第三章-医用X线管.pptx

第一节：第一节：固定阳极固定阳极X线管线管第二节：第二节：旋转阳极旋转阳极X线管线管第三节：第三节：特殊特殊X线管线管第四节第四节 ：X线管的特性与参数线管的特性与参数第五节第五节 ：管套：管套可编辑2024/5/21 周二1X线的产生管电流、管电压、灯丝电压 P25可编辑2024/5/21 周二2第一节：第一节：固定阳极固定阳极X线管线管一、结构一、结构(一)阳极:阳阳极的主要作用是阻挡高速运动的电子流而产极的主要作用是阻挡高速运动的电子流而产生生X线，同时将曝光时产生的热量辐射或传导出去；其次线，同时将曝光时产生的热量辐射或传导出去；其次是吸收二次电子和散乱射线是吸收二次电子和散乱射线 1阳极头：阳极头：靶面和阳极体组成。靶面的作用是承受高速靶面和阳极体组成。靶面的作用是承受高速运动的电子流轰击，产生运动的电子流轰击，产生X线（曝光）线（曝光）靶面材料一般都选用钨（靶面材料一般都选用钨（Z=74），），钨钨的特点的特点:熔熔点高（点高（3370），蒸发率低，原子序数大，又），蒸发率低，原子序数大，又有一定的机械强度。有一定的机械强度。钨钨的缺点：的缺点：导热率小，受电子轰击后产生的热量不能很快导热率小，受电子轰击后产生的热量不能很快地传导出去，焊接到导热率较大的无氧铜制成的阳极体上。地传导出去，焊接到导热率较大的无氧铜制成的阳极体上。可编辑2024/5/21 周二3可编辑2024/5/21 周二42阳极帽阳极帽 ：吸吸收二次电子，并可吸收部分散乱收二次电子，并可吸收部分散乱X线线 结构结构：头头部圆口面对阴极，是高速运动的电子流轰击靶面的通道；部圆口面对阴极，是高速运动的电子流轰击靶面的通道；侧下部圆口向外，是侧下部圆口向外，是X线的辐射通道，线的辐射通道，二次电子二次电子:高高速运动的电子流轰击靶面时，会有少量的电子从靶面反射和释速运动的电子流轰击靶面时，会有少量的电子从靶面反射和释放出来，这部分电子称为二次电子放出来，这部分电子称为二次电子 .危害危害：其能量较大（约为原来的其能量较大（约为原来的99%），轰击到玻璃壳内壁上，将使），轰击到玻璃壳内壁上，将使玻璃壳温度升高而释放气体，降低管内真空度或使玻璃壳击穿；玻璃壳温度升高而释放气体，降低管内真空度或使玻璃壳击穿；二次电子再次被阳极吸引轰击到靶面上时，由于没有经过聚焦，二次电子再次被阳极吸引轰击到靶面上时，由于没有经过聚焦，将辐射出非焦点散射将辐射出非焦点散射X线，使线，使X线影像质量降低；线影像质量降低；二次电子还会附着在玻璃壁上，造成整个管壁电位分布极不均二次电子还会附着在玻璃壁上，造成整个管壁电位分布极不均匀，产生纵向应力，易致玻璃壁损坏。匀，产生纵向应力，易致玻璃壁损坏。3玻璃圈玻璃圈 ：封接：封接 4阳极柄阳极柄 ：热量传导热量传导可编辑2024/5/21 周二5可编辑2024/5/21 周二6 （二）阴极：（二）阴极：其其阴极一般有三根引线，一根为公用线，其余两根分别为阴极一般有三根引线，一根为公用线，其余两根分别为大、小焦点灯丝的引线大、小焦点灯丝的引线 1灯丝灯丝 ：发射电子：发射电子 2阴极头（聚焦罩）：使电子流聚焦阴极头（聚焦罩）：使电子流聚焦 灯丝电压一般为交流灯丝电压一般为交流510V、50Hz，灯丝电流一般为，灯丝电流一般为29A，36A的占多数。的占多数。调节灯丝的加热电压即可改变灯丝发射的电子数量；调节灯丝的加热电压即可改变灯丝发射的电子数量；灯丝温度与发射电子的数量关系是呈指数的非线性关系灯丝温度与发射电子的数量关系是呈指数的非线性关系 ，灯丝点燃时间越长，工作温度越高，钨的蒸发越快，灯丝点燃时间越长，工作温度越高，钨的蒸发越快，灯丝寿命越短灯丝寿命越短 （三）玻璃壳：三）玻璃壳：用来固定，支撑阴、阳两极并保持管内的真用来固定，支撑阴、阳两极并保持管内的真空度空度 为为防止防止X线管管内气体放电，保证阴极发射的电子能畅通无线管管内气体放电，保证阴极发射的电子能畅通无阻挡地高速飞向阳极，管内的真空度应保持在阻挡地高速飞向阳极，管内的真空度应保持在133.310-7Pa(10-7mmHg)以下以下 。