医学影像设备学(大专)___第02章课件.ppt
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1、一、学习目标,1、掌握固定阳极和旋转阳极X线管的结构及各部分的作用。2、掌握各高压部件的基本结构和作用。3、掌握接触器、继电器、控制开关的工作特点和用途。4、熟悉X线电视系统的基本构成、影像转换过程和自动亮度控制原理。5、熟悉各相械辅助装置的作用和基本结构。6、熟悉X线管的规格和特性。7、了解特殊X线管的特点和用途。,二、主要内容,(一)X线管装置(二)高压发生装置(三)控制装置(四)透视用影像装置(五)机械辅助装置,(一)X线管装置,X线管产生X线的条件:阴极灯丝加热且能发射电子;X线管两极加上高压。,1、固定阳极X线管,(1)阳极,作用:接受高速电子流撞击而产生X线;将阳极热量辐射或传导出
2、管外;吸收二次电子和散乱射线。,组成:阳极头、阳极柄和阳极罩。见图2-2,由阳极、阴极和玻璃管壳三部分组成。,1)阳极头:由钨靶面和散热铜体组成。,2)阳极柄:普通铜(紫铜)制成,引出管外至高压绝缘油中,将阳极头热量传导出去。,3)阳极罩:又名阳极帽,无氧铜制成,吸收二次电子和散射线。,(2)阴极,作用:发射电子并使电子束聚焦,使撞击在靶面上的电子束具有一定的形状和大小。,组成:灯丝、聚焦槽、阴极套和玻璃芯柱。,1)灯丝:发射电子,螺旋管状钨丝,分为单焦点和双焦点(大、小焦点)。见图2-4,灯丝电压越高,灯丝温度越高,发射电子数量就越大,调节灯丝加热电压即可实现管电流的调节。为了延长灯丝寿命,
3、灯丝加热方式通常采用预热增温式。,2)聚焦槽:又名阴极头、聚焦罩、集射罩,对阴极灯丝发射的电子进行聚焦。见图2-5,(3)玻璃壳,简称管壳,固定和支撑阳、阴两极,保持高真空。由熔点高、绝缘强度大、膨胀系数小的钼组硬质玻璃制成。,固定阳极X线管的主要缺点:焦点尺寸大、瞬时负载功率小。,2、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。见图2-6,实际焦点的形状由灯丝的形状决定,通常为长方形;大小取决于聚焦槽的形状、宽度及灯丝位于槽中的深度。实际焦点的大小越大,X线管的瞬时负载功率越大,(2)有效焦点:实际焦点在空间中各个投射方向上的投影面积。见图2-6,标称有效焦点:简称有效
4、焦点,是指实际焦点在垂直于X线管长轴方向上中心处的投影面积。见图2-6,有效焦点的大小与实际焦点、投照方位、管电流和管电压的大小有关。有效焦点越小成像质量越高。,(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。,(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。见图2-7,3、旋转阳极X线管,焦点与功率的关系;实际焦点越大,瞬时负载功率越大焦点与成像质量的关系:有效焦点越小,成像越清楚,旋转阳极X线管由于阳极是一个可以高速旋转的圆盘(见图2-9),实际焦点很大,有效焦点可以很小,所以具有瞬时功率大、焦点小的优点。
5、,结构:阳极、阴极和玻璃管壳,阴极和玻璃管壳与固定阳极X线管相差不大。阳极主要由靶面、转子、转轴、轴承套座、玻璃圈等组成。图2-10,(1)靶盘与靶面:靶盘单凹状圆盘,铼钨合金靶面,钼或石墨靶基。热辐射式散热。,(2)转子:无氧铜制成阳极转速低速时2700r/min(50Hz),高速时8500r/min(150Hz),要求启动速度快,曝光结束后,为防磨损和共振,需制动装置快速停转。,旋转阳极X线管用于透视时,由于所需功率小,阳极可以不转动;而用于摄影时,阳极必须转动,且达到额定转速后才允许曝光,否则靶面由于过热极易损坏。,4、X线管的规格与特性,(1)构造参数:由X线管的结构所决定的非电性能方
6、面的参数,包括阳极倾角、灯丝尺寸、焦点大小、外形尺寸、重量、管壁的滤过当量、冷却和绝缘方式、旋转阳极转速、最大允许工作温度等。,(2)电参数:指X线管电性能方面的规格数据。,1)最高管电压:允许加在X线管两极的最高电压的峰值,单位千伏(kVp)。,2)最大管电流:在管电压和曝光时间一定的情况下,X线管内允许通过的最大电流平均值,单位毫安(mA),3)最长曝光时间:在管电压和管电流一定的情况下,X线管一次曝光所允许的最长时间,单位秒(s)。,4)X线管的容量:又称负荷量,X线管在安全使用条件下,单次或连续曝光而无任何损坏时所能承受的最大负荷量。,容量计算:P=UI/1000(kW),P:X线管的
