一、Ｘ線的產(chǎn)生裝置
根據(jù)Ｘ線的產(chǎn)生原理，人們研制出了一整套將電能轉(zhuǎn)變?yōu)椋鼐€能的裝置，該裝置是Ｘ線機(jī)中最重要的組成部分。它能根據(jù)不同需要產(chǎn)生量和質(zhì)可以隨意控制的Ｘ線束。
Ｘ線機(jī)的結(jié)構(gòu)和形式，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和使用要求的不同而有很大差別，但其產(chǎn)生Ｘ線的原理都是一樣的。
Ｘ線機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示.
圖2-1 X線機(jī)基本結(jié)構(gòu)框
現(xiàn)將各部分原理和作用分述如下。
1.Ｘ線球管
Ｘ線球管可謂Ｘ線機(jī)的心臟，它是產(chǎn)生Ｘ線的關(guān)鍵部件。是一個(gè)高真空器件，產(chǎn)生Ｘ線的實(shí)質(zhì)是能量轉(zhuǎn)換，根據(jù)產(chǎn)生Ｘ線的條件，高速電子所攜帶的能量，在遭到急劇阻擋后，大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽苄〉囊徊糠帜芰哭D(zhuǎn)變?yōu)椋鼐€，Ｘ線球管是一個(gè)轉(zhuǎn)換效率極低的能量轉(zhuǎn)換元件，在此過程中大約有９９％左右的能量被轉(zhuǎn)換成熱能而被浪費(fèi)掉，不僅如此，人們?yōu)榱私鉀Q這大量的熱帶來的問題又投入了較大的精力去研究如何散熱，盡管如此，Ｘ線的作用和影響仍然是非常重要的。
Ｘ線球管從結(jié)構(gòu)上分為固定陽極和旋轉(zhuǎn)陽極2種。
⑴ 固定陽極Ｘ線球管 固定陽極Ｘ線球管的陽極固定不動，電子由熱陰極發(fā)射，具有Ｘ線量和質(zhì)可以任意調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。因其功率小、焦點(diǎn)較大，已滿足不了飛速發(fā)展的Ｘ線影像技術(shù)的要求，目前僅用于小型和部分中型Ｘ線機(jī)中。
①構(gòu)造與作用 固定陽極Ｘ線球管的結(jié)構(gòu)主要由陽極、陰極和玻璃壁３部分組成，如圖2-2所示。
圖2-2固定陽極X線球管的結(jié)構(gòu)
陽極由靶面、銅體、陽極罩、陽極柱4部分組成。陽極的作用是產(chǎn)生Ｘ線，散熱，吸收二次電子和散射線。靶面受電子轟擊，而電子動能的約99%轉(zhuǎn)換為熱能，只有1%左右轉(zhuǎn)換為Ｘ線，故靶面材料多選用高熔點(diǎn)且Ｘ線發(fā)射率較高的金屬鎢制成（熔點(diǎn)為3370℃，原子序數(shù)Ｚ＝７４）。由于鎢的導(dǎo)熱率小，故一般通過真空熔焊的方法把鎢靶焊接在無氧銅體上，以便具有良好的散熱能力。陽極罩在靶外面，也由無氧銅制成，其作用是吸收二次電子和散射線。高速電子轟擊靶面時(shí)，會有少量電子從靶面反射回來，稱為二次電子，其能量為原來的９０％左右。二次電子若轟擊在玻璃殼上，會使玻璃殼溫度升高而滲進(jìn)氣體分子，降低管內(nèi)真空度，熱量不均勻時(shí)甚至?xí)共Ａ舸┞猓欢坞娮右部赡茉俅无Z擊靶面，輻射出大量的散射線，嚴(yán)重地影響成像質(zhì)量。加設(shè)陽極罩可以大大減輕上述危害。
陽極柱由紫銅制成，銅體延伸出管外，通過與外部油液之間的傳導(dǎo)作用把熱傳遞出去。陰極由燈絲和集射罩組成，其作用是發(fā)射熱電子和聚焦，使打在靶面上的電子束具有一定的形狀和大小，形成Ｘ線球管的焦點(diǎn)。
燈絲由鎢制成，繞成螺管狀，作用是發(fā)射電子。燈絲通電后，溫度逐漸上升，至一定值后開始發(fā)射電子，發(fā)射電子的能力與燈絲溫度(或燈絲消耗的功率)密切相關(guān)。根據(jù)W ＝I2·R(W為燈絲消耗的功率，I為燈絲電流強(qiáng)度，R為燈絲電阻)，R＝ρ·L／S(ρ為燈絲電阻率，L為長度，S為燈絲截面積)，溫度與燈絲電流密度(單位截面積上的 電流強(qiáng)度)之間的關(guān)系如圖2-3所示。
圖2-3燈絲的電流強(qiáng)度與溫度之間的關(guān)系
當(dāng)燈絲溫度低于2400 Ｋ時(shí)，隨著電流(或者說電流密度)的升高溫度增加較慢；而溫度高于２４００Ｋ時(shí)，電流稍提高一點(diǎn)，燈絲溫度卻增加很多。所以在調(diào)試管電流時(shí)，應(yīng)特別注意這一點(diǎn)。而且，燈絲點(diǎn)燃時(shí)間越長，工作溫度越高，蒸發(fā)越快 ，燈絲壽命越短。如果燈絲電流比額定值升高５％，燈絲的壽命可以縮短1倍。所以燈絲加熱電流應(yīng)嚴(yán)格限制在額定值以下使用，同時(shí)應(yīng)盡量縮短高溫點(diǎn)燃時(shí)間。
集射罩的作用是對燈絲發(fā)射的電子進(jìn)行聚集。當(dāng)燈絲發(fā)射大量電子后，接通高壓時(shí)，在陽極正電場的作用下，電子將高速飛向陽極。但由于電子之間的相互排斥作用，致使電子呈散射狀，特別是在陽極電壓較低的情況下，散射更為顯著。為了能使電子集中成束狀飛向陽極，因此將燈絲裝入一個(gè)用鎳或鐵鎳合金等制成的長方形罩中，該罩稱集射罩。
Ｘ線球管玻璃殼是用來支撐陰陽兩極和保持管內(nèi)真空度的。它多用耐高溫、絕緣強(qiáng)度高 、膨脹系數(shù)小的鉬玻璃制成。
②Ｘ線球管的焦點(diǎn)電子轟擊在靶面上的面積稱為實(shí)際焦點(diǎn)。實(shí)際焦點(diǎn)在Ｘ線投照方向上的投影稱有效焦點(diǎn)，或稱目視焦點(diǎn)。設(shè)靶面與Ｘ線投照方向的夾角為θ，實(shí)際焦點(diǎn)的長度為ｂ，寬度為ａ，那么它在θ方向上的投影，其寬度不變，長度為ｂ·sinθ，因此有效焦點(diǎn)為ａ·ｂ·sinθ。當(dāng)投照方向與Ｘ線管軸相垂直時(shí)，這時(shí)的θ角稱為靶角或陽極傾角。實(shí)際焦點(diǎn)在與Ｘ線管軸相垂直方向上的投影稱為標(biāo)稱有效焦點(diǎn)。在Ｘ線球管規(guī)格中，通常以標(biāo)稱有效焦點(diǎn)來表示其有效焦點(diǎn)。其關(guān)系如圖2-4所示。
圖2-4陽極靶面的有效焦點(diǎn)與實(shí)際焦點(diǎn)
Ｘ線球管的陽極之所以設(shè)計(jì)成傾斜一定的角度，是為了增大實(shí)際焦點(diǎn)面，減小有效焦點(diǎn)，這樣既能提高Ｘ線球管的熱容量，又能改善影像質(zhì)量，使影像較為清晰。有效焦點(diǎn)與成像質(zhì)量有密切聯(lián)系。有效焦點(diǎn)尺寸越小，影像清晰度越高。由圖2-5可以看出，當(dāng)有效焦點(diǎn)為點(diǎn)光源時(shí)，膠片上的影像界限分明，清晰度高；當(dāng)有效焦點(diǎn)具有一定尺寸時(shí)，膠片上的影像邊界產(chǎn)生了半影，邊緣模糊，清晰度降低。
