医学影像设备学

医学影像设备学岳若蒙第二章X线机基本装置第二章X线机基本装置第二章X线机基本装置第一节X线管装置第二章X线机基本装置固定阳极X线管X线管的焦点旋转阳极X线管X线管的规格与特性X线管管套特殊X线管教学内容第二章X线机基本装置掌握固定阳极和旋转阳极X线管的结构及各部分的作用。熟悉X线管的规格和特性。了解特殊X线管的特点和用途。教学目标第二章X线机基本装置诊断用X线机X线发生装置外围装置X线管装置高压发生装置控制装置机械辅助装置影像装置记录装置第二章X线机基本装置产生条件：①阴极灯丝加热且能发射电子；②X线管两极加上高压。管电压：阴极和阳极之间的直流电压。管电压使电子具有较大的动能。管电流：阴极发射的电子在电场作用下高速流向阳极形成电流。管电流越大，产生的Ｘ光子就越多。第二章X线机基本装置一、固定阳极X线管固定阳极X线管是X线管中最简单的一种，主要由阳极、阴极和玻璃管壳三部分组成。第二章X线机基本装置作用：①接受高速电子流撞击而产生X线；②将阳极热量辐射或传导出管外；③吸收二次电子和散乱射线。（一）阳极结构：阳极头、阳极柄和阳极罩。第二章X线机基本装置1、阳极头：靶面和阳极体组成。靶面：承受高速运动的电子流轰击，产生X线。靶面材料一般都选用钨（Z=74），钨的特点:：熔点高（3370℃），蒸发率低，原子序数大，又有一定的机械强度。钨的缺点：导热率小，受电子轰击后产生的热量不能很快地传导出去，焊接到导热率较大的无氧铜制成的阳极体上。2、阳极柄：普通铜(紫铜)制成，引出管外至高压绝缘油中，将阳极头热量传导出去。第二章X线机基本装置2、阳极帽：吸收二次电子和散乱射线。（1）结构：两个窗口，头部圆口面对阴极，是高速运动的电子流轰击靶面的通道；侧下部圆口向外，是X线的辐射通道。窗口1窗口2第二章X线机基本装置⑵二次电子：高速运动的电子流轰击靶面时，会有少量的电子从靶面反射和释放出来，这部分电子称为二次电子。⑶危害：①其能量较大（约为原来的99%），轰击到玻璃壳内壁上，将使玻璃壳温度升高而释放气体，降低管内真空度或使玻璃壳击穿；②二次电子再次被阳极吸引轰击到靶面上时，由于没有经过聚焦，将辐射出非焦点散射X线，使X线影像质量降低；③二次电子还会附着在玻璃壁上，造成整个管壁电位分布极不均匀，产生纵向应力，易致玻璃壁损坏。第二章X线机基本装置作用：发射电子并使电子束聚焦，使撞击在靶面上的电子束具有一定的形状和大小。（二）阴极结构：灯丝、聚焦槽、阴极套和玻璃芯柱。第二章X线机基本装置1、灯丝：发射电子，钨，螺旋管状，分为单焦点和双焦点(大、小焦点)。。灯丝电压越高，灯丝温度越高，发射电子数量就越大，调节灯丝加热电压即可实现管电流的调节。为了延长灯丝寿命，灯丝加热方式通常采用预热增温式。小焦点大焦点第二章X线机基本装置2、聚焦槽：又名阴极头、聚焦罩、集射罩，对阴极灯丝发射的电子进行聚焦。形成主焦点的电子轨迹形成副焦点的电子轨迹第二章X线机基本装置又称管壳，固定和支撑阳、阴两极，保持高真空。由熔点高、绝缘强度大、膨胀系数小的钼组硬质玻璃制成。（三）玻璃壳第二章X线机基本装置二、X线管的焦点1、实际焦点：阴极电子在阳极靶面上的实际轰击面积。实际焦点的形状由灯丝的形状决定，通常为长方形；大小取决于聚焦槽的形状、宽度及灯丝位于槽中的深度。实际焦点越大，X线管的瞬时负载功率越大。第二章X线机基本装置2、有效焦点：实际焦点在X线各个投照方向上的投影。实际焦点在垂直于X线管长轴方向的投影称为X线管的标称有效焦点。有效焦点=实际焦点×sinθ第二章X线机基本装置IEC规定，有效焦点的标称值为一无量纲的数值，其值是有效焦点或实际焦点的宽度。如1.0，1.2，但目前，有效焦点的标注方法仍用习惯标注法，如：2.0mm×2.0mm、1.0mm×1.0mm或0.3mm×0.3mm等。第二章X线机基本装置3、焦点的方位性：投影方位愈靠近阳极，有效焦点尺寸愈小；愈靠近阴极，有效焦点尺寸愈大。