一、Ｘ線的產生裝置
根據Ｘ線的產生原理，人們研制出了一整套將電能轉變為Ｘ線能的裝置，該裝置是Ｘ線機中最重要的組成部分。它能根據不同需要產生量和質可以隨意控制的Ｘ線束。
Ｘ線機的結構和形式，隨著科學技術的發展和使用要求的不同而有很大差別，但其產生Ｘ線的原理都是一樣的。
Ｘ線機的基本結構如圖2-1所示.
圖2-1 X線機基本結構框
現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線機的心臟，它是產生Ｘ線的關鍵部件。是一個高真空器件，產生Ｘ線的實質是能量轉換，根據產生Ｘ線的條件，高速電子所攜帶的能量，在遭到急劇阻擋后，大部分轉變為熱能，很小的一部分能量轉變為Ｘ線，Ｘ線球管是一個轉換效率極低的能量轉換元件，在此過程中大約有９９％左右的能量被轉換成熱能而被浪費掉，不僅如此，人們為了解決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線球管從結構上分為固定陽極和旋轉陽極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，電子由熱陰極發射，具有Ｘ線量和質可以任意調節的特點。因其功率小、焦點較大，已滿足不了飛速發展的Ｘ線影像技術的要求，目前僅用于小型和部分中型Ｘ線機中。
①構造與作用 固定陽極Ｘ線球管的結構主要由陽極、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線球管的結構
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%轉換為熱能，只有1%左右轉換為Ｘ線，故靶面材料多選用高熔點且Ｘ線發射率較高的金屬鎢制成（熔點為3370℃，原子序數Ｚ＝７４）。由于鎢的導熱率小，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，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氣體分子，降低管內真空度，熱量不均勻時甚至會使玻璃殼擊穿漏氣；二次電子也可能再次轟擊靶面，輻射出大量的散射線，嚴重地影響成像質量。加設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作用把熱傳遞出去。陰極由燈絲和集射罩組成，其作用是發射熱電子和聚焦，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。
燈絲由鎢制成，繞成螺管狀，作用是發射電子。燈絲通電后，溫度逐漸上升，至一定值后開始發射電子，發射電子的能力與燈絲溫度(或燈絲消耗的功率)密切相關。根據W ＝I2·R(W為燈絲消耗的功率，I為燈絲電流強度，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 電流強度)之間的關系如圖2-3所示。
圖2-3燈絲的電流強度與溫度之間的關系
當燈絲溫度低于2400 Ｋ時，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，電流稍提高一點，燈絲溫度卻增加很多。所以在調試管電流時，應特別注意這一點。而且，燈絲點燃時間越長，工作溫度越高，蒸發越快 ，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嚴格限制在額定值以下使用，同時應盡量縮短高溫點燃時間。
集射罩的作用是對燈絲發射的電子進行聚集。當燈絲發射大量電子后，接通高壓時，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真空度的。它多用耐高溫、絕緣強度高 、膨脹系數小的鉬玻璃制成。
②Ｘ線球管的焦點電子轟擊在靶面上的面積稱為實際焦點。實際焦點在Ｘ線投照方向上的投影稱有效焦點，或稱目視焦點。設靶面與Ｘ線投照方向的夾角為θ，實際焦點的長度為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，因此有效焦點為ａ·ｂ·sinθ。當投照方向與Ｘ線管軸相垂直時，這時的θ角稱為靶角或陽極傾角。實際焦點在與Ｘ線管軸相垂直方向上的投影稱為標稱有效焦點。在Ｘ線球管規格中，通常以標稱有效焦點來表示其有效焦點。其關系如圖2-4所示。
圖2-4陽極靶面的有效焦點與實際焦點
Ｘ線球管的陽極之所以設計成傾斜一定的角度，是為了增大實際焦點面，減小有效焦點，這樣既能提高Ｘ線球管的熱容量，又能改善影像質量，使影像較為清晰。有效焦點與成像質量有密切聯系。有效焦點尺寸越小，影像清晰度越高。由圖2-5可以看出，當有效焦點為點光源時，膠片上的影像界限分明，清晰度高；當有效焦點具有一定尺寸時，膠片上的影像邊界產生了半影，邊緣模糊，清晰度降低。
