Berikut Dasar Pesawat Rontgen

Radiology Dasar

Teori Dasar :

Pesawat radiology adalah alat / pesawat medik yang bekerja mengunakan radiasi pengion baik itu sinar nuklir,gamma,sinar X dan lain-lain

Pesawat roentgen adalah alat / pesawat medik yang bekerjanya mengunakan radiasi sinar X, baik untuk keperluan fluoroskopi maupun radiografie.

Sejarah singkat ditemukannya sinar X :

Sinar X pertama kali ditemukannya oleh Willhem Conrad Rontgen pada tahun 1895, beliau mengunakan tabung Geslier yaitu tabung yang terbuat dari Glass Envelope yang didalamnya terdapat gas Argon atau Xenon yang jika ada perbedaan potensial diantara anoda dan katoda maka gas –gas ini akan terionisasi dan elektron-elektron akan membebaskan diri dari ikatan atomnya. Elektron yang terdekat dengan anoda akan langsung ditarik keanoda sehingga terjadi hole. Hole ini akan diisi oleh elektron berikutnya, tempat yang ditinggalkan elektron ini akan menjadi hole lagi dan terjadi pengisian lagi oleh elektron berikutnya, begitu seterusnya sehingga akan terjadi estafet elektron dan terjadilah rangkaian tertutup dan terjadilah arus elektron yang berkebalikan dengan arus listrik yang kemudian disebut arus tabung . Pada saat yang bersamaan, elektron-elektron yang ditarik ke anoda tersebut akan menabrak anoda dan ditahan. Jika tabrakan elektron tersebut tepat diinti atom disebut peristiwa Breamstrahlung dan apabila menabraknya dielektron dikulit K, disebut K Karakteristik. Akibat tabrakan ini maka terjadi hole-hole karena elektron-elektron yang ditabrak tersebut terpental. Hole-hole ini akan diisi oleh elektron-elektron lain. Perpindahan elektron ini akan menghasilkan seatu gelombang elektromagnetik yang panjang gelombangnya berbeda-beda. Gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 0,1 – 1 A inilah yang kemudian disebut sinar X atau sinar Rontgen. Tabung X ray jenis pertama ini disebut Cold Chatoda Tube

Namun pada perkembangan selanjutnya, pada tahun 1913, Collige menyempurnakan penemuan Rontgen dengan memodifikasi tabung yang digunakan. Tabung yang digunakan adalah tabung vakum yang didalamnya hanya terdapat 2 elektroda yaitu anoda dan katoda. Tabung jenis ini kemudian disebut Hot Chatoda Tube dan merupakan tabung yang dipergunakan untuk pesawat Rontgen konvensional yang sekarang. 

Cara kerja Hot katoda Tube :

Tabung yang digunakan adalah tabung vakum yang didalamnya hanya terdapat 2 elektroda yaitu anoda dan katoda. Katoda / filamen tabung rontgen dihubungkan ke transformator filamen. Transformator filamen ini akan memberi supply sehingga mengakibatkan terjadinya pemanasan pada filamen tabung rontgen, sehingga terjadi Thermionic Emission, dimana elektron-elektron akan membebaskan diri dari ikatan atomnya, sehingga akan banyak terjadi elektron bebas dan terbentuklah awan elektron.

Anoda dan katoda di hubungkan dengan transformator tegangan tinggi 10 KV – 150 KV. Primer HTT diberi tegangan AC ( bolak-balik ) maka akan terjadi garis-garis gaya magnet ( GGM ) yang akan berubah – ubah bergantung dari besarnya arus yang mengalir. Akibat dari perubahan garig-garis gaya magnet ini akan menyebabkan timbulnya gaya gerak listrik ( GGL ) pada kumparan sekunder, yang besarnya tergantung dari setiap perubahan fluks pada setiap perubahan waktu ( E = - d Φ / dt ). Dari proses ini didapatkanlah tegangan tinggi yang akan disuplay ke elektroda tabung rontgen.

