第三次課 第二章 X線管-2012

第二章醫(yī)用診斷X線球管主要內(nèi)容X線管的作用和分類固定陽極球管的結(jié)構(gòu)、特點和功能旋轉(zhuǎn)陽極球管的結(jié)構(gòu)、特點和功能衡量X線管的主要參數(shù)：功率、焦點大功率X線管的實現(xiàn)特殊X線管的結(jié)構(gòu)特點和應(yīng)用X線管的基本特性X線強度的空間分布特點和實際運用瞬時負載曲線熱容量的一般表示方式：HUX線管的檢驗和使用X線產(chǎn)生的基本條件1、電子源（常用熱陰極）2、陽極靶（被高速電子轟擊而產(chǎn)生X射線）3、高速電子流（高真空/高壓）X線管的發(fā)展1896年第一只X線管（SIEMENS）1913年高真空熱陰極管（美國威廉.柯立茲）1923年雙焦點固定陽極管1927年旋轉(zhuǎn)陽極管1973年高速金屬旋轉(zhuǎn)陽極管（CT球管）2003年電子束控高速金屬管（SIEMENSStraton管）含氣管→真空管單焦點→雙焦點 固定陽極→旋轉(zhuǎn)陽極低速→高速小功率→大功率X線管的作用產(chǎn)生并輸出X射線X線機的心臟X線管的類型診斷用X線管：透視、攝影焦點小，功率大、散熱器散熱治療用X線管：淺表治療、深層治療大焦點、長時間曝光、風冷水冷或油冷一、固定陽極X線管（一）構(gòu)造和作用 由陽極、陰極和玻璃殼組成1、陽極 由靶面、銅體、陽極罩、陽極柱組成靶面：產(chǎn)生X線銅體/陽極柱：散熱陽極罩：吸收二次電子和散射線2、陰極 由燈絲、集射罩組成燈絲：發(fā)射電子集射罩：聚焦3、玻璃殼

作用：支撐陰陽兩極、保持管內(nèi)真空度（二）X線管的焦點1、實際焦點：電子轟擊在靶面上的面積2、有效焦點：實際焦點在X線投照方向上的投影3、標稱（有效）焦點：

X線投照方向

⊥

X線管軸時的有效焦點X線投照方向X線管軸（1）X線投照方向⊥

X線管軸時，靶面與X線投照方向的夾角Q稱為陽極傾角/靶角。（2）有效焦點S有、實際焦點S實和陽極傾角Q的關(guān)系：

a、S有=S實×sinQb、S有一定時，Q越小，S實越大，熱容量P越大

c、為減少幾何模糊，要求S有盡量?。?）（標稱）有效焦點一般用容許長×

容許寬標注（標稱）有效焦點的容許值變化范圍標稱（mm）容許寬（mm）容許長（mm）0.60.6~0.90.9~1.30.80.8~1.21.1~1.61.01.0~1.41.3~1.81.21.2~1.71.7~2.44、有效焦點同成像質(zhì)量的關(guān)系

*有效焦點越小，圖像清晰度越高焦點為點光源時，圖像邊緣清晰焦點尺寸增大，則出現(xiàn)半影，圖像邊緣模糊焦點面積減小

幾何模糊減少

影像清晰度高

管容量有限焦點面積增大管容量增大曝光時間縮短運動模糊減少影像清晰度下降VS----對于固定陽極X線管，雙焦點----引入旋轉(zhuǎn)陽極X線管*焦點尺寸-成像質(zhì)量的關(guān)系5、X線輻射強度分布對成像質(zhì)量的影響（1）醫(yī)學(xué)診斷用X線管的焦點一般是雙峰分布（2）高斯分布影像分辨率最高（理想情況）（實際情況）6、焦點的方向性

