X射线的产生-基础知识.ppt

生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪1.1 X1.1 X射线的产生机制射线的产生机制1.2 X1.2 X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用1.3 X1.3 X射线管射线管生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪1.1 X1.1 X射线的产生机制射线的产生机制一，电一，电子与物质的相互作用子与物质的相互作用X X射线是高速带电粒子在与物质相互作用中产射线是高速带电粒子在与物质相互作用中产生。生。碰撞损失（碰撞损失（collision losscollision loss）和辐射损失）和辐射损失（radiationradiation）碰撞损失碰撞损失只涉及原子的外层电子。高速电只涉及原子的外层电子。高速电子与原子的外层电子发生作用时，可以使子与原子的外层电子发生作用时，可以使原子激发或电离原子激发或电离.生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪辐射损失辐射损失只涉及原子的内层电子及内层原只涉及原子的内层电子及内层原子核。高速电子处于原子外层电子发生碰子核。高速电子处于原子外层电子发生碰撞损失能量外，也可能电离原子的内层电撞损失能量外，也可能电离原子的内层电子，将能量转化为子，将能量转化为标识辐射标识辐射（characteristic radiationcharacteristic radiation）；另外高速；另外高速电子还可能与靶原子核发生相互作用。将电子还可能与靶原子核发生相互作用。将能量转化为能量转化为韧致辐射（韧致辐射（bremsstrahlungbremsstrahlung radiationradiation）生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪EkEk高速电子的动能（以高速电子的动能（以MeVMeV单位）单位）Z Z是靶物质的原子序数是靶物质的原子序数100KV100KV的管电压下，电子撞击在钨靶，只有的管电压下，电子撞击在钨靶，只有99%99%的能量以碰撞损失，只有的能量以碰撞损失，只有1%1%的能量产生的能量产生X X射线。射线。阳极产生的热量与阳极产生的热量与X X射线管电流的增加成正比，但射线管电流的增加成正比，但是是X X射线产生的效率与管电流的大小无关，也就是射线产生的效率与管电流的大小无关，也就是说不管选择什么挡位毫安曝光，说不管选择什么挡位毫安曝光，X X射线产生的效率射线产生的效率是一样的。是一样的。碰撞损失碰撞损失辐射损失辐射损失约等于约等于816MeV816MeVEkEk*Z*Z生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪二，标识二，标识X X射线射线 高速电子与内层电子发生作用高速电子与内层电子发生作用如果高速电子没有与靶原子的外层电子作用，如果高速电子没有与靶原子的外层电子作用，而是与内层电子发生作用，就会产生标识而是与内层电子发生作用，就会产生标识X X射线。射线。（图）（图）生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪三，连续三，连续X X射线射线 韧致辐射是辐射损失的一种，它是产生韧致辐射是辐射损失的一种，它是产生连续连续X X射线的机制射线的机制经典的电磁学认为：当一个带电体在外电场中速度变经典的电磁学认为：当一个带电体在外电场中速度变化时，带电体将向外辐射电磁波。当高速电子穿过靶化时，带电体将向外辐射电磁波。当高速电子穿过靶原子时，若它能完全避开电子轨道就有可能非常的接原子时，若它能完全避开电子轨道就有可能非常的接近原子核，并且受其影响。由于电子与原子核之间的近原子核，并且受其影响。由于电子与原子核之间的静电吸引，高速电子越接近原子核越受其影响，原子静电吸引，高速电子越接近原子核越受其影响，原子核有很多质子，又与电子之间的距离很近，所以它们核有很多质子，又与电子之间的距离很近，所以它们之间的电场非常强，当电子经过原子核时就会慢下来之间的电场非常强，当电子经过原子核时就会慢下来并改变其原有的轨迹。此时电子将向外辐射能量，这并改变其原有的轨迹。此时电子将向外辐射能量，这种电磁波称为种电磁波称为X X射线光子（射线光子（X X线）线）。这就是。这就是韧致辐射韧致辐射（图）（图）（图）（图）生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪每个高速电子与靶每个高速电子与靶原子作用时的相对原子作用时的相对位置不同对应的辐位置不同对应的辐射损失也不同，因射损失也不同，因而发出的而发出的X X射线光子射线光子的能量也互不相同。的能量也互不相同。