1、X线机的原理及干式激光相机原理,王艳岭,Company Logo,目 录,Company Logo,X 线 机 简 介,当时伦琴认定：这是一种人眼看不见、但能穿透物体的射线。因无法解释它的原理，不明它的性质，故借用了数学中代表未知数的“X”作为代号，称为“X”射线(或称X射线或简称X线)。这就是X射线的发现与名称的由来。此名一直延用至今。后人为纪念伦琴的这一伟大发现，又把它命名为伦琴射线 .X线作为医学影像诊断设备的有力工具。自从1895年伦琴发现X以来，首先用于医学领域的技术手段是摄影和荧光透视，医用X线机的设计、生产已有近百年的历史，X线设备在不断的变化和发展产品规模、品种之繁杂都已达到可
2、 观地步，现就主要部件发展概况介绍如下：,Company Logo,二、X射线的性质 (一)物理效应 1穿透作用 穿透作用是指X射线通过物质时不被吸收的能力。X射线能穿透一般可见光所不能透过的物质。可见光因其波长较长，光子其有的能量很小，当射到物体上时，一部分被反射，大部分为物质所吸收，不能透过物体；而X射线则不然，咽其波长短，能量大，照在物质上时，仅一部分被物质所吸收，大部分经由原子间隙而透过，表现出很强的穿透能力。X射线穿透物质的能力与X射线光子的能量有关，X射线的波长越短，光子的能量越大，穿透力越强。X射线的穿透力也与物质密度有关，密度大的物质，对X射线的吸收多，透过少；密度小者，吸收少
3、，透过多。利用差别吸收这种性质可以把密度不同的骨骼、肌肉、脂肪等软组织区分开来。这正是X射线透视和摄影的物理基础。 2电离作用 物质受X射线照射时，使核外电子脱离原子轨道，这种作用叫电离作用。在光电效应和散射过程中，出现光电子和反冲电子脱离其原子的过程叫一次电离，这些光电子或反冲电子在行进中又和其它原子碰撞，使被击原子逸出电子叫二次电离。在固体和液体中。电离后的正、负离子将很快复合，不易收集。但在气体中的忘离电荷却很容易收集起来，利用电离电荷的多少可测定X射线的照射量：X射线测量仪器正是根据这个原理制成的。由于电离作用，使气体能够导电；某些物质可以发生化学反应；在有机体内可以诱发各种生物效应。
4、电离作用是X射线损伤和治疗的基础。 3荧光作用 由于X射线波长很短，因此是不可见的。但它照射到某些化合物如磷、铂氰化钡、硫化锌镉、钨酸钙等时，由于电离或激发使原子处于激发状态，原子回到基态过程中，由于价电子的能级跃迁而辐射出可见光或紫外线，这就是荧光。X射线使物质发生荧光的作用叫荧光作用。荧光强弱与X射线量成正比。这种作用是X射线应用于透视的基础。在X射线诊断工作中利用这种荧光作用可制成荧光屏，增感屏，影像增强器中的输入屏等。荧光屏用作透视时观察X射线通过人体组织的影像，增感屏用作摄影时增强胶片的感光量。 4热作用物质所吸收的X射线能，大部分被转变成热能，使物体温度升高，这就是热作用。 5干涉
5、、衍射、反射、折射作用这些作用与可见光一样。在X射线显微镜、波长测定和物质结构分析中都得到应用。,Company Logo,(二)化学效应 1感光作用 同可见光一样，X射线能使胶片感光。当X射线照射到胶片上的溴化银时，能使银粒子沉淀而使胶片产生“感光作用”。胶片感光的强弱与X射线量成正比。当X射线通过人体时，囡人体各组织的密度不同，对X射线量的吸收不同，致绽胶片上所获得的感光度不同，从而获得X射线的影像。这就是应用X射线作摄片检查的基础。 2着色作用 某些物质如铂氰化钡、铅玻璃、水晶等，经X射线长期照射后，其结晶体脱水而改变颜色，这就叫做着色作用。 (三)生物效应 当X射线照射到生物机体时，生
6、物细胞受到抑制、破坏甚至坏死，致使机体发生不同程度的生理、病理和生化等方面的改变，称为X射线的生物效应。不同的生物细胞，对X射线有不同的敏感度。枫X射线可以治疗人体的某些疾病，如肿瘤等。另一方面，它对正常机体也有伤害，因此要嘞人体的防护。X射线的生物效应臼根结底是由X射线的电离作用造成的。 由于X射线具有如上种饿!因而在工业、农业、科学研究等客_爪领域，获得了广泛 的应用，如工业探伤，晶体分析等。在医学上，X射线技术已成为对疾病进行诊断和治疗的专门学科，在医疗卫生事业中占有重要地位。,Company Logo,三、X射线在医学中的应用。 (一)X射线诊断 X射线应用于医学诊断，主要依据X射线的
