第二篇医用诊断 X 线设备

第二篇医用诊断X线设备 医学影像工程王艳 2014. 2 Medical Image Engineering

第二篇医用诊断X线设备 第一章诊断用X线机简介第二章诊断用X线管第三章高压发生装置第四章 X线机主机单元电路分析第五章三相全波整流X线机第六章医用X线电视系统第七章数字X线设备 Medical Image Engineering

第四章 X射线机主机单元电路分析 第一节概述一、对电路的基本要求 • 1．管电流可控制 • 2．电压可控制 • 3．曝光时间可控制二、基本电路 X线机电路一般应由下列单元构成。 • 1．电源电路为X线机控制台内的自耦变压器输送电能的电路。 • 2．X线管灯丝加热电路为X线管灯丝输送加热电源的电路。 Medical Image Engineering

第四章 X射线机主机单元电路分析 • 3．高压发生电路将自耦变压器供给的低电压转化为高电压输送到X线管两极的电路。 • 4．控制电路控制X线发生和停止，以及与此相关的各种电路所构成的系统。 • 5．X线应用设备的电路各种X线应用设备的电路。 • 大型X线机主机电路中还有各式各样的保护电路。 Medical Image Engineering X线机的电路构成方框图

第二节电源电路 是给自耦变压器供电的电路，是机器的总电源。一. 简单的电源电路电源电路 ZU2①→0V→Bl→220V →Kl→RD→ZU2② 电压表电路 0V→V→220V Medical Image Engineering F30型X线机电源电路

第四章 X射线机主机单元电路分析 二、可变输入电压的电源电路供X线机的电源电压，既可采用220V，又可采用380V。 Medical Image Engineering F30-Ⅱ D型X线机电源电路

三、双“通”、双“断”按钮的电源电路 一机双管式X线机，工作人员在诊视床床边进行透视、点片摄影或在控制台旁边进行一般摄影时均能“通”、“断”电源的电路。 L1→002 →RD1 →004 →035 →AN1 →031 → AN4 →AN2 →033 →DC →001 →L0DC激励, 触点合上且自锁,实现电源通。按下AN2或AN4,DC失电, 电源断。 Medical Image Engineering KFⅡ-200型X线机电源电路

四、电源电压自动调整电路 • 50kW的大功率X线机趋向于采用三相自耦变压器供电且电源电压自动调整。 Medical Image Engineering 电源电压自动调整电路的构成方框图

四、电源电压自动调整电路 L1 L2 L3三相线电压→整流滤波→R8-01调节 →M1-02②和③的基准电压LSV相比,若绝对值LPV＜LSV,输出为负, →R11-02 →晶体管Q1-02导通→继电器K-LU工作→双向晶闸管D2-04触发导通。 Medical Image Engineering

四、电源电压自动调整电路 L100→ D2-04 KA →LU →L-DM →L0电机得电正转→ →CM →L-DM 碳轮在自耦端面上滑行,电压↑直至LPV=LSV，自耦输出电压符合机组设计的额定值。此时M1-02无输出,电机停转。反之亦然。实现电源电压的自动调整。 Medical Image Engineering 执行电路

第三节高压初级电路 • 指由自耦变压器输出线圈至高压变压器初级线圈所构成的回路。 • 一. 管电压调节 • 调节管电压就能有效地控制X线的质,它是根据变压器的工作原理进行的: • 这里高压变压器初级绕组匝数为N1，初级电压为U1，次级绕组匝数为N2，次级电压为U2。 • 三种基本调节方法：①N1、N2不变，调U1； ②N2、U1不变，调N1； ③N1、U1不变，调N2。 Medical Image Engineering

第三节高压初级电路 • 调高压初级电压U1 • 通过改变自耦变压器对高压变压器的供电电压来实现的。这是X线机中最常用的调节管电压的方法。 • 1．抽头分档式小型X线机多采用抽头分档式调节法。 • 2．滑轮连续式大、中型X线机为得到连续可调的管电压，广泛采用滑轮连续式调节法。 Medical Image Engineering

