Питающие устройства рентгенодиагностических аппаратов

ПИТАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА РЕНТГЕНОДИАГНОСТИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Питающим устройством рентгенодиагностического аппарата ПУР  называют совокупность технических средств для питания  электрической энергией рентгеновской трубки. Основной особенностью, определяющей специфику питающего  устройства рентгенодиагностического аппарата, является наличие в  аппарате двух режимов работы просвечивания и снимков. Просвечивание требует длительного включения до нескольких минут  при небольшой мощности трубки (250­500 Вт). При снимках  производится кратковременное включение трубки до значительной  мощности, в современных стационарных аппаратах мощность  питающего устройства достигает 100КВт. Выдержки времени при  снимках составляют от тысячных долей секунды до нескольких  секунд. Режим снимков предъявляет ряд специальных требований к расчету  питающих устройств и требует введения схему питающего устройства ряда элементов, таких как система коммутации, система компенсации падения напряжение защита трубки от перегрузки и др. Кратковременное включение питающего устройства в режиме  снимков выдвигает на первый план расчет его главных цели не по  тепловым требованиям, как этого требует большинство  электрических аппаратов, рассчитываемых на длительное  включение, а на заданное падение напряжения на отдельных  элементах главной цели. Кратковременность включения при снимках затрудняет  регулирование параметров снимка (напряжения и тока трубки в  момент снимка). В связи с этим возникает необходимость  устанавливать параметры снимка заранее, учитывая ожидаемое  падение напряжения от включения нагрузки, и компенсирование  падение напряжения соответствующими техническими средствами.  Отсюда же вытекают жесткие требования к свойствам коммутации и  отсчета выдержки времени (реле времени). В настоящее время применяются системы предварительного расчета  параметров снимка:  Электромеханические­ регулируемые системой уставок. Электронные­ где применяется расчет параметров с помощью  микропроцессоров. 2\ БЛОК­СХЕМА ПИТАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА РЕНТГЕНОДИАГНОСТИЧЕСКОГО АППАРАТА. Ua­ напряжение питания анода, трехфазной или однофазной сети. РН ­ регулятор напряжения или инвертор (обеспечивает  регулирование и стабилизацию питающего напряжения анода);  Т­ тиристорный коммутатор (включает и выключает высокое  напряжение для питания анода трубки); ГТ ­ главный повышающий трансформатор (преобразует низкое  напряжение 220­380В в высокое 30­150кВ);  В – выпрямители (выпрямляют высокое переменное напряжение в  постоянное); РТ ­ рентгеновская трубка (преобразует энергию высокого  напряжения в рентгеновское излучение);  РВ ­ реле времени  (определяет время выдержки снимка,  длительность работы трубки);  ТН – трансформатор накала (вырабатывает напряжение для накала  катодов); БН ­   блок задания тока накала (переключает катоды трубки и  управляет фокусом трубки);  БЭ ­ блок экспонометра (определяет время засветки пленки); О ­объект исследования (пациент);  РЭ ­ камера рентгеновского экспонометра (определяет экспозицию,  засветку пленки); П ­ рентгенографический приемник, пленка;  УРИ – усилитель рентгеновского изображения (матрица  преобразования путем переноса); ТП ­ телевизионная камера (преобразует изображение в  электронный сигнал для отображения на компьютере); БМУ­ блок микропроцессорного управления (система  автоматизированного управления обеспечивает согласование  интерфейсов аппаратного обеспечения рентгеновского аппарата с  персональным компьютером). Управляющие напряжения блока БМУ: Ф – управление выбора фокуса рентгеновской трубки, РМ – управление выбора рабочего места оператора, О – управление параметрами исследуемого органа, Д – контроль дозы излучения в плоскости пленки, Ua ­ контроль анодного напряжения на трубке, Ia ­ контроль значения анодного тока, Тэ ­ контроль выдержки времени снимка. АРМ   ­ автоматическое рабочее место рентгенолога (персональный  компьютер для управления аппаратом, хранения и обработки  снимков); 3\ СХЕМА ПИТАНИЯ. Питание аппарата осуществляется обычно от электрической сети  общего назначения (однофазной или трехфазной) напряжением Uа.  Рентгеновская трубка РТ подключается к напряжению питания через выпрямительное устройство ВУ, высоковольтный трансформатор ГТ  и регулятор напряжения (инвертор частоты) РН, с помощью  тиристорного контактора Т, управляемого реле времени РВ. Для  установки напряжения на трубке используется компенсационное  устройство, обеспечивающее до включения трубки учет ожидаемого  падения напряжения в сети и в питающем устройстве и коррекцию  питающего напряжения сети до номинального значения. Излучение, генерируемое трубкой, проходит через объект  исследования О, датчик автоматического реле экспозиции РЭ и  попадает на приемник излучения П. При снимках приемником  излучения является рентгеновская пленка. Электрический сигнал с  датчика РЭ, пропорциональный плотности почернения пленки,  поступает в блок реле экспозиции БЭ, где после набора заданной  дозы излучения срабатывает устройство, подающее сигнал на  отключение контактора Т через реле времени РВ. Для обеспечения  режима рентгеноскопии используется усилитель рентгеновского  изображения УРИ с телевизионной камерой на ПЗС­матрицах с  цифровым запоминанием изображения, которое поступает в АРМ ­  компьютерное автоматизированное рабочее место рентгенолога для  обработки, анализа и хранения изображений. 