放射医学技术医学影像设备知识医用X线发生装置

放射医学技术医学影像设备知识医用X线发生装置一、主机的构成医用X线发生装置用于发生X线，常称作主机。由控制器、高压发生器、X线管等组成。以主电路的负荷功率定义主机的容量。工频式X线发生装置的基本构成如图5-2所示。专D专D电深爽压器（一）主电路医用X线发生装置从电路功能上可分为主电路和控制电路。主电路是指从电源、仟伏调整、高压控制、高压变压器、高压整流，直至X线管。该系统主要由功率器件构成。以主电路使用电源相数的不同分单相装置、三相装置；以其工作方式的不同分直接升压式、逆变升压方式和电容充放电式；以其高压整流方式的不同分为单相全波整流、单相半波整流、单相自整流，三相6波整流、三相12波整流等，整流方式决定了X线发生装置输出高压波形的稳定性。工频式以电源提供的50Hz直接经变压器升压达到需要的电压，再经整流后供X线管使用。逆变式逆变式高压发生装置首先把工频电源整流滤波变成平稳直流，再由逆变器利用振荡方法把平稳直流变成几十千赫直至上百千赫的交流电，再由变压器升压、整流、倍压至X线发生所需的直流高压。变压器的感应电动势£与工作频率f、线圈匝数n、缺芯截面积A之间的关系是:E=K・f・n・A逆变方式的高压发生装置工作在几十千赫至上百千赫的高频状态，是50Hz的上千倍，电感可以减小上千倍，或铁芯截面积相应减小。这样变压器的体积和重量可以大幅度减小，所以逆变方式其高压发生器体积小、重量轻。逆变式容易获得平稳直流高压，提高了乂线的质；短时间曝光不受电源同步的影响，使控制更为准确。电容充放电式将电能储存在高压电容器中，发生X线时供X线管使用。这种高压发生装置对电源要求较低，X线发生时不会引起电源波动，没有软射线。多见于床边、车载摄影机等。（二）控制电路控制电路是指对X线发生的各种技术参数的控制、实时检测控制、X线发生的控制，X线管阳极启动、保护，及容量、热容量保护，与周围应用装置的工作关系协调控制等。这部分电路主要由逻辑器件构成。根据构成逻辑电路使用的器件类别有分离元件式、集成电路式、计算机控制式等。它决定了设备的控制精度、保护功能的完备程度、应用功能的丰富程度等。各种控制电路的构成如下：管电压控制与调整诊断X线发生装置的管电压调节范围在40〜150kV，小型机在40〜90kV或125kV。直接升压式主电路，在高压变压器变压比一定的情况下，改变了高压初级电压就改变了管电压。将测量到的初级电压标记为所产生的次级电压就完成了仟伏预示。由于使用不同管电流引起的电源电压降不同，将影响到仟伏的准确。为此，在管电压预示电路中加入随管电流调节改变的补偿电路，即可准确预示。管电流控制与调整透视管电流在3mA以下，要求能实时手动或自动连续调节。摄影管电流调节范围：30kW装置其范围一般在10〜400mA,50kW的在10〜630mA,80kW的在10〜1000mA。根据X线管焦点大小选用不同实际范围。管电流控制电路的构成：即X线管灯丝电路。控制灯丝加热电流，控制灯丝的温度，就控制了管电流。控制电路由稳压器供电，由串联电阻调整改变灯丝变压器初级电压，达到改变灯丝电压一改变灯丝电流一改变mA的目的。也有在灯丝初级串联功率三极管，用改变三极管的内阻改变初级电压的目的。空间电荷抵偿器：由于X线管空间电荷的存在，在相同灯丝电流下，随着管电压的变化会影响mA的稳定性。为此在灯丝电路中加有空间电荷抵偿器，随着管电压的变化适当变动灯丝加热电流，达到稳定管电流的目的。（4） 管电流指示：管电流用mA表进行实时指示。mA表的指示反应了乂线管的工作状态，对分析高压部分的故障十分重要。凡是有mA表的设备，在曝光开始后一定注视表针动作情况。曝光完了，指针复位，松开手闸。微机控制的X线发生装置不再将管电流引到控制面板。曝光后显示管电流数值。（5） mAs表：用以显示管电流和曝光时间的乘积，即测量的是电量。仪表具有阻尼系统，能在极短曝光时间下准确显示管电流与曝光时间的乘积，并保持一段时间。在0・5秒以下曝光时，mA表指针不能稳定指示，使用mAs表。数字式mAs表更能准确显示。限时器用以控制X线的发生时间。诊断X线发生装置的曝光限时器分机械式（0.04〜8秒）、电容充放电式（0.01〜5秒）、数字式（0・001〜5秒）等。旋转阳极启动与保护装置（1） 作用：用于在曝光之前将X线管阳极快速启动到额定转速，以便投入使用；如果启动失败，装置将使曝光不能进行，以在异常情况下保护X线管阳极不受损坏。