圖2-5焦點(diǎn)尺寸與影像的關(guān)系
有效焦點(diǎn)的大小與X線球管的管電流強(qiáng)度(管電流)和電壓(管電壓)有關(guān)。在管電流一定的條件下，管電壓越高，電子間排斥力相對電場力的作用變小，所以有效焦點(diǎn)尺寸略有減小 ；在管電壓一定的條件下，尤其在低壓時(shí)，管電流增大，電子間的排斥力增大，有效焦點(diǎn)尺寸將明顯增加，這種現(xiàn)象稱為焦點(diǎn)增漲。所以在測量有效焦點(diǎn)時(shí)既要規(guī)定與管軸垂直的投影方向，還應(yīng)規(guī)定相應(yīng)的管電流和管電壓值，一般取管電流的最大值的５０％，管電壓為75kV作測量條件。
(２)旋轉(zhuǎn)陽極Ｘ線球管固定陽極Ｘ線球管因陽極焦點(diǎn)面受溫度的影響， 限制了功率。 要提高功率就必須增大焦點(diǎn)面積，這又使影像清晰度大大降低，兩者不能兼顧。１９３０年以后出現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)陽極Ｘ線球管，其結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。
從偏離管中心軸線的陰極燈絲發(fā)射出來的電子，轟擊在轉(zhuǎn)動的陽極靶面上，由于熱量被均勻地分布在一個(gè)轉(zhuǎn)動著的圓環(huán)面上，使單位面積上的熱量大幅度降低，因而能有效地提高Ｘ線球管的功率；或者說，在一定的負(fù)載功率下，陽極傾角可以大大減小，從而使有效焦點(diǎn)變小而大大提高了影像清晰度。所以旋轉(zhuǎn)陽極Ｘ線球管的最大優(yōu)點(diǎn)是：功率大、焦點(diǎn)小。和固定陽極Ｘ線球管相比，旋轉(zhuǎn)陽極Ｘ線球管主要是陽極部分構(gòu)造不同。陽極部分主要由靶面、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、軸承和定子組成。
圖2-6旋轉(zhuǎn)陽極X線球管結(jié)構(gòu)
靶面具有６°～１８°的傾斜角，鑲在一個(gè)直徑為70～100 ｍｍ的圓盤上。其中心鉚接在鉬制細(xì)桿上，鉬桿的另一端與轉(zhuǎn)子相連，轉(zhuǎn)子為一表面黑化的銅管，以提高熱輻射能力。轉(zhuǎn)子內(nèi)裝有滾珠軸承，轉(zhuǎn)動靈活，轉(zhuǎn)子和軸承封閉在高真空的玻璃管內(nèi)。定子線圈裝在管壁外面，其結(jié)構(gòu)和小型單相異步電機(jī)類同。轉(zhuǎn)子由無氧銅制成，相當(dāng)于異步電動機(jī)的鼠籠轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速由下式?jīng)Q定：
ｎ＝１２０ｆ/ｐ（ｒ/min）
式中ｎ為理論轉(zhuǎn)速，ｆ為定子中的電源頻率，ｐ為定子的極數(shù)，一般為２。
由于存在頻率差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速約落后磁場轉(zhuǎn)速的１０％左右。所以對低速管（ｆ＝５０Hz ），實(shí)際轉(zhuǎn)速約為２７００ｒ/min；對高速管（例如ｆ＝１５０Hz），實(shí)際轉(zhuǎn)速為８５００ｒ/min左右。轉(zhuǎn)速越高，Ｘ線管的功率越大。
2.高壓發(fā)生器
高壓發(fā)生器是X線機(jī)主機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。它的作用，一是將由自耦變壓器輸入的初級交流低電壓升高數(shù)百倍，再經(jīng)整流后輸出，為X線管兩極提供直流高壓；二是將初級電路輸入的交流電壓降壓后輸出，為Ｘ線管燈絲提供加熱電流；三是完成管電壓、燈絲加熱電流在不同負(fù)載間的切換。
由上述可知，它應(yīng)包括下列元件：高壓變壓器、燈絲變壓器、高壓整流器、高壓交換閘等。
(１)高壓變壓器
Ｘ線機(jī)的高壓變壓器的工作原理與普通變壓器一樣，但由于運(yùn)行狀態(tài)較為特殊，在構(gòu) 造上也有其固有的特點(diǎn)。
①鐵芯多采用閉合式的導(dǎo)磁體，一般用０.３５ｍｍ厚的熱軋硅鋼片（Ｄ41～Ｄ43）或冷軋硅鋼片（Ｄ310～Ｄ340）沖壓成不同寬度的矩形片疊成階梯形狀。為了減少渦流損失，每片表面涂上一層很薄的絕緣漆。為了減少疊片接合處的磁隙，采取交叉疊片方法以消除明顯接合縫隙，最后嵌成閉合“口”字形或“日”字形。為了使鐵芯壓緊減少漏磁，多用扁鐵或角鋼夾持，并用螺栓緊固。
②初級繞組由變壓器的原理可知，它的初級繞組通過的電流強(qiáng)度很大。中型以上診斷Ｘ線機(jī)在攝影時(shí)可達(dá)百余安培，但其電壓不高，故其絕緣要求不十分嚴(yán)格，一般有０.１～０.２ ｍｍ的電容器紙襯墊絕緣即可，但要用較粗的紗包線或玻璃絲包的扁銅線。有的初級繞成2個(gè)繞組，串聯(lián)或并聯(lián)使用。但兩線圈的接線方向不能接錯(cuò)，否則因磁通反向抵消而無輸出。
③次級繞組高壓變壓器次級通過的電流強(qiáng)度較小，一般在１０００ｍＡ以下，故多采用直徑較小的油性或高強(qiáng)度漆包線繞制。又因?yàn)榇渭夒妷汉芨撸淇傇褦?shù)在數(shù)萬到數(shù)十萬之間，多繞成匝數(shù)相同的2個(gè)繞組，套在初級繞組上。初次級之間必須有良好的絕緣。為提高層間的絕緣強(qiáng)度，需襯墊數(shù)層電容器紙。圖2-7為高壓變壓器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2-7高壓變壓器結(jié)構(gòu)
④次級繞組的中心接地診斷Ｘ線機(jī)高壓變壓器都采用2個(gè)線圈、中心點(diǎn)接地方式，這樣可使高壓變壓器的絕緣要求降低一半。高壓次級中心點(diǎn)接地后就獲得與地相同的零電位，因此次級2輸出端的任何一端對中心點(diǎn)的電壓等于2輸出端間電壓的一半。同時(shí)由于中心點(diǎn)是零電位，就可以把指示管電流的電流表(一般以毫安作為電流強(qiáng)度的單位，故又稱毫安表)接在中心點(diǎn)處，安裝在控制臺上使控制臺免受高壓襲擊，保證工作人員安全。為了防止毫安表斷路而使中心點(diǎn)電位升高，設(shè)有保護(hù)裝置，其方法有2種：其一為在2個(gè)中心點(diǎn)接線柱上并聯(lián)1對放電針或1個(gè)紙質(zhì)電容器，其二為在中心點(diǎn)接線柱上并聯(lián)1只放電管。這樣中心點(diǎn)電位升高時(shí)，以上保護(hù)裝置導(dǎo)通，接通對地回路，起到保護(hù)作用。
(２)燈絲變壓器
圖2-8高壓真空整流管