4\ БЛОК ПАДАЮЩЕЙ НАГРУЗКИ. Функциональным блоком питающего устройства является также блок падающей нагрузки, обеспечивающий переключения в цепи накала  БН и в компенсационном устройстве РН, что соответствует  выбранному закону изменения мощности трубки в процессе снимка.  Управляющие сигналы кодируются в блоке микропроцессорного  управления БМУ. Стрелками на блок­схеме обозначены устанавливаемые параметры  Ф­ управление фокусировкой (большой, малый). РМ­ выбор рабочего места О­ оценка объекта исследования, плотность, объем. Д­ контроль дозы излучения. Uа­ установка напряжения анода  Iа­ установка тока анода Tэ­ установка времени экспозиций Кроме указанных на блок­схеме функциональных блоков, в питающее устройство входят цепи стабилизации напряжения питающей сети  Ua. Эти цепи до недавнего времени представляли собой  электромеханическую систему автоматического регулирования,  которая с помощью серводвигателя перемещает щетки  регулировочного автотрансформатора при отклонении питающего  напряжения сети от номинального значения.  Для более точной стабилизации анодного тока трубки цепи накала  БН питаются от электромагнитного или электронного стабилизатора.  В современных аппаратах применяются устройства  полупроводникового инвертирования частоты и микропроцессорного  управления, исключается регулировочный автотрансформатор, все  сигналы управления в цифровом виде подаются в блок  микропроцессора БМУ, формирующий команды на управление и  индикацию устанавливаемых величин. 5\ ЦЕПИ ЗАЩИТЫ. К питающему устройству относятся также цепи защиты  рентгеновской трубки от перегрузки и цепи вращения анода, цепи  блокировок, защиты и сигнализации.  В том числе в них входят:   устройства защиты от обрыва или короткого замыкания в цепях  накала трубок,   защита от обрыва фазы напряжения питающей сети,   сигнализация о готовности аппарата к снимку,   сигнализация о включении высокого напряжения,  цепи управления штативно­механическими устройствами,   цепи выбора рабочих мест аппарата и режимов работы. Большое количество цепей блокировок, защиты и сигнализации,  взаимно связанных друг с другом, приводит к тому, что схемы  управления, выполненные на электромеханических реле, становятся  чрезвычайно громоздкими, снижается их надежность и усложняется  обслуживание (поиск отказавшего элемента и устранение  неисправностей).  Именно по этим причинам в современных стационарных  рентгенодиагностических аппаратах в схемах управления  используется специальный микропроцессор.  В микропроцессорных схемах управления связи между элементами  значительно упрощаются, также упрощается и эксплуатация.  При включении аппарата происходит опрос готовности блоков схемы  к работе, неисправные элементы выявляются автоматически и  индицируются на пульте управления, что дает возможность  персоналу быстро заменить неисправный блок. При защите рентгеновской трубки от перегрузки появляется  возможность учета фактического теплового режима трубки после  предшествующих включений с помощью тепловой модели трубки. При  смене ее в процессе эксплуатации персонал может быть избавлен от  трудоемкой работы по корректировке цепей накала благодаря  введению специальной сервисной программы, осуществляющей эту  операцию автоматически. Существенно расширяются возможности  при выборе параметров снимка в режиме автоматики по органам  благодаря большому объему памяти и простоте ее  перепрограммирования. 6\ ГЛАВНАЯ ЦЕПЬ. Цепь питания электрической энергией рентгеновской трубки,  состоящая из регулировочного элемента РН, высоковольтного  трансформатора ГТ и выпрямителей В называется главной цепью  питающего устройства и рентгеновского аппарата в целом. Ко всем типам рентгенодиагностических аппаратов предъявляются  одинаковые требования: диапазон напряжений ­ от 35 до 150 кВ,  предельное количество электричества (экспозиция), необходимое  для получения изображения объекта 1­250 мАс при снимках, 1000  мАс при просвечивании с УРИ. Основным отличием, в наибольшей мере определяющим выбор схемы  и методику расчета главной цепи аппарата, является длительность  рентгенологического исследования. В условиях общей рентгенодиагностики колеблется время составляет от 3­102 с (просвечивание) до 10­3 с (снимки). Выдержка времени при снимках определяет основные  конструктивные и схемные черты аппарата потому, что от нее  непосредственно зависит мощность аппарата, так как количество  энергии, для исследования оказывается для всех аппаратов  величиной, близкой к постоянной. Количество электричества, необходимое для формирования  рентгеновского изображения объекта исследования, зависит от  чувствительности приемников рентгеновского излучения, как при  просвечивании, так и при фиксации изображения.  Типичные условия эксплуатации аппарата в режиме просвечивания: 5 мин работы ­ 5 мин перерыв; режим просвечивания называют  повторно кратковременным. Время снимка для уменьшения динамической составляющей  нерезкости изображения должно быть наименьшим. Если, например,  к аппарату предъявляются требования транспортабельности при  достаточно низких требованиях к качеству, то время снимка может  ограничиваться десятыми долями секунды. В стационарных  аппаратах, предназначенных, например, для рентгеноконтрастного  исследования, выдержка снимка определяет успех исследования и  должна быть порядка 0,001 с.