X射线机----常规X射线成像装置

        X射线机是利用X射线作为能源的一种非可见光成像装置。由于X射线穿过人体时，体内组织、脏器、骨骼等对X射线的吸收有很大的差异，因而利用X射线穿过人体成像时，特别适宜作力体内形态陛病变的诊断。

        （一）常规X射线成像装置的组成 常规X射线成像装置主要由主机和外围设备两大部分组成。主机是指主电路及其元 部件所构成的系统，包括x射线球管装置、高压发生装置、控制装置、电源等设备。外围设备则指除主机以外的各种辅助和直接为临床诊断服务的设备，包括影像装置、机械装置及其 他辅助装置。如图5 2所示，x射线成像装置通过控制x射线的产生、x射线过滤，实现x射线摄影。

        1. X射线球管装置X射线球管是一个能量转换器，电子流在管内从阴极流向阳极时，电子损失能量，转换为X辐射能和热能。X射线球管按用途分为诊断用X射线球管和 治疗用X射线球管；按焦点结构分为单焦点X射线球管和双焦点X射线球管；按阳极性质分为周定阳极X射线球管和旋转阳极X射线球管。X射线球管的组成如图5—3所示。

        (l)阳极：阳极是承受高速电子冲击产生X射线的部件，主要功能是将电子能量转变为 X射线辐劓，并将转换过程中的热量散掉。阳极结构包括阳极靶和靶面的支撑、散热装置。 在总的电子能量中，转换成X辐射的部分（效率），由阳极靶材料的原子序数(Z)和电子 本身能量决定。钨(Z=74)、铼(Re)钨合金是常用的材料。某些特殊应用场合，例如乳房X射线照相术中的软X射线管使用铝靶。钼的原子序数居中（Z=42），但它产生的标识X射线光子所具有的能量很适合软组织摄影。 常用的阳极有固定阳极和旋转阳极。周定阳极X射线管一般用于治疗醍备或少数特 殊用途的小功率X射线机。在诊断设备中，南于要求焦点小、功率大、曝光时间短，固定阳极散热能力适应不了，旋转阳极X射线管可以更好地解决提高功率和缩小焦点之间的矛 盾。旋转阳极的靶面做成倾斜的圃斑形．阳极组件安装在轴承上，实际上构成丁一个电动机的转子。X射线管被一组构成电动机定于的线圈包围着，当线圈由电源供电时，转子驱使阳极高速旋转(如8500r/min、17 000r/min)，使得电子束在不同时问冲击在焦点轨迹上不同的地方，电子轰击所产生的热量被均匀地分布存转动的圆环面积上，从而较大地提高了球管功率，高速旋转一般能使管子的功率容量增加60%。同时阳极倾角较小，有效焦点减小，大大提高了影像清晰度。

        (2)阴极：阴极的主要作用是发射电子．并将其会聚成电子束聚焦在阳极上。阴极主要 由灯丝（小线圈）和聚焦装置组成，如图5 4所示。灯丝一般f0_ os-o．bmm直径的钨丝制作，利用流过它的电流加热，当灯丝从电路中获取足够能量而致热时，电子就能逸出导体而 进入自由空间。这种电子发射称为热电子发射。聚焦装置与灯丝处于同电位，可使电子更 好地聚焦于阳极，焦点大小与灯丝尺寸及灯丝在聚焦装置中的位置有关。 (3)焦点：并不是整个阳极都参与x射线的产生，X辐射产生于阳极表面上电子实际轰击的面积，称之为焦点，如图5—5所示。焦点的大小由阴极电子束的线度决定。大多数x射线管的焦点均为矩形，其线度一般为0. l-2mm。焦点小的管子可以产生比较清晰的图像，焦点大的X射线管散热能力较强。X射线管都有大、小两个焦点，供操作者根据成像要求而 任意选用。

        (4)管壳：阳极和阴极结构均密封在管壳内，管壳多采用耐高温、绝缘强度高、膨胀系数小的铝组硬质玻璃制成。在一些特殊场合，亦有用金属和陶瓷做管壳的。管壳的主要作用是固定阳极和阴极部件，以及使它们相互绝缘，同时保持管内的高度真空。真空度应保持在6-10mmHg以下，以保证灯丝的正常加热和电子飞向阳极的速度。