Pada saat anoda mendapatkan polaritas + dan katoda mendapat polaritas - maka elektron-elektron bebas yang ada disekitar katoda akan ditarik menuju anoda, akibatnya

terjadilah suatu loop ( rangkaian tertutup) maka akan terjadi arus elektron yang berlawanan dengan arus listrik yang kemudian disebut arus tabung. Pada saat yang bersamaan, elektron-elektron yang ditarik ke anoda tersebut akan menabrak anoda dan ditahan. Jika tabrakan elektron tersebut tepat diinti atom disebut peristiwa Breamstrahlung dan apabila menabraknya dielektron dikulit K, disebut K Karakteristik. Akibat tabrakan ini maka terjadi hole-hole karena elektron-elektron yang ditabrak tersebut terpental. Hole-hole ini akan diisi oleh elektron-elektron lain. Perpindahan elektron ini akan menghasilkan seatu gelombang elektromagnetik yang panjang gelombangnya berbeda-beda. Gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 0,1 – 1 A inilah yang kemudian disebut sinar X atau sinar Rontgen . 

Blok diagram Pesawat roentgen konvensional

1. Blok Rangkaian Power Supply

Ragkaian ini berfungsi untuk mendistribusikan tegangan pada seluruh rangkaian pesawat sesuai yang dibutuhkan oleh masing-masing rangkaian. Rangkaian ini terdiri dari :

1. Saklar.

Berfungsi untuk menghubungkan supply listik PLN dengan pesawat roentgen.

2. .Fuse / sekring

Berfungsi sebagai pengaman.

3. Voltage Compensator

Alat yang berfungsi untuk mengkompensasi nilai tegangan yang diperlukan pesawat jika terjadi penurunan atu kenaikan pada supply PLN Jika tegangan naik kita harus menambah jumlah lilitan primer dengan memutar selector voltage compensator dan jika tegangan turun kita harus mengurangi jumlah lilitan primer dengan memutar selector voltage compensator sehingga diperoleh perbandingan transformasi antara tegangan dan jumlah lilitan primer dengan tegangan dan jumlah lilitan sekunder adalah tetap dengan demikian diperoleh nilai tegangan pada setiap lilitan akan tetap.

Perbandingan transformasi dapat dirumuskan :

E1 : N1 = E2 : N2

Dimana E1 = Tegangan di primer

N1 = Jumlah lilitan di primer

E2 = Tegangan di sekunder

N2 = Jumlah lilitan di sekunder

Contoh : E1 : N1 = E2 : N2

220 : 220 = 1 : 1

Jika tegangan dari PLN stabil 220 v dan lilitan primer jumlahnya 220 maka perbandingan output di sekunder = 1:1 maksudnya, pada setiap lilitan terdapat 1 volt tegangan.

Jika tegangan dari PLN naik menjadi 230 v dan lilitan primer 220, maka perbandingan output ¹ 1 : 1;

230 v : 220 ¹ 1 : 1 

agar diperoleh nilai tegangan setiap lilitan (pada output / sekunder) akan tetap 1 : 1 maka kita harus menambah jumlah lilitan primer sebanyak 10 lilitan.

E1 : N1 = E2 : N2

230 v : 230 = 1 : 1

Maka perbandingan transformasi tetap.

Jika tegangan dari PLN turun menjadi 210 v dan jumlah lilitan primer tetap 220 maka perbandingan pada sekunder (output) ¹ 1 : 1

210 v : 220 ¹ 1 : 1

Agar tetap diperoleh perbandingan transformasi 1 : 1 / tetap, maka kita harus mengurangi jumlah lilitan primer sebanyak 10 lilitan.

210 v : 210 = 1 : 1 

Maka diperoleh perbandingan transformasinya tetap.

1. Auto Trafo :

Alat untuk memindahkan daya listrik dari satu rangkaian ke rangkaian lain dengan cara menaikkan atau menurunkan tegangan keseluruh pesawat. Autotrafo adalah transformator yang kumparan primer dan kumparan sekundernya menjadi satu dalam satu core 

2. Line Resistance ( R Mate)

Setiap pesawat mempunyai hambatan atau R yang diberikan oleh pabrik, contohnya pada pesawat shimadzu R=0,04-0,08Ω, resistance ini disebut R internal ( R pesawat ). Sehinnga R line adalah tahanan atur yang berfungsi untuk mencocokkan tahanan pengkabelan dengan tahanan yang dibutuhkan pesawat.

