高频X射线机和工频X射线机的区别

高频机与工频机的区别 分类 X Ray2011 02 24 11 13 784 人阅读 评论 0 收藏 举报 工频机即以 50Hz 交流电为高压发生器电源的传统 X 线检查设备 我们知道 X 线机 或称为 X 线检查设备 的组成可以大致分为 X 线发生器 X 线源 和辅助设备两部分 下面的讨论我们将不加区别地将 X 线机和 X 线发生器混为一谈 工频 X 线机的高压电源的次级大致有单相自整流 单相半波整流 单相全波整流 三相全波整流 三相十二脉冲 12 拍 等形式 整流形式不同 施加于 X 线球管两端的电压脉动系数 纹波系数 差别十分大 其中单相半波整流 含自整流 输出的电压纹波系数最大 100 而 12 拍最小 3 4 我们知道 如果施加于 X 线管两端的电压随时间做从零至最高值做连续变化 则在一个变化周期中 只有电压峰值附近的一小段电压值加速 X 线管灯系 发射出来的自由电子才能够获得我们在机器上预置的能量 即 kVp 这样产生的 X 线光子才有可能对摄影有用 其余时间产生的 X 线光子能量都大大 低于预置能量 这样的 X 线光子对于我们的摄影目的毫无帮助 徒增加病人的吸收剂量而已 中 高 频 X 线发生器的工作过程如下 50 赫兹交流电源经过二极管整流 电容器平滑为恒定直流电压后 经过逆变器转换成具有一定频率的方波 电压 该方波电压经变压器升压 再经整流 滤波 变为平滑的直流高压后 施加于 X 线管两端 与此同时 采样电路对管电压进行采样 并将采样值 送到比较器 与预置的管电压值进行比较 如果采样值低于预置值 则调节器发出调节信号 升高逆变器的频率 或增加逆变器输出的脉冲宽度 直到 从实际的管电压采样值与预置值相等为止 反之 若采样值高于预置值 则调节电路降低逆变器的工作频率或减少脉冲宽度 直到采样值与预置值相等 同理 对管电流也采用同样的方法进行调节与控制 下面我们从不同的角度来谈谈工频 X 线机和中 高 频 X 线机之间的差别 1 对曝光参数 KV mA 时间或 mAS 控制的精度 工频 X 线机的曝光控制精度根据整流方式不同而差别很大 中 高 频 X 线发生器采用的是电 压预置 反馈调节的方法 控制精度高 这样 可以大大减少 X 线光子束中的软射线成分 降低病人的辐射剂量 提高曝光重复性 从而提高 X 线照片 质量 其次 也提高了 X 线管的输出效率 这一点从上面的示意图可以直观地看出 2 结构简单 由于中高频 X 线发生器的 kV 和 mA 值采用了纯电子方式分别预置 反馈调节的方式 没有任何机械旋钮和开关 省去了 kV 补偿电路和 空间电荷补偿电路 3 便于计算机控制 自动化程度高 由于中高频 X 线发生器采用了纯电子的控制与调节方式 没有机械伺服机构 便于计算机控制 提高自动化程 度 4 因为没有机械接点和旋钮 不仅响应速度快 输出参数精度高 而且可以在曝光期间对 kV 和 mA 进行调整 5 由于采用了储能元件 对电源的供电要求大大降低 甚至可以利用直流电直接供电 大型工频 X 线检查设备往往需要专线供电 6 由于频率高 根据变压器方程 可以使得高压变压器的体积大大缩小 便于大功率 大容量 X 线发生器的小型化或微型化 7 由于变压器体积小 不仅节省了制作高压发生器所需要的铁芯和铜线 而且也减少了高压发生器的铜耗与铁耗 由于单相工频 X 线发生器产生的 X 线束含有的软射线成分多 病人吸收的剂量大 照片质量不易得到保障 所以欧美等发达国家已经明令禁止生产 而工频三相十二脉冲 X 线发生器则有体积庞大 结构复杂 对电源供电要求高 输出参数控制精度低 自动化程度低等缺陷 国际著名厂商也不再生产 这类 X 线发生器了 高频 X 线机简述 一 研发背景 X 线机主要应用于医疗领域 是医院最基本的诊断设备之一 目前 医用 X 射线机在临床上的应用已相当普及 并成为影像诊断和治疗的主要医疗 器械设备 但国内广泛使用的工频 X 光机有图像质量差 曝光精度低 自动化程度低 防护水平低 以及体积大 结构笨重等缺点 主要根源在于工频 X 线发生器 西方一些发达国家工频 X 线机已禁止使用 开始使用高频 X 线机 在我国主要以工频为主 中高频 X 线机的使用率不足 3 基本靠进口 针对这种情况 国家非常重视高频发生器的技术发展 在 七五 八五 九五 期间都把高频 X 线机的研制工作列入重点科技攻关项目 相关单位也作出了 一些成果 但与国外相比 我国的高频 X 线机的研制技术水平还存在着较大的差距 因此 研制高频 X 线发生装置对促进我国医疗影像诊断设备的发展 