高頻機與工頻機的區別

   工頻機即以50Hz交流電為高壓發生器電源的傳統X線檢查裝置。我們知道，X線機(或稱為X線檢查裝置)的組成可以大致分為X線發生器(X線源)和輔助裝置兩部分。下面的討論我們將不加區別地將X線機和X線發生器混為一談。

      工頻X線機的高壓電源的次級大致有單相自整流、單相半波整流、單相全波整流、三相全波整流、三相十二脈衝（12拍）等形式。整流形式不同，施加於X線球管兩端的電壓脈動係數（紋波係數）差別十分大。其中單相半波整流（含自整流）輸出的電壓紋波係數最大（100％），而12拍最小（3.4％）。

我們知道，如果施加於X線管兩端的電壓隨時間做從零至最高值做連續變化，則在一個變化周期中，只有電壓峰值附近的一小段電壓值加速X線管燈系發射出來的自由電子才能夠獲得我們在機器上預置的能量（即kVp），這樣產生的X線光子才有可能對攝影有用，其餘時間產生的X線光子能量都大大低於預置能量。這樣的X線光子對於我們的攝影目的毫無協助，徒增加病人的吸收劑量而已。

      中（高）頻X線發生器的工作過程如下：50赫茲交流電源經過二極體整流、電容器平滑為恒定直流電壓後，經過逆變器轉換成具有一定頻率的方波電壓，該方波電壓經變壓器升壓，再經整流、濾波，變為平滑的直流高壓後，施加於X線管兩端。與此同時，採樣電路對管電壓進行採樣，並將採樣值送到比較子，與預置的管電壓值進行比較。如果採樣值低於預置值，則調節器發出調節訊號，升高逆變器的頻率，或增加逆變器輸出的脈衝寬度，直到從實際的管電壓採樣值與預置值相等為止。反之，若採樣值高於預置值，則調節電路降低逆變器的工作頻率或減少脈衝寬度，直到採樣值與預置值相等。同理，對管電流也採用同樣的方法進行調節與控制。
下面我們從不同的角度來談談工頻X線機和中（高）頻X線機之間的差別。

1、 對曝光參數（KV，mA，時間或mAS）控制的精度  工頻X線機的曝光控制精度根據整流方式不同而差別很大。中（高）頻X線發生器採用的是電壓預置，反饋調節的方法，控制精度高。這樣，可以大大減少X線光子束中的軟射線成分，降低病人的輻射劑量，提高曝光重複性，從而提高X線照片品質。其次，也提高了X線管的輸出效率。這一點從上面的可以直觀地看出；

2、 結構簡單  由於中高頻X線發生器的kV和mA值採用了純電子方式分別預置、反饋調節的方式，沒有任何機械旋鈕和開關，省去了kV補償電路和空間電荷補償電路；

3、 便於電腦控制，自動化程度高   由於中高頻X線發生器採用了純電子的控制與調節方式，沒有機械伺服機構，便於電腦控制，提高自動化程度；

4、 因為沒有機械接點和旋鈕，不僅響應速度快，輸出參數精度高，而且可以在曝光期間對kV和mA進行調整；
5、由於採用了儲能元件，對電源的供電要求大大降低，甚至可以利用直流電直接供電（大型工頻X線檢查裝置往往需要專線供電）；

6、由於頻率高，根據變壓器方程，可以使得高壓變壓器的體積大大縮小，便於大功率（大容量）X線發生器的小型化或微型化；
7、由於變壓器體積小，不僅節省了製作高壓發生器所需要的鐵芯和銅線，而且也減少了高壓發生器的銅耗與鐵耗
   由於單相工頻X線發生器產生的X線束含有的軟射線成分多，病人吸收的劑量大，照片品質不易得到保障，所以歐美等發達國家已經明令禁止生產。而工頻三相十二脈衝X線發生器則有體積龐大，結構複雜，對電源供電要求高，輸出參數控制精度低，自動化程度低等缺陷，國際著名廠商也不再生產這類X線發生器了。

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高頻X線機簡述

 

一.研發背景：

X線機主要應用於醫學領域，是醫院最基本的診斷裝置之一。目前，醫用X射線機在臨床上的應用已相當普及，並成為影像診斷和治療的主要醫學器械裝置。但國內廣泛使用的工頻X光機有映像品質差，曝光精度低，自動化程度低、防護水平低，以及體積大、結構笨重等缺點，主要根源在於工頻X線發生器。西方一些發達國家工頻X線機已禁止使用，開始使用高頻X線機，在我國主要以工頻為主。中高頻X線機的使用率不足3%，基本靠進口。針對這種情況，國家非常重視高頻發生器的技術發展，在“七五”“八五”“九五”期間都把高頻X線機的研製工作列入重點科技攻關項目。相關單位也作出了一些成果，但與國外相比，我國的高頻X線機的研製技術水平還存在著較大的差距。因此，研製高頻X線發生裝置對促進我國醫學影像診斷裝置的發展具有十分重要的意義。

