مبانی اشعه ایکس برای مهندسی پزشکی عمومی

در برخی مراکز درمانی، کارکنان ویژه‌ای برای سرویس‌ کردن تجهیزات اشعه ایکس و رادیولوژی وجود دارند. با این حال، در برخی دیگر، تکنسین‌های تجهیزات پزشکی( (BMETها این سیستم‌ها را نگه‌داری کرده یا «اولین بررسی» را انجام می‌دهند. درحالی‌که متخصصان، دوره‌های آموزشی گسترده‌ای را می‌گذرانند—که معمولاً شامل آزمون متخصص تجهیزات رادیولوژی (CRES) هم می‌شود—یک درک پایه‌ای از اینکه اشعه ایکس برای تولید تصویر چگونه کار می‌کنند برای کسانی که روی این سامانه‌های تشخیصی کار می‌کنند، لازم است. با درنظر گرفتن تکنسین‌های عمومی بیومد، این مقاله نمایی کلی از اصول تولید اشعه ایکس، نکات ایمنی، و توصیه‌های نگه‌داری پیشگیرانه (PM) و عیب‌یابی کلی ارائه می‌دهد.

اصول مفاهیم اشعه ایکس

اشعه ایکس، مانند نور مرئی، بخشی از طیف الکترومغناطیسی است و بین پرتو فرابنفش و پرتوهای گاما قرار می‌گیرد. طول موج آن‌ها بسیار کوتاهتر از نور مرئی است و رفتار کاملاً متفاوتی دارند. اشعه ایکس نامرئی بوده و قادر به نفوذ در ماده است و می‌تواند با جدا کردن تعدادی از الکترون‌های اتم‌ها، ماده را یونیزه کند. همین توانایی یونیزه‌ کردن است که اشعه ایکس را در نابود کردن سلول‌های سرطانی در پرتودرمانی مفید می‌کند. البته تابش یونیزان می‌تواند سلول‌های سالم را نیز تحت تأثیر قرار دهد، و همین مسئله خطر آن‌ها را تشکیل می‌دهد.

سه جزء اصلی در یک سیستم اشعه ایکس وجود دارد:

• منبع تغذیه ولتاژ بالا
• سیستم کنترل
• یک لامپ اشعه ایکس

درون لامپ اشعه ایکس است که در واقع پرتو ایکس تولید می‌شود. در داخل لامپ، یک کاتد (فیلامان) و یک آند وجود دارد. کاتد منفی از یک فیلامان باریک مارپیچی تنگستن تشکیل شده است که توسط یک کاپ متمرکز کننده با بار منفی احاطه شده است. وقتی جریان از فیلامان عبور می‌کند، آن را گرم می‌کند و از طریق فرآیند نشر ترمویونیک، یک ابر بار فضایی از الکترون‌ها شکل می‌گیرد. این الکترون‌ها که بار منفی دارند، به سمت هدف آند با بار مثبت شتاب می‌گیرند. هنگامی که الکترون‌های پرسرعت به هدف برخورد می‌کنند، به سرعت کاهش سرعت می‌دهند، و انرژی از دست رفته آن‌ها به حرارت و اشعه ایکس تبدیل می‌شود.

بیشتر تابش منتشر شده توسط یک لامپ اشعه ایکس از نوع بِرِمس‌اشترا ( hlung  تابش ترمزی) است، اگرچه مقداری اشعه ایکس مشخصه نیز تولید می‌شود. اشعه ایکس مشخصه زمانی تولید می‌شود که الکترون ورودی با یک الکترون مداری اتم برخورد کرده و آن را از پوسته‌اش جدا می‌کند. وقتی یک الکترون از سطح انرژی بالاتر جای خالی ایجاد شده را پر می‌کند، یک فوتون اشعه ایکس آزاد می‌شود.

نوع غالب، یعنی بِرِمس‌اشترا، زمانی رخ می‌دهد که الکترون‌ها تغییر مسیر می‌دهند. هنگامی که الکترون‌های شتاب‌دار وارد ماده هدف آند می‌شوند و از نزدیکی یک هسته عبور می‌کنند، منحرف و سپس توسط نیروی جاذبه هسته کند می‌شوند. انرژی از دست رفته در این برخورد به صورت فوتون اشعه ایکس ظاهر می‌شود.

کمتر از ۱٪ انرژی الکتریکی به اشعه ایکس تبدیل می‌شود و بقیه به حرارت تبدیل می‌گردد. بنابراین، آند باید طوری ساخته شود که بتواند این حرارت را تحمل کند. آند لامپ اشعه ایکس معمولاً از مس ساخته می‌شود زیرا خواص حرارتی خوبی در دفع گرما دارد. ماده هدف که روی بخش زاویه‌دار دیسک آند قرار می‌گیرد، معمولاً از تنگستن است، زیرا عدد اتمی بالایی دارد—که در تولید اشعه ایکس مفید است—و نقطه ذوب آن بسیار بالاتر از مس است. سیستم‌های قدیمی اشعه ایکس از آند ثابت استفاده می‌کردند و برخی سیستم‌های کم‌قدرت هنوز هم از آن استفاده می‌کنند. برای کنترل بهتر حرارت، لامپ‌های مدرن اشعه ایکس معمولاً از یک آند دوّار با سرعت بالا استفاده می‌کنند که توسط یک موتور القایی چرخانده می‌شود.

