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1、第二章 诊断用X射线管,2014年5月,学习要点：X线管的组成 X线管焦点 X线管的特性和规格旋转阳极和固定阳极区别,如何能产生X射线？,X射线的产生,X线产生的条件,高速电子流,阳极靶,高压电场,真空,X线管,低压电源,高压电源,电子源,X射线的产生装置：X射线管低压电源E1高压电源E2,X射线产生,X射线机的示意图,X射线管,毫安计,E2高压电源,E1低压电源,A,K,X射线是在高度真空的X射线管中产生的，是高速电子与阳极靶面相互作用的结果。,球管,阳极阻止高速电子流,阴极产生电子,旋转阳极固定阳极,钨丝,球管,第一节 阳极固定球管,固定阳极X线管由阳极、阴极和玻璃壳组成。（一）阳极：由靶
2、面、铜体、阳极罩、阳极柱组成。作用：产生X线、散热、吸收二次电子和散射线。（二）阴极：由灯丝和集射罩组成。作用：发射电子和对电子聚焦。（三）玻璃壳：作用：支撑阴阳两级和保持管内真空度。,（一）阳极头,钨靶 承受电子轰击，产生射线，导热率低。一般为正方形，厚度1.53MM之间。铜体 导热系数大，散热。,把钨靶和无氧铜通过真空溶焊，形成阳极头。,（二）阳极柄,由紫铜制成，与铜体相连，浸在变压器油中，散热。,（三）阳极帽,什么是二次电子？二次电子对玻璃壁、阳极靶面不利。如何消除？,阳极帽！,吸收二次电子和散射线！,二、阴极,组成：灯丝、阴极头、阴极套组成。作用：发射电子，并对电子进行聚焦。,（一）灯
3、丝灯丝一般采用高熔点的钨，绕成一定几何形状。发射电子数量取决于灯丝温度，温度取决于电流。,管电流？调节灯丝温度即可调节管电流，即X射线的量。灯丝温度越高，蒸发越发，寿命越短。,灯丝电子发射特性曲线,从此曲线上可得到什么？,Higher kVp faster electron produced,Higher(5-20)mA more electron produced,X-ray release in all directions,球管功能,Effective X-ray beam(1%),现代球管一般有两个灯丝，一大一小，可产生双焦点。一般有三根引线，其中有根是地线。,现代球管一般有两个灯丝，
4、一大一小，可产生双焦点。一般有三根引线，其中有根是地线。,大焦点和小焦点,（二）阴极头和集射罩阴极头是由纯铁或镍制成，并开有直槽或阶梯槽，成为集射罩。集射罩主要起聚焦电子作用，还起着吸收二次电子作用。,集射罩,集射罩,三、玻璃壁,也称管壳或管壁，作用是支撑阴阳两级和保持管内真空度。采用耐高温、绝缘强度高、膨胀系数小的钼组硬质玻璃制成。,球管真空度保持在10-6mmHg以下。,四、焦点,（一）实际焦点：电子轰击在靶面上的面积。（二）有效焦点：实际焦点在X线投照方向上的投影。标称（有效）焦点：实际焦点在与X线管轴相垂直方向上 的投影。,1、当X线投照方向同线管轴相垂直时，靶面与X线投照方向的夹角为
5、阳极倾角Q。2、有效焦点、实际焦点和阳极倾角Q的关系：（1）当X线投照方向同线管轴相垂直时，有效焦点等于标称焦点。（2）S有一定时，Q越小，实际焦点越大，管热容量也越大。,标称焦点的容许值变化范围,（三）有效焦点同成像质量的关系,*有效焦点越小，图像清晰度越高。,（四）辐射分布对成像质量的影响,1、医学诊断用X线管的焦点一般是双峰分布。2、高斯分布的影像分辨率最高,（五）焦点的方向性,1、焦点同投影的方向有关：由于X线呈锥形辐射，所以在照射野不同方向上投影的有效焦点不同，投影方位愈靠近阳极，有效焦点尺寸愈小；愈靠近阴极，则有效焦点尺寸愈大（宽度不变）。若投影方向偏离管轴线和电子入射方向组成的平