圖2-5焦點尺寸與影像的關系
有效焦點的大小與X線球管的管電流強度(管電流)和電壓(管電壓)有關。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，所以有效焦點尺寸略有減小 ；在管電壓一定的條件下，尤其在低壓時，管電流增大，電子間的排斥力增大，有效焦點尺寸將明顯增加，這種現象稱為焦點增漲。所以在測量有效焦點時既要規定與管軸垂直的投影方向，還應規定相應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)旋轉陽極Ｘ線球管固定陽極Ｘ線球管因陽極焦點面受溫度的影響， 限制了功率。 要提高功率就必須增大焦點面積，這又使影像清晰度大大降低，兩者不能兼顧。１９３０年以后出現了旋轉陽極Ｘ線球管，其結構如圖2-6所示。
從偏離管中心軸線的陰極燈絲發射出來的電子，轟擊在轉動的陽極靶面上，由于熱量被均勻地分布在一個轉動著的圓環面上，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，在一定的負載功率下，陽極傾角可以大大減小，從而使有效焦點變小而大大提高了影像清晰度。所以旋轉陽極Ｘ線球管的最大優點是：功率大、焦點小。和固定陽極Ｘ線球管相比，旋轉陽極Ｘ線球管主要是陽極部分構造不同。陽極部分主要由靶面、轉子、轉軸、軸承和定子組成。
圖2-6旋轉陽極X線球管結構
靶面具有６°～１８°的傾斜角，鑲在一個直徑為70～100 ｍｍ的圓盤上。其中心鉚接在鉬制細桿上，鉬桿的另一端與轉子相連，轉子為一表面黑化的銅管，以提高熱輻射能力。轉子內裝有滾珠軸承，轉動靈活，轉子和軸承封閉在高真空的玻璃管內。定子線圈裝在管壁外面，其結構和小型單相異步電機類同。轉子由無氧銅制成，相當于異步電動機的鼠籠轉子，轉速由下式決定：
ｎ＝１２０ｆ/ｐ（ｒ/min）
式中ｎ為理論轉速，ｆ為定子中的電源頻率，ｐ為定子的極數，一般為２。
由于存在頻率差，轉子轉速約落后磁場轉速的１０％左右。所以對低速管（ｆ＝５０Hz ），實際轉速約為２７００ｒ/min；對高速管（例如ｆ＝１５０Hz），實際轉速為８５００ｒ/min左右。轉速越高，Ｘ線管的功率越大。
2.高壓發生器
高壓發生器是X線機主機系統的重要組成部分。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百倍，再經整流后輸出，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載間的切換。
由上述可知，它應包括下列元件：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線機的高壓變壓器的工作原理與普通變壓器一樣，但由于運行狀態較為特殊，在構 造上也有其固有的特點。
①鐵芯多采用閉合式的導磁體，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度很大。中型以上診斷Ｘ線機在攝影時可達百余安培，但其電壓不高，故其絕緣要求不十分嚴格，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個繞組，串聯或并聯使用。但兩線圈的接線方向不能接錯，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度較小，一般在１０００ｍＡ以下，故多采用直徑較小的油性或高強度漆包線繞制。又因為次級電壓很高，其總匝數在數萬到數十萬之間，多繞成匝數相同的2個繞組，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度，需襯墊數層電容器紙。圖2-7為高壓變壓器結構示意圖。
圖2-7高壓變壓器結構
④次級繞組的中心接地診斷Ｘ線機高壓變壓器都采用2個線圈、中心點接地方式，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的電壓等于2輸出端間電壓的一半。同時由于中心點是零電位，就可以把指示管電流的電流表(一般以毫安作為電流強度的單位，故又稱毫安表)接在中心點處，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電位升高，設有保護裝置，其方法有2種：其一為在2個中心點接線柱上并聯1對放電針或1個紙質電容器，其二為在中心點接線柱上并聯1只放電管。這樣中心點電位升高時，以上保護裝置導通，接通對地回路，起到保護作用。
