logo

logo

الهندسة الطبية | الأشعة السينية (جهاز نقال)

اشعه سينيه (جهاز نقال)

X-ray unit mobile - Unité mobile des rayons X

 الشكل

الأشعة السينية (الجهاز النقال)

يتألف جهاز الأشعة النقال

وتصنف أجهزة الأشعة النقالة

 

 

تُستعمل أجهزة الأشعة السينية النقالة mobile X-ray units لتصوير المرضى الموجودين في غرفهم وأقسام العناية المشددة بأشعة رونتغن (السينية)، والذين يتعذر نقلهم لقسم الأشعة نتيجة مرضهم الشديد أو ارتباطهم بالأسرّة بأجهزة شد عظميةً أو بسبب عملية جراحية أو نتيجة تقدم المريض في العمر، وهذا ما يجعل انتقال المريض للمشفى أمراً مستحيلاً. ومن ثم يمكن نقل الجهاز من مكان إلى آخر بحسب الطلب.

يتألف جهاز الأشعة النقال من عدة أجزاء وهي:

أ- أنبوب توليد الأشعة السينية X-ray tube: وهو أنبوب زجاجي مفرغ (الشكل1 ) يحوي كلاً من المصعد والمهبط، إذ يتألف المهبط من فتيل من التنغستين يُسخَّن إلى درجات حرارة عالية بتمرير تيار من مرتبة الميلي أمبير، وهذا ما يؤدي إلى تحرير كمية من الإلكترونات، والتي تتجه إلى المصعد المطبّق عليه جهد كهربائي مرتفع من مرتبة الكيلوڤولط. وباصطدام هذه الإلكترونات بالمصعد، تُثار ذرات مادة المصعد وتنتج من هذه الحادثة حالتان:

الوصف: الوصف: 75-1.psd
الشكل (1): مكونات أنبوب توليد الأشعة السينية (رونتغن) ذي المصعد الثابت.

الأولى: التسخين بنسبة 99 %، وهو ضياع في الطاقة.

الثانية: إصدار الأشعة السينية بنسبة 1 %.

ب- مولد الطاقة: وهو الجزء المخصص لتعديل الجهد، وتقويم التيار لكي يصبح ملائماً لتطبيقه على كل من مصعد ومهبط أنبوب الأشعة. ويتألف من دارتين (الشكل 2)، الأولى هي دارة الفتيل تقوم بمهمة تزويد فتيل أنبوب الأشعة بالتيار المناسب لرفع درجة حرارته إلى درجة مناسبة ومن ثَمَّ إثارة الإلكترونات. وبزيادة هذا التيار يزداد عدد الإلكترونات المهاجرة من الفتيل (المهبط) باتجاه المصعد، وهذا من شأنه زيادة كمية الأشعة. أما الدارة الثانية فهي الدارة الرئيسية والخاصة بالمصعد، ومهمتها رفع جهد المصعد بشكل يمكنه من تلقف الإلكترونات الواردة إليه بطاقة عالية، وهذا ما يؤدي إلى إعطائها قدرة حركية كبيرة تسمح لها باختراق المواد. وكلما زاد الجهد (الكمون) المطبَّق على المصعد، زادت قدرة الأشعة السينية على الاختراق.

الشكل (2): مخطط بسيط لدارتي الفتيل والدارة الرئيسية

يعمل الأنبوب فقط على جانبي القمة الموجبة للموجة الحبيبية في حين تتوقف بعدها، ويؤدي هذا التأرجح إلى اختلاف الطيف الترددي للأشعة السينية المتولدة، مما يؤثر سلباً في الصورة الناتجة. لذا طُوِّرت مولِّدات الطاقة بحسب تعقيد تصميمها وأدائها، وبحيث تعتمد بتسميتها على نوعية التغذية التي تتلقاها من منبع أحادي الطور أو ثلاثي الطور، وكذلك بحسب عدد النبضات التي يستطيع المولد إنتاجها خلال دورة كاملة. وكلما زاد عدد النبضات (أي اقترب من شكل التيار المستمر) في هذه الدورة كان خرج أنبوب الأشعة مستقراً. وقد توصلت الأبحاث إلى ما يُعرف بالمولِّدات العالية التردد، وفيها يكون مولد الطاقة قادراً على إنتاج موجة تيار مستمر بتزويده بالتيار المتناوب.