（图）（图）生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪连续能谱的连续能谱的X X射线束是能量从最小值到最大值之间的各种光子组射线束是能量从最小值到最大值之间的各种光子组合成的混合射线束，当连续合成的混合射线束，当连续X X射线通过物质层时，其量和质都有射线通过物质层时，其量和质都有变化。特点是：变化。特点是：X X射线强度变小，硬度变大（质提高）。这是由射线强度变小，硬度变大（质提高）。这是由于低能光子容易被吸收，致使于低能光子容易被吸收，致使X X射线束通过物质后高能光子在射射线束通过物质后高能光子在射线束中所占比率相对变大的缘故。线束中所占比率相对变大的缘故。各种能量X射线的先行衰减系数X为吸收物质层的厚度各种能量X线束的入射强度生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪决定决定X X线衰减程度的因素：线衰减程度的因素：1.1.X X射线本身的性质射线本身的性质2.2.物质密度物质密度3.3.原子序数原子序数4.4.每克电子数每克电子数生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪易透性组织易透性组织易透性组织易透性组织中等透射性组织中等透射性组织中等透射性组织中等透射性组织 不易透射性组织不易透射性组织不易透射性组织不易透射性组织气体气体气体气体脂肪组织脂肪组织脂肪组织脂肪组织结蒂组织结蒂组织结蒂组织结蒂组织肌肉组织肌肉组织肌肉组织肌肉组织软骨软骨软骨软骨血液血液血液血液骨骼骨骼骨骼骨骼四，Xray的透射作用由于X线波长短，具有较高的能量，物质对其吸收较弱，因此它具有很强的贯穿本领。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪当当X X射线照射某种物质时，能够发出荧光，具射线照射某种物质时，能够发出荧光，具有这种光特性的物质称为荧光物质。如钨有这种光特性的物质称为荧光物质。如钨酸钙、铂氰化钡、银激活的硫化锌镉等。酸钙、铂氰化钡、银激活的硫化锌镉等。这些荧光物质受这些荧光物质受X X射线照射时，物质原子被激射线照射时，物质原子被激活或电离，当被激发的原子恢复到基态时，活或电离，当被激发的原子恢复到基态时，便可释放出荧光。便可释放出荧光。应用应用：增感屏、影像增强器的输入屏和输出：增感屏、影像增强器的输入屏和输出屏屏五，Xray的荧光作用生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪电离作用是电离作用是X X射线损伤和治疗的基础射线损伤和治疗的基础应用应用：收集气体中电离电荷，通过测定电离：收集气体中电离电荷，通过测定电离电荷的多少可知电荷的多少可知X X射线的照射量射线的照射量六，Xray的电离作用生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪X X射线被物质吸收，绝大部分最终都将变为热射线被物质吸收，绝大部分最终都将变为热能，使物体温升。能，使物体温升。应用应用：测定测定X X射线吸收剂量的量热法就是依据射线吸收剂量的量热法就是依据这个原理研究出来的。这个原理研究出来的。七，Xray的的热作用生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪能使胶片乳剂感光，着色作用和脱水作用能使胶片乳剂感光，着色作用和脱水作用应用应用：不同：不同X X线机应用不同胶片线机应用不同胶片 氰化钡、铅玻璃、水晶等脱水着色氰化钡、铅玻璃、水晶等脱水着色八，Xray的化学和生物效应生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪1.2 X1.2 X线与物质的相互作用线与物质的相互作用1.2.1 1.2.1 光电效应光电效应1.2.2 1.2.2 康普顿效应康普顿效应1.2.3 1.2.3 电子对效应电子对效应1.2.4 X1.2.4 X线的滤过线的滤过生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪一，一，光电效应光电效应1.1.作用过程：能量为作用过程：能量为hvhv的的X X射线光子通过物射线光子通过物质时，与物质原子的轨道电子发生相互作质时，与物质原子的轨道电子发生相互作用，把全部能量传递给这个电子，光子消用，把全部能量传递给这个电子，光子消失，获得能量的电子挣脱原子束缚成为自失，获得能量的电子挣脱原子束缚成为自由电子（光电子）；原子轨道出现一个空由电子（光电子）；原子轨道出现一个空位而处于激发态，它将通过发射标识位而处于激发态，它将通过发射标识X X射射线或俄歇电子的形势很快会到基态，这个线或俄歇电子的形势很快会到基态，这个过程称为过程称为光电效应（光电效应（photoelectric photoelectric effecteffect）（图）（图）生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪2.2.