《X线管装置》课件2.ppt

1、医学影像设备学岳 若 蒙第二章 X X线机基本装置第一节 X X线管装置固定阳极固定阳极X线管线管X线管的焦点线管的焦点旋转阳极旋转阳极X线管线管X线管的规格与特性线管的规格与特性X线管管套线管管套特殊特殊X线管线管教学内容教学内容 掌握固定阳极和旋转阳极掌握固定阳极和旋转阳极X线管的结构线管的结构及各部分的作用。及各部分的作用。熟悉熟悉X线管的规格和特性。线管的规格和特性。了解特殊了解特殊X线管的特点和用途。线管的特点和用途。教学目标教学目标诊断用X线机X X线发线发生装置生装置外外围围装置装置X X线线管装置管装置高高压发压发生装置生装置控制装置控制装置机械机械辅辅助装置助装置影像装置影像

2、装置记录记录装置装置产产生生条条件：件：阴极阴极灯灯丝丝加加热热且能且能发发射射电电子；子；X线线管管两极两极加上高加上高压压。管管电压电压：阴极阴极和和阳极阳极之之间间的直流的直流电压电压。管管电压电压使使电电子具有子具有较较大的大的动动能。能。管管电电流：流：阴极发阴极发射的射的电电子在子在电场电场作用下高速流向作用下高速流向 阳极阳极形成形成电电流。流。管管电电流越大，流越大，产产生的光子就越多。生的光子就越多。一、固定阳极X X线管 固定阳极X线管是X线管中最简单的一种，主要由阳极、阴极和玻璃管壳三部分组成。作用：作用：接受高速接受高速电电子流撞子流撞击击而而产产生生X线线；将阳极热将

3、阳极热量量辐辐射或射或传导传导出管外；出管外；吸收二次吸收二次电电子和散子和散乱乱射射线线。（一）（一）阳极阳极结构结构：阳极头阳极头、阳极阳极柄和柄和阳极罩阳极罩。1、阳极头阳极头：靶靶面和面和阳极阳极体体组组成。成。靶靶面：承受高速面：承受高速运动运动的的电电子流子流轰击轰击，产产生生X X线线。靶靶面材料一般都面材料一般都选选用用钨钨（Z=74Z=74），），钨钨的特点的特点:：熔点高：熔点高（33703370），蒸），蒸发发率低，原子序率低，原子序数数大，又有一定的机械强度大，又有一定的机械强度。钨钨的缺点：的缺点：导热导热率小，受率小，受电电子子轰击轰击后后产产生的生的热热量不能很快

4、量不能很快地地传导传导出去，出去，焊焊接到接到导热导热率率较较大的无大的无氧铜氧铜制成的制成的阳极阳极体上。体上。2、阳极阳极柄：柄：普通普通铜铜(紫紫铜铜)制成，引出管外至高制成，引出管外至高压绝缘压绝缘油油中，中，将阳极头热将阳极头热量量传导传导出去。出去。2、阳极阳极帽帽：吸收二次吸收二次电电子和散子和散乱乱射射线线 。（1 1）结构结构：两个两个窗口，窗口，头头部部圆圆口面口面对阴极对阴极，是高速，是高速运运动动的的电电子流子流轰击靶轰击靶面的通道；面的通道；侧侧下部下部圆圆口向外，是口向外，是X X线线的的辐辐射通道。射通道。窗口窗口1 1窗口窗口2 2 二次二次电电子：子：高速高速

5、运动运动的的电电子流子流轰击靶轰击靶面面时时，会会有有少量的少量的电电子子从靶从靶面反射和面反射和释释放出放出来来，这这部分部分电电子子称为称为二次二次电电子子 。危害：危害：其能量其能量较较大（大（约为约为原原来来的的99%99%），），轰击轰击到玻璃到玻璃壳内壳内壁上，壁上，将将使玻璃使玻璃壳温壳温度升高而度升高而释释放放气气体，降低管体，降低管内真内真空度空度或使玻璃或使玻璃壳击壳击穿；穿；二次二次电电子再次被子再次被阳极阳极吸引吸引轰击轰击到到靶靶面上面上时时，由于，由于没没有有经过经过聚焦，聚焦，将辐将辐射出非焦点散射射出非焦点散射X X线线，使，使X X线线影像影像质质量降量降低；