调高压初级电压U1 Medical Image Engineering KB-400型X线机高压初级电路

滑轮连续式管电压调节法 Medical Image Engineering

第三节高压初级电路 • 调高压初级匝数N1 • 采用数控电路对高压变压器初级线圈匝数进行选择，以达到管电压调节的目的。 • 调高压初级电压、电流波形或频率 • 通过改变串联在高压初级电路上的主晶闸管的导通角来调节管电压；在中频X线机中，通过改变高压初级电流的占空比或频率来调节X线管的管电压。 Medical Image Engineering

第三节高压初级电路 调高压次级方法一般是在高压次级电路中串接高压调整管，通过改变调整管上的管压降就可改变X线管的管电压。高压次级调节法 Medical Image Engineering

第三节高压初级电路 二、管电压控制接触器控制高压初级电路 • 初级至自耦之间，由一组以上的接触器触点，控制高压初级电路“接通”或“断开”。 • 操作简便，实用可靠，为大多数X线机所采用。 • 高压初级电路瞬间串接一个阻值小的电阻，降低了高压变压器初级电压，以此克服过电压，此电阻称为防突波电阻。接触器控制的高压初级电路 Medical Image Engineering

用晶闸管控制高压初级电路 • 特点: • 完全避免了电弧放电，且控制敏捷，无噪声、电路压降低，并能在每秒200次的范围内与其它控制电路协调地工作。 • 零相位合闸电路 • 优点: • 防止高压元器件因承受过电压而击穿; • 提高曝光时间的准确性。晶闸管控制的高压初级电路 Medical Image Engineering

用晶闸管控制高压初级电路 • 一个与触发电路协调的RC移相电子开关电路，才能满足上述系列性能要求晶闸管控制的高压初级电路构成方框图 Medical Image Engineering

初、次级配合控制与三极X线管控制 • 基本原理： • 高压初级电路上串接高压预上闸接触器的控制接点，在高压次级的正、负端各串接一只高压调整管。 • 曝光手闸按下时，高压预上闸接触器先工作 ,产生直流高压 .只有当调整管的栅控电位到达失控电位时，高压才能加到X线管两端，X线产生完全避免了高压初级电路的电弧放电。高压调整管除具有开关管的作用外，还具有使kV波形平稳的稳压调整作用。 Medical Image Engineering

三、管电压预示与管电压补偿电路 • 管电压的变化对X线胶片成像的对比度与密度影响很大，其准确测量和指示是十分重要。对比度取决于kV值，密度主要取决于mAs值。 • (一)管电压预示 • 一般采取间接测量的方法:即先测量高压初级电压，然后根据高压变压器的变压比，计算出高压次级电压，从而间接地得到kV值。 • 1．刻度盘预示法: 将次级电压值(kV值)直接标在控制台面板上的管电压调节器刻度盘上。 • 2．电压表预示法将这些kV值标在交流电压表的表盘上。 Medical Image Engineering

三、管电压预示与管电压补偿电路 管电压补偿 • X线管两端的实际管电压随管电流的变化而变化,电路中将产生电压降,实际值小于指示值。为此,需进行管电压补偿。 • 基本原理: 按不同管电流预先增加高压, 变压器初级电压补偿的kV值正好等于负载时降落的kV值。 • 曲线的变化是向右平移且斜率下降。 Medical Image Engineering 管电压与高压初级空载电压的关系

电阻式管电压补偿电路 平移补偿; 斜率补偿 ; 初级电压越高，kV表读数越大；mA选择器选择的管电流越大，kV表串人的电阻就越大，指示的数值就越低。电阻式kV补偿电路 Medical Image Engineering

变压器式管电压补偿电路 B2变压器用作平移补偿, B3变压器用作斜率补偿。 Medical Image Engineering F99-Ⅲ AT型X线机kV补偿电路

第四节 X线管灯丝加热电路 提供加热电源的电路，通过此电路，可实现管电流的调节，因此又称为mA调节电路。灯丝加热电压Uf↑→灯丝温度↑→灯丝发射的电子数量↑→ 管电流Ia↑→X线量↑ 管电流的调节可通过改变灯丝变压器初级电压来实现。三钮制控制X线机灯丝加热电路的结构模式 Medical Image Engineering

X线管灯丝加热电路 一. 谐振式磁饱和稳压器磁饱和:磁场强度增长,磁感应强度几乎不再增加的现象。 • 磁饱和稳压器原理: 当次级铁心内磁通达到饱和点时,初级电压再增加，因次级铁心内磁通基本不变，于是次级线圈所产生的输出电压也就基本不变了，起到了稳压的作用。磁化曲线简单的磁饱和稳压器 Medical Image Engineering

