医用X射线机系统.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,课程成绩,卷面题型,章节分布,波粒二象性,干涉，衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；,光电效应和,康普顿效应,又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子；,正确理解波粒二象性,个别光子,的作用效果往往表现为,粒子性,；,大量光子,的作用效果往往表现为,波动性,.,高,的光子容易表现出,粒子性,；,低,的光子容易表现出,波动性,.,光在,传播过程,中往往表现出波动性；在,与物质发生作用,时往往表现为,粒子性,.,由光子的能量E=h，光子的动量表示式也可以看出，光的波动性和,粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表,示波的特征的物理量频率和波长.,粒子性,X光子的能量决定了其穿透能力，生物效应与此相关。,X射线的波长范围为：0.01100埃。,医用X射线波段为：0.011埃，,其中诊断为0.11埃，治疗为0.010.1埃。,物理效应,穿透作用：,X射线穿过物体时不被吸收的本领,影响因素：,X射线能量；物质本身结构和原子性质,因此：,光子能量越大，X射线波长越短，穿透率越强;,物质原子序数高、密度大，吸收多，则穿透弱,物理效应,荧光效应,某些荧光物质受到X射线照射后，物质原子发生电离或被激发处于受激状态。当被激发的原子恢复到基态时，电子能级跃迁发出可见光和紫外光，即荧光,影响因素：,X射线强弱,物质本身特性,物理效应,电离作用：,物质受到X射线照射，原子核外电子脱离原子轨道，称为电离作用。,物理效应,热作用,:,吸收X射线能量最终大部分转换为热能,干涉、衍射、反射、折射作用,与可见光类似,化学效应,感光作用:,X射线照射使得目标物质感光,其实还是利用电离作用，使卤化银发生光化学反应，沉淀出,银颗粒。,用于X射线摄影和工业探伤等,着色作用:,脱水作用,生物效应,生物细胞经一定量X射线照射后，可以产生,生长抑制、损伤甚至坏死，,即为X射线的生物效应。,随机效应,致癌效应和遗传效应,与剂量无关,非随机效应,剂量存在阈值,血液和造血器官变化,生物效应,X射线对人体不同组织的破坏作用不同。,生长力强和分裂活动快的组织，对X射线越敏感。,神经、淋巴、生殖系统、肿瘤等。,生物效应归根结底也是电离作用。,第三节 X射线与物质的相互作用,与原子中的电子、原子核、带电粒子的电场以及原子核的介子场发生相互作用。,与大小近似于其波长的结构发生作用,低能X射线 整个原子作用,中能量X射线 电子云作用,高能X射线 原子核作用,X线与物质相互作用的特点,1、吸收与物质的光学性质无关（体现粒子性）,2、作用的原子性（微观范围）,3、每次作用光子损失大部或全部的能量,4、作用过程的复杂性,X射线与物质作用的类型,最主要有四种作用：,光电效应（,吸收,）康普顿效应（,非弹性散射,）,电子对效应（,吸收,）瑞利散射（,弹性散射,）,光电效应,（一）产物,特征X线、光电子和俄歇电子,（二）发生条件,hW+E,hW,概念,：X线光子与原子,内层,电子作用，将其,全部,能量交给轨道电子，电子获得能量后脱离轨道飞出。,（三）光电效应发生的几率,相关因素：,a、光子能量,h,b、原子序数,Z,c、轨道电子结合能,W,hW时，产生光电效应,在能发生光电效应的前提下（,hW,）,：,1、X线光子能量,稍大于,轨道电子结合能时，,最易,发生光电效应,（,对应有,临界波长）,2、发生几率反比于光子能量三次方,光,1/（h）,3,3、发生几率正比于电子的结合能 ,光,W,（1）内层电子比外层电子更易发生光电效应,（2）高Z比低Z更易发生光电效应,（3）低能X线：,光,Z,4,高能X线、高Z：,光,Z,5,（四）光电效应产生的特征X线,人体各组织在X线照射下，发生光电效应所产生的特征X线，为低能长波，将全部被自身吸收。,人体组织中：Ca（20）4keV,人工造影剂：I（53）33.2keV,Ba（56）37.4keV,诊断X线：20100keV,（五）,光电效应对照片质量的影响,有利于提高照片质量,（1）能量全转化、全吸收，无散射线，减少照片灰雾,（2）,光,Z,n,，指数级正比例关系，增强天然组织间对比,全部吸收，诱发生物损伤,（六）光电效应对被检者的影响,乳腺X摄影,康普顿效应,概念,：光子与原子的,外层,轨道电子作用时，交给轨道电子,部分,能量后，改变频率和方向散射，而轨道电子脱离原子轨道射出。