光电子的角分布光电子的角分布（图）（图）3.3.诊断放射学中的光电效应诊断放射学中的光电效应有利方面有利方面：不产生散射线，大大减少照片灰雾不产生散射线，大大减少照片灰雾可增加人体不同组织和造影剂对射线的吸收差可增加人体不同组织和造影剂对射线的吸收差别，产生高对比度的别，产生高对比度的X X射线射线不利方面不利方面：入射：入射X X射线通过光电效应可全部被人射线通过光电效应可全部被人体吸收，增加了受检者的剂量。体吸收，增加了受检者的剂量。钼靶乳腺钼靶乳腺X X摄影就是利用低能摄影就是利用低能X X射线在软组织中因射线在软组织中因光电吸收的明显差别产生高对比度照片。光电吸收的明显差别产生高对比度照片。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪二，二，康普顿效应康普顿效应1.1.作用过程：当入射作用过程：当入射X X射线光子和原子内一射线光子和原子内一个轨道电子发生相互作用时，光子损失一个轨道电子发生相互作用时，光子损失一部分内能量，并改变运动方向，电子获得部分内能量，并改变运动方向，电子获得能量而脱离原子，这个过程称为能量而脱离原子，这个过程称为康普顿效康普顿效应（应（Compton effectCompton effect）（图）（图）损失能量后的损失能量后的X X射线光子成为散射光子，获得射线光子成为散射光子，获得能量的电子称为反冲电子。能量的电子称为反冲电子。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪2.2.散射光子和反冲电子的分布布散射光子和反冲电子的分布布（图）（图）散射光子可在散射光子可在01800180度的整个空间内散射，反冲度的整个空间内散射，反冲电子能可能出现在电子能可能出现在090090度度3.3.诊断放射学中的康普顿效应诊断放射学中的康普顿效应康普顿效应中产生的散射线是辐射防护中必须康普顿效应中产生的散射线是辐射防护中必须引起注意的问题引起注意的问题散射线增加了照片的灰雾，降低了影像的对比散射线增加了照片的灰雾，降低了影像的对比度，但与光电效应相比受检者的剂量较低度，但与光电效应相比受检者的剂量较低生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪三，电子对效应三，电子对效应1.1.作用过程：当入射作用过程：当入射X X射线光子从原子核旁射线光子从原子核旁经过时，在原子核库伦场的作用下形成一经过时，在原子核库伦场的作用下形成一对正负电子，这个过程称为对正负电子，这个过程称为电子对效应电子对效应（electric pair effectelectric pair effect）（图）（图）电子对效应除涉及入射光子和轨道电子外，电子对效应除涉及入射光子和轨道电子外，还需要有原子核的参加才能满足动量守恒还需要有原子核的参加才能满足动量守恒生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪除了上述三种主要相互作用过程外，与辐射防护除了上述三种主要相互作用过程外，与辐射防护相关的其它过程还有相干散射和光核反应相关的其它过程还有相干散射和光核反应相干散射（相干散射（coherent scatteringcoherent scattering）：经典散射）：经典散射和瑞利散射。入射光子和束缚较牢固的内壳层和瑞利散射。入射光子和束缚较牢固的内壳层轨道电子发生弹性散射（也叫电子的共振）。轨道电子发生弹性散射（也叫电子的共振）。束缚电子吸收入射光子而跃迁到高能级，随即束缚电子吸收入射光子而跃迁到高能级，随即又放出一个能量约等于入射光子能量的散射光又放出一个能量约等于入射光子能量的散射光子。由于束缚电子未脱离原子，故反冲体是整子。由于束缚电子未脱离原子，故反冲体是整个原子个原子光核反应：光子与原子核作用而发生的核反应。光核反应：光子与原子核作用而发生的核反应。这是一个光子从原子核内激出数量不等种子、这是一个光子从原子核内激出数量不等种子、质子、和质子、和光子的作用过程。光子的作用过程。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪四，四，X X线的滤过线的滤过医用医用X X射线属于连续能谱，其中绝大部分低能光子不射线属于连续能谱，其中绝大部分低能光子不能透过人体，对形成能透过人体，对形成X X射线影像不能起任何作用，射线影像不能起任何作用，但却大大增加了被检者的皮肤剂量。为了获得但却大大增加了被检者的皮肤剂量。为了获得最佳影像质量，同时尽量减少无用的低能光子最佳影像质量，同时尽量减少无用的低能光子对人体皮肤和表浅组织的伤害，就需要根据连对人体皮肤和表浅组织的伤害，就需要根据连续续X X射线在物质中的衰减规律，采用恰当的滤过射线在物质中的衰减规律，采用恰当的滤过措施，兼顾应用与防护的双重目的。在措施，兼顾应用与防护的双重目的。