X線發(fā)生裝置資料實用教案

1、第一節(jié) X射線產(chǎn)生原理(yunl)及性質(zhì)第1頁/共86頁第一頁，共87頁。X射線產(chǎn)生(chnshng)原理 電子源； 高壓電場及真空； 適當(dāng)(shdng)的阻擋物(金屬靶面)來承受高速電子的能量，使高速電子所帶的動能轉(zhuǎn)變成X線。第2頁/共86頁第二頁，共87頁。X射線的基本(jbn)性質(zhì) 波長(bchng)很短的不可見電磁波 穿透作用 能量大，能穿透一般光線不能穿透的物質(zhì)，包括人體 熒光作用 熒光屏、增感屏、影像增強器的輸入屏 感光作用 電離作用 電離室、正比計數(shù)管、蓋革彌勒計數(shù)管第3頁/共86頁第三頁，共87頁。X射線的質(zhì) X射線的質(zhì)是指X射線能量的大小(dxio)，可用X線管的管電壓來描述

2、X射線的質(zhì)，單位為kV。第4頁/共86頁第四頁，共87頁。不同(b tn)質(zhì)的X射線的用途第5頁/共86頁第五頁，共87頁。X射線的量 X射線的量是指單位時間內(nèi)通過X射線入射方向(fngxing)的垂直的單位面積內(nèi)的X射線光子數(shù)的多少。通常用管電流 I (mA)和曝光時間t(s)的乘積來描述。即毫安秒(mAs)。第6頁/共86頁第六頁，共87頁。第7頁/共86頁第七頁，共87頁。X射線與物質(zhì)(wzh)相互作用 A) 光電吸收：物質(zhì)原子完全吸收光子能量，原子中的電子被高速轟出，原子被電離(dinl)； B) 康普頓散射：物質(zhì)原子部分吸收光子能量，入射X射線以較低的能量射出，同時還有高速電子，原子

3、同樣被電離(dinl)；第8頁/共86頁第八頁，共87頁。第9頁/共86頁第九頁，共87頁。X射線與人體(rnt)相互作用 X射線強度隨入射深度呈指數(shù)衰減； 與物質(zhì)密度有關(guān)，密度越大，對X射線衰減越多，如骨骼中的鈣和磷等，對X射線吸收較多，而肌肉(jru)中含有的氫、碳和氧等對X射線吸收較少。碘、鋇通常用作造影劑。 與X射線能量有關(guān)，能量越大，被吸收和散射的越少，穿透力越強。第10頁/共86頁第十頁，共87頁。能量(nngling)不同70,000 V110,000 V第11頁/共86頁第十一頁，共87頁。當(dāng)X射線穿出人體(rnt)。 拍胸片時，只有約1%的X射線穿出人體； 散射射線的危害：形

4、成噪聲并顯著降低圖像對比度； 膠片感光，為什么到達膠片的射線越多，沖洗(chngx)之后的膠片越黑？第12頁/共86頁第十二頁，共87頁。加與不加濾線柵返回(fnhu)第13頁/共86頁第十三頁，共87頁。什么(shn me)使膠片發(fā)黑？第14頁/共86頁第十四頁，共87頁。X射線對人體(rnt)的影響劑量(jling)與危害第15頁/共86頁第十五頁，共87頁。X射線對人體(rnt) X射線撞擊原子，使其電離，被轟電子又有可能撞擊其他原子，單個光子可能造成成百上千個生物分子電離； 被電離的分子，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； DNA是細胞增殖、遺傳的物質(zhì)(wzh)基礎(chǔ)，是引起細胞生化、生