,（一）,产物,：反冲电子和散射光子,(二),发生条件,：,h,W,光电效应与康普顿效应的比较,1、作用对象不同：,内层电子,/,外层电子,2、作用条件不同：,稍大于W,/,远大于W,3、对光子能量的吸收程度不同：,全部吸收,/,少量吸收,4、能量分配不同：,特征X线,/,散射X线,5、对照片质量的影响不同：,增强对比,/,降低对比,6、对被检者的危害程度不同：,危害大,/,危害小,电子对效应,概念,：在原子核电场或电子场中，一个入射光子突然消失而转化为一对正、负电子,（一）,产物,：正、负电子,（二）,发生条件,：,光子能量极高,核电场：E,光,1.02MeV（对应2个电子的静止质量）,电子场：E,光,2.04MeV（对应4个电子的静止质量）,核电场发生几率电子场发生几率,（三）,在诊断X线范围内，电子对效应一般不可能出现,1.02M eV1020k eV,诊断X线管电压：30150kV,光电效应,康普顿效应,电子对效应,X射线的衰减规律,：,I:衰减后强度,I,0,：入射强度,u：衰减系数,x：穿过的距离,不同的作用，,不同的u值。,（二）,原子序数Z和光子能量h与三种基本作用的关系,光子能量范围 0.01MeV100MeV,时，三种基本作用为：,光电效应 康普顿效应 电子对效应,*临界元素Z：对应一定h，两种效应几率相等的Z,1、光子能量低于0.8MeV时，光电效应和康普顿效应同时发生,2、光子能量在0.84MeV时，无论原子序数多少及光子能量如何变化，康普顿效应都占主导地位。,3、光子能量大于4MeV时，康普顿效应和电子对效应同时发生,（三）在诊断X线中各种基本作用发生的相对几率,1、诊断X线范围多在20100keV，此时电子对效应不可能发生,2、（,诊断意义上,）,X线与物质的基本作用有三种：,光电效应、康普顿效应,和相干散射，前两种占主导,3、光电效应和康普顿效应的发生几率同组织Z有关,水（软组织）/低Z：低能光电效应占优；高能康普顿效应占优,骨骼/较高Z：低能光电效应占优；高能康普顿效应占优,碘化钠/极高Z：能量范围内光电效应全程占优,B,X线的减弱规律,（一）X线强度减弱的两种方式,1、距离所致的减弱：,I1/r,2,2、物质所致的减弱：,a、光子能量 b、原子序数,c、物质密度,d、每克电子数,（二）（,吸收物质,）影响X线减弱的因素,1、光子能量h,光子能量,，透过量,2、原子序数Z,低Z物质，光子能量,，透过量,高Z物质，光子能量,，透过量还可能,3、物质密度d,衰减强度密度,（四）物质对连续X线的吸收规律,（1）各能谱成分吸收速率不一样，总吸收不遵循指数衰减规律。,（2）连续X线通过吸收体以后，强度减少，能谱变窄。,（3）平均能量越高，减弱速率越小。,吸收体厚度递增，X线穿透后：,能谱变窄,；高端能量不变；低端能量下降,ABCD,连续X线依次通过1cm水后：,平均能量越来越高,强度衰减率越来越小,能谱变窄，低端能量提升,射线硬化,物质对连续X线的吸收难以定量分析,第四节 X射线的产生,原理,：,在,真空中,的X射线管内，用,高速运动,的电子束撞击靶材，电子因突然受阻而转换为具有相应能量的X射线光子。,高速运动的电子流,射线,X,射线,中子流,高能 辐射流,在突然被减速时均能产生,X,射线,X射线的产生,结构：,a),电子源,阴极：产生电子，与温度有关,b),电子加速通道,高压装置：真空强电场,c),靶材,阳极：经受电子撞击产生,X,射线,X射线的产生,说明：,（一）,电子动能转变为X射线的能量不到 1%，99%以上都转变为热能，使阳极温度升高。因此,被轰击区域应用熔点高的物质钨来作；,根据功率的不同采用散热片、通风冷却、,阳极作成中空用水或油循环冷却；,铜圆柱,钨板,电子束,X射线的产生,旋转阳极,电子束,大功率的X射线管，多采用旋转阳极,（二）理论和实验表明，靶Z越大，发生X 射线的,效率越高。,钨Z=74,X射线的产生,（三）实际焦点与有效焦点,实际焦点：,灯丝发射的电子，经聚焦加速后，投射到阳极靶上的积。,有效焦点：,实际焦点在垂直于X 射线管轴线方向上投影的面积。,c,d,a,b,电子束,X射线的产生,（三）实际焦点与有效焦点,实际焦点愈大X射线管的散热愈好；有效焦点愈小，所成的像愈清晰。,长灯丝,形成的焦点叫,大焦点,，,治疗,用。