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Ⅰ 普通X线成像技术
1 X线设备构造及X线成像基础
1.1 X线设备的基本结构
【X线管】
X线管是X线机的核心部件,作用是将电能转换成X线能。X线管由阳极、阴极和玻璃壳三部分组成。
阳极由阳极头、阳极帽、阳极柄三部分组成。阳极头由靶面和阳极体组成,靶面承受电子轰击。阳极帽由含钨粉的无氧铜制成,主要作用是吸收二次电子和散射X线。阳极柄由无氧铜制成,是阳极引出球管外的部分,它与阳极头的铜体相连。
阴极主要由灯丝、阴极头、阴极套和玻璃芯柱组成,作用是发射电子并对轰击靶面的电子进行聚焦,形成X线管的实际焦点。玻璃壳又称管壳,用来支撑阴、阳两极和保持管内的真空度。
X线管的容量是为X线管阳极靶面允许产热(或能承受热量)的最大负荷量,它是X线管的重要参数之一。
栅控X线管是在普通X线管的阴极和阳极之间加上一个控制栅极,故又称三极X线管。当在栅极上加一相对阴极灯丝而言一定大小的负电位或负脉冲电压时,管电流截止,不发生X线;当负电位或负脉冲消失时,管电流导通发生X线。这样患者和操作者接受的辐射剂量减少,X线管负载降低,使用寿命延长。
软X线管的阳极靶材料一般采用钼制成,其原子序数是42,熔点是2622℃。软X线管的输出窗口主要采用铍,其吸收性能低于玻璃,可以辐射出大剂量的软X线。对乳腺等软组织进行X线检查时,为了提高软组织影像的反差,必须采用软射线进行摄影。
【X线发生器】
X线发生器由高压变压器、灯丝变压器、高压整流器和高压交换闸等构成,组装于钢板制成的箱体内,箱内充满起绝缘及散热作用的变压器油。高压变压器是产生高电压并为X线管提供高压电能的器件。灯丝变压器是供X线管灯丝加热用的降压变压器,一般功率为100W左右。高压整流器是将高压变压器次级输出的交流电压变为脉动直流电压的电子元件。高压电缆将高压发生器产生的直流高压输送到X线管两端,同时把灯丝加热电压输送到X线管的阴极。高压插头及插座是连接高压电缆、高压发生器和X线管的器件。
管电压代表X射线的质,决定了穿透力;管电流代表X射线的量,是X射线管灯丝产生自由电子的数量;曝光时间控制X射线产生的时间。
中、高频X线发生器的技术特点:①输出的高压波型平直近似于直线,脉动率很低,使X线的高能性和单色化程度更高;②由于X线的线束质量好,可增加输出量,降低工作人员和患者的接受剂量;③可实时控制,精度较高,使电流、电压、时间的误差小;④mA、kV采用闭环控制,输出稳定,重复性好;⑤比工频高压发生器体积和重量明显减小;⑥最短脉冲曝光时间1毫秒,可实现短时间曝光;⑦使用计算机控制和管理,可向智能化发展。中频范围:400Hz~20kHz;高频范围:30~100kHz。
【影像增强器】 1. 基本结构
影像增强器由增强管、管容器、电源、光学系统以及支架部分组成。主要部分是影像增强管,前端面积大的一端为输入屏,它接受X线辐射产生的电子流;管壁内有聚焦电极;尾端面积小的一端为输出屏,它接受电子轰击发光,使输入屏的图像增强数几千倍亮度在输出屏上成像。
2. 工作原理
由X线管辐射出的X线穿过物体,在增强管的输入屏形成可见光图像,这种可见光图像经与输入屏相接的光电阴极,便由光电阴极发射出光电子;光电子在聚集电极及阳极形成的电子透镜的作用下,聚焦加速后在输出荧光屏上形成缩小了的电子图像;电子图像经输出屏转化可见光图像。
3. 增强管的增益
增强管的增益有缩小增益和能量增益。缩小增益是指输出屏面积比输入屏小,光电阴极发射出的电子,通过电子光学系统,将集中投射到面积较小的输出荧光屏上。这样,输出屏单位面积接收的电子数量,以及由它们激发出的光子数量将增加,从而提高了亮度。能量增益是指从光电阴极发射出的电子,在阳极正电位加速过程中获得了能量。光电阴极与阳极之间电压愈高,电子获得的能量愈大,在输出荧光屏上激发出的光子数量愈多,亮度愈强。
【X线机附属装置】 1. X线管支持装置
普通摄影X线机分为立柱式、悬吊式及床旁式三种,其作用都是将管球固定,并能上下、前后、左右移动,沿着管球长短轴旋转。立柱式支持装置有天地轨立柱式和双地轨立柱式;悬吊式支持装置主要组件有天轨、滑车、伸缩器和球管横臂等;床旁立柱式相似,只是两个滑道安装于床边,代替地轨,将立柱安装于滑道上工作,移动范围较立柱式小。
2. 患者检查床
患者检查床是为患者提供可移动和转动的安全舒适的支撑装置。床要求有一定的强度,能支撑患者的重量不变形,又要是低X线吸收的材料,一般是由高硬度的碳素纤维材料制成床面。
3. 立位摄影架
也称胸像架,是为了立位摄影所提供的具有活动滤线器摄影功能的装置,并能放入暗盒,可上下调整位置。
4. X线电视系统
传统的X线电视由影像增强器、摄影装置、控制器、显示器等四大部分组成。目前的平板探测器构成的电视系统则取消了前两项。
5. 滤线栅
可消除散射线的影响,减轻X线照片的灰雾度,提高影像质量而设计的一种摄影辅助装置。有平行式、聚焦式和交叉式三种。目前多为聚焦式。主要技术参数如下:焦距是指聚焦式滤线栅的焦点与滤线栅中心的垂直距离,常用滤线栅的焦距有80cm、90cm、100cm和120cm几种;栅比是指滤线栅铅条高度与铅条间距离之比。该值越大,吸收散射线的效果越好,目前有10∶1,12∶1,14∶1等;栅密度是指每1cm中所含铅条数目。常用滤线栅的栅密度为40~80条/厘米。