在X X线管出线管出口放置一定均匀厚度的金属，预先把口放置一定均匀厚度的金属，预先把X X线束中的线束中的低能成分吸收掉，将低能成分吸收掉，将XrayXray的平均能量提高，这的平均能量提高，这种过程就是种过程就是滤过滤过。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪固有滤过固有滤过：X X线机设备本身滤过，即从线机设备本身滤过，即从X X射线管阳极射线管阳极靶道不可拆卸的滤过板之间滤过的总合。包括：靶道不可拆卸的滤过板之间滤过的总合。包括：X X线管壁、绝缘油、管套上的窗口和不可拆卸的滤线管壁、绝缘油、管套上的窗口和不可拆卸的滤过板。过板。一般用铝当量表示，（一般用铝当量表示，（mm Almm Al）：一定厚度的铝）：一定厚度的铝板与其它滤过材料相比较，对板与其它滤过材料相比较，对X X线具有相同的衰减线具有相同的衰减效果，则此铝板厚度就是该滤过材料的铝当量。效果，则此铝板厚度就是该滤过材料的铝当量。0.52mm Al0.52mm Al附加滤过附加滤过：X X射线离开出现口后，从不可拆卸的滤过射线离开出现口后，从不可拆卸的滤过板（除了）到诊视床面之间，包括用工具可拆卸板（除了）到诊视床面之间，包括用工具可拆卸的滤过板、附加滤过板、遮光器等滤过的总合。的滤过板、附加滤过板、遮光器等滤过的总合。铝对低能射线是很好的滤过物质铝对低能射线是很好的滤过物质铜对高能射线是很好的滤过物质铜对高能射线是很好的滤过物质一般诊断可单独用铝。铜不能单独做滤过板，通常一般诊断可单独用铝。铜不能单独做滤过板，通常和铝结合为复合滤过板和铝结合为复合滤过板生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪一，一，X X线管的发展简史线管的发展简史 自1895年以来，X射线诊断与治疗技术有了飞速的发展，X线管的发展可分为以下几个阶段：(一)离子X射线管阶段克鲁克斯管(18951912)1.3 X1.3 X射线管射线管生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪 1895年，W.C.伦琴发现 X射线时使用的就是克鲁克斯管。这种管接通高压后,管内气体电离，在正离子轰击下，电子从阴极逸出，经加速后撞击靶面产生X射线。当时X射线机的结构非常简单，使用效率很低的克鲁克斯管（含气式冷阴极离子X射线管），运用笨重的感应线圈发生高压，裸露式的高压机件，更没有精确的控制装置。总结来说容量小、效率低、穿透力弱、影像清晰度不高、缺乏防护、控制困难。阴极射线阴极射线电子束电子束生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪据资料记载，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。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪(二)钨丝X射线管阶段随着电磁学、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。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪1913年滤线栅的发明，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。(三)多焦点X射线管和金属陶瓷壳阶段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。金属陶瓷壳的研制延长了X线管的使用寿命生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪X X射线的产生射线的产生：高速带电粒子撞击物质受：高速带电粒子撞击物质受阻而突然减速时都能产生阻而突然减速时都能产生X X射线。射线。产生产生X X射线的三个基本条件：射线的三个基本条件：1.1.高压产生的强电场高压产生的强电场2.2.高真空的空间高真空的空间3.3.有一个能经受高速电子撞击而产生有一个能经受高速电子撞击而产生X X射线射线的靶。的靶。使电子获得使电子获得很大动能很大动能1.1.使电子在高速使电子在高速运动中不受气体运动中不受气体分子的阻挡而降分子的阻挡而降低能量低能量2.2.保护灯丝不致保护灯丝不致因氧化被烧毁因氧化被烧毁生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪X线管主要是由阴极、阳极和壳体组成。线管主要是由阴极、阳极和壳体组成。二，二，阴极阴极（cathode）：是：是X射线管的负极。射线管的负极。作用是发射电子并作用是发射电子并使电子流聚集。使电子流聚集。主要由主要由灯丝灯丝、聚焦聚焦杯杯、阴极套和玻璃、阴极套和玻璃芯柱等组成。芯柱等组成。