Ｘ線管的燈絲電流的電流強(qiáng)度一般為４～８Ａ，燈絲電壓為５～２０Ｖ，故燈絲變壓器為１００～１５０Ｗ的降壓變壓器。Ｘ線管燈絲變壓器的初級輸入電壓在小型機(jī)中多直接由自耦變壓器供給，而中型以上還需經(jīng)過磁飽和穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，初級電壓多為２２０Ｖ 。主要特點(diǎn)是其次級繞組與高壓變壓器次級的一端相連，在工作時(shí)帶有高電位，因此初、次級線圈間應(yīng)具有良好的絕緣。
(３)高壓整流器
高壓整流器是一種將高壓變壓器次級輸出的交流電整流成脈動直流電的電子元件。利用這種元件可以使Ｘ線管始終保持在陽極為正、陰極為負(fù)的脈動直流高壓狀態(tài)下工作，可充分發(fā)揮Ｘ線管的效率。高壓整流元件分為2種。
①高壓真空整流管常稱高壓整流管。高壓整流管的結(jié)構(gòu)與工作原理同Ｘ線管基本相似,即有一個(gè)能加熱而發(fā)射電子的陰極，有一個(gè)接受電子的傳導(dǎo)電流的陽極面，并且管內(nèi)具有高度真空（圖2-8）。高壓整流管具有一般二極管的單向?qū)щ娞匦?。
②高壓硅整流器常稱高壓硅堆。使用高壓真空整流管時(shí)，燈絲需要加熱，消耗一定電能，同時(shí)壓降也大，還需要燈絲變壓器，占體積較大。故目前已用高壓硅堆取代了高壓真空整流管，它具有體積小、機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性高、壽命長、性能穩(wěn)定、壓降小、無需燈絲加熱等優(yōu)點(diǎn)，從而可簡化電路，并縮小高壓發(fā)生裝置的體積(圖2-9)。
圖2-9高壓硅整流器
它由許多單晶硅做成的二極管用銀絲串聯(lián)而成，外殼一般用環(huán)氧樹脂密封。由于硅和環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)差別很大，考慮到耐壓，每個(gè)硅堆首先用硅膠加以密封，然后充填環(huán)氧樹脂。
(４)高壓交換閘
在較大功率的診斷用Ｘ線機(jī)上，多配有2個(gè)或2個(gè)以上的Ｘ線管，以適應(yīng)一機(jī)多用的需要。但由于幾個(gè)Ｘ線管共用一個(gè)高壓發(fā)生器，而各Ｘ線管又不能同時(shí)工作，所以高壓變壓器產(chǎn)生的高壓必須經(jīng)過切換裝置送到不同用途的Ｘ線管上，這種切換裝置稱高壓交換閘。它除了把高壓輸出到各個(gè)Ｘ線管外，還將高壓發(fā)生器內(nèi)Ｘ線管燈絲變壓器的加熱電流同時(shí)輸送到相對應(yīng)的Ｘ線管。
高壓交換閘不僅要接通高壓，還要接通燈絲電流，而且動作十分頻繁，因此結(jié)構(gòu)上要求牢固 ，且有很高的絕緣性能和機(jī)械性能，并能承受較大的電流和所連接電路的最高電壓值。目前高壓交換閘多為電磁接觸器式，其結(jié)構(gòu)包括鐵芯、吸合線圈、銜鐵和帶有觸點(diǎn)的高壓絕緣臂。工作原理與普通接觸器相同。
3.高壓絕緣電纜
在中、大型Ｘ線機(jī)中，高壓發(fā)生器和Ｘ線管是分離部件，兩者之間通過2根特制的導(dǎo)線連接在一起，這種輸送高壓的導(dǎo)線稱為高壓絕緣電纜。
高壓電纜構(gòu)造上要求除具有一定的耐壓性能外，還要盡可能減少截面積，使其輕便和柔軟。按芯線分布位置可分成同軸和非同軸2種，如圖2-10所示。
圖2-10高壓電纜結(jié)構(gòu)
(1)同軸型(2)非同軸型
為方便制造加工，目前多用非同軸高壓電纜，其組成及功能簡述如下。
（1）導(dǎo)電芯線 位于高壓電纜的最內(nèi)層，每根芯線由多股細(xì)銅絲組成，外包絕緣橡皮。
（2）高壓絕緣層 位于芯線外，由天然橡膠和化學(xué)原料配制而成，使芯線的高電壓與地之間絕緣。
（3）半導(dǎo)體層 是用半導(dǎo)體橡皮緊包在絕緣層上，呈灰黑色。它的作用是消除絕緣層外表面與金屬屏蔽層之間的靜電場。
由物理學(xué)可知，電介質(zhì)（絕緣體）受到外電場作用時(shí)其分子將被極化，形成電偶極子，并按外電場方向排列，從而使電介質(zhì)兩端與外電場垂直的表面上出現(xiàn)等量的正電荷和負(fù)電荷。這些電荷受原子核的強(qiáng)大束縛，不能離開電介質(zhì)，稱為束縛電荷。由于高壓電纜芯線在直流高壓下工作，形成高壓靜電場，絕緣層被極化，其靠近芯線的內(nèi)表面層將出現(xiàn)負(fù)電荷，外表面層將出現(xiàn)正電荷。當(dāng)金屬屏蔽層與絕緣層某處接觸不良時(shí)，接觸不良處的正電荷將與金屬屏蔽層形成高壓靜電場，使兩者之間的氣體產(chǎn)生電離，破壞其絕緣性能。因而在兩層之間加一層半導(dǎo)體層，由于它的層內(nèi)電子移動，接觸不良處不能形成高壓靜電場。
（4）金屬屏蔽層 由鍍錫銅絲編織而成，包在半導(dǎo)體層上，在電纜的兩端與插頭焊接，作用是防止高壓電纜擊穿時(shí)使操作者和被檢者受到傷害。
（5）保護(hù)層 是電纜的最外層，一般用黑色的棉紗和維尼綸線織成，其作用是加強(qiáng)電纜的機(jī)械強(qiáng)度。
為了保證高壓絕緣和裝卸方便，將高壓電纜制成可以拆卸的形式。高壓電纜的兩頭裝有高壓插頭，在高壓變壓器和Ｘ線球管上裝有相應(yīng)的插座。具體結(jié)構(gòu)如圖2-11所示。
圖2-11高壓電纜插頭及插座
插座的底部鑄有3個(gè)銅接線柱。接線柱中間鉆有１ｃｍ深的孔，使插頭和插座有良好的吻合。插頭的前端裝有與插座相連接的3個(gè)銅制插腳，插腳上有接線孔，用來焊接電 纜的芯線。在插頭的里端鑲有銅制喇叭口，以便與電纜金屬屏蔽層相焊接，形成良好的接地。
4.控制臺
(１)電源電路
①自耦變壓器 自耦變壓器是Ｘ線機(jī)各部分電路供電的總樞紐，置于控制臺內(nèi)，其作用是將供電網(wǎng)絡(luò)單一的輸入電壓變?yōu)閿?shù)值不同或可調(diào)的電壓以滿足Ｘ線機(jī)各部分電路對電源的不同要求。
自耦變壓器是一種單繞組式變壓器，由鐵芯和線圈組成，初次級共用一個(gè)繞組，小功率的 多用圓截面的導(dǎo)線，多制成抽頭式調(diào)壓；功率較大的則用矩形截面的導(dǎo)線，多制成滑動式調(diào) 壓。它的工作原理同普通變壓器相同。
②電源電壓的調(diào)節(jié)與選擇 Ｘ線機(jī)的電源輸入電壓多用３８０Ｖ或２２０Ｖ，但在實(shí)際中，外接供電電源常不能恒定在X線機(jī)要求的額定工作電壓數(shù)值上，隨供電線路負(fù)荷的變化，電壓會有較大的波動。因而在自耦變壓器的輸入端設(shè)有電源電壓選擇和調(diào)節(jié)器。當(dāng)外電源電壓波動時(shí)，可隨時(shí)予以調(diào)整。其方法是選擇自耦變壓器上的線圈匝數(shù)，以使輸出端的電壓保持穩(wěn)定。
(２)高壓初級電路 高壓初級電路是向高壓變壓器供電的，這部分主要解決3個(gè)問題：高壓調(diào)節(jié)、高壓控制和高壓指示。
