第二章：诊断用X线机基本装置

第二章诊断用X线机基本装置按用途X线机可分为医用X线机和工业用X线机医用X线机又可以分为诊断用X线机和治疗用X线机第一节诊断用X线机概论•目前，诊断用X线机仍是各级医院普遍使用的X线设备，尤其是对骨骼系统、呼吸系统、胃肠道的检查起着重要和主导作用。•一、诊断用X线机的组成•X线机基本结构都是由X线发生装置和外围装置两大部分组成。•（一）X线发生装置•也称主机装置，其任务是产生X线，并控制线的“质”和“量”。•X线发生装置包括X线管装置、高压发生装置和控制装置；•1.X线管装置•也叫管头，是产生X线的关键组件，由X线管和防电击防散射的管套组成。•2.高压发生装置•也叫高压发生器，作用是为X线管提供高压直流和灯丝加热电压。•3.控制装置•也叫主机或控制台，作用是控制X线的产生和结束，并调节X线的质和量。主要由各种开关、旋钮指示仪表等组成。•（二）外围装置•是根据临床需要而配置的机械辅助装置、影像装置和记录装置。•常见的有诊视床、荧光屏、影像增强器、摄影机、显示器、摄影床、体层装置、滤线器、管头支持装置等。•二、X线机的分类•（一）按电源频率•可分为工频（50Hz或60Hz）、中频（400Hz~20kHz）和高频（20kHz以上）X线机三种。•工频X线机可分为常规X线及和程控X线机。•注：电源频率决定高压发生器输出电压的脉动率和波纹系数。脉动率和波纹系数越小，X线单色性和性能越好。•（二）按最大输出功率•最大输出功率指的是X线管的标称功率。在我国，一般以X线管允许通过的最大管电流来分类的•1.小型：Imax200mA，90kVVmax100kV•2.中型：200mAImax500mA，100kVVmax125kV•3.大型：Imax500mA，125kVVmax150kV•（三）按结构形式分•1.便携式•结构简单，重量轻，装卸方便，X线发生装置和外围装置通常融合成组合式机头。•对供电电源要求不高，交直流电均可供电。•2.移动式•结构紧凑，体积小，输出功率大，移动方便，X线发生装置和外围装置组装在机座上；交直流电均可供电。•3.固定式•组件多而重，体积大，结构复杂，需固定在专用机房内使用，对供电电源和接地装置有严格要求；功能较多，可做多种X线检查。•（四）按应用范围•1.综合型•具有透视、摄影或特殊检查等多种功能，适合对患者各部位作多种疾患的X线检查。•2.专用型•专为临床诊断工作的特殊需要或适应某些专科疾患的检查而设计的，配有各种专用的外围装置。•（五）按使用目的•透视X线机•摄影X线机•胃肠X线机•心血管造影X线机•（六）按高压整流形式•单相全波整流X线机•三项全波整流X线机•（七）按高压主电路形式•工频X线机•逆变X线机•电容充放电X线机第二节医用X线管装置•X线管是X线发生装置的核心部件，其作用是将电能转化成X线能。•产生X线必须具备两个条件：•1.高速电子流•2.适合的阳靶•一、固定阳极X线管•主要由阴极、阳极和玻璃壳组成。•（一）阳极•主要作用：•（1）.受高速电子撞击产生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•主要由阳极头，阳极柄，阳极罩三部分组成。•1.阳极头•由钨靶面和铜体组成。•2.阳极柄•阳极引出管外的部分，由普通铜（紫铜）制成。•主要作用是将阳极头的热量导入高压绝缘油中。•3.阳极罩•又叫阳极帽，用含有一定比例钨的无氧铜制成。•有两个窗口：•正面：阴极电子束入口•侧面：辐射X线出口•二次电子：阴极电子束高速撞击阳靶时，靶面因反射而释放的部分电子。•二次电子的危害•（1）撞击玻璃壳内壁，使玻璃壳高温释放气体，降低管内真空度。•（2）附着在玻璃壁上，造成管壁电位不平衡，产生纵向应力，使玻璃壁损坏•（3）二次电子是散乱的，再次轰击靶面，会产生散乱的X线，降低图像质量。•（二）阴极•由灯丝、聚焦槽、阴极套和玻璃芯柱组成。•其作用是发射电子束并使电子束聚焦，使撞击在靶面上的电子束具有一定的形状和大小。•1.