6、低；二次二次电电子子还会还会附着在玻璃壁上，造成整附着在玻璃壁上，造成整个个管壁管壁电电位位分布分布极极不均不均匀匀，产产生生纵纵向向应应力，易致玻璃壁力，易致玻璃壁损损坏。坏。作用：作用：发发射射电电子子并并使使电电子束聚焦，使撞子束聚焦，使撞击击在在靶靶面上的面上的电电子子束具有一定的形束具有一定的形状状和大小。和大小。（二）（二）阴极阴极结构结构：灯灯丝丝、聚焦槽、聚焦槽、阴极阴极套和玻璃芯柱套和玻璃芯柱。1、灯、灯丝丝：发发射射电电子，子，钨钨，螺旋管，螺旋管状状，分，分为单为单焦点和焦点和双双焦焦点点(大、小焦点大、小焦点)。灯灯丝电压丝电压越高，灯越高，灯丝温丝温度越高，度越高，发

7、发射射电电子子数数量量就越大，就越大，调节调节灯灯丝丝加加热热电压电压即可即可实现实现管管电电流的流的调节调节。为为了延了延长长灯灯丝寿丝寿命，灯命，灯丝丝加加热热方式通常方式通常采用采用预热预热增增温温式式。小焦点小焦点大焦点大焦点 2、聚焦槽：、聚焦槽：又名又名阴极头阴极头、聚焦、聚焦罩罩、集射、集射罩罩，对阴极对阴极灯灯丝丝发发射的射的电电子子进进行聚焦。行聚焦。形成主焦点的形成主焦点的电电子子轨轨迹迹 形成副焦点的形成副焦点的电电子子轨轨迹迹 又又称称管管壳壳，固定和支撑，固定和支撑阳阳、阴两极阴两极，保持高，保持高真真空。由熔空。由熔点高、点高、绝缘绝缘强度大、膨强度大、膨胀胀系系数

8、数小的小的钼组钼组硬硬质质玻璃制成。玻璃制成。（三）玻璃（三）玻璃壳壳二、X X线管的焦点 1、实际焦点：阴极电子在阳极靶面上的实际轰击面积。实际实际焦点的形焦点的形状状由灯由灯丝丝的形的形状决状决定，通定，通常常为长为长方形；大小取方形；大小取决决于聚焦槽的形于聚焦槽的形状状、宽宽度度及灯及灯丝丝位于槽中的深度位于槽中的深度。实际实际焦点越大，焦点越大，X X线线管的瞬管的瞬时负载时负载功率越大功率越大。2、有效焦点：实际焦点在X线各个投照方向上的投影。实际焦点在垂直于X线管长轴方向的投影称为X线管的标称有效焦点。有效焦点=实际焦点sin IEC规定，有效焦点的标称值为一无量纲的数值，其值是

9、有效焦点或实际焦点的宽度。如1.0，1.2，但目前，有效焦点的标注方法仍用习惯标注法，如：2.0mm2.0mm、1.0mm1.0mm或0.3mm0.3mm等。3、焦点的方位性：投影方位愈靠近阳极，有效焦点尺寸愈小；愈靠近阴极，有效焦点尺寸愈大。实际摄实际摄影中影中，应应注意保持注意保持实实际际焦点中心、焦点中心、X X线输线输出中心、投出中心、投影中心三点一影中心三点一线线，即：，即：X X线线中心中心线对线对准准摄摄影部位影部位中心。中心。4、焦点增涨：管电流增大时，由于电子数量增多，电子之间斥力增大，使焦点尺寸出现增大的现象。综综上所述，有效焦点的大小上所述，有效焦点的大小与实际与实际焦点

