放射医学丨【相关专业知识】普通X线设备：基本构造及其特性

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       主要由主控装置、X线球管、高压发生装置、摄影床、摄影架及支撑或辅助装置构成，特殊的X线机还有电视成像系统。

       X线机的主控装置由控制面板、主电路和控制电路组成。

       1、控制面板

       为控制台，可选择曝光条件（kV、mA、sec）三球管模式（双管球管）、焦点模式（大小焦点）、AEC模式等参数，如果为特殊X线机，还有遥控床的控制功能，同时控制台还可显示实时的曝光参数或球管、床、机架位置等参数。

       2、主电路

       是指从电源、千伏调整、高压控制、高压变压器、高压整流，直至X线管。该系统主要由功率器件构成。

       以主电路工作方式的不同分为直接升压（工频）式、逆变升压方式和电容充放电式。

       以高压整流方式的不同分为单相全波整流、单相半波整流、单相自整流和倍压整流等，整流方式决定了X线发生装置输出高压波形的稳定性。

     （1）工频式

       以电源提供的50Hz直接经变压器升压达到需要的电压，再经整流后供X线管使用。工频（直接升压）式以其主电路的结构不同又分为单相装置和三相装置。

     （2）逆变式

       逆变式高压发生装置首先把工频电源整流滤波变成平稳直流，再由逆变器利用振荡方法把平稳直流变成几十千赫直至上百千赫的交流电，再由变压器升压、整流、倍压至X线发生所需的直流高压。

       变压器的感应电动势E与工作频率f、线圈匝数n、铁芯截面积A之间的关系是：E＝K•f•n•A

       逆变方式的高压发生装置工作几十千赫至上百千赫的高频状态，是50Hz的上千倍，电感可以减小上千倍，或铁芯截面积相应减小。这样变压器的体积和重量可以大幅度减小，所以逆变方式其高压发生器体积小、重量轻。

       逆变式容易获得平稳直流高压，提高了X线的质；短时间曝光不受电源同步的影响，使控制更为准确。

      （3）电容充放电式

       将电能储存在高压电容器中，发生X线时供X线管使用。这种高压发生装置对电源要求较低，X线发生时不会引起电源波动，没有软射线。多用于床边、车载摄影机等。

       3、控制电路

       指对X线发生的各种技术参数的控制、实时检测控制、X线发生的控制，X线管阳极启动、保护及容量、热容量保护，与周围应用装置的工作关系协调控制等。控制电路主要由逻辑器件构成，根据构成逻辑电路使用的器件类别有分离元件式、集成电路式、计算机控制式等。它决定了设备的控制精度、保护功能的完备程度、应用功能的丰富程度等。包括管电压控制与调整、管电流控制与调整、自动曝光量控制（AEC）等部分。

      （1）管电压控制与调整：

       诊断X线发生装置的管电压调节范围在40～150kV，小型机在40～90kV或125kV。直接升压式主电路，在高压变压器变压比一定的情况下，改变了高压初级电压就改变了管电压。将测量到的初级电压标记为所产生的次级电压就完成了千伏预示。由于使用不同管电流引起的电源电压降不同，将影响到千伏的准确。为此，在管电压预示电路中加入随管电流调节改变的补偿电路，即可准确预示。

      （2）管电流控制与调整：

       透视管电流在3mA以下，要求能实时手动或自动连续调节。摄影管电流调节范围：30kW装置其范围一般在10～400mA，50kW的在10～630mA，80kW的在10～1000mA。根据X线管焦点大小选用不同实际范围。

       管电流控制电路的构成，即X线管灯丝电路。控制灯丝加热电流，控制灯丝的温度，就控制了管电流。控制电路由稳压器供电，由串联电阻调整改变灯丝变压器初级电压，达到改变灯丝电压→改变灯丝电流→改变毫安的目的。也有在灯丝初级串联功率三极管，用改变三极管的内阻达到改变初级电压的目的。

       空间电荷抵偿器：由于X线管空间电荷的存在，在相同灯丝电流下，随着管电压的变化会影响mA的稳定性。为此在灯丝电路中加有空间电荷抵偿器，随着管电压的变化适当变动灯丝加热电流，达到稳定管电流的目的。

       管电流指示：管电流用毫安表进行实时指示。毫安表的指示反映了X线管的工作状态，对分析高压部分的故障十分重要。微机控制的X线发生装置不再将管电流引到控制面板。曝光后显示管电流数值。

       mAs表：用以显示管电流和曝光时间的乘积，即测量的是电量。仪表具有阻尼系统，能在极短曝光时间下准确显示管电流与曝光时间的乘积，并保持一段时间。

      （3）限时器：

        用以控制X线的发生时间。诊断X线发生装置的曝光限时器分机械式（0.04～8秒）、电容充放电式（0.01～5秒）、数字式（0.001～5秒）等。

      （4）旋转阳极启动与保护装置：

       作用：用于曝光之前将X线管阳极快速启动到额定转速，以便投入使用；如果启动失败，装置将使曝光不能进行，以在异常情况下保护X线管阳极不受损坏。

       原理：旋转阳极启动装置实质上是一个小型单相感应异步电动机。其鼠笼式转子就装在旋转阳极X线管内的阳极端。定子设在管外对应于转子的位置。定子绕组分启动绕组和工作绕组。工作时，工作绕组通以较高启动电压形成启动电流；启动绕组通以经电容移相的相位超前90°的电流，这样两个绕组在定子空间内共同形成旋转磁场，使转子得到启动转矩，带动阳极时转动起来。

       延时保护：控制阳极的启动时间。相同条件下，靶盘的质量和直径不同，达到额定转速的时间不同，一般的普通转速X线管阳极启动时间在1.0秒以内，高速旋转阳极在2.5秒以内。在达到额定转速后，启动装置将降低工作绕组的电流至维持运转状态，启动绕组失去作用。此时转子在维持磁场驱动下，以额定转速继续运转，X线可以发生。在启动时间内启动装置对两绕组电流和剖相电容的工作状态进行检测，如果发现其中一项失效，启动装置将锁定控制电路、使X线不能发生。

       阳极制动：曝光结束后工作绕组停止供电，转子会在惯性的作用下将继续运转一段时间。这种惯性旋转增加了阳极轴承的磨损，缩短了X线管的寿命。制动功能可在很短时间内使阳极转速降低到较低程度，然后让其在惯性的作用下持续转动较短时间自己停止下来。阳极制动原理是在曝光结束，定子电压切断后，立即提供一个脉动直流给工作绕组，产生制动力矩，使仍在转动的阳极迅速制动减速。

       （5）自动曝光量控制（AEC）：

       用于自动控制胶片（探测器）得到适度曝光量。不同患者的体质差别较大，对X线的吸收不同，自动曝光量控制将减少人为选择条件造成的曝光失误。

       原理：使用检测器检测透过病人后到达暗盒前的射线剂量，检测信号被放大、积分、比较，达到预定值时发出信号，停止X线继续发生。

       荧光体探测器：采样区的荧光体将透过人体的X线转换成荧光，由光导体传导给光电倍增管，转换成电信号输送到信号处理部分。

       电离室探测器：利用X线能使空气电离的原理制成，电离电荷在高电压作用下向电离室的两极板运动，形成电离电流，即输出信号。

      （6）容量保护电路：

       在焦点、管电压、管电流、曝光时间确定后，这些参数被送到容量保护电路，以确定选择的参数是否超过X线管的最大允许负荷，如超过，将使曝光不能发生，并提示过负荷。

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