医用X射线机原理

医用X 射线机
一、X 射线简介
1、X 射线是波长介于紫外线和γ射线间的电磁辐射。

由德国物理学家W.K.伦琴1895年发现，故又称伦琴射线。

2、高速的电子流(即阴极射线)突然被减速时放射出的一种穿透力很强的电磁波，用几万伏至几十万伏的高压加速电子，并使电子束轰击靶极，X 射线从靶极发出。

3、波长小于0.1埃的称超硬X 射线，在0.1～1埃范围内的称硬X 射线，1～10埃范围内的称软X 射线。

4、X 射线具有很强的穿透力，医学上常用作透视检查，工业中用来探伤。

长期受X 射线辐射对人体有伤害。

二、医用X 射线机的组成和分类
医用上应用的原理：由于人身体各部分组成物质的不同，X 光的穿透能力也有差别。

反射到底片上的骨骼，其实就是没有被很好穿透的地方，肌肉比骨骼更容易穿透， 底片也更容易感受到这样的光。

由于各个部分穿透的光强度不一，底片感光强度不一，导致底片上可以看到骨骼的样子。

因此可以应用来对人体进行透视和摄片。

1．组成：
基本组成分为X 射线发生装置和X 射线辅助设备两大部分，其组成如图1所示：
一台X 射线机所具有的辅助设备的多少和类别，取决于X 射线发生装置所具的功率和功能，主要有支持X 射线管头用的机械装置、各种检查床、图像增强器等等。

2．分类
（1）诊断机
利用X 射线透过人体所形 成的各种影像，疾患者进行诊 断的X 射线机。

这类机器有较 多类型，图2所示为一固定式 大型医用X 射线机。

高压发 生装置 控制 装置 X 射 线管 机械装置与
辅助装置
电
源
图1 X 射线机组成框图 图2 AXGP520型诊断机
（2）治疗机
根据X射线的生物效应，对
疾患者进行治疗的X射线机。

主
要用于对浅表病灶的治疗，如杀
死肿瘤病人病灶处的癌细胞。

图
3所示为一X射线深部治疗机。

图3 X射线深部治疗机
三、医用X射线管
1．医用X射线管
医用X射线管是X射线的主要元件。

主要有产生热电子的阴极、产生X射线的阳极、和得到真空环境，保证电子运动不受阻挡的真空管组成。

其形状如图4所示。

阳极包括阳极柱、阳极罩、靶面、铜体四个部分，阴极由灯丝、集射罩组成，玻璃壳是能支撑两极同时能保持管内真空。

图4 医用X射线管
2．X射线管的工作原理
可将X射线管工作原理用下图5示意，阴极钨丝通电后，产生大量热电子，在高压电场的作用下向阳极作高速运动，打在阳极靶面上，金属靶面在吸收大部分能量的同时，激发出X射线。

图5 X射线管工作原理图
四、医用X射线机的电路
电路组成：电源电路、高压整流电路、管电流测量电路、X射线管灯丝加热和管电流控制电路、曝光限时电路、各种保护电路和附属设备电路等等。

如图6。

图6 电路组成框图
1．电源电路
电源电路将外电源引入控制台内，通过变换为各电路提供电源。

以F78-II300mA为例，如图7所示。

工作原理：按下AN5或AN1时，线圈JCI或者JCII得电，常开触点闭合，一方面使接触器自锁，另一方面使JC0得电，使主电路闭合，自耦变压器得工作，输出机器所需的各种大小的电源。

图7 F78-II300mA电源电路
2．管电流测量电路
工作原理：由于X射线管和高压变压器次级绕组的电流为同一电流，所以在高压变压器的中心接地处串接一电流表，可测量管电流，图中电容是防止电流表接触不良或断路带来的高压袭击。

如图8所示
图8 管电流测量电路
3．曝光限时电路
工作原理：当手闸S1闭合后，继电器K1工作，然后使接触器K3接通工作，限时器得电，曝光开始；限时器到时达后，单结晶体管VU导通，使晶闸管VH 导通，继电器K2得电工作，使接触器K3断电，曝光结束。

