X射线机基础知识

X射线机基础知识

一、概述：

1895年11月8日，德国物理学家伦琴在研究阴极射线管中气体放电实验时，偶然发现了X射线。很快X射线就应用于医学成像，开创了一种内脏器官无创伤影像诊断方法。

X射线是一种波长极短，能量很大电磁波，它除了具有可见光的一般性质外，还具有自身的一些特性，即穿透作用、电离作用、感光作用、荧光作用及生物效应等。

X射线在医学上的应用有三个方面的内容，即X射线诊断、X射线治疗及X射线防护。用于诊断的X射线机称为诊断X射线机，可以作透视、摄影检查。X射线透视主要依据的是X射线的穿透作用，差别吸收及荧光作用；X射线摄影依据的是X射线的穿透作用，差别吸收及感光作用。X射线摄影检查又可以分为普通摄影、滤线器摄影、断层摄影等几种方法。

二、X射线机高压部件简介

（一）X射线管

X射线产生需要三个条件：（1）电子源；（2）高速电子流；（3）靶。X射线管就是据此设计制造的产生X射线的核心器件。X射线管主要由阴极、阳极和玻璃壳三部分组成，阳极和阴极封装在高真空度的玻璃壳内。阴极（钨丝）在高温下可发射足够数量的电子，这些电子在阴阳两极高压作用下被加速成为高速电子流。当高速电子撞击钨靶时，电子动能转换为两部分能量：其中不到1%能量转换为X 射线能量；而99%以上能量转换为阳极热量，加速了阳极靶面的温升。X射线管分为固定阳极X射线管和旋转阳极X射线管，两者结构区别主要体现在阳极上，前者主要由钨靶面和传热的铜体构成，后者主要由靶面、转子、转轴、定子及轴承组成。旋转阳极X射线管分为低速管（3000转/分）和高速管（9000转/分）两类。为减少磨损和防止共振，旋转阳极X射线管一般都有制动装置。X射线管放置在X射线管管室中，两者之间充满了用于绝缘和冷却的变压器油。

（二）高压发生器

高压发生器的主要作用是供给X射线管阴、阳两极直流高压和灯丝加热电压。其主要由高压变压器、灯丝变压器、高压整流器、高压交换闸、变压器油及封装以上部件的箱体组成。高压初级电压经高压变压器升压、高压整流器整流后，成为直流高压，通过高压电缆加到X射线管阴阳两极。灯丝初级电压经灯丝变压器降压后，通过阴极高压电缆加到X射线管灯丝。一台X射线机经常带有两个或三个X射线管，这些X射线管分时工作，通过高压交换闸进行切换。变压器油起绝缘和散热的作用。

（三）高压电缆

高压电缆是连接高压发生器和X射线管的器件，主要用于传输X射线管阴阳两级高压及灯丝加热电压。高压电缆分同轴高压电缆和非同轴高压电缆两类，其结构从里到外依次为导电芯线、高压绝缘层、半导体层、金属屏蔽层及保护层。阴极电缆有三芯和二芯两类，分别用于双焦点和单焦点X射线管。高压电缆两端装有高压插头，分别与装有高压插座的高压发生器和X射线管相连。

三、诊断X射线机的组成

诊断X射线机主要由主机和外围设备两部分组成。每部分的具体组成如下表所示。

四、X射线机主机系统基本电路

X射线机主机系统就其电路而言，可分成以下10个组成部分：

1. 电源电路为X射线机各部分电路提供所需的电源电压，其核心部件是自耦变压器。

2. 高压初级电路给高压变压器提供电源的电路。要求高压初级可实现管电压的调节、管电压的控制和管电压的指示。

3. 高压次级电路将高压变压器次级输出的交流高压通过整流器件变换为直流高压并送到X射线管两端。

4. X射线管灯丝加热电路供给X射线管灯丝加热电源的电路，分为灯丝初级电路和次级电路，其基本要求为稳定和可调。

5. 管电流测量电路管电流的测量通常使用毫安表和毫安秒表。此表串接在高压变压器次级中性点上，并安装在控制台上，以指示曝光时的管电流。

6. 延时电路主要作用是完成电路、器件、装置及机械传动过程中所需要的等待时间。例如旋转阳极启动时间、灯丝增温时间、点片摄影时由透视状态转换到摄影状态所需要时间等，都是由延时电路提供的。