ج- المسدِّد collimator: وهو الجزء الذي يقوم بعملين؛ أولهما منع مرور الأشعة الطرية (soft X-ray) التي تُعدّ ضارة ولا تفيد في التشخيص، وثانيهما: التأكد من ورود الأشعة إلى المكان المراد تصويره بتشغيل مصدر ضوئي (الشكل 3) ينعكس على مرآة، ساقطٍ على المنطقة المراد تصويرها، وهذا ما يعطي المستخدم انطباعاً عن المساحة التي ستسقط عليها الأشعة السينية. ويمكن تعديل هذه المساحة بتعديل الزاوية والمساحة بين المغاليق الداخلية internal shutters. وحين يرغب الطبيب في القيام بالتصوير تدور المرآة خارجة عن حقل مرور الأشعة.

الشكل (3): يبين بنية المسدد المستخدم في أجهزة التصوير الشعاعي النقال.

ح- مستقبِل الصورة أو الكاشف (الفلم الشعاعي): يتألف كاشف الأشعة X (الشكل 4) من بضع طبقات: طبقة مركزية من بروميد الفضة silver bromide وطبقتان فوق هذه الطبقة وتحتها من الفسفور، يليها من الخارج طبقات فسفورية مما يسمى شاشة تكثيف intensifying screen، وهي مصنوعة من تنغستات الكلسيوم calcium tungstate . يؤدي سقوط أشعة X على شاشات التكثيف إلى زيادة كثافة الأشعة الساقطة، وبدورها تنتقل إلى الطبقة الفسفورية، مما يؤدي إلى تألقها وتحولها إلى ضوء مرئي يقع على طبقة الفلم الحساس.

الشكل (4): بنية الفلم المستخدم في التصوير الشعاعي السيني

وتصنف أجهزة الأشعة النقالة تبعاً لـ :

1ـ نوع أنبوب الأشعة المستعمل:

يمكن استخدام أنبوب الأشعة ذي المصعد الثابت كما في الشكل (1) عندما يكون الجهاز مخصصاً لاستخدامات بسيطة لا تؤدي إلى تراكم حمولات حرارية عالية على مصعد الأنبوب. وفي حال تطلب استخدام الجهاز في غرف العمليات أو في قسم الإسعاف بأعباء تصوير متكررة في مدة زمنية قصيرة؛ يُستخدم النوع ذو المصعد الدوّار(الشكل 5)، إذ يضمن دوران المصعد توزع الحرارة على مساحة كبيرة منه، وهذا ما يساعد على تحمله للحمولات الحرارية التي يتعرض لها.

الشكل (5): مكونات أنبوب توليد الأشعة السينية (رونتغن) ذي المصعد الدوار

2ـ الطاقة المنتجة:

- منخفضة: تعمل عند تيار أعظمي قدره 10 - 30 ميلي أمبير وفي مجال جهد قمّة 04 - 09 كيلوفولط (kVp) .

- متوسطة: تعمل عند تيار أعظمي قدره 50 - 60 ميلي أمبير عند جهد أعظمى 90 كيلوفولط أو 100 - 150 ميلي أمبير عند جهد أعظمى 59 كيلوفولط، أو 40 - 50 ميلي أمبير عند جهد أعظمى 021 كيلوفولط.

- عالية: تعمل عند تيار أعظمي قدره 300 ميلي أمبير عند جهد أعظمى 521 كيلوفولط.

3ـ الحجم وطريقة الانتقال:

أ- نقال على عجلات: ويتألف الجهاز كما يبيّن الشكلان (6) و(7) من مولد الطاقة الذي يتحرك على قاعدة بعجلات كبيرة. وهناك ساعد يُعلَّق عليه أنبوب الأشعة مع محدد الساحة الشعاعية. ولسهولة المناورة والتصوير يُفضَّل أن يحقق الجهاز الحركات التالية:

الشكل (6): مخطط تمثيلي للحركات التي يقوم بها جهاز التصوير الشعاعي النقال

الحركة حول المحور X وهي الحركة الدورانية حول محور الذراع الأفقي الحامل لأنبوب الأشعة وحول المحور Y هي الحركة الدورانية حول محور الذراع العمودي الحامل لأنبوب الأشعة، أما المحور Z فهي حركة دورانية حول محور أنبوب الأشعة، والحركة الخطية الأفقية، والحركة الخطية الشاقولية. وقد تنفذ هذه الحركات كلها بترتيب يختلف عن ترتيب الشكل (6) كما هو موضح في الشكل (7) حيث تم إضافة مفصل آخر بين الذراع الحامل للأنبوب مع الذراع الشاقولي المثبت على الجهاز.

الشكل (7): جهاز تصوير شعاعي نقال.

يمكن أن تكون عجلات الجهاز مزوَّدة بمحرك كهربائي يعمل على مدخرة بجهد 12 ڤولطاً لسهولة تحريك الجهاز ونقله.

