第三章诊断用x线管1.ppt

1,第三章 诊断用X线管,2,主要内容,固定阳极X线管 旋转阳极X线管 特殊X线管,3,基本要求,熟悉诊断用X线管的分类； 掌握固定阳极X线管的结构，尤其是阳极和阴极的具体结构及作用； 掌握X线管焦点相关的知识点 掌握旋转阳极X线管的特点，重点掌握其阳极结构 熟悉几种特殊X线管的分类及特点4,X射线的产生装置主要包括三部分：X射线管、高压电源及低压电源，如图所示：,5,产生条件： 有高速运动的电子流； 有适当的障碍物—金属靶（钨或钼） 阻止电子的运动，将电子动能转化为X射线的能量，就像子弹打在坦克上会发出声音和火花一样 管电压：阴阳极间直流电压，使电子具有较大动能 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6,第一节 固定阳极X线管,一 、结构 诊断用X线管中最简单的一种，其结构主要有阳极、阴极、玻璃壳三部分组成7,（一）阳极（annode）,主要作用：阻挡高速运动的电子流而产生X线，同时将曝光时产生的热量辐射或传导出去；其次是吸收二次电子和散乱射线 组成：阳极头、阳极帽、可伐圈、阳极柄8,1.阳极头,组成：靶面、阳极体 靶面作用：承受高速运动的电子束轰击，产生X线（曝光） 靶面材料：一般都选用钨（Z=74），辐射Ｘ线的强度与靶面材料的原子序数有关。

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，产生X线效率高 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，为了便于散热，常将厚度为1.5~3mm的钨用真空熔焊的方法焊接到导热率较大的无氧铜制成的阳极体上 阳极体:导热率大的无氧铜，把靶面的热量传导出去,9,固定阳极X线管的靶面静止不动，高速运动的电子总是轰击在靶面固定的同一位置上由于单位面积上所承受的最大功率是一定的（200W/mm2），因此固定阳极X线管的功率是有限的 高速运动电子轰击靶面时，会有少量的电子从靶面反射和释放出来，这部分电子成为二次电子 二次电子危害： 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； 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； 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10,2.阳极帽（阳极罩或反跳罩）,位置：固定在阳极头上，并罩在靶面的周围 作用：因它与阳极同电位，故可吸收50%~60%的二次电子，并可吸收一部分散乱射线，从而保护X线管玻璃壳并提高影响清晰度。

周围结构：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；侧下部圆口向外，是X线的辐射通道有的X线管在此圆口处加上了一层金属铍片，其作用是吸收软X线，降低病人皮肤剂量11,3. 可伐圈 是阳极和玻璃壳的过渡连接部分，由4J29膨胀合金（镍29%，钴17%，余为铁）圈与玻璃喇叭两部分封焊而成其中玻璃端与玻璃壳封接，膨胀合金端与阳极头焊接在一起 4. 阳极柄 作用：固定X线管并将曝光时产生的热量传导出去 结构：与阳极头的铜极相连，其管外部分浸在管套内的变压器油中，通过与油之间的热传导，将靶面的热量传导出去12,（二）阴极（cathode）,作用：发射电子并使电子束聚焦，使轰击在靶面上的电子束具有一定的大小、形状 结构：主要由灯丝、阴极头、阴极套和玻璃芯柱等四部分组成13,1、灯丝（filament）,作用：发射电子，诊断用Ｘ线管的灯丝绕成螺旋管状 材料：钨在高温下具有一定的电子发射能力、熔点较高、延展性好、便于拉丝成形、抗张力性好、且在强电场下不易变形 灯丝电压：一般为交流5~10mV、50Hz 灯丝电流：一般为2～9A，3～6A的占多数14,发射电子数量： 灯丝通电后，温度逐渐上升，到一定温度（约2100K）后开始发射电子。