7、穿透作用、差别吸收、感光作用和荧光作用。由于X射线穿过人体时，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射线量比肌肉吸收的量要多，那么通过人体后的X射线量就不一样，这样便携带了人体各部密度分布的信息，在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用或感光作用的强弱就有较大差别，因而在荧光屏上或摄影胶片上(经过显影、定影)将显示出不同密度的阴影。根据阴影浓淡的对比，结合临床 表现、化验结果和病理诊断，即可判断人体某一部分是否正常。于是，X射线诊断技术便成了世界上最早应用的非刨伤性的内脏检查技术。 (二)X射线治疗 X射线应用于治疗，主要依据其生物效应，应用不同能量的X射线对人体病灶部分的细胞组织进行照射时，即可使被
8、照射的细胞组织受到破坏或抑制，从而达到对某些疾病，特别是肿瘤的治疗目的。 (三)X射线防护 在利用X射线的同时，人们发现了导致病人脱发、皮肤烧伤、工作人员视力障碍，白血病等射线伤害的问题，为防止X射线对人体的伤害，必须采取相应的防护措施。以上构成了X射线应用于医学方面的三大环节诊断、治疗和防护。,Company Logo,四、医用X射线设备的发展简史 自1895年以来，X射线诊断与治疗技术有了飞速的发展，主要进展可分为以下几个阶段：,(一)离子X射线管阶段(18951912) 这是X射线设备的早期阶段。当时X射线机的结构非常简单，使用效率很低的含气式冷阴极离子X射线管，运用笨重的感应线圈发生高
9、压，裸露式的高压机件，更没有精确的控制装置。X射线机装置容量小、效率低、穿透力弱、影像清晰度不高、缺乏防护0据资料记载，当时拍摄一张X射线骨盆像，需长达4060min的曝光时间，结果照片拍成之后，受检者的皮肤却被X射线烧伤。 (二)电子X射线管阶段(19131928) 随着电磁学、高真空技术及其他学科的发展，1910年美国物理学家WDCoolidge发表了钨灯丝X射线管制造成功的报告。1913年开始实际使用，它的最大特点是*钨灯丝加热到白炽状态以提供管电流所需的电子，所以调节灯丝的加热温度就可以控制管电流，从而使管电压和管电流可以分别独立调节，而这正是提高影像质量所需要的。 1913年滤线栅的
10、发明，部分地消除了散射线，提高了影像的质量。1914年制成了钨酸镉荧光屏，开始了X射线透视的应用。1923年发明了双焦点X射线管，解决了X射线摄影的需要。X射线管的功率可达几千瓦，矩形焦点的边长仅为几毫米，X射线影像质量大大提高。同时，造影剂的逐渐应用，使X射线的诊断范围也不断扩大。它不再是一件单纯拍摄骨骼影像的简单工具，却已成为对人体组织器官中那些自然对比差(对X射线吸收差小)的胃肠道、支气管、血管、脑室、肾、膀胱等也能检查的重要的医学诊断设施了。与此同时，X射线在治疗方面也开始得到应用。,Company Logo,一、X线机结构及分类,X线发生装置,X线机辅助装置,1、控制装置,医用X线机
11、,2、高压发生器装置,3、X线管装置,1、机械装置,2、影像装置,3、其他影像装置,电源,Company Logo,一、X线机结构及分类,1.1 X线机分类我国通常以X线管允许通过的最大管电流来分类。小型机：指管电流在50mA以下，最高管电压为90kV的X线机。中型机：指管电流在100400mA，最高管电压为100kV或125kV的X线机。这类X线机多用双焦点固定阳极X线管或旋转阳极X线管，机械装置配有X线管支持装置、电动诊视床、滤线器摄影床以及简易直线体层摄影装置等。其功能较多，能进行一般透视和摄影，也能进行特殊摄影，如胃肠摄影和体层摄影。大型机：指管电流大于500mA，最高管电压为125k