ب- محمول: يمكن أن يُحمل الجهاز باليد (الشكل 8) أو يُجهَّز بقاعدة نقالة تُنصَّب ويُعلّق الجهاز عليها للقيام بالتصوير، ومن ثم يُفك عنها لإعادة نقله.

الشكل (8): جهاز تصوير شعاعي نقال من الطراز المحمول.

4ـ تصميم منبع التغذية:

تُصنَّف أجهزة التصوير الشعاعية النقالة تبعاً لطبيعة منبع التغذية التي تتزوّد منه. فإما أن تعتمد على بطاريات لتزويدها بالطاقة (battery- powered) أو تُستخدم المكثفات لتخزين الشحنة وتفريغها (النموذج السعوي) في دارة توليد الموجة اللازمة.

ففي النموذج العامل بالبطارية (الشكل9 ) تُستخدم عموماً بطاريات النيكل كادميوم NiCd (type 1) وهنا لا يُحتاج إلى التيار الكهربائي إلا لشحن البطاريات فقط. وعادةً يحتاج الجهاز إلى نظام تحكم لتعديل انخفاض جهد البطاريات خلال الاستخدام، مع أن لهذه البطاريات قيمة صغيرة جداً لانخفاض الجهد خلال الاستخدام العادي، وذلك لإمكان تكرار عملية التصوير حتى نفاذ الشحن. تُحوَّل الاستطاعة المستمرة المزوَّدة من البطاريات بجهد قدره 130 أو 220 ڤولطاً وبتيار 10000 ميلي أمبير إلى جهد متناوب يُطبّق على مدخل محول رافع الجهد يعمل بتردد 500 هرتز. يجري تنعيم التعرج إلى نسبة أقل من 5 % باستخدام مكثف تنعيم متوضع في الدارة الثانوية. أما المؤقت الزمني فيجري التحكم فيه بمراقبة الموجة ذات التردد 500 هرتز واستخدام جزء من هذه الموجة يصل إلى 0.001 ثانية في أثناء التصوير. يكون التيار العامل ثابتاً عند 100 ميلي أمبير. ويكون الأنبوب عادة مزدوج البقع المحرقية وللجهاز استطاعة اسمية قدرها 10 كيلو واط.

الشكل (9): مخطط تمثيلي لجهاز التصوير الشعاعي النقال المعتمد على البطاريات كمنبع تغذية.

تحتاج البطاريات المستخدمة عادة إلى عناية وصيانة، فإذا ما تمت صيانتها جيداً فإنها تظل محتفظة بحياة عملها لمدة سنتين، وهذا يستوجب أن تظل الوحدة موصولة إلى التغذية الكهربائية 220 ڤولطاً على نحو يضمن شحنها إلى حدٍ كافٍ بعد استخدامها. ويُفحص مستوى الحموض كل أسبوعين، وفي حال انخفاضه ينبغي إضافة الماء المقطر. وعندما تشحن كاملة يشير ضوء (على غطاء البطارية ) إلى اكتمال شحنها.

أما في النموذج السعوي (الشكل 10) فإن الجهاز يكون عادة ذا استطاعة عالية ومعقد التصميم. تُخزَّن الطاقة في مكثفة ذات سعة كبيرة أولية وتُشحن من منبع التغذية. يقوم العاكس inverter بتحويل الخرج المستمر للتيار من المكثفة والتي تشحن بين لقطات التصوير إلى تيار متناوب 4.5 كيلو هرتز ويُطبق على مولد الأشعة من خلال محول عالي التوتر.

الشكل (10): مخطط تمثيلي لجهاز التصوير الشعاعي النقال المعتمد على مكثفات لتشغيله.

تتميز هذه الوحدات بكونها قادرة على تخزين القدرة (الطاقة) الكهربائية على شكل شحنات كهربائية لاستخدامها في التصوير لاحقاً. لذلك يمكن استخدام هذا الجهاز في الأماكن التي لا تتوافر فيها تغذية كهربائية أو التي لا تحتوي على طاقة كهربائية كافية لتشغيل الجهاز مباشرة أو تعاني انخفاضَ جهد التغذية.

تتميز الوحدة بتزويد خرج أشعة عالٍ (أي شدة تيار مرتفعة)، ومن ثَمَّ أزمنة تعرض أصغر، وهي بسيطة التشغيل. و يكون عادة منبع طاقة الدخل 240 ڤولطاً أو 110 ڤولط أحادي الطور، ويمكن أن يعمل عند جهود أقل من ذلك على الرغم من تذبذب دخل منبع الطاقة، وليس له جهاز مؤقت نظراً لكون الاختيار أو التحكم فقط سيتم للجهد والتيار. وبتفريغ المكثفة تنخفض قيمة الجهد وكذلك قيمة التيار.

