CT球管基础知识要点

CT球管基础知识2011-03-05 1433369031:17 |分类：专业交流|报告|订阅大小自19世纪第一个球管诞生以来，球管家族也迅速成长。根据医学目的，我们通常把他们分为诊断用x射线球管和治疗用x射线球管两类。第一，诊断用x射线管诊断用x射线管用于透视和摄影。两种工作状态的功率相差很大，但拍摄时曝光时间很短，能耗很小，因此管的两极在两种工作状态下总能量相似。因此，现代诊断用x射线管通常只通过散热器冷却。要获得清晰的x射线图像，诊断用x射线管的基本要求是必须有小焦点和大功率。较小的焦点可以减少几何体模糊，而较大的输出功率可以减少曝光时间并减少移动模糊。当然，因为阳极对象面受所能承受的最大允许热量的限制，所以同时满足焦点少、电力多的要求更困难。旋转阳极x射线管可以更好地解决此矛盾，因此被广泛使用。(a) x射线管的类型诊断1.固定阳极x射线这种x射线的阳极是固定不变的。功率小，焦点大，通常用于小型诊断x射线机。(北京医用辐射工厂生产的诊断x射线机球管)(1)阴极：x射线管几乎由灯丝、聚焦罩等组成，发射电子，聚焦电子，轰击阳极。长丝：目前，x射线管几乎大部分使用钨作为长丝材料。因为钨在高温下有一定的发射能力；熔点(3370)高，高温下也不易蒸发成气体。延展性和拉伸特性优秀，容易加工，可拉成细丝，形成一定的形状。强电场不易吸引变形。由于阳极目标表面的比例容量(1mm2的焦点区域发出的功率)，灯丝不能变得太小。这是因为固定阳极的x射线的实际聚焦区域较小，并且如果聚焦也太小，则发射的x射线量会减少。要获得大量x射线，灯丝必须显示为粗体。这将增大焦点，增加几何体模糊，但增加x射线量将缩短曝光时间，并防止因透射物的移动而产生模糊。现在，很多x射线管在称为双焦点x射线管的同一个阴极上制造不同大小的两相长丝，得到大小焦点。灯丝有三条引线，一条是公共引线，另外两条是大而小的焦点灯丝引线。灯丝温度上升到一定值时，电子发射开始，电子发射量取决于灯丝温度的高低。灯丝温度低，发射电子流密度小，但温度上升到一定值(2600K)时，发射电流密度很高，调整x射线管电流时要特别注意此特性。也就是说，随着灯的电压接近最大值，灯的电压稍有变化，管电流就会发生很大变化。焦点罩：灯丝释放电子时，由于正电场的作用(如阳极连接高压)，电子高速飞入两极。但是由于电子之间的相互排斥，电子是散射状态，特别是在阳极电压低的情况下，散射更为明显。为了使电子集中到多发飞行阳极，灯丝是用镍或铁镍合金制成的矩形凹槽，称为聚光器。聚焦罩不仅能形成电子束，还能预防二次电子造成的危害。二次电子是指从阳极靶面邮寄反射的电子。这种二次电子是在自身整流电路或阳极过热时产生的。灯丝会被轰击，分离。或者玻璃被炸出了洞，破裂了。有了聚焦罩，可以将大部分二次电子吸引到凹槽中，保护灯丝和玻璃外壳的安全。(b)阳极：阳极目标的作用是在接收电子轰击辐射x射线的同时释放热量。钨一般用作阳极目标表面的材料，具有高原子序数、高熔点、低高温下蒸汽压力等优点。钨目标面通常为正方形或矩形，厚度为1.5mm到3mm，并缠绕在导热系数好的无氧铜柱上。这不仅辐射高，还能及时传导热量。阳极目标被电子束轰击的区域称为实际焦点。要减少几何模糊以获得清晰图像，需要减少x射线的有效焦点。为此，需要减小阳极目标倾斜。当然，实际焦点区域必须缩小的要求是，从需要投票开始，有效焦点面越小越好。但是，在特定阳极负载功率下，目标表面的比例容量会提高，不利于热扩散，所以倾角不能太小。但是，不能太大，如果阳极倾斜角太大，有效焦点区域将增大，图像将模糊。通过阳极化目标面生成的第二电子不仅伤害灯丝和灯泡，还散射给各方，在影响图像清晰度的阳极化目标面以外生成x射线。因此，两个极端用无氧铜制成的天线罩称为跳跃罩。罩的轴向开口传递阴极电子速度。侧面的洞口是构造线出口。这样，阳极的钨靶铜柱和反冲罩结合在一起，通过与玻璃膨胀系数相似的铁镍钻头合金和玻璃外壳密封密封在管外。(3)玻璃外壳：x射线玻璃外壳用于保持负离子、阳极和管内真空度。一般使用具有高温、高绝缘强度、小膨胀系数的硅作为主要成分的硼酸硬质玻璃。