,短灯丝,形成的焦点叫,小焦点,，,诊断,用。,X射线管,电子枪：,产生电子并将电子束聚焦，钨丝烧成螺旋式，通以电流钨丝烧热放出自由电子。,金属靶：,发射x射线，阳极靶通常由传热性好熔点较高的金属材料制成，如铜、钻、镍、铁、铝等。,X射线产生的物理过程,改变管电流,改变管电压,控制强度的方法,X射线强度的表示：,管电流的mA数。,用管电流的毫安数（mA）和辐射时间（s）的乘积表示,X射线的总辐射量,，单位：mAs,通常采用的方法是：,在管电压保持一定的条件下，通过调节管电流,来控制X射线的强度。,X射线产生的物理过程,(3)电子束作用于靶面,高速电子打到靶材，与靶原子发生作用，使得靶材上电子产生跃迁并产生X射线。,这些作用又分为4个并行、独立的物理过程：,电离过程,激发过程,弹性散射,轫致辐射,X射线产生的物理过程,电离过程,原子的外层价电子或内层电子，在高速电子作用下脱离原子轨道，使原子变成离子的过程。,电离过程向外发射,2,种光谱：,（,1,）低能光谱：紫外、可见、红外，被阳极吸收；,（,2,）高能光谱：,X,射线,X射线产生的物理过程,激发过程,高速电子（或二次电子）将原子外层电子推入高能级的空壳层，使原子处于激发态的过程。,处于激发态的原子发射光学光谱，这些能量导致固体分子热运动加快、温度上升，即转化为热能。,X射线产生的物理过程,弹性散射,高速电子受原子核电场的作用而改变方向，但是能量不发生变化的过程。,电子的动能没有发生改变，即没有能量损失，那么也就没有光谱辐射的产生。,X射线产生的物理过程,轫致辐射,高速电子在原子核电场作用下，速度突然变小，一部分能量转变成电磁波发射出来的过程。,处于激发态的原子发射光学光谱，这些能量导致固体分子热运动加快、温度上升，即转化为热能。,特征X射线谱,：特定波长的X射线。,产生：电子进入到阳极内部，将内部电子激发到高,能态上，高能电子回落到低能位时放出的X射线。,X射线谱,连续X射线谱,：连续的各种波长的X射线。,产生：电子在阳极表面受阻而产生，来自轫致辐射。,医用X射线,1.连续射线谱(continuous X-ray Spectrum),谱线的特点,（1）管电压一定时，谱线强度随波长变化，存在短波极限。,相对强度,50kV,40kV,30kV,20kV,管电压较低时（低于50KV），只出现连续射线谱。,（2）管电压增大，短波极限,min,向短波方向移动。,强度为零的波长称为短波极限,min,右图为不同管电压下的连,续X射线谱，其,总强度等于曲线,下面的积分面积。,实验表明：,I,连续,K i Z V,2,k,1,.1,.,x10,9,i管电流，V管电压，,Z原子序数,连续X射线的总强度正比于管电流、管电压及阳极材料原子序数。,1.连续射线谱(continuous X-ray Spectrum),有：,因：,2.标识X射线谱(characteristicX-ray Spectrum),只有达到一定的管电压，标识 X 射线谱才会出现；,谱线的4个特点:,谱线 决定于靶材料，与管电压无关。,0.,02,nm,医用诊断X线中，仅K系标示线有用。,标示线的最高频率（最短波长）与靶元素的原子序数Z的平方成正比。,是指,X线能量,占全部电子撞击阳极靶面,总能量,的百分比。,大部分电子能量转换为热能，,小于1%,的能量转变为X射线能。,影响X射线发生效率的因素主要是：管电压、管电流、阳极靶面物质等。,3.X射线发生效率,X射线量与质,X射线强度,单位时间,内垂直于X射线传播方向的,单位面积,所通过的光子数目和能量的总和。,X射线的量,X射线束中的光子数目，电流时间积,X射线的质,X射线的硬度，即穿透物质的能力，表示光子的能量，峰值管电压,第五节 X射线成像的过程及其影响因素,X射线穿透人体带出内部信息然后记录、再现、观察的过程。,影响图像质量的因素至关重要,X射线产生过程,X射线与人体作用过程,X射线成像阅读过程,其他因素,目标：以尽量少的剂量获得尽量高的图像质量,一、X射线产生过程,点光源:物理指标,强度、相位和波长,面光源:,方向、发光面积以及两者夹角等.,绝大多数情况，不考虑相位,影响X射线产生过程的因素,电压值,电流值,滤过板、遮线器,电压值不仅决定了X射线的质量，而且决定了X射线的强度。,在临床诊断领域，,电流时间积,决定了X射线的量，而电压值不仅决定X射线的量，还决定X射线的质。,电压与散射,电压值,的选择主要依据,所需对比度,以及受检区的,厚度,来确定。