5、理改變的關(guān)鍵性物質(zhì)(wzh)； 若受損DNA還能自我復(fù)制，則可能形成腫瘤或白血病； 若卵細胞或精子受損，則他們的后代可能異常； 若胎兒的DNA受損，則發(fā)育畸形。第16頁/共86頁第十六頁，共87頁。第二節(jié) X線管 固定陽極(yngj)X線管 旋轉(zhuǎn)陽極(yngj)X線管 特殊X線管 球管參數(shù) 管套第17頁/共86頁第十七頁，共87頁。陽極柄陰極燈絲真空玻璃管焦點固定(gdng)陽極X線管第18頁/共86頁第十八頁，共87頁。陽極(yngj)靶面 一般用鎢制成。 優(yōu)點(yudin)：熔點高3370度；高溫下，蒸汽壓低，蒸發(fā)少，可延長X線管的使用壽命。 缺點：導(dǎo)熱率小，熱量不能很快傳導(dǎo)。需通過真空熔

6、焊把鎢靶焊接在無氧銅體上，以增強靶面的散熱。第19頁/共86頁第十九頁，共87頁。 固定陽極X線管的靶面靜止不動，高速運動的電子流總是轟擊在靶面固定的同一位置上。由于單位面積上所承受的最大功率是一定(ydng)的（200W/mm2），所以固定陽極線管的功率是有限的。第20頁/共86頁第二十頁，共87頁。二次電子高速運動的電子流轟擊靶面時，會有少量的電子從靶面反射和釋放出來，這部分電子稱為二次電子。二次電子有害無益，其能量較大（約為原能量的99%），轟擊到玻璃殼內(nèi)壁上，將使玻璃殼溫度升高而釋放氣體，降低管內(nèi)真空度或使玻璃殼擊穿；二次電子再次被陽極吸引轟擊到靶面上時，由于沒有經(jīng)過聚焦，將輻射出非焦

7、點散射線，使線影像(yn xin)質(zhì)量下降。第21頁/共86頁第二十一頁，共87頁。陽極(yngj)帽陽極(yngj)帽固定在陽極(yngj)上，并罩在靶面的四周，與陽極(yngj)同電位，故可吸收50%60%的二次電子，并可吸收一部分散射線，從而保護線管并提高影像質(zhì)量。第22頁/共86頁第二十二頁，共87頁。陽極(yngj)柄陽極柄固定線管并將曝光(bo gung)時產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去。它與陽極頭的銅體相連，其管外部分浸在油中，通過與油之間的熱傳導(dǎo)，將靶面的熱量傳導(dǎo)出去。第23頁/共86頁第二十三頁，共87頁。陰極(ynj)固定(gdng)陽極X線管的陰極結(jié)構(gòu)第24頁/共86頁第二十四頁，共

8、87頁。燈絲(dn s)由鎢制成（發(fā)射電子能力強、高溫下不易蒸發(fā)、良好的延展性、容易加工成細絲），其作用是輻射熱電子。燈絲(dn s)通電后，溫度逐漸升高，到一定溫度（約2100K）后開始輻射熱電子。 燈絲(dn s)發(fā)射電流與溫度有關(guān)，溫度低于2400K時，隨著溫度升高，發(fā)射電流增加較慢；溫度高于2400K時，燈絲(dn s)溫度稍提高一點，發(fā)射電流即增加很多。第25頁/共86頁第二十五頁，共87頁。 燈絲點燃時間越長，工作溫度越高，鎢的蒸發(fā)越快，燈絲壽命越短。縮短燈絲的點燃時間可延長燈絲的壽命。如果燈絲電流比額定值升高5%，燈絲壽命縮短一半(ybn)，所以燈絲加熱電流應(yīng)嚴格限制在額定值以下

9、，同時應(yīng)盡量縮短高溫點燃時間。第26頁/共86頁第二十六頁，共87頁。陰極(ynj)頭 對燈絲發(fā)射電子進行聚焦。將燈絲裝入一個用鎳或鐵鎳合金等制成的長方形罩中，該罩稱集射罩。集射罩具有( jyu)與燈絲相同的負電位，并借其幾何形狀，達到聚焦目的。第27頁/共86頁第二十七頁，共87頁。實際焦點(jiodin)與有效焦點(jiodin)對X線成像質(zhì)量(zhling)影響最大的因素之一就是X線管的焦點。實際焦點-燈絲輻射的熱電子在靶面上的轟擊面積。有效焦點-實際焦點在X線投照方向上的投影。第28頁/共86頁第二十八頁，共87頁。實際(shj)焦點與有效焦點的關(guān)系 設(shè)實際焦點寬為a，長為b，則投影后