Filament钨丝钨丝聚焦罩聚焦罩电子聚焦电子聚焦大小焦点引线和公用线生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪灯丝灯丝：采用高熔点的钨丝绕制而成。钨丝：采用高熔点的钨丝绕制而成。钨丝中含有微量的钍是为了增加电子的发射率，中含有微量的钍是为了增加电子的发射率，延长灯丝使用寿命。延长灯丝使用寿命。直热式钍钨阴极其温度在直热式钍钨阴极其温度在18001800左右，目测为黄白色，类左右，目测为黄白色，类似白炽灯似白炽灯 空间电荷空间电荷与与空间电荷效应空间电荷效应：当电子从灯丝：当电子从灯丝逸出后，会暂时停留在灯丝周围。因为这逸出后，会暂时停留在灯丝周围。因为这些电子带负电，电子之间会发生排斥，从些电子带负电，电子之间会发生排斥，从而在灯丝周围形成一团而在灯丝周围形成一团“云云”，该电子云，该电子云被称之为被称之为空间电荷空间电荷。由于静电排斥，使得。由于静电排斥，使得灯丝中其它电子逸出的难度随之增大，这灯丝中其它电子逸出的难度随之增大，这种现象称为空间电荷效应。种现象称为空间电荷效应。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪流过灯丝的电流称为流过灯丝的电流称为灯丝电流灯丝电流，由灯丝电，由灯丝电路控制，形成的电流变化范围从几个到几路控制，形成的电流变化范围从几个到几十个安培不等，是十个安培不等，是X X射线管的一个主要技术射线管的一个主要技术指标。指标。灯丝电流大小灯丝电流大小灯丝的温度灯丝的温度阴极发射电阴极发射电子的发射率子的发射率生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪灯丝通电后温度逐渐升高，当升灯丝通电后温度逐渐升高，当升到一定温度后开始辐射热电子。到一定温度后开始辐射热电子。辐射特性如图：辐射特性如图：1.1.灯丝的加热电压正比于灯丝辐灯丝的加热电压正比于灯丝辐射的热电子数量射的热电子数量2.2.灯丝温度与辐射热电子的数量灯丝温度与辐射热电子的数量呈指数关系呈指数关系生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪不同功率的不同功率的X线管线管；为了协调不同功率与焦点的关为了协调不同功率与焦点的关系，阴极装有两个长短灯丝，分别对应大焦点和系，阴极装有两个长短灯丝，分别对应大焦点和小焦点，称这种小焦点，称这种X线管为双焦点线管为双焦点X线管。线管。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪三，阳极（三，阳极（anode）X射线管的正极。有旋转和固定两种阳极。射线管的正极。有旋转和固定两种阳极。固定阳极包括阳极头、阳极帽、玻璃圈、阳固定阳极包括阳极头、阳极帽、玻璃圈、阳极柄等极柄等固定阳极常用于牙科固定阳极常用于牙科X X线成像系统、某些移动式的成像系线成像系统、某些移动式的成像系统以及其它不需要大的管电流和大功率的特殊用途系统。统以及其它不需要大的管电流和大功率的特殊用途系统。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪旋转阳极主要由旋转阳极主要由阳极头阳极头、阳极罩阳极罩、转子和、转子和轴承等组成。轴承等组成。靶面靶面靶面靶面阳极体阳极体阳极体阳极体阳极头阳极头阳极头阳极头Anode生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪高速运动电子流轰击靶面时，会有少量电子从高速运动电子流轰击靶面时，会有少量电子从高速运动电子流轰击靶面时，会有少量电子从高速运动电子流轰击靶面时，会有少量电子从靶面反射和释放出来，形成二次电子（具有靶面反射和释放出来，形成二次电子（具有靶面反射和释放出来，形成二次电子（具有靶面反射和释放出来，形成二次电子（具有99%99%的能量）。的能量）。的能量）。的能量）。造成：玻璃壳温度升高而释放气体，降低真空度；造成：玻璃壳温度升高而释放气体，降低真空度；造成：玻璃壳温度升高而释放气体，降低真空度；造成：玻璃壳温度升高而释放气体，降低真空度；再次轰击阳极，无聚焦，形成散射再次轰击阳极，无聚焦，形成散射再次轰击阳极，无聚焦，形成散射再次轰击阳极，无聚焦，形成散射X X线。线。线。线。靶面是用钨材料或铼靶面是用钨材料或铼钨合金复合材料和钼钨合金复合材料和钼或石墨作靶基，阳极或石墨作靶基，阳极体用无氧铜与靶真空体用无氧铜与靶真空焊熔在一起焊熔在一起吸收吸收5060%5060%的二次的二次电子和部分散乱电子和部分散乱X X射线射线浸在变压器油中散热浸在变压器油中散热生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪靶靶：是阳极中受电子轰击区域。在固定阳极：是阳极中受电子轰击区域。在固定阳极X X射线管中，靶是一镶嵌在铜阳极上的钨合射线管中，靶是一镶嵌在铜阳极上的钨合金。在旋转阳极中，整个圆盘都是靶金。在旋转阳极中，整个圆盘都是靶选用钨的原因选用钨的原因：1.1.