,基础电压值 适当穿透人体特定部位所需要的最小电压值。,滤过板和遮线器,滤过板:,滤除X射线中的软X射线部分，提高成像质量、减小病人不必要的辐射,遮线器:,在空间上改变X射线的照射范围，进而减少病人的辐射，同时可减少来自无关区域的散射,第三章 医用X射线机系统构成与应用,第一节 医用X射线技术发展,X射线管技术发展简述,X射线成像技术装置技术进步与发展,X射线计算机断层扫描技术出现,X射线机数字化探测器的发展,X射线技术的网络化、智能化,X射线管的发展,1）,气体X射线管时期,（1895-1912）,主要是含气离子管产生X射线,X射线能量低40-50 KV,成像时间长，曝光过度容易使病人受伤,X射线机控制能力差，开关控制,无任何防护,2,）,热电子固定阳极X射线管时期,(1913-1928),1913年，美国物理学家,柯立支,发明固定阳极X射线管。钨,灯丝加热到白炽状态来提供管电流所需的电子。,X射线能量增大,滤线栅、造影剂的发明,增加防护措施,X射线管的发展,3）,旋转阳极X射线管时期,(1929),1927年,旋转阳极X射线管,研制成功;1929年荷兰飞利浦公司首次制成产品级的旋转阳极射线管。,大功率、小焦点,短时间、高千伏、高毫安,应用范围增大,X射线管的发展,50年代以后，,影象增强及电视,的问世，改变了X射线成像。,时期特征：改变了X射线医学影象的,传统,显示方式,电视图象,取代荧光图象，扩大临床应用范围,影像增强器的发明；,X射线机机型结构有重大变化,实现了“明室观察，隔室操作,”,影像增强器,影像增强器Image Intensifier 简写：,I.I,作用:将穿过人体的X线影像转换成亮度较强（比普通荧光强数千至万倍）可见光影像。,影像增强器1952年飞利浦公司制造出了世界上第一支影像增强器,影像增强器结构,增强管,外壳,电源,影像增强管结构图,增强管的组成,增强管,输入屏,静电透镜,输出屏,管壳及离子泵,输入窗对X线吸收小薄金属板,荧光层吸收率高、荧光效率高，一般用碘化铯（CsI）,光电阴极锑化合物,栅极聚焦,阳极加速电子,荧光粉薄、颗粒小、黄绿光谱（硫化锌镉）,保持高真空,影像增强器的工作原理,透过人体的X线投射到输入屏的荧光层，X线的荧光作用使闪烁晶体发出可见荧光，光电阴极受荧光照射激发逸出电子（光电效应），电子多少与X线照射强度成正比因而形成电子影像，光电子在阳极和聚焦电极电位共同形成的电子透镜作用下,加速、聚焦,，然后轰击到输出屏，输出屏荧光粉将电子影像转换成亮度增强的可见光影像。,20世纪70年代初期，,高频高压技术,取代工频高压技术，提高了X射线机的效率和质量。,X射线机高压发生装置技术进程,根据高压变压器工作频率将X线机分为,：,工频（,50,Hz,）,中频（,400,Hz,-20,kHz,）,高频（,20,kHz,）,工频机的局限性,结构笨重、自动化程度低,输出波形脉动率高、剂量不稳定、软射线多,曝光参量精度低（0.2s、3ms）,解决：,直流逆变技术,中、高频机的优点：,1、软射线少，病人的皮肤剂量低；2、可输出高质量的X线(单色性、高能性)，成像质量高；3、输出剂量大（X线中高能成分多）；,4、可进行实时控制，控制精度高；5、高压变压器体积小、重量轻；6、最短曝光时间短（1毫秒）；7、输出稳定，重复性好，利于智能化发展。,中、高频机的优点：,医用X射线机系统及其,基本构成,X射线发生装置,X射线管、高压发生装置、控制装置,X射线成像装置,传统成像、数字成像、显示器,X射线辅助装置,机械装置、支持装置、辅助软件,第四章 医用诊断X线管,80,X线管的作用,产生并输出X射线,X线机的心脏,X线管的类型,诊断用X线管：,透视、摄影,焦点小，功率大、散热器散热,治疗用X线管：,浅表治疗、深层治疗,大焦点、长时间曝光、风冷水冷或油冷,一、固定阳极X线管,（一）构造和作用,由,阳极,、,阴极,和,玻璃壳,组成,1、,阳极,由阳极头、阳极罩、阳极柄组成,作用,：产生X线、散热、吸收二次电子和散射线,2、,阴极,由灯丝、阴极头、阴极套、玻璃芯柱组成,作用,：发射电子、对电子聚焦,3、,玻璃壳,作用,：支撑阴阳两极、保持管内真空度,（二）X线管的焦点,1、实际焦点,：电子轰击在靶面上的面积,2、,有效焦点,：,实际焦点在,X线投照方向,上的投影,3、,标称（有效）焦点,：,X线投照方向,X线管轴 时的有效焦点,（1）X线投照方向,X线管轴垂直 时，靶面与X线投照方向的夹角Q称为,阳极倾角/靶角,。