x射线管的真空度必须保持在133.3210-7pa (10-7mmhg)以下，以确保灯丝的正常加热和电子飞行阳极的速度。2.旋转阳极x射线管固定阳极x射线管受温度影响，限制其功率。要提高功率，就要增加焦平面。但是，增加焦点面会影响图像的清晰度，不能同时考虑这两个方面。旋转阳极x射线管可以更好地解决这个矛盾。在较短的时间内(约0.1s)，负载可以在相同大小的高效聚焦下增加几倍。结构如图所示。沉重的阳极盘固定在轴承旋转的轴上，在同一轴上有铜圆柱，感应电子铜转子，电机的定子安装在x射线管玻璃盒外，通过定子绕组的电流产生旋转磁场，转动转子就可以阳极旋转，管子的阴极上装有卷成螺旋管的钨丝，远离管中心轴。因此，实际焦点在两极旋转时沿曲面旋转，轨迹为环，因此产生的热量分布在连续移动的圆形面上。焦点中单位面积的热量越少，x射线功率就越大，实际焦点区域越大，但有效焦点非常小，从而提高x射线图像的清晰度。旋转阳极的实际焦点和有效焦点如图所示。根据上述原理，旋转阳极x射线管的功率比固定阳极x射线管大25倍，目前用于500mA以下诊断x射线装置的管功率为20kW50kW，有效焦区只有1mm22 mm2。旋转阳极x射线管通常在透视时功率小，不需要旋转，但拍摄时必须以额定速度转动才能打开高压，否则会有聚焦熔化的危险。(1)阴极：旋转阳极x射线管的阴极由聚焦槽、螺旋管灯丝、阴极盘、阴极罩等组成。作用类似于固定阳极x射线管，用于发射电子并聚焦以轰击阳极目标。一般灯丝有两种尺寸。阴极固定在阴极板上，外部有阴极罩，妨碍不同焦距的集中罐的宽度，灯丝大小也不同。(2)阳极：旋转阳极x射线管的阳极由目标面、转子、轴承和阳极轴组成。靶面通常由圆盘形钨或复合材料制成，圆盘中心固定一根钼条的另一端和称为转子的金管连接部。现代为了增加两极电力，采取了以下技术措施。阳极靶的发黑：阳极靶在发黑后的热辐射系数接近1，在相同靶温度下散发的热量比美黑靶源增加了1倍，提高了透视力，缩短了冷却时间，加快了单片和系列的照片。使用石墨靶基：60年代，肾脏剂下降率和散热能力的铼钨合金钼基金属复合靶旋转阳极x射线管达到1mm2焦点50kW的功率，图1-7为铼钨靶和纯钨靶容量对比曲线，随后出现金属石墨旋转阳极x射线管，其比热比钨大约10倍，辐射系数接近1，渗透性系数为钨旋转阳极的速度增加：旋转阳极x射管的速度一般为2800 r/min。旋转速度高意味着电子束停留在特定点的时间越短，目标能承受的热量(功率)就越大。P=K？-嗯？-嗯？(n是旋转速度，d是焦轨直径)。也就是说，阳极能承受的功率与转速的平方根成正比，速度增加2倍，可能增加1.40倍左右。速度与启动电压的频率成正比：N=120f/p正常：n-阳极速度(r/min) f-电源频率(Hz)p-定子极数(通常为2)电源频率为150Hz时，速度可以达到900r/min，但由于转子的滑动速度，因此实际速度比官方计算的速度低约10%。现在，有了300Hz的阳极启动电源装置，旋转速度达到17000 r/min，焦点区域相同时，可能比常规旋转阳极x射线管的功率增加约2.5倍。阳极目标直径增加：阳极目标直径越大，冷却速度越快。但是机械强度和动态平衡引起的困难直径的增加受到一定部分限制。目前，一般直径从75mm增加到80mm，增加到100mm到150mm。消除旋转阳极的机械应力：阳极材料钨和钼在冷却状态下均很脆。x射线管在长时间冷却的形式的五角大楼下，突然产生大负载，高温和低温接合处的温差很大，导致机械应力，产生裂纹，经常损坏。为此，某些x射线管在阳极目标签名上打开多个径向微接缝，使阳极材料在膨胀时相应地减少机械应力。减少阳极倾斜角度alpha(短时间曝光):由于功率p 但是，随着锥化角度的减小，相应的曝光率也减小，不能选择小，现在通常在6-17.5之间。旋转阳极x射线管的优点是，在极短的聚焦时间内允许大量电力，但阳极热主要取决于热辐射，因此使用时两种曝光之间必须有足够的间歇时间。3.金属陶瓷x射线管x射线管的灯丝在大载荷下温度很高，逐渐蒸发。这不仅使灯变细，而且在x射线管玻璃外壳内部表面形成了一层薄薄的钨，很容易因阴极发射电子的轰击而受损。