12、V或150kV的X线机。多数配有影像增强器和X线电视。在机械装置方面普遍采用天井悬吊装置，一般都设有电动诊视床、滤线器摄影床和多轨迹体层摄影床。,Company Logo,二、X线球管,2.1 X射线管是产生X射线的线源设备，是由真空玻璃内的阳极和阴极组成。 阴极端钨制灯丝通以低电压，灯丝被加热发射自由电子，当X线管两端通 以高压后，自由电子群在电场的作用下高速定向向阳极端钨靶面运动，并撞击靶面。当电子突然停止运动时，便将绝大部分的能量转变为热能，而小部分能量转变成X射线发射。,X线球管主要是是由管套和装在里面的X线管等组成。现代X线管的管套均为防电击、防散射、油浸式。管套中央开一圆口，称为放
13、射窗，并装有透明塑料或有机玻璃制成的凹形窗口，窗口向内凹来接近X线管以减少油层厚度，增加X线输出剂量。,Company Logo,二、X线球管,2.2 固定阳极X 线管由固定阳极、阴极、铜柱、玻璃罩组成。 （1）固定阳极：阳极由钨靶组成。阳极承受电子撞击的面称之为靶面，通常称之为钨靶。 （2）阴极：阴极由灯丝组成。当阴极灯丝电流流过时，灯丝周围就会产生电子，电流越大，电子越多，当X线管二端加上高电压后，由于电场的作用，电子迅速向阳极飞去，电压越高，电子速度就越快。 （3）铜柱：由于高速电子聚焦后去撞击阳极靶面时，由动能转变为热能，因此阳极产生很大的热能，必须通过铜柱进行散热。 （4）玻璃罩：X
14、 线管的玻璃罩是一种特殊玻璃，必须与金属膨胀系数相同，不可漏气，保持X线管内的高度真空。,固定阳极X线管因阳极面受温度的影响，其功率受200w/m限制，要提高功率，焦点面就必须增大，但是焦点面增大，又会影响清晰度，二者不能兼顾。优点：结构简单、价格低。缺点：焦点尺寸大，瞬时功率小。在小型X线发生装置中仍被采用。,Company Logo,二、X线球管,2.3 旋转阳极X 线管由旋转阳极和阴极组成。 旋转阳极：旋转阳极由靶面、转子、轴承，阳极转轴组成。旋转阳极X线管的转速为 2800 转/分，高速旋转阳极X 线管的转速为9000转/分。 阴极：阴极由聚焦螺旋管状灯丝、阴极盘、阴极罩等组成。其作用
15、与固定阳极X 线管相同，就是以发射电子并使其聚焦去轰击阳极靶面，一般灯丝具有大小二个。,优点是瞬时负载功率大，焦点小，散热快。目前，旋转阳极X线管功率多为2050kW，高者达150kW，有效焦点多为12mm，微焦点为0.050.3mm，从而大大提高了影像的清晰度。,特殊X线管：金属陶瓷大功率X线管、软X线管、CT 线管。,Company Logo,X线管的焦点电子轰击在靶面的面积称为实际焦点。实际焦点在X线投照方向上的投影称为有效焦点或目视焦点。当投照方向与X线管轴相垂直时，这时的靶面于X线投照方向的夹角称为靶角，实际焦点在与X线管轴相垂直方向上的投影称为焦点。,Company Logo,二、
16、X线球管,2.4 X 线管常见的电参数有灯丝加热电压、灯丝加热电流、最高管电压、最大管电流、最长曝光时间、容量、标称功率、热容量等最高管电压：加到X线管两级间的最高管电压。容量：X线管在安全使用条件下，单次曝光或连续曝光而无任何损坏时所能承受的最大负荷量。热容量：曝光时，阳极靶面将产生大量的热。生热的同时伴随着冷却，如果生热快散热慢，则阳极将积累热量。其他条件一定时，阳极积累的热量越多，冷却速率越大。单位时间内传导给介质的热量称为称为散热量（又称冷却率)。X 线管处于最大冷却率时，允许承受的最大热量称为热容量。,Company Logo,三、高频高压发生器,3.1 结构与作用 高压发生装置由高
