【2017年整理】第二章 X线发生装置.ppt

第二章 X线发生装置,,,产生X线的装置称为X线发生装置 它是由X线管、高压发生器和控制台三部分组成它是X线机、X线CT的主要组成部分之一第一节 X线管第二节 高压发生器第三节 控制台,第一节 X线管,一、固定阳极X线管二、旋转阳极X线管三、特殊X线管四、特性与参数五、管套,一、固定阳极X线管,（一）结构 固定阳极X线管主要由阳极、阴极和玻璃壳体等三部分组成 1、阳极 固定X线管的阳极结构由阳极头、阳极 帽、玻璃圈和阳极柄四部分组成阳极的作用： 1、阻挡高速运动的电子流产生X线，同时将曝光时产生的热量辐射或传导出去 2、吸收二次电子和散乱射线二次电子： X线管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二次电子的危害： 1、二次电子有害无益，其能量较大，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线影像质量下降1）阳极头： 它是由靶面和阳极体组成。

2）阳极帽 它又称为阳极罩或反跳罩，固定在阳极头上，并罩在靶面的四周它与阳极同电位，故它可吸收50%~60%的二次电子，并可吸收一部分散乱X线，从而保护X线管并提高影像质量阳极帽的位置： 阳极帽的头部圆口面对阴极，是高速运动的电子流轰击靶面的通道； 下部圆口是X线的辐射通道有的X线管在此圆口处加上一层金属铍片，其作用是吸收软X线，降低病人皮肤剂量3）玻璃圈 它是阳极和玻璃壳的过渡连接部分4）阳极柄 其作用是固定X线管并将曝光时产生的热量传导出去它与阳极头的铜体相连，其管外部分浸在变压器油中，通过与油之间的热传导，把靶面的热量传导出去2、阴极 其作用是发射电子并使电子流聚焦它主要由灯丝、聚射罩、阴极套和玻璃芯柱等四部分组成 （1）灯丝 它是由钨制成，其作用是辐射热电子诊断用X线管的灯丝都绕成小螺丝管状①调节灯丝的加热电压即可改变灯丝辐射的热电子数量；②灯丝温度与辐射热电子的数量呈指数关系功率较大的X线管为了协调不同功率与焦点的关系，阴极装有两根长短和粗细都不同的灯丝，长的灯丝加热电压高，辐射电子多，形成大焦点；短的灯丝加热电压低，辐射热电子少，形成小焦点，这种X线管称为双焦点X线管。

其阴极一般有三根引线：一根为公用线，其余两根分别为大、小焦点灯丝的引线2）聚焦罩它又称为聚焦槽、集射罩或阴极头其作用是对灯丝辐射的热电子进行聚焦为使电子聚焦成束状飞向阳极，聚焦罩被加工成圆弧直槽或阶梯直槽3、玻璃壳 它又称为管壳其作用是固定阴极、阳极并保持管内真空度 固定阳极X线管的主要缺点是：焦点尺寸大、瞬间负载功率小 其优点是：结构简单、价格低在小型X线发生装置中仍被采用二）X线管的焦点 在X线成像系统中，对X线成像质量影响最大的因素之一就是X线管的焦点 1、实际焦点 它是指灯丝辐射的热电子经聚焦后在靶面上的瞬间轰击面积，呈细长方形其大小（一般指宽度），主要取决于聚焦罩的形状、宽度和深度2、有效焦点 它是实际焦点在X线投照方向上的投影 实际焦点在垂直于X线管长轴方向的投影，称为标称焦点；X线管特性参数表中标注的焦点为标称焦点 有效焦点的标称值为一无量纲的数值，但目前仍用习惯标注法，如：2.0mm×2.0mm、1.0mm×1.0mm或0.3mm×0.3mm等有效焦点与实际焦点之间的关系，设实际焦点宽度为a，长度为b，则投影后的长度为bsinθ，宽度不变， 即： 有效焦点=实际焦点×sinθ 当投照方向与X线管长轴垂直时，θ角称为靶角或阳极倾角。

