医学影像设备学第二章.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。,由阳极、阴极和玻璃管壳三部分组成,组成:阳极头、阳极柄和阳极罩。见图2-2,1)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)。,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,灯丝加热方式
3、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。,标称有效焦点:简称有效焦点,是指实际焦点在垂
4、直于X线管长轴方向上中心处的投影面积。见图2-6,(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,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、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,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,旋转阳极X线管由于
5、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。,(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面的参数,包括阳极倾角
6、、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线管的负载功率,U:管电压的
7、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:曝光时间为数毫秒到数秒的单次摄影
8、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光时间的关系。可确定X
9、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,线性比例区,由于空间电荷
10、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线管管套是封装X线管的
11、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,(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。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
12、,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,为了提高成像对比度。结构上输出窗口使用铍窗,容易通过,降低滤过量;阳极靶材料钼靶或铑靶;极间距离短。,1、旋转阳极X线管阳极靶面材料通常为:()A、铁 B、钨 C、铼钨合金 D、铁钨合金2、旋转阳极X线管灯丝材料是:()A、铁 B、钨 C、铝 D、铅3、若旋转阳极无法旋转,则能进行的曝光操作是:()A、普通透视 B、普通摄影 C、滤线器摄影 D、体层摄影,4、固定阳极X线管中用于将热量散发到X线
13、管外面去的结构是:()A、灯丝 B、阳极罩 C、阳极柄 D、聚焦槽5、固定阳极X线管中用于吸收二次电子的是结构是:()A、灯丝 B、阳极罩 C、阳极柄 D、阳极靶,6、阴极灯丝的材料是:()A、铜 B、铁 C、钨 D、铅7、固定阳极X线管靶面材料通常是:()A、铜 B、铁 C、钨 D、铅,8、标称有效焦点的国际标注方法是:()A、1.0 B、1.0mm C、1.0*1.0 D、1.0mm*1.0mm9、X线管对焦点的要求说法正确的是:()A、实际焦点大、有效焦点大 B、实际焦点大、有效焦点小 C、实际焦点小、有效焦点大 D、实际焦点小、有效焦点小,10、管电流的大小取决于:()A、阳极转速 B
14、、灯丝加热电压/电流 C、管电压大小 D、曝光时间,11、下列不是X线管管套的特点的是:()A、防电击 B、防散射 C、防高压 D、油浸式,12、X线管管套结构中不包括:()A、高压插座 B、高压插头 C、膨胀器 D、阴极支架13、X线管管套中用于防止油压升高的是:()A、高压插座 B、膨胀器 C、变压器油 D、放射窗口,14、X线管管套中起高压绝缘作用的是:()A、膨胀器 B、阴极支架 C、阳极支架 D、变压器油15、旋转阳极X线管管套比固定阳极X线管管套多了以下哪个结构:()A、膨胀器 B、高压插头 C、定子线圈 D、放射窗口16、X线管管套中的变压器油的绝缘要求应达到:()A、10kV
15、B、20kV C、30kV D、40kV,实验 诊断X线机结构,一、实验目的:通过了解X线产生条件和临床应用方式,掌握X线机结构特点。二、实验器材:摄影用X线机1台、荧光屏透视X线机1台、X-TV电视透视系统1台。,三、实验方法及步骤 1、摄影用X线机结构(1)电源墙闸:作用_,结构_。(2)控制台:作用_,画出台面结构的示意图,并写出各自的名称。(3)X线管头:作用_,结构_。(4)遮线器:作用_。,(5)高压发生器:作用_。(6)滤线器摄影床:作用_,结构_。(7)立位摄影架:作用_。,2、荧光屏透视X线机结构(1)控制台:作用_,画出台面结构的示意图,并写出各自的名称。(2)X线管头:作