(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中多直接由自耦變壓器供給，而中型以上還需經過磁飽和穩壓器穩壓，初級電壓多為２２０Ｖ 。主要特點是其次級繞組與高壓變壓器次級的一端相連，在工作時帶有高電位，因此初、次級線圈間應具有良好的絕緣。
(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、陰極為負的脈動直流高壓狀態下工作，可充分發揮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。高壓整流管的結構與工作原理同Ｘ線管基本相似,即有一個能加熱而發射電子的陰極，有一個接受電子的傳導電流的陽極面，并且管內具有高度真空（圖2-8）。高壓整流管具有一般二極管的單向導電特性 。
②高壓硅整流器常稱高壓硅堆。使用高壓真空整流管時，燈絲需要加熱，消耗一定電能，同時壓降也大，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、機械強度高、絕緣性高、壽命長、性能穩定、壓降小、無需燈絲加熱等優點，從而可簡化電路，并縮小高壓發生裝置的體積(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而成，外殼一般用環氧樹脂密封。由于硅和環氧樹脂的熱膨脹系數差別很大，考慮到耐壓，每個硅堆首先用硅膠加以密封，然后充填環氧樹脂。
(４)高壓交換閘
在較大功率的診斷用Ｘ線機上，多配有2個或2個以上的Ｘ線管，以適應一機多用的需要。但由于幾個Ｘ線管共用一個高壓發生器，而各Ｘ線管又不能同時工作，所以高壓變壓器產生的高壓必須經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Ｘ線管外，還將高壓發生器內Ｘ線管燈絲變壓器的加熱電流同時輸送到相對應的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，因此結構上要求牢固 ，且有很高的絕緣性能和機械性能，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，其結構包括鐵芯、吸合線圈、銜鐵和帶有觸點的高壓絕緣臂。工作原理與普通接觸器相同。
3.高壓絕緣電纜
在中、大型Ｘ線機中，高壓發生器和Ｘ線管是分離部件，兩者之間通過2根特制的導線連接在一起，這種輸送高壓的導線稱為高壓絕緣電纜。
高壓電纜構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高壓電纜結構
(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）導電芯線 位于高壓電纜的最內層，每根芯線由多股細銅絲組成，外包絕緣橡皮。
（2）高壓絕緣層 位于芯線外，由天然橡膠和化學原料配制而成，使芯線的高電壓與地之間絕緣。
（3）半導體層 是用半導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。
由物理學可知，電介質（絕緣體）受到外電場作用時其分子將被極化，形成電偶極子，并按外電場方向排列，從而使電介質兩端與外電場垂直的表面上出現等量的正電荷和負電荷。這些電荷受原子核的強大束縛，不能離開電介質，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，其靠近芯線的內表面層將出現負電荷，外表面層將出現正電荷。當金屬屏蔽層與絕緣層某處接觸不良時，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生電離，破壞其絕緣性能。因而在兩層之間加一層半導體層，由于它的層內電子移動，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使操作者和被檢者受到傷害。
（5）保護層 是電纜的最外層，一般用黑色的棉紗和維尼綸線織成，其作用是加強電纜的機械強度。
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線球管上裝有相應的插座。具體結構如圖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線機各部分電路供電的總樞紐，置于控制臺內，其作用是將供電網絡單一的輸入電壓變為數值不同或可調的電壓以滿足Ｘ線機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，初次級共用一個繞組，小功率的 多用圓截面的導線，多制成抽頭式調壓；功率較大的則用矩形截面的導線，多制成滑動式調 壓。它的工作原理同普通變壓器相同。