①高壓調(diào)節(jié)方法管電壓對Ｘ線診斷和治療的效果有決定性意義。由于人體各部位組織的密度、厚度的差異很大，為滿足各部位對Ｘ線穿透能力的要求，應(yīng)有一個(gè)范圍很寬的管電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。一般采用初級調(diào)節(jié)法。
根據(jù)變壓器的原理：V2=(n2/n１)·V1
式中V2為次級電壓，V1為初級電壓，n１、n2分別為初次、級線圈匝數(shù).由此可見，改變初級電壓V1及初級線圈匝數(shù)n１都可以改變次級電壓V2。
a.調(diào)初級電壓V1 這是各類Ｘ線機(jī)常用的較為簡便的方法，即不同的管電壓是由不同的初 級電壓決定的。自耦變壓器輸出電壓采用抽頭式或滑動觸點(diǎn)式調(diào)節(jié)方法。
b.調(diào)初級匝數(shù)n１ 通過改變高壓變壓器初級匝數(shù)的辦法也可改變管電壓。
c.調(diào)初級電壓、電流波形 這種方法在自動化程度較高的現(xiàn)代Ｘ線機(jī)中應(yīng)用較廣，如通過改變串聯(lián)在高壓初級電路上的主可控硅的導(dǎo)通角來選擇管電壓，在中頻Ｘ線機(jī)中通過改變初級電流波形調(diào)制的占空比或頻率來改變管電壓。
②高壓控制方法
a.用接觸器控制 這種方法是在高壓初級供電回路中串接1組以上高壓控制接觸器的控制接點(diǎn)，而高壓控制接觸器受限時(shí)器或腳閘控制，這種控制高壓通斷的方法操作簡便，實(shí)用可靠，為大多數(shù)中小型Ｘ線機(jī)采用。
b.用可控硅控制 由于接觸器的固有動作時(shí)間一般都在10ms以上，不能滿足在１s以內(nèi)多次閉合與斷開的要求，尤其是它缺乏對時(shí)序和狀態(tài)的判斷能力，以及通斷負(fù)載時(shí)會產(chǎn)生較強(qiáng)的電弧放電。所以目前已大量采用可控硅組成的交流無觸點(diǎn)開關(guān)取代接觸器，可完全避免電弧放電，且控制敏捷，無噪聲，并能在每秒２００個(gè)脈沖的范圍內(nèi)與其他控制電路協(xié)調(diào)工作，以滿足對運(yùn)動器官快速攝影的要求。
③高壓指示方法 由于管電壓較高，直接測量是困難的，故一般都根據(jù)高壓變壓器初級所預(yù)調(diào)的空載電壓來間接求得負(fù)載的實(shí)際管電壓。但是因?yàn)榇嬖陔娫磧?nèi)阻和各種元器件阻抗，負(fù)載時(shí)要產(chǎn)生很大的電壓降，而且這一電壓降隨管電流的提高而增大。為了保證實(shí)際管電壓達(dá)到預(yù)定的數(shù)值，必須對此電壓降進(jìn)行補(bǔ)償，此稱為kV補(bǔ)償。通常采用預(yù)先提高高壓初級電壓的方法，并使得提高的電壓數(shù)值與電壓降數(shù)值相等。如何在電路上恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)這一要求呢？首先必須了解實(shí)際管電壓與初級空載電壓的關(guān)系和kV補(bǔ)償?shù)木唧w特性。
a.進(jìn)行kV補(bǔ)償?shù)脑?nbsp; 因?yàn)榕c主電路相比較，其他輔助電路消耗的功率甚小，可以忽略。所以電壓降主要指主電路中的電壓降。又因?yàn)椋鼐€管為一阻性負(fù)載，由其產(chǎn)生的壓降基本上是阻性壓降，因此主電路各部分的等效阻抗可用等效電阻代替。圖2-12所示為單相全波橋式整流主電路的等效電路。
圖2-12單相全波整流等效電路
圖2-12中，Ｅ0為電源電壓，Ｉ1為自耦變壓器輸入電流強(qiáng)度，Ｒ1為電源內(nèi)阻，m為自耦變壓器變壓比（m=m2/m1），Ｒ2為串接在主回路中的自耦變壓器繞組m2的等效電阻，Ｉ2為高壓變壓器初級電流強(qiáng)度，Ｒ3為自耦變壓器至高壓初級側(cè)等效電阻，Ｒ4為高壓變壓器次級及整流元件的等效電阻，n為高壓變 壓器變壓比（ｎ＝ｎ2/ｎ1），Ｉx為管電流強(qiáng)度有效值，Ｅx為管電壓有效值。Ｖ1為自耦變壓器的輸入電壓，Ｖ2為自耦變壓器的輸出電壓，Ｖ3為高壓變壓器的輸入電壓，Ｖ4為高壓變壓器的輸出電壓。
由于： Ｅx ＝Ｖ4 －Ｒ4Ｉx
而 Ｖ4＝ｎＶ3
Ｖ3＝Ｖ2－（Ｒ2＋Ｒ3）Ｉ2
Ｖ2＝ｍＶ1
Ｖ1＝Ｅ0－Ｒ1Ｉ1
將（１）～（４）式代入并整理后，得
Ｅx ＝ｎ［m（Ｅ0－Ｒ1Ｉ1）－（Ｒ2＋Ｒ3）Ｉ2］－Ｒ4Ｉx
又 Ｉ2＝ｎＩx
I1 ＝ｍＩ2 ＝ｍｎＩx
代入后得
Ｅx＝nmE0－m2n2R1Ix－n2R2Ix－n2R3Ix－R4Ix
上式第1項(xiàng)為空載時(shí)管電壓，第2項(xiàng)為換算到高壓側(cè)的電源內(nèi)阻電壓降，第3項(xiàng)為換算到高壓側(cè)的自耦變壓器內(nèi)阻壓降，第4項(xiàng)為換算到高壓側(cè)的控制臺至初級側(cè)低壓導(dǎo)線電阻壓降，第5項(xiàng)為高壓側(cè)電阻的壓降。正是由于存在第2至第5項(xiàng)的壓降，使實(shí)際管電壓隨管電流的增大而降低，這就是要進(jìn)行kV補(bǔ)償?shù)脑颉?br />
b.2種形式的kV補(bǔ)償 實(shí)驗(yàn)證明，不同負(fù)載時(shí)，管電壓Ｅx與高壓變壓器初級空載預(yù)示電壓Ｖ1的關(guān)系如圖2-13所示。
圖2-13管電壓Ek與初級空載電壓V1的關(guān)系
由圖2-13可知，管電流為零時(shí)，曲線是過原點(diǎn)的直線（即空載曲線）；管電流越大，曲線越往右移。在比較小的管電流時(shí)，相對空載曲線基本上是平行移動，在較大管電流時(shí)除平移外，曲線的斜率也要變小。在圖2-14中，曲線１為管電壓空載曲線，曲線2為平移補(bǔ)償曲線，曲線３為對應(yīng)一定管電流的負(fù)載曲線。
對于初級空載電壓Ｖ1A對應(yīng)曲線１的Ａ0點(diǎn)、管電壓ＥX0，對應(yīng)曲線３的Ａ2點(diǎn)、管電壓ＥX2?？俴V補(bǔ)償值為（ＥX0－ＥX2），它可以理解為兩部分之和，即曲線１到曲線２所引起的平移補(bǔ)償（ＥX0－ＥX1）；另一部分為曲線２逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一定角度后與曲線３重合而引起的斜率補(bǔ)償（ＥX1－ＥX2），所以總補(bǔ)償就是：
ＥX0－ＥX2＝（ＥX0－ＥX1）＋（ＥX1－ＥX2）
從物理意義上講，平移補(bǔ)償是要補(bǔ)償由于管電流經(jīng)高壓變壓器和整流管所引起的電壓降，這是對某一固定管電流而言的。而斜率補(bǔ)償主要補(bǔ)償管電流波形隨管電壓升高而發(fā)生的畸變，和電源阻抗隨管電壓而變化所引起的電壓降。
(３)管電流電路 管電流調(diào)節(jié)電路是為Ｘ線管提供加熱電流的專用電路， 所以也稱Ｘ線管燈絲加熱電路。它包括Ｘ線管燈絲變壓器初級和次級兩部分電路。