（2） 原理：旋转阳极启动装置实质上是一个小型单相感应异步电动机。其鼠笼式转子就装在旋转阳极X线管内的阳极端。定子设在管外对应于转子的位置。定子绕组分启动绕组和工作绕组。工作时，工作绕组通以较高启动电压形成启动电流；启动绕组通以经电容移相的相位超前90o的电流，这样两个绕组在定子空间内共同形成旋转磁场，使转子得到启动转矩，带动阳极转动起来。（3） 延时保护：控制阳极的启动时间。相同条件下，靶盘的质量和直径不同，达到额定转速的时间不同。一般的普通转速阳极启动时间在1.0s以内，高速旋转阳极在2.5s以内。在达到额定转速后，启动装置将降低工作绕组的电流至维持运转状态，启动绕组失去作用。此时转子在维持磁场驱动下，以额定转速继续运转，X线可以发生。在启动时间内启动装置对两绕组电流和剖相电容的工作状态进行检测，如果发现其中一项失效，启动装置将锁定控制电路，使X线不能发生。（4） 阳极制动：曝光结束后工作绕组停止供电，转子会在惯性作用下将继续运转一段时间。这种惯性旋转增加了阳极轴承的磨损，缩短了乂线管的寿命。制动功能可在很短时间内使阳极转速降低到较低程度，然后让其在惯性作用下继续转动较短时间自己停止下来。其原理是在曝光结束、定子电压切断后，立即提供一个脉动直流给工作绕组，产生制动力矩，使仍在转动的阳极迅速制动减速。5・自动曝光量控制（AEC）用于自动控制胶片（探测器）得到适度曝光量。不同患者的体质差别较大，对X线的吸收不同，自动曝光量控制将减少人为选择条件造成的曝光失误。（1）原理：使用检测器检测透过病人后到达暗盒前的射线剂量，检测信号被放大、积分、比较，达到预定值时发出信号，停止X线继续发生。（2）探测器种类1） 荧光体探测器：采样区的荧光体将透过人体的X线转换成荧光，由光导体传导给光电倍增管，转换成电信号输送到信号处理部分。2） 电离室探测器：利用X线能使空气电离的原理制成，电离电子在高电压作用下向电离室的两极板运动，形成电离电流，即输出信号。6.容量保护电路在焦点、管电压、管电流、曝光时间确定后，这些参数被送到容量保护电路，以确定选择的参数是否超过X线管的最大允许负荷限制，如超过，将使曝光不能发生，并提示过荷。二、控制装置X线机的控制装置可以是单纯的控制面板（微机控制式，另有电器柜），也可以是包含控制电路在内的整个低压部分（传统方式）。控制内容、方式如下。曝光条件控制（1） 三钮控制方式：kV、mA、sec三项单独调整；（2） 两钮控制方式：分为kV、mAs两种调整；（3） 一钮控制方式：kV需要人工调整，自动衰减负荷、自动曝光量控制；（4）零钮方式：选择解剖部位、体形。自动确定kV，使用自动曝光量控制。台次、技术控制X线发生装置可以带两只X线管，分别用于透视台和摄影台或双摄影台，X线管的选择称作台次选择。X线的各种功能，如透视、普通摄影、滤线器摄影、立位滤线器等称作技术方式。其间的交换称作技术选择。控制装置类型早期的控制台使用旋钮，转换开关或按键开关等进行控制、调整。随着控制电路中逻辑电路、计算机的使用，现在控制台面使用触摸开关。计算机控制的主机，也有使用触摸屏作为控制界面，可以进行页面转换，整个控制台可以通过软件进行全面升级，添加原先没有的控制功能。三、高压部分是指高压变压器、高压整流（倍压、滤波）、灯丝变压器、高压交换闸、高压电缆、X线管组件等功率部件。其共同特点是都工作在高压状态，是发生器主电路的一部分。在发生X线时若电源跳闸或保险丝熔断，一般是高压部分故障。这时应详细记录当时的使用情况和故障现象，尽快联系维修人员检查，一定不要盲目重复实验。（一）高压变压器其功能是将经仟伏调整后的初级电压（200〜400V）提升到X线管所需要的高电压（40〜150kV）。特点变压比大（单相全波一般为1:300〜1:500）；初级低电压大电流，次级高电压小电流；工作时间短；瞬间负荷功率大（可达几十千瓦）；次级采用中心接地。高压变压器的高压次级中心接地是工作接地，这使高压部件的绝缘要求降低到最高输出电压的一半。这里的电流就是通过X线管的电流，在这里测量管电流最为安全。在单相全波整流式发生器，高压次级中心是交流电，所以要为mA表设整流电路。构造由铁心、线圈构成，浸泡在绝缘油中。铁心，使用带状冷轧硅钢片重合排列组成。线圈，变压器初级和次级线圈绕在同一铁心上，初级是低电压，次级是高电压。初、次级线圈间的绝缘要求十分严格。高压变压器浸泡在绝缘油中，提高了变压器线圈匝间、层间、初次级间的绝缘性能，并提高变压器的散热性能。高压绝缘油是矿物油，要求绝缘性能好、不含水分、杂质，比热高、热传导率高、黏度低、不凝固、发火点高（130oC以上）。高压发生器和X线管套内都充盈绝缘油，其作用一是增加容器内有限空间的绝缘能力，二是提高器件的散热效率。高压发生器使用的绝缘油绝缘性能要求高于30kV/2.5mmoX线管套内使用的绝缘油绝缘能力要求达到40kV/2.5mm。

