X线管

A
B
胶片
A1 B1 A1 A2 B1 B2
半影
半影
*有效焦点越小，图像清晰度越高
10
5、X线辐射强度分布 对成像质量的影响
双峰分布
（实际情况）
（1）医学诊断用 X线管的焦点一 般是双峰分布
矩形分布
（2）高斯分布影 像分辨率最高
高斯分布
11
（理想情况）
6、焦点的方向性
（1）焦点尺寸同投影方向有关
由于X线呈锥形辐射，故 投影方位愈靠近阳极，Q角愈小，有效焦点愈小；
40
2、厚靶X线强度的空间分布
（1）厚靶
（a）X线的产生不局限于靶面 （b）入射高速电子全部被阻止
－－－－“反射式”靶
41
（2）厚靶X线强度分布特点
厚靶X线管近阳极端的X线强度弱，近阴极端的X 线强度强。 -----阳极效应
42
（3）厚靶X线强度的空间分布
43
（4）厚靶强度分布曲线在投照上的应用
11、X线管的检验和使用
2
X线管的作用

产生并输出X射线

X线机的心脏
3
X线管的类型

诊断用X线管：
– 透视、摄影 – 焦点小，功率大、散热器散热

治疗用X线管：
– 浅表治疗、深层治疗
– 大焦点、长时间曝光、风冷水冷或油冷
4
一、固定阳极X线管
（一）构造和作用
由阳极、阴极和玻璃壳组成
5
1、阳极 由阳极头、阳极罩、阳极柄组成 作用：产生X线、散热、吸收二次电子 和散射线
33
五、X线管的规格和基本特性
（一）X线管的规格参数
1、结构参数
靶角Q、有效焦点S有、外形尺寸、重量、管 壁滤过当量、转速n、灯丝温度T
2、电参数
灯丝加热电压和电流（Vf/If）、最大管电压 （Va）、管电流（Ia）、最长曝光时间（s）、最 大允许功率P、代表容量
34
3、在调整和使用X线管时，特别要注意：
27
四、特殊X线管
（一）三极X线管
1、结构
阳极与阴极之间再加一个控制栅极 通过脉冲控制栅极上负电位或负脉冲电压的 通断，控制X线的快速导通与截止。
2、应用
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。 通过调节栅极负偏压，可以控制电子聚焦面 积，得到微焦点，实现放大摄影。 28
（1）最大管电压（峰值 kV） 避免高压击穿 （2）最大管电流（平均值 mA） 管电压和曝光时间一定 （3）最长曝光时间（s） 管电压和管电流一定
35
（二）X线管的基本特性
1、阳极特性曲线
If一定时，Va与Ia的关系曲线
空间电荷效应：
灯丝后端滞留电子（电子云），跟随 管电压升高而陆续飞向阳极，形成曲线比 例区和饱和区。
管壁荧光（随管压升高而消失）
53
3、灯丝加热试验
外加3V电源，检查灯丝通断及工作状况
4、负荷试验
1、透视训练： 2mA，每次增加5kV，断续曝光 1~2min，休息3min。 2、摄影负荷试验
24
1、结构原理
阳极和阴极固定在旋转轴上，直接浸泡在绝缘油中； 球管工作时，马达带动整个球管旋转；
阳极直接背靠在管壁上，故极易散热；
冷却油通过进出循环将热量直接带走 。
25
2、偏转线圈
目的：使电子束打到阳极适当的位置，轰击靶 面而产生X线，形成飞焦点。 原理：由于采用先进的电磁控制系统进行X线 聚焦，即在偏转线圈上加上一定的控制信号， 达到改变焦点位置的目的，实现飞焦点。
（1）放射窗固有滤过小，以减少软线吸收。 （2）能以较低管电压产生较大管电流，以实现 短时间曝光。 （3）焦点要小，以减少几何模糊度。
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2、结构特点 （1）铍窗 （Z=4 滤过吸收小） （2）钼靶（产生长波软线多） （3）短极距（弥补灯丝发射特性）
3、应用 用于软组织摄影，主要是乳腺摄影 皮肤吸收剂量大
高速管－避开临界转速 低速管－通过静转时间反映轴承磨损度