10、寬度不變，長度為bsin ，即有效焦點實際焦點sin 表示陽極靶面與線投照方向的夾角。一般固定陽極線管的靶角為1520度減小有效焦點面積可通過減小靶角來實現(xiàn)，但靶角太小，由于(yuy)線輻射強度分布的變化，投照方向的線量將大大減少。第29頁/共86頁第二十九頁，共87頁。第30頁/共86頁第三十頁，共87頁。有效焦點(jiodin)與成像質(zhì)量 有效焦點尺寸越小，影像清晰度越高。減小有效焦點，勢必減小實際焦點，線管的功率隨之減小，要達到相同的曝光程度，則曝光時間需增加，這將會引起運動(yndng)模糊?？梢?，對于固定陽極線管，減小焦點面積以提高清晰度和增大線管功率以縮短曝光時間、減小運動(ynd

11、ng)模糊是一對矛盾。第31頁/共86頁第三十一頁，共87頁。第32頁/共86頁第三十二頁，共87頁。雙焦點(jiodin)技術(shù)功率較大( jio d)的線管為了協(xié)調(diào)不同功率與焦點的關(guān)系，陰極裝有兩根長短和粗細都不同的燈絲，長的燈絲加熱電壓高，輻射熱電子多，形成大焦點；短的燈絲加熱電壓低，輻射熱電子少，形成小焦點，這種線管稱為雙焦點線管。第33頁/共86頁第三十三頁，共87頁。高 壓正KV負KV大焦燈絲小焦燈絲大焦燈絲變壓器小焦燈絲變壓器CLCCS陽極第34頁/共86頁第三十四頁，共87頁。 透視 管電流小，5mA，時間長（幾分鐘），圖像追求動態(tài)(dngti)特性，觀察活動臟器，對圖像分辨率要

12、求低 攝影 管電流301000mA，時間短，1S第35頁/共86頁第三十五頁，共87頁。固定(gdng)陽極線管優(yōu)缺點 優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單、價格低 缺點 焦點尺寸大、瞬時負載功率小 在小型線發(fā)生(fshng)裝置中仍被采用第36頁/共86頁第三十六頁，共87頁。第37頁/共86頁第三十七頁，共87頁。度。第38頁/共86頁第三十八頁，共87頁。第39頁/共86頁第三十九頁，共87頁。靶面與靶盤 靶盤直徑70150mm 鎢制成表面龜裂、粗糙，輻射線能力下降 表面與內(nèi)層間溫差(wnch)產(chǎn)生熱應(yīng)力，靶面產(chǎn)生裂紋；鎢在1100度以上發(fā)生再結(jié)晶，表面龜裂 錸鎢合金靶面，鉬或石墨靶基表面龜裂、粗糙減輕，熱容

13、量大，有效提高線管連續(xù)負荷能力（50kW，1*1mm焦點） 錸鎢合金靶面晶粒變細，抗熱脹性提高，再結(jié)晶溫度上升 靶面上開細膨脹縫，消除機械應(yīng)力，減輕龜裂第40頁/共86頁第四十頁，共87頁。散熱與溫度保護旋轉(zhuǎn)陽極線管與固定(gdng)陽極線管的散熱方式不同，靶面受高速運動電子流轟擊所產(chǎn)生的巨大熱量主要依靠熱輻射進行散熱，散熱效率低，連續(xù)負載后陽極熱量急劇增加，靶盤溫度不斷上升。為防止由此造成的線管損壞，有些線機的線管裝置內(nèi)設(shè)有溫度限制保護裝置，以保護線管。第41頁/共86頁第四十一頁，共87頁。真空(zhnkng) 油在在CT中使用油循環(huán)中使用油循環(huán)(xnhun)X線管線管在心血管造影在心血管