10、、投照方位焦点、投照方位、管、管电电流和管流和管电压电压的大小有的大小有关关。有效焦点越小成像。有效焦点越小成像质质量量越高。越高。有效焦点越小，影像清晰度越高。有效焦点为点光源时，图像边界分明，几何模糊小，影像清晰度高；有效焦点越大，图像边界上的半影越大，几何模糊越大，影像清晰度降低。减小有效焦点，势必减小实际焦点，X线管的功率随之减小，曝光时间增加，将会引起运动模糊。由此可见，减小焦点面积以减小几何模糊、改善影像清晰度与增大X线管功率以缩短曝光时间、减小运动模糊相矛盾。固定阳极X线管常采用双焦点的办法来折中几何模糊和运动模糊之间的矛盾，另一有效方法是采用旋转阳极X线管。三、旋转阳极X X线

11、管焦点焦点与与功率的功率的关关系：系：实际实际焦点越大，瞬焦点越大，瞬时负载时负载功率越大功率越大焦点焦点与与成像成像质质量的量的关关系：有效焦点越小，成像越系：有效焦点越小，成像越清清楚楚结构结构：阳极阳极、阴极阴极、玻璃管、玻璃管壳壳 旋旋转阳极转阳极X线线管由于管由于阳极阳极是一是一个个可以高速旋可以高速旋转转的的圆盘圆盘(实实际际焦点很大，有效焦点可以很小），所以具有瞬焦点很大，有效焦点可以很小），所以具有瞬时时功率大、功率大、焦点小的焦点小的优优点。点。旋旋转阳极转阳极X线线管的管的阳极阳极主要由主要由靶靶面、面、转转子、子、转轴转轴、轴轴承套座、玻璃圈等承套座、玻璃圈等组组成。成。

12、1、靶盘与靶靶盘与靶面：面：靶盘单靶盘单凸凸状圆盘状圆盘，中心固定在，中心固定在转轴转轴上，上，转轴转轴一端一端与转与转子相子相连连，要求有良好，要求有良好运动运动平衡性；平衡性；靶靶面面倾倾角角6。15。之之间间，铼钨铼钨合金做合金做靶靶面，面，钼钼或石墨做或石墨做靶靶基。基。热辐热辐射式散射式散热热。2、转转子：子：无无氧铜氧铜制成，制成，为为提高提高热辐热辐射能力，表面黑化。射能力，表面黑化。阳极转阳极转速低速速低速时时2700r/min(50Hz)，高速，高速时时8500r/min(150Hz)。阳极转阳极转速越高，速越高，X线线管功率越大，但是，提高管功率越大，但是，提高转转速速需考

13、需考虑转虑转子的子的运动运动平衡、平衡、轴轴承的承能力。承的承能力。旋旋转阳极转阳极X线线管工作管工作时时，必，必须须在在转转速速达达到到预预定定值时值时（启启动时间约动时间约0.81.2s），才能加管），才能加管电压产电压产生生X线线，否，否则会则会造成造成靶靶面溶化面溶化损损坏。因此，都坏。因此，都设设有旋有旋转阳极启动转阳极启动延延时时保保护电护电路。曝路。曝光光结结束后，束后，为为防磨防磨损损和共振，需制和共振，需制动动装置快速停装置快速停转转。3、轴轴承及其承及其润润滑滑 由耐由耐热热合金合金钢钢制成，制成，润润滑滑剂剂多采用二硫化多采用二硫化钼钼、银银、铅铅等等固体材料。固体材料。

