سطح مطلب: مقدماتی- متوسط

زمان مطالعه: ۱۰ دقیقه

پارامتر کیلو ولت (kV) در تیوب اشعه ایکس چیست و تنظیمات آن چگونه روی تصویر تاثیر میگذارد

کیلو ولت (kV) چیست؟

کیلو ولت (kV) یا Kilovolt یک پارامتر کنترلی در تصویربرداری اشعه ایکس است که سطح انرژی فوتون های اشعه ایکس مورد استفاده را تعیین می کند. این پارامتر نشان دهنده اختلاف پتانسیل بین آند و کاتد در تیوب اشعه ایکس است که برای شتاب دادن الکترون ها به کار می رود. در واقع، kV مقدار ولتاژ یا همان اختلاف پتانسیل است که به تیوب اشعه ایکس وارد می شود و باعث شتاب گرفتن الکترون‌ها از کاتد به سمت آند می‌شود.

کیلو ولت (kV) یا ولتاژ اعمال شده این الکترون های گسیل شده از فیلامان را به سمت هدف آندی شتاب می دهد و در نهایت هنگامی که الکترون ها در آند متوقف می شوند، از طریق تابش ترمزی^۵، اشعه ایکس تولید می شود. بنابراین، kV_p مربوط به بالاترین انرژی جنبشی الکترون‌هایی است که به هدف برخورد می‌کنند و متناسب با حداکثر انرژی فوتون طیف گسیل اشعه ایکس حاصله است. البته انرژی میانگین فوتون‌های اشعه ایکس خروجی اهمیت دارد که متناسب با انرژی پیک آن است.

در تجهیزات اولیه و ابتدایی اشعه ایکس، ولتاژ اعمال شده به صورت سیکلی، با یک، دو یا چند پالس در هر سیکل برق AC اصلی تغییر می‌کرد. یکی از راه‌های استاندارد برای اندازه گیری DC پالسی، اندازه دامنه پیک آن یعنی kV_p است. بیشتر مولدهای اشعه ایکس مدرن پتانسیل ثابتی را در سراسر لوله اشعه ایکس اعمال می کنند. در چنین سیستم هایی، kV_p و kV حالت پایدار یکسان هستند. هرچقدر فرکانس ژنراتور بالاتر باشد، پتانسیل تولید شده بین کاتد و آند ثبات بیشتری خواهد داشت و همچنین باریکه الکترونی یکنواخت‌تری تولید می‌شود.

kV_p خاصیتی به نام “کنتراست رادیوگرافی” تصویر پرتو ایکس (نسبت تابش عبوری از مناطق با ضخامت یا چگالی متفاوت) را کنترل می‌کند. هر قسمت از بدن حاوی نوع خاصی از ترکیب سلولی است که برای نفوذ به یک پرتو اشعه ایکس با kV_p خاص نیاز دارد. گفته می شود که قسمت بدن دارای “کنتراست سوژه” است (یعنی آرایش سلولی مختلف دارد: برخی بافت های متراکم و برخی بافت های نه چندان متراکم همه در یک قسمت خاص بدن وجود دارد). به عنوان مثال: نسبت استخوان به عضله به هوا در شکم با نسبت ناحیه قفسه سینه متفاوت است. بنابراین کنتراست سوژه در قفسه سینه بیشتر از شکم است. به منظور تصویربرداری از بدن به طوری که حداکثر اطلاعات را به دست بیاید، مناطق کنتراست سوژه بالاتر نیاز به kV_p بالاتری دارند تا تصویر کنتراست رادیوگرافی پایینی ایجاد شود و بالعکس.