14、造影X線機線機中使用水循環(huán)中使用水循環(huán)(xnhun)X線球管線球管第42頁/共86頁第四十二頁，共87頁。特殊(tsh)線管 金屬陶瓷( jn sh to c)大功率線管 三極線管 軟線管 用線管第43頁/共86頁第四十三頁，共87頁。金屬陶瓷(jn sh to c)大功率線管第44頁/共86頁第四十四頁，共87頁。玻璃球殼線管缺點(qudin)用硬質(zhì)玻璃制成的線管，隨著線管使用時間增長，由于燈絲蒸發(fā)和陽極靶面龜裂處鎢蒸發(fā)，會使玻璃殼內(nèi)壁附著一層金屬鎢的沉積物，沉積層與陽極相連形成(xngchng)第二陽極，致使一部分高速運動電子轟擊玻璃殼使其侵蝕，最終導(dǎo)致玻璃殼擊穿，線管損壞。第45頁/共8

15、6頁第四十五頁，共87頁。金屬陶瓷大功率線管將玻璃殼改為由金屬和陶瓷組合而成。金屬部分位于線管中間并接地，以吸收二次電子，焦點處開有鈹窗以使線通過。金屬靠近陰極一端嵌入陶瓷內(nèi)，金屬靠近陽極一端嵌入玻璃殼中。玻璃與陶瓷部分起絕緣作用解決了普通(ptng)線管由于管壁擊穿而損壞的問題，可將燈絲加熱到較高溫度，以提高線管的負荷。第46頁/共86頁第四十六頁，共87頁。柵控線管柵控線管是在普通線管的陽極和陰極(ynj)之間加了一個控制柵極。柵控X線管的陰極(ynj)結(jié)構(gòu)柵控X線管控制(kngzh)原理第47頁/共86頁第四十七頁，共87頁。 當(dāng)柵極對陰極加一個負電壓（-2-5kV）或負脈沖電壓時，陰極

16、發(fā)射的熱電子完全飛不到陽極上，不產(chǎn)生線。負電壓或負脈沖電壓消失時，產(chǎn)生線。由于脈沖電壓信號無機械慣性延時，控制靈敏，因此(ync)可實現(xiàn)快速連續(xù)線攝影，攝影頻率可達200幀/秒。第48頁/共86頁第四十八頁，共87頁。柵控X線管可制成沒有實體柵極而有特殊形狀的聚焦杯。負偏壓(pin y)較低時，一部分電子飛向陽極，聚焦形成窄電子流，獲得很小的焦點，即微焦點（可獲得0.1*0.1mm的微焦點）。微焦點線管常用于放大線攝影。柵控X線管瞬時曝光時間臨界值為1ms，燈絲發(fā)射特性差，不能產(chǎn)生大的管電流，不適用于大功率線機，主要應(yīng)用于線電影攝影、線電視。第49頁/共86頁第四十九頁，共87頁。 0.2mm

17、焦點，腹部血管(xugun)造影放大2倍；0.1mm焦點，手、足血管(xugun)造影放大3倍第50頁/共86頁第五十頁，共87頁。軟線管對乳房等軟組織線攝影時，普通(ptng)線管得不到滿意效果。為提高線影像的對比度，須用大劑量軟線。軟組織攝影最適宜波長為0.060.09nm，軟線管可輻射出波長為0.063nm和0.07nm的特征線。攝影時主要利用鉬靶輻射的特征線。鉬靶輻射(fsh)線波譜第51頁/共86頁第五十一頁，共87頁。 軟線管特點 線輸出窗的固有過濾?。ㄢ敶埃?；低管電壓(diny)時能產(chǎn)生大管電流；焦點小 0.03mm鉬片過濾 對0.063nm以下線強烈選擇吸收，吸收0.07nm以

