X-ray Tube

1. X-ray Tube

2. به نام خدا موضوع: طيف الکترومغناطيسیودستگاه مولد پرتوايكس قسمتهای اصلی دستگاه - قانون عکس مجذور فاصله اهداف: منابع : کتاب فيزيك پزشکی (عقابیان) فصل 4 همراه با مطالب پاورپینت اهميت موضوع وكاربرد محتواي درس: اولويت تدريس: منابع بيشترجهت پژوهش و امتحان: فيزيك پزشكي ( دكتر تكاور) ؛ فیزیک رادیولوژی تشخیصی کریستنسن - فيزيك نجم آبادی نحوه ارزيابي:كوييز- امتحان- حضور و غياب فعالیت کلاس رفع اشكالات درسي: یکشنبه و سه شنبه (12- 13)

3. طيف الکترومغناطيسی نيروهای امواج EM : فوتون: کوچکترين ذره بی جرم از امواج EM کوانتوم: دسته کوچک انرژی با سرعت c سرعت امواج EM : S /C = 3. 108 m λ V = C = f. انرژی فوتون: E = hf = ( c / λ ) h طیف (بيناب) امواج EM: فرکانس Hzf (10 - 1024)وطول موج (107 - 10 -16) m λ تقسیم بندی نواحی عمده طيف EM به 4 قسمت مهم 1- امواج راديویی 2 - ميکروموجها 3- نور 4 - پرتوهای يونيزاسيون (X, γ )

4. تشعشعات الکترومغناطيسی 1- امواج راديویی : هدفهای ارتباطی (پليس) ECG ,FM ,TV , استفاده از آنتن AM: بالاترين طول موج : راحت انتقال 2- ميکروموجها: طول موج کوتاه؛ کاربرد( تلفن راه دور , ميکروفر) گرما درمانی , از بين رفتن سرطان طیف ميکروموجها:تلفن همراه, رادار , پختن غذا, سرعت سنجها(10 – 4 - 10 ) λ 3- نور IR: توليد گرما ( خورشيد) گرما نگاری و فيزيوتراپی مادون قرمز: نور خورشيد (10 - 6 – 10 - 4) λ  VIS نور مرئی: تحريک گيرنده های چشم (400 -760 nm ) کاربرد: اندوسکوپی ,درمان يرقان ,   طیف نور مرئی 400 nm) :( 760 - UV : منبع خورشيد (100 -400 nm ), جذب لايه ازن -عبور از جو برنزه شدن پوست, احتمال سرطان , توليد ويتامين D, ضد عفونی  طیف ماوراء بنقش: ( nm100-λ (400 nm

5. 4- پرتوهای يونيزاسيون (X, γ ) • پرتو X: لامپ CRT , کاتد, آند , اشعه ايکس • پرتوγ : توليد توسط هسته اتمها, کاربرد پزشکی طیف پرتوهای يونيزاسيون (X, γ ) •  پرتو X: لامپ CRT , 10 -12) - λ x (10 -9 • پرتوγ: توليد توسط هسته اتمها 10 -15) - λ γ (10 -10 موانع سد راه امواج: λ کوچکتر◄مانع سد راه بيشتر مثل γ وX

7. دامنه موج: امواج به شکل سينوسیتغييرات قله تا دره ودامنه ارتباطیبا λ و f ندارد. فرکانس: تعداد قله ها در واحد زمان طول موج: فاصله يک موج کامل پريود: مدت زمان عبور يک موج تغيير فرکانس: تغيير طول موج

8. دستگاه مولد پرتو ايكس رونتگن در سال 1895 لامپ کاتد يک : ولتاژ بالا ( دو الکترود), پوشش لامپ با مقوای سياه ◄ درخشش نور از يک نيمکت در فاصله 3ft منبع نور: يک تکه کاغذ آغشته به سیانید پلاتین – باریم در فاصله اندکی از لامپ کروکس درخشان گردید (فلورسانس ) • ادامه درخشندگی در اتاق تاریک و در زمانی که • لوله با کاغذ سیاه پوشیده شده بود • پرتو xصفحه عکاسی را سیاه و گازها را یونیزه میکند.  اولین تصویر: تصویر دست خانم رونتگن روی فیلم عکاسی اشعه ايکس: امواج EM ( انتقال انرژی در فضا بصورت ترکيبی از ميدانهای الکتريکی و مغناطيسی)

10. قسمتهای اصلی دستگاه: 1- لامپ پرتوX) کاتد, آند( 2- ژنراتور ولتاژ بالا 3- ميز کنترل  توليد پرتو X: توقف (ترمز) ناگهانی الکترونهای پر شتاب محفظه شیشه ای: قرار دادن الکترودهای لامپ اشعه در آن (پيرکس 20-35 in ) خلا:در صورت وجود هوا برخورد الکترونها با آن و کاهش سرعت اتاقک حفاظتی: شعاعهای مفيد و پرتوهای نشتی ( پنجره تابش 5cm ) کاتد : , قطب منفی لامپ کاتد نامیده میشود. فيلامان : منبع تولید الکترون در لامپ سیمی از جنس تنگستن به قطر 0.2 mm و درازی1 cm (تنگستن يا توريم) پديده ترمويونيك Thermionic Emission:  آزاد شدن الکترونها بر اثر حرارت حرکت الکترونها فقط در یک جهت (همیشه از کتد به سمت اند)