R internal = R. mate (line) + R. Eksternal (pengkabelan).

3. Voltage Indicator :

Untuk mengetahui apa tegangan PLN mengalami kenaikan atau penurunan.

4. KVP selector Mayor

Untuk memilih tegangan tinggi / memilih besarnya beda potensial antara anoda dan katoda, yang besar selisih tiap terminal x 10 KV

5. KVP selector Minor

Untuk memilih tegangan tinggi / memilih besarnya beda potensial antara anoda dan katoda, yang besar selisih tiap terminalnya 1 KV

6. Voltage regulator :

Untuk memilih tegangan PLN 110/220/380 Vac tergangtung dengan pesawat yang digunakan dan dinegara mana.

2. Blok Rangkaian Pemanas Filamen.

Fungsinya untuk memberikan catu daya dan mengatur besar arus pemanas filament agar terjadinya termionic emission bisa di kendalikan sehingga jumlah electron – electron bebas yang dihasilkan pada filament tabung rontgen bisa dicontrol.

Rangkaian ini terdiri dari :

Ø Rangkaian Stabilisator Tegangan.

Fungsinya untuk menstabilkan tegangan untuk rangkaian pemanas filament sehingga pengaruh fluktuasi tegangan PLN tidak mengakibatkan kerusakan yang signifikan pada filament tabung rontgen. Rangkaian ini terdiri lagi kumparan primer yang kita sebut N1, kemudian kumparan sekunder yang terdiri dari N2 dan N3. N2 di paralel dengan C diseri dengan N3. Masukkan / input disebut Ek1 dan keluaran / output disebut Ek2.

Ada 3 kemungkinan keadaan pada stabilizer tegangan :

1. EK 1= EK 2 ( PLN Normal )

Tidak terjadi penaikan / penurunan tegangan PLN. Pada N2,tegangan mendahului arus sebesar 90o sedangkan pada C arus akan mendahului tegangannya rebasar 90o. Sehingga pada tegangan C dan tegangan N2 akan mempunyai besar tegangan yang sama (karena diparallel) tetapi fasenya akan berlawanan. Perbedaan fasa ini menyebabkan terjadinya peniadaan impedansi antara R dan C sehingga tegangan pada stabilisator tegangan adalah tegangan yang keluar melewati R internal dan bukan R impedansi.

2. EK 1> EK 2 ( kenaikan tegangan PLN)

Karena terjadi kenaikan tegangan PLN, maka tegangan pada N2 juga akan mengalami kenaikan. Pada saat tersebut adalah masa transisi (perubahan), dimana tegangan pada C masih tetap (tidak mengalami perubahan), sehingga antara tegangan pada N dan tegangan pada C terjadi beda fase sebesar IXN2 - IXC ( karena Xc lebih kecil ), sehingga besar keluaran pada N dan C (parallel) = IXN2 - IXC + I.R

3. Pada saat Ek1

Jika tegangan diprimer Turín maka tegangan di sekunder juga akan ikut turun (N2 dan N3 tegangannya akan turun). Meskipun tegangan di N2 turun tapi tegangan di C tidak akan langsung turun, hal ini karena belum terjadi stedy state sehingga antara teganagn di C dan N2 terjadi selisih fase dimana tegangan di C akan lebih besar dari tegangan di N2.

maka pada E = IXC + IXN2 sehingga Ek2 = E + IXN3

Ø Space Charge Compensator

Alat ini berfungsi untuk mengkompensasikan nilai arus tabung agar sesuai dengan yang dipilih meskipun terjadi perubahan tegangan tinggi pada tabung roentgen. Rangkaian ini berupa variable resistor (VR) yang terdiri dari tap-tap, yang tiap tap-tapnya mempunyai nilai R yang berbeda-beda.

Karakteristik tabung roentgen:

- Semakin tinggi tegangan maka arus akan semakin besar.

- Tabung roentgen hanya bekerja pada daerah space charge.

