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1、CT球管基础知识2011-03-05 14:31:47|分类：专业交流|举报字号订阅自从十九世纪第一个球管诞生以来，球管的家族也迅速地发展壮大。根据其医学用途，我 们们分成诊断用X线球管和治疗用X线球管两大类。一、诊断用 X 射线管诊断用X射线管用于透视和摄影。虽然两种工作状态的功率相差很大，但摄影时曝光时间极 为耗很小，所以管子的阳极在两种工作状态下的总能量是相近的。因此，现代诊断用X射线管通常 冷却。为了能获得清晰的X射线影像，对诊断用X射线管的基本要求是：它应具有小的焦点和大的 功小可以减小几何模糊度，而输出功率大，曝光时间可以缩短，减小了移动模糊度。当然，由于受阳极靶面所能承受的最大容
2、许热量的限制，要同时满足焦点小、功率大的要求 是的。旋转阳极 X 射线管能较好的解决这一矛盾，因而得到广泛的使用。（一） 诊断X射线管的类型1. 固定阳极X射线 这种X射线的阳极是固定不动的。其功率较小，焦点较大，一般用于 小射线机。（北京医用射线机厂生产的诊断 X 线机球管）（1）阴极：X射线管几乎都是由灯丝、聚焦罩等组在，它的作用是发射电子，并使电子聚 焦八、极。 灯丝：目前X射线管几乎都是选用钨作为灯丝材料。因为钨在咼温下有一定的发射能力； 具熔点（3370C），在高温下也不易蒸发成气体；其延展性和抗张性较好，便于加工，能拉成细丝 而形状；在强电场吸引下不易变形。由于受阳极靶面的比容量（
3、 1mm2 的焦点面积上所散耗的功率）的限制，灯丝不能做得过小阳极的X射线管的实际焦点面积很小，焦点过小会使发射的X射线量减少。为了获得大量的X射 线须加粗。这样虽然焦点增大，使几何模糊度提高，但X射线量增大强缩短曝光时间，避免因投照 物而引的模糊度。目前很多X射线管在同一阴极上配制大小不同的两上灯丝而获得大小焦点，称为双焦点X 射灯丝有三根引线，一根为公用引线，其余二根分别为大、小焦点灯丝引线。灯丝温度上升至一定值后，开始发射电子、发射电子的数量取决于灯丝温度的高低。从图中可以看出：灯丝温度较低时，发射电子流密度较少，但当温度升至一定值（2600K 射电流密度增加极快，故在调整 X 射线管电
4、流时应特别注意这一特点，即当灯丝电压增至接近最 大微改变灯丝电压，管电流将得到很大的变化。 聚焦罩：当灯丝发射电子后，如阳极接通高压，在正电场的作用下电子高速飞向阳极。但 由间的相互排斥作用，致使电子呈散射状，特别在阳极电压较低时 集飞向阳极，因此将灯丝装入一个用镍或铁镍合金制成提长方形槽中，称聚焦罩。聚焦罩除了形成电子束外，还可防止二次电子造成的危害。 二次电子是指从阳极靶面反射邮来的电子。在自整流电路或阳极 过热时，都会产生这种二次电子。它将会使灯丝被轰击而断开; 或玻璃被轰而造成孔洞，以至破裂。有了聚焦罩就能将大 部分二 次电子吸引到槽上，以保护灯丝和玻璃壳的安全。（二）阳极：阳极靶的作
5、用接受电子轰击辐射 X 射线，同 时将热量散发出去。一般采用钨作为阳极靶面的材料，它具的原子序数高、熔点高、高温时蒸汽 压点。钨靶面一般为正方形或长方形，厚度为1.5mm3mm，镶在导热性能良好的无氧铜柱上。这样 不阳极靶被电子束轰击的面积叫实际焦点。有效焦点，这可通过减小阳极靶面倾 占X八、这样必然要求实际减小几何模糊度以便获得清晰的图像，要求缩 的。当然，从投照需要的角度出发要求有效焦 阳极负载功率情况下，提高了靶面的比容量，的辐射性能，而且又能将热量及时传导出去。阳极靶面产生的二次电子，除对灯丝和玻，因此倾角不宜小太。但也不能过大，阳 ，使图像模糊不清。外，还向各方散射，使阳极靶面外的地