实际摄影中，应注意保持实际焦点中心、X线输出中心、投影中心三点一线，即：X线中心线对准摄影部位中心。第二章X线机基本装置4、焦点增涨：管电流增大时，由于电子数量增多，电子之间斥力增大，使焦点尺寸出现增大的现象。第二章X线机基本装置综上所述，有效焦点的大小与实际焦点、投照方位、管电流和管电压的大小有关。有效焦点越小成像质量越高。第二章X线机基本装置有效焦点越小，影像清晰度越高。有效焦点为点光源时，图像边界分明，几何模糊小，影像清晰度高；有效焦点越大，图像边界上的半影越大，几何模糊越大，影像清晰度降低。减小有效焦点，势必减小实际焦点，X线管的功率随之减小，曝光时间增加，将会引起运动模糊。由此可见，减小焦点面积以减小几何模糊、改善影像清晰度与增大X线管功率以缩短曝光时间、减小运动模糊相矛盾。固定阳极X线管常采用双焦点的办法来折中几何模糊和运动模糊之间的矛盾，另一有效方法是采用旋转阳极X线管。第二章X线机基本装置三、旋转阳极X线管焦点与功率的关系：实际焦点越大，瞬时负载功率越大焦点与成像质量的关系：有效焦点越小，成像越清楚结构：阳极、阴极、玻璃管壳第二章X线机基本装置旋转阳极X线管由于阳极是一个可以高速旋转的圆盘(实际焦点很大，有效焦点可以很小），所以具有瞬时功率大、焦点小的优点。第二章X线机基本装置旋转阳极X线管的阳极主要由靶面、转子、转轴、轴承套座、玻璃圈等组成。第二章X线机基本装置1、靶盘与靶面：靶盘单凸状圆盘，中心固定在转轴上，转轴一端与转子相连，要求有良好运动平衡性；靶面倾角6。~15。之间，铼钨合金做靶面，钼或石墨做靶基。热辐射式散热。第二章X线机基本装置2、转子：无氧铜制成，为提高热辐射能力，表面黑化。阳极转速低速时2700r/min(50Hz)，高速时8500r/min(150Hz)。阳极转速越高，X线管功率越大，但是，提高转速需考虑转子的运动平衡、轴承的承能力。旋转阳极X线管工作时，必须在转速达到预定值时（启动时间约0.8~1.2s），才能加管电压产生X线，否则会造成靶面溶化损坏。因此，都设有旋转阳极启动延时保护电路。曝光结束后，为防磨损和共振，需制动装置快速停转。3、轴承及其润滑由耐热合金钢制成，润滑剂多采用二硫化钼、银、铅等固体材料。第二章X线机基本装置四、X线管的规格与特性（一）构造参数：由X线管的结构所决定的非电性能方面的参数，如阳极倾角、灯丝尺寸、焦点大小、外形尺寸、重量、管壁的滤过当量、冷却和绝缘方式、旋转阳极转速、最大允许工作温度等。（二）电参数：指X线管电性能方面的规格数据。1、最高管电压：允许加在X线管两极的最高电压的峰值，单位千伏(kVp)。超过此值，会导致管壁放电，击穿损坏。第二章X线机基本装置2、最大管电流：在管电压和曝光时间一定的情况下，X线管内允许通过的最大电流平均值，单位毫安(mA)。超过此值，将导致X线管靶面过热损坏缩短X线管灯丝寿命，造成X线管损坏。3、最长曝光时间：在管电压和管电流一定的情况下，X线管一次曝光所允许的最长时间，单位秒(s)。超过此值，X线管阳极将因累积热量过多、温度过高导致靶面损坏。第二章X线机基本装置4、X线管的容量：又称负荷量，X线管在安全使用条件下，单次或连续曝光而无任何损坏时所能承受的最大负荷量。①容量计算：P=UI/1000(kW)P：X线管的负载功率U：管电压的有效值I：管电流的有效值整流方式不同，U、I的有效值不同。容量与曝光时间有关，曝光时间增长，由于热量累积，容量将相应减小。第二章X线机基本装置固定阳极X线管的代表容量：指在单相全波整流电路中，曝光时间1秒时所能承受的最大负荷旋转阳极X线管的代表容量：指在三相全波整流电路中，曝光时间0.1秒时所能承受的最大负荷。X管型号：XD51-20·40/125XD：国产诊断用X线管；51：旋转阳极(≥50)，固定阳极(50)；20·40：小焦点代表容量20kW，大焦点代表容量40kW;125：最高工作管电压125kV。②代表容量/标称功率/额定容量：一定整流方式和一定曝光时间下X线管的最大负荷量。