17、压变压器、X线管灯丝变压器、高压整流器和高压交换闸等高压元件，按要求组装后置于方形或圆形的钢板制箱体内构成。高压发生器的作用：1、为X线管提供产生X线所需的直流高压。2、为X线管灯丝提供加热电压。3、完成管电压和灯丝电压的切换。,Company Logo,三、高频高压发生器,3.3 各部分作用灯丝变压器作用 为X线管提供灯丝加热电压，双焦点X线管需配备两个结构相同，规格不同的灯丝变压器。灯丝变压器的次级绕组与X线管的阴极相连，当X线管工作时，灯丝变压器次级绕组的电位与阴极高压等电位，这就要求灯丝变压器初、次级间具有良好的绝缘，绝缘强度不能低于高压变压器最高输出电压的一半。高压整流器 将高压变压
18、器次级输出的高压变为脉动直流高压的电子元件。高压电缆 将高压发生器产生的高压输送到X线管两端，同时把灯丝加热电压输送的X线管的阴极。主要参数是耐压值。最大允许耐压值与kV的波形有关，交流成分愈大，最大允许耐压值愈小。目前，X线发生装置用高压电缆，在脉动直流电压下，耐压值不超过200kV。,为装卸方便，并保证高压绝缘，高压电缆两端都装上高压插头，而X线管头和高压发生器上都设有高压插座，连接时在高压插头上均匀涂上一层脱水凡士林或硅脂，再将高压插头插入高压插座即可。,Company Logo,三、高频高压发生器,3.4 控制台1、发展历史 控制台最初以实现X线管在曝光过程中的管电压（kV）、管电流（
19、mA）和曝光时间三个基本参量的控制为主要任务。一般称为三钮控制台。 1950-1962年出现两钮控制台。kV值和mAs值。 1970年后出现单钮控制台。kV值。 不久出现零钮控制台，按人体脏器分类，设置部位按钮，摄影前，只需按动相应的部位按钮，从计算机存储器中调出相应的程序，被摄影部位的曝光参数即自动选定，使操作程序进一步简化。2、作用 1）可调管电流 为X线管灯丝提供一个在 规定范围内可调节的加热 电压，达到控制X线辐射 强度的目的。 2）可调管电压 给X线管提供一个很高且 可以调节的管电压，达到 控制X线质的目的。 3）可调曝光时间 使供给X线管的高压再选定的 时间内接通和切断，以准确 控
20、制X线发生时间。,Company Logo,激光相机的机构和原理,随着现代信息技术的高速发展，数字医学影像系统不断的更新完善，医用相机（或打印机）作为CT、CR、DR、MR、DSA等先进医疗设备的输出设备，已基本取代了多幅相机，成为大多数医院的最佳选择。下面着重介绍激光相机结构和原理。,Company Logo,一、激光相机的结构,1、激光打印系统 包括激光发射器、调节器、发散透镜、多角透镜、高精度电机及滚筒煤气功能是完成激光扫描、是胶片曝光。2、胶片传送系统 包括送片盒、收片盒、吸盘、辊轴、电机及动力部件等。3、信息传递与存储系统 此系统包括电子接口。磁盘或光盘、记忆板。电缆或光缆以及A/D
21、转换器、计算机等。,Company Logo,一、激光相机的原理,激光相机的光源为激光束，激光束通过发散透镜系统投射到一个转动的多交光镜在折射，折射后的激光束再通过聚焦透镜系统打印在胶片上，激光束的强度可以调节器调整，调节器受数字信号控制。成像装置把图像的像数单元值以数字的方式输入到激光打印机的存储器中，并以此直接控制对每一个象数单元的激光曝光强度。如果计算机按顺序输出与激光束在胶片上的位置的同期信号，侧可以将顺序不同的电信号作为平面影响有激光找到胶片上。曝光后的胶片再经显影定影处理，从而获得照片图像。,Company Logo,三、干式相机区别,目前市场主流干式相机有KODAK、KONICA
22、、AGFA、FUJI，它们的区别主要遵循以下四点：1）成像方式：激光和热敏2）分辨率：4K*5K以下和4K*5K以上（按 14*17英寸出片计算）3）供片盒数量：单个和多个4）出片速度：120/小时以上和120/小时以下（14*17英寸/小时计算）,Company Logo,二、干式相机比较,具体比较：1）成像方式 目前市场上KODAK和KONICA、FUJI的相机都是 激光光源成像，AGFA热敏光源，相 对应所使用的胶片分为干式激光胶片和干式热敏 胶片。2）分辨率（14*17英寸计算） 3）供片盒数量： 4）出片速度：,Company Logo,三、目前几款相机比较,Company Logo,三、目前几款相机比较,谢谢！,