二.高頻X射線機與工頻機的區別：

高頻機是指高壓發生器的工作頻率大於20kHz的X線機，工頻機是指高壓發生器的工作頻率小於400Hz的X線機。工頻機將50Hz的工頻電源升高壓整流後有100Hz的正弦紋波，經濾波後仍有10％以上的紋波，高頻機工作頻率高，高壓整流後的電壓基本上是恒定的直流，紋波可小於0.1％。不同的高壓電壓對應不同能量的電子束，從而產生不同波長的X射線，X射線波譜越單一，散射越少，成像越清晰。工頻機出X線波譜複雜，相同時間內特徵頻率的X射線量少，雜散射線多，成像模糊。高頻機出X線波譜單純，雜散射線少，成像清晰，比工頻機減少50％以上的總出X線量。90年代以來的進口X射線機均為高頻機，這是國際上的發展方向，我國目前正在向高頻機的方向發展。

X射線機舊機改造具有低X射線輻射劑量，圖象清晰的特點，降低了攝影條件，同時也延長X射線球管的使用壽命。操作簡單，智能化程度高。甲級片率高，從而提高醫院經濟效益。CR的效果源自於高頻機拍攝的膠片，順應X射線機高頻化發展趨勢。靈活的數字介面，為使用者以後升級創造條件。X射線機舊機改造對故障有自動檢測和顯示功能，售後服務快捷，維修費用低。

三.高頻X射線機優點：

從原理上講，高頻高壓發生器產生的載入在X射線管陽極的電壓波紋小，產生的X線（電流）穩定，散射線軟射線少，所以高頻X射線機應具有以下優點：

1.輸出劑量高，比工頻X線機高出50%，所需攝影條件（kV、mAS）低。

2.X線輸出穩定，重複性高。提高照片的影像品質。

3.可獲得高品質X線，使射線同頻譜單色化，避免軟射線對人體的傷害。同時減少散射線,使影像更清晰；

4.結構緊湊小型化，減小控制台與高壓發生器的體積。

5.對電源條件要求低。

6.有利於智能化發展，為X線技術數字化創造了條件。

 

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比較分析 

 

	高頻X線機	傳統工頻X線機
外形尺寸	小	很大
穩定性	隨調、穩定	預調、不穩定
有效成分	高	低
成像品質	高	低
皮膚劑量	中	大
環境汙染	低	高
重複性	<0.02	<0.05
最短曝光時間	0.001秒	0.02秒

 

 

高頻化的X射線機具有如下特點：

1.1     環保

由於輸出的高壓脈動量非常小，近似直流，故輸出X射線的單色性好，散射線減少，病人吸收的輻射劑量大為降低；

1.2     輸出效率高

例如，單相工頻機中，一個高壓脈衝波形的期間為10ms，而大於0．707倍峰值的期間約為5ms，而高頻機的波形近似直流，所以高頻機如果需要曝光10ms(相當於工頻高壓脈衝的半個周期)的劑量，則全波整流工頻機至少需要曝光20ms(需要一個周期)。曝光時間增加一倍，勢必增大映像的動態模糊度，嚴重影響了成像品質；

1.3     採用反饋閉環控制，利用純電子方式進行即時調整

由於沒有任何機械接點或旋鈕，因此調節速度快。更由於採用了管電壓和管電流彼此獨立預置與反饋調節的方法，不僅省去了kV補償和管電流的空間電荷補償電路，而且也提高了控制精度。即使在曝光期間也可進行kV和mA分別調整。

1.4     輸出穩定，重複性好

在高頻機中，kV和mA閉環控制電路的設定值可以做得很精確，檢測電路也可以做得很穩定，所以不論影響kV、mA的因素有多少，只要其變化在某一允許範圍內，則高頻機每次曝光的輸出量都可以保持一致；

1.5     最短曝光時間更短

X射線機的最短曝光時間由高壓上升沿來決定。高頻機的高壓波形上升沿很陡，一般是十幾至幾十μs，所以最短曝光時間可達0.01s。而工頻機的高壓波形按正弦波形變化，上升沿變化緩慢，比如單相工頻機中，一個周波為10ms，而有效電壓(大於0.707kVp)只佔約5ms。每次曝光至少要佔有部分有效電壓，否則這樣一次曝光就毫無意義。根據計算得知，工頻機的最短一次有效曝光應大於3ms。

1.6     體積可以大大減小

根據變壓器方程，V=f×n×A。在變壓器的輸出電壓一定時，提高輸入電壓頻率f，則可減少變壓器鐵心面積A和變壓器繞組匝數n。高頻高壓發生器的輸入頻率一般大於20kHz，遠遠大於50Hz工頻，故變壓器體積大大縮小。體積的縮小不僅節省了大量的銅線和鐵芯，而且大大減少了金屬銅耗和鐵耗。其次，可以讓原來分離式結構的變壓器箱和機頭一體化，使得大容量的X射線做到小型化或微型化，有利於戰爭和搶險救災條件下的X射線檢查。

1.7     便於智能化

由於高頻機已全部實現電子化，很容易引進微機技術。微機的應用將使X射線機各種效能，比如降落負載、自動曝光、即時控制和監測顯示、故障警示、自動處理、資料存放區、即時控制等等，提高到一個嶄新的水平，為X射線數字化、智能化創造了條件。

1.8     節能

由於輸入電路中利用了儲能器件，大大降低了對電源的供電要求，降低能耗，並且可直接使用直流電源供電，解決了電源條件的難題。這對缺乏交流電的場合，如邊遠地區、救災和野戰條件下，具有特殊意義。