        (5)管套：x射线管管套是放置X射线管的一种特殊容器，现代管套均为防电击、防散 射、油浸式。 2高压发生装置高压发生装置用来提供X射线管工作所需要的管电压( 50 -150kV)和灯丝加热电压（几伏～十几伏）。灯丝电压通过降压变压器获得，而管电压（阳极 为正，阴极为负）必须是高压，以保证阴极发出的电子有足够大的加速力奔向和轰击阳极产生X射线。管电压通常采用升压变压器升压后整流获得，整流后的电压稳定性对X射线的 质与量有极大影响。 传统X射线机采用工频电(50Hz)供电，也称工频／低频X射线机。大功率X射线机的高压电路通常采用双三相全波整流电路（其输出电压脉动率小于5%-6%>，可大大提高X射线管的功率以及所发射X射线质量。高压发生装置采用钢板制成长方形或圆形箱体，内 有高压变压器、灯丝变压器、高压整流器和高压交换闸等。箱体内充满变压器油，用作绝缘 和散热，箱体接地防高压电击。高压发生装置与X射线管之间用高压电缆连接。 20世纪80年代后期，逆变技术应用，出现了中高频X射线机。在中高频高压发生器巾，通常将工频电压经整流变成波纹系数小的直流电压，再通过逆变器产生数千赫兹以上的中高频电压，再经升压、整流、滤波后输出给X射线管。中高频高压电源减少电源的波纹系数，提高了X射线输出质量和成像质量，减小辐射剂量，缩短曝光时间以及缩小高压变压 器，从而缩小高压发生装置的体积和重量。 巾高频高压电源技术、旋转阳极X射线管、影像增强器和X-CT的发明均是X射线诊 断设备的重大进展。

        3.控制装置X射线机控制装置，包括控制台和控制电路。X射线机电路结构尽管不同，控制装置都必须满足X射线管产生X射线的下列基本要求。

        (l)可调管电流：能给X射线管灯丝提供一个在规定范围内可以调节的加热电压，以改 变X射线管灯丝的加热温度，达到控制X射线量的目的。

        (2)可调管电压：能给X射线管提供一个很高且可以调节的管电压，使X射线管灯丝 发射的电子以高速撞击阳极而产生X射线，达到控制X射线质的目的。

        (3)可调曝光时间：使供给X射线管的高压在选定的时间内接通和切断，以准确控制X射线的发生时间。 X射线管所产生的X辐射的量和质，可以通过调节加在X射线管上的电压( kV)、电流(mA)和曝光时问（秒）来控制。在X射线诊断中，常用X射线管的管电流与曝光时间（产生X射线的时间）的乘积来表示X射线的量(mA﹒s)。x射线的质，通常用“硬度”来描述，也即x射线的穿透能力，硬度越大，表示穿透能力越强，它与管电压的关系如表5 -2所示。

        控制装置初以实现X射线管在透视和摄影过程中的管电压、管电流和曝光时间三个 基本参量的控制为主要任务，一般称之为三钮制控制阶段。二钮制控制主机系统，即在X射线摄影前只预选kV值和代表X射线总辐射量的mAs值。1970年以后出现单钮制控制主机系统，在摄影搡作过程中，只需选定kV值，即可在X射线管允许的大容量范围内，通 过X射线管负载自动降落系统，在极短的时间内和充分发挥X射线管效率的前提下进行曝光，使X射线摄影时曝光参量的调节和操作程序大为简化。单钮制控制主机系统出现不 久，由于计算机技术在x射线机领域的应用以及广泛采用大面积电离室自动曝光和胶片密度自动控制.x射线电视亮度自动稳定系统等装置，叉出现了零钮制控制主机系统和逻辑程 序操作电路，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，被摄影部位的曝光参数即自动选定，操作程序进一步简化。但由于某些摄影条件搭配的灵活性的需要，三钮制仍被普遍使用。