第二章X线机基本装置③瞬时负荷的容量表示法：曝光时间为数毫秒到数秒的单次摄影或透视称为瞬时负荷。第二章X线机基本装置④连续负荷的容量表示方法：曝光时间为10秒以上的透视或间隔时间很短的连续摄影称为连续负荷。分为限定连续使用时的最大功率和限定管电压、管电流两种标注方法。大、中型X线机一般设计有容量保护装置，当单次摄影选择的曝光条件过高，超过X线管的最大允许负荷时，摄影不能进行。第二章X线机基本装置5、生热和冷却特性曲线①X线管的热容量：X线管处于最大冷却速率时，允许承受的最大热量称为热容量，单位HU或焦耳(J)。1J=1kV(有效值)×1mA(有效值)×1s1HU=1kV(峰值)×1mA(平均值)×1s冷却速率：单位时间内，阳极靶面传导给其他介质的热量，又称散热速率。第二章X线机基本装置②生热与冷却特性曲线生热特性曲线：表示X线管在负荷时，热量增加的速率与曝光时间的关系。可确定X线管在不同热量增加的速率下，可连续与断续工作的时间。冷却特性曲线：表示曝光结束后，阳极热量散发与冷却时间的关系。可确定X线管的最短休息时间。第二章X线机基本装置某X线管的生热和冷却特性曲线第二章X线机基本装置某X线管装入管套后的生热和冷却特性曲线第二章X线机基本装置（三）X线管的特性：1、阳极特性曲线：X线管灯丝加热电流在一定值下，管电压(Ua)与管电流(Ia)的关系曲线。空间电荷：灯丝后端发射出来的电子由于电子之间相互排斥和灯丝的屏蔽作用，在管电压较低时会滞留在灯丝后方的空间，形成空间电荷。空间电荷只能随着管电压的升高逐渐飞向阳极。第二章X线机基本装置①O-A1段：线性比例区，由于空间电荷的影响，管电流随着管电压的升高而增大；②A1-B1段，饱和区，管电流与管电压基本无关，只随灯丝加热电流的增大而增大。第二章X线机基本装置为了实现管电压和管电流的分开调节，X线管在曝光产生X线时，应使灯丝工作于饱和区，并加空间电荷补偿装置。空间电荷补偿原理：当管电压升高时，适当减小灯丝加热电流，以使管电流值不随管电压的变化而变化，反之，当管电压降低时，适当增加灯丝加热电流。第二章X线机基本装置2、灯丝发射特性曲线：在一定管电压下，管电流(Ia)与灯丝加热电流(If)的关系。第二章X线机基本装置五、X线管套X线管管套是封装X线管的特殊容器，两者合称X线管装置、X线管组件或X线管头，具有防电击、防散射、油浸式等特点。1、固定阳极X线管管套变压器油：高压绝缘和散热膨胀器：防止变压器油油压升高放射窗：X线射出窗，内凹减少油层厚度增大X线输出量第二章X线机基本装置2、旋转阳极X线管管套：在阳极端内侧设置旋转阳极启动电机定子绕组，其引线接线柱固定在阳极端内层封盖上。第二章X线机基本装置3、组合机头：是将X线管、灯丝变压器以及高压变压器等共同组装在一个充满变压器油的密封容器中，称为组合机头。第二章X线机基本装置六、特殊X线管1、金属陶瓷X线管：结构上阴极、阳极与普通旋转阳极X线管一样，只是玻璃管壳改为由金属和陶瓷组合而成。金属部分是管壳主体，仅在高压接入部分用陶瓷与管壳绝缘。消除了钨沉积层的影响，延长X线管寿命。第二章X线机基本装置2、三极X线管：三极X线管在普通X线管的阳极与阴极之间加了一个控制栅极，可以阻止阴极灯丝发射的电子，即可控制X线的产生，也称栅控X线管。用于快速连续X线摄影。第二章X线机基本装置3、软X线管：用于软X线摄影。①铍窗（Z=4，滤过吸收小）②钼靶（产生长波软线多）③短极距（弥补灯丝发射特性）第二章X线机基本装置课堂小结1、旋转阳极X线管的阳极结构：（）A、阳极头、转子B、阳极头、阳极柄C、靶面、钼杆、转子D、阳极帽、转子、钼杆2、关于实际焦点与有效焦点，下列说法不正确的是（）A、实际焦点指灯丝发射电子聚焦后轰击在阳极靶面上的积B、实际焦点一定的情况下，减小靶角可以减小有效焦点C、有效焦点指实际焦点在X线管长轴方向的投影D、有效焦点越小得到的影像越清晰第二章X线机基本装置课堂小结4、对