原子序数高原子序数高（7474），），使其产生使其产生X X射线的效射线的效率高，并产生高能率高，并产生高能X X射线射线2.2.热传导性几乎与铜完全相同，散热有效热传导性几乎与铜完全相同，散热有效3.3.具有很高的熔点具有很高的熔点34103410，铜，铜11001100。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪阳极作用阳极作用1.1.阻挡高速运动电子流而产生阻挡高速运动电子流而产生X X线线2.2.同时将曝光时产生的热量辐射或传导出去同时将曝光时产生的热量辐射或传导出去3.3.其次是吸收二次电子和散乱射线。其次是吸收二次电子和散乱射线。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪解决上述问题，用阳极罩（固定阳极解决上述问题，用阳极罩（固定阳极X线管）线管）或在玻璃壳上加入一定金属和开有聚焦或在玻璃壳上加入一定金属和开有聚焦X线窗线窗（旋转阳极（旋转阳极X线管）。线管）。转子由无氧铜制成，通过钼杆与靶盘和靶面连转子由无氧铜制成，通过钼杆与靶盘和靶面连为一体。为一体。旋转轴承由耐热合金钢制成，能承受高温外，旋转轴承由耐热合金钢制成，能承受高温外，减少摩擦和振动（达到减少摩擦和振动（达到10000r/min）。）。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪管电压管电压和和管电流管电流从灯丝发射的电子经高压加速后撞击在靶从灯丝发射的电子经高压加速后撞击在靶上，加在两极之间的加速电压称之为上，加在两极之间的加速电压称之为管电管电压压。加速后的电子束流称之为。加速后的电子束流称之为管电流管电流。管。管电流的变化范围从几个到几百个毫安。电流的变化范围从几个到几百个毫安。（图）（图）调整电流束斑大小和电子发射方向的聚焦调整电流束斑大小和电子发射方向的聚焦电电路，这种聚焦作用的电极做成碗状，称路，这种聚焦作用的电极做成碗状，称之为之为聚焦杯聚焦杯。灯丝的另一个技灯丝的另一个技术指标：保证束术指标：保证束流斑尽可能小。流斑尽可能小。聚焦杯聚焦杯灯丝尺寸灯丝尺寸生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪四，壳体四，壳体有玻璃壳和金属陶瓷壳。有玻璃壳和金属陶瓷壳。玻璃壳体是绝缘壳体，易受二次电子攻击，玻璃壳体是绝缘壳体，易受二次电子攻击，容易沉积从灯丝和靶面龟裂蒸发的钨，形成第二容易沉积从灯丝和靶面龟裂蒸发的钨，形成第二阳极，受轰击后使其侵蚀，或导致击穿损坏。阳极，受轰击后使其侵蚀，或导致击穿损坏。金属陶瓷壳体是在陶瓷中间镶入金属铌（金属陶瓷壳体是在陶瓷中间镶入金属铌（Nb）并接地，以吸收二次电子，对并接地，以吸收二次电子，对准焦点处开有铍窗准焦点处开有铍窗以使以使X线通过线通过。适用大功率。适用大功率X线管。线管。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪五，五，X线的焦点线的焦点在在X线成像系统中，线成像系统中，X线管的焦点是影响线管的焦点是影响X线线成像质量最大的因素之一。成像质量最大的因素之一。实际焦点实际焦点有效焦点有效焦点生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪（1）实际焦点）实际焦点是灯丝辐射的热电子经是灯丝辐射的热电子经是灯丝辐射的热电子经是灯丝辐射的热电子经聚焦后在靶面上的瞬聚焦后在靶面上的瞬聚焦后在靶面上的瞬聚焦后在靶面上的瞬间轰击面积，呈细长间轰击面积，呈细长间轰击面积，呈细长间轰击面积，呈细长方形。方形。方形。方形。其大小主要取决于其大小主要取决于其大小主要取决于其大小主要取决于聚焦聚焦聚焦聚焦罩罩罩罩的形状、宽度和深的形状、宽度和深的形状、宽度和深的形状、宽度和深度。聚焦罩多采用圆度。聚焦罩多采用圆度。聚焦罩多采用圆度。聚焦罩多采用圆弧直槽或阶梯直槽结弧直槽或阶梯直槽结弧直槽或阶梯直槽结弧直槽或阶梯直槽结构。构。构。构。实际焦点直接影响实际焦点直接影响实际焦点直接影响实际焦点直接影响X X射射射射线管的散热线管的散热线管的散热线管的散热和和和和影像的影像的影像的影像的清晰度清晰度清晰度清晰度。灯丝两侧的电子在聚焦罩的影响下在阳极形成的焦点被称为副焦点灯丝前端电子形成的焦点称为主焦点生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪实际焦点实际焦点生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪（2）有效焦点）有效焦点是实际焦点在是实际焦点在X线投照方向上的投影。线投照方向上的投影。实际焦点实际焦点有效焦点有效焦点实际焦点在垂直于实际焦点在垂直于X线管长轴方向的投影，称线管长轴方向的投影，称为标称焦点，一般作为为标称焦点，一般作为X线管的标注焦点。线管的标注焦点。