,（2）有效焦点S,有,、实际焦点S,实,和阳极倾角Q的关系：,a、S,有,=S,实,sin Q,b、S,有,一定时，Q越小，S,实,越大，热容量P越大,c、为减少几何模糊，要求S,有,尽量小,（3）（标称）有效焦点一般用,容许长,容许宽,标注,（一）旋转阳极X线管的特性,1、特点：,偏阴极、阳极靶面高速旋转,2、优点：,瞬时功率大、焦点小,（二）旋转阳极X线管的组成,1、,组成,：,阳极,、（偏）阴极和玻璃壳,2、,阳极,：,靶面,、转子、轴承和定子,3、镶在钼基或石墨基上的,铼钨合金靶,：,（1）晶粒细，抗热胀性好，再结晶温度高，不易龟裂,（2）X线辐射率下降较慢(13%vs 45%),（3）热容量大大提高,取代纯钨靶,（三）X线球管散热方式,1、固定阳极X线管：,热传导,2、旋转阳极X线管：,热辐射,黑化转子表面，增大热辐射,曝光间隔较长，保证热辐射,（一）X线管的规格参数,1、,结构参数,靶角Q、,有效焦点S,有,、外形尺寸、重量、管壁滤过当量、转速n、灯丝温度T,2、电参数,灯丝加热电压和电流（V,f,/I,f,）、最大管电压（V,a,）、管电流（I,a,）、最长曝光时间（s）、,最大允许功率P,、代表容量,五、X线管的规格和基本特性,3、在调整和使用X线管时，特别要注意：,（1）,最大管电压（峰值 kV）,避免高压击穿,（2）,最大管电流（平均值 mA）,管电压和曝光时间一定,（3）,最长曝光时间（s）,管电压和管电流一定,（二）X线管的基本特性,1、,阳极特性曲线,I,f,一定时，V,a,与I,a,的关系曲线,空间电荷效应：,灯丝后端滞留电子（,电子云,），跟随管电压升高而陆续飞向阳极，形成曲线比例区和饱和区。,2、,灯丝发射特性曲线,V,a,一定时，I,a,与I,f,的关系曲线,3、,灯丝加热特性,V,f,同I,f,的关系曲线,一般成正比关系,（三）,X线强度的空间分布,1、薄靶周围X线的空间分布,（1）,薄靶,（a）X线的产生限于靶面,（b）电子直接透过而不偏转,“穿透式”靶,（2）,薄靶X线强度的空间分布,随着V,a,的升高，X线集中向电子运动方向辐射。,2、厚靶X线强度的空间分布,（1）,厚靶,（a）X线的产生不局限于靶面,（b）入射高速电子全部被阻止,“反射式”靶,（2）厚靶X线强度分布特点,厚靶X线管近阳极端的X线强度弱，近阴极端的X线强度强。-,阳极效应,（3）厚靶X线强度的空间分布,（4）,厚靶强度分布曲线在投照上的应用,（a）将阳极效应同体层厚度相对应,腰椎正位片,：腰椎上部体层薄，近阳极；腰椎下部体层厚，近阴极到射X线等强度,胶片浓度均匀,（b）焦片距较大时阳极效应不明显,照射野边缘近阴极，强度大；边缘衰减快阳极效应被抵消,（c）焦片距相同时小照射野受阳极效应的影响小,照射野越小，射线到片距离越接近，阳极效应越不明显,（d）尽量利用中心线附近X线束来摄片,利用强度最大线曝光，提高X线利用率,（四）X线管的瞬时负载特性,1、负载的分类,（1）,瞬时,负载,（,数毫秒-数秒）,单次摄影、单组连续摄影等,由,靶面熔点,决定,功率/容量/,瞬时负载曲线,（2）,连续负载,（,10秒以上）,透视、点片摄影等,由,阳极某处温升极限,决定,热容量/,直接标明连续使用的最大功率,2、容量(功率)的计算,P=IU/1000,其中P：功率/容量 kW,U：管电压,有效值,kV,I：管电流,有效值,mA,*,（最大）热容量,：对应阳极某薄弱部分的温升极限，阳极整体所积累的全部热能,（七）X线管的使用,1、,预热,2、旋转阳极启动声音监测,3、,负载限制，严禁过载曝光,4、保管存放时，X线管,阳极置于下垂位置,第五章 高压发生器,第一节 高压发生装置及其发展,组成,高压发生器箱 控制器 高压电缆,高压变压器、灯丝变压器、高压整流器、高压交换闸、高压插头、插座,高压发生装置,作用,升压,和,整流,，为球管提供直流高压,降压,和,隔离,，为X线管灯丝提供加热电压,如配有两只以上X线管，还要完成kV和灯丝加热电压的,球管切换,（二）高压变压器的构造,铁心,初级绕组,次级绕组,绝缘物质,固定件,要求：体积小、重量轻、内阻小、绝缘性好,（三）高压变压器的工作原理,初、次级之间电压（匝数）之比为常数,即：,U,1,/U,2,=N,1,/N,2,=K,K为变压器常数,K越大，I,1,越大，则要求电源内阻必须较小，否则电源阻抗分压过大将影响升压,电源条件要求高,反之，如K适当降低，则I,1,降低，电源内阻可以大些,（三）高压变压器的工作原理,能量守恒，即初级输入功率与次级输入功率相等，,即：P,1,=,U,1,I,1,=U,2,I,2,=P,2,高压变压器的输出功率是由,初级,提供的。