6、方产生X 种非焦点乂射线会影响影像的清晰度。因此在一个用无氧铜制成的金属罩，称为反跳罩。罩 的开口是让阴极电子速通过的；侧面上的开口是 X这样就使阳极的钨靶面铜柱体、反跳罩组 成过与玻璃膨胀系数相近的铁镍钻合金和玻壳封接后通至管外。玻璃外壳：X射线玻璃外壳是用来支撑阴阳极和保持管内真空度的。通常多采用能 缘强度高、膨胀系数小的以硅作为主要成分的硼酸硬质玻璃。X射线管内的真空度应保持在 133.32. 旋转阳极X射线管固定阳极X射线管因阳极焦点面受温度的影响限制了它的功率。要提高功率，焦点面就必须增大。但焦点面增大又影响了影像清晰度，两者不能兼顾。旋转阳极X射线管能够较好地解决这一矛盾。在短时间
7、（约0.1s）运用时, 它可以同样大小的有效焦点之下将负载增大到几倍之多。其结构如图所示。厚重的阳极圆盘牢装在轴承中旋转的轴上，在同一轴上还装有一个铜质圆 柱 作为感应电子动的转子，电动机的定子则套在X射线管玻壳的外面，流经 定子 绕组的电流建立起一个旋转磁场，带动转子转动，也就带动了阳极旋转， 管子的 阴极装有卷成螺旋管状的钨灯丝，其位置偏离管子中心轴线。因此，在 阳极旋转 时实际焦点沿着它的表面旋转着，其轨迹为一圆环，这就使得所产生 的热量分布 在一个连续运动着的环状面上。焦点上单位面积所承受的热量变小，就明显提高了 X 射线管的功率，虽然实际焦点面积较大，但有效焦点却很小 提高了 X射线
8、影像的清晰度。旋转阳极的实际焦点与有效焦点如图所示。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， 目前用在500mA以下诊断X射线机组的管子功率为20kW50kW,有效焦点 面积只有 1mm22 mm2.旋转阳极X射线管一般在透视时由于功率很小无需转动，但在摄影时必须 转动到额定转速以后才能接通高压，否则有引起焦点熔化的危险。极固定在阴极盘上，外面有阴极罩保护，阻碍焦点尺寸(1)阴极：旋转阳极X射线管的阴极由聚焦槽、 螺旋管状灯丝、阴极盘、阴极 罩等组成。其作用与固定阳极 X射线管相同，就是用来发射 电子并使其聚焦去轰击阳极靶 面。一般灯丝有大小两个。阴 不同聚焦槽的宽度，
9、灯丝尺寸也不相同。(2)阳极：旋转阳极X射线管的阳极是由靶面、转子、轴承、阳极转轴组 成。靶面一般由圆盘状钨或复合材料制成，圆盘中心固定一钼杆上钼杆的另 一 端一个称为转子的铜管相连接。近代，为了增加阳极功率采取如下技术措施：阳极靶盘的黑化：阳极靶盘 经黑化后使它的热辐射系数接近 1,在同样靶温度下所散发的热量 比未黑化的靶盘增加1倍，从而提高了透视功率，缩短冷却时间，加速了单片和系列的摄影。采用石墨靶基：60年代出现了能延长剂是下降率和散热能力的铼钨合金 加钼基的金属复合靶旋转阳极X射线管，达到了 1mm2焦点50kW的功率， 图1-7为铼钨靶与纯钨靶剂量对比曲线，后来又出现了金属石墨旋转阳
10、极X射 线管，这是因为石墨的比热比钨大10 倍左右，辐射系数接近1，透热系数与钨 钼又相近，所以作为靶基更为优越。 增加旋转阳极的速度：旋转阳极X射管的转速一般是2800 r/min。旋转 速度越高意味着电子束在某一点停留的时间越短，靶盘可以承受的热量也就 是 功率越大。因为 p=K？（ n 为转速， d 为焦点轨道直径）， 即阳极所能承 受的功率与其旋转速度的平方根成正比，当速度增加 2 倍时允许功率增加 1.40 倍左右。因速度与启动电压的频率成正比：n=120f/p式中：n阳极转速（r/min） f电源频率（Hz） p定子极数（一般为若电源频率为150Hz即三倍频时，其转速可达900r/
11、min,但因转子有转差 率，所以实际转速比公式计算数约低 1 0%。现在已经有 300Hz 的阳极启动电 源装置，可使旋转速度达到17000 r/min,在焦点面积相同的情况下比普通旋转 阳极X射线管的功率提高2.5倍左右。 增大阳极靶盘直径：阳极靶盘直径越大容量越大，散热速度也越快。然 而由于机械强度和动平衡所带来的困难直径的增加受到一定的限制。目前一 般 直径从 75mm80mm 增加到 100mm150mm 左右。 消除旋转阳极的机械应力：阳极材料钨和钼在冷却状态下都是很脆的。 在X射线管冷却了很长时间的状戊下 突然加上大负载，在冷热交界的区域里 温差极大，因此产生了机械应力，往往形成裂