对于给定的灯丝，在一定范围内，灯丝电压越高，灯丝加热电流越大，灯丝温度就越高，灯丝发射的电子数量就越大 灯丝温度与发射电子的数量是呈指数的非线性关系15,灯丝寿命： 灯丝加热电压越高，灯丝温度越高，钨的升华越快，灯丝寿命越短当灯丝加热电压比额定值高5%时，灯丝寿命将缩短一倍 在一定的灯丝加热电压下，灯丝点燃时间越长，钨的升华越多为延长X线管灯丝寿命，在实际工作中，需尽可能缩短灯丝的点燃时间如在摄影准备时才让灯丝由常温加热到摄影管电流所要求的温度，曝光结束时，灯丝应立即停止加热16,灯丝结构,X线管阴极常装有2根长短、粗细不同的灯丝： 长灯丝：发射较多热电子，形成大焦点； 短灯丝：发射较少热电子，形成小焦点 阴极一般由三根阴线：1根为公用线，其余两根分别为大、小灯丝的引线17,2、阴极头,又称作聚焦槽、聚焦罩或集射罩，由纯镍或铁镍合金制成长方形槽，其作用是对灯丝发射的电子进行聚焦 原理：灯丝发射的大量电子，在电场的作用下，高速飞向阳极，由于电子之间的相互排斥，致使电子束呈散射状为使电子聚焦成束状飞向阳极，将灯丝装入被加工成圆弧直槽或阶梯直槽的阴极头内，灯丝的一端与其相连，两者获得相同的负电位，借其几何形状，形成一定的电位分布曲线，迫使电子呈一定的形状和尺寸飞向阳极，达到聚焦的目的。

18,（三）玻璃壳,又称管壳，用来用来固定，支撑阴、阳两极并保持管内的真空度 材料：熔点高、绝缘强度大、膨胀系数小的钼组硬质玻璃 为防止X线管管内气体放电，保证阴极发射的电子能畅通无阻挡地高速飞向阳极，管内的真空度应保持在133.3×10-7Pa(10-7mmHg)以下 ；另外，装入管内的所有零件都必须经过严格清洗去油和彻底除气19,X线管寿命影像因素： 灯丝：变细 真空度：阻力 靶面：粗糙,20,二、X线管的焦点,（一）实际焦点 定义：指灯丝发射的电子经聚焦后在靶面上的瞬间轰击面积呈细长方形，也称为线焦点 实际焦点的宽度：主要取决于聚焦罩的形状、宽度和深度 实际焦点与X线管的容量关系：实际焦点大，可承受功率大，容量就大，可以缩短曝光时间21,主焦点与副焦点,从灯丝正面发射出的电子撞击阳极靶面形成主焦点； 从灯丝侧面发射出的电子撞击阳极靶面形成副焦点； 主焦点与副焦点共同形成实际焦点22,在电场作用下，实际焦点面上的电子密度分布不同，其X线辐射强度的分布呈单峰、双峰甚至多峰型在同样焦点尺寸下，焦点中央辐射强度越强（呈高斯分布），其影像分辨力越高；其次为矩形分布；最差为双峰分布医学诊断用X线管的焦点一般是双峰分布。

23,（二）有效焦点,定义：指实际焦点在X线投照方向上的投影它对影像的清晰度影响很大，也称为作用焦点在不同X线投照方向上的大小、形状不同不止一个） 标称焦点：实际焦点在垂直于X线管长轴方向的投影用来描述焦点的大小，描述方式，如：2.0mm× 2.0mm24,,,25,有效焦点与实际焦点的关系,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 靶角（阳极倾角）θ：当X线投照方向与X线管长轴方向垂直时，阳极靶面与X线投照方向上的夹角θ不能太小，否则投照方向的Ｘ大量减少，一般为15°~20°26,（三）有效焦点与成像质量,有效焦点尺寸越小，影像清晰度就越高 减小有效焦点，势必减小实际焦点，X线管的功率随之减小，曝光时间需增加，这将会引起运动模糊 一对矛盾：减小焦点面积以减小几何模糊，同时产生运动模糊 解决方法：固定阳极X线管采用双焦点才折中；采用旋转阳极X线管27,（四）焦点的方位性,,使用时保证实际焦点中心、X线输出窗中心、与摄影中心三点一线28,（五）焦点增胀,定义：当管电流增大时，电子束的电子数量增多，由于电子之间库伦斥力的作用，致使焦点尺寸出现增大的现象。