当,要求输出功率高时，若初级电压一定，那么初,级电流就越大。,工频高压变压器存在的不足,结构笨重,常数=电压/(频率*匝数*铁芯面积),线束频谱宽,工作频率低，脉动大，低压成分多,曝光参数精度低,中、高频机优势,输出高质量的X射线,高压稳定,输出剂量大,频率稳定,实时控制，控制精度高,微机管理,X射线输出稳定，重复性好,闭环控制,实现了结构小型化,工作频率高,有利于向智能化发展,电子化、数字化,可直接使用直流电,高频逆变来自直流逆变,第二节 高压发生装置中的其他部件,（一）灯丝变压器,对灯丝进行降压供电,次级与高压变压器次级端相连，电位很高，,故初、次级绕组间应具有很高的绝缘强度,（二）高压整流器,将高压变压器次级输出的交流整流为脉动直流电压，供给,X,线管两极，使,X,线管始终保持阳极为正、阴极为负。,-高压硅堆,（三）高压交换闸,为多个球管提供高压和灯丝加热电流,切换动作频繁，要求结构牢固、绝缘好、接点切换准确迅速,多用电磁接触器式,（六）常用绝缘材料,高压绝缘油 注油前要加热去除空气 老化后要求换油,电容器纸,塑料等,工频X线机:,高压次级频率为50Hz，多指传统X线机,中频,X,线机：,高压次级电源和灯丝加热电源的工作频率为,中频,（,400Hz30kHz）,高频X线机：,高压次级电源和灯丝加热电源的工作频率为,高频,（,30kHz）,X线机频段的划分：,频率提高的意义,50Hz工频供电，单相全波整流时为100%,50Hz工频供电，三相六波整流时为13.4%,50Hz工频供电，三相十二波整流时为3.4%,50kHz高频供电时，,2%，控时精度1ms,频率升高，脉动系数减小,频率再高已无太大意义，反而增加电路设计复杂性，无需一味追求高频供电,X线机评价指标,输出射线品质（脉动系数,）,射线控制精度（曝光参量,kV,、,mA,、,s,）,X,线机体积重量,中频机与工频机性能对比表,项目,中频机,工频机,项目,中频机,工频机,线谱,窄,宽,波形,近似直流,1,12,脉冲,稳定性,随调稳定,预调不稳定,可控性,实时,预置,有效成分,高,低中,皮肤剂量,中,大,重复性,0.02,0.05,体积重量,小,大,管电压,5%,10%,设计要求,高,中,mAs,值,10%,20%,材料要求,高,一般,短时曝光,1ms,3ms,适用范围,全型号,大中型,二、中高频机电路构成,1、,主电路,（1）工频电源（2）整流电路,（3）,逆变,电路,（4）高压发生器,2、功率控制电路,（1）主逆变触发控制（高压逆变）,（2）灯丝逆变触发控制,3、,旋转阳极启动电路,等其他控制电路,4、计算机系统,中频机主电路方框图,三、中频机工作原理,四、,直流,逆变,电源,即中频电源，包含：,直流电源、直流逆变、逆变控制,1、,直流电源,特点：,（1）根据X线机功率大小，可选择不同的供电方式（,单相、三相、直流,）,（2）中高频机对电源要求不高,2、,直流逆变,（1）,概念,：,将直流电压变换为某一中高频,交流,电压的过程,（2）,方法,：,a、,桥式逆变,高压（主）逆变,b、,半,桥式逆变 c、,单端,逆变,灯丝逆变,桥式逆变,适当控制四只开关元件的动作以行逆变,负载Z上获得正负交替的矩形波电流,桥式逆变在负载上的波形,控制t,2,/t,4,时间大于元件关断时间，避免短路,半桥式逆变,控制两只开关元件的动作并结合电容充放电过程以行逆变,负载R上获得正负交替的指数衰减式交流,半桥式逆变在负载上的波形,RC充放电常数决定波形顶部宽度,单端逆变,控制单个开关元件的动作并结合变压器的电磁感应现象以行逆变（,L上电流不能突变,）,负载R上获得正负交替的指数衰减式交流,利用电感元件对电流突变的反向阻滞特性,单端逆变在负载上的波形,K闭合,K断开,K断开,K闭合,3、,逆变控制,（1）输出功率的调节,脉宽调制控制(PWM),频率调制控制(PFM),脉宽调制控制PWM,T不变，改变,占空比,多用于晶体管逆变电源,频率调制控制PFM,占空比不变，改变T/f,多用于可控硅逆变电源,高低电平的比值,（2）输出电压的调节,同样也有PWM/PFM两种调制手段,对于管电压，要求波纹系数尽量小。,波纹系数：,电压波形交流分量总有效值与直流分量平均值之比成为波纹因数。波纹因数越小，波形越平坦。