其数值一般为7°~20°有效焦点=实际焦点×sinθ X线成像时，为减小几何模糊而获得清晰的影像，要求有效焦点越小越好减小有效焦点面积可通过减小靶角θ来实现，但靶角太小，由于X线辐射强度分布的变化，投照方向的X线量将大量减少，所以减小靶角不适用，靶角要合适一般固定阳极X线管的靶角为15°~20°也可以通过减小实际焦点面积以减小有效焦点面积，但实际焦点面积减小后，X线管的容量将随之减小有效焦点尺寸越小，影像清晰度就越高有效焦点越大，几何模糊大，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，曝光时间相应增加，这将会引起运动模糊可见，减小焦点面积以减小几何模糊、改善影像清晰度和增大X线管的功率以缩短曝光时间、减小运动模糊是一对矛盾4、焦点方位性 由于X线呈锥形辐射，所以在照射野不同上投影的有效焦点不同，而且若投影方向偏离管轴线和电子入射方向组成的平面，有效焦点的形状还会出现失真因此，使用时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，即X线中心线应对准影像中心二、旋转阳极X线管,旋转阳极X线管较好地解决了提高功率和缩小焦点之间的矛盾。

它也由阳极、阴极和玻璃壳等三部分组成 旋转阳极X线管的最大优点是瞬间负载功率大、焦点小旋转阳极X线管与固定阳极X线管相比，除了阳极结构有明显不同外，其余相差不大 旋转阳极X线管的阳极由靶面、转子、转轴和轴承等组成CT用X线管,,1、靶盘与靶面 靶盘直径为70~150mm之间的单凸状圆盘，中心固定在转轴（钼杆）上，转轴的另一端与转子相连 靶角在6°~17.5°之间靶面和靶盘的材料： 1、 用纯钨制成的靶面和靶盘，靶面使用不久就会出现表面龟裂、粗糙现象，致使X线管产生X线能力下降 2、用铼钨合金做靶面，钼或石墨做靶基，制成钼基铼钨合金复合靶或石墨基铼钨合金复合靶铼钨合金复合靶靶面晶粒细致，龟裂、粗糙情况减轻，且靶体重量轻、热容量大，可有效提高X线管连续负荷能力，使X线管达到了50kW的大功率和1.0mm×1.0mm的小焦点 3、在靶盘上开几条径向的细膨胀缝以消除机械应力，进一步减轻龟裂的现象铼钨合金复合靶,,2、转子 它是由无氧铜做成，通过钼杆与靶盘和靶面连为一体，转子转动时，靶盘和靶面随之转动其表面黑化，以提高热辐射能力。

X线管工作，阳极靶面旋转，到达一定转速时候曝光曝光结束后、启动电机断电后，转子因惯性将有较长的静转时间（从切断启动电机定子电源开始到转子停止转动所用的时间），静转时间一般为数分钟至几十分钟 静转是无用的空转，制造噪声且磨损轴承，因此有必要在曝光结束后，即对旋转阳极进行制动，这样可减少噪声，延长轴承的寿命，进而延长X线管的寿命阳极制动方式： 直流电机的制动，有机械制动，再生制动，能耗制动，反接制动 机械制动就是抱闸，是电动的抱闸 反接制动：当切断正向电源后，立即加上反向电源， 使电动机快速停止，当电动机速度降到零时，装在 电动机轴上的“反接继电器”立即发出信号，切断反向电源， 防止电动机真的反转,,再生制动：亦称反馈制动把电动机转成发电机使用，把电动机的动能转成电能 ，把电储备起来或通过电网送走再生制动一般只有30%的动能再生使用，其余的动能也转换成热能散发出去能耗制动：把电动机的动能经过能耗电阻转换为热能散发出去3、轴承与轴承的润滑 轴承由耐热合金钢制成，可以承受较高的工作温度（约400℃左右）为避免过多的热量传导到轴承，把阳极端的转轴外径做得较细或用管状钼杆，减少热传导，少量由阳极靶面传导过来的热量则大部分通过转子表面辐射出去。