由电路图可知，本电路曝光时长由调节变阻器对RC电路充电时间的调节实现的。

如图9示。

图9 曝光限时电路
4．旋转阳极控制电路
工作原理：电路如图10所示，该部分由信号输入电路和开关电路组成，信号输入电路由C1～C3，T1～T3，，R7～R9，VD1～VD6组成，相当于一三输入端与门。

三个电感器分别代表起动电压互感器二次绕组，起动电流互感器二次绕组及X射线管灯丝电流互感器二次绕组。

其余元件组成一开关电路。

当接通电源时，A点电位较低，VT1和VT2均截止，K1不能得电；当摄影时，灯丝点亮，X射线管旋转阳极起动，在T1和T2上产生感应电动势，并经过串联的二极管速流后关生一较高的电压，即相当于与门的三个输入端都得到的高电位，从而使A点电位升高，使VT1导通，再使VT2导通，K1线圈得电，曝光开始；曝光结束后，再
通过放电，使A点电位降低，使VT1和VT2截止，使K1失电。

只要三个线圈所对应的部分有一个达不到要求，则不会曝光。

同时可由熔断器进行过载保护。

图10 旋转阳极控制电路
五、机械辅助装置
主要机械辅助装置有X线管头支持装置，检查床，各种摄影装置。

1．X管头支持装置
主要作用：把X射线管管头固定在一定位置上，使其以一定距离和角度对胶片进行曝光。

要求：有尽可能大的覆盖面积和灵活的倾斜功能以尽量减少病人的移动。

分类：落地式、附着式、悬吊式
落地式结构简单；附着式功能较少；悬吊式覆盖面积大，能使X射线管管头实现前后、左右、上下的三维移动，如图11所示，左边为实物图，右边为结构示意图
图11 X管头支持装置
2．滤线器检查台
滤线器：是用铅等能有效阻挡X射线的材料组成的一块挡板，因其同滤网相似的结构，它只允许正对入射的X射线通过，将其放置在X光底片的上，底片只记录通过被检查组织的射线吸收情况，其他反射线因为入射角度不对而被阻挡，不能达到底片，从而保证图象的质量。

其示意图12如下：
图12 滤线器工作原理图
滤线器检查台：将滤线器按装在台面下方，用台子承受病人的质量。

在摄影时，应保证射线中心线总是对准滤线器中心，这样才能收到较好的效果。

所以专门设计了一种滤线器和X射线管一体化的对置支架，如图13所示。

对置支架即是附着式的支撑装置，它能实现X线管头和滤线器的同时移动，保证射线中心线总是对准滤线器中心。

图13 对置支架
3．诊视床
是为了满足胃肠透视的需要而设计的一种专用设备，能够实现床身立卧，移动和即时摄影功能。

其形状和组成示意图如图14所示。

图14 诊视床
六、应用前景
随着科学技术的发展，各种专业用途的X射线机应运而生，如乳腺X射线机（如图15）、床边摄影X射线机（如图16）、牙科X射线机（如图17）、手术C臂X射线机（如图18）等等。

图15 乳腺X射线机图16 床边摄影X射线机
图17 牙科X射线机图18 手术C臂X射线机当前医用X射线机的研究主要针对提高影像质量，降低工作人员和被检查人员的照射量，实现操作和影像处理自动化。

比如有一种LDRD-P 型普及型低剂
量直接数字化医用X射线机就具有显示图像时间快的特点，在检查病人后几秒钟内就可观察图像结果，而胶片至少10分钟（急诊情况）；并且一次照射可以了解多个部位；该射线机影像的储存变为电子化，可以很方便的通过网络实现远程会诊，而无需转送病。

随着科学研究的深入，相信科研人员会研制出适应现代化医疗的更先进新型X射线机。

参考文献
林宋等编著．光机电一体化技术产品实例．北京·化学工业出版社，2004.1 黎式棠著．医用X射线机原理与维修．广西科学技术出版社，1999.5
王德华主编．医用X线机构造和维修．人民卫生出版社，2003.1
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