11.  آند : سمت مثبت لامپ پرتو .  جنس از تنگستن کار آند: دريافت الکترونها - هادی الکتريکی و حرارتی خوب تکيه گاه هدف آند ثابت: یک صفحه تنگستنی با ضخامت 2 تا 3 میلی متر نصب در بلوک مسی کاربرد در دستگاه دندان , پرتابل آند دوار: لامپهای دو کانونه: شامل دو فیلامان یکی از فیلامان ها داری طول بیشتر. فیلامان بزرگتر جهت تابش بیشتر سيمهای اتصال دهنده: باید در دیواره لامپ قرار داده شوند با ضريب انبساط خطی شبیه به شيشه

12. TUNGSTEN • هدف: تنگستن (درون آندمسی) • یا آلیاژ:تنگستن + توریوم ( 1%-3%) •  دلايل استفاده از تنگستن: • عدد اتمی 74 • هدايت حراراتی • نقطه ذوب 3380°C • آند دوار:سطح هدف 4mm2 • سرعت چرخش 3400 rmpدور در دقيقه

13. 2- ژنراتور ولتاژ بالا: بکارگیری ترانسفورماتور افزاینده ایجاد اختلاف پتانسیل مین دو سر لامپ kVp ( قانون Np/Ns = Vp/Vs) کنترل ميلی امپر: بکارگبری ترانس کاهنده ( آمپر 4 - 6 )و (ولتاژ 10 – 20 V ) 3- ميز کنترل:   کنترل kVp ,mA و S توليد پرتو X: توقف (ترمز) ناگهانی الکترونهای پر شتاب

14. لکه کانونی: در تولید اشعه ایکس علاوه بر اینکه لازم است الکترونها با تعداد (mAs) و انرژی جنبشی (Kev) مناسب به هدف برسند؛ بلکه باید این الکترونها به سطح کوچکی الکترونها به سطح کوچکی از هدف موسوم به لکه کانونی برخورد کنند سرپوش کانونیFocusing cup : بدست اوردن لکه کانونی کوچک: از سرپوش فلزی جهت  شتاب الکترونها از کاتد به آند و در نتیجه ميل به دور کردن الکترونها قرار دادن سرپوش کانونی در بار منفی: کانونی شدن جریان الکترونها و تمرکز شعاع الکترونی بر روی اند جريان فيلامان: تغيير کوچک در جريان فيلامان در نتيجه تغيير بزرگ در جريان لامپ جريان لامپmA: تعداد الکترونهايی که ازفيلامان به سمت هدف (آند) حرکت ميکند واحد ان میلی امپر. فضای بار(ابرالکتريکیSpace charge ) : الکترونهای تابش شده از فیلامان در مجاورت آن ابر کوچکی را ایجاد میکنند حرکت الکترونها بستگی به اختلاف پتانسیل بین آند و کاتد   افزایش کیلو ولتاژدر نتیجه افزایش جریان لامپ

15. قانون كانون خطي: سطح کانونی واقعیبه نقطه ای از هدف تنگستنی (اند) گفته میشود که بوسیله الکترونهای کاتد بمباران میشود (این سطح بزگ است). به علت زاویه دار بودن اند اندازه سطحی که تولید اشعه ایکس میکند کوچکتر است سطح کانونی ظاهری= ناحيه ای از هدف که پرتو X از ان تابش نزدیکی پرتوهای اشعه به یکدیگر نقطه کانونی کوچک (3 mm - (0.3 سطح بزرگ حراراتی: زاويه دار کردن هدف

16. اثر پاشنه: شدت پرتوها در سمت کاتد بيشتر از اند (بخاطر افزاايش جذب , شدت پرتوهای X در سمت اند نفوذ ميکند کمتر از ناخن (کاتد)) هر چه نقطه کانونی كاهش يابد اثر پاشنه افزايش راديوگرافی ريه , کاتد سمت پايين بيمار لامپهای مولد اشعه ايکس با شبکه کنترل ( سرپوش کانونی) سرپوش کانونی:به عنوان الکترود سوم جهت کنترل جريان الکترونها از فيلامان به سمت هدف ( سرپوش کانونی با بار الکتريکی منفی در نتيجه تنظيم حرکت الکترونها به سمت هدف) کابل اتصال به زمين :( ايمنی الکتريکی) روغن: انتقال حرارت ( لامپ مولد درون روغن) ايمنی الکتريکی