可编辑2024/5/21 周二7可编辑2024/5/21 周二8可编辑2024/5/21 周二9可编辑2024/5/21 周二10二、二、X线管的焦点线管的焦点（一）实际焦点（一）实际焦点 是指灯丝发射的电子经聚焦后在靶面上是指灯丝发射的电子经聚焦后在靶面上的瞬间轰击面积。的瞬间轰击面积。实际焦点的宽度实际焦点的宽度聚焦罩的形状、宽度和深度（二）有效焦点（二）有效焦点指实际焦点在指实际焦点在X线投照方向上的投影。实际线投照方向上的投影。实际焦点在垂直于焦点在垂直于X线管长轴方向的投影线管长轴方向的投影 有效焦点有效焦点=实际焦点实际焦点sin（三）有效焦点与成像质量（三）有效焦点与成像质量可编辑2024/5/21 周二11有效焦点=实际焦点sin可编辑2024/5/21 周二12（三）有效焦点与成像质量三）有效焦点与成像质量有效焦点尺寸越小，影像清晰度就越高 减小有效焦点，势必减小实际焦点，X线管的功率随之减小，曝光时间需增加，这将会引起运动模糊、几何模糊 可编辑2024/5/21 周二13可编辑2024/5/21 周二14（四（四）焦）焦点的方位性点的方位性可编辑2024/5/21 周二15旋转阳极线管较好地解决了提高功率和缩旋转阳极线管较好地解决了提高功率和缩小焦点之间的矛盾，其最大优点是瞬时负载功率大、小焦点之间的矛盾，其最大优点是瞬时负载功率大、焦点小。功率多为焦点小。功率多为2050kW，高者可达，高者可达150kW，是固定阳极线管的是固定阳极线管的59倍。有效焦点为倍。有效焦点为12mm，从而大大提高了影像清晰度。从而大大提高了影像清晰度。第二节第二节 旋转阳极旋转阳极X线管线管可编辑2024/5/21 周二16旋转阳极旋转阳极X线管线管（一）特（一）特点点通过阳极旋转来扩大电子流轰击的面积，提高球管的散热率，从而提通过阳极旋转来扩大电子流轰击的面积，提高球管的散热率，从而提高球管的功率。高球管的功率。优点：瞬时负载功率大、焦点小。优点：瞬时负载功率大、焦点小。（二）结构：二）结构：由阳极、阴极和玻璃壳三部分组成由阳极、阴极和玻璃壳三部分组成 1靶盘与靶面靶盘与靶面 ：主要由靶面、转子、转轴和轴承主要由靶面、转子、转轴和轴承 钨钨靶的缺点：靶的缺点：由于表面与内层之间温差所产生的热应力，容易使靶面产生裂纹；由于表面与内层之间温差所产生的热应力，容易使靶面产生裂纹；另外，钨在另外，钨在1100以上会发生再结晶，将使靶面使用不久就会出以上会发生再结晶，将使靶面使用不久就会出现表面龟裂、粗糙现象，致使现表面龟裂、粗糙现象，致使X线管辐射线管辐射X线的能力下降。线的能力下降。铼钨铼钨合金优点：合金优点：靶面晶粒细，在相同使用条件下，曝光靶面晶粒细，在相同使用条件下，曝光2万次，万次，铼钨合金靶与纯钨靶进行比较，输出剂量分别下降铼钨合金靶与纯钨靶进行比较，输出剂量分别下降13%和和45%。可编辑2024/5/21 周二17可编辑2024/5/21 周二18旋转阳极技术：通过阳极旋转来扩大电子流轰击的面积，提高球管的散热率，从而提高球管的功率。优点：瞬时负载功率大、焦点小。可编辑2024/5/21 周二19可编辑2024/5/21 周二202转子转子 （50HZf 150HZ）1、无氧铜制成，通过钼杆与靶盘和靶面连为一体。、无氧铜制成，通过钼杆与靶盘和靶面连为一体。2、旋、旋转阳极转阳极X线管的线管的X线机均设有旋转阳极线机均设有旋转阳极启动启动、延时、保护、延时、保护电电 路路。3、轴、轴承与轴承的润滑承与轴承的润滑 轴承与轴承的润滑：轴承多数采用耐热合金钢制成，润滑剂采用固轴承与轴承的润滑：轴承多数采用耐热合金钢制成，润滑剂采用固体润滑材料目前，最先进的采用液态金属轴承。体润滑材料目前，最先进的采用液态金属轴承。4、散热：少、散热：少量由阳极靶面传导过来的热量则大部分通过转子表量由阳极靶面传导过来的热量则大部分通过转子表面辐射出去面辐射出去。旋。