轴承的润滑剂都采用固体润滑材料，如二硫化钼、银、铅等旋转阳极X线管与固定阳极X线管的散热方式不同，靶面受高速运动的电子流轰击所产生的巨大能量主要依靠热辐射进行散热，散热效率低，连续负荷后阳极热量急剧增加，靶盘温度不断上升为防止由此造成的X线管损坏，有些X线机的X线管装置内设有温度限制保护装置，对X线管给予相应的保护三、特殊X线管,（一）金属陶瓷大功率X线管 当需要短时间曝光并承受大负载时，可使用大功率X线管用硬质玻璃制成的固定阳极X线管与旋转阳极X线管，在进行连续大功率摄影时，往往由于玻璃壁击穿而损坏这是由于新X线管的玻璃壳是绝缘体，阳极靶反弹和释放出来的二次电子有相当一部分轰击到玻璃壳并附着其上，附着其上的电子一时不会全部消失，这将阻碍后来的电子附着到玻璃壳上，使玻璃壁免受大量高速电子轰击和侵蚀但随着X线管使用时间的增长，由于灯丝蒸发和阳极靶面龟裂边缘处的钨蒸发，会使玻璃壳内壁附着一层金属钨的沉积物，沉积层与阳极相连形成第二阳极，致使一部分高速运动的电子轰击玻璃壳使其侵蚀，最终导致玻璃壳击穿，X线管损坏为了消除钨沉积层的影响，延长X线管的寿命，研制了一种金属陶瓷大功率旋转阳极X线管。

金属陶瓷大功率X线管的灯丝和普通旋转阳极X线管相似只是玻璃壳改为金属和陶瓷组合而成金属部分位于X线管中间部分并接地，以吸收二次电子，对准焦点处开有铍窗以使X线通过金属靠近阴极一端嵌入陶瓷内，采用铌过渡，用铜焊接金属靠近阳极一端嵌入玻璃壳中玻璃与陶瓷部分起绝缘作用金属陶瓷大功率X线管，消除了玻璃壳那种由于钨沉积层所致X线管损坏的危险，所以可将灯丝加热到较高温度，以提高X管的负荷X线管管壳上的电场和电位梯度也保持不变，还可在低管电压条件下使用较高的管电流进行摄影，解决了普通X线管由于管壁击穿而损坏的问题二）三极X线管1、结构 三极X线管是在普通X线管的阳极与阴极之间加上一个控制栅极，故又称为栅控X线管三极X线管的其它部分与普通X线管相同，只是阴极的结构比较特殊栅控X线管,,,2、控制原理 当栅极对阴极加一个负电压或负脉冲电压时，可使阴极发射的热电子完全飞不到阳极上，形不成管电流，不会产生X线 当负电压或负脉冲电压消失时，阴极发射的热电子在阳极与阴极之间的强电场作用下飞向阳极，形成管电流，产生X线 由于脉冲电压信号无机械惯性延时，控制灵敏，因此可实现快速连续X线摄影，摄影频率可达200帧/秒。

3、特性 三极X线管的特性，不仅取决于灯丝加热电流和管电压，还取决于栅极电位的变化三极X线管兼有高压开关管和X线管的作用1）灯丝发射特性 由于栅极负电位对电子流起着阻碍作用，因此栅控X线管的灯丝发射特性要比一般X线管的差 获得相同的管电流，栅控X线管的灯丝加热电流要比一般X线管的灯丝加热电流大得多2）截止特性 不同管电压时，使管电流截止的栅极电位也不同三）软X线管 当对乳房等软组织进行X线摄影时，用普通X线管得不到满意的摄影效果为提高X线影像的对比度，须使用大剂量的软X线，为此一般使用软X线管来产生软X线 1、特点 软X线管具有以下特点：①X线输出的固有过滤小；②在低管电压时能产生较大的管电流；③焦点小,,2、构造（1）铍窗 软X线管的输出窗口一般用铍制成，其X线吸收性能低于玻璃，固有滤过很小，软X线极易通过2）钼靶 软X线管的阳极靶面材料一般由钼或铑制成，区别于普通X线管的钨靶3）极间距离短 普通X线管的极间距离为17mm左右，而软X线管的极间距离一般只有10~13mm由于极间距离缩短，阴阳两极间的电场强度增大，在相同灯丝加热电流情况下，软X线管的管电流比一般X线管的管电流要大，另外软X线管的最高管电压不超过60kV。

四）CT用X线管 CT用X线管与一般X线机上使用的X线管结构基本相同，也有固定阳极X线管和旋转阳极X线管两种安装时，固定阳极X线管的长轴与探测器平行，旋转阳极X线管的长轴与探测器垂直 固定阳极X线管主要应用于第一、二代CT机中，而第一、二代CT机现已经被淘汰。