該電路的重要元件有穩(wěn)壓器、空間電荷補(bǔ)償變壓器和Ｘ線管的燈絲變壓器，以及大功率電阻和可調(diào)電位器等。
①磁飽和諧振式穩(wěn)壓器由于Ｘ線管燈絲加熱溫度與管電流的穩(wěn)定有密切關(guān)系，因此要求燈絲初級電路的電壓變化很小，以保持Ｘ線輸出劑量的穩(wěn)定。當(dāng)電源發(fā)生波動或因Ｘ線管負(fù)載時(shí)所引起電壓降，都會使燈絲初級電壓發(fā)生變化，使Ｘ線管燈絲加熱不穩(wěn)定，從而影響Ｘ線管管電流的準(zhǔn)確性。因而在中型以上Ｘ線機(jī)中多設(shè)置了穩(wěn)壓器。這種穩(wěn)壓器具有當(dāng)輸入電壓波動較大的情況下使輸出電壓不變或變化甚小的作用。它多利用磁飽和原理制成(圖2-15)。
圖2-15磁飽和穩(wěn)壓器
磁飽和穩(wěn)壓器的主要部分是一個(gè)飽和變壓器，它的鐵芯和普通變壓器不同，初級線圈側(cè)的鐵芯截面積大，稱為非飽和鐵芯，次級線圈側(cè)的鐵芯截面積小，稱為飽和鐵芯。當(dāng)輸入電壓低于正常值時(shí)，穩(wěn)壓器和普通變壓器一樣按初級線圈的匝數(shù)比的關(guān)系升高或降低電壓。隨著輸入電壓的升高，初級線圈鐵芯上的磁通不斷增加，而次級線圈鐵芯由于截面積小于初級線圈的鐵芯，磁通量不能增加而達(dá)到飽和，多余的磁通只能通過空氣而泄漏，稱為磁漏。由此可見，在次級線圈鐵芯的磁通達(dá)到飽和之后，初級輸入電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，次級線圈鐵芯的磁通變化很小，因此次級線圈的輸出電壓不會再按比例上升，從而起到穩(wěn)壓的作用。但這種簡單的磁飽和穩(wěn)壓器在電源電壓變化時(shí)，磁通量在飽和點(diǎn)上仍有少量變化 ，輸出電壓仍隨輸入電壓的波動而有一定的變化。為了彌補(bǔ)這一不足，通常在非飽和鐵芯上加上補(bǔ)償線圈Ｌ３，在飽和鐵芯上加ＬＣ組成的諧振電路，這就是目前應(yīng)用較多的諧振式磁飽和穩(wěn)壓器。如圖2-16所示。
圖2-16中，Ｌ１為未飽和線圈，Ｌ２為飽和線圈，Ｌ３為補(bǔ)償線圈，它是一個(gè)匝數(shù)不多而可調(diào)的未飽和線圈，和Ｌ１繞在同一非飽和的鐵芯上。但其繞線方向和Ｌ１相反，然后再與Ｌ２反向串聯(lián)，從而使輸出電壓為：
Ｖ出＝ＶＬ２－ＶＬ３
當(dāng)電源電壓變化時(shí)，在未飽和線圈Ｌ１上引起較大的電壓變化，而Ｌ２因是飽和線圈，其電壓變化小，Ｌ３因匝數(shù)較少，其電壓變化也較小。如果調(diào)整Ｌ３的匝數(shù)使Ｌ３的電壓變化量與Ｌ２的電壓變化量相等或相接近，可使穩(wěn)壓性能進(jìn)一步提高。
圖2-16諧振式磁飽和穩(wěn)壓器
Ｌ４是在飽和鐵芯上的線圈，其匝數(shù)可以調(diào)節(jié)，與電容器Ｃ組成諧振電路。當(dāng)電源頻率與ＬＣ的振蕩頻率相等時(shí)，電路產(chǎn)生諧振，諧振電流很大，很快使鐵芯飽和，因而減少取自電源的磁化電流，減少了電能的損耗，提高了穩(wěn)壓器的效率。
②Ｘ線管管電流的調(diào)節(jié)及預(yù)示Ｘ線機(jī)電路中對Ｘ線管管電流的控制，是借助于改變燈絲變壓器初級電壓的方法來實(shí)現(xiàn)的。由于初級電壓的改變，次級電壓也得到改變，從而使Ｘ線管燈絲得到不同的加熱溫度，燈絲電子發(fā)射的數(shù)量得以控制，從而達(dá)到改變管電流大小的目的。
在實(shí)際電路中多采用在初級電路內(nèi)串聯(lián)電阻的方法來控制管電流。當(dāng)阻值增大時(shí)其電壓降增大，加到燈絲變壓器初級上的電壓也降低，次級電壓也降低，燈絲發(fā)射電子數(shù)目減少，管電流也相應(yīng)減少。反之，管電流就增大。
從前述可知，在中、大型Ｘ線機(jī)燈絲加熱電路中雖設(shè)有穩(wěn)壓裝置，但存在空間電荷的影響，管電流仍隨管電壓的增減而增減。故常在燈絲初級電路中設(shè)置空間電荷抵償裝置。
現(xiàn)代中、大型Ｘ線機(jī)空間電荷抵償電路多采用變壓器抵償法，其抵償方法如圖2-17所示。圖2-17中Ｔ8為空間電荷抵償變壓器，Ｒ5為管電流(mA)調(diào)節(jié)半可調(diào)電阻，組成電流選擇器，使之聯(lián)動。抵償變壓器T8初級線圈與高壓變壓器的初級并聯(lián)，即抵償變壓器初級電壓隨管電壓(kV)改變而改變，管電壓(kV)值升高，初級電壓也升高，反之則降低。抵償變壓器次級與燈絲變壓器初級線圈反向串聯(lián)，即抵償變壓器次級感應(yīng)電壓與燈絲變壓器初級電壓極性相反，因而管電壓增加，燈絲加熱電壓隨管電壓(kV)值增加而降低，從而保證管電流不變。這樣，Ｘ線的質(zhì)、量可以分開調(diào)節(jié)而互不影響。
圖2-17空間電荷抵償電路
(４)曝光限時(shí)電路
曝光限時(shí)電路又稱限時(shí)器，是用來控制Ｘ線攝影的曝光時(shí)間，以便準(zhǔn)確地控制Ｘ線的照射量。
應(yīng)用在Ｘ線機(jī)上的限時(shí)器大致分為兩大類：即機(jī)械限時(shí)器和電子限時(shí)器。前者包括鐘表式機(jī)械限時(shí)器和電動式機(jī)械限時(shí)器，它們的轉(zhuǎn)動部分都是采用機(jī)械結(jié)構(gòu)的齒輪轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，僅動力部分不同，鐘表式采用發(fā)條（彈簧）為動力，電動式以一個(gè)小型同步電動機(jī)為動力。它們控制精度都較低，鐘表式的控時(shí)范圍為0.5～10 s，應(yīng)用于小型Ｘ線機(jī)中，而電動式的控時(shí)范圍為0.04～10s，多用于中型Ｘ線機(jī)。
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前中、大型Ｘ線機(jī)均采用電子限時(shí)器，因?yàn)樗ぷ鞣€(wěn)定可靠，控時(shí)精度高。早期以電子管、充氣穩(wěn)壓管或閘流管等作為控制元件，目前則廣泛采用晶體管 、可控硅、集成塊等半導(dǎo)體控制器件。
在控制Ｘ線曝光時(shí)間的方法上，過去一般是將限時(shí)器的控制接點(diǎn)串接在高壓接觸器的線圈電路中，用控制高壓接觸器的工作時(shí)間來達(dá)到控制曝光時(shí)間的目的。這種控制方法與電源投入相位無關(guān)，有時(shí)在高壓接入瞬間會形成很高的過電壓，絕緣薄弱處易擊穿放電。同時(shí)由于接觸器本身固有的釋放延遲，使最短曝光時(shí)間的控制受到限制；而且曝光時(shí)間越短，曝光的重復(fù)精度越差，控時(shí)的相對誤差越大。所以目前大容量的Ｘ線機(jī)已不采用這種控時(shí)方法，而廣泛采用可控硅無觸點(diǎn)開關(guān)同步限時(shí)電路，即在高壓初級電路里接入可控硅無觸點(diǎn)開關(guān)，代替通常的交流接觸器的控制接點(diǎn)，由限時(shí)器輸出控制信號，通過控制可控硅達(dá)到高壓通、斷的目的。這樣就消除了電磁接觸器釋放延遲的影響，能夠準(zhǔn)確而有效地做到零相位接入高壓，避免過電壓產(chǎn)生。對單相電源機(jī)組，其最短控制時(shí)間可達(dá)到0.01 s，在三相高壓整流電路的大型機(jī)組中，控時(shí)精度可達(dá)0.003 s。