,中频电源高压输出后，,a、经高压整流滤波可以减小波纹系数,b、可行PWM/PFM，调制电容充放电速率，实现充放电平衡，稳压，平整波形,整流器+逆变器+升压整流+PFM/PWM闭环控制,五、中频机主电路方框图,第六章 数字X射线探测器,一、X线电视（X-TV）系统,1、定义,由X线,影像增强器,、,摄像机,、,监视器,以及完成视频信号处理和整机协调工作的,控制器,组成的系统,。,属于,透视,的一种。,2、工作原理,利用影像增强器将不可见的,X,线转换成亮度很高的可见光图像,再通过摄像机转换成电信号,经过放大处理后输送到监视器,显示出人体各部件的组织结构,X,线可见光电信号视频信号影像,X线增强型电视系统,三、X线电视的系统结构,1、原理框图,采用影像增强器，将X线影像转换成可见光图像，图像亮度提高近万倍，再进行摄像、显像,2、系统构成,影像增强器,X,线可见光；亮度提升,摄像机,可见光电视信号,控制器,视频信号全电视信号；同步,监视器,电视信号图像,四、影像增强器,I.I:,Image Intensifier,1、基本结构,输入屏,（碘化铯）,光电阴极,（锑铯）,输出屏,（硫化锌镉）,电子透镜,（聚焦电极）,2、工作原理,X,线影像输入屏（,荧光效应,）可见光影像,可见光影像光电阴极（,光电效应,）电子影像,电子影像电子透镜（,加速聚焦,/,反转,）缩小、倒立的电子影像,缩小、倒立的电子影像输出屏（,电致发光,）亮度增强的可见光影像,3、影像增强管的亮度增益,定义：,输出屏影像亮度,/,输入屏影像亮度,计算：,亮度增益,=,面积缩小增益,能量增益,面积缩小增益=S,输入屏,/S,输出屏,=D,输入屏,2,/D,输出屏,2,能量增益取决于加速电场电压值,4、可变,视野,影像增强器,提高电压电场加强焦距减小放大成像视野变小,视野小亮度减需行剂量补偿,增加辅助阳极控制聚焦放大倍数可调,从输出端看到的受检部位的面积,视野大，放大倍数小,视野小，放大倍数大,八、固体摄像器件,主要类型：,（1）,电荷耦合型,（CCD）：charge coupled device,电荷通过半导体势阱发生迁移电荷耦合,（2）,互补金属-氧化物-半导体型,（CMOS）：comple-mentary metal-oxide semiconductor,（3）,电荷注入型,（CID）,（4）,电荷引动型,（CPD）,（5）,叠层型,（PLDSS）,1、CCD的优点,光电灵敏度高、动态范围大,空间分辨率高,几何失真小（全画面一致）,均匀性好,器件体积小、重量轻、功耗低等,2、CCD的工作原理,以,电荷,作为图象信号，以,时钟脉冲信号,（,代替电子扫描,）控制,光敏像元,，实现图象信号的,读取、变换和输出,3、CCD单元的基本结构,CCD,器件由,光敏像元,组成,分为线阵,CCD/,面阵,CCD,光敏元件：,MOS,电容器和光敏二极管,（1）MOS电容器,P,型,Si,衬底,+SiO,2,+,金属层,+,偏置电压,MOS,电容器,CCD,入射光子进入,Si,衬底，电子吸收光子能量跃迁，形成电子空穴对,电子空穴对在外加电场作用下，分向电极两端移动，形成光生电荷,（2）光敏二极管,P,型,Si,衬底,+N,+,区,+,反向偏置电压反向偏置二极管光敏二极管,CCD,光子入射定向电荷区，产生光生电荷,光敏二极管灵敏度高、光谱响应宽、蓝光响应好、暗电流小，将逐渐取代,MOS,电容器作为,CCD,的光敏元件,4、,CCD工作程序,（1）光电转换和存储,光敏材料受光照射产生空穴电子对，空穴被排斥，光生电荷被收集形成电荷包，完成,光电转换,和,存储,电荷包电量光子能量/数量光照亮度/时间像元亮度,图像照度信号电荷包电量,存储光生电荷的电荷包表现为低势能，称为,电子势阱,电子势阱特性,栅压V,G,增高半导体内被排斥电荷数增加耗尽层厚度增加，电势变低电子向耗尽层移动、存储，形成,电子势阱,电子势阱内存储电荷，改变栅压V,G,可使势阱内电荷包按照一定方向逐个势阱转移,栅压增高，势阱变深；栅压降低，势阱变浅,（2）电荷的转移,在时钟脉冲信号控制下，改变CCD内各电极电压，即改变各势阱电位（栅压），使电荷包由像元向输出极顺序,转移,。,依时钟脉冲不同，分为,三相时钟驱动,、,二相时钟驱动,和,四相时钟驱动,等几种方式。