X线管灯丝加热电路 谐振式磁饱和稳压器谐振时电容C与电感L2中的电流在任一瞬间大小相等而方向相反，谐振电流只环绕于L2、C回路。优点: 谐振回路内电流无限大，使磁性铁心很快饱和; 阻抗视可为无限大, 减少了电源的供电功率，提高了稳压器的效率。 Medical Image Engineering 谐振式磁饱和稳压器

X线管灯丝加热电路 二、空间电荷补偿器采用改变灯丝加热电压的办法来补偿管电压对管电流造成的影响。流程表示: U0↑→ 空间电荷补偿使Ia ↑ → 空间电荷补偿使Uf↓ →Ia ↓→I0不变 Medical Image Engineering X线管灯丝加热特性

X线管灯丝加热电路 线性补偿采用空间电荷补偿变压器进行线性补偿。初级接在高压初级电路，次级输出与稳压变压器的次级输电压反相串联，使灯丝加热电压随管电压上升而降低。有多个抽头与mA选择器联动来改变补偿电压 Medical Image Engineering X线管灯丝加热特性

X线管灯丝加热电路 普通的小容量X线管来讲，这种线性补偿方法效果较好。管电压接近于高压发生器的最高电压输出时，只用线性补偿是不够的。变压器式空间电荷补偿电路 X线管空间电荷补偿前后比较 Medical Image Engineering

X线管灯丝加热电路 非线性补偿因线性补偿范围比较狭窄，故采用非线性电路进行补偿非常必要。大容量X线管空间电荷线性补偿特性 Medical Image Engineering 大容量X线管mA特性

X线管灯丝加热电路 XHDl50B-10型X线机的空间电荷补偿电路。 XHD150B-10型X线机空间电荷补偿电路 Medical Image Engineering

X线管灯丝加热电路 XHDl50B-10型X线机的空间电荷补偿电路。大容量X线管mA经非线性 Medical Image Engineering 补偿曲线

三、X线管灯丝加热电路举例 小焦透视mA调节电路: WY(公)→202→203→R5→204→Wl→205→Z →211→B2→221→WC闭 →222→F1→B5→F0→ 223→WY(出)。小焦摄影mA调节电路：稳压器WY(公) →202→203→206→Z(25mA位) →212→B2→221→ WC(常闭) →222→Fl→B5→F0→ 223→WY(出)。 Medical Image Engineering

三、X线管灯丝加热电路举例 大焦mA调节电路(摄影): WY(公) → 202 → 203 → R5一100mA：→ 208→Z→214→B2→224→ F2→B4一Fo→ →223一WY(出)。点片摄影mA调节电路: (继电器WC工作) WY(公) →202→203→R5→208→228→WC(常开) →229→214→B2→224→F2→B4→F0→223→ WY(出)。 Medical Image Engineering

F30-Ⅱ D型X线机灯丝加热电路 工作原理: 透视mA调节电路： B11(公) →F0→B3→F1→R7→R6→R3→JC2(常闭) →JC4(常闭) →Bll(出)。 Medical Image Engineering

F30-Ⅱ D型X线机灯丝加热电路 工作原理: 小焦点30mA摄影mA调节电路： B11(公) →F0→B3→Fl→R7→30mA→XKl-300→B10→ JC2(常开)→B11(出)。大焦点50～200mA摄影mA调节电路： B11(公) →F0→B4→F2→R8(50～200mA) →XK1-300 →B10→JC2(常开) →B11(出) 点片摄影mA调节电路： B11(公) →F0→B4→F2→R8(50～200mA)一XK1-300→B10→JC4(常开) →B11(出)。 Medical Image Engineering

第五节高压次级电路 指由高压变压器次级线圈至X线管两极所构成的回路。 • 设有将交流高压整流; 管电流测量电路和高压交换闸电路等。一．单相全波整流高压次级电路高压整流电路: 在高压交流电的任一半周，X线管都有电流通过，都能产生X线。 Medical Image Engineering 单相全波桥式高压整流电路及波形

第五节高压次级电路 电流测量电路流过高压变压器次级中性点的电流仍为交流电;电容电流对透视mA影响很大 ,且随管电压而变,要整流和补偿后才能测量。单相全波桥式高压整流mA测量电路 Medical Image Engineering