اگرچه حاصل ضرب جریان تیوب و زمان قرار گرفتن در معرض پرتو، که در میلی آمپر ثانیه (mA·s) اندازه گیری می شود، عامل اصلی کنترل کننده چگالی رادیوگرافی است، kV_p نیز به طور غیرمستقیم بر چگالی رادیوگرافی تأثیر می گذارد. وقتی که انرژی (که متناسب با پیک ولتاژ است) جریان الکترون ها در تیوب اشعه ایکس افزایش می یابد، فوتون های اشعه ایکس ایجاد شده از آن الکترون ها بیشتر به سلول های بدن نفوذ کرده و به ثبت کننده تصویر (فیلم، CR یا دتکتور) می‌رسند، منجر به افزایش چگالی فیلم می‌شوند (در مقایسه با پرتوهای انرژی کمتری که ممکن است در بدن در مسیر خود به سمت ثبت کننده تصویر جذب شوند). با این حال، اشعه ایکس پراکنده نیز به افزایش چگالی فیلم کمک می‌کند: هر چه kV_p پرتو بیشتر باشد، پراکندگی بیشتری تولید خواهد شد. پرتوهای پراکنده (Scatter) چگالی ناخواسته را اضافه می کند (یعنی چگالی که اطلاعات درستی را به ثبت کننده تصویر نمی‌رساند). به همین دلیل است که kV_p اساساً برای کنترل چگالی فیلم استفاده نمی شود چون وقتی چگالی ناشی از افزایش kV_p از آنچه برای نفوذ به یک قسمت بدن لازم است بیشتر می‌شود، فقط فوتون‌های بی فایده (پراکنده شده) را به تصویر اضافه می‌کند.

افزایش mAs باعث می شود که فوتون ها (تابش) بیشتری با انرژی kV_p خاص تولید شود. این زمانی مفید است که اهداف بزرگ‌تر بدن تصویربرداری می‌شوند، زیرا به فوتون‌های بیشتری نیاز دارند. هر چه فوتون‌های بیشتری از یک نوع بافت خاص عبور کنند (که kV_p آن در سطح سلولی برهمکنش دارد)، فوتون های بیشتری به ثبت کننده تصویر می رسند. هر چه فوتون های بیشتری از قسمتی عبور کنند و با اطلاعات مربوط به ثبت کننده تصویر برسند، چگالی فیلم روی تصویر حاصل مفیدتر است. برعکس، mAs کمتر فوتون های کمتری ایجاد می‌کند که چگالی فیلم را کاهش می دهد، اما در هنگام تصویربرداری از اهداف کوچکتر مفید است.

اندازه گیری kV_p توسط kV سنج انجام می شود. کیفیت تیوب اشعه ایکس به کیلو ولت اعمال شده در سراسر فیلامان در هدف بستگی دارد. یک تغییر جزئی در kV تصویر را به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار می دهد. بنابراین لازم است kV اعمال شده بر روی تیوب به طور دقیق اندازه گیری شود.

تاثیر تنظیمات kV روی کیفیت تصویر

تنظیم kV از چند طریق بر کیفیت کلی تصویر تأثیر می گذارد:

۱- نفوذ: هر چه تنظیم کیلو ولت (kV) بالاتر باشد، انرژی فوتون های اشعه ایکس بالاتر است که به آنها اجازه می دهد تا به عمق بیشتری در بدن نفوذ کنند. این برای تولید تصاویر واضح از ساختارهای متراکم مانند استخوان ها یا اجسام خارجی ضروری است. تنظیمات kV پایین ممکن است به اندازه کافی به این ساختارها نفوذ نکند و در نتیجه کیفیت تصویر کاهش یابد.

۲- کنتراست: تنظیم کیلو ولت (kV) بر کنتراست تصویر اشعه ایکس نیز تأثیر می گذارد. کیلو ولت (kV) را می‌توان مهمترین عامل تعیین کنتراست دانست زیرا انرژی فوتون‌ها عامل تعیین کننده نحوه نفوذ و پراکندگی آنها و در نتیجه میزان کنتراست تصویر است در حالیکه سایر پارامترها از جمله mA و SID و زمان روی انرژی فوتون‌ها تاثیری ندارند. تنظیمات kV بالاتر، تصاویری با کنتراست کمتر تولید می کند، زیرا فوتون های اشعه ایکس بیشتری از بدن عبور می کنند و کمتر با بافت های مختلف تعامل دارند. لازم به ذکر است نحوه برهمکنش فوتون با مواد مختلف در انرژی‌های مختلف تفاوت دارد. در انرژی پایین‌تر احتمال برهمکنش فوتوالکتریک بیشتر و پراکندگی تابش کمتر است. در انرژی های کمتر تنظیمات kV پایین، تصاویری با کنتراست بالاتر به دست می‌آورد و تشخیص تمایز بین ساختارها یا ناهنجاری‌های مختلف را آسان‌تر می‌کند.