具有十分重要的意义 二 高频 X 射线机与工频机的区别 高频机是指高压发生器的工作频率大于 20kHz 的 X 线机 工频机是指高压发生器的工作频率小于 400Hz 的 X 线机 工频机将 50Hz 的工频电源升 高压整流后有 100Hz 的正弦纹波 经滤波后仍有 10 以上的纹波 高频机工作频率高 高压整流后的电压基本上是恒定的直流 纹波可小于 0 1 不 同的高压电压对应不同能量的电子束 从而产生不同波长的 X 射线 X 射线波谱越单一 散射越少 成像越清晰 工频机出 X 线波谱复杂 相同时间内 特征频率的 X 射线量少 杂散射线多 成像模糊 高频机出 X 线波谱单纯 杂散射线少 成像清晰 比工频机减少 50 以上的总出 X 线量 90 年代以 来的进口 X 射线机均为高频机 这是国际上的发展方向 我国目前正在向高频机的方向发展 X 射线机旧机改造具有低 X 射线辐射剂量 图象清晰的特点 降低了摄影条件 同时也延长 X 射线球管的使用寿命 操作简单 智能化程度高 甲级片率高 从而提高医院经济效益 CR 的效果源自于高频机拍摄的胶片 顺应 X 射线机高频化发展趋势 灵活的数字接口 为用户以后升级创造条 件 X 射线机旧机改造对故障有自动检测和显示功能 售后服务快捷 维修费用低 三 高频 X 射线机优点 从原理上讲 高频高压发生器产生的加载在 X 射线管阳极的电压波纹小 产生的 X 线 电流 稳定 散射线软射线少 所以高频 X 射线机应具有 以下优点 1 输出剂量高 比工频 X 线机高出 50 所需摄影条件 kV mAS 低 2 X 线输出稳定 重复性高 提高照片的影像质量 3 可获得高质量 X 线 使射线同频谱单色化 避免软射线对人体的伤害 同时减少散射线 使影像更清晰 4 结构紧凑小型化 减小控制台与高压发生器的体积 5 对电源条件要求低 6 有利于智能化发展 为 X 线技术数字化创造了条件 比较分析比较分析 高频高频 X X 线机线机传统工频传统工频 X X 线机线机 外形尺寸外形尺寸小很大 稳定性稳定性随调 稳定预调 不稳定 有效成分有效成分高低 成像质量成像质量高低 皮肤剂量皮肤剂量中大 环境污染环境污染低高 重复性重复性 0 02 0 05 最短曝光时间最短曝光时间0 001 秒0 02 秒 高频化的 X 射线机具有如下特点 1 1 环保 由于输出的高压脉动量非常小 近似直流 故输出 X 射线的单色性好 散射线减少 病人吸收的辐射剂量大为降低 1 2 输出效率高 例如 单相工频机中 一个高压脉冲波形的持续时间为 10ms 而大于 0 707 倍峰值的持续时间约为 5ms 而高频机的波形近似直流 所以高频机如 果需要曝光 10ms 相当于工频高压脉冲的半个周期 的剂量 则全波整流工频机至少需要曝光 20ms 需要一个周期 曝光时间增加一倍 势必增大图像 的动态模糊度 严重影响了成像质量 1 3 采用反馈闭环控制 利用纯电子方式进行实时调整 由于没有任何机械接点或旋钮 因此调节速度快 更由于采用了管电压和管电流彼此独立预置与反馈调节的方法 不仅省去了 kV 补偿和管电流的空间 电荷补偿电路 而且也提高了控制精度 即使在曝光期间也可进行 kV 和 mA 分别调整 1 4 输出稳定 重复性好 在高频机中 kV 和 mA 闭环控制电路的设定值可以做得很精确 检测电路也可以做得很稳定 所以不论影响 kV mA 的因素有多少 只要其变化在某 一允许范围内 则高频机每次曝光的输出量都可以保持一致 1 5 最短曝光时间更短 X 射线机的最短曝光时间由高压上升沿来决定 高频机的高压波形上升沿很陡 一般是十几至几十 s 所以最短曝光时间可达 0 01s 而工频机的高压 波形按正弦波形变化 上升沿变化缓慢 比如单相工频机中 一个周波为 10ms 而有效电压 大于 0 707kVp 只占约 5ms 每次曝光至少要占有部分有 效电压 否则这样一次曝光就毫无意义 根据计算得知 工频机的最短一次有效曝光应大于 3ms 1 6 体积可以大大减小 根据变压器方程 V f n A 在变压器的输出电压一定时 提高输入电压频率 f 则可减少变压器铁心面积 A 和变压器绕组匝数 n 高频高压发生器的输 入频率一般大于 20kHz 远远大于 50Hz 工频 故变压器体积大大缩小 体积的缩小不仅节省了大量的铜线和铁芯 而且大大减少了金属铜耗和铁耗 其次 可以让原来分离式结构的变压器箱和机头一体化 使得大容量的 X 射线做到小型化或微型化 有利于战争和抢险救灾条件下的 X 射线检查 1 7 便于智能化 由于高频机已全部实现电子化