轴承：耐热合金钢制成，耐高温 轴承的润滑：固体润滑材料，二硫化钼、银、铅 需配有启动、延时、降压、制动、保护电路
17
（三）X线球管散热方式
1、固定阳极X线管：热传导
2、旋转阳极X线管：热辐射
－黑化转子表面，增大热辐射 －曝光间隔较长，保证热辐射
21
（三）双轴承X线管
双轴承设计： 提高旋转阳极的转速及牢固程度，球管 的寿命和散热速度大大提高，热容量提高。
22
（四）单极X线管
采用单极设计：阴极接负高压，而阳极 和球管的金属外壳接地
大大提高球管的寿命和散热速度， 提高热容量。
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（五）电子束控金属球管
又称Straton球管，由SIMENS公司发明
愈靠近阴极，Q角愈大，有效焦点愈大。
（2）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，故应使 X线中心线对准 影像中心 即保持实际焦点中心、X线输出窗中心、投影中心 三点一线
12
7、焦点增涨 有效焦点的尺寸同kV和mA有关：
kV增大， S有稍小（克服电子斥力）
mA增大， S有明显增大（增加热电子）
51
* 不允许球管长期工作在极限条件下
3、管套的生热和冷却曲线
MHU 120 100 80 60 40 20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200 分钟
最大热容量大大增加、最大冷却速率下降
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（六）X线管的检验
1百度文库外观检验
管壁 阴极 阳极 管内
2、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。 如真空不良，会出现电离辉光，需训管。 区分 电离辉光 （随管压升高而明显）和
45
2、容量的计算
P=IU/1000
其中P：功率/容量 kW U：管电压有效值 kV I： 管电流有效值 mA
*（最大）热容量：对应阳极某薄弱部分的温升
极限，阳极整体所积累的全部热能
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3、代表容量
（1）代表容量：某X线管在一定整流方式和曝光 时间条件下的最大容量。 – 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
（2）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。
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4、瞬时负载曲线
（1）表示某焦点在某种整流方式下，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）实际操作要增加一个低kV、小mA的预 热过程。
作用：高速电子均匀轰击阳极靶面，有效焦点 面增大，球管功率得到大幅提升。
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3、电子束控金属球管的优点
（1）阳极直接冷却，且冷却效率极高（5 MHU/min），阳极上不再有热积累。 （2）阳极热容量近于零（0兆球管），即 使在最大负荷条件下，球管也可即时冷却。
可行快速不间断曝光。
（3）阳极和内置球管组件要比常规球管小 得多，球管寿命大大延长，成本降低。
2、阴极 由灯丝、阴极头、阴极套、玻璃芯柱组 成 作用：发射电子、对电子聚焦 3、玻璃壳 作用：支撑阴阳两极、保持管内真空度
6
（二）X线管的焦点
1、实际焦点：电子轰击在靶面上的面积
2、有效焦点：实际焦点在X线投照方向上的 投影
3、标称（有效）焦点： X线投照方向 ⊥ X线管轴 时的有效 焦点
7
（1）X线投照方向 ⊥ X线管轴垂直 时，靶面与X线投 照方向的夹角Q称为阳极倾角/靶角。 （2）有效焦点S有、实际焦点S实和阳极倾角Q的关系： a、S有=S实×sin Q b、S有一定时，Q越小， S实越大，热容量P越大 c、为减少几何模糊，要求S有尽量小 （3）（标称）有效焦点一般用 容许长× 容许宽 标注
3、特性
（1）灯丝发射特性 栅极负电位阻碍电子流运动，三极X线管的 灯丝发射特性差。 为获得相同的管电流，三极X线管需要更大 的灯丝加热电流。 为获得更大的管电流，将灯丝与阴极头绝缘， 并在阴极头上加负电位，阴极头成为聚焦栅极。 为改善灯丝发射特性，阴极装有两组灯丝， 同时发射，焦点近似高斯分布。
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mA 800
60 kV
600
2.0mm 单相全波整流
70 kV 80 kV 90 kV 100k
400
V
200
0 0.01
0.05 0.10
0.5
1
5
10 秒
瞬时负载曲线（大焦点）
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（五）连续负载特性
1、热容量的计算
（1）连续负载：作用时间在数秒以上
（2）生热过程：在连续负载作用下，扩散到阳极各 部分的温度将不断上升的过程 冷却过程：通过热传导和热辐射方式使热量不 断散失的过程
4、热容量达5.2MHU以上，且能在1秒内快速启动
－－用于连续摄影、断层摄影、电影摄影等
20
（二）CT用X线管
1、特点： 功率极大，阳极在短时间内将积聚巨大的热量 2、解决： 靶面：大直径、厚钼基或石墨基、小靶角 轴承及润滑剂：提出了更高的要求，并外加散热 系统。 3、飞焦点： 加入偏转磁场，电子轰击靶面位置动态可控
第四章
医用诊断X线球管
1
主要内容
1、X线管的作用和分类
2、固定阳极球管的结构、特点和功能 3、旋转阳极球管的结构、特点和功能 4、衡量X线管的主要参数：功率、焦点 5、大功率X线管的实现
6、特殊X线管的结构特点和应用
7、X线管的基本特性 8、X线强度的空间分布特点和实际运用 9、瞬时负载曲线 10、热容量的一般表示方式：HU
36
2、灯丝发射特性曲线
Va 一定时， Ia与If 的关系曲线
37
3、灯丝加热特性
Vf同If的关系曲线
一般成正比关系
38
（三）X线强度的空间分布
1、薄靶周围X线的空间分布 （1）薄靶
（a）X线的产生限于靶面 （b）电子直接透过而不偏转
－－－－“穿透式”靶
39
（2）薄靶X线强度的空间分布
随着Va的升高，X线集中向电子运动方向辐射。
（3）连续负载允许的最大热容量： 热单位（HU）：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=1kV×1mA×1s
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2、X线管的生热和冷却曲线
MHU 10 8 6
425HU/s
500HU/s
340HU/s
4 2
0
1
2
3
4
5
6
7
分钟
（1）晶粒细，抗热胀性好，再结晶温度高，不易 龟裂 （2）X线辐射率下降较慢 （3）热容量大大提高
－－－－取代纯钨靶
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4、旋转阳极X线管各要素

