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第一章 X射线物理与防护 医用诊断X射线机基础 Slide2of42 2020 3 29 X射线的发现与发展 X射线的发现X ray是由德国仑琴教授在1895年所发现 这种由真空管发出能穿透物体的辐射线 在电磁光谱上能量较可见光强 波长较短 频率较高 相类似之辐射线有宇宙射线等 X射线机的发展简史离子X射线管阶段 1895 1912 电子X射线管阶段 1913 1928 旋转阳极X射线管阶段 1929 X射线影像增强器和X射线电视 电影阶段 1952 X射线计算机断层扫描装置 X CT 1972 数字X射线机阶段 医用诊断X射线机基础 Slide3of42 2020 3 29 X射线的产生条件 产生X射线必须具备三个基本条件 电子源 能根据需要提供足够数量的电子 高速电子流 在强电场作用下 电子作高速定向运动 靶 能够经受高速电子轰击而产生X射线的障碍物 产生X Ray必须要有X光球管 而X光球管基本构造必须拥有 阴极灯丝 Cathod 阳极靶 Anode 真空玻璃管 Evacuatedglassenvelope 当然还要有高压电源 医用诊断X射线机基础 Slide4of42 2020 3 29 产生X射线的机理 X ray产生方式电离与激发 热辐射 靶原子的外层轨道电子受激跃迁并辐射出红外线 轰击电子时99 以上能量以此形式消耗 Characteristic 特性辐射 高速电子撞击原子和内层轨道上电子 使之游离且 跃迁释放之能量 即为X ray Bremsstrahlung 制动辐射 高速电子突然减速后 其动能转变成能量释放出来 此能量即为X ray 且此能量谱连续 随减速之程度而有所不同 诊断用X ray其产生方式所占比例 30 特性辐射70 制动辐射 医用诊断X射线机基础 Slide5of42 2020 3 29 X射线的辐射谱线 X射线能量强度在垂直于X射线传播方向上 在单位时间内 单位面积上通过的光子能量 单位 焦耳 厘米2秒 J cm2 s Iq连 K1 I Z U2K1约为1 1x10 9 1 4x10 9管电压增加 每个电子所获得的能量加大 因而短波成分的X射线增多 X射线变硬 管电流增加 单位时间撞击阳靶面的电子数增多 辐射的总强度越大 靶原子序数增大 核电场增强 连续辐射的总强度越大 Iq特 K2 I U Uk nK2和n为常数 医用诊断X射线机基础 Slide6of42 2020 3 29 X射线的产生效率 高速电子通过碰撞和辐射产生热和X射线X射线的产生效率 K1 Z U例如 钨靶 Z 74 管电压 100kV时 1 2 10 9 74 105 0 9 X射线管设计要求 1 阳极采用高熔点材料2 X射线管必须具有良好的冷却装置 医用诊断X射线机基础 Slide7of42 2020 3 29 X射线与物质的相互作用 X Ray特性於电磁波光谱内为不可见光波长范围广光速进行直线散射能穿透物体会造成散射线能使萤光物质发光能使底片感光当X ray进入物体时 会有五种形式的作用发生不变散射 康普顿效应 产生散射现光电效应 p Z4 p 1 hv 3 被物体吸收 光蜕变 电子对效应 医用诊断X射线机基础 Slide8of42 2020 3 29 X射线影像的要素 影响RadiographicQuality之三要素 Density 黑化度 mAsContrast 对比度 kVpSharpness 清晰度 motion GeometricX Ray波长与Film上contrast之关系在X ray穿透过病人 其穿透率主要和病人组织结构及X Ray波长有关 频率高的X ray highkV 能量较高 穿透性好 造成在Film上较低之对比度 lowcontrast 频率低的X ray lowkV 能量较低 较易被人体所吸收 穿透性较差 而在Film上对比度较高 Highcontrast 