（图）（图）（图）（图）生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪（3）有效焦点与成像质量）有效焦点与成像质量有效焦点尺寸越小，影像清晰度越高。有效焦点尺寸越小，影像清晰度越高。单位面积单位面积单位面积单位面积上电子密上电子密上电子密上电子密度增加度增加度增加度增加实际焦点实际焦点实际焦点实际焦点的温度快的温度快的温度快的温度快速上升速上升速上升速上升生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪影响束斑大小影响束斑大小的因素的因素在其他条件不变情况下电子密度越大，束斑越大。电子密度大，空间电荷效应明显，在电子从阴极向阳极运动过程中电子与电子之间的斥力，加大了束斑的尺寸。实质上，电子密度的大小与管电流和聚焦罩有关。灯丝尺寸靶倾角生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪(4)有效焦点与实际焦点的关系有效焦点与实际焦点的关系实际焦点实际焦点有效焦点有效焦点有效焦点有效焦点=实际焦点实际焦点X sin 生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪实际焦点的大小直接影响实际焦点的大小直接影响X X线管的散热和影像清晰度。面积线管的散热和影像清晰度。面积越大，对散热越有利。但实际焦点越大，有效焦点的面积也越大，对散热越有利。但实际焦点越大，有效焦点的面积也增大，必然影响在胶片上所形成影像的清晰度。若用缩短灯增大，必然影响在胶片上所形成影像的清晰度。若用缩短灯丝长度或减小靶倾角来缩小有效焦点，必然使单位面积上的丝长度或减小靶倾角来缩小有效焦点，必然使单位面积上的电子密度增加，实际焦点的温度快速上升，阳极将不能承受电子密度增加，实际焦点的温度快速上升，阳极将不能承受较大的功率。较大的功率。一般为一般为7o20o。固定阳极固定阳极X线管为线管为15o20o。旋转阳极旋转阳极X线管为线管为6o17.5o。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪（5）焦点的方位性）焦点的方位性保持实际焦点中心、保持实际焦点中心、X线输出窗中心与投影线输出窗中心与投影中心三点一线，即中心三点一线，即X线中心线应对准影像中心。线中心线应对准影像中心。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪由于由于X线呈圆椎形放射，故在照射野不同的方线呈圆椎形放射，故在照射野不同的方位上有效焦点尺寸是不相同的投影方位越靠位上有效焦点尺寸是不相同的投影方位越靠近阳极，有效焦点尺寸越小，靠近阴极就大。近阳极，有效焦点尺寸越小，靠近阴极就大。这种改变称为焦点方位特性。（阳极效应）这种改变称为焦点方位特性。（阳极效应）生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪固定固定阳极阳极X X线管管旋旋转阳极阳极X X线管管特殊特殊X X线管管 金金属属陶瓷大功率陶瓷大功率X X线管管 三三极极X X线管管 软X X线管管六，六，X线管的类型线管的类型 生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪X线管的技术变革，提高了线管的技术变革，提高了X线的质量。线的质量。固定阳极X线管生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪固定阳极X线管的优缺点：结构构简单价格低价格低焦点尺寸大焦点尺寸大瞬瞬间负载功率小功率小在小型在小型X X线发生装置中用。生装置中用。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪旋转阳极X线管生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪金属陶瓷大功率X线管生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪旋转阳极X线管的优点：焦点尺寸小焦点尺寸小瞬瞬间负载功率大功率大结构复构复杂价格高价格高在大型在大型X X线发生装置和生装置和CTCT中用。中用。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪三极X线管主要应用于主要应用于X线电影摄影、线电影摄影、X线电视、电容充放线电视、电容充放电电X线机上。线机上。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪软X线管铍窗铍窗钼靶钼靶生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪软软X X线管具有以下特点：线管具有以下特点：X X线输出窗固有过滤小线输出窗固有过滤小在低管电压时能产生较大的管电流在低管电压时能产生较大的管电流焦点小焦点小？