(５)Ｘ線管安全保護(hù)電路
①瞬時(shí)負(fù)載保護(hù)電路 Ｘ線機(jī)瞬時(shí)負(fù)載保護(hù)電路就是從電路結(jié)構(gòu)上防止操作者在選擇攝影條件時(shí)偶爾超過Ｘ線管額定負(fù)載時(shí)的一種安全措施。當(dāng)上述情況出現(xiàn)時(shí)應(yīng)保證曝光無法進(jìn)行。單次的Ｘ線攝影是一種瞬時(shí)負(fù)載，所以這種保護(hù)僅屬于一次預(yù)置保護(hù)，它對于額定值內(nèi)連續(xù)重復(fù)曝光而出現(xiàn)的累積性過載，是不能起保護(hù)作用的。
瞬時(shí)負(fù)載保護(hù)電路要以Ｘ線管瞬時(shí)功率曲線為依據(jù)，對每個(gè)焦點(diǎn)，每次攝影所選擇的管電流 、管電壓和曝光時(shí)間所對應(yīng)的座標(biāo)都應(yīng)落在相應(yīng)的瞬時(shí)功率曲線之下才允許曝光。若出現(xiàn)在 曲線之上，則保護(hù)電路要自動阻止曝光發(fā)生。
在三鈕制調(diào)制系統(tǒng)中，管電壓、管電流、時(shí)間3個(gè)曝光參數(shù)自由選擇，所以均采用參數(shù)聯(lián)鎖瞬時(shí)負(fù)載保護(hù)電路。這種電路一般包括信號輸入電路和驅(qū)動電路兩部分。輸入電壓反映了管電壓、管電流、時(shí)間3個(gè)參量的變化，由這3個(gè)量決定的在瞬時(shí)功率曲線座標(biāo)系中正好落在曲線上的那些座標(biāo)點(diǎn)，就決定了輸入信號電壓的臨界值。一旦大于臨界值，就通過驅(qū)動電路阻止曝光發(fā)生，一切可能的曝光都在臨界值之下。
②旋轉(zhuǎn)陽極控制電路 目前中、大型Ｘ線機(jī)均采用旋轉(zhuǎn)陽極Ｘ線管，此種 X線球管具有焦點(diǎn)小、功率大等優(yōu)點(diǎn)。但必須在攝影前很短時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速才能曝光，否則，電子集中在一點(diǎn)，致使焦點(diǎn)面過熱熔化而造成X線球管損壞。對旋轉(zhuǎn)陽極及其控制電路的基本要求有以下幾個(gè)方面：
a.要有快速啟動裝置 一般要在0.8～1.5 s的啟動時(shí)間內(nèi)，將轉(zhuǎn)動慣量很大的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由 靜止達(dá)到額定轉(zhuǎn)速（低速管約為2 800ｒ/ｍｉｎ，高速管約為8 500ｒ/ｍｉｎ）需要有一個(gè)很大的啟動轉(zhuǎn)矩。為此，需要使啟動電流足夠大和啟動電壓足夠高。
b.要有延時(shí)裝置延時(shí)裝置 就是為保證0.8～1.5 s的啟動時(shí)間，以便在陽極達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后開始曝光。
c.要有降壓裝置 陽極一旦達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后在曝光期間應(yīng)該將啟動狀態(tài)的高壓切換為工作狀態(tài)的低壓，以適應(yīng)陽極的啟動轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩小的特點(diǎn)。
由于曝光時(shí)間很短，有的機(jī) 器也采用啟動和工作狀態(tài)處于同一電壓值的辦法。
旋轉(zhuǎn)陽極的轉(zhuǎn)動原理是基于單相異步電動機(jī)原理。在Ｘ線管陽極端裝有與陽極靶同軸的鼠籠式轉(zhuǎn)子，在緊靠陽極端的玻璃外壁裝置一個(gè)由鐵芯和繞組組成的定子，以構(gòu)成單相異步電動機(jī)。定子繞組分啟動繞組和工作繞組，如圖2-18所示。
圖2-18旋轉(zhuǎn)陽極啟動及工作電路
為了使電機(jī)能夠自行啟動，兩個(gè)繞組在圓形定子鐵芯上相差90°的空間角度，這樣當(dāng)把在時(shí)間上相差90°的二相交流電引入定子后，便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使陽極轉(zhuǎn)動。由于啟動繞組和工作繞組一般由同一單相電源供電，為了產(chǎn)生二相電流，可在啟動繞組中串接電容器Ｃ進(jìn)行移相。如果電容量合適，可使啟動繞組中電流超前工作繞組中電流約90°，從而在定子空間形成旋轉(zhuǎn)磁場。
5.機(jī)械裝置及輔助設(shè)施
醫(yī)用診斷Ｘ線機(jī)除了主機(jī)之外，尚配置有各種輔助裝置，如X線管支持裝置、遮線器、濾線器、點(diǎn)片裝置、斷層攝影裝置、信號記錄等，它們的主要作用是與主機(jī)配合協(xié)調(diào)工作，充分發(fā)揮主機(jī)的各項(xiàng)性能，達(dá)到良好的成像和診斷效果。隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，現(xiàn)代診斷用Ｘ線機(jī)的結(jié)構(gòu)日趨完善和復(fù)雜，除主機(jī)系統(tǒng)外，其外圍設(shè)施和輔助裝置的發(fā)展也日新月異。目前國內(nèi)外各Ｘ線機(jī)生產(chǎn)廠在主機(jī)系統(tǒng)變化不大而配套能力很強(qiáng)的情況下，都在竭力提高包括各種診斷床、影像轉(zhuǎn)換、顯示、記錄、儲存、復(fù)制、數(shù)字處理等輔助裝置的性能。這些外圍設(shè)施的造價(jià)和規(guī)模往往大大超過主機(jī)。
二、Ｘ線電視裝置
1.Ｘ線電視的作用及其醫(yī)學(xué)特點(diǎn)
２０世紀(jì)５０年代后發(fā)展起來的Ｘ線電視是工業(yè)電視技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中最早的、同時(shí)也是比較成功的應(yīng)用。它的基本工作原理是利用影像增強(qiáng)器將不可見的Ｘ線轉(zhuǎn)換為亮度很高的可見光影像，再通過攝像機(jī)轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大處理后用電纜輸送到顯示器，顯示出人體各部位的組織結(jié)構(gòu)。這種由Ｘ線影像增強(qiáng)器、攝像機(jī)、顯示器以及完成視頻信號處理和整機(jī)協(xié)調(diào)工作的控制器組成的系統(tǒng)稱為Ｘ線電視（Ｘ-ＴＶ）。與普通Ｘ線機(jī)相比，Ｘ線電視的增設(shè)具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：
