Gerador de raios X - X-ray generator

Uma mesa de radiologia. A caixa de raios-X é girada 90 ° para uma radiografia de tórax

Um gerador de raios-X é um dispositivo que produz raios-X . Junto com um detector de raios-X , é comumente usado em uma variedade de aplicações, incluindo medicina , fluorescência de raios-X , inspeção de montagem eletrônica e medição de espessura de material em operações de manufatura. Em aplicações médicas, geradores de raios-X são usados ​​por radiologistas para adquirir imagens de raios-X das estruturas internas (por exemplo, ossos) de organismos vivos e também na esterilização .

Estrutura

GemX-160 - Gerador de raios-X portátil sem fio controlado a bateria para uso em testes não destrutivos e segurança.
XR150 - Gerador de raios X portátil movido a bateria de raio-X pulsado usado em segurança.

Um gerador de raios-X geralmente contém um tubo de raios-X para produzir os raios-X. Possivelmente, os radioisótopos também podem ser usados ​​para gerar raios-X.

Um tubo de raios X é um tubo de vácuo simples que contém um cátodo , que direciona um fluxo de elétrons para o vácuo, e um ânodo , que coleta os elétrons e é feito de tungstênio para evacuar o calor gerado pela colisão. Quando os elétrons colidem com o alvo, cerca de 1% da energia resultante é emitida como raios X , com os 99% restantes liberados como calor. Devido à alta energia dos elétrons que atingem velocidades relativísticas, o alvo geralmente é feito de tungstênio, mesmo que outro material possa ser usado principalmente em aplicações de XRF.

Um gerador de raios X também precisa conter um sistema de resfriamento para resfriar o ânodo; muitos geradores de raios-X usam sistemas de recirculação de água ou óleo.

Imagens médicas

Aquisição de radiografia de projeção , com gerador de raios X e detector .

Em aplicações de imagens médicas, uma máquina de raios-X tem um console de controle que é usado por um tecnólogo radiológico para selecionar técnicas de raios-X adequadas para o exame específico, uma fonte de alimentação que cria e produz o kVp (quilovoltagem de pico) desejado, mA ( miliamperes, às vezes referidos como mAs, que na verdade é mA multiplicado pelo comprimento de exposição desejado) para o tubo de raios-X e o próprio tubo de raios-X.

História

A descoberta dos raios X veio de experimentos com tubos de Crookes , um tubo experimental de descarga elétrica inventado pelo físico inglês William Crookes por volta de 1869-1875. Em 1895, Wilhelm Röntgen descobriu os raios X que emanavam dos tubos de Crookes e os muitos usos dos raios X ficaram imediatamente aparentes. Uma das primeiras fotografias de raios-X foi feita da mão da esposa de Röntgen. A imagem exibia sua aliança de casamento e ossos. Em 18 de janeiro de 1896, uma máquina de raios X foi formalmente exibida por Henry Louis Smith . Uma unidade totalmente funcional foi apresentada ao público na Feira Mundial de 1904 por Clarence Dally .

Nas décadas de 1940 e 1950, máquinas de raio-X eram usadas nas lojas para ajudar na venda de calçados. Eles eram conhecidos como fluoroscópios de encaixe de sapatos . No entanto, como os efeitos nocivos da radiação de raios-X foram devidamente considerados, eles finalmente caíram em desuso. O uso do dispositivo como ajuste de sapatos foi proibido pela primeira vez no estado da Pensilvânia em 1957. (Eles eram mais uma ferramenta de marketing inteligente para atrair clientes do que uma ajuda adequada.) Junto com Robert J. Van de Graaff , John G. Trump desenvolveu um dos primeiros geradores de raios-X de um milhão de volts.

Visão geral

Um sistema de imagem de raios-X consiste em um console de controle do gerador onde o operador seleciona as técnicas desejadas para obter uma imagem legível de qualidade (kVp, mA e tempo de exposição), um gerador de raios-x que controla a corrente do tubo de raios-x, raios-x tubo de quilovoltagem e tempo de exposição de emissão de raios-x, um tubo de raios-X que converte a quilovoltagem e mA em raios-x reais e um sistema de detecção de imagem que pode ser um filme (tecnologia analógica) ou um sistema de captura digital e um PACS .

Formulários

As máquinas de raios-X são usadas na área de saúde para visualizar estruturas ósseas, durante cirurgias (especialmente ortopédicas) para auxiliar os cirurgiões na recolocação de ossos quebrados com parafusos ou placas estruturais, auxiliando os cardiologistas na localização de artérias bloqueadas e orientando a colocação de stent ou realizando angioplastias e para outras densas tecidos como tumores . As aplicações não medicinais incluem segurança e análise de materiais.

Medicamento

As unidades móveis de fluoroscopia podem produzir imagens continuamente.

Os principais campos nos quais as máquinas de raio X são usadas na medicina são a radiografia , a radioterapia e os procedimentos do tipo fluoroscópico . A radiografia é geralmente usada para imagens rápidas e altamente penetrantes e geralmente é usada em áreas com alto conteúdo ósseo, mas também pode ser usada para procurar tumores, como na mamografia. Algumas formas de radiografia incluem:

Na fluoroscopia, a imagem do trato digestivo é feita com a ajuda de um agente de radiocontraste , como o sulfato de bário , que é opaco aos raios-X.