灯丝•作用是发射电子，由有较好的电子发射能力，熔点高，蒸发率低的钨材料制成。•灯丝电压一般为交流5~10V，灯丝电流一般为2~9A，大多为3~6A。•双焦点X线管根据不同功率与焦点的关系，在阴极装有两根长短、粗细不同的螺旋管状灯丝。长、粗的为大焦点灯丝，其截面积大，加热电压较高，单位时间内发射电子数量多，形成管电流大。•小焦点灯丝与大焦点灯丝相反。•二、聚焦槽•也叫阴极头、聚焦罩、集射罩，由纯铁或铁镍合金制成。•其作用是对钨丝发射的电子进行聚焦。•三、玻璃壳•简称管壳，用来固定和支撑阴、阳两极，并保持管内真空。•固定阳极X线管的主要缺点：•焦点尺寸大、瞬时负载功率小。•二、X线管的焦点•X线管的焦点大小对成质量影响很大。•X线管的焦点分为有效焦点和实际焦点两种。•1.实际焦点：阴极电子在阳靶的实际轰击面积。也叫线焦点。•主要取决于槽的形状、宽度及灯丝位于槽中的深度。•2.有效焦点：实际焦点在X线投射方向上的投影。也叫标称焦点。•3.焦点的方位性•X线投影方位越靠近阳极，有效焦点尺寸越小；越靠近阴极，尺寸越大。若投影偏离管轴线与电子入射方向组成的平面，则有效焦点形状会失真。•因此，应注意保持实际焦点中心，X线输出窗中心与投影中心三点一线。•4.焦点增长•管电流增大时，电子数量增加，电子间斥力增大，焦点尺寸出现增大的现象。•综上，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。•三、旋转阳极X线管•主要由靶面、转子、承轴套座、玻璃圈等组成。•（一）靶盘与靶面•主要由热容量大、散热性和抗热膨胀性强的铼钨合金、钼基铼钨合金、石墨基铼钨合金复合靶。•（二）转子•由无氧铜制成，为了高热辐射能力，一般表面都进行了黑化处理。•（三）轴承及其润滑•四、X线管规格与特性•（一）构造参数•指由X线管的结构所决定的非电性能方面的参数。•包括阳极倾角、灯丝尺寸、焦点大小、重量、外形尺寸、管壁的过滤当量、冷却和绝缘方式、旋转阳极X线管的阳极转速、最大允许工作温度等。•（二）电参数•指的是X线管电性能方面的规格数据。•1.最高管电压：X线管两极最高电压峰值。•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的平均值。•3.最长曝光时间：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曝光时间。•4.X线管容量：X线管在安全使用的条件下，单次或连续曝光而无任何损坏时所能承受的最大负荷量。•对于旋转阳极X线管来说，可以从四个方面增大容量•（1）增大靶面积•（2）减小靶面倾角•（3）增加阳极转速•（4）减小管电压的波纹系数•（1）容量计算•P=UI•U为有效管电压•I为有效管电流•标称功率：同一只X线管的容量是个不确定值，通常将一定整流方式和一定曝光时间下X线管的最大负荷量称为X线管的代容量。也叫标称功率，或额定功率。•（2）瞬时负荷的容量表示方法•曝光时间由数毫秒到数秒的单次摄影或透视称为瞬时负荷。•误差范围：我国规定，管电压允许误差为±7%，管电流为±10%，曝光时间为±15%（大于或等于0.1秒，单项非零相位合闸）mAs为±20%。•（3）连续负荷的容量表示法•曝光时间为10秒以上的透视或间隔时间很短的连续摄影成为连续负荷。•一般表示法有两种：•1）限定连续使用时的最大功率•2）限定管电流，管电流•5.生热和冷却特性曲线•混合负荷：连续多次摄影或透视与点片摄影交替进行的曝光称为混合负荷。•（1）X线管的热容量•（2）生热和冷却特性曲线•（三）X线管的特性•1.阳极特性曲线（Ia-Ua）•指X线管灯丝加热电流在某一定值下，管电压（Ua）与管电流（Ia）的关系曲线。•2.灯丝发射特性曲线（Ia-If）•指在一定管电压下，管电流（Ia）与灯丝加热电流（If）的关系。•五、X线管管套•X线管管套是封装X线管的特殊容器。现代X线管管套均为防电击，防辐射，油浸式；X线管封装在管套内使用，称该组合体为X线管装置。