(１)透視劑量低 由于采用了影像增強(qiáng)器，使透視劑量大為降低。這樣不僅減輕了對受檢者和放射醫(yī)生的輻射危害，而且降低了Ｘ線管的工作負(fù)荷，有利于延長機(jī)器壽命。
(２)改善醫(yī)生工作環(huán)境 普通Ｘ線機(jī)透視時(shí)必須在暗室里進(jìn)行操作和診斷，而Ｘ線電視可以將診斷醫(yī)生從暗室中“解放”出來，使其在寬敞明亮的環(huán)境里進(jìn)行遙控操作和診斷。并且可以配備透視亮度自動控制器（ＩＢＳ），減化操作的復(fù)雜性，無論檢查部位、厚度的隨機(jī)變化，均可由ＩＢＳ來自動保持顯示屏影像亮度恒定。
(３)為教學(xué)和科研打好基礎(chǔ) Ｘ線電視使用方便靈活，可配置多路顯示器、錄像機(jī)及其他高科技的影像處理及記錄系統(tǒng)，以方便會診、教學(xué)和資料的記錄與傳輸。
由于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域不同于其他領(lǐng)域，所以Ｘ線電視有其獨(dú)特的醫(yī)學(xué)臨床特點(diǎn)：①工業(yè)電視中對局部陰影或亮度不均的要求不嚴(yán)，而醫(yī)學(xué)中恰好是嚴(yán)重病灶的重要表現(xiàn)；②Ｘ線的散射線，降低了對比度，嚴(yán)重破壞影像，影響診斷，而工業(yè)電視則不會遇到；③Ｘ線電視系統(tǒng)中的前級元件（攝像管、預(yù)放電路）在輻射場中會變成噪聲源，而工業(yè)電視中卻不會存在；④為提高信噪比，工業(yè)電視采用提高照度作為有效措施，而Ｘ線電視中Ｘ線照度嚴(yán)格控制，屬微光電視范疇；⑤醫(yī)用電視要求一次調(diào)整長期使用，且操作簡單，因其使用者是醫(yī)生而不是電視專業(yè)人員；⑥要求低惰性，即不能出現(xiàn)長余輝，因?yàn)橐M(jìn)行動態(tài)觀察。
2.Ｘ線電視的結(jié)構(gòu)
圖2-19X線電視系統(tǒng)示意圖
(１)基本原理 圖2-19是Ｘ線電視工作原理示意圖。
通過人體的Ｘ線在影像增強(qiáng)器上顯示影像，經(jīng)光學(xué)鏡頭變?yōu)槠叫泄庠赐渡涞綌z像管靶面上，把光信號變?yōu)殡娨曅盘枺谕叫盘栕饔孟聜魉偷斤@示器上顯示。
(２)部件
①影像增強(qiáng)器 這是Ｘ線電視的關(guān)鍵器件，其主要作用有二：將不可見的Ｘ線信息轉(zhuǎn)換成為可見光影像；將影像亮度提高近萬倍，以便攝像機(jī)進(jìn)行電視攝像。
②攝像機(jī) 真空管攝像機(jī)由攝像管、光學(xué)鏡頭、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、掃描電路、補(bǔ)償電路、校直電路、前置放大器等組成。它的主要任務(wù)是把增強(qiáng)器輸出的可見光信號轉(zhuǎn)換成為電視信號。首先，光學(xué)鏡頭將來自影像增強(qiáng)器的可見光變?yōu)槠叫泄庠矗渡涞綌z像管的靶面上；攝像管則完成光-電信號轉(zhuǎn)換。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是在掃描電路產(chǎn)生的鋸齒波作用下使電子束進(jìn)行掃描，把電視信號由攝像管提取出來。前置放大器的作用是把微弱的電視信號預(yù)先放大，以保證傳送到控制器進(jìn)行信號處理的影像的品質(zhì)。校直電路和聚焦電路是為了使電子垂直上靶，使影像清晰。補(bǔ)償電路的作用是使影像亮度均勻。固體攝像器件的主要類型有：電荷耦合型（ＣＣＤ）、電荷注入型（ＣＩＤ）、金屬-氧化物-半導(dǎo)體型（ＭＯＳ）、電荷引動型（ＣＰＤ）和疊層型（ＰＬＤＳＳ）。其中以ＣＣＤ型應(yīng)用最為普遍。２０世紀(jì)６０年代末期，美國Bell實(shí)驗(yàn)室波易爾等人發(fā)現(xiàn)了電荷通過半導(dǎo)體“勢阱”可發(fā)生轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，提出了電荷耦合這一新概念和一維ＣＣＤ器件模型，并且預(yù)言了ＣＣＤ在信號處理、信號存儲以及影像傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。１９７４年，美國ＲＣＡ公司的５１２×３２０像素ＣＣＤ攝像機(jī)首先問世。隨著大規(guī)模集成電路工藝的迅速發(fā)展，ＣＣＤ攝像機(jī)器件發(fā)展很快。 到１９８６年，ＣＣＤ單板彩色攝像機(jī)已開始替代真空管彩色攝像機(jī)；１９８９年，ＣＣＤ 攝像器件在黑白攝像機(jī)中占據(jù)了優(yōu)勢地位。近幾年來，越來越多的ＣＣＤ三板彩色攝像機(jī)已 經(jīng)開始在性能要求較高的專業(yè)級和廣播級領(lǐng)域中獲得應(yīng)用。比起真空管，ＣＣＤ攝像機(jī)具有 明顯優(yōu)勢：光電靈敏度高，動態(tài)范圍大，空間分辨率高，幾何失真小，均勻性好，體積小，重量輕，電壓及功耗低，抗沖振，可靠性高，壽命長。
③控制器 控制器的作用主要是對視頻信號加以處理，使其變?yōu)槿娨曅盘?，完成攝像機(jī)和顯示器的同步工作。同時(shí)，它還產(chǎn)生整機(jī)所需要的各種電源和各種控制信號。由同步機(jī)、圓消隱電路、黑斑補(bǔ)償電路、Ｘ線劑量控制電路等組成。
④顯示器 顯示器由同步分離、視頻電路、掃描電路、電源電路等組成 。它的任務(wù)是將攝取的電視信號還原為影像。醫(yī)用Ｘ線電視系統(tǒng)的影像增強(qiáng)器的視角決定了顯示器重現(xiàn)影像的視角范圍。如使用９英寸增強(qiáng)器，在顯示器上的影像視角范圍只占屏幕中心直徑為９英寸的一個(gè)圓面內(nèi)。為了習(xí)慣于臨床觀察，通常利用消隱脈沖信號將圓以外的光柵消隱掉。
3.影像增強(qiáng)器
利用普通熒光屏進(jìn)行Ｘ線透視，顯示的Ｘ線影像分辨率低，對比度差，亮度不足。盡 管操作人員的眼睛預(yù)先進(jìn)行一定時(shí)間的暗適應(yīng)，或更換高靈敏度的熒光屏，但仍不能滿足觀察細(xì)微病變的要求，并且醫(yī)生與被檢者一樣都直接處于X線的輻射場中，這種不理想的狀況，是在20世紀(jì)５０年代出現(xiàn)影像增強(qiáng)器，特別是與電視技術(shù)配合使用后，才獲得了大幅度的改善。它使Ｘ線影像顯示技術(shù)發(fā)生了一次根本性的變化，有著重要的意義。
