Pengantar pesawat sinar-X

2/1/2013

1

WORKSHOP UJI KESESUAIAN PESAWAT SINAR-X

RADIOLOGI DIAGNOSTIK DAN INTERVENSIONAL UNTUK

INSPEKTUR 28 - 31 MEI 20121

PENGANTAR PESAWAT SINAR-X

SUNARYA

Staf Direktorat Inspeksi

Fasilitas Radiasi dan Zat Radioaktif

Badan Pengawas Tenaga Nuklir

POKOK BAHASAN

� Tabung pesawat sinar-X

� Katode

� Anode

� Glass envelope

� Tube Housing

� Filtration

� Kolimator

� Generator

2




2/1/2013

2

� Tabung Sinar-X

3




� Komponen Tabung Sinar-X

• Katode

• Anode

• Rotor/Stator

• Glass (or metal) envelope

• Tube Housing

4

Insert Tube




2/1/2013

3

Insert tube

5

KatodeAnode

Glass envelope




6




2/1/2013

4

• Katode

7

• Sumber elektron yang dibutuhkan untuk menghasilkan sinar-X

• Terdiri dari filamen (tungsten) sebagai penghasil awan elektron

yang terjadi akibat emisi panas (thermionic emission),

temperatur minimum yang dibutuhkan sekitar 3700oF (2000oC)

dan diselubungi oleh focusing cup yang berfungsi mengarahkan

electron beam ke target (anode)

• Terhubung dengan filament circuit yang menyediakan tegangan

untuk filamen sampai dengan 10 V dan arus listrik sampai

dengan 7 A




Katode

8

2/1/2013

5

9

Fokus kecil

Fokus besar

Fokus kecil Fokus besar




10

1: long tungsten filament2 : short tungsten filament3 : real size cathode1: mark of focal spot

housing cathode




2/1/2013

6

11

Tube voltage (kVp)

Filament current (A)

Arus filament pada anoda putar

dengan focal spot 1 mm dan

pada tegangan dengan

gelombang penuh




• Anode

12

• Merupakan target yang memiliki tegangan positif

• Terbuat dari bahan campuran tungsten (W, Z = 74) (90%) dan

rhenium (Re, Z = 75) (10%), untuk pesawat mamography

digunakan Molybdenum (Mo, Z = 42) and rhodium (Rh, Z = 45)

• Rentang sudut kemiringan anode 7 – 20 derajat, biasanya yang

sering digunakan pada umumnya pada 12 – 15 derajat

• Perputaran standar anode 3400 rpm.

• Secara khusus anode akan berputar lebih cepat seiring dengan

meningkatnya energi panas akibat pemberian faktor kondisi

penyinaran yang tinggi, bisa mencapai 10000 rpm.

2/1/2013

7

13




14

Effective focal length = Actual focal length X sin (θ)




2/1/2013

8

15




16




2/1/2013

9

17

1 : anode track2 : anode track




18

Focal Track Focal Track




2/1/2013

10

Heel effect

� heel effect adalah terjadinya penurunan intensitas sinar-X pada daerah sisi anode.

� Posisi terbaik tabung sinar-X adalah dengan menempatkan bagian yang tebal dari pasien pada sisi katode, untuk menyeimbangkan transmisi sinar-X pada image receptor.

19




20

kV Heat (%) X Rays (%)

60 99.5 0.5

200 99 1.0

4000 60 40




2/1/2013

11

HEAT UNITS (HU)

� 1(satu) Phase

21

� 3(tiga) Phase dgn frekuensi

tinggi (konstan)

HU = kVp x mA x s

3ɸHU = 1,4 x kVp x mA x s




22

2/1/2013

12

23

240

220

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

Elapsed time (min)

Hea

t u

nit

s st

ore

d (

x 10

00)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Maximum Heat Storage Capacity of Anode

Anode cooling chart (II)

24




2/1/2013

13

25

Focal track




26




2/1/2013

14

• Glass envelope and tube vacuum

27

• Bahan glass envelope terbuat dari kaca pyrex

� Menghindari elektron bertubrukan dengan molekul

udara, sehingga tidak menghalangi kecepatan elektron

sampai ke target

� Mengurangi kerusakan filamen akibat oksidasi

• Tabung sinar-X (insert tube) dibuat hampa udara atau dibuat

vakum dengan tekanan di dalam tabung kurang dari 10-5 Hg




• Tube Housing

28

• Terbuat dari selubung timbal (Pb)

• Terdapat minyak khusus yang berguna

sebagai pendingin tabung dan

penyerap sinar-X yang mungkin saja

terjadi akibat lain dari tumbukan

elektron ke target (diluar area focal

spot)yang dikenal dengan off-focus x-

ray. Minyak juga berfungsi sebagai

isulator dari tegangan listrik yang ada.