旋转阳极转阳极X线管，依靠热辐射进行散热，散热效率低，线管，依靠热辐射进行散热，散热效率低，连续负荷后阳极热量急剧增加，靶盘温度不断上升，先进连续负荷后阳极热量急剧增加，靶盘温度不断上升，先进X线机的线机的X线管装置内设有温度限制保护装置，对线管装置内设有温度限制保护装置，对X线管给予相应的保护。线管给予相应的保护。固定阳极固定阳极X线管的散热方式：热传导。线管的散热方式：热传导。可编辑2024/5/21 周二21可编辑2024/5/21 周二22可编辑2024/5/21 周二23可编辑2024/5/21 周二24 第三节第三节 管套管套一、固定阳极一、固定阳极X线管管套线管管套二、旋转阳极二、旋转阳极X线管管套线管管套可编辑2024/5/21 周二25可编辑2024/5/21 周二26可编辑2024/5/21 周二27可编辑2024/5/21 周二28第四节第四节 X线管的特性与参数线管的特性与参数一、特性一、特性（一）阳极特性曲线（一）阳极特性曲线 阳阳极特性曲线（极特性曲线（IaUa）是在一定的灯丝加热电流下，管电压）是在一定的灯丝加热电流下，管电压（Ua）与管电流（）与管电流（Ia）之间的关系）之间的关系 灯丝前端发射出来的电子，它们在静电场作用下飞往阳极，这灯丝前端发射出来的电子，它们在静电场作用下飞往阳极，这部分电子的运动不受阻力；部分电子的运动不受阻力；灯丝侧面发射出来的电子，这部分电子的运动特点是在空间发灯丝侧面发射出来的电子，这部分电子的运动特点是在空间发生交叉后飞向阳极，因此它们的运动要受到一定的阻力；生交叉后飞向阳极，因此它们的运动要受到一定的阻力；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，致使电场作用力很微弱，因此这部分电子滞留在灯丝后面的蔽作用，致使电场作用力很微弱，因此这部分电子滞留在灯丝后面的空间，形成空间，形成“空间电荷空间电荷”，空间电荷只能随着管电压的升高而逐渐飞，空间电荷只能随着管电压的升高而逐渐飞向阳极。向阳极。可编辑2024/5/21 周二29可编辑2024/5/21 周二30（二）灯丝发射特性曲线 灯丝发射特性曲线（IaIf）是在一定的管电压下，管电流（Ia）与灯丝加热电流（If）的关系 补偿的原则是：当管电压变高时，适当减小灯丝加热电流，以使管电流不随管电压的变化而变化。反之，当管电压变低时，则适当增加灯丝加热电流。X射线射线阳极阳极阴极阴极灯丝灯丝变压器变压器高压高压变压器变压器管电压管电压高速电子流高速电子流可编辑2024/5/21 周二31二、电参数二、电参数（一）最高管电压与最大管电流（一）最高管电压与最大管电流（二）（二）X线管的容量线管的容量增大容量的途径，通常有五个：增大容量的途径，通常有五个：增大焦点增大焦点面积；面积；减小靶面倾角；减小靶面倾角；增加阳极转速；增加阳极转速；增大焦点轨道半径；增大焦点轨道半径；减小管电压波形的减小管电压波形的纹波系数。纹波系数。（三）（三）X线管的热容量线管的热容量可编辑2024/5/21 周二32可编辑2024/5/21 周二33可编辑2024/5/21 周二34可编辑2024/5/21 周二35可编辑2024/5/21 周二36第五节 X线管的检验和使用2、日常使用与维护（1）防震动：（2）注意曝光间隔：（3）观察窗口：（4）辉光：（5）听声音：可编辑2024/5/21 周二37第五节 X线管的检验和使用3、X线管的常见故障（1）阳极靶面损坏。（2）真空度下降。1、轻度；2、严重（3）灯丝断路（4）玻璃壳的故障：内壁积聚一层很薄的钨；（5）旋转阳极转子的故障：a、转速降低；b、转子卡住可编辑2024/5/21 周二38第第六六节节 特殊特殊X线管线管一、金属陶瓷大功率一、金属陶瓷大功率X线管线管二、三极二、三极X线管线管三、软三、软X线管线管四、四、CT用用X线管线管可编辑2024/5/21 周二39一、金属陶瓷大功率一、金属陶瓷大功率X线管线管可编辑2024/5/21 周二40可编辑2024/5/21 周二4125KV二、三极二、三极X线管线管可编辑2024/5/21 周二42无栅三极X线管：阴极头加负偏压，可得到微焦点。