医用诊断X射线机基础 Slide9of42 2020 3 29 X射线的衰减规律 X射线强度衰减的两种方式距离引起的衰减 Iq 1 r2物质引起的衰减 单能射线的衰减 Iq I0e x 光子能量不变连续射线的衰减 低能光子衰减快 p 1 hv 3 半价层 HVL 使X射线束的强度衰减到其初始值一半时所需要的标准吸收物质的厚度 它反映X射线的穿透能力 表示方式 mmAl 医用诊断X射线机基础 Slide10of42 2020 3 29 影响X射线质和量的因素 影响X射线量的因素毫安秒 mAs Iq mAs管电压 kV Iq kV 2距离 r Iq 1 r2滤过 mm 铝质滤过板厚度影响X射线质的因素管电压 kV 滤过 医用X射线机要求 2 5mmAl 医用诊断X射线机基础 Slide11of42 2020 3 29 X射线的防护 辐射损伤机理X射线能引起构成机体细胞 组织的原子或分子电离 影响辐射损伤的因素 辐射性质 射线剂量 剂量率 照射方式 受照部位 环境因素实际工作中的防护限制曝光时间 曝光剂量做好个人屏蔽与防护 第二章 医用X射线机原理与构造 医用诊断X射线机基础 Slide13of42 2020 3 29 诊断用X射线机组成 X射线机组成要件X射线球管 X RayTube 限束装置 Collimator X射线高压发生器 Generator X射线球管支架装置 SupportDevice X射线摄影台 Table 影像增强装置 R F 平板探测器 DigitalXray 医用诊断X射线机基础 Slide14of42 2020 3 29 X射线管的组成 X光球管基本构造阴极灯丝 Cathode 阳极靶 Anode 真空玻璃容器 EvacuatedGlassEnvelope 绝缘油外壳 Housing 阴极构造焦距杯 FocusCup 灯丝 Filament 长灯丝 大焦点 短灯丝 小焦点 医用诊断X射线机基础 Slide15of42 2020 3 29 X射线管的灯丝与焦点 阴极灯丝当电源通过阴极灯丝 此时灯丝会变成红热状态切会释放出电子 同时将会有以下情况产生 SpaceCharge 在Cathode圈 像云雾般充满着释放出的电子 ThermionEmission 红热的灯丝释放出电子焦点的两种形式实际焦点 电子在靶面上轰击的面积 有效焦点 实际焦点在X射线投照方向上的投影 医用诊断X射线机基础 Slide16of42 2020 3 29 阳极靶的构造 固定式阳极X rayPowerOutput较低 体积较小旋转式阳极阳极是圆盘状具有倾斜边缘 其材质一般是用钼合金 Mdybdenum 或是时墨 Graphite 作为机体 用钨 Tungsten 和少量的铼 Rhenium 合金附着於倾斜之边缘 称此边缘为TargetAngle 主要是接受阴极电子束撞击产生X射线 医用诊断X射线机基础 Slide17of42 2020 3 29 阳极靶的特性 阳极靶的特性具有承轴回转系统 bearingsystem 旋转速度一般为3 000rpm 10 000rpm可使X rayPowerOutput提高转速n 120f p 转 分 f 电源频率p 定子的极数 一般p 2阳极效应 HeelEffect TargetAngle角度愈小 将会有愈多之X Ray被Anode本身吸收 造成愈接近阳极靶之X Ray能量愈低 而愈接近阴极灯丝之X Ray能量愈高 此即为阳极效应 且会在X RayFilm上产生不同的浓度 医用诊断X射线机基础 Slide18of42 2020 3 29 X射线管特性 灯丝发射特性空间电荷阻碍管电流的形成 灯丝发射特性曲线描述在不同管电压下 管电流与灯丝加热电流之间的关系 医用诊断X射线机基础 Slide19of42 2020 3 29 X射线管特性 X射线管的瞬时负载特性曲线下射线管在某种整流方式下 对应的一定管电压 峰值 时 允许的最大管电流 平均值 与曝光时间之间的关系 医用诊断X射线机基础 