Radioterapia - o uso de radiação de raios-x para tratar células cancerosas malignas e benignas , uma aplicação que não é de imagem

A fluoroscopia é usada nos casos em que a visualização em tempo real é necessária (e é mais comumente encontrada na vida cotidiana na segurança do aeroporto ). Algumas aplicações médicas da fluoroscopia incluem:

  • angiografia - usada para examinar os vasos sanguíneos em tempo real, juntamente com a colocação de stents e outros procedimentos para reparar artérias bloqueadas.
  • enema de bário - um procedimento usado para examinar problemas do cólon e do trato gastrointestinal inferior
  • ingestão de bário - semelhante a um enema de bário, mas usado para examinar o trato gastrointestinal superior
  • biópsia - a remoção de tecido para exame
  • Tratamento da dor - usado para ver e orientar visualmente as agulhas para a administração / injeção de medicamentos para a dor, esteroides ou medicamentos bloqueadores da dor em toda a região espinhal.
  • Procedimentos ortopédicos - usados ​​para orientar a colocação e remoção de placas de reforço de estrutura óssea, hastes e ferragens de fixação usadas para auxiliar o processo de cicatrização e alinhamento de estruturas ósseas que cicatrizam adequadamente juntas.

Os raios X são radiações ionizantes altamente penetrantes, portanto, máquinas de raios X são usadas para tirar fotos de tecidos densos, como ossos e dentes. Isso ocorre porque os ossos absorvem a radiação mais do que os tecidos moles menos densos . Os raios X de uma fonte passam pelo corpo e vão para um cassete fotográfico. As áreas onde a radiação é absorvida aparecem como tons de cinza mais claros (mais próximos do branco). Isso pode ser usado para diagnosticar ossos quebrados ou fraturados.

Segurança

Máquina de inspeção de bagagem de mão no Aeroporto Schönefeld de Berlim .

As máquinas de raio-X são usadas para rastrear objetos de forma não invasiva. Bagagens em aeroportos e de estudantes em algumas escolas são examinadas em busca de possíveis armas, incluindo bombas. Os preços dessas radiografias de bagagem variam de $ 50.000 a $ 300.000. As partes principais de um Sistema de Inspeção de Bagagem de Raios-X são o gerador usado para gerar raios-x, o detector para detectar radiação após passar pela bagagem, unidade de processamento de sinal (geralmente um PC) para processar o sinal de entrada do detector e um sistema de transporte para mover a bagagem para o sistema. Raio-X pulsado portátil O gerador de raios-X alimentado por bateria usado em segurança, conforme mostrado na figura, fornece aos respondentes de EOD uma análise mais segura de qualquer possível perigo-alvo.

Operação

Quando a bagagem é colocada na esteira, ela é movida para a máquina pelo operador. Há um conjunto transmissor e receptor infravermelho para detectar a bagagem quando ela entra no túnel. Este conjunto dá o sinal para ligar o gerador e o sistema de processamento de sinal. O sistema de processamento de sinal processa os sinais de entrada do detector e reproduz uma imagem com base no tipo de material e na densidade do material dentro da bagagem. Esta imagem é então enviada para o display.

Classificação de cor

Imagem de raio-x de uma mochila. Os materiais orgânicos e inorgânicos são discriminados no uso de técnicas de energia dupla.

A cor da imagem exibida depende do material e da densidade do material: materiais orgânicos como papel, roupas e a maioria dos explosivos são exibidos em laranja. Materiais mistos, como alumínio, são exibidos em verde. Os materiais inorgânicos como o cobre são exibidos em azul e os itens não penetráveis ​​são exibidos em preto (algumas máquinas exibem isso como um verde amarelado ou vermelho). A escuridão da cor depende da densidade ou espessura do material.

A determinação da densidade do material é realizada por detector de duas camadas. As camadas dos pixels do detector são separadas por uma tira de metal. O metal absorve raios suaves, permitindo que os comprimentos de onda mais curtos e penetrantes cheguem à camada inferior dos detectores, transformando o detector em um espectrômetro bruto de duas bandas.

Avanços na tecnologia de raios-X

Sistema de raio-X odontológico digital de 2,5 kg em teste em 2011

Um filme de nanotubos de carbono (como um cátodo) que emite elétrons em temperatura ambiente quando exposto a um campo elétrico foi transformado em um dispositivo de raios-X. Uma matriz desses emissores pode ser colocada em torno de um item alvo a ser digitalizado e as imagens de cada emissor podem ser montadas por software de computador para fornecer uma imagem tridimensional do alvo em uma fração do tempo que leva usando um X- convencional dispositivo de raio. O sistema também permite um controle rápido e preciso, possibilitando a geração de imagens fisiológicas prospectivas.

Engenheiros da Universidade de Missouri (MU), em Columbia , inventaram uma fonte compacta de raios-x e outras formas de radiação. A fonte de radiação é do tamanho de um chiclete e pode ser usada para criar scanners portáteis de raios-X. Um protótipo de scanner de raio-x portátil usando a fonte pode ser fabricado em até três anos.

Veja também

Notas

Referências

  1. Zhang, J; Yang, G; Cheng, Y; Gao, B Qiu, Q; Lee, YZ; Lu, JP & Zhou, O (2005). "Fonte de raios-X de varredura estacionária baseada em emissores de campo de nanotubos de carbono" . Letras de Física Aplicada . 86 (2 de maio): 184104. Bibcode : 2005ApPhL..86r4104Z . doi : 10.1063 / 1.1923750 . CS1 maint: vários nomes: lista de autores ( link )