阴极头既起聚焦作用，又起栅极作用。因此，三极X线管的特性，不仅取决于灯丝加热电流和管电压，还取决于栅极电位的变化。可编辑2024/5/21 周二43栅控栅控X线管可制成没有实体栅极而有特殊形状线管可制成没有实体栅极而有特殊形状的聚焦杯。负偏压较低时，一部分电子飞向阳极，的聚焦杯。负偏压较低时，一部分电子飞向阳极，聚焦形成窄电子流，获得很小的焦点，即微焦点聚焦形成窄电子流，获得很小的焦点，即微焦点（可获得（可获得0.1*0.1mm的微焦点）。微焦点线管的微焦点）。微焦点线管常用于放大线摄影。栅控常用于放大线摄影。栅控X线管瞬时曝光时间线管瞬时曝光时间临界值为临界值为1ms，灯丝发射特性差，不能产生大的，灯丝发射特性差，不能产生大的管电流，不适用于大功率线机，主要应用于管电流，不适用于大功率线机，主要应用于线电影摄影、线电视。线电影摄影、线电视。可编辑2024/5/21 周二44可编辑2024/5/21 周二45三、软三、软X线管（线管（钼靶线管）钼靶线管）要求要求:固有过滤小；低管电压时能产生较大管电流；焦点小。结构特点：结构特点：铍窗铍窗(原子序数为4，固有滤过很小)钼靶钼靶（能产生特征X线）极间距离短极间距离短0.063nm0.07nm临床实验证明:软组织摄影时最适宜的X线波长是0.060.09nm。加上0.03mm的钼片，对小于0.063nm的稍硬X线具有选择性吸收作用，对于大于0.07nm的较软X线被钼片本身吸收，余下的X线正好适合。可编辑2024/5/21 周二46软线管特点线输出窗的固有过滤小（铍窗）；低管电压时能产生大管电流；焦点小0.03mm钼片过滤 对0.063nm以下线强烈选择吸收，吸收0.07nm以上较软线可编辑2024/5/21 周二47用线管管电流管电流100600 mA管电压管电压100140 kV扫描时间扫描时间0.57 S主要参数主要参数可编辑2024/5/21 周二48通常扫描一层图像需数百通常扫描一层图像需数百mAS，为，为了满足诊断需要，要连续数十层扫描，故了满足诊断需要，要连续数十层扫描，故用线管要有大的热容量。所以管结用线管要有大的热容量。所以管结构、靶面材料、灯丝热变形系数、旋转轴承构、靶面材料、灯丝热变形系数、旋转轴承的自由膨胀系数、高温下的真空保持等，都的自由膨胀系数、高温下的真空保持等，都要求有特殊的工艺措施才能保证在上述严格要求有特殊的工艺措施才能保证在上述严格条件下正常运转。条件下正常运转。靶面采用新型复合靶结构，大体积石墨靶面采用新型复合靶结构，大体积石墨基以增大热容量，外壳多为金属或陶瓷材料，基以增大热容量，外壳多为金属或陶瓷材料，配有油循环系统以尽快散热。配有油循环系统以尽快散热。可编辑2024/5/21 周二49 要求X线管能承受连续脉冲曝光的负荷量，对于中、大型DSA设备，设备，一般X线管热容量应在HU以上，管电压范围40150kV，管电流通常为8001250mA。高散热率高散热率不能有等待时间，不能有等待时间，不能过热停机！不能过热停机！X线管可编辑2024/5/21 周二50靶面材料多采用复合靶结构，配有较大体积的石墨基以增大热容量，外壳多为金属陶瓷材料。采用油或水循环冷却系统，使产生的热量尽快扩散。可编辑2024/5/21 周二51MRM球管“透心凉”冷却：冷却油直接进入阳极靶面冷却油直接进入阳极靶面高散热率可编辑2024/5/21 周二52MegaCoolMegaCoolTM x-ray tube7.5 MHU热容量热容量1400 KHU/min散热率散热率相当于其他厂家相当于其他厂家6.3MHU球管的球管的10MHU因为其他厂家的因为其他厂家的6.3MHU球管散球管散热率只有热率只有800 kHU/min左右！左右！可编辑2024/5/21 周二53*油循环或水冷却技术油循环或水冷却技术油循环或水冷却技术油循环或水冷却技术真空真空 油油在在CT中使用油循环中使用油循环X线管线管在心血管造影机在心血管造影机X线线机中使用机中使用油和油和水循环水循环X线球管线球管可编辑2024/5/21 周二54