投影方位愈靠近陽極，Q角愈小，有效焦點愈?。挥拷帢O，Q角愈大，有效焦點愈大。

（2）若投影方向偏離管軸線和電子入射方向組成的平面，有效焦點的形狀還會出現(xiàn)失真，故應(yīng)使X線中心線對準影像中心 即保持實際焦點中心、X線輸出窗中心、投影中心

三點共線（1）焦點尺寸同投影方向有關(guān)

由于X線呈錐形輻射，故三點共線7、焦點增漲有效焦點的尺寸同kV和mA有關(guān)：

kV增大，S有稍?。朔娮映饬Γ?/p>

mA增大，S有明顯增大（增加熱電子）焦點增漲：

kV一定，mA增大，S有明顯增加（低壓時較明顯）二、旋轉(zhuǎn)陽極X線管固定陽極X線管焦點面積受限，功率（容量）受限，無法兼顧旋轉(zhuǎn)陽極X線管設(shè)計思路在不增大焦點面的前提下，提高焦點受熱面積，進而提高功率（容量）（一）旋轉(zhuǎn)陽極X線管的特性1、特點：

偏陰極、陽極靶面高速旋轉(zhuǎn)2、優(yōu)點：

功率大、焦點?。ǘ┬D(zhuǎn)陽極X線管的組成1、組成：陽極、（偏）陰極和玻璃殼2、陽極：靶面、轉(zhuǎn)子、軸承和定子3、靶面：鑲在鉬基或石墨基上的錸鎢合金靶：（1）晶粒細，抗熱脹性好，再結(jié)晶溫度高，不易龜裂（2）X線輻射率下降較慢（3）球管熱容量大大提高

－－－－取代純鎢靶啟動原理：類似單相異步（鼠籠式）電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：n=120f/pf↗，n↗功率：P=K（nd

）1/2n↗，P↗（中頻機）陽極制動：減少空轉(zhuǎn)磨損

高速管：避開臨界轉(zhuǎn)速 低速管：通過靜轉(zhuǎn)時間反映軸承磨損度軸承：耐熱合金鋼制成，耐高溫軸承的潤滑：固體潤滑材料，二硫化鉬、銀、鉛需配有啟動、延時、降壓、制動、保護電路4、旋轉(zhuǎn)陽極X線管各要素（三）X線球管散熱方式

1、固定陽極X線管：熱傳導(dǎo)

2、旋轉(zhuǎn)陽極X線管：熱輻射

－黑化轉(zhuǎn)子表面，增大熱輻射－曝光間隔較長，保證熱輻射三、大功率X線管共性：靶面直徑大（120mm）d↗P↗轉(zhuǎn)速高n↗P↗靶角?。?°～14°）

S有一定時，Q↘，S實↗，P↗與熱交換器配合使用油冷

－－用于大負載短時間曝光（一）金屬陶瓷大功率X線管1、金屬外殼代替玻璃外殼：加大強度2、陶瓷電極支座：提高絕緣性能3、液態(tài)金屬代替軸承：增加熱傳導(dǎo)，提高冷卻能力4、熱容量達5.2MHU以上，且能在1秒內(nèi)快速啟動

－－用于連續(xù)攝影、斷層攝影、電影攝影等（二）雙軸承X線管

雙軸承設(shè)計：提高旋轉(zhuǎn)陽極的轉(zhuǎn)速及牢固程度，球管的壽命和散熱速度大大提高，熱容量提高。（三）單極X線管

采用單極設(shè)計：陰極接負高壓，而陽極和球管的金屬外殼接地。大大提高球管的壽命和散熱速度，提高熱容量。（四）電子束控金屬球管 又稱Straton球管，由SIMENS公司發(fā)明1、結(jié)構(gòu)原理陽極和陰極固定在旋轉(zhuǎn)軸上，直接浸泡在絕緣油中；球管工作時，馬達帶動整個球管旋轉(zhuǎn)；陽極直接背靠在管壁上，故極易散熱；冷卻油通過進出循環(huán)將熱量直接帶走。2、偏轉(zhuǎn)線圈