• Biasanya juga dilengkapi bakelite

window atau langsung filter

tambahan dari bahan aluminium

2/1/2013

15

Filtration

Penyaringan atau

memberikan filter pada

tabung pesawat sinar-X

berguna untuk menyaring

sinar-X yang tidak

berguna (memiliki energi

yang rendah). Filter

dikelompokan menjadi 2,

yaitu :

1. Inherent filter

2. Additional filter

29




Inherent Filter

30

Component Thickness

(mm)

Aluminium-Equivalent

Thickness (mm)

Glass envelope 1.4 0.78

Insulating oil 2.36 0.07

Bakelite window 1.02 0.05

Data from Trout, E. Radiol. Technol. 1963; 35:161




2/1/2013

16

31

Added Filter

Filter tambahan

(Additional filter)




32

Bahan aluminium dengan

kemurnian 99.9 %




2/1/2013

17

33




34

Kolimator

Bahan kolimator biasanya terbuat dari

blok timbal, dilengkapi lampu dan

cermin dengan kemiringan 45o untuk

mengidentifikasi luas kolimasi melalui

bayangan yang terbentuk




2/1/2013

18

35

Coincidence of light

& x-ray field




Generator

36

Fungsi utama generator adalah menyediakan daya

listrik yang diperlukan pesawat sinar-X untuk

memproduksi sinar-X.

Ada tiga jenis generator :

� Generator satu fase

� Generator tiga fase

� Generator frekuensi tinggi




2/1/2013

19

37

Skema circuit pesawat sinar-X

F. mA meterG. Rectification bridgeH. Xray tubeI. Resistor for mA selectorJ. Step-down transformer

A. Sumber listrik dari PLNB. Tombol eksposur dan timerC. Autotransformer for kVp selectionD. kVp meterE. Step-up transformer




38





2/1/2013

20

39





40

Generator satu fase

Generator ini menghasilkan satu atau dua pulsa arus searah (DC). Pada

gambar terlihat gelombang satu fase di ubah menjadi menjadi dua pulsa

(full-wave) setelah melewati rangkaian penyearah (rectifier).

Waktu minimum eksposur yang dimiliki oleh rangkaian generator satu fase

biasanya terbatas pada interval 1/120 detik.




2/1/2013

21

41

Pada gambar terlihat daya satu fase tidak dapat menghasilkan sinar-X yang

konsisten, terlihat saat arus pada titik nol (brown sections) tidak ada foton

yang dapat dihasilkan.




42

Generator tiga fase

Generator tiga fase menggunakan tiga sumber

tegangan, yang masing – masing membentuk

gelombang satu fase dari tegangan AC dengan

siklus 120o (0, 120 dan 240 derajat)

2/1/2013

22

43

Generator tiga fase

Ketiga fase tersebut merupakan kabel dengan

konfigurasi “delta” sehingga memiliki tiga puncak

tegangan. Sebuah rangkaian penyearah akan

menghasilkan 2 pulsa per siklus untuk generator 3

fase-6 pulsa

44

Generator tiga fase memberikan tegangan yang

lebih konstan ke tabung sinar-X dan dapat

menghasilkan waktu paparan yang sangat singkat.




2/1/2013

23

45

Generator frekuensi tinggi

Pada generator frekuensi tinggi, satu

atau tiga fase tegangan AC merupakan

tegangan masukan yang dikoreksi dan

dirapikan (rectified and smoothed) untuk

membentuk arus searah (DC).

Sebuah rangkaian inverter menghasilkan

gelombang frekuensi tinggi berbentuk

persegi.

Rectification and capacitance smoothing

memberikan hasil keluaran tegangan

gelombang tinggi seperti pada sistem

tiga fase.




46




2/1/2013

24

47

Didefinisikan sebagai perbedaan antara

tegangan puncak dan tegangan minimum,

dibagi dengan tegangan puncak dan

dikalikan 100 :

Voltage ripple




48

2/1/2013

25

49

• Didefinisikan sebagai energi per satuan waktu yang

dapat diberikan oleh generator atau diterima oleh

tabung sinar-X selama operasi.

• Power rating biasanya digunakan sebagai indikasi

kualitas secara keseluruhan, dan biasanya dinyatakan

dalam satuan kilowatt (kW).

• Standar untuk membandingkan mesin sinar-x adalah

dengan menggunakan mA maksimum yang

tersedia pada 100 kVp, dengan waktu paparan 0,1

detik.

Power rating




50

Pada generator satu fase, karena voltage ripple terlalu

besar diberikan konstanta 0.7 untuk besaran hilangnya

efisiensi yang terjadi.




2/1/2013

26

51




52




2/1/2013

27

53




54

Jumlah produksi sinar-X sebanding

(proportional) dengan :

Ztarget x kVp2 x mA




2/1/2013

28

Lebih lanjut pada referensi :

55




56




Pengantar pesawat sinar-X

Technology