②電源電壓的調節與選擇 Ｘ線機的電源輸入電壓多用３８０Ｖ或２２０Ｖ，但在實際中，外接供電電源常不能恒定在X線機要求的額定工作電壓數值上，隨供電線路負荷的變化，電壓會有較大的波動。因而在自耦變壓器的輸入端設有電源電壓選擇和調節器。當外電源電壓波動時，可隨時予以調整。其方法是選擇自耦變壓器上的線圈匝數，以使輸出端的電壓保持穩定。
(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個問題：高壓調節、高壓控制和高壓指示。
①高壓調節方法管電壓對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，應有一個范圍很寬的管電壓調節系統。一般采用初級調節法。
根據變壓器的原理：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.由此可見，改變初級電壓V1及初級線圈匝數n１都可以改變次級電壓V2。
a.調初級電壓V1 這是各類Ｘ線機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式調節方法。
b.調初級匝數n１ 通過改變高壓變壓器初級匝數的辦法也可改變管電壓。
c.調初級電壓、電流波形 這種方法在自動化程度較高的現代Ｘ線機中應用較廣，如通過改變串聯在高壓初級電路上的主可控硅的導通角來選擇管電壓，在中頻Ｘ線機中通過改變初級電流波形調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，而高壓控制接觸器受限時器或腳閘控制，這種控制高壓通斷的方法操作簡便，實用可靠，為大多數中小型Ｘ線機采用。
b.用可控硅控制 由于接觸器的固有動作時間一般都在10ms以上，不能滿足在１s以內多次閉合與斷開的要求，尤其是它缺乏對時序和狀態的判斷能力，以及通斷負載時會產生較強的電弧放電。所以目前已大量采用可控硅組成的交流無觸點開關取代接觸器，可完全避免電弧放電，且控制敏捷，無噪聲，并能在每秒２００個脈沖的范圍內與其他控制電路協調工作，以滿足對運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，故一般都根據高壓變壓器初級所預調的空載電壓來間接求得負載的實際管電壓。但是因為存在電源內阻和各種元器件阻抗，負載時要產生很大的電壓降，而且這一電壓降隨管電流的提高而增大。為了保證實際管電壓達到預定的數值，必須對此電壓降進行補償，此稱為kV補償。通常采用預先提高高壓初級電壓的方法，并使得提高的電壓數值與電壓降數值相等。如何在電路上恰當地實現這一要求呢？首先必須了解實際管電壓與初級空載電壓的關系和kV補償的具體特性。
a.進行kV補償的原因 因為與主電路相比較，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。又因為Ｘ線管為一阻性負載，由其產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度，Ｒ1為電源內阻，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度，Ｒ3為自耦變壓器至高壓初級側等效電阻，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項為空載時管電壓，第2項為換算到高壓側的電源內阻電壓降，第3項為換算到高壓側的自耦變壓器內阻壓降，第4項為換算到高壓側的控制臺至初級側低壓導線電阻壓降，第5項為高壓側電阻的壓降。正是由于存在第2至第5項的壓降，使實際管電壓隨管電流的增大而降低，這就是要進行kV補償的原因。
b.2種形式的kV補償 實驗證明，不同負載時，管電壓Ｅx與高壓變壓器初級空載預示電壓Ｖ1的關系如圖2-13所示。
圖2-13管電壓Ek與初級空載電壓V1的關系
由圖2-13可知，管電流為零時，曲線是過原點的直線（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，相對空載曲線基本上是平行移動，在較大管電流時除平移外，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為平移補償曲線，曲線３為對應一定管電流的負載曲線。
對于初級空載電壓Ｖ1A對應曲線１的Ａ0點、管電壓ＥX0，對應曲線３的Ａ2點、管電壓ＥX2。總kV補償值為（ＥX0－ＥX2），它可以理解為兩部分之和，即曲線１到曲線２所引起的平移補償（ＥX0－ＥX1）；另一部分為曲線２逆時針旋轉一定角度后與曲線３重合而引起的斜率補償（ＥX1－ＥX2），所以總補償就是：
ＥX0－ＥX2＝（ＥX0－ＥX1）＋（ＥX1－ＥX2）