Selector pada SCC ini digank dengan kvp selector moyar dengan maksud agar pada saat kita memilih besar tegangan kita juga mengatur/memilih besarnya nilai R pada SCC. Jika posisi kvp selector mayor pada pemilihan KV tertinggi maka pada SCC nilai R nya akan pada posisi dengan nilai R tertinggi begitu juga sebaliknya.Hal ini dimaksudkan supaya pada saat KV naik maka SCC yang terdiri dari VR dan digank dengan KV selector, maka nilai R pada SCC juga naik sehingga terjadi voltage drop yang besar pada SCC dan mengakibatkan tegangan pada pemanas filamen berkurang, jadi walaupun energi yang menarik elektron lebih kuat tetapi jumlah electron yang ditarik sedikit maka nilai arus tabung yang terjadi sesuai dengan yang telah ditentukan.. Kemudian pada saat KV turun maka nilai R space charge compensator yang terdiri dari VR yang telah digank dengan KV selector akan turun juga, sehingga terjadi voltage drop yang kecil pada SCC dan mengakibatkan tegangan pada pemanas filamen bertambah / naik sehingga awan elektron naik (semakin banyak) sehingga walaupun energi yang menarik electron kecil tapi electron yang ditarik banyak maka nilai arus tabung yang terjadi sesuai dengan

Ø mA control

Berfungsi untuk mengatur arus pemanas filament yang kemudian akan digunakan sebagai penentu besarnya arus tabung yang digunakan. Alat ini disambung seri dengan trafo filament. Untuk memilih arus tabung kita sebenarnya memilih nilai R nya untuk menentukan voltage drop pada VR. Semakin besar pilihan mA maka pilihan tap tersebut berada pada posisi nilai R yang paling kecil,sehingga voltage dropnya kecil. Dan semakin kecil mA maka pilihan tap tersebut berada pada posisi nilai R paling besar. Arus tabung ditentukan oleh besarnya tegangan pada trasformator filamen. Tegangan transformator ini (EF) akan menentukan besarnya arus transformator filamen ini (IF), semakin besar tegangan trafo filamen semakin besar pula arus yang mengalir pada trafo filament,besarnya arus trafo filamen ini akan menentukan banyaknya elektron bebas yang dihasilkan. EF besar --> IF besar --> elektron bebas banyak --> awan electron banyak. Jika R lebih tinggi, tegangan trafo filamen kecil karena dengan tahanan lebih besar maka tegangan pada tegangan trafo lebih kecil karena R tadi menyebabkan voltage drop yang lebih besar.

V = I x R . Tegangan pada filament = Tegangan awal – voltage drop.

Ø 

Stand by Resistance

Alat yang berfungsi untuk memberikan pemanasan awal pada filamen tabung rontgen agar terjadi pre heating sebelum expose berlangsung sehingga filament tabung roentgen lebih awet. Alat ini terdiri dari R yang dilengkapi yang dilengkapi dengan kontaktor yang digerakkan oleh delay relay.

Cara kerjanya adalah sebagai berikut, pada saat main swith ON, filament tabung rontgen langsung mendapatkan tegangan dari transformator filament tapi melewati stand by resistant sehingga tegangan yang mengalir bukan tegangan normal. Pada saat expose, timer bekerja dan relay energice bekerja sehingga kontaktor exposure swith terhubung dan kontaktor relay di stand by resistant terhubung (di by pass ), sehingga tegangan akan melewati kontaktor (bukan R lagi) sehingga tidak ada voltage drop sehingga pemanasan filament pada tegangan normal.

Ø Filament limiter (mA limiter)

Alat yang berfungsi untuk membatasi mengalirnya arus filamen, maksudnya agar tegangan pemanas filamen di atas sesuai dengan kemampuan kapasitas filamen tabung rontgen sehingga pemberian tegangan tersebut memberi pemanasan yang normal. Pengunaan filament limiter ini akan lebih terasa terutama pada tabung rontgen yang mengunakan double focus, yaitu focus besar dan focus kecil yang masing-masing dilengkapi filament limiter sendiri. Untuk yang large focus nilai tahanan limiternya kecil, sedangkan untuk yang small focus nilai tahanan limiternya besar yang diatur sekali pada waktu perakitan.

