3.10. Рентгеновские излучатели компьютерных томографов

Рентгеновские излучатели КТ должны удовлетворять некоторым дополнительным требованиям по сравнению с излучателями обычных рентгенодиагностических аппаратов. Разработка новой модели томографа обычно сопровождается и разработкой трубки новой модели.

Томографические излучатели отличаются от обычных более высоким уровнем средней мощности и удельной тепловой нагрузки, большой точностью формирования заданного фокального распределения, долговременной и кратковременной стабильностью излучения в пространстве, надежностью и устойчивостью к механическим и тепловым нагрузкам; для томографов третьего поколения — способностью формировать короткие прямоугольные импульсы излучения со стабильной формой фронтов.

Размеры фокального пятна в трубках для КТ составляют от 1´5 до 2´10 мм, средние размеры — 1´8 мм. В некоторых конструкциях трубок применяют дополнительный фокусирующий электрод, изменением напряжения на котором можно плавно менять размеры фокуса.

Быстродействие томографа непосредственно зависит от достижимой интенсивности излучения и, следовательно, от допустимой тепловой нагрузки на анод трубки. Возможности увеличения этих нагрузок практически исчерпаны, что препятствует дальнейшему повышению быстродействия томографов.

Непрерывная мощность трубок с неподвижным анодом, применяемых в большинстве томографов первых двух поколений, составляет 4 кВт. Для снятия таких тепловых нагрузок с анода применяются системы масляного охлаждения.

В специально разработанной фирмой “CGR” трубке ND 804 для нейродиагностического томографа ND 8000 величина долговременной удельной нагрузки фокального пятна анода повышена до 480 Вт/мм2, что примерно в 3 раза превышает нагрузочную способность обычных трубок. При такой удельной нагрузке и оптическом фокусе размерами 1´5 мм трубка в непрерывном режиме отдает мощность 2,4 кВт.

В быстродействующих сканирующих системах четвертого поколения в качестве источников непрерывного излучения повышенной интенсивности применяются трубки с вращающимся анодом.

Фирма “EMI Medical” в томографе СТ 7070 применяет трубку с вращающимся анодом и оптическим фокусом размерами 1,5´1,5 мм, которая снабжена системой масляного охлаждения. Трубка развивает длительную среднюю мощность до 15 кВт и имеет кажущуюся удельную нагрузку фокуса около 6,7 кВт/мм2. Фирма “Picker” (США) в томографе Synerview 600 (300) использует также рентгеновскую трубку с вращающимся анодом и масляным охлаждением, имеющую при непрерывном излучении среднюю мощность порядка 24 кВт.

Еще более серьезные требования предъявляются к трубкам в быстродействующих сканирующих системах третьего поколения, использующих импульсное излучение. В этих трубках при указанных выше средних нагрузках необходимо в Q раз повысить величину импульсной мощности (Q - скважность импульсов). Это означает, что при типичных значениях скважности от 3 до 5 необходимо довести импульсную мощность до 50–100 кВт. Чтобы вращение анода использовалось наиболее эффективно, он должен совершить 1/tимп об/с. Так при длительности импульса 3 мс потребуется вращать анод со скоростью 333 об/с или 20 000 об/мин.

Фирмой “Siemens” разработана импульсная трубка OPTI 150 СТ для томографа Somatom. Эта трехэлектродная трубка имеет массивный анод, способный вращаться с повышенной скоростью и обладающий увеличенной теплоемкостью. Трубка охлаждается маслом. Поэтому даже при максимально напряженном режиме исследования — одно сканирование пациента за 2,5 с, полный цикл из 25 сканирований за 4 мин при средней пропускной способности 5 пациентов в час — не требуется дополнительных пауз для охлаждения трубки. Фотоэлектронная система контроля температуры анода, размещенная внутри кожуха излучателя, исключает возможность перегрева трубки и выхода ее из строя.

В табл. 3.2 приведены основные параметры рентгеновских трубок для некоторых распространенных КТ-систем [6].

Таблица 3.2.

Основные параметры рентгеновских трубок, используемых в КТ