        4.影像装置 根据X射线机用途不同，摄影用X射线机和透视用X射线机的成像装 置不同。

        (1)摄影用X射线机：x射线摄影时．X射线透过人体的拍摄部位，投射到X射线胶片上，使之感光形成潜影，然后通过显影、定影等化学处理，把潜影变成可见光影像，即X射线照片，供医生读片、诊断。 X胶片通常由感光药膜、保护膜、底膜和片基等几部分组成。感光药膜是形成影像的主要材料，其主要成分是卤化银和明胶。为了保证X射线照片的质量，除X射线腔片质量外，X射线照射条件（管电压、管电流、曝光时间、焦点一胶片距离等）阻及显像加工处理等均很 重要。 实际X射线摄影中，为增大胶片感光，缩短曝光时间，提高影像的清晰度，常在暗盒中 将胶片夹在两级增感屏之间进行曝光，如图5-6所示。

 

        增感屏是增强X射线胶片感光效应的装置，其结构分为四层：荧光体层、保护层、反射层和支持体层。 由于胶片的感光度高，X射线剂量较X射线透视少得多，且因胶片感光颗粒小，使得X射线摄影比透视能显示更细微的病变，胶片也可较长期保存。

        (2)透视用X射线机：荧光屏是X射线透视中用以观察X射线影像的专门装置，它是一种将X射线激活某些物质（例如硫化锌镉一类荧光物质）而产生荧光（可见光）影像的转换装置。由于转换效率较低（1/10左右），可见光的图像比较暗淡，通常只能在暗室中进行观察。同时患者及操作人员不可避免地耍受到剂量较大的X射线辐射，因此在荧光屏与检查者之间通常需要放一块铅玻璃，用来防护X射线的照射。 为了提高X射线透视的影像亮度，20世纪50年代研制了X射线影像增强器，其亮度比荧光屏增强了1000倍，也可在很大程度上减少X射线的照射剂量，使操作者在没有X射线辐射的房间内进行观察。

        1)X射线影像增强器：影像增强器(image intensifier，II)是一种能把x射线转变为光信号并将其增强的器件。II是一种电真空器件，如同5—7所示，内有输入荧光屏、光电阴极、 聚焦电极、阳极和输出荧光屏等。输人荧光屏将穿过受检体的x射线光子转变为可见光光 子，光子撞击光电阴极发射出光电子，在影像增强器两端高压的作用下加速和聚焦，管压越高，加速后的电子能量越大，并肚此能量到达输出荧光屏。输出荧光屏和输入荧光屏相比， 面积缩小10倍左右。光电子在输出荧光屏上形成一个亮度增大、尺寸缩小的倒置图像，可以直接用眼睛观察，也可以通过电视摄像机或者普通照相机来观察。
        2)电视系统：x射线影像增强器输出荧光屏上光学图像经光学透镜系统后送至电视／摄影两用系统，图5- 8给出了采月X射线影像增强器的X射线电视系统示意图。陵系统中装有 半透明的折射棱镜，使影像增强器的输出图像分路，一路送至电视系统，一路送至照相机。两路的光通量可调整，在检查时，先将90%的光送至电视系统而在照相记录时，则将90%的光送 至照相机。由于采用了X射线影像增强器，患者接受的X射线剂量可大幅度减少。 

        电视系统主要的作用是将图像从一个地方传输至另一个地方。在传输过程中，图像的某些特性，诸如图像大小、亮度和对比度都会有所变化。其圈像质量在传输过程中会受到 损失，特别是在模糊的形成以及损失细节可见度等方面。电视系统也会引入噪声，特别是在视频信号很弱时会显示出现。

        3)X射线影像增强器一一电视系统优点：①亮度高，使X射线透视摆脱r暗室操作； ②x射线剂世低，仅为一般荧光屏透视剂量的i/IO左右；③提高了影像清晰度，由于剂量 低，可使用更小焦点的X射线管；④可供多人同时观察，扩大会诊和教学效果；⑤便于传递、 录像和图像的信息处理；@便于实现遥控、遥测，使观察者完全避免了x射线辐射；⑦便于进行动态记录和观察，如脏器活动和体内异物的观察，并可在直接透视条件下，指导作骨折 复位等手术。

