[1]Заявляемая полезная модель относится к рентгенотехнике, в частности к области разработки рентгеновских трубок, и может быть использовано в медицинской рентгенодиагностике.
[2]Одним из основных параметров, определяющих качество получаемых рентгеновских изображений при проведении рентгенодиагностических исследований в медицине, является размер фокусного пятна рентгеновской трубки. Чем меньше размер фокусного пятна, тем выше резкость и контраст изображения мелких и малозаметных деталей, распознаваемость которых в большинстве клинических случаев имеет решающее значение для ранней и точной установки диагноза (Лагунова И.Б., Чикурдин Э.Б., Ставицкий Р.В. и др. Технические основы рентгеновской диагностики. - М.: Медицина, 1973. - 457 с.).
[3]Однако уменьшение размеров фокусного пятна обуславливает уменьшение тока рентгеновской трубки, поскольку существуют естественные физические ограничения мощности, подводимой к мишени трубки электронным пучком малого размера и рассеиваемой на ней. Уменьшение тока трубки приводит к уменьшению интенсивности генерируемого рентгеновского излучения, что, в свою очередь, накладывает существенные ограничения на размеры и плотность объектов медицинской диагностики.
[4]Например, для распознавания трабекулярного рисунка при диагностике механических травм мелких костей конечностей, остеоартрозов, термических поражений костной ткани и т.д. необходимо использование рентгеновской трубки с размером фокусного пятна 0,02÷0,05 мм. Использование такого фокусного пятна позволяет реализовать перспективную схему съемки с увеличением изображения в несколько раз, что обеспечивает раннюю и точную диагностику при целом ряде заболеваний (Васильев А.Ю. Рентгенография с многократным увеличением в клинической практике. - М.: ИПТК «Логос», 1998. - 148 с.). Ток современных рентгеновских трубок с пятном указанных размеров равен около 100 мкА. При этом токе время просвечивания крупных объектов: головы, тазобедренного сустава, брюшной полости, грудной клетки и т.д. может составлять от нескольких секунд до нескольких десятков секунд, что недопустимо на практике вследствие естественного движения внутренних органов или тремора пациента.
[5]Чтобы обеспечить просвечивание крупных объектов за необходимое малое время в несколько десятых долей секунды ток рентгеновской трубки должен быть равен нескольким десяткам - сотням миллиампер. Для этих целей используются рентгеновские трубки с вращающимся анодом (Основы рентгенодиагностической техники / Под ред. Н.Н.Блинова Учебное пособие. - М.: Медицина, 2002, стр.29). В состав трубки с вращающимся анодом входят: катодный узел, вакуумный баллон и анодный узел. На анодную горловину анода надевается статорная обмотка электродвигателя, обеспечивающего вращение анода. Однако минимальный размер фокусного пятна в таких трубках составляет около миллиметра. Такое достаточно большое фокусное пятно не позволяет получить резкое изображение при съемке объектов, содержащих костную структуру, например, тазобедренного или коленного суставов, плеча и т.д., даже с небольшим увеличением в 1,5-2 раза.
[6]Таким образом, существует техническое противоречие. Рентгеновская трубка с малым фокусным пятном обеспечивает высокоинформативную съемку с увеличением изображения, но вследствие малой мощности не может просветить за короткое время экспозиции такие крупные объекты медицинской диагностики как голова, тазобедренный сустав, брюшная полость, грудная клетка и т.д. Рентгеновская трубка с большим фокусным пятном может просветить перечисленные выше объекты за необходимое короткое время экспозиции, но качество изображения в большинстве случаев будет недостаточным для ранней и точной установки диагноза.
[7]Известны современные рентгеновские трубки с вращающимся анодом для медицинской диагностики, которые имеют катодный узел с двумя катодами (Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроения, 1980. - кн.1. 1980, стр.72). Один - маленький катод, который обеспечивает малое фокусное пятно, его характерные размеры в зависимости от типа трубки могут составлять 0,3÷0,5 мм. Второй - большой катод, обеспечивающий большое фокусное пятно с размерами 1÷5 мм.
[8]Соответственно, при съемке объектов небольшого размера, содержащих мелкие детали строения, например, суставы конечностей рук или ног, включается «малый фокус» трубки. При съемке крупных и плотных объектов, например, головы, тазобедренного сустава, брюшной полости, грудной клетки - включается «большой фокус».
[9]Однако, как показывает практика, в целом ряде областей медицины, например в педиатрии и неонатологии, травматологии и ортопедии, маммологии и т.д. наличие всего двух значений размеров фокусного пятна недостаточно для установления однозначного диагноза. Число выбираемых и устанавливаемых значений размеров нужно существенно увеличивать: расширять диапазон выбора в сторону меньших значений до 0,02÷0,05 мм.