生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪软软X X线管的结构特点：线管的结构特点：铍窗铍窗钼靶钼靶极间距离短极间距离短X X线吸收性能低于玻璃，固有滤过小，线吸收性能低于玻璃，固有滤过小，软软X X线极易通过铍窗，可获得大剂量线极易通过铍窗，可获得大剂量的软的软X X线线0.03mm0.03mm的钼片对波长小于的钼片对波长小于0.063nm0.063nm的稍硬的稍硬X X线进行选择性吸收而使其滤线进行选择性吸收而使其滤除，同时波长大于除，同时波长大于0.07nm0.07nm的较软的较软X X线线正好适合于软组织摄影正好适合于软组织摄影普通普通X X线管的极间距离为线管的极间距离为17mm17mm左右，左右，而软而软X X线管的极间距离一般只有线管的极间距离一般只有1013mm1013mm。由于极间距离缩短，阴。由于极间距离缩短，阴阳两极间的电场强度增大，在相同灯阳两极间的电场强度增大，在相同灯丝加热电流情况下，软丝加热电流情况下，软X X线管的管电线管的管电流比一般流比一般X X线管的管电流大。线管的管电流大。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪CT X线管生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪CT X线管的特点：较大的热容量配有油循环系统有些采用飞焦点技术探测器探测器A AB B阳极阳极生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪七，X线管的检验与使用外观检查1.观察X线管的玻璃壳是否有裂纹、划伤、疤痕2.检查灯丝形状是否均匀，是否有断路、短路和与聚焦罩相碰现象。检查阳极靶面是否光洁，与阳极头无明显缝隙。3.检察管内应无异物，金属部分氧化锈蚀现象4.转子运转良好、平稳无噪声生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪七，X线管的检验与使用X线管灯丝检查用万用表测量灯丝是否完全通路生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪七，X线管的检验与使用X线管真空度检验 冷高压试验，试验时X线管无电离辉光，无极间放电、跳火等现象。如有辉光，且强度随观点压增加而增强，说明真空度不良。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪七，X线管的检验与使用灯丝加热试验 灯丝加热时出现灯丝燃烧，呈现白色雾状气体说明真空度不良。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪七，X线管的检验与使用负荷试验 透视负荷试验 摄影负荷试验生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪七，X线管的检验与使用X线管的寿命1.灯丝的自然寿命与灯丝长短、粗细、及加热温度有关。温度越高寿命越短。灯丝电压升高50%，而寿命则减少一半；灯丝电压降低50%，而寿命则增长一倍。当灯丝横截面积由于蒸发减少10%，灯丝就有烧断可能。2.阳极。正常负荷110%时，X线管寿命只有60%；80%负荷时，寿命增长300%3.正常报废生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪七，X线管的检验与使用X线管的注意事项1.加于X线管两极间的管电压必须低于其最高工作电压，以避免沿管壳放电而损坏2.在开始使用或更换新的X线管时，必须严格按照规格表的灯丝发射特性曲线来调整管电流，使其与管电流选择器上的标称值相符。3.X线管初次使用或放置较长时间后再次使用时，必须进行X线管训练。4.在曝光时，应严格按照规格进行，不得超负荷5.配用旋转阳极X线管的X线机，曝光时应注意阳极是否转动或转速是否足够。6.定期对X线机调整，使各种参数与机器上标称相符7.日常使用时动作要轻，不得碰撞。阳极在下垂直放置。生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪八，特性与参数灯丝发射的热电子大致可以分灯丝发射的热电子大致可以分为三个区域：为三个区域：1.1.前端：前端：2.2.两侧面：两侧面：3.3.后面：后面：生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪管电流生物医学工程生物医学工程 袁文迪袁文迪空间电荷效应与灯丝加热电压有极大的依空间电荷效应与灯丝加热电压有极大的依从关系。灯丝加热电压越大，灯丝温度越从关系。灯丝加热电压越大，灯丝温度越高，热电子发射速率也越大；在一定负载高，热电子发射速率也越大；在一定负载下，使管电流增大的同时也是空间电荷数