14、四、X X线管的规格与特性（一）（一）构构造造参数参数：由由X线线管的管的结构结构所所决决定的非定的非电电性能方面的性能方面的参数参数，如，如阳极倾阳极倾角、灯角、灯丝丝尺寸、焦点大小、外形尺寸、重量、管尺寸、焦点大小、外形尺寸、重量、管壁的壁的滤过当滤过当量、冷却和量、冷却和绝缘绝缘方式、旋方式、旋转阳极转转阳极转速、最大速、最大允允许许工作工作温温度等。度等。（二）（二）电参数电参数：指指X线线管管电电性能方面的性能方面的规规格格数数据。据。1、最高管、最高管电压电压：允：允许许加在加在X线线管管两极两极的最高的最高电压电压的的峰峰值值，单单位千伏位千伏(kVp)。超。超过过此此值值，会导

15、会导致管壁放致管壁放电电，击击穿穿损损坏。坏。2、最大管最大管电电流：在管流：在管电压电压和曝光和曝光时间时间一定的情一定的情况况下下，X X线线管管内内允允许许通通过过的最大的最大电电流平均流平均值值，单单位毫安位毫安(mA)(mA)。超超过过此此值值，将导将导致致X X线线管管靶靶面面过热损过热损坏坏缩缩短短X X线线管灯管灯丝寿丝寿命，造成命，造成X X线线管管损损坏。坏。3 3、最、最长长曝光曝光时间时间：在管：在管电压电压和管和管电电流一定的情流一定的情况况下下，X X线线管一次曝光所允管一次曝光所允许许的最的最长时间长时间，单单位秒位秒(s)(s)。超超过过此此值值，X X线线管管

16、阳极将阳极将因累因累积热积热量量过过多、多、温温度度过过高高导导致致靶靶面面损损坏。坏。4、X线线管的容量：又管的容量：又称负称负荷量，荷量，X线线管在安全使用管在安全使用条条件件下，下，单单次或次或连续连续曝光而无任何曝光而无任何损损坏坏时时所能承受的最大所能承受的最大负负荷量荷量。容量容量计计算：算：P=UI/1000(kW)P：X线线管的管的负载负载功率功率 U：管：管电压电压的有效的有效值值 I：管：管电电流的有效流的有效值值 整流方式不同，整流方式不同，U、I的有效的有效值值不同。不同。容量容量与与曝光曝光时间时间有有关关，曝光，曝光时间时间增增长长，由于，由于热热量累量累积积，容，

17、容量量将将相相应减应减小。小。固定固定阳极阳极X线线管的代表容量：指在管的代表容量：指在单单相全波整流相全波整流电电路中，曝路中，曝光光时间时间1秒秒时时所能承受的最大所能承受的最大负负荷荷 旋旋转阳极转阳极X线线管的代表容量：指在三相全波整流管的代表容量：指在三相全波整流电电路中，曝路中，曝光光时间时间0.1秒秒时时所能承受的最大所能承受的最大负负荷。荷。X管型管型号号：XD51-2040/125 XD：国产诊断国产诊断用用X线线管；管；51：旋：旋转阳极转阳极(50)，固定，固定阳极阳极(50)；2040：小焦点代表容量：小焦点代表容量20kW，大焦点代表容量，大焦点代表容量40kW;12

18、5：最高工作管：最高工作管电压电压125kV。代表容量代表容量/标称标称功率功率/额额定容量：一定整流方式和一定曝光定容量：一定整流方式和一定曝光时间时间下下X线线管的最大管的最大负负荷量。荷量。瞬瞬时负时负荷的容量表示法：曝光荷的容量表示法：曝光时间为数时间为数毫秒到毫秒到数数秒的秒的单单次次摄摄影或透影或透视称为视称为瞬瞬时负时负荷。荷。连续负连续负荷的容量表示方法：曝光荷的容量表示方法：曝光时间为时间为1010秒以上的透秒以上的透视视或或间间隔隔时间时间很短的很短的连续摄连续摄影影称为连续负称为连续负荷。分荷。分为为限定限定连续连续使用使用时时的最大功率和限定管的最大功率和限定管电压电压