        5.机械装置及辅助装置

        (1)机械装置
        1)摄影床和胸片架：在普通X射线摄影时，摄影床用于安甓患者，摆放体位。摄髟床主 要南床架、床面构成，床面可沿床纵轴／横轴方向移动，靠手柄和电磁闽同定。床边有手动控 制开关，床下有脚踏开关，可控制床面的电动升降及床面水平各方向的锁止。摄影床上一般 配有话动滤线器和简易体层摄影装置等，以用于滤线器摄影和简易体层摄影。胸片架是拍摄胸部x射线片的专用装置，胸部摄影时患者通常是站立位，所以叉称立位摄影，胸片架也称为立位摄影台。其结构比较简单，多配有长焦距（120cm以上）、高栅比（10-12之间）的固定或活动滤线器。胸片架的高度可以根据需要调整，其锁止可以手动电可电动。 2)诊视床和点片架：诊视床是胃肠X射线机必配的辅助设备之一，主要用于透视和点片摄影。一般诊视床南床体、点片架（供点片摄影用，也称为点片摄影装置、点片装置。因常 用于消化道检查，故又称为胃肠摄影装置、消化道摄影装置）、点片架平衡装置、动力系统等几部分组成。床体由床座、床身和床面组成。点片架是用于透视和点片摄影的。动力系统 一般有两套：一套是床身回转动力系统，多用单相或三相电动机，经变速南蜗轮、蜗杆或齿轮组传动；另一套是床面移动动力系统，多用单相电动机，经变速由链条传动。 点片摄影是供医生在透视检查过程中，对被检部位盛病变进行点片摄影，以适时记录有 诊断价值的影像。点片架安装在诊视床上，并与透视媒介的支架等合理搭配，形成一个既能 透视又能点片摄影的X射线机。观察媒介的位置与床下的X射线管保持准直对应并连动， 可一起做上下和左右方向的二维扫描。装置本身还能单独做压迫向动作，做透视或摄影时尽量靠近患者，减少影像的放大和模糊。压迫向动作是通过设在床边的专用支架的滑动来 完成的。点片架还要求送片系统和透视互不影响，点片摄影时，迅速把胶片进人曝光区，即 送到透视观察媒介的正前方，胶片中心对应观察媒介的中心，然后曝光，把透视观察到的病 灶抓拍下来。从点片摄影的角度来说，透视对点片摄影起定位和病灶观察的作用。从透视的角度来说，点片摄影是透视的记录手段，因此，点片架就是透视和点片摄影两种功能的结 合体。如图5-9所示。

        3)X射线管头支持装置：X射线管头支持装置用于把X射线管头锁定在摄影所需的位置和角度上，使X射线管在一定的距离和角度上进行摄影。在X射线摄影中•根据不同的被检部位，要求X射线中心线以不同的入射方向和规定的焦片距进行摄影。为了尽量避免 移动患者，要求X射线管头能做上下、左右和前后三维移动，并能绕X射线管长轴和短轴辖 动，即要求X射线管能有较大的移动范围和灵活的转动功能。这些功能都由X射线管头支 持袈置来完成，其结构形式有立柱式、悬吊式和C形臂式等。

        (2)辅助装置
        1)遮线器；叉称为缩光器，安装在X射线管管套的窗口部位，用来控制X射线照射野 的大小，遮去不必要的X射线。 较简易的遮光器是一个金属框内装有两对活页铅板的装置，活页铅板的张合程度可以手动调节，亦可电动调节。较复杂的遮光器具有多层活页铅板，内部设有光源和反射镜，模 拟X射线管焦点的位置，用作照射野和中心线的指示，如图5 10所示。遮线筒又称集光筒，其作用与遮光器作用相同，但照射视野不司调节。

 

        2)滤线器：自X射线管发出的原发X射线透过人体时，因撞击人体组织而产生向四周散射的波长较长的软射线，称为散射线或二次射线。这些散射线作用于胶片上，使胶片背景灰雾．影像模糊，胶片影像质量下降。X射线投照部位的照射野越大、组织的厚度越厚、密度 越高，则管电压越高，摄影巾产生散射线也越多，对胶片质量的影响就越大。滤线器就是为 消除此影响设计的一种摄影辅助装置，它能吸收散射线，从而提高胶片影像的质量。 滤线栅也称滤线板，是滤线器的主要组件，多为聚焦式。如图5-11所示。