7、负载功率,U:管电压的有效值,I:管电流的有效值,容量与曝光时间有关,曝光时间增长,由于热量累积,容量将相应减小。,代表容量/标称功率/额定容量:一定整流方式和一定曝光时间下X线管的最大负荷量。,固定阳极X线管的代表容量:指在单相全波整流电路中,曝光时间1秒时所能承受的最大负荷,旋转阳极X线管的代表容量:指在三相全波整流电路中,曝光时间0.1秒时所能承受的最大负荷。,X管型号:XD51-2040/125,XD:国产诊断用X线管;51:旋转阳极(50),固定阳极(50);2040:小焦点代表容量20kW,大焦点代表容量40kW;125:最高工作管电压125kV。,瞬时负荷的容量表示法:曝光时间为
8、数毫秒到数秒的单次摄影或透视称为瞬时负荷。如图2-12。大、中型X线机一般设计有容量保护装置,当单次摄影选择的曝光条件过高,超过X线管的最大允许负荷时,摄影不能进行。,连续负荷的容量表示方法:曝光时间为10秒以上的透视或间隔时间很短的连续摄影称为连续负荷。分为限定连续使用时的最大功率和限定管电压、管电流两种标注方法。,5)生热和冷却特性曲线,X线管的热容量:X线管处于最大冷却速率时,允许承受的最大热量称为热容量,单位HU或焦耳(J)。,1J=1kV(有效值)1mA(有效值)1s,1HU=1kV(峰值)1mA(有效值)1s,生热与冷却特性曲线,生热特性曲线:表示X线管在负荷时,热量增加的速率与曝
9、光时间的关系。可确定X线管在不同热量增加的速率下,可连续与断续工作的时间。见图2-13,1)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。,冷却特性曲线表示曝光结束后,阳极热量散发与冷却时间的关系。可确定X线管的最短休息时间。见图2-13,在X线管使用过程中,如果选定的kVmA没有超过最大散热率所对应的kVmA,可以连续使用,否则应注意间歇,让X线管有足够的散热时间。,(3)X线管特性,空间电荷:灯丝后端发射出来的电子由于电子之间相互排斥和灯丝的屏蔽作用,在管电压较低时会滞留在灯丝后方的空间,形成空间电荷。见图2-5,分两段:如图2-15。O-A1段,线
10、性比例区,由于空间电荷的影响,管电流随着管电压的升高而增大;A1-B1段,饱和区,管电流与管电压基本无关,只随灯丝加热电流的增大而增大。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。,空间电荷补偿原理:当管电压升高时,适当减小灯丝加热电流,以使管电流值不随管电压的变化而变化,反之,当管电压降低时,适当增加灯丝加热电流。,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。见图2-16,只有灯丝加热电流达到一定值时,灯丝才能发射电子形成管电流;由于空间电荷的影响,管电流随管电压的升高而增大。,5、X线管管套,X
11、线管管套是封装X线管的特殊容器,两者合称X线管装置、X线管组件或X线管头,具有防电击、防散射、油浸式等特点。,(1)固定阳极X线管管套,变压器油:高压绝缘和散热,膨胀器:防止变压器油油压升高,放射窗:X线射出窗,内凹减少油层厚度增大X线输出量,(2)旋转阳极X线管管套,(3)组合机头,是将X线管、灯丝变压器以及高压变压器等共同组装在一个充满变压器油的密封容器中,称为组合机头。见图2-19,在阳极端内侧设置旋转阳极启动电机定子绕组,其引线接线柱固定在阳极端内层封盖上。见图2-18,6、特殊X线管,(1)金属陶瓷X线管,结构上阴极、阳极与普通旋转阳极X线管一样,只是玻璃管壳改为由金属和陶瓷组合而成