19、、管、管电电流流两种标两种标注方法。注方法。大、中型大、中型X X线线机一般机一般设计设计有容量保有容量保护护装置，装置，当单当单次次摄摄影影选择选择的曝光的曝光条条件件过过高，超高，超过过X X线线管的最大允管的最大允许负许负荷荷时时，摄摄影不能影不能进进行。行。5、生、生热热和冷却特性曲和冷却特性曲线线X线线管的管的热热容量：容量：X线线管管处处于最大冷却速率于最大冷却速率时时，允，允许许承受的承受的最大最大热热量量称为热称为热容量，容量，单单位位HU或焦耳或焦耳(J)。1J=1kV(有效有效值值)1mA(有效有效值值)1s 1HU=1kV(峰峰值值)1mA(平均平均值值)1s冷却速率：冷

20、却速率：单单位位时间内时间内，阳极靶阳极靶面面传导给传导给其他介其他介质质的的热热量量，又，又称称散散热热速率。速率。生生热与热与冷却特性曲冷却特性曲线线生生热热特性曲特性曲线线：表示：表示X线线管在管在负负荷荷时时，热热量增加的速率量增加的速率与与曝曝光光时间时间的的关关系。可确定系。可确定X线线管在不同管在不同热热量增加的速率下，可量增加的速率下，可连续与断续连续与断续工作的工作的时间时间。冷却特性曲冷却特性曲线线：表示曝光：表示曝光结结束后，束后，阳极热阳极热量散量散发与发与冷却冷却时间时间的的关关系。可确定系。可确定X线线管的最短休息管的最短休息时间时间。某某X X线线管的生管的生热热

21、和冷却特性曲和冷却特性曲线线某某X X线线管装入管套后的生管装入管套后的生热热和冷却特性曲和冷却特性曲线线（三）X线管的特性：1、阳极特性曲线：X线管灯丝加热电流在一定值下，管电压(Ua)与管电流(Ia)的关系曲线。空空间电间电荷：荷：灯灯丝丝后端后端发发射出射出来来的的电电子由于子由于电电子之子之间间相互排相互排斥和灯斥和灯丝丝的的屏屏蔽作用，在管蔽作用，在管电压较电压较低低时会滞时会滞留在灯留在灯丝丝后方后方的空的空间间，形成空，形成空间电间电荷。荷。空空间电间电荷只能荷只能随随着管着管电压电压的升高逐的升高逐渐飞渐飞向向阳极阳极。O-A1O-A1段：段：线线性比例性比例区区，由于，由于空

22、空间电间电荷的影荷的影响响，管，管电电流流随随着着管管电压电压的升高而增大；的升高而增大；A1-B1A1-B1段，段，饱饱和和区区，管，管电电流流与与管管电压电压基本无基本无关关，只，只随随灯灯丝丝加加热电热电流的增大而增大。流的增大而增大。为了实现管电压和管电流的分开调节，X线管在曝光产生X线时，应使灯丝工作于饱和区，并加空间电荷补偿装置。空空间电间电荷荷补偿补偿原理：原理：当当管管电压电压升高升高时时，适，适当减当减小灯小灯丝丝加加热电热电流，以使管流，以使管电电流流值值不不随随管管电压电压的的变变化而化而变变化，反之，化，反之，当当管管电压电压降低降低时时，适，适当当增加灯增加灯丝丝加加

23、热电热电流。流。2、灯丝发射特性曲线：在一定管电压下，管电流(Ia)与灯丝加热电流(If)的关系。五、X X线管套 X X线线管管套是封装管管套是封装X X线线管的特殊容器，管的特殊容器，两两者合者合称称X X线线管装置、管装置、X X线线管管组组件或件或X X线线管管头头，具有防，具有防电击电击、防散射、防散射、油浸式等特点。油浸式等特点。1、固定、固定阳极阳极X线线管管套管管套变压变压器油：高器油：高压压绝缘绝缘和散和散热热膨膨胀胀器：防止器：防止变变压压器油油器油油压压升高升高放射窗：放射窗：X线线射射出窗，出窗，内内凹凹减减少少油油层层厚度增大厚度增大X线输线输出量出量2 2、旋、旋转