從物理意義上講，平移補償是要補償由于管電流經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。而斜率補償主要補償管電流波形隨管電壓升高而發生的畸變，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 管電流調節電路是為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壓器、空間電荷補償變壓器和Ｘ線管的燈絲變壓器，以及大功率電阻和可調電位器等。
①磁飽和諧振式穩壓器由于Ｘ線管燈絲加熱溫度與管電流的穩定有密切關系，因此要求燈絲初級電路的電壓變化很小，以保持Ｘ線輸出劑量的穩定。當電源發生波動或因Ｘ線管負載時所引起電壓降，都會使燈絲初級電壓發生變化，使Ｘ線管燈絲加熱不穩定，從而影響Ｘ線管管電流的準確性。因而在中型以上Ｘ線機中多設置了穩壓器。這種穩壓器具有當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磁飽和穩壓器
磁飽和穩壓器的主要部分是一個飽和變壓器，它的鐵芯和普通變壓器不同，初級線圈側的鐵芯截面積大，稱為非飽和鐵芯，次級線圈側的鐵芯截面積小，稱為飽和鐵芯。當輸入電壓低于正常值時，穩壓器和普通變壓器一樣按初級線圈的匝數比的關系升高或降低電壓。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到飽和之后，初級輸入電壓在一定范圍內變化時，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，從而起到穩壓的作用。但這種簡單的磁飽和穩壓器在電源電壓變化時，磁通量在飽和點上仍有少量變化 ，輸出電壓仍隨輸入電壓的波動而有一定的變化。為了彌補這一不足，通常在非飽和鐵芯上加上補償線圈Ｌ３，在飽和鐵芯上加ＬＣ組成的諧振電路，這就是目前應用較多的諧振式磁飽和穩壓器。如圖2-16所示。
圖2-16中，Ｌ１為未飽和線圈，Ｌ２為飽和線圈，Ｌ３為補償線圈，它是一個匝數不多而可調的未飽和線圈，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，從而使輸出電壓為：
Ｖ出＝ＶＬ２－ＶＬ３
當電源電壓變化時，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因匝數較少，其電壓變化也較小。如果調整Ｌ３的匝數使Ｌ３的電壓變化量與Ｌ２的電壓變化量相等或相接近，可使穩壓性能進一步提高。
圖2-16諧振式磁飽和穩壓器
Ｌ４是在飽和鐵芯上的線圈，其匝數可以調節，與電容器Ｃ組成諧振電路。當電源頻率與ＬＣ的振蕩頻率相等時，電路產生諧振，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，提高了穩壓器的效率。
②Ｘ線管管電流的調節及預示Ｘ線機電路中對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現的。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，燈絲電子發射的數量得以控制，從而達到改變管電流大小的目的。
在實際電路中多采用在初級電路內串聯電阻的方法來控制管電流。當阻值增大時其電壓降增大，加到燈絲變壓器初級上的電壓也降低，次級電壓也降低，燈絲發射電子數目減少，管電流也相應減少。反之，管電流就增大。
從前述可知，在中、大型Ｘ線機燈絲加熱電路中雖設有穩壓裝置，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置空間電荷抵償裝置。
現代中、大型Ｘ線機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)調節半可調電阻，組成電流選擇器，使之聯動。抵償變壓器T8初級線圈與高壓變壓器的初級并聯，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，即抵償變壓器次級感應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、量可以分開調節而互不影響。
圖2-17空間電荷抵償電路
(４)曝光限時電路
曝光限時電路又稱限時器，是用來控制Ｘ線攝影的曝光時間，以便準確地控制Ｘ線的照射量。
應用在Ｘ線機上的限時器大致分為兩大類：即機械限時器和電子限時器。前者包括鐘表式機械限時器和電動式機械限時器，它們的轉動部分都是采用機械結構的齒輪轉動系統，僅動力部分不同，鐘表式采用發條（彈簧）為動力，電動式以一個小型同步電動機為動力。它們控制精度都較低，鐘表式的控時范圍為0.5～10 s，應用于小型Ｘ線機中，而電動式的控時范圍為0.04～10s，多用于中型Ｘ線機。