کاتد و آند در یک محفظه (تیوب اینسرت) قرار دارند که از شیشه، فلز یا سرامیک ساخته شده است. یک خلأ بالا درون آن ایجاد می‌شود تا اکسیژن حذف شود، که این امر از سوختن کاتد جلوگیری می‌کند. خلأ همچنین به جلوگیری از جرقه‌زدن لامپ کمک کرده و اجازه می‌دهد الکترون‌ها بدون برخورد زیاد با مولکول‌های هوا شتاب بگیرند.

این مجموعه درون محفظه لامپ اشعه ایکس قرار دارد که به عنوان یک محافظ عمل کرده و تابش را جذب می‌کند، به‌جز بخشی که از پنجره اشعه ایکس به عنوان پرتو مفید خارج می‌شود. این محفظه همچنین به دفع حرارت از لامپ کمک می‌کند.

نیروی لامپ اشعه ایکس در اغلب موارد توسط یک ژنراتور فرکانس بالا تأمین می‌شود. توان ورودی AC (معمولاً ۴۸۰ ولت سه‌فاز  برای دستگاه‌های ثابت [و برق ۱۲۰ ولت استاندارد برای دستگاه‌های پرتابل و C-arm]) به DC یکسو و تبدیل می‌شود. مدار چاپر/اینورتر این DC را به پالس‌های فرکانس بالا تبدیل می‌کند و سپس به موج مربعی AC تبدیل می‌کند. این ولتاژ وارد ترانسفورماتور ولتاژ بالا شده و یک ولتاژ AC فرکانس بالا تولید می‌کند. این ولتاژ توسط دو مبدل—یکی منفی (کاتد) و یکی مثبت (آند)—به DC تبدیل می‌شود.

ژنراتور اشعه ایکس باید جریان دقیق و تنظیم‌شده‌ای به فیلامان برساند. این جریان توسط سیستم کنترل ژنراتور تنظیم می‌شود. قبل از تولید اشعه ایکس، سیستم کنترل مقدار کمی جریان برای پیش‌گرمایش به فیلامان ارسال می‌کند—به اندازه‌ای که گرم شود، اما نه آن‌قدر که الکترون‌ها آزاد شوند. این کار از شوک حرارتی جلوگیری کرده و باعث می‌شود فیلامان سریع‌تر به دمای بالا برسد. مقدار دقیق جریان لازم است تا در هنگام تولید اشعه ایکس به فیلامان برسد. هرچه فیلامان داغ‌تر باشد، تعداد بیشتری الکترون آزاد شده و اشعه ایکس بیشتری تولید می‌شود. این جریان فیلامان از طریق مدار فیدبک حلقه بسته به‌دقت تنظیم می‌شود تا حرارت فیلامان و نشر ترمویونیک متناظر آن مناسب باشد.

نگه‌داری و عیب‌یابی

بیشتر تعمیرات دستگاه‌های اشعه ایکس مکانیکی هستند، و این‌ها همان مواردی هستند که یک تکنسین BMET بدون آموزش تخصصی احتمالاً با آن‌ها مواجه می‌شود. مهارت‌های کلی عیب‌یابی—گوش دادن به عملکرد دستگاه، صحبت با کاربرانی مانند پزشکان و تکنسین‌ها، مشاهده چرخه عملکرد دستگاه، و بررسی دستورالعمل‌های سازنده—همگی کاربرد دارند. یک PM خوب باید شامل بازرسی، تمیزکاری، سفت‌کردن اتصالات، و روغن‌کاری مجموعه‌های مکانیکی، یاتاقان‌ها، و دیگر قطعات متحرک باشد، که باعث کاهش خرابی‌های بین بازدیدهای دوره‌ای می‌شود.

همه لامپ‌های اشعه ایکس، مانند لامپ‌های معمولی، بالاخره خراب می‌شوند. فیلامان‌ها با گذشت زمان نازک شده و می‌سوزند. اغلب این مشکل با ازکار افتادن یکی از فوکوس‌ها (focus) ظاهر می‌شود، زیرا معمولاً یکی از فیلامان‌ها زودتر از دیگری می‌سوزد. بررسی پیوستگی (continuity) فیلامان می‌تواند مشکل را در برخی لامپ‌ها تأیید کند، اما در بسیاری از موارد فیلامان‌ها القایی کوپل شده‌اند و باید با یک اندازه‌گیر اندوکتانس تست شوند. اگر یکی از کابل‌های ولتاژ بالای لامپ را تعویض کردید، یکی از کندل‌استیک‌های قدیمی را نگه دارید، زیرا می‌تواند برای تست فیلامان‌ها مفید باشد.