,（3）信号的读出,信号电荷传输至终端后，转换成信号电流或电压，由输出电路顺序放大并,读取,输出电路多由场效应管组成,输出信号（电流/电压）,电荷包电量,像元亮度,3,高电平时，,V,3,V,0G,，电荷不移动，储存于,3,势阱下,R,高电平使,T,1,饱和导通，,D,反向偏置，其结电容电压使,T,2,也饱和导通，,T,2,输出信号电压为,a,R,转为低电平，,T,1,截止，其漏电流压降使,T,2,输入电压略降，,T,2,输出信号电压跟随降至,b,馈,直流电平,正向低压,信号输出电压,跟随型场效应管：信号读出,3,转为低电平，,V,3,V,0G,，,e,从,3,势阱流出，加至,T,2,输入端,A,，使,V,A,下降，,T,2,输出信号电压跟随降至,c,，形成压降,d,；,移出电荷量输出电压降,d,，实现信号读出,馈,dbc,正向低压,信号输出电压,跟随型场效应管：信号读出,一、CR的结构,1、CR的定义,Computed Radiography，即“计算机化X线放射影像系统”或简称“计算机放射影像系统”,将携带诊断信息的X线影像记录在影像板（image plate，IP）上，经读取装置读取，通过计算机处理，获得数字化图像,2、CR系统的组成,X线机：与读取装置类型相对应,影像板（IP）,：影像记录载体,读取装置,：暗盒型、无暗盒型,监视器,储存装置：影像储存与记录,二、,影像板（Image Plate，IP）,IP是CR成像的关键器件，是CR影像的记录载体，取代屏片系统中传统的暗盒,CR影像不是直接记录于胶片，而是先记录在IP上（先记后读）,IP可重复使用，但不具备影像显示功能,1、IP的结构,A、,表面保护层：,防止荧光层受到损伤。要求透光且薄，常用聚脂树脂类纤维,B、,荧光物质层,：把第一次照射光的信号记录下来，当再次受到光刺激时，会释放存储的信号,C、,基板,：保护荧光层免受外力的损伤,D、,背面保护层,：同表面保护层,IP的种类,暗盒型IP,将IP置于类似常规X线摄影暗盒的密封盒内，可代替常规摄影暗盒在任何X线机上曝光成像,无暗盒型IP,IP无外封装，置于专门的读取装置内，不能在传统X线机上曝光成像,2、IP成像原理,入射,X,光子被荧光层内的辉尽性荧光体吸收，释放出电子，其中部分电子散布在荧光体内呈半稳定态，形成潜影，完成,X,线影像信息的采集和存储,潜影电荷入射光子能量,当用激光扫描已有潜影的,IP,时，,IP,表现出,PSL,光激发辉尽发光现象（光致发光），完成,X,线影像信息的读取,PSL,荧光强度潜影电荷,3、PSL发光,（1）PSL发光原理,某些物质在第一次受到,照射光,照射时，能将一次激发光携带的,信息贮存,下来，当再次受到,照射光,照射时，能发出与一次激发光携带信息相关的荧光。,这就是光激励发光（photostimulated luminescence，PSL，光致发光），这种物质就称为PSL物质,PSL发光强度一次激发光强度（X线光子）,掺杂2价铕离子的氟卤化钡晶体，PSL发光最强，选作IP荧光材料。（发光原理不详）,一次激发光（X线光子）,二次激发光（读取激光）,潜影,（2）PSL光谱特性,一次激发光,称为,PSL,物质的,发射光谱,，在,CR,中即为,X,线光子,二次激发光,称为,PSL,物质的,激发光谱,，在,CR,中即为用以激发,PSL,发光的激光，又称为,激起光,一次激发光初次照射,PSL,物质氟卤化钡时，其吸收光谱在,37keV,处有一锐利、锯齿形的不连续吸收，这是由于钡原子,K,缘所致，但此钡原子的,K,缘吸收不会影响,PSL,荧光,（3）PSL发光时间,停止对,PSL,物质的照射后，,PSL,发光不会立即消失，而是逐渐衰减,若上一次激起光扫描读取信号时的,PSL,发光尚未结束就开始下一次扫描，那下一次扫描所读取的信号就会受到干扰,掺杂,2,价铕为发光中心的氟卤化钡的发光时间为,0.8s,，满足,CR,系统快速读取图像的要求,（4）PSL物质的甄选,掺杂,2,价铕离子的氟卤化钡晶体,(,BaFX,：,Eu,X,Cl,、,Br,、,I,）,PSL,发射光谱波长,390400nm,激发光谱（激起光）波长,600nm,发光时间,0.8s,另一种,PSL,物质：含微量元素铊的镓溴化物（,RbBr,：,Tl,）,PSL,发射光谱波长,350nm,激发光谱（激起光）波长,700nm,发光时间,0.3s,信噪比更高，读取时间更短，体积更小,4、IP存贮信息的消褪,贮存在,PSL,物质中的,X,线影像信息随存贮时间（读取前时间）的延长而衰减，称为,消褪（,fading,）,消褪不可避免，随时间延长、温度升高而加重，,CR,系统对消褪设置自动补偿,一般