•（一）固定阳极X线管管套•（二）旋转阳极X线管管套•（三）组合机头•六、特殊X线管•除了固定阳极和旋转阳极X线管的一般结构以外，还有许多特殊结构和特殊用途的X线管。如金属陶瓷X线管，三级X线管，软X线管等等。第三节高压发生装置•由高压发生器和高压输送部件两部分组成。•一、高压发生器•作用：产生X线管需要的高压和灯丝加热电压。•组成：X线管，高压插头，高压电缆，高压变压器，X线管灯丝加热变压器，高压整流器，高压插座，高压交换闸等。•二、高压变压器•高压变压器是产生交流高压的器件，因此它是一个初、次级绕组匝数相差很大的升压变压器。•（一）结构•由铁芯，初级绕组，次级绕组，绝缘材料和固定件等组成。•要求：结构紧凑、体积小、重量轻、具有良好的绝缘性能和散热效率、负载时内部不能产生过大的电压降。•三、灯丝变压器•是专为X线管提供灯丝加热电压的降压变压器。包括X线管灯丝变压器和高压真空整流管灯丝变压器。•（一）结构•包括铁芯、初级绕组、次级绕组。•（二）特点•1.必须有足够的容量•2.初、次级间必须有足够的绝缘强度•四、高压整流器•自整流：X线管可以看作是一个正空电子二极管，具有单项导电性。高压变压器输出的高压交流电加在X线管两端，利用X线管自身单向导电性进行整流。•（一）高压真空整流管•（二）半导体整流器•五、高压电缆、高压插头及插座•（一）高压电缆的结构•1.芯线：用于导电•2.高压绝缘层：使芯线的高电压与地面之间绝缘•3.半导体层：消除绝缘层外表面与屏蔽层之间的静电场•4.金属屏蔽层：电缆击穿时，芯线与屏蔽层短路，通过固定环接地。•5.保护层：防磨损，防潮，防腐蚀。•六、高压交换闸•七、变压器油•又称绝缘油，为碳氢化合物，为矿物绝缘油。•作用是高压绝缘和散热。•（一）主要性能•1.电介质强度高•2.燃烧点和闪燃点高•3.导热系数高•4.化学性能稳定•5.粘度低•6.凝固点低•7.比重：15.5℃时为0.895g/cm3•8.颜色：浅黄、暗红或水白，透明无悬浮物•（二）老化与再生•一、控制台•根据选择的曝光条件来控制x线的发生和停止。通过控制台能完成X线的开、关机，任意调节、选择电源电压、管电压、管电流、曝光时间等参数，并能预示时光过程中管电压和管电流的实际值。第四节控制装置•（一）控制、选择和调节的方式•1.X线机的主机部分，以实现X线管在透视和摄影过程中的管电压、管电流和曝光时间三个基本参量的控制为主要目的，称为三钮制控制阶段。•2.所使用的主要元件为多位多层选择开关、通用继电器和接触器。控制精度约为0.02s~0.04s。•2.1950~1960年间随着X线机技术的发展，出现了二钮制控制主机系统，即在X线摄影前只预选KV值和X线总辐射量mAs值。•3.20世纪70年代以后出现了单钮控制主机系统，在摄影操作过程中，只需选定KV值，即可在X线管允许的最大容量范围内曝光。•4.后来，由于计算机技术在X线机领域的应用以及采用自动曝光控制系统，又出现了零钮制控制主机系统，按人体脏器分类，设置部位按钮，曝光参数自动选定，操作进一步简化。•目前，为了摄影条件搭配的灵活性需要，三钮制仍然普遍使用。•（二）台面结构•1、开关•⑴电源开关：小型X线机多用组合开关，中、大型X线机多用按钮开关、琴键开关或触摸开关。•⑵手开关：•分为单层开关和双层开关。•单层开关：在按下时为预备，松开后曝光。•双层开关：按下第一层为预备，按下第二层为曝光。•2、调节器•电源电压调节器•透视管电压调节器•摄影管电压调节器•透视管电流调节器•其作用分别是调节电源电压达正常值、调节透视及摄影管电压于需要值、高节透视管电流达适合值。•3、选择器•⑴技术选择器：常用转移开关或琴键开关来实现。又叫功能选择，如滤线器摄影、普通摄影、透视等。•⑵摄影毫安选择器：常用转换开关、琴键开关或触摸开关，根据所需毫安值将转换开关置于相应的位置、按下相应的按键或多次按动触摸开关调节选择达到所需的毫安值•⑶曝光时间选择器。常用刷型开关或触摸开关。其作用是选择摄影时的曝光时间。但早期的小型X线机的曝光时间多采用