24、阳极转阳极X X线线管管套：管管套：在在阳极阳极端端内侧设内侧设置旋置旋转阳极启动电转阳极启动电机定子机定子绕组绕组，其引，其引线线接接线线柱固定在柱固定在阳极阳极端端内层内层封盖上。封盖上。3 3、组组合机合机头头：是：是将将X X线线管、灯管、灯丝变压丝变压器以及高器以及高压变压压变压器等共器等共同同组组装在一装在一个个充充满变压满变压器油的密封容器中，器油的密封容器中，称为组称为组合机合机头头。六、特殊X X线管1、金金属属陶瓷陶瓷X X线线管：管：结构结构上上阴极阴极、阳极与阳极与普通旋普通旋转阳极转阳极X X线线管一管一样样，只是，只是玻璃管玻璃管壳壳改改为为由金由金属属和陶瓷和陶瓷

25、组组合而成。金合而成。金属属部分是管部分是管壳壳主体主体，仅仅在高在高压压接入部分用陶瓷接入部分用陶瓷与与管管壳绝缘壳绝缘。消除了消除了钨钨沉沉积层积层的影的影响响，延，延长长X X线线管管寿寿命。命。2、三三极极X X线线管：管：三三极极X X线线管在普通管在普通X X线线管的管的阳极与阴极阳极与阴极之之间间加了一加了一个个控控制制栅极栅极，可以阻止，可以阻止阴极阴极灯灯丝发丝发射的射的电电子，即可控制子，即可控制X X线线的的产产生，也生，也称栅称栅控控X X线线管。用于快速管。用于快速连续连续X X线摄线摄影。影。3、软软X X线线管：用于管：用于软软X X线摄线摄影。影。铍铍窗（窗（Z

26、=4，滤过滤过吸收小吸收小）钼靶钼靶（产产生生长长波波软线软线多多）短短极极距（距（弥弥补补灯灯丝发丝发射特性射特性）课堂小结课堂小结1、旋转阳极X线管的阳极结构：（）A、阳极头、转子 B、阳极头、阳极柄 C、靶面、钼杆、转子 D、阳极帽、转子、钼杆2、关于实际焦点与有效焦点，下列说法不正确的是（）A、实际焦点指灯丝发射电子聚焦后轰击在阳极靶面上的积B、实际焦点一定的情况下，减小靶角可以减小有效焦点C、有效焦点指实际焦点在X线管长轴方向的投影D、有效焦点越小得到的影像越清晰课堂小结课堂小结4、对灯丝发射特性曲线的解释，正确的是（）A、一定管电流时，灯丝加热电流与电源电压的关系B、不同管电流下，

27、灯丝加热电流与管电压的关系C、不同灯丝加热电流下，管电流与管电压的关系D、管电压一定时，管电流与灯丝加热电流的关系3、大功率X线管中，管壳采用陶瓷或金属，其目的是：（）A、采用金属或陶瓷制成，易于安装，无需管套 B、坚固结构，防止震动C、防止电子轰击致钨沉积和被击穿 D、吸收散射线课后作业课后作业1、详述固定阳极X线管的结构及各部分的作用。2、与固定阳极X线管相比，旋转阳极X线管具有哪些结构特点？在使用中应注意哪些事项？3、解释实际焦点、有效焦点、标称焦点、焦点增涨、阳极倾角的基本概念，说明焦点大小与图像质量、X线管寿命的关系。4、X线管的容量与哪些因素有关？何为代表容量？固定阳极和旋转阳极的代表容量各是如何定义的？5、X线管具有哪些规格和特性？他们对X线管的使用有何指导意义？