18、上較軟線第52頁/共86頁第五十二頁，共87頁。用線管 管電流(dinli)100600 mA 管電壓100140 kV 掃描時間0.57 S主要參數(shù)第53頁/共86頁第五十三頁，共87頁。通常掃描一層圖像需數(shù)百mAS，為了滿足診斷需要，要連續(xù)數(shù)十層掃描，故用線管要有大的熱容量。所以管結(jié)構(gòu)、靶面材料、燈絲熱變形系數(shù)、旋轉(zhuǎn)軸承的自由膨脹系數(shù)、高溫下的真空保持等，都要求(yoqi)有特殊的工藝措施才能保證在上述嚴格條件下正常運轉(zhuǎn)。靶面采用新型復(fù)合靶結(jié)構(gòu)，大體積石墨基以增大熱容量，外殼多為金屬或陶瓷材料，配有油循環(huán)系統(tǒng)以盡快散熱。第54頁/共86頁第五十四頁，共87頁。X射線陽極陰極燈絲變壓器高壓變

19、壓器管電壓管電流第55頁/共86頁第五十五頁，共87頁。熱容量 曝光時陽極靶面產(chǎn)生大量的熱，同時伴隨冷卻，如果生熱快，散熱慢，則陽極將積累熱量。陽極積累的熱量越多，冷卻速度(sd)越大。X線管處于最大冷卻率時，允許承受的最大熱量稱為熱容量。 熱容量的單位除了焦耳（J）外，還使用熱單位（heat unit, HU）。1J=1kV(有效值)*1mA (有效值) *1s 1HU=1kV(峰值)*1mA (平均值) *1s單相全波整流情況下，換算關(guān)系：1HU=0.77J第56頁/共86頁第五十六頁，共87頁。第57頁/共86頁第五十七頁，共87頁。第58頁/共86頁第五十八頁，共87頁。第59頁/共8

20、6頁第五十九頁，共87頁。線管真空度檢驗(jinyn)冷高壓試驗線管燈絲(dn s)不加熱，兩極間加高壓如有輝光，且強度隨管電壓增加而增強，說明該線管的真空度不良；如在較低千伏試驗時，管內(nèi)就充滿輝光，說明此管已嚴重含氣，不能使用。第60頁/共86頁第六十頁，共87頁。影響(yngxing)線管壽命的因素 燈絲 燈絲電壓升高5%，發(fā)射量增大50%，壽命減少一半；電壓降低5%，壽命延長一倍。當(dāng)燈絲截面積由于蒸發(fā)減少10%，燈絲就有燒斷可能。 陽極 靶面被打得凹凸不平或局部融化均會造成輸出量急劇下降，即報廢。超負荷使用(shyng)會縮短線管的壽命。負荷為正常的110%時，線管壽命只有60%，如果負

21、荷只用到80%，線管壽命可能達到300%。第61頁/共86頁第六十一頁，共87頁。圖像(t xin)質(zhì)量u受X線管的管電壓影響，電壓越高，X射線能量越大，對比度越低；u受濾線柵影響，不加濾線柵，則對比度低；u受膠片盒里熒光物質(zhì)厚度影響，越厚，則分辨率越低；u病人移動，則（分辨率低）圖像(t xin)模糊；uX射線焦點越大，則（分辨率低）圖像(t xin)越模糊。第62頁/共86頁第六十二頁，共87頁。三大(sn d)權(quán)衡（trade-off） X線管電壓低，則對比度好，但病人吃線多；高，則對比度差，病人吃線少； 使用濾線柵，則去除散射，圖像對比度高，但病人吃線多；不使用，則圖像對比度差，病人吃

22、線少； 膠片盒中熒光物質(zhì)越厚，則吸收的X射線越多，需要的劑量越少，但對比度越差；越薄，則吸收的X射線越少，需要的劑量多，但對比度好； 在允許的條件下，以降低(jingd)劑量為優(yōu)先。第63頁/共86頁第六十三頁，共87頁。第三節(jié) 高壓(goy)發(fā)生器高壓變壓器燈絲變壓器高壓整流器高壓電纜、高壓插頭及插座(chzu)高壓交換閘第64頁/共86頁第六十四頁，共87頁。第65頁/共86頁第六十五頁，共87頁。第66頁/共86頁第六十六頁，共87頁。第67頁/共86頁第六十七頁，共87頁。 將高壓變壓器輸出的交流高壓變?yōu)橹绷鞲邏旱碾娮釉，F(xiàn)代線機的高壓整流器都采用半導(dǎo)體整流器，應(yīng)用最廣泛的是高壓硅堆