管电压的变化对焦点增涨大小的影响远较管电流的变化影响小,29,总结,优点：结构简单、价格低在小型X线机、治疗X线机中仍有使用 缺点：靶面静止不动，所以焦点尺寸大、瞬时功率小，逐渐被旋转阳极X线管取代30,第二节 旋转阳极X线管,（一）特点 结构：阴极、阳极、玻璃壳 比较：与固定阳极X线管相比，阳极结构明显不同，其余差别不大,31,,,32,,33,原理：高速运动的电子束由偏离X线管中心轴线的阴极射出，轰击到转动的靶面上高速运动的电子束轰击靶面所产生的热量，被均匀的分布在转动的圆环面上，承受电子束轰击的面积因阳极旋转而大大增加，使热量分布面积大大增加，因此可有效地提高X线管功率，并通过适当减小实际焦点尺寸和靶角，以使有效焦点减小成为可能特点：瞬时负载功率大、焦点小34,,焦点是一个有一定面积的发光源由于X线影像是由物体吸收X线后产生的本影和几何原因形成的半影共同组成的焦点尺寸越小，半影越小，大大提高了影像的清晰度35,（二）阳极结构,结构主要组成：靶面、转子、转轴和轴承36,1.靶盘与靶面,结构与要求：靶盘为直径70~150mm之间的单凸状圆盘，其中心固定在转轴（钼杆）上，转轴另一端与转子相连。

要求靶盘具有良好的运动平衡性；靶面具有一定的靶角，一般为6°~17.5° 纯钨制成的靶盘和靶面：热容量较小、散热性和抗热涨性都比较差其缺点： 在交变热负荷使用条件下，由于表面与内层之间温差所产生的热应力，容易使靶面产生裂纹； 钨在1100℃以上会发生再结晶，将使靶面使用不久就会出现表面龟裂、粗糙现象，致使X线管辐射X线的能力下降37,铼钨合金做靶面，钼或石墨做靶基，制成复合靶 优点：靶面晶粒细，抗热涨性高，再结晶温度高，使靶面龟裂、粗糙情况减轻在相同使用条件下，曝光2万次，铼钨合金靶与纯钨靶进行比较，输出剂量分别下降13%和45%钼和石墨与金属钨相比，具有密度小、热容量大、散热率好等特点，使铼钨合金靶重量轻、热容量大、散热快，有效地提高了X线管连续负荷能力，使X线管达到了50kW大功率和1.0×1.0mm小焦点38,2.转子,结构：由无氧铜制成，通过钼杆与靶盘靶面连为一体，转子转动时，靶盘靶面随之转动其表面黑化，热辐射能力较强旋转阳极X线管的启动电机与小型单向异步电机的结构和原理相似，只是转子装在X线管的玻璃壳内，而定子线圈装在X线管玻璃壳的外面转轴装入无氧铜或纯铁制成的轴承套中，两端各装一只轴承。

39,40,转速：N=60F/P，低速（2700r/min,f=50Hz）,高速（8500r/min,f=150Hz）阳极转速越高，单位时间内承受高速运动的电子束轰击的圆环面积越大，X线管的功率就越大 额定转速曝光：旋转阳极X线管的X线机均设有旋转阳极启动、延时、保护电路 制动：惯性导致静转（静转时间：从切断启动电机电子电源开始到转子停止转动所用的时间），制造噪声且磨损轴承，缩短X线管的寿命在曝光结束后对旋转阳极进行制动41,3.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℃），但不能超过460℃ 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 旋转阳极X线管，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，先进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 固定阳极X线管的散热方式：热传导 轴承的润滑剂大都选用固体润滑材料，如二氧化钼、银、铅等42,第三节 特殊X线管,金属陶瓷大功率X线管 三极X线管 软X线管 CT用X线管,43,一、金属陶瓷大功率X线管,问题：用玻璃壳制成的普通X线管，在进行连续大负载摄影时，随着X线管使用时间的增长，灯丝和阳极靶面龟裂边缘处的钨升华，会使玻璃壳内壁形成黑色的钨沉积层，钨沉积层可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而使其击穿。

44,结构：金属陶瓷大功率X线管的灯丝和阳极靶面与普通旋转阳极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线管中间部位并接地，以。