同时，该钨层也对应于第三电，形成负电场，抑制电子的发射，限制x射线管的最大管电流。为了克服这种缺点，最近被开发成了金属陶瓷x射线管。此管具有钢壳的一部分，位于x射线管的中间部分，阳极的一端与玻璃壳相接；阴极的一端与陶器资本相接。玻璃和陶瓷部分起到电绝缘的作用。x射线管的金属部分接地以接收杂散电子。x射线从铍的窗户发射(因为铍很少吸收原始发射线)。金属陶瓷x射线管没有玻璃外壳，因此钨头发有损坏x射线的危险，可以将灯丝加热到高温度。这将增加x射线管的允许负载，并允许在低kV中使用高mA值。为了进一步提高x射线管的功率，最近开发了高功率x射线管，曝光时间很短(图1-11)。此x射线管的阳极在两端具有轴承支撑的轴上旋转。它有一个直径为120毫米的大型直剧场复合阳极塔板由铼钨合金制成，外部接地的金属外壳。焦距为0.6mm2和1.3mm2或0.5mm2和1.8mm2。前者的目标角度为13，后者为9。阳极速度为8000r/min。x射线管操作需要一个外部热插拔设备。这种大功率x射线管主要用于连续x射线照相、体层摄影及电影拍摄等。(东芝旋转阳极球管)4.栅x射线栅x射线管既起高压开关的作用，又起x射线管的作用。其外观类似于常规构造线管道(图1-12)，实际上没有一个实体浇口。其基本原理是，利用特殊形式的集光器，排除集光器附加正负偏移(负电场)时灯丝发射的电子，防止电子流向目标的冲击。如果这个负电场消失了(加脉冲)，电子流就会向目标面碰撞，产生x射线。添加负电场曝光后终止。负偏移的形成和消除由超时电路控制，曝光时间取决于消除负偏移的时间。网格控制x射线管通常可获得由三相高压整流电路驱动的快速连续曝光。此选项最适合x射线电影拍摄，其中x射线管产生的发射脉冲与电影相机中的胶片移动同步。电容器放电x射线机也使用栅极控制旋转阳极x射线管。栅格控制x射线管可以通过负偏置控制x射线管的电子流，如果负偏置较低，一些电子会飞入两极，产生聚焦极窄的电子束，从而得到小焦点，即微焦点x射线管。应用400V的负偏置可以获得0.1mm0.1mm的焦点。这种特殊的微焦点x射线管是放大照片的理想选择。使用0.2mm0.2mm的焦点，可以放大到腹部血管造影的2倍。0.1mm0.1mm的焦点放大3倍，可以用于手足血管造影。腹部血管造影时阳极速度可达17000r/min。5.双绞线钼靶旋转阳极x射线管在x射线单元腹板上旋转阳极x射线管，这是专门为拍摄有线和其他软组织而设计的。这个管子的目标是钼做的，因为钼的辐射能低，发射的x射线波长长，所以被称为延性x射线。此管中的灯丝比一般x射线管更接近阳极，并且阳极温度较低时，可以获得更大的mA值。在高温下，钼非常重要，因为它容易蒸发到玻璃外壳内壁，吸收了大量低能x射线(普通钨目标x射线的x射线能量高，吸收量小，影响不大)。为了减少吸收，还使用了铍窗。这种管道使用时添加到阳极的管电压约为20kV至50kV，最大管电流约为200mA。(b)有效焦点和等效焦点x线的清晰度主要取决于x线有效焦点大小的大小，焦点大小越小，图像越清晰。实际上，除此之外，还与焦平面上x射线的辐射强度分布有关。在相同的有效焦点大小下，高斯分布形成小于有效焦点大小的焦点大小，使图像看起来更清晰，矩形分布生成有效焦点大小之一的有效焦点大小。如图1-13所示，双模态分布形成大于有效焦点大小的焦点大小。实际运行的这个焦点称为“等效焦点”。它不仅包含有效焦距对成像影响的信息，还包含有关焦平面x射线径向强度分布对成像影响的信息。要减小等效焦距，必须使用高斯分布。设计x射线管时要注意这一点。(c)在低kV高mA中，由于电子密度增加，电子之间的库仑斥力增加，击中目标的实际焦点区域，即有效焦点区域增大的现象称为“焦点增加”。在40kV的情况下，mA值从20 mA增加到400 mA时，焦点几乎增加了1.5倍，但在80kV条件下，默认情况下保持不变。对于1mm2，即使在80kV条件下，mA值也可以从20 mA增加到300 mA，从而使焦点增加一倍。这是(1)低kV增长快，高kV增长慢；(2)小焦点快速增长，