12、。金属部分是管壳主体,仅在高压接入部分用陶瓷与管壳绝缘。,(2)三极X线管,三极X线管在普通X线管的阳极与阴极之间加了一个控制栅极,可以阻止阴极灯丝发射的电子,即可控制X线的产生,也称栅控X线管,如图2-20、2-21。用于快速连续X线摄影。,(3)软X线管,用于软X线摄影。结构上使用铍窗,降低滤过量;钼靶或铑靶;极间距离短。,(二)高压发生装置,1、高压发生器,作用:产生X线管所需的高压和灯丝加热电压。升压变压器。,结构:高压变压器、灯丝变压器、高压整流器、高压插座、高压交换闸等。如图2-22,体积大小与其高压电源的频率满足方程:,U=kfNA,U:变压器输出电压;N:绕组匝数;f:电源频率
13、;A:铁芯横截面积,中、高频逆变X线机的高压发生器由于体积变小,一般放置在控制台内。,2、高压变压器,作用:产生交流高压,结构:如图2-23 C形铁芯;初级绕组匝数少、数径粗、通过的瞬时电流大;次级绕组匝数数万至数十万间、数径细、两端电压高。为提高层间绝缘强度,采用次级绕组在内、初级绕组在外的方式绕于铁芯上,如图2-24,次级绕组的中心接地:高压变压器一般采用两个次级绕组同相串联、次级中心点接地的方式,可使高压变压器的绝缘要求降低一半,如图2-25。同时为了防止管电流测量回路断路而使非直接接地的中心端电位突然升高,需设置防电击保护装置(放电针、放电电容等)。,3、灯丝变压器,主要指X线管灯丝变
14、压器,作用:为X线管提供灯丝加热电压。降压变压器。,结构:如图2-26 C形铁芯;初级绕组电流小、线径细、匝数1000匝左右;次级绕组电流大、线径粗、匝数数10匝,电位高。,特点:足够的容量,属连续负荷工作,开机小焦点即加热。初次级间足够的绝缘强度,灯丝次级一端与高压变器次级相连,电位很高。,国产2DL系列,如2DL100X等,性能参数见表2-2,(2)半导体整流器,应用最广泛的是高压硅整流器,也称高压硅堆。具有体积小、机械强度高、绝缘性能好、寿命长、性能稳定、正向电压降小、无需专用灯丝变压器等优点。结构如图2-28,4、高压整流器,X线管阳、阴极间所需是直流高压,高压变压器提供的是交流高压,
15、两者之间需加整流装置。X线管本身可进行自整流,如图所示,但电能利用效率低、逆电压易击穿高压部件。大部分X线机需整流器件构成整流电路,如图,(1)高压真空整流管,属真空玻璃器件,易碎、体积大、寿命短、需专用灯丝加热变压器。结构如图2-27,5、高压电缆、高压插头及插座,高压电缆的作用是将高压发生装置产生的高压输送到X线管的两极,同时把灯丝加热电压输送到X线管的阴极。高压插头、插座是高压电缆与X线管和高压发生器的连接器件。,(1)高压电缆,结构:多为非同轴式,如图2-29。,导电芯线:传送电压,分二芯(单焦点X线管)、三芯(双焦点X线管)和四芯(三极X线管)。,高压绝缘层:使芯线与大地绝缘。,半导
16、体层:消除绝缘层与屏蔽层之间的静电场,防止静电放电。,结构如图2-10,高压电缆的导电芯线与高压插头的插脚连接,金属屏蔽层与金属喇叭口连接,高压电缆与高压插头之间空隙要用松香和变压器油等配好的绝缘填充物灌满,以提高绝缘强度;高压插头在插入时注意大、小焦点标记,并对准高压插座的楔槽,两者之间的空隙要用脱水凡士林或硅脂填充。,金属屏蔽层:接地保护,防高压电缆击穿造成操作者和患者高压电击。,保护层:加强机械强度。,使用注意:防止过度弯曲;保持干燥、清洁、避免油污和有害气体的侵蚀;不要超过耐压值使用;维修时先将导电芯线对地放电,防止电容高压电击。,(2)高压插头及插座,6、高压交换闸,作用:将高压和灯
17、丝加热电压切换到需要工作的X线管(多球管的X线机高压发生器内才有)。多为电磁接触器式,由两组高压同步交换闸组成,一组做阳极高压切换,一组做阴极高压和灯丝加热电压切换,工作原理与普通接触器相同。应用电路如图所示,7、变压器油,又称绝缘油,存在于高压发生器和X线管头中,用以增强高压绝缘能力和散热。,主要性能包括:电介质强度高(X线管管套和高压发生器中要求达到40kV,即要求油中不能含有水分或杂质、密闭防吸潮)、燃烧点和闪燃点高、导热系数高、化学性能稳定、黏度低、凝固点低、比重、颜色等。,(三)控制装置,1、控制台,作用:控制装置也称控制台,用于控制X线产生的时间、控制X线的质和量、协调整机正常工作
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- 医学影像 设备 大专 _ 02 课件

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