隨著電子技術的發展，目前中、大型Ｘ線機均采用電子限時器，因為它工作穩定可靠，控時精度高。早期以電子管、充氣穩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、集成塊等半導體控制器件。
在控制Ｘ線曝光時間的方法上，過去一般是將限時器的控制接點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間來達到控制曝光時間的目的。這種控制方法與電源投入相位無關，有時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。同時由于接觸器本身固有的釋放延遲，使最短曝光時間的控制受到限制；而且曝光時間越短，曝光的重復精度越差，控時的相對誤差越大。所以目前大容量的Ｘ線機已不采用這種控時方法，而廣泛采用可控硅無觸點開關同步限時電路，即在高壓初級電路里接入可控硅無觸點開關，代替通常的交流接觸器的控制接點，由限時器輸出控制信號，通過控制可控硅達到高壓通、斷的目的。這樣就消除了電磁接觸器釋放延遲的影響，能夠準確而有效地做到零相位接入高壓，避免過電壓產生。對單相電源機組，其最短控制時間可達到0.01 s，在三相高壓整流電路的大型機組中，控時精度可達0.003 s。
(５)Ｘ線管安全保護電路
①瞬時負載保護電路 Ｘ線機瞬時負載保護電路就是從電路結構上防止操作者在選擇攝影條件時偶爾超過Ｘ線管額定負載時的一種安全措施。當上述情況出現時應保證曝光無法進行。單次的Ｘ線攝影是一種瞬時負載，所以這種保護僅屬于一次預置保護，它對于額定值內連續重復曝光而出現的累積性過載，是不能起保護作用的。
瞬時負載保護電路要以Ｘ線管瞬時功率曲線為依據，對每個焦點，每次攝影所選擇的管電流 、管電壓和曝光時間所對應的座標都應落在相應的瞬時功率曲線之下才允許曝光。若出現在 曲線之上，則保護電路要自動阻止曝光發生。
在三鈕制調制系統中，管電壓、管電流、時間3個曝光參數自由選擇，所以均采用參數聯鎖瞬時負載保護電路。這種電路一般包括信號輸入電路和驅動電路兩部分。輸入電壓反映了管電壓、管電流、時間3個參量的變化，由這3個量決定的在瞬時功率曲線座標系中正好落在曲線上的那些座標點，就決定了輸入信號電壓的臨界值。一旦大于臨界值，就通過驅動電路阻止曝光發生，一切可能的曝光都在臨界值之下。
②旋轉陽極控制電路 目前中、大型Ｘ線機均采用旋轉陽極Ｘ線管，此種 X線球管具有焦點小、功率大等優點。但必須在攝影前很短時間內達到很高的轉速才能曝光，否則，電子集中在一點，致使焦點面過熱熔化而造成X線球管損壞。對旋轉陽極及其控制電路的基本要求有以下幾個方面：
a.要有快速啟動裝置 一般要在0.8～1.5 s的啟動時間內，將轉動慣量很大的轉子系統由 靜止達到額定轉速（低速管約為2 800ｒ/ｍｉｎ，高速管約為8 500ｒ/ｍｉｎ）需要有一個很大的啟動轉矩。為此，需要使啟動電流足夠大和啟動電壓足夠高。
b.要有延時裝置延時裝置 就是為保證0.8～1.5 s的啟動時間，以便在陽極達到額定轉速后開始曝光。
c.要有降壓裝置 陽極一旦達到額定轉速后在曝光期間應該將啟動狀態的高壓切換為工作狀態的低壓，以適應陽極的啟動轉矩大、運轉轉矩小的特點。
由于曝光時間很短，有的機 器也采用啟動和工作狀態處于同一電壓值的辦法。
旋轉陽極的轉動原理是基于單相異步電動機原理。在Ｘ線管陽極端裝有與陽極靶同軸的鼠籠式轉子，在緊靠陽極端的玻璃外壁裝置一個由鐵芯和繞組組成的定子，以構成單相異步電動機。定子繞組分啟動繞組和工作繞組，如圖2-18所示。
圖2-18旋轉陽極啟動及工作電路
為了使電機能夠自行啟動，兩個繞組在圓形定子鐵芯上相差90°的空間角度，這樣當把在時間上相差90°的二相交流電引入定子后，便產生旋轉磁場，使陽極轉動。由于啟動繞組和工作繞組一般由同一單相電源供電，為了產生二相電流，可在啟動繞組中串接電容器Ｃ進行移相。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磁場。
5.機械裝置及輔助設施
醫用診斷Ｘ線機除了主機之外，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配合協調工作，充分發揮主機的各項性能，達到良好的成像和診斷效果。隨著科學技術的日益發展，現代診斷用Ｘ線機的結構日趨完善和復雜，除主機系統外，其外圍設施和輔助裝置的發展也日新月異。目前國內外各Ｘ線機生產廠在主機系統變化不大而配套能力很強的情況下，都在竭力提高包括各種診斷床、影像轉換、顯示、記錄、儲存、復制、數字處理等輔助裝置的性能。這些外圍設施的造價和規模往往大大超過主機。