Slide20of42 2020 3 29 X射线管特性 X射线管热容量1HU 1 41 kV mA sX射线管的生热和冷却曲线 医用诊断X射线机基础 Slide21of42 2020 3 29 高压发生器简介 X RayGenerator功能提供电力给X RayTube和其他系统组件 控制影响影像品质之技术条件 如mA kVp sec 等种类直流 DC 电池交流 AC 单相 SinglePhase 三相 ThreePhase 范围一般X RayGenerator使用208 408伏特 Volts 频率50Hz 60Hz 医用诊断X射线机基础 Slide22of42 2020 3 29 高压发生器的原理 半波自整流电路电路优缺点 优点结构简单 容易制造 成本低 便于携带 广泛应用于组合机头和小型X射线机 缺陷有逆电压危害X射线管安全 整流效率低 医用诊断X射线机基础 Slide23of42 2020 3 29 高压发生器的原理 单相全波桥式整流电路电路优缺点 优点整流效率提高1倍 消除了逆电压的危害 广泛应用中型X射线机 缺陷管电压脉动系数为100 射出大量有害X射线 单相电路只取三相系统中的一相 负载功率较大时 造成供电系统严重不平衡 医用诊断X射线机基础 Slide24of42 2020 3 29 高压发生器的原理 双三相六波桥式整流电路管电压脉动系数为13 4 医用诊断X射线机基础 Slide25of42 2020 3 29 高频高压发生器的原理 高频逆变的基本原理工频 直流电源 高频逆变 整流滤波直流逆变电路逆变频率越高 整流后产生的直流高压脉动系数越小 西门子Polydoros逆变频率为5kHz 电压脉动约为13 4 GEJedi逆变频率30kHz 电压脉动为kVripple 4 医用诊断X射线机基础 Slide26of42 2020 3 29 高频高压发生器的原理 高频逆变发生器的优势1 输出高质量的X射线 X射线频谱单色化 提高了X射线质的平均强度 皮肤接受剂量低 曝光时间短 图像质量高 2 输出剂量大 高频机输出X射线频谱中高能成分大大增加 在获得的胶片黑化度相同的情况下 mAs是工频机的60 3 实时控制 控制精度高 高频机中 kV和mA都是由微机管理的 采用闭环控制 根据实际检测值进行跟踪调整 而工频机都是采用预调的办法 不可能实现实时控制 4 实现了结构的小型化 根据变压器原理 电压 频率x匝数x铁芯面积 常数 电源频率的提高大大减小了对匝数和铁芯面积的要求 5 有利于向智能化发展 高频机已全部电子化 很容易引进微机技术 6 可直接用直流供电 这意味着可利用储能器件解决电源条件的难题 医用诊断X射线机基础 Slide27of42 2020 3 29 自动曝光限时器的原理 自动曝射控制方式AEC AutomaticExposureControl 利用电路回馈方法 调整适当之X光曝射时间的装置 依其材质分有两种 Screen PhototubeIonizationChamber 医用诊断X射线机基础 Slide28of42 2020 3 29 滤线器摄影装置 滤线栅结构滤线栅参数滤线栅半径 F 栅比 N H K栅频 每厘米所含的铅条数 F H K 医用诊断X射线机基础 Slide29of42 2020 3 29 影像增强器 功能与原理将X射线影像转换成为可见光图像并将其亮度提高数千倍 再进行摄像 医用诊断X射线机基础 Slide30of42 2020 3 29 数字探测板 DigitalDetector 什么是数字探测板 Photons DETECTOR DigitalImage 医用诊断X射线机基础 Slide31of42 2020 3 29 数字探测板 DigitalDetector 数字探测板的优势 Noisereduction Contrast Thereductionofnoiselevelandimprovementincontrastresolutionarebothnecess