۳- دز تشعشع: تنظیم کیلو ولت (kV) بر میزان تابش دریافتی یک فرد در طول عکسبرداری با اشعه ایکس تأثیر می گذارد. تنظیمات kV بالاتر، تشعشع بیشتری را به بیمار می‌رساند و بطور بالقوه دز را افزایش می‌دهد. متعادل کردن کیفیت تصویر با دز تابش برای به حداقل رساندن قرارگیری بیمار در معرض پرتو در حین دریافت تصاویر مفید تشخیصی بسیار مهم است.

۴- نویز: تنظیمات کیلو ولت (kV) بالاتر باعث کاهش نویز یا دانه دانه شدن در تصویر اشعه ایکس می شود. این می تواند کیفیت تصویر را با ارائه یک نمایش واضح تر از ساختارهای تشریحی بهبود بخشد. با این حال، تنظیمات بیش از حد kV می تواند منجر به پرتودهی بیش از حد و آرتیفکت‌های تصویر شود که می تواند کیفیت کلی را کاهش دهد.

به طور خلاصه، تنظیم کیلو ولت (kV) در تصویربرداری اشعه ایکس با تأثیر بر نفوذ، کنتراست، دوز تابش و سطح نویز، نقش مهمی در کیفیت تصویر ایفا می‌کند. ضروری است که برای اطمینان از تشخیص دقیق و به حداقل رساندن قرارگیری بیمار در معرض تابش، تنظیم kV را بهینه کنیم.

---

پانویس

۱- Thermounic Emission : به جریان‌یافتن حامل‌های بار الکتریکی (شامل یون و الکترون) بر اثر گرما از یک سطح یا از روی یک سد انرژی پتانسیل گفته می‌شود. این پدیده به این سبب رخ می‌دهد که انرژی داده‌شده به حامل‌ها از پتانسیل اتصال‌دهنده‌شان بیشتر می‌گردد. در منابع قدیمی‌تر به این حامل‌ها گرمایون‌ها یا ترمیون‌ها (thermions) گفته‌ می‌شد. سرعت گسیل و انتشار الکترون های آزاد شده در واحد زمان به دما و سطح مفید سیم فیلامان بستگی دارد. 

۲- Focusing Cup: سرپوش کانونی یک الکترود با بار منفی است که رشته فیلامان را احاطه کرده و با تولید میدان الکتریکی الکترون‌های گسیل شده از رشته را به سمت آند شتاب می‌دهد. ولتاژ اعمال شده به سرپوش کانونی قدرت میدان الکتریکی را کنترل می‌کند که بر میزان فشرده شدن باریکه الکترونی تاثیر می‌گذارد. افزایش ولتاژ سرپوش کانونی در یک تیوب اشعه ایکس منجر به اندازه نقطه کانونی کوچکتر می‌شود در حالی‌که کاهش آن منجر به اندازه نقطه کانونی بزرگتر می‌شود.

۳- focal spot size

۴- هنگامی که وضوح فضایی یا رزولوشن مهم است از یک نقطه (یا لکه) کانونی کوچک استفاده می شود تا کمترین میزان نیم‌سایه را داشته باشیم، اما وقتی که مدت پرتودهی کوتاه اولویت است، به منظور تولید فوتون‌های بیشتر در زمان کوتاهتر، از یک نقطه کانونی بزرگ استفاده می شود. اندازه نقاط کانونی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: ۰٫۳ میلی متر و ۰٫۶ میلی متر، برای ماموگرافی. ۱٫۰ میلی متر و ۱٫۲ میلی متر، برای رادیوگرافی عمومی.

۵- در فیزیک به یک تابش الکترومغناطیسی که از کند شدن یا تند شدن، سریع ذرات باردارحاصل می‌شود تابش ترمزی، سفید یا برمشترالونگ می‌گویند. انرژی ذرات (در اینجا الکترون‌ها) حداکثر انرژی فوتون تولید شده را تعین می‌کند.

مقاله فوق توسط بخش تحقیق و توسعه شرکت دلسا پرتو نگار تهیه شده است، باز نشر محتوای فوق تنها با ذکر نام منبع مجاز می باشد.