وبالضغط على زر التصوير في لوحة الجهاز أو قبضة التصوير (الشكل 11)؛ تُفصل المكثفة عن دارة الشحن وترتبط بأنبوب الأشعة لتنتج الصورة. وينتج تفريغ المكثفة عبر أنبوب الأشعة شدة التيار المطلوب للتصوير.

بالضغط على زر الشحن على لوحة الجهاز، تشحن المكثفة بوساطة منبع التوتر العالي عند المكثفتين C1 و C2. وعندما تصل قيمة التيار إلى القيمة المطلوبة (والتي جرى اختيارها من منصة التحكم)، تتوقف آلية الشحن أوتوماتيكياً ويضيء ضوء أخضر مشيراً إلى حالة الاستعداد. يستغرق شحن المكثفة من 0 كيلوفولط إلى 60 كيلوفولط زمناً قدره نحو 5 ثوانٍ فقط في حين يحتاج إلى 15 ثانية ليشحن من الجهد 0 إلى 100 كيلوفولط.

عندما يبدأ العمل بالضغط على زر التصوير توصل المكثفة إلى أنبوب الأشعة عند النقاط X1 و X2 للقيام بالتصوير. إضافة إلى المقومات ذات الحالة الصلبة (نموذج سيلينيوم) فإن عمل المكثفة الشاحنة هو جهاز تخزين للقدرة (الطاقة) ومضاعف للجهد.

الشكل (11): مخطط تمثيلي لعمل جهاز التحكم المستخدم في جهاز التصوير الشعاعي النقال المعتمد على مكثفات لشحنه.

وخلافاً لأجهزة التصوير النقالة التقليدية؛ يكون محول التوتر العالي ذا حجم صغير في وحدة التفريغ السعوي، فيمكن إذن أن يكون جزءاً من دارة مدمجة مع الأنبوب mono-block وهذا ما يضفي ميزات إضافية عليها من توفير للمكان فلا تكون ضخمة بل خفيفة.

- طريقة تحصيل الصورة:

يعتمد الجهاز على الفلم الذي يوضع في “الكاسيت” الذي يوضع بدوره خلف العنصر المراد تصويره، ثم يتم تحميض الفلم لإظهاره. وقد يكون الكاشف رقمياً (الشكل 12) من خلال لوحة مجهزة بعدد كبير من المحسّات تتحسس بمجرد سقوط الأشعة السينية عليها منتجة إشارة كهربائية بشدة متناسبة مع شدة الأشعة الواردة. وترتبط هذه اللوحة مباشرة بشاشة رقمية تظهر الصورة عليها مباشرة. ويمكن للمستخدم تخزين الصورة على القرص الصلب لحاسوب الجهاز لمعالجتها لاحقاً.

الشكل (12): جهاز التصوير الشعاعي الرقمي النقال.

 

محمد فراس الحناوي

 

 

مراجع للاستزادة:

- S . Blanchard and J . Bronzino, Introduction to Biomedical Engineering. Second Edition. Ed. Enderle. J. D. Elsevier Academic Press. 2005.

- W. R. Hendee and E. R. Ritenour, Medical Imaging Physics. John Wiley & Sons, New York, 2002 .

- R. E. Shroy Jr, M. S. Van Lysel and M. J. Yaffe, X-Ray. The Biomedical Engineering Handbook. CRC Press LLC, 2000.

- J. G . Webster, Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation, Wiley-Inter-science, 2006.

 

 




التصنيف : الهندسة الطبية
النوع : الهندسة الطبية
المجلد: المجلد الثاني
رقم الصفحة ضمن المجلد :
مستقل

بخار الماء (مكثف-)

 مكثِّف البخار Condenser مكثِّف البخار Condenser مبدأ تكثيف البخار واستخلاص الحرارة أنواع المكثفات واستعمالاتها تطبيقات استخدام مكثفات بخار الماء في توليد الطاقة مادة المكثفات في وحدات توليد الطاقة مكثِّف بخار الماء جهاز يستعمل لتكثيف مادة ما وتحويلها من حالتها الغازية إلى حالتها السائلة عن طريق تبريدها. وتتحرر في أثناء ذلك الطاقة الحرارية الكامنة latent heat في هذه المادة، وتنتقل إلى المكثِّف الذي يُسمى أيضاً “المبرِّد” coolant، ويسمى المكثف مكثفاً بخارياً steam condenser عندما يكون الماء هو المادة التي تخضع للتكثيف من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة. 1- مبدأ...

المزيد »