7. 限时电路控制曝光时间的电路。通常通过控制高压接触器或主可控硅的通断来控制曝光时间。常用限时器有机械限时器、电子限时器及自动曝光限时器等。

8. 旋转阳极启动电路控制旋转阳极转动的电路。通常有如下几个方面的要求：一是要能快速启动；二是要有延时；三是要有降压装置；四是要有保护装置；五是要有制动装置。

9. X射线管安全保护电路每只X射线管都有自己的最大容量。使用时，如果超过它的极限就会造成X射线管的损坏。为了保证每次曝光都在X射线管的最大允许负载下进行，许多X射线机都设有X射线管安全保护电路。但这种保护属于一次性预置保护，只对一次性曝光过载起保护，而对额定值内的连续重复曝光而出现的累积性过载不起保护作用，所以在使用X射线机时，相邻两次曝光之间要有足够时间的间隔，以保证X射线管充分冷却。

10. 控制电路控制电路是指按照临床技术要求利用以接触器和继电器为主要执行元件，来控制X射线的发生和中断，并能协同某些机械动作的综合性电路。以上10个基本电路组成了一台X射线机的主机电路，他们之间相互作用、相互控制，其相互关系如图所示。

X线管的分类

X线管是球管中主要部件,它是具有两个电极(阳极和阴极)的高压真空仪器,X线是由于向X线管阳极迅速运动的电子收到急剧的制止而发生的"

1. X线管的分类

1. 按用途分：诊断用X线管和治疗用X线管两种。

2. 按焦点结构分：单焦点X线管和双焦点X线管两种。

3. 按阳极性质分：固定阳极X线管和旋转阳极X线管两种。

2. 固定阳极X线管的结构

固定阳极X线管由固定阳极、阴极、铜柱、玻璃罩组成。

1. 固定阳极：阳极由钨靶组成。阳极承受电子撞击的面称之为靶面，通常称之为钨靶

2. 阴极：阴极由灯丝组成。当阴极灯丝电流流过时，灯丝周围就会产生电子，电流越大，电子越多，当X线管二端加上高电压后，由于电场的作用，电子迅速向阳极飞去，电压越高，电子速度就越快。

3. 铜柱：由于高速电子聚焦后去撞击阳极靶面时，由动能转变为热能，因此阳极产生很大的热能，必须通过铜柱进行散热。

4. 玻璃罩：X线管的玻璃罩是一种特殊玻璃，必须与金属膨胀系数相同，不可漏气，保持X线管内的高度真空。

固定阳极X线管因阳极面受温度的影响，限制其功率，要提高功率，焦点面就必须增大，但是焦点面增大，又会影响清晰度，二者不能兼顾。

3. 旋转阳极X线管由旋转阳极和阴极组成。

旋转阳极：旋转阳极由靶面、转子、轴承，阳极转轴组成。旋转阳极X线管的转速为2800转/分，其优点是功率大，焦点小，散热快。高速旋转阳极X线管的转速为9000转/分。

阴极：阴极由聚焦螺旋管状灯丝、阴极盘、阴极罩等组成。其作用与固定阳极X线管相同，就是以发射电子并使其聚焦去轰

击阳极靶面，一般灯丝具有大小二个。

球管的原理、选购和安装

1．球管的结构

CT球管主要由管芯、管套、高压电路、循环冷却系统等几部分组成。而管芯又是由杯状阴极灯丝、旋转阳极钼基钨靶、高速轴承、附属散热装置等部件组成。

2.球管工作原理

球管实际上是一个大的高真空的阴极射线二极管，是产生x线的系统，其工作过程为：由12V电流供于阴极灯丝加热，并产生自由电子云集，这时向阴阳两极加40一150kV高压电时，电势差陡增，在高压强电场驱动下，处于活跃状态的自由电子束，由阴极高速撞击阳极钼基钨靶，并发生能量转换，约l％的电能形成了x线，由窗口发射，99％则转换为热能，由散热系统散发。

x线是一种有很强穿透力的短电磁波，且电压愈高穿透力愈强。x线在穿透物质过程中会被部分的吸收即衰减，这是X线成像的物理学基础。利用这一原理使人体的组织产生不同衰减的射线投影，使胶片的溴化银感光经显影呈黑色；而未感光的溴化银，经定影冲洗为透明白色，由此产生了黑白影像，这就是摄影效应。另外x线的穿透程度或者说被吸收衰减程度还与被照物的密度和厚度相关，成像上所显示的黑白影的层次差异代表人体组织的密度差异，密度越高，吸收越多，穿透越少，感光越少，图像越白；反之则越黑。人体组织发生病变时密度也发生变化，其影像的黑白影也随之变化，这就是影像诊断原理。以上为模拟影像