封装和球管封套

高效率产生X-线所要求的组件用一个密闭的真空玻璃封装(“X-线管”)包围着。球管被镶嵌在一个接地的金属封套里面。X-线管浸入油中是为了: (1)隔离封套与施加在球管上的高电压; (2)吸收从阳极辐射出的热量。将高压传递到X-线管的防电击电缆通过绝缘通道进入封套中。在球管工作时，封套中的膨胀器允许加热后的油膨胀。通常将该膨胀器连接到一个开关上，如果油的温度超过管封套的热容量，开关就中断X-线管的运行。金属封套里面的铅外壳衰减X-线管在不想要的方向上发出的辐射。X-线管和它的封套的剖面图如图5-8所示。

图5-8 固定在封套中的旋转阳极X-线管的剖面图

次级电子可以从高速电子轰击的靶上驱逐出。当这些电子撞击X-线管的玻璃封装或金属部件时，它们相互作用以产生X-线。这些X-线被称为离焦X-线，因为它们是在靶以外的地方产生的。

X-线图像的质量因为离焦X-线而降低。例如，离焦辐射提供的辐射量约为某些旋转阳极的X-线管发射出的总辐射量的25%［5］。离焦辐射对图像的影响可以通过把射束准直器尽可能地靠近X-线靶来减少。

为了得到最高质量的X-线图像，产生X-线的靶的体积应该越小越好。为了减小焦点的“表观尺寸”，X-线管的靶以与轰击电子的运动方向呈陡峭的角度安装(如页边图5-10)。这种角度的靶，使得X-线似乎起源于一个焦点，这个焦点比从轰击电子吸收能量的靶的体积小得多。这种焦点尺寸在表观上的减少被称作线聚焦原理。大多数诊断用的X-线管使用6°～17°之间的靶角度。在该示意图中，投影的或表观焦点的边长a可如下计算:

a=Asinθ (5-4)

其中，A是对应的真实焦点的尺寸，θ是靶的角度。

例5-4 利用页边图5-10和公式(5-4)，当A=7mm，θ=17°时，计算a。

a=Asinθ=(7mm)(sin17°) =(7mm)(0.29) =2mm

表观焦点的边长b等于真实焦点的边长B，因为B边与电子束是垂直的。然而，B边比实际焦点的A边要短，因为灯丝的宽度总是小于它的长度。当在视野的中间观察时，表观焦点通常近似为正方形。

正如前面所提到的，双焦点诊断用X-线管装备有两个表观焦点，用于精细放射摄影术的焦点(如0.6mm2或者更小)由较小灯丝产生，用于粗焦点射线成像的焦点(如1.5mm2)由较大灯丝产生。表观焦点的使用是由所需管电流的大小决定的。当小管电流(如100m A)就能满足要求时，使用小灯丝。当需要大的管电流(如200 m A或更大)以降低曝光时间的时候，就要使用粗灯丝。用于放大摄影的专用X-线管中，可以得到尺寸非常小的表观焦点(如≤0.1mm)。

X-线管焦点的表观尺寸可以通过一台针孔X-线相机测量［5，6］。在一个不透的X-线金属盘上钻一个直径为几十微米的孔。金属盘置于X-线管和胶片之间。该孔的图像的大小在曝过光的胶片上测量。根据图像的尺寸和针孔的位置，就可以计算表观焦点的大小。例如，页边图5-11所示的表观焦点的尺寸(a)可以通过图像中的对应尺寸(a')来计算:

这里，d1是靶到针孔的距离，d2是针孔到胶片的距离。

焦点的大小同样也可以用分辨率检测物体(如图5-9所示的星形图案)来测量(如图5-9所示)。图5-9右边模型的X-线图像显示了该测试模型的辐条不清晰的模糊区域。根据模糊区域的直径，可以用任意尺度计算出焦点的有效尺寸。在焦点尺度相同的情况下，焦点的有效尺寸可能与用针孔相机测量的有差别，因为模糊区域的直径不仅受实际焦点尺寸大小的影响，同时也受到焦点上X-线强度分布情况的影响。在大多数诊断用X-线管中，这个分布是不均匀的。它的强度反而趋向于集中在与电子束方向正交的焦点的边缘。

图5-9 星形测试模型的接触放射线照片(左)和X-线图像(右)。焦点的有效尺寸可以通过X-线图像的模糊区域的直径计算出来。

对于大多数X-线管而言，焦点的大小并不是恒定的。它是随着施加在X-线管上的电流和电压的变化而变化的［7，8］。平行于轰击电子运动方向的焦点大小的这种影响见页边图5-12。页边图5-12的上图表示了焦点随着管电流变化的增长或“胀增”。图5-13则表示随着电压峰值电平的增加焦点尺寸逐渐减小。

钨靶中产生的低能X-线在脱离靶时的衰减非常严重。对于以小角度安装的靶，沿阳极一侧发射的X-线束中的衰减比沿靠近阴极一侧的X-线衰减大得多。因此，X-线的强度从射线束阴极侧向射线束阳极侧依次减小。这样的X-线束中强度的变化称为跟效应。放射诊断中使用的X-线束的跟效应尤其值得注意，特别是对于在低k Vp下产生的X-线束，因为X-线的能量相对较低且靶的角度也更陡峭。为了补偿跟效应，可以在靠近X-线出口处的管封套上安装一个滤过器。该滤过器的厚度从射线束阳极侧向阴极侧依次增加。将病人身体较厚的部位放置于靠近X-线束的阴极一侧同样可以帮助补偿跟效应。

跟效应随着靶面倾角的陡峭程度而增加。这样的增加限制了特定靶面倾角下可获得的最大有用射野的大小。例如，在40英寸的距离使用14×17英寸的胶片做X-线检查时推荐使用角度不大于12°的靶，而在同样距离要求而射野大小不大于10×10英寸时，可以使用陡峭程度为7°的靶。