کابل‌های بلند ولتاژ بالا می‌توانند انرژی ذخیره کنند، بنابراین مطمئن شوید آن‌ها را با لمس کردن پین‌ها به فلز لخت محفظه لامپ، تخلیه کنید. کندل‌استیک‌ها را از نظر نشانه‌های ترک‌های کربنی بررسی کنید، که می‌تواند نشانه جرقه‌زدن داخل محل لامپ بوده و ممکن است قطعات ژنراتور را آسیب بزند. پین‌ها باید عاری از خوردگی و دارای فاصله مناسب باشند تا اتصال سالم به لامپ تضمین شود. قبل از قرار دادن مجدد در محل لامپ، و در هر PM، کندل‌استیک‌ها را با الکل ایزوپروپیل تمیز کنید، گریس سیلیکون بزنید و دیسک عایق را مطابق توصیه سازنده عوض کنید. هنگام کار با کندل‌استیک‌ها از دستکش یک‌بارمصرف استفاده کنید تا آلودگی ناشی از چربی پوست ایجاد نشود.

مشکلات ایجاد شده در روتور لامپ اشعه ایکس ممکن است ابتدا با پر سر و صدا شدن آن هنگام کار ظاهر شود، که نشانه‌ای از شروع خرابی بلبرینگ‌ها است. مشکلات سیم‌پیچ‌های استاتور را می‌توان با اندازه‌گیری مقاومت آن‌ها با اهم‌متر تشخیص داد.

جرقه‌زدن داخل لامپ (Tube Arcing) زمانی رخ می‌دهد که رسوبات تنگستن از آند روی بدنه لامپ جمع شده باشد. این مسئله می‌تواند مسیر اشتباهی برای عبور ولتاژ از کاتد به بدنه و سپس به آند ایجاد کند. وقتی جرقه‌زدن از طریق لاگ‌های خطا یا اندازه‌گیری شناسایی شود، معمولاً لامپ باید تعویض شود. اگر لامپ «گازی» شده باشد، ممکن است فرایند Conditioning کمک کند. محدود کردن kV ممکن است استفاده محدود از سیستم را تا زمان تعویض لامپ امکان‌پذیر کند.

پس از تعویض لامپ اشعه ایکس، عملیات Conditioning و Adaptation، و در برخی سیستم‌ها تنظیمات مربوط به میزان خروجی و محدودیت دوز ورودی، باید طبق دستورالعمل سازنده انجام شود.

نگه‌داری ژنراتور در PM باید شامل جاروبرقی کشیدن کامل کابینت و قطعات زیربخشی باشد. اطمینان حاصل کنید که فن‌های خنک‌کننده کار می‌کنند و جریان هوا توسط اشیایی که روی کابینت قرار گرفته‌اند مسدود نشده است. مانند هر دستگاهی، لاگ خطاها را بررسی کنید تا مطمئن شوید مشکلی در حال شکل‌گیری نیست. هنگام کار با ژنراتور باید نهایت احتیاط را به خرج داد. کابینت دارای ولتاژ بالا است که حتی پس از خاموش کردن برق اصلی، در سیستم‌هایی که UPS دارند ممکن است هنوز وجود داشته باشد. پیش از سرویس، مطمئن شوید که همه توان از ژنراتور قطع شده است.

عیب‌یابی مشکلات ژنراتور با بررسی علائم، وضعیت LEDهای روی بردهای الکترونیکی، پیام‌های لاگ خطا، و اندازه‌گیری مستقیم انجام می‌شود. به دفترچه سرویس سیستم خاص خود مراجعه کنید.

برای کسانی که اطراف اشعه ایکس کار می‌کنند—چه تکنسین، چه پزشک و چه BMET—سه قانون اصلی حفاظت در برابر پرتو عبارتند از زمان، فاصله، و حفاظ. زمان حضور در نزدیکی اشعه را کم کنید و قانون عکس مجذور فاصله را به خاطر بسپارید: دو برابر کردن فاصله از منبع، مقدار دوز دریافتی را ۷۵٪ کاهش می‌دهد. استفاده از حفاظ سربی یا شیشه سربی یک سد مؤثر در برابر تابش است.

تصویربرداری با اشعه ایکس بیش از ۱۰۰ سال ابزار تشخیصی بسیار ارزشمندی برای پزشکان بوده است و حضور آن در محیط‌های درمانی احتمالاً برای مدت طولانی ادامه خواهد داشت. آنچه در این‌جا گفته شد تنها یک مرور سطحی از اصول اشعه ایکس است. کسانی که روی تجهیزات اشعه ایکس کار می‌کنند باید آموزش عمیق‌تری درباره سیستم‌های خاص خود و نیز آگاهی از الزامات قانونی مرتبط با تجهیزاتی که تابش یونیزان تولید می‌کنند، کسب کنند.

برچسب ها