20世紀(jì)６０年代，電子工業(yè)發(fā)達(dá)的國家已基本普及了Ｘ線電視，并裝配在小型Ｘ線機(jī)上，在病房、手術(shù)室實(shí)現(xiàn)了Ｘ線電視檢查。20世紀(jì)７０年代又研制出遙控診斷床，借助于電視觀察，使放射工作者免受Ｘ線的直接照射。影像增強(qiáng)器和電視系統(tǒng)的出現(xiàn)使Ｘ線成像裝置基本趨向完善。
圖2-20影象增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)
目前大多數(shù)醫(yī)院使用的影像增強(qiáng)器是實(shí)現(xiàn)明室透視、降低X線劑量和隔室操作的第一代影像轉(zhuǎn)換器械。
(１)影像增強(qiáng)器的結(jié)構(gòu)和工作原理
圖2-20是影像增強(qiáng)器的結(jié)構(gòu)剖面圖。從外形看影像增強(qiáng)器是一個(gè)大型玻璃管，表面涂有黑 色敷物作為光封閉層，管內(nèi)保持高度真空。
管內(nèi)前端有一個(gè)面積較大的輸入屏，在輸入屏面上涂敷著一層熒光粉。熒光粉層愈厚則亮度愈強(qiáng)，但這會由于光的散射和反射作用使分辨率降低；熒光粉層愈薄則分辨率愈高，但亮度卻降低了。為了解決這一矛盾，近年來新型影像增強(qiáng)器采用了原子序數(shù)比較高的碘化銫熒光粉輸入屏。比起早期采用的硫化鋅鎘熒光粉，碘化銫熒光粉具有Ｘ線吸收率很高、熒光效率高、影像分辨率高以及與光電陰極光譜匹配好的優(yōu)點(diǎn)。與普通透視熒光屏一樣，該屏吸收帶有影像信息的Ｘ線光子，而產(chǎn)生可見的熒光影像。
緊貼著輸入屏的是光電陰極（兩者之間有很薄的透明層）��銻－銫型光電陰極，當(dāng)輸入屏 熒光影像的光子照射到光電陰極面時(shí)，另一面就發(fā)出光電子從而形成電子影像，完成光-電 變換過程。
在管壁附近有聚焦電極組成的靜電透鏡（通常加０.６kV電壓），靜電透鏡又稱為電子透 鏡，起著聚焦作用。電子從光電陰極發(fā)射出來，在陽極電場作用下加速奔向輸出屏。由于電子束本身有散焦作用，破壞了電子影像。因此在陰極和陽極之間加裝聚焦電極，它起著對電子束的聚焦作用，使之不失真地射到輸出屏上。
尾端有面積較小的輸出屏，輸出屏的前方是錐筒形的加速電極（即陽極，通常約加２５kV 電壓），涂有硫化鋅鎘的輸出屏可以把電子影像轉(zhuǎn)換為熒光影像（電致發(fā)光），顏色為黃綠色，與人眼敏感的光譜相適應(yīng)。為了提高輸出屏的分辨率，熒光物質(zhì)顆粒很細(xì)，涂敷密度大，涂層薄（約０.０５ｍｍ）。熒光粉層前面噴鍍一層極薄的鋁膜，使之與陽極連接。這層鋁膜能接收電子影像激發(fā)熒光物質(zhì)時(shí)所產(chǎn)生的二次電子，同時(shí)防止熒光屏因電子猛烈沖擊而產(chǎn)生灼傷的現(xiàn)象，還能防止輸出屏的熒光向光電陰極反饋的有害作用。
(２)工作過程簡述
Ｘ線帶有的信息在影像增強(qiáng)器的輸入屏上形成熒光影像（可見光影像），緊貼輸入屏內(nèi)側(cè)的光電陰極各點(diǎn)按熒光的強(qiáng)弱程度產(chǎn)生數(shù)量對應(yīng)不同的光電子（光電效應(yīng)），形成電子影像。光電子束被陽極正電位吸引，高速飛向陽極，在聚焦電極作用下于輸出屏前方形成縮小了的電子影像（倒像），其電子束射到輸出熒光屏上，在電致發(fā)光作用下，形成了熒光影像，但其亮度卻比輸入屏熒光影像增加了約１ ０００～１０ ０００倍。
(３)影像增強(qiáng)器的技術(shù)參數(shù)
影像增強(qiáng)器是Ｘ線電視系統(tǒng)中最關(guān)鍵的器件 ，其技術(shù)性能優(yōu)劣對整機(jī)的工作和影像質(zhì)量影響很大。影像增強(qiáng)器的主要技術(shù)參數(shù)有：視野 、輸出影像直徑、影像分辨率、影像對比度、Ｘ線吸收率、轉(zhuǎn)換系數(shù)等，還有真空度、信噪 比、灰度等級等技術(shù)參數(shù)。
①視野 視野是在指定的電極電壓下，用與影像增強(qiáng)器軸線平行的Ｘ線照射時(shí)，在輸出屏上顯示的最大輸入影像尺寸。一般有５英寸（１英寸＝２.５４cm）、６英寸、７英寸、９英寸和１２英寸等固定視野增強(qiáng)器，和１１英寸/７英寸、９英寸/５ 英寸以及４英寸/６英寸/１４英寸等各種可變視野增強(qiáng)器。上述均是標(biāo)稱視野。由于球管發(fā) 出的是點(diǎn)射線，且被檢體既不可能離球管無限遠(yuǎn)，也不可能緊貼在影像增強(qiáng)器輸入屏，因而有效視野總比標(biāo)稱視野小一些。例如，９英寸影像增強(qiáng)器的有效輸入視野約為８英寸，６英寸影像增強(qiáng)器的有效視野約為５英寸。
②輸出影像直徑 表示在指定的電極電壓下，有效輸入視野在輸出屏上映出的影像直徑，一般為15mm、20mm、30mm。
③影像分辨率 在Ｘ線管電壓４５kV、管電流０.１ｍＡ的條件照射下，將影像增強(qiáng)器輸入屏置于離球管中心１m處，在輸入屏前安放由不透過Ｘ線的重金屬線，并按不同間隙構(gòu)成的分辨率測試卡，觀測輸出影像在１ｃｍ寬度內(nèi)能看清的黑白線 對數(shù)。這樣測定的線對數(shù)稱之為影像的分辨率。目前影像增強(qiáng)器的分辨率可達(dá)到２５～５０ 線對/ｃｍ以上。
④影像對比度 在影像增強(qiáng)器入射面中心部位放置相當(dāng)于入射面有效面積１０％的２ｍｍ厚的圓形Ｘ線屏蔽鉛板上，從輸出屏上觀察沒有鉛板屏蔽部分的最大亮度與鉛板屏蔽部分亮度之比，稱為影像的對比度。顯然，影像對比度愈大愈好，一般為６∶１、１２∶１、１５∶１或更高。
⑤Ｘ線吸收率 表示輸入屏熒光粉層對射入的Ｘ線的吸收能力。影像質(zhì)量取決于輸入屏的分辨能力和量子噪聲，也取決于輸入屏所吸收光量子的多少。熒光粉層愈厚，Ｘ線吸收力愈強(qiáng)，但分辨能力下降。為了解決這一矛盾，輸入屏已逐漸采用原子序數(shù)很高的碘化銫熒光粉。它的吸收能力強(qiáng)，這樣可將熒光粉層做得薄一些，達(dá)到既提高Ｘ線吸收率又不降低分辨率的目的。
⑥轉(zhuǎn)換系數(shù) 輸出屏的亮度與輸入屏位置處測得的Ｘ線劑量之比率，定義為影像轉(zhuǎn)換系數(shù)，轉(zhuǎn)換系數(shù)愈大，同樣亮度的影像所需的Ｘ線劑量愈小，系數(shù)一般在１００～ ２５０之間。盡管只要把影像增強(qiáng)器裝在正對Ｘ線管的位置上，透過人體的Ｘ線經(jīng)過增強(qiáng)器輸出屏、光學(xué)系統(tǒng)，將影像耦合到普通閉路電視的攝像機(jī)上，就能在電視顯示器的屏幕上觀察到明亮清晰的Ｘ線影像，但隨著新型高靈敏度Ｘ線攝像管的研制和發(fā)展，以及Ｘ線探測器和新型X線熒光材料的開發(fā)應(yīng)用，影像增強(qiáng)器也有可能被取代，從而使Ｘ線電視向小型輕量化、高性能和低造價(jià)的方向發(fā)展。