目的：使電子束打到陽極適當?shù)奈恢?，轟擊靶面而產(chǎn)生X線，形成飛焦點。

原理：由于采用先進的電磁控制系統(tǒng)進行X線聚焦，即在偏轉(zhuǎn)線圈上加上一定的控制信號，達到改變焦點位置的目的，實現(xiàn)飛焦點。

作用：高速電子均勻轟擊陽極靶面，有效焦點面增大，球管功率得到大幅提升。3、電子束控金屬球管的優(yōu)點（1）陽極直接冷卻，且冷卻效率極高（5MHU/min），陽極上不再有熱積累。（2）陽極熱容量近于零（零兆球管），即使在最大負荷條件下，球管也可即時冷卻?？尚锌焖俨婚g斷曝光。（3）陽極和內(nèi)置球管組件要比常規(guī)球管小得多，球管壽命大大延長，成本降低。四、特殊X線管1、結(jié)構(gòu)

陽極與陰極之間再加一個控制柵極。（一）三極X線管通過脈沖控制柵極上負電位或負脈沖電壓的通斷，控制X線的快速導(dǎo)通與截止。2、應(yīng)用由于脈沖電源無機械運動的慣性，因此三極X線管能實現(xiàn)快速斷續(xù)X線攝影。

通過調(diào)節(jié)柵極負偏壓，可以控制電子聚焦面積，得到微焦點，實現(xiàn)放大攝影。3、特性

（1）燈絲發(fā)射特性

柵極負電位阻礙電子流運動，三極X線管的燈絲發(fā)射特性差。為獲得相同的管電流，三極X線管需要更大的燈絲加熱電流。

（2）截止特性管電壓增大，控制柵極截止電壓需相應(yīng)增加?xùn)艠O電壓（kV）（3）時間控制特性在柵極和陰極之間加一矩形負脈沖電壓，可實現(xiàn)瞬時曝光。

4、三極X線管的局限性管電流小，不適用于大功率X線機（二）軟組織攝影用X線管1、應(yīng)具備的條件

（1）放射窗固有濾過小，以減少軟線吸收。（2）能以較低管電壓產(chǎn)生較大管電流，以實現(xiàn)短時間曝光。（3）焦點要小，以減少幾何模糊度。

2、結(jié)構(gòu)特點（1）鈹窗

（Z=4濾過吸收小）（2）鉬靶（產(chǎn)生長波軟線多）（3）短極距（彌補燈絲發(fā)射特性）3、應(yīng)用（1）用于軟組織攝影，主要是乳腺攝影（2）皮膚吸收劑量大（一）X線管的規(guī)格參數(shù)1、結(jié)構(gòu)參數(shù)

靶角Q、有效焦點S有、外形尺寸、重量、管壁濾過當量、轉(zhuǎn)速n、燈絲溫度T2、電參數(shù)

燈絲加熱電壓和電流（Vf/If）、最大管電壓（Va）、管電流（Ia）、最長曝光時間（s）、最大允許功率P、代表容量五、X線管的規(guī)格和基本特性3、在調(diào)整和使用X線管時，特別要注意：（1）最大管電壓（峰值kV）避免高壓擊穿（2）最大管電流（平均值mA）

管電壓和曝光時間一定（3）最長曝光時間（s）管電壓和管電流一定（二）X線管的基本特性1、陽極特性曲線

If一定時，Va與Ia的關(guān)系曲線

If一定：→比例區(qū)+飽和區(qū)

If↗，Ia↗：→建立新的飽和區(qū)空間電荷效應(yīng)：

燈絲后端滯留電子（電子云），跟隨管電壓升高而陸續(xù)飛向陽極，形成曲線比例區(qū)和飽和區(qū)。If1If22、燈絲發(fā)射特性曲線

Va

一定時，Ia與If

的關(guān)系曲線

Ia與If成正比例

If

一定，Va↗：對應(yīng)Ia

↗

Ia

一定，Va↗：所需If↘3、燈絲加熱特性

Vf同If的關(guān)系曲線

一般成正比關(guān)系（三）X線強度的空間分布1、薄靶周圍X線的空間分布

（1）薄靶（a）X線的產(chǎn)生限于靶面（b）電子直接透過而不偏轉(zhuǎn)