Ø Trafo filament

Berfungsi untuk step down filament, biasanya tegangan yang digunakan adalah tegangan 110 volt menjadi 12 v/18 v tergantung spesifikasi tabung.

Ø Filamen tabung rontgen

Berfungsi sebagai sumber elektron dan juga sebagai katoda..

Terdiri dari bahan Tungsten yang mempunyai titik lebur yang tinggi 3600 oC dengan nomor atom 74. Filamen ini berfungsi sebagai sumber elektron dan juga sebagai katoda

Katoda / filament terbagi 2, yaitu :

a. Katoda Direct

Disebut juga katoda langsung yaitu filament yang sekaligus berfungsi sebagai katoda

a. Katoda Indirect

Disebut juga katoda tak langsung yaitu filament hanya berfungsi sebagai sumber elaktron sedangkan katodanya dipisah (didepan filament), katodanya bias terhubung dengan transformator filament atau dengan sumber lain.

Pada katoda juga dipasang Focussing Cup yaitu alat yang menyerupai mangkok untuk mengfokuskan jalannya electron dari anoda ke katoda.

Katoda juga bisa berupa :

a. Single focus

b. Double focus

Maksud digunakannya double focus agar dapat melayani pengunaan mA(arus) yang berbeda-beda. 

1. Blok Rangkaian Tegangan Tinggi

Pada rangkaian ini terdapat trafo tegangan tinggi yang berfungsi untuk memberikan beda potensial antara anoda dan katoda dimana anoda harus selalu mendapat polaritas positif dan katoda harus selalu mendapat polaritas negatif agar elektron-elektron bebas yang ada disekitar katoda dapat ditarik ke anoda.

Transformator adalah alat yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan dari satu rangkaian kerangkaian lain. Bila transformator tersebut untuk menaikkan tegangan disebut transformator step up ( pada HTT )dan apabila untuk menurunkan tegangan disebut transformator step down ( pada trafo filamen ). transformator step up mempunyai jumlah lilitan sekunder lebih banyak dari pada jumlah lilitan primernya sedangkan transformator step down mempunyai jumlah lilitan sekunder lebih sedikit dari pada jumlah lilitan primernya. Pada HTT jenis transformator yang digunakan adalah step up dan perbandingan transformasinya bisa mencapai 1 : 1000 atau tergantung dari desain pabrik pembuatan. Bila pada kumparan primer dialiri arus bolak balik ( AC ) maka akan timbul garis-garis gaya magnet yang berubah-ubah tergantung dari besarnya arus yang mengalir. Perubahan garis-garis gaya magnet ini akan menyebabkan terjadinya gaya gerak listrik ( ggl ) pada lilitan sekundernya, yang besarnya bergantung dari perubahan fliks pada setiap perubahan waktu.

4.Blok rangkaian tabung rontgen

Merupakan sebuah tabung diode yaitu tabung vakum yang terdiri dari dua elektrode, yaitu anode dan katode. X ray tube adalah tempat berlangsungnya proses terbentuknya sinar x.

~ Pesawat dengan 1 unit x ray tube over table untuk pemotretan tunggal disebut “Pesawat Rontgen 1 examination”

~ Pesawat rontgen yang memiliki x ray tube over table dan under table disebut 2 Examination.

Ada 2 macam x ray tube :

- x ray tube over table à berada diluar patient table

- x ray tube under table à berada di bawah universal patient table

5. Blok tangkaian timer

Timer berfungsi untuk menentukan lamanya proses penyinaran

Terdapat 4 jenis timer yaitu:

1) Timer Mekanik

Cara kerja:

1. menetukan lamanya penyinaran dengan menarik valve p kearah searah jarum jam, dalam waktu yang bersamaan jarum penahan PA lepas hingga gigi gergaji W akan ikut berputar kekanan (searah jarum ajm) kontaktor C dari normally open menjadi close.

2. setelah sesuai waktu yangn ditetapkan, misalnya sampai 0,3 detik jarum PA mengunci roda gigi W.