一般采用变压器补偿法。 在高压变压器次级上附加一个独立的补偿小绕组,其输出两端并联一只电位器R，作为分压器。 R上的分压经过二极管D5整流后，形成补偿电流，它与管电流方向相反，加于mA表量程回路。可很好地起到电容电流补偿作用。 G8是充气二极管,测理量电路断开时放电, 以保证人身安全。变压器式电容电流补偿电路 Medical Image Engineering

三相全波整流高压次级电路 对影像诊断的要求: 功率大、曝光时间短、图像质量好。必须提高高压发生装置的输出功率并改善kV的波形。 • 三相多波整流高压次级电路与单相全波桥式比较的优点： • 脉动率小(六波13.4％，十二波3.4％)，有效抑制软射线。 • 曝光最短时限可达3ms。 • 分布在焦点轨迹全周的负载是均匀的。 • X线输出量是单相全波桥式的1.5倍(六波)～2倍(十二波)。 • 负载由三相电源平均分担对电源电阻的要求可适当放宽。 Medical Image Engineering

三相六波桥式整流高压次级电路 高压整流原理： t1～t2时间内电流由: a相→D1→X线管→D6→b相 t2～t3时间内电流由: a相→D1→X线管→D2→c相 t3～t4时间内电流由: b相→D3→X线管→D2→c相依次类推，在X线管XG上就得到一个脉动率为13.4%的直流电压。每个整流器在一个周期内只有1/3的时间导通。 Medical Image Engineering

双三相六波桥式整流高压次级电路 • 上述电路输出电压正、负两端对地电位不对称，且中性点流过交流电流，所以需要经全波整流后再进行mA测量。三相双重六波桥式整流高压次级电路可改善此种情况。 Medical Image Engineering 三相六波高压整流mA测量电路三相双重六波桥式整流高压次级电路

三相十二波桥式整流高压次级电路 电路按△/Y·△ 法连接以保证连续拍片时有足够的输出功率和最小的脉动率。 ε = 3.4% 这种三相十二波高压整流电路正、负端对地电位是不对称 Medical Image Engineering

三相双重十二波高压整流电路 此电路共有12个次级绕组，24个整流器，其正、负端对地电位对称。三相十二波整流电路和三相双重十二波整流电路的中性点流过的是直流电流，可直接将直流mA表串接在中性点处。 Medical Image Engineering

倍压整流高压次级电路 A正、B负,对电容器C1充电 A→D1→C→R1→C1→D3→E →B B正、A负, 对电容器C2充电 B→E→D4→R2→C2→D→D2 →A • 电容器C1、C2端电压对负载X线管是串联相加。 • C、D两端电压为变压器次级侧最大值的二倍， Medical Image Engineering

毫安秒测量电路 • 摄影曝光时间在0.5s以下时，普通的mA表不能有正确的指示。为此，短时间曝光，就要使用指示值与电流和通电时间的乘积成正比的mAs表来测量mAs值。 • 目前常使用保持型的电子mAs表和数字式mAs表。 Medical Image Engineering

五、高压次级电路举例XG-500型x线机 高压整流电路高压整流电路是一个四管桥式整流电路。 1ZG～4ZG用作高压整流硅堆。DJB2、XJB2为X线管大、小焦点灯丝变压器次级绕组。可以根据需要，选择高压交换闸I，Ⅱ ，Ⅲ，使电动诊视床X线管,体层床X线管，立柱X线管进行交换 Medical Image Engineering

五、高压次级电路举例XG-500型x线机 mA测量电路设有电容电流补偿电阻DBW ,把由电容电流所引起的透视电流的偏差给予补偿。透视时: 摄影辅助继电器SFJ不工作，管电流流向(设GYB2上端为正) DBW→414→WJ(常闭)→416→SFJ(常闭) 411(M)→2CP25→401→SFJ(常闭)→403→10mA→mA表→402→2CP25一412 (地) 摄影时: 411(M) →2CP25→401→SFJ(常开) →500mA→mA表→402→2CP25→412 (地) Medical Image Engineering

五、高压次级电路举例XHDl50B-10型X线机 mA测量电路mA表用来指示透视mA值，mAs表用来指示摄影时的mAs值。 Medical Image Engineering

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