[10]С этой целью в катодном узле рентгеновской трубки с вращающимся анодом можно установить несколько катодов, размеры которых последовательно уменьшаются и, тем самым, обеспечить необходимый набор размеров фокусного пятна. Однако такой способ приведет как к усложнению конструкции рентгеновской трубки и рентгеновского аппарата в целом, так и к увеличению их габаритов и массы. Поэтому оптимальным с точки зрения простоты конструкции, а также обеспечения минимальных габаритов и массы способом устранения описанного выше технического противоречия будет следующее решение: используется катодный узел с одним - большим катодом, а регулировка размеров фокусного пятна в сторону его уменьшения осуществляется путем подачи отрицательного (запирающего) по отношению к катоду напряжения на фокусирующий электрод. В этом случае будет обеспечена плавная регулировка размеров фокусного пятна от максимально возможного значения до минимально необходимого при изменении напряжения на фокусирующем электроде.
[11]В качестве прототипа заявляемой полезной модели используется однофокусная рентгеновская трубка с вращающимся анодом, (Байза К., Хентер Л., Хонбок Ш. Рентгенотехника. - Б.: Из-во А Н Венгрии, 1973, стр.73), включающая в себя вакуумный баллон, анодный узел на основе вращающегося анода с массивной или прострельной мишенью и катодный узел,. В состав катодного узла входят: держатель катода, прямонакальный катод и фокусирующий электрод. Катод выполнен в виде винтовой спирали, выводы которой крепятся в держателе, причем на один из выводов напрессован керамический изолятор. На держателе катода закреплен фокусирующий электрод. В описанной конструкции держатель катода, один из выводов спирали катода и фокусирующий электрод электрически соединены. Второй вывод спирали катода электрически изолирован от фокусирующего электрода посредством керамического изолятора. Благодаря этому обеспечивается нагрев катода путем подачи напряжения накала UH на оба вывода спирали катода.
[12]В такой конструкции катодного узла размеры фокусного пятна рентгеновской трубки определяются геометрическими размерами спирали и фокусирующего электрода, а также их взаимным расположением. Соответственно выбор и регулировка размеров фокусного пятна в зависимости от конкретного объекта исследования не могут быть осуществлены.
[13]Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка универсальной рентгеновской трубки с вращающимся анодом и регулируемым фокусным пятном, которая обеспечивает получение технического результата, заключающегося в получении высококачественных рентгеновских изображений как объектов небольших размеров, содержащих костные ткани, так и крупных плотных объектов, содержащих мышечные, жировые и др. ткани.
[14]Для получения указанного технического результата рентгеновская трубка, включающая в себя вакуумный баллон, анодный узел на основе вращающегося анода с массивной или прострельной мишенью и катодный узел, содержащий держатель катода, прямонакальный катод, выполненный в виде винтовой спирали, выводы которой крепятся в держателе, и фокусирующий электрод, при этом на обоих выводах спирали установлены керамические изоляторы.
[15]Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена рентгеновская трубка с вращающимся анодом, на фиг.2 - катодный узел рентгеновской трубки, а на фиг.3 - принципиальная электрическая схема питания рентгеновской трубки.
[16]Рентгеновская трубка с вращающимся анодом (фиг.1) состоит из вакуумного баллона 1, анодного узла 2 с анодом 3 и катодного узла 4.
[17]В состав катодного узла 4 рентгеновской трубки (фиг.2) входят: держатель катода 5, прямонакальный катод 6 и фокусирующий электрод 7. Катод 6 выполнен в виде винтовой спирали, выводы которой крепятся в держателе, причем на оба вывода напрессованы керамические изоляторы 8. На держателе катода 5 закреплен фокусирующий электрод 7. В описанной конструкции только держатель катода 5 и фокусирующий электрод 7 электрически соединены. Катод 6 полностью изолирован от фокусирующего электрода 7.
[18]При работе рентгеновской трубки на оба вывода спирали катода подается напряжение накала. Катод разогревается и в прикатодной области образуется облако свободных электронов. После подачи ускоряющего напряжения положительной полярности между катодом и анодом свободные электроны из этого облака устремляются от катода к аноду, образуя анодный ток рентгеновской трубки. При этом размеры электронного облака определяют размер фокусного пятна рентгеновской трубки. Для регулировки размеров фокусного пятна необходимо подать управляющее напряжение Uупр отрицательной полярности между катодом и фокусирующим электродом (фиг.3). В зависимости от величины управляющего напряжения Uупр размеры фокусного пятна ⌀фп будут изменяться от максимального значения (⌀фп=⌀фп мах) при управляющем напряжении равном нулю до минимального значения (⌀фп~0) при управляющем напряжении равном напряжению запирания Uзап(Uупр=Uзап).
[19]При этом для упрощения эксплуатации рентгеновской трубки с регулируемым фокусным пятном пульт управления рентгеновского аппарата снабжается набором кнопок органавтоматики. Каждая из кнопок набора отмечается символом просвечиваемого органа: палец, кисть, стопа, колено, бедро, грудная клетка, голова и т.д. Путем включения той или иной кнопки на трубку подается управляющее напряжение, обеспечивающее размер фокусного пятна, «соответствующий» просвечиваемому органу с точки зрения получения необходимого качества изображения за необходимое короткое время съемки.
[20]Процедура выбора размеров фокусного пятна может осуществляться автоматически одновременно с выбором режимов рентгеновской съемки просвечиваемого органа.