3. sementyara preparation selesai, yaitu kV, mA dan waktu telah ditetapkan maka PB SWE ditekan, sehingga akan ada arus yang mengalir dari power supply menuju kontaktor C ke PB SWE kemabli ke relay S, kembali ke power supply.

4. sehingga akan menyebabkan relay s energized dan menarik kontak SW3 hingga rangkaian power supply dan rangkaian tegangan tinggi terhubung dan menyebabkan expose (penyinaran) dimulai.

5. sementara PB ditekan, maka akan menekan jarum valve PA sehingga terlepas dari penguncian, gigi gergaji mulai berputar kea rah kiri (berlawanan jarum jam).

Setelah waktu 0,3 detik tadi, valve sampai pada posisi nol. Maka valve akan menyentuh kontaktor C hingga membuka kembali. Dengan membukanya kontaktor C, relay S energized, kontaktor SW3 membuka kembali, sehingga akan memutuskan hubungan antara rangakian Power Supply dengan rangakaian transformator tegangan tinggi hingga proses expose terhenti.

2) Timer Elektrik

Cara kerja :

1. menetukan lamanya penyinaran dengan memutar knop K yang diikuti lengan A kearah kiri (berlawanan jarum jam), misalnya 0,5 detik, dan plat bsi D2 kearah kiri.

2. pada saat itu motor M telah berputar hingga memutar plat D1 kearah kanan (searah jarum jam).

3. saat preparation selesai, yaitu kV, mA, waktu telah ditetapkan maka PB SWE, terminal 1 terhubung dengan terminal 2, terminal 3 terhubung dengan terminal 4.

4. dengan terhubungnya terminal 1 dan terminal 2, maka dari Power Supply akan mengalir arus (menuju relay S) kembali ke power supply, sehingga relay S energized. Dengan energizednya relay, maka plat D2 akan menempel dengan plat D1. sehingga plat D2 bergerak kekanan, diikuti lengan A dan knop K.

5. pada waktu yang bersamaan, ada arus yang mengalir dari power supply menuju ke kontaktor 3-4 lalu ke kontak lalu ke relay SW dan kemudian kembali ke power supply.

3) Timer elektronik

Cara kerja:

1. kita menentukan lamanya penyinaran waktu yang ada, T= R.C

2. SWE ditekan ke posisi on, sehingga terjadi pengisian kondensator dengan arah arus dari terminal(+)→SWR→kondensator C→terminal 1. sementara itu, kontak SWS (bawah) akan close (karena digank dengan SWE), sehingga relay SA akan energized, kontaktor SW3A menutup, sehingga rangkaian power supply dan rangkaian HTT akan terhubung dan expose akan berlangsung.

3. berlangsungnya expose berbarengan dengan pengisian kondensator, sehingga saat muatan kondensator penuh (time konstan 63%, karena merupakan fungsi linier setiap perubahan waktu), yang merupakan tegangan “critical gride”, maka pada posisi 63% itu maka relay SB akan bekerja.

4. dengan berubahnya thyratron, maka arus mengalir ke relay SB sehingga relay SB akan bekerja, dengan bekerjanya relay SB maka kontaktor SW3 membuka.

5. membukannya SW3 menyebabkan terputusnya power supply dengan HTT.

4.Timer Automatic

Cara kerja :

1. menetukan lamanya waktu penyinaran = R.C

2. pada saat PB SWE ditekan maka akan ada arus yang mengalir dari power supply menuju terminal 7,5,6,8 SW3 lalu menuju kumparan primer HTT dan kembali ke supply.

3. maka akan ada arus yang mengalir pada sekunder trafo tegangann tinggi dengan arah arus : Rectifier menuju kapasitor. Sehingga kapasitor akan terisi penuh sebesar 0,63 C.

4. setelah kapasitor terisi penuh, maka Thirytron akan mendapat tegangan sehingga akan mengaktifkan relay S1.

5. dengan aktifnya Relay S1, maka kontaktor SW3 akan terbuka. Sehingga tidak ada arus yang mengalir pada primer trafo tegangan tinggi.

6. prose penyinaran telah selesai.