12、缝而损坏。为此有些 X 射线管在 阳极靶签署上开了几条径向的细缝，使得阳极材料在膨胀时相应地减小机械 应 力。 减小阳极倾斜角度a （短时曝光）：由于功率p=1/sina,所以减小阳极 倾 角不仅能提高图像清晰度（因此时有效焦点变小），而且可以提高瞬间功率。 但 由于倾斜角减小，相应的照射野也缩小了，所以不能选得过小，目前一般都 在 617.5之间。旋转阳极X射线管的优点是在焦点很小时容许的短时间功率很大，但其阳 极散热主要靠热辐射，因此，使用时两次曝光之间必须要有充分的间歇时间。3. 金属陶瓷X射线管X射线管的灯丝在大负载时温度甚高，会逐渐蒸发。 这不仅使灯变细，而且会导致X射线管玻璃壳内表
13、面形成薄薄的钨层，易受到由 阴极发射电子的轰击而损坏。同时这种钨层相当于第三电仍，形成一个负电 场， 抑制电子的发射，限制了X射线管的最大管电流。为了克服这个缺点，近代研制成金属陶瓷X射线管。这种管子有一部分钢 制管壳，位于X射线管的中间部分，靠近阳极一端与玻璃壳相接；而靠近阴极 一端与陶资相接。玻璃与陶瓷部分起电绝缘作用；X射线管的金属部分接地，以 接收杂散电子。X射线则从铍制成的窗口射出（因铍对原发射线的吸收极少）。由于金属陶瓷X射线管没有玻璃壳，便于因钨发导致X射线管损坏的危险， 所以可将灯丝加热到较高温度。这样便可以提高X射线管的允许负荷，并在低 kV 情况下可使用较高的 mA 值。为
14、了进一步提高 X 射线管的功率，近代还研制成一种具有极短曝光能力并 可承受晚大负载有大功率X射线管（图1-11）。这种X射线管的阳极是在两端 有轴承支撑的轴上旋转。它有一个直径为 120mm 的大直戏复合阳极靶盘用铼 钨合金制成，以外面有接地的金属壳。焦点尺寸为0.6mm2和1.3mm2或 0 . 5 m m 2和1 . 8 m m 2 。前者靶角为1 3，后者为9。阳极转速为80 0 0r/ m in 。 X 射线管工作时，需要使用一个外接的热交换装置。这种大功率X射线管主要用 于连续X射线摄影、体层摄影和电影摄影等。东芝旋转阳极球管）4. 栅控X射线管 栅控X射线管兼有高压开关和X射线管的
15、作用。其外 形 与普通X射线管相似（图1-12），实际上并没有一个实体的栅极。其基本原 理 是利用一特殊形状的集射罩，当集射罩加一上负偏压（负电场）时 ，能排斥 由 灯丝发射的电子，阻止电子流向靶面冲击。当这一负电场消失后（加正脉 冲） 电子流就能向靶面冲击，产生 X 射线。如果再加上负电场曝光即终止。负偏 压 的形成和消除由限时电路控制，曝光时间长短取决于除去负偏压的时间。栅控X射线管可以获得快速连续曝光，通常采用三相高压整流电路供电。 它最适用于X射线电影摄影，此时栅控X射线管所产生的辐射脉冲与电影摄影 机中胶片的移动同步。在电容放电式X射线机中，也使用栅控旋转阳极X射线管。栅控X射线管通过负偏压可以控制X射线管的电子流，当负偏压较小时， 则将有部分电子飞向阳极，并能聚焦起来形成很窄的电子束，以获得很小的焦 点，即微焦点X射线管。如施加400V的负偏压时可获得O.lmmxO.Imm的焦 点。具有这种特殊的微焦点X射线管对放大摄影来说是十分理想的。使用 0.2mmx0.2mm的焦点可放大2倍用于腹部血管造影；而用O.lmmxO.Imm的 焦点可放大3倍，可用于手足血管造影。腹部血管造影时，阳极转速可达 17OOOr/min。5. 软射线钼靶旋转阳极X射线管 在专门用来拍摄乳腺和其他软组织的X 射线机组织里，使软