 

        滤线栅外观为 一厚4-8mm的平板，内部有极薄的铅条和纸条、木条或铝片交替向焦排列，上下再用薄铝板封装而成。滤线栅中心两侧的铅条向中心倾斜一定的角度，将所有铅条沿倾斜方向延长，会聚 成一条线，该线与滤线栅平面中心垂直线的交点，称为滤线栅的焦点。聚焦的一面为正面，或称为聚焦面，另一面称为背焦面。滤线器可分为固定滤线器和活动滤线器两大类。 
        3)自动洗片机：X射线用于医学诊断之初，X射线照片的显影加工处理一直是手工操作， 既费时效率又低。从1948年台吊挂式自动洗片机出现以来，经过1957年美国柯达公司6分钟自动洗片机、1963年工业X射线胶片11分钟自动洗片机，到1965年柯达90秒X-OM删 洗片机及1988年日本柯尼卡公司45秒洗片机的研制成功，X射线胶片的洗片机技术达到了日臻完善的程度，加之可见光系统（暗盒全自动装卸）的建立，X射线照片冲洗全自动化已实现。 1979年我国台自动洗片机问世。进入20世纪80年代后，国产X射线片、高温快显套药相继研制成功，自动洗斤机也日趋完善定型。

（二）常规X射线诊断装置的性能指标
        1．X射线管管电压峰值(kVP)；

        2．X射线的照射时间(s)；

        3．X射线管的管电流(mA)；

        4．X射线机的输出剂量；

        5．半值层( half-Value la[x]yer，HVI，)；

        6．X射线管的焦点大小(mm×mm)；

        7．摄影和透视的准直及线束对准；

        8．高对比分辨力；
        9．低对比分辨力；
        10．自动亮度控制功能；
        11．虽大入射照射量率；
        12．感光计时器；

        13．滤线栅对准；

        14．片屏接触；
        15．感光胶片光密度；

        16．胶片冲洗条件；
        17．冲洗胶片用药液温度；

        18．其他专用设备指标。

        （三）常规X射线诊断装置的应用 常规X射线透视与拍片用的诊断装置作为一个具有观察人体内部形态学的情况和变 异功能的常规手段，已在诊断许多疾病上起决定性作用。X射线诊断装置一直围绕着提高影像质量，降低受照剂量方向发展，同时在体系上取得进展，包括采用影像增强器加电视的方法、X-CT的体层摄影以及造影摄影等。为了适应临床的不同要求，不仅出现了多种诊断床，而且还出现了各种专用X射线诊断装置，常见的有：
        (1)荧光摄影装置：是一种将透射后的X射线投射在带有密纹滤线栅的荧光屏上的影 像缩影技术，亦称间接摄影（缩影），应用于防结核和其他职业病检查，可与X射线装置一起 安装在汽车上，进行流动的集体X射线检查。

        (2)乳腺摄影装置：采用软X射线检查乳腺、脂肪和结缔组织纤维等低对比度组织的装 置，可早期诊断乳腺癌或其他病变。

        (3)便携和移动式X射线装置：便携和移动式X射线装置用于家庭、患者转移途中，手术、儿科及危重患者监护病房。现大多采用中高频X射线装置。

        (4)牙科摄影装置：主要用于口腔内牙猪系统摄影，可获得面部和双颔全景图像。采用 窄缝X射线，患者所受的辐射剂量很低。

        (5)颅脑摄影装置：专用于颅脑的X射线摄影，具有活动滤线栅装置，通常与大功率X射线发生装置一起使用，以保证脑血管造影中进行快速连续摄影。

        (6)儿科摄影装置：专为儿童设计的X射线摄影装置，尽量使用大功率的X射线发生装置，用短时间曝光获取快速的器官活动，采用专门装置保证曝光与呼吸相位同步。

        (7)神经系统摄影装置：从神经系统解剖学特点出发，有多种投影角度、检查方法和摄 影装置的形式。可对头颅、脊椎进行观察与造影等。

         (8)泌屎系统摄影装置：应根据泌尿系统（肾、输尿管、膀胱、尿道等）的特点，专门设置 泌尿床，可进行透视、点片、小片摄影和体层摄影。