17. راديوپاک: پرتو x را جذب (استخوان) راديولوسنت: پرتو X را نسبت کمی تقليل می دهد ( هوا , بافت نرم ) قانون عکس مجذور فاصله: با افزايش فاصله از منبع , شدت X کم میشود( مثل نور) I1/I2=d22/d21 I1 شدت در فاصله d1

18. یک تیوپ اشعه ایکس؛ تابشی با 70 kVp و 200 mAs انجام میدهد؛ که شدت آن در فاصله 90سانتی متری برابر با 400میلی راد ( mR 400) یا 4 میلی گری است اگر فاصله به 180 سانتی متر افزایش یابد شدت چقدر خواهد شد؟

19. جمع بندی • Question? • The END

20. دانشجویان عزیز مطالب تکمیلی همراه با چند نمونه مسئله در زیر آورده شده است لطفا مطالعه فرمایید.

21. لوله کولیج: تاباندن باریکه ای از الکترونهای پرسرعت به ماده ای به نام هدف لوله کولیج: لامپ شامل: آند (آنتی کاتد) جنس تنگستن کاتد: جنس آلمونیوم یا تنگستن کاهش فشار هوا در لوله اختلاف پتانسیل بین کاتد و اند ◄ شتاب الکترونها و برخورد با آنتی کاتد

22. موتور آند دوار: 1- سيم پيچ استاتور: توليد ميدان مغناطيسی و القاء جريان در سيم پيچ روتور( قسمت چرخنده) 2- روتور: ايجاد حرکت دورانی 3- بلبرينگ و ياتاقان:استفاده از روان کننده های فلزی ( نقره ) جهت کاهش اصطحکاک 4- ميله فلزی: ارتباط هدف ( تنگستن ) به ساير قسمتهای آند از جنس موليبديم ( طول ميله کوتاه در جهت کاهش اينرسی آند ) جنس میله از موليبديم: سبک و نقطه ذوب بالا 2600°C سرعت آند:3600 تا 3000 دور در دقيقه جنس اند: آلياژ 90% تنگستن و 10% رنيوم جهت افزايش مقاومت سطح در برابر گرما

23. حل مسئله C

24. C

26. A

27. C

28. اندازه گیری تابش جذب شده توسط ماده کارکنان ◄ یونیزاسیون، خطر [J / Kg ]وزن بدن/مقدار انرژی = دز GYواحد SI دوز جذبی:در دستگاه SI یکای کاربردی گری است و برابر است با تشعشعی که لازم است تا یک ژول انرژی در یک کیلوگرم از بافت بر جای گذاردGy = J/kg يکاي شدت اشعه : رونتگن است ( R ) يا ميلي رونتگن (mR) يا ميلي گري (mGya) واحددیگر دوز جذبی پرتو rad : انرژی جذب شده از هر پرتو در یک گرم از هر ماده (100 ارگ) راد Rad: جذب ]10-2 [j / kg تابش يوننده در هر كيلوگرم 1 rad = J / 10-2 دز گری Gy Gy = J/kg 100 rad = 1Gy یک سانتی گری=1rad

29. معادل دوز جذبی: (دوز هم از) دوز جذبی ضرب در عامل کیفی QF سیورت SV یا رم rem بدست آوردن یکایی که تاثیرهای زیستی پرتو را نشان دهد.RBE مقیاسی از موثر بودن بیولوژیک اشعه اثرات بیولوژیکی دوزهای مساوی از تابشهای مختلف (بر حسب راد) متفاوت. RBE = Qf QF عامل کیفی quality factor مثلا تاثیر ذرات آلفا 10 برابر x SV = Gy*QF Rem = rad*RBE = rad*QF چون GY=100 rad پس SV=100 rem

30. دز تابش جذب شده • گری GY :100rad • RBE ، تاثیر بیولوژیکی نسبی: نسبت دز پرتوهای X به دز تابشی استاندارد • تابش: α N ( β γ ) X • 10 - 20 4 - 5 1 1 : RBE

31. HOUSING Leakage Radiation

32. The Electromagnetic Spectrum

33. Electromagnetic waves: Oscillating electric and magnetic fields. Changing electric field creates magnetic field, and vice versa

34. UV and its utilities

36. IR λ= b/T(2.910^-3 mK) 10000 A in IR spectrum • Human surface body temperature is 34’C calculate the most common type of radiation from it? • Wien law λ= b/T(2.910^-3 mK)

37. Thermography

38. Radio waves are on the low-frequency end of the spectrum. • Microwaves range in length from approximately 30 cm (about 12 inches) to about 1 mm. • The infrared (or IR) region of the electromagnetic spectrum lies between microwaves and visible light.

39. X-ray Production

40. CATHODE HEATED UP TO AT LEAST 2,200 DEG. CELSIUS

41. Anode angle (II) Angle  Angle  Actual focal spot size Actual focal spot size Incident electron beam width Incident electron beam width Increased apparent focal spot size Apparent focal spot size Film Film THE SMALLER THE ANGLE THE BETTER THE RESOLUTION Add module code number and lesson title