6、面，有效焦点的形状还会出现失真。2、应使X线中心线应对准影像中心：保持实际焦点中心、X线输出窗中心与投影中心三点一线。,（六）焦点增涨,有效焦点的大小同kV和mA有关：焦点增涨：kV一定，mA越大，有效焦点尺寸越大的现象。,原则：在功率满足的条件下，尽量用小焦点,固定阳极x线管的主要缺点,焦点尺寸大瞬时负载功率小,固定阳极x线管的主要优点,结构简单价格低廉,第二节 旋转阳极X射线管,固定阳极X线管缺点：因阳极焦点面受温度的影响，限制了其功率。功率小，无法解决功率和焦点的矛盾。旋转阳极X线管设计思路：在不增大焦点面的前提，提高受热面积。,旋转阳极X线管的特性,1、特点：阳极靶面旋转2、最大的优点
7、：功率大，焦点小。,旋转阳极X线管构造,旋转阳极X线管的组成,1、组成：阳极、阴极和玻璃壳2、阳极部分的组成：靶面、转子、轴承和定子。3、铼钨合金镶在钼基或石墨基上的优点：（1）晶粒细，抗热胀性提高，再结晶温度上升，不易龟裂。（2）X线辐射率下降较慢。（3）大大提高了热容量。,转速：n=120f/p（转/min）功率：P=K（nd）1/2制动：减少空转磨损，避开临界转速。轴承：由耐热合金钢制成，可以承受较高的工作温度。轴承的润滑：固体润滑材料，如二硫化钼、银、铅等。选用不同的润滑材料，转子的静转时间亦有不同。,散热方式,1、固定阳极X线管：热传导。2、旋转阳极X线管：热辐射。,复习：,1、球管
8、是由哪几部分组成？作用分别是什么？2、什么是球管的焦点？如何表示？2、固定阳极球管有什么优点缺点？3、旋转阳极球管呢？两者有何区别？,损坏的球管,第三节 大功率X线管,与普通旋转阳极X线管基本相似，但有其特殊性：1、阳极靶盘直径大（120mm）2、转速高3、靶角小（914）3、常与一个热交换器配合使用,一、金属陶瓷大功率X线管,1、用金属外壳代替玻璃外壳，加大外壳强度。2、用陶瓷作电极支座，可以提高绝缘性能。3、采用特殊的液态金属代替阳极的辊球轴承，增加了热传导面积，提高了冷却能力。4、热容量可达5.2MHU以上，而且能在1秒内快速启动。,二、CT用X线管,1、特点：功率特大，阳极在短时间内将
9、积聚巨大的热量。2、解决：在结构上采用大的靶盘直径、厚的钼基或石墨基，小的靶角，且对轴承及润滑剂提出了更高的要求，并外加散热系统。,三、双轴承X线管,采用双轴承设计，提高旋转阳极的转速以及牢固程度，大大提高了球管的寿命和散热速度，也就相应地提高了热容量。,双轴承X线管,四、单极X线管,采用单极设计，提高旋转阳极的转速以及牢固程度。阴极接负高压，而阳极和球管的金属外壳接地，这种设计同样大大提高了球管的寿命和散热速度，也就相应地提高了热容量。,单极X线管,五、电子束控金属球管,又称Straton球管，同传统的X线管不同。,原理,阳极和阴极一起固定在旋转轴上，直接浸泡在绝缘油中，球管工作时，不再是阳
10、极旋转，而是在马达的带动下整个球管在旋转。由于阳极的背面直接靠在管壁上故极易散热，冷却油通过进出循环直接将热量带走。,是使电子束达到阳极适当的位置，轰击靶面而产生X线。由于在X线聚焦上采用了一套先进的电磁控制系统，在偏转线圈上加上信号，即可以达到改变焦点位置的作用，以得到飞焦点的目的。,偏转线圈的作用,优点,1、阳极直接冷却。2、冷却效率达到5 MHU/分，不再有阳极的热积累，所以不再需要阳极热容量。3、事实上，其阳极热容量接近于0MHU。即使在最大负荷条件下，球管仍可以即时冷却下来，远远少于进行下次操作所需要的时间。4、阳极和内置球管组件要比常规X线球管小得多，大大延长的球管寿命从而降低成本
11、。,六、三极X线管（一）结构 阳极与阴极之间再加一个控制栅极。当控制栅极加上一个对阴极而言的负电位(25kV)或负脉冲电压时，管电流被截止。当负电位或负脉冲消失，管电流导通，X射线发生。优点：由于脉冲电源无机械运动的惯性，因此三极X线管能实现快速断续X线摄影。,三极X线管,（二）特性,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,3时间控制特性,在栅控X线管的栅极和阴极之间加一矩形负脉冲电压，可实现瞬时曝光。,二、软组织摄影用X线管,1、应具备的条件