容量由于诊断X线机多工作于短时负荷，变压器有允许瞬间过负荷的特性，其容量一般按最大额定容量的1/3设计。大5=1管电流摄影时会产生电压降。5=1管电流摄影时会产生电压降。（二）高压整流器用于将交流高压电整流成X线管使用的高压直流。1・高压整流器具有单相导电性。乂线高压发生器用的整流器要求能适应特定的高压环境，其反向耐压性能应能承受X线管工作用高电压。半导体整流器的优点是体积小、寿命长、内阻小、不需要灯丝加热系统。缺点是具有温度特性，温度上升，反向电流增加。在过电压、过电流下容易损坏。2・自整流方式X线管是一种阳极特殊的二极真空管。X线管自身具有的单相导电性，在交流电的正半周阳极为正、阴极为负时有管电流通过，X线发生；在负半周，X线管被施加反向电压，管电流截止，不发生X线。这种X线管自身承担整流作用的电路称作自整流电路。自整流电路多用于移动式、牙科等小型X线机中。3.单相全波整流使用四只整流器的单相桥式整流电路，使变压器输出的正负半周都得到利用，提高了输出功率。且整流输出电压峰值与变压器输出交流电的峰值相等。用于功率在50kW以下的中型X线机。4•倍压整流使用高压整流器和高压电容可以造成倍压整流电路，可以获得变压器输出电压2倍的稳定直流电压，在逆变方式高压发生器中经常应用。（三）灯丝变压器灯丝变压器是为X线管灯丝提供加热电流之用的降压变压器。初级电压在100〜200伏间，次级电压在5〜15伏间，功率约100W左右。灯丝变压器的次级与高压电路连接，所以其初次级线间要有适合高压环境的绝缘要求。X线管有两个灯丝，设有两个灯丝变压器分别供电。灯丝变压器浸泡在高压发生器绝缘油箱内。X线管工作时，灯丝必须首先开始加热，然后施加高压。（四）交换闸一个高压发生器可能供2〜3个X线管使用。因此，需要有一个交换装置将高压和灯丝加热电压输送到选定的X线管，这就是高压交换闸。高压交换闸是电磁继电器的变形。其电磁线圈属低压部分，衔铁带动绝缘杆拖动接点动作，接通或断开某一X线管与高压发生器的电路连接。交换闸的接点部分与高压变压器、整流器一起浸泡在高压发生器油箱内。因其动作频繁，且是通过高压，所以结构上要求牢固，稳定性好。要求有很高的绝缘性能和机械强度，能承受最高电压；接点压力强，接触面积大。（五）高压电缆高压电缆是一种防电击式安全电缆，用于将高压发生器产生的高压直流连接到X线管组件。同轴式高压电缆其结构由内到外有以下几层。导电芯线位于高压电缆的最内层。一般三芯，可供双焦点X线管使用。三极双焦点X线管需要四芯高压电缆。每条芯线由多股铜线组成。阴极侧高压电缆除担任传输高电压外，还承担a送X线管灯丝加热电压的作用。实际上阳极侧使用的高压电缆与阴极侧相同，必要时可以交换使用。高压绝缘层位于芯线外周，绝缘橡胶制成，较厚，为高压电缆的主绝缘层。半导体层位于主绝缘层外周，较薄。其作用是消除绝缘层与金属屏蔽之间的静电，使电荷分布均匀，防止产生静电放电，保护高压电缆。金属屏蔽层位于半导体层外周，通过电缆压环与安全接地相连。其作用是一旦绝缘层被击穿，芯线的高压只能与地短路，不会对病人及工作人员造成危险。保护层在电缆的最外层，多用软塑料制成，是电缆外表的装饰，也有加强其机械强度的作用。（六）电容电流在高压次级电路中，高压变压器绕组的匝与匝间，匝与地间，高压电缆的芯线与地网之间，都存在较大电位差，实际上形成了潜在的电容。这些电容并联起来达到数百皮法。当高压发生时，在高压变压器绕组中流动的交流高压将各部形成的潜布电容进行充放电，从而产生电容电流。此电容电流的大小随使用的对增高而增加，一般可达数mA之多。自整流形式的高压次级电路，管电流测量使用的是直流毫安表，而电容电流是交流，故对毫安指示无影响。在单相全波整流高压次级电路中，由于毫安表设置了整流器，交流性质的电容电流可与管电流一起经整流器流经mA表。在实际应用中，透视管电流较小，与电容电流在同一个数量级，电容电流的存在对透视管电流的正确指示造成干扰。为此在mA指示电路中设电容电流低偿器，以消除其影响。常用有电阻低偿法和变压器法。摄影管电流要大出电容电流几十倍，可以忽略不计，不必进行低偿。四、电