16、用_,结构_。(3)高压发生器:作用_。(4)诊视床:作用_,结构_。(5)荧光屏架:作用_,结构_。,3、X-TV电视透视系统结构(1)控制台:作用_,画出台面结构的示意图,并写出各自的名称。(2)X线管头:作用_,结构_。(3)遥控床:作用_,结构_。(4)影像增强器:作用_,结构_。(5)电视系统:作用_,结构_。,四、思考题 1、比较上述各种X线机结构上的异同,总结出X线产生必须的条件及装置。2、简单说明透视和摄影的成像过程。,(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
17、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;A:铁芯横截面积,由于电压频率的提高,从简化方程式中可以看出N和A的乘积可以大幅度减小,因此,高压发生器、灯丝变压器体积可以做的很小,大幅度缩小了高压发生器的体积。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。,U=kfNA,U:变压器输出电压;N:绕组匝数;f:电源频率;A:铁芯横截面积,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
18、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,为x线管提供持久稳定的电流,属连续负荷工作。初次级间足够的绝缘强度,灯丝
19、次级一端与高压变压器次级相连,电位很高。,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,两者之间需加整流装置。X线管本身可进行自整流,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,(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,(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,国产2DL系列,如2DL100X等,性能参数见表2-2,5、高压电缆、高压插头及插座,
20、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。,半导体层:消除绝缘层与屏蔽层之间的静电场,防止静电放电。,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:位于高压电缆最外层,一般多用塑料制成,加强对高压电缆的机械保护,减少外部损伤,并能防止有害气体。,使用注意:防止过度弯曲;保持干燥、清洁、避免
21、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,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。,6、高压交换闸,作用:将高压和灯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
22、。,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。,1、以下不属于高压发生器内部结构的是:()A、高压变压器 B、灯丝变压器 C、高压整流器 D、高压插头,2、高压变压器次级绕组中心点接地的目的是:()A、降低绝缘等级 B、降低绝缘强度 C、降低绝缘要求 D、降低绝缘能力,3、灯丝变压器要求高绝缘的原因是:()A、灯丝变压器初级电位很高 B、灯丝变压器初级电压很高 C
23、、灯丝变压器次级电位很高 D、灯丝变压器次级电压很高,(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,(1)控制方式,三钮制:管电压(kV)、管电流(mA)和曝光时间(s)三个曝光参量由各自的旋钮来调节或选择。操作规程,二钮制:只有管电压(kV)和曝光量(mAs)的二钮制。,单钮制:通过自动降落负载曝光控制系统控制曝光时间和管电流,只有管电压单钮制。,零钮制:只有按人体的部位和厚薄分类设置的部位按钮,而无摄影条件旋钮。,(3)台内结构,台内是X线机的低压部件、控制元件按体积、重量分布于控制台内上下、前后。如图所示,(2)台面结构
24、,用于曝光条件的选择、曝光控制及工作指示,为此台面上设有各种控制开关、按键、调节旋钮和指示仪表,分为传统式和轻触式。结构见图2-32和图2-33。,2、接触器与继电器,主要用于直接接通或切断电路。基本结构都是线圈、铁芯、衔铁、触点;工作原理是线圈得电,铁芯磁化,吸引衔铁,带动触点转换。接触器应用于大功率电路,电流5A以上;继电器用于小功率电路,电流5A以下。,(1)交流接触器,结构如右图2-34,铁芯和衔铁形状如图2-35,交流接触器与直流接触器的区别在于多了短路环结构,其结构见图2-36,触点按动作分为静触点和动触点;在实际电路中按工作状态分为常开触点和常闭触点(左开右闭、上开下闭);按允许
25、通过的电流分为主触点和副触点。,灭弧装置用于主触点额定电流20A以上的接触器,注意:使用时禁止衔铁在不吸合的情况下长时间给线圈通电,以免烧毁线圈,电路符号如图所示,(2)继电器,用于传递、转换信号的主要控制元件。分为电磁式继电器、中间继电器、时间继电器、高灵敏度继电器、极化继电器、干簧继电器等。,1)电磁式继电器,如下图2-39,工作原理与交流接触器相同,分为电压继电器(电压控制)和电流继电器(电流控制)。,2)中间继电器,电磁继电器的一种,结构尺寸小、触点多,以实现多路控制。X线机比较多用的插座式JTX系列及JQX系列,其外形如图所示。,3)时间继电器,当线圈通电或失电后,其触点延时一定时间
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