12、（1）放射窗的固有滤过要小。（2）在管电压较低情况下，能产生较大的管电流，这样可用短时间曝光。（3）焦点要小，以减少几何模糊度。2、与一般X线管的区别（1）铍输出窗口。（2）钼靶。（3）极间短距离。,复习：1、什么是管电压和管电流？2、X线管由哪几部分组成？作用分别是什么？3、固定阳极球管和旋转阳极球管有什么区别？,一、X线管的规格参数,1、结构参数：Q、有效焦点、外形尺寸、重量、管壁的滤过当量、n、T等。2、电参数：灯丝加热电压和电流、最大管电压、管电流、最长曝光时间、最大允许功率、代表容量等。,第四节 X线管的规格和基本特性,3、在调整和使用X线管时，特别要注意：（1）最大管电压。（2）最
13、大管电流。（3）最长曝光时间。,二、X线管的基本特性,1、阳极特性曲线：灯丝加热电流一定时，管电流与管电压的关系曲线。2、灯丝发射特性曲线：指在一定管电压下，管电流同灯丝加热电流的关系曲线。3、灯丝加热特性：是指灯丝加热电压同加热电流的关系。一般成正比关系。,1、X线管的阳极特性曲线：灯丝加热电流一定时，管电流与管电压的关系曲线。,线性区饱和区,2、X线管的灯丝发射特性曲线：是指在一定管电压下，管电流同灯丝加热电流的关系曲线。,电参数,（一）最大管电压指加于阴阳两极的最高电压，和球管长度、形状、介质等决定的。（二）球管容量-负荷量，是X射线管在安全使用条件下，一次曝光或积累曝光而无任何损坏时候
14、能承受最大负荷量。如何增大球管容量？,球管容量用“代表容量”表示：P=UI/1000 kW注意：U和I取有效值，因此，必须考虑整流方式。球管容量还和曝光时间有关系.固定阳极：单相全波整流、1s。旋转阳极：三相六管全波整流、0.1s。代表容量不是固定值，它与焦点尺寸、整流方式、曝光时间、阳极转速、Q、焦点面直径等有关。,1.X线管的瞬时负载特性,负载的分类：瞬时负载和连续负载瞬时负载：作用数毫秒到数秒，受靶面熔点决定。连续负载：作用时间10s以上。瞬时负载用功率或容量表示，也常用瞬时负载曲线来表示；连续负载用热容量来表示，或直接标明连续使用的最大功率。,瞬时负载曲线,1、表示某焦点在某种整流方式
15、下，对应一定的管电压（峰值）时，允许的最大管电流（平均值）与曝光时间之间的关系曲线。一般取极限值的85%90%。2、实际使用要增加一个低kV、小mA的预热过程。,瞬时负载曲线,2、连续负载特性是指曝光时间在10S以上，比如透视。,（三）热容量1、连续负载：作用时间在数秒以上长时间的负载。2、生热过程：在连续负载的作用下，扩散到阳极各部分的温度将不断上升。3、冷却过程：同时通过热传导和热辐射方式使热量不断散失的过程。4、连续负载允许的最大热容量用热单位（HU）表示：一热单位为单相全波整流，高压电缆少于6米，1kV（峰值）、1mA（平均值）、1s时，阳极所产生的热量。即：1HU=1kV1mA1s=0.77J,X线管的生热和冷却曲线。,管套的生热和冷却曲线,X线管的检验,（一）外观检验1、管壁2、阴极3、阳极4、管内,（二）冷高压试验：在灯丝不加热的情况下，加高压于X线管两极以检查其真空度。（三）灯丝加热试验：外加3V电源。（四）负荷试验1、透视训练：2mA，每次增加5kV，断续曝光12min，休息3min。2、摄影负荷试验。,X线管的使用,1、预热2、旋转阳极启动3、负载限制4、保管存放时，应将X线管阳极置于下垂位置。,作用：,1、X线管的容器2、防电击3、防散射4、散热,第五节 X线管管套,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,