－－－－“穿透式”靶（2）薄靶X線強度的空間分布隨著Va的升高，X線集中向電子運動方向輻射。2、厚靶X線強度的空間分布（1）厚靶（a）X線的產(chǎn)生不局限于靶面（b）入射高速電子全部被阻止

－－－－“反射式”靶（2）厚靶X線強度分布特點

厚靶X線管近陽極端的X線強度弱，近陰極端的X線強度強。-----陽極效應(yīng)近陽極衰減強出射少近陰極衰減弱出射多（3）厚靶X線強度的空間分布縱剖面110°出現(xiàn)最大強度橫剖面90°出現(xiàn)最大強度（4）厚靶強度分布曲線在投照上的應(yīng)用（a）將陽極效應(yīng)同體層厚度相對應(yīng)

腰椎正位片：腰椎上部體層薄，近陽極；腰椎下部體層厚，近陰極→到射X線等強度→膠片濃度均勻（b）焦片距較大時陽極效應(yīng)不明顯

照射野邊緣近陰極，強度大←→邊緣X傳輸遠衰減快→陽極效應(yīng)被抵消（c）焦片距相同時小照射野受陽極效應(yīng)的影響小

照射野越小，射線到片距離越接近，陽極效應(yīng)越不明顯（d）盡量利用中心線附近X線束來攝片

利用強度最大線曝光，提高X線利用率（四）X線管的瞬時負載特性1、負載的分類（1）瞬時負載（數(shù)毫秒-數(shù)秒）

單次攝影、單組連續(xù)攝影等

由靶面熔點決定

功率/容量/瞬時負載曲線（2）連續(xù)負載（10秒以上）

透視、點片攝影等

由陽極某處溫升極限決定熱容量/直接標明連續(xù)使用的最大功率2、容量的計算

P=IU/1000

其中P：功率/容量kWU：管電壓有效值kVI：管電流有效值mA

整流方式不同，則管電壓峰值-有效值、管電流平均值-有效值的換算公式不同*（最大）熱容量：對應(yīng)陽極某薄弱部分的溫升極限，陽極整體所積累的全部熱能3、代表容量（1）代表容量：某X線管在一定整流方式和曝光時間條件下的最大容量。固定陽極：單相全波整流、1s旋轉(zhuǎn)陽極：三相六管全波整流、0.1s（2）代表容量不是固定值，它與焦點尺寸、整流方式、曝光時間、陽極轉(zhuǎn)速、Q、焦點面直徑等有關(guān)。4、瞬時負載曲線（1）某焦點在某種整流方式下，對應(yīng)一定的管電壓（峰值）時，允許的最大管電流（平均值）與曝光時間之間的關(guān)系曲線。一般取極限值的85%－90%。（2）實際操作要增加一個低kV、小mA的預(yù)熱過程。瞬時負載曲線（大焦點）（五）連續(xù)負載特性1、熱容量的計算（1）連續(xù)負載：作用時間在數(shù)秒以上（2）生熱過程：在連續(xù)負載作用下，擴散到陽極各部分的溫度將不斷上升的過程；冷卻過程：通過熱傳導(dǎo)和熱輻射方式使熱量不斷散失的過程。（3）連續(xù)負載允許的最大熱容量：

熱單位（HU）：單相全波整流/高壓電纜少于6米/1kV（峰值）/1mA（平均值）/1s時，陽極所產(chǎn)生的熱量。

即：1HU=1kV×1mA×1s2、X線管的生熱和冷卻曲線*不允許球管長期工作在極限條件下500HU/s