二、Ｘ線電視裝置
1.Ｘ線電視的作用及其醫學特點
２０世紀５０年代后發展起來的Ｘ線電視是工業電視技術在醫療領域中最早的、同時也是比較成功的應用。它的基本工作原理是利用影像增強器將不可見的Ｘ線轉換為亮度很高的可見光影像，再通過攝像機轉換成電信號，經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構。這種由Ｘ線影像增強器、攝像機、顯示器以及完成視頻信號處理和整機協調工作的控制器組成的系統稱為Ｘ線電視（Ｘ-ＴＶ）。與普通Ｘ線機相比，Ｘ線電視的增設具有以下明顯的優點：
(１)透視劑量低 由于采用了影像增強器，使透視劑量大為降低。這樣不僅減輕了對受檢者和放射醫生的輻射危害，而且降低了Ｘ線管的工作負荷，有利于延長機器壽命。
(２)改善醫生工作環境 普通Ｘ線機透視時必須在暗室里進行操作和診斷，而Ｘ線電視可以將診斷醫生從暗室中“解放”出來，使其在寬敞明亮的環境里進行遙控操作和診斷。并且可以配備透視亮度自動控制器（ＩＢＳ），減化操作的復雜性，無論檢查部位、厚度的隨機變化，均可由ＩＢＳ來自動保持顯示屏影像亮度恒定。
(３)為教學和科研打好基礎 Ｘ線電視使用方便靈活，可配置多路顯示器、錄像機及其他高科技的影像處理及記錄系統，以方便會診、教學和資料的記錄與傳輸。
由于醫學領域不同于其他領域，所以Ｘ線電視有其獨特的醫學臨床特點：①工業電視中對局部陰影或亮度不均的要求不嚴，而醫學中恰好是嚴重病灶的重要表現；②Ｘ線的散射線，降低了對比度，嚴重破壞影像，影響診斷，而工業電視則不會遇到；③Ｘ線電視系統中的前級元件（攝像管、預放電路）在輻射場中會變成噪聲源，而工業電視中卻不會存在；④為提高信噪比，工業電視采用提高照度作為有效措施，而Ｘ線電視中Ｘ線照度嚴格控制，屬微光電視范疇；⑤醫用電視要求一次調整長期使用，且操作簡單，因其使用者是醫生而不是電視專業人員；⑥要求低惰性，即不能出現長余輝，因為要進行動態觀察。
2.Ｘ線電視的結構
圖2-19X線電視系統示意圖
(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線在影像增強器上顯示影像，經光學鏡頭變為平行光源投射到攝像管靶面上，把光信號變為電視信號，在同步信號作用下傳送到顯示器上顯示。
(２)部件
①影像增強器 這是Ｘ線電視的關鍵器件，其主要作用有二：將不可見的Ｘ線信息轉換成為可見光影像；將影像亮度提高近萬倍，以便攝像機進行電視攝像。
②攝像機 真空管攝像機由攝像管、光學鏡頭、偏轉系統、掃描電路、補償電路、校直電路、前置放大器等組成。它的主要任務是把增強器輸出的可見光信號轉換成為電視信號。首先，光學鏡頭將來自影像增強器的可見光變為平行光源，投射到攝像管的靶面上；攝像管則完成光-電信號轉換。偏轉系統是在掃描電路產生的鋸齒波作用下使電子束進行掃描，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先放大，以保證傳送到控制器進行信號處理的影像的品質。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-半導體型（ＭＯＳ）、電荷引動型（ＣＰＤ）和疊層型（ＰＬＤＳＳ）。其中以ＣＣＤ型應用最為普遍。２０世紀６０年代末期，美國Bell實驗室波易爾等人發現了電荷通過半導體“勢阱”可發生轉移的現象，提出了電荷耦合這一新概念和一維ＣＣＤ器件模型，并且預言了ＣＣＤ在信號處理、信號存儲以及影像傳感等領域的應用前景。１９７４年，美國ＲＣＡ公司的５１２×３２０像素ＣＣＤ攝像機首先問世。隨著大規模集成電路工藝的迅速發展，ＣＣＤ攝像機器件發展很快。 到１９８６年，ＣＣＤ單板彩色攝像機已開始替代真空管彩色攝像機；１９８９年，ＣＣＤ 攝像器件在黑白攝像機中占據了優勢地位。近幾年來，越來越多的ＣＣＤ三板彩色攝像機已 經開始在性能要求較高的專業級和廣播級領域中獲得應用。比起真空管，ＣＣＤ攝像機具有 明顯優勢：光電靈敏度高，動態范圍大，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，使其變為全電視信號，完成攝像機和顯示器的同步工作。同時，它還產生整機所需要的各種電源和各種控制信號。由同步機、圓消隱電路、黑斑補償電路、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 。它的任務是將攝取的電視信號還原為影像。醫用Ｘ線電視系統的影像增強器的視角決定了顯示器重現影像的視角范圍。如使用９英寸增強器，在顯示器上的影像視角范圍只占屏幕中心直徑為９英寸的一個圓面內。為了習慣于臨床觀察，通常利用消隱脈沖信號將圓以外的光柵消隱掉。
3.影像增強器