启动原理：类似单相异步（鼠笼式）电动机


转子转速：n=120f/p
f↗，n↗
功率：P=K（nd ）1/2 n↗，P↗（中频机）

阳极制动：减少空转磨损
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三、大功率X线管
共性：
靶面直径大（120mm） d↗ P↗ 转速高 n↗ P↗ 靶角小（9°～14°）

– S有一定时，Q↘， S实↗ ，P ↗

与热交换器配合使用 油冷
－－ 用于大负载短时间曝光
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（一）金属陶瓷大功率X线管
1、金属外壳代替玻璃外壳：加大强度 2、陶瓷电极支座：提高绝缘性能 3、液态金属代替轴承：增加热传导，提高冷却能力
8
（标称）有效焦点的容许值变化范 围
标称（mm） 容许宽（mm） 0.6 0.8 1.0 1.2 0.6~0.9 0.8~1.2 1.0~1.4 1.2~1.7 容许长（mm） 0.9~1.3 1.1~1.6 1.3~1.8 1.7~2.4
9
4、有效焦点同成像质量的关系
有效焦点 有效焦点
A
B
物体
（d）尽量利用中心线附近X线束来摄片
利用强度最大线曝光，提高X线利用率
44
（四）X线管的瞬时负载特性
1、负载的分类
（1）瞬时负载（数毫秒-数秒 ）
单次摄影、单组连续摄影等
由靶面熔点决定 功率/容量/瞬时负载曲线
（2）连续负载（10秒以上）
透视、点片摄影等
由阳极某处温升极限决定 热容量/直接标明连续使用的最大功率
29
管电压kV
（2）截止特性
120
管电压增大，控 制栅极截止电压 需相应增加
80
40
栅极电压 -3.0 （kV）
-2.0
-1.0
30
0
（3）时间控制特性 在栅极和阴极之间加一矩形负脉冲电压， 可实现瞬时曝光。
4、三极X线管的局限性 管电流小，不适用于大功率X线机
31
（二）软组织摄影用X线管
1、应具备的条件
（a）将阳极效应同体层厚度相对应
腰椎正位片：腰椎上部体层薄，近阳极；腰椎下部体 层厚，近阴极→到射X线等强度→胶片浓度均匀
（b）焦片距较大时阳极效应不明显
照射野边缘近阴极，强度大；边缘衰减快→阳极效应 被抵消
（c）焦片距相同时小照射野受阳极效应的影响小
照射野越小，射线到片距离越接近，阳极效应越不明显
焦点增涨： kV一定，mA增大， S有明显增加（低 压时较明显）
13
二、 旋转阳极X线管
14
（一）旋转阳极X线管的特性
1、特点： 偏阴极、阳极靶面高速旋转 2、优点： 功率大、焦点小
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（二）旋转阳极X线管的组成
1、组成：阳极、（偏）阴极和玻璃壳 2、阳极：靶面、转子、轴承和定子 3、镶在钼基或石墨基上的铼钨合金靶：