23、。由許多單晶硅做成的二極管用銀絲串聯(lián)而成。它具有體積小、機械(jxi)強度高、絕緣性好、壽命長、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。使用時要浸入油中，油溫不超過70度。第68頁/共86頁第六十八頁，共87頁。第69頁/共86頁第六十九頁，共87頁。第70頁/共86頁第七十頁，共87頁。第71頁/共86頁第七十一頁，共87頁。第72頁/共86頁第七十二頁，共87頁。高壓(goy)交換閘在大、中型診斷線機中，多備有兩個或兩個以上線管，以一機多用。多個線管共用一個高壓(goy)發(fā)生器，需高壓(goy)交換閘切換。繼電器式、電動機式第73頁/共86頁第七十三頁，共87頁。第四節(jié) 控制臺控制(kngzh)臺必須滿足線管產(chǎn)生

24、線的下列基本要求可調(diào)管電流（調(diào)節(jié)燈絲加熱電壓）可調(diào)管電壓（控制(kngzh)線質(zhì)）可調(diào)曝光時間第74頁/共86頁第七十四頁，共87頁。X線管空間電荷補償(bchng) 燈絲發(fā)射的部分熱電子滯留于燈絲表面(biomin)，稱空間電荷。隨管電壓增加，由于空間電荷管電流也增加，稱為空間電荷效應(yīng)。 P81圖 為保證管電流的準確性，隨著管電壓增加，適當(dāng)降低燈絲加熱電壓，使管電流保持不變，稱X線管空間電荷補償。第75頁/共86頁第七十五頁，共87頁。自動(zdng)曝光控時在線通過被照物體(wt)后，以達到膠片上所需的感光劑量來決定曝光時間。感光劑量滿足后，自動切斷高壓，結(jié)束曝光。分光電和電離室自動曝光控

25、時。第76頁/共86頁第七十六頁，共87頁。電離室自動(zdng)曝光控時電離室在兩個金屬板平行電極上加直流高壓，中間為氣體。線照射時，氣體被電離，離子在強電場作用下形成電流，電流大小與線輻射強度成正比。當(dāng)線輻射強度大時，電離電流大，曝光時間短；線輻射強度小時，電離電流小，曝光時間自動(zdng)延長。第77頁/共86頁第七十七頁，共87頁。旋轉(zhuǎn)(xunzhun)陽極啟動、延時與保護旋轉(zhuǎn)陽極線管的功率是基于陽極轉(zhuǎn)速達到額定值時的功率。如在未達到轉(zhuǎn)速時曝光，將會造成線管的靶面融化(rnghu)損壞。(旋轉(zhuǎn)速度檢測電路)中、大型線機一般均配備旋轉(zhuǎn)陽極剎車裝置，剎車裝置一旦損壞，絕對不能啟動線機。第78頁/共86頁第七十八頁，共87頁。 快速啟動。曝光前幾秒內(nèi)將轉(zhuǎn)動慣量很大的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由靜止達到額定轉(zhuǎn)速。要求機械強度好，能承受大的角加速度。大的啟動電流。 延時裝置。在陽極達到額定轉(zhuǎn)速后才送出曝光開始(kish)信號。 降壓裝置。陽極達到額定轉(zhuǎn)速后，在曝光期間將啟動狀態(tài)的高壓切換為工作狀態(tài)的低壓，以適應(yīng)陽極啟動轉(zhuǎn)矩大、運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩小。第79頁/共86頁第七十九頁，共87頁。 制動裝置。減小陽極軸承磨損，延長壽命。曝光結(jié)束后，陽極應(yīng)在很短時間內(nèi)停止轉(zhuǎn)動(zhun dng)。 反向脈動直流電流，產(chǎn)生制動力矩，使旋轉(zhuǎn)的陽極迅速停止。第80頁/共86頁