利用普通熒光屏進行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先進行一定時間的暗適應，或更換高靈敏度的熒光屏，但仍不能滿足觀察細微病變的要求，并且醫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５０年代出現影像增強器，特別是與電視技術配合使用后，才獲得了大幅度的改善。它使Ｘ線影像顯示技術發生了一次根本性的變化，有著重要的意義。
20世紀６０年代，電子工業發達的國家已基本普及了Ｘ線電視，并裝配在小型Ｘ線機上，在病房、手術室實現了Ｘ線電視檢查。20世紀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。影像增強器和電視系統的出現使Ｘ線成像裝置基本趨向完善。
圖2-20影象增強器結構
目前大多數醫院使用的影像增強器是實現明室透視、降低X線劑量和隔室操作的第一代影像轉換器械。
(１)影像增強器的結構和工作原理
圖2-20是影像增強器的結構剖面圖。從外形看影像增強器是一個大型玻璃管，表面涂有黑 色敷物作為光封閉層，管內保持高度真空。
管內前端有一個面積較大的輸入屏，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，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器采用了原子序數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點。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，當輸入屏 熒光影像的光子照射到光電陰極面時，另一面就發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換為熒光影像（電致發光），顏色為黃綠色，與人眼敏感的光譜相適應。為了提高輸出屏的分辨率，熒光物質顆粒很細，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熒光物質時所產生的二次電子，同時防止熒光屏因電子猛烈沖擊而產生灼傷的現象，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器的輸入屏上形成熒光影像（可見光影像），緊貼輸入屏內側的光電陰極各點按熒光的強弱程度產生數量對應不同的光電子（光電效應），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)影像增強器的技術參數
影像增強器是Ｘ線電視系統中最關鍵的器件 ，其技術性能優劣對整機的工作和影像質量影響很大。影像增強器的主要技術參數有：視野 、輸出影像直徑、影像分辨率、影像對比度、Ｘ線吸收率、轉換系數等，還有真空度、信噪 比、灰度等級等技術參數。
①視野 視野是在指定的電極電壓下，用與影像增強器軸線平行的Ｘ線照射時，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器。上述均是標稱視野。由于球管發 出的是點射線，且被檢體既不可能離球管無限遠，也不可能緊貼在影像增強器輸入屏，因而有效視野總比標稱視野小一些。例如，９英寸影像增強器的有效輸入視野約為８英寸，６英寸影像增強器的有效視野約為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，并按不同間隙構成的分辨率測試卡，觀測輸出影像在１ｃｍ寬度內能看清的黑白線 對數。這樣測定的線對數稱之為影像的分辨率。目前影像增強器的分辨率可達到２５～５０ 線對/ｃｍ以上。
④影像對比度 在影像增強器入射面中心部位放置相當于入射面有效面積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，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很高的碘化銫熒光粉。它的吸收能力強，這樣可將熒光粉層做得薄一些，達到既提高Ｘ線吸收率又不降低分辨率的目的。
⑥轉換系數 輸出屏的亮度與輸入屏位置處測得的Ｘ線劑量之比率，定義為影像轉換系數，轉換系數愈大，同樣亮度的影像所需的Ｘ線劑量愈小，系數一般在１００～ ２５０之間。盡管只要把影像增強器裝在正對Ｘ線管的位置上，透過人體的Ｘ線經過增強器輸出屏、光學系統，將影像耦合到普通閉路電視的攝像機上，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展，以及Ｘ線探測器和新型X線熒光材料的開發應用，影像增強器也有可能被取代，從而使Ｘ線電視向小型輕量化、高性能和低造價的方向發展。