающего импульсного генератора (см. выше) подается прямоугольный импульс известной амплитуды и имеющий рассчитанную длительность.

При работе в автоматическом режиме заранее задается только анодный ток, а амплитуда импульса и его длительность определяются аппаратно, исходя из критериев получения снимков приемлемого качества при минимальной дозе облучения пациента. Для этой цели в РПУ существует замкнутый контур автоматического управления величинами уставки анодного напряжения и длительности экспозиции.

В момент начала экспозиции (передний фронт импульса On, вырабатываемого БУ) блок экспонометра (Э) начинает вырабатывать быстро нарастающее пилообразное напряжение, которое образует передний фронт импульса анодного напряжения Uуст. Рентгеновское излучение, прошедшее через пациента, преобразуется люминесцентным экраном (ЛЭ) в световое изучение.

Световой импульс через оптическую систему (ОС), нацеленную на центр экрана, улавливается блоком фотоприемника (ФП) и преобразуется в электрический импульс Uвх. Очевидно, что форма переднего фронта этого импульса и его задержка относительно момента начала экспозиции зависит от рентгенопоглощающих свойств грудной клетки пациента. При достижении напряжением с выхода блока фотоприемника определенного уровня Uпор1 рост пилообразного напряжения прекращается. Таким образом, величина уставки напряжения определяется автоматически. Длительность экспозиции определяется СМЭВМ по моменту достижения определенного уровня Uпор2 интегралом по времени Uинт от выходного сигнала блока фотоприемника.5.

Условия готовности флюорографа и процессы, происходящие после инициализации снимка Готовность флюорографа к выработке импульса рентгеновского излучения отображается непрерывно горящим на пульте зеленым светодиодом. Условиями готовности флюорографа являются:

полностью заряженная конденсаторная батарея в РПУ
готовность АРМ лаборанта к фиксации рентгенограммы в файле пациента.

Если флюорограф находится в состоянии готовности, то после подачи сигнала инициализации снимка, т.е. после одновременного нажатия на пульте двух пусковых кнопок, происходит следующее.

Начинается процесс подготовки к снимку
повышается температура катода трубки и контролируется накал катода
запускается и контролируется вращение анода
проверяется готовность АРМ лаборанта к восприятию светового изображения с экрана.

При возникновении нештатных ситуаций происходит окончание процесса подготовки с выдачей на индикатор пульта сообщения о соответствующей ошибке.

2. После успешного окончания процесса подготовки начинается процесс выработки рентгеновского импульса: формируется импульс анодного напряжения и обеспечивается ток накала, необходимый для получения заданного анодного тока. При этом осуществляется как аппаратный, так и программный контроль за всеми параметрами снимка. При возникновении нештатных ситуаций происходит окончание процесса выработки снимка с выдачей на индикатор пульта сообщения о соответствующей ошибке.

3. После окончания рентгеновского снимка начинается процесс приведения флюорографа в исходное состояние:

снимается накал с катода трубки
заряжается до рабочего напряжения конденсаторная батарея
осуществляется торможение анода трубки
После успешного завершения этого процесса флюорограф готов к выработке следующего рентгеновского импульса.