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中图分类号：R144.1文献标识码：A
文章编号：1005-202X(1999)04-0220-02
The study of underexposure physics cause in X-ray photography
CHEN Jian-fang, et al.
(Department of Physics, Bengbu Medical College, Bengbu 233003,China)
Abstract: From the equivalent circuit of X-ray machine, to analyses mostly physics cause of underexposure in X-ray photography, and to educe malfunction behave and check-up flow chart in all kinds of things.
Key words: X-ray machine ; photography ;underexposure ; tube voltage ; tube current.
前言：X线摄影所拍胶片质量的好坏直接决定了临床上对疾病的诊断。本文所称的摄影曝光不足是指X线机基本能正常工作，在小条件爆光（低mA、kV），如透视、拍四肢片等，X线机仍能正常工作，但是当拍摄人体腹部片等较厚体位时，由于所选曝光条件较高，这时明显表现出胶片曝光不足，影像质量较差。在临床医学工程中此类现象属软故障，检查起来相当复杂，盲目性很大。所以有必要从X线成像的物理基础上对其进行更深层次研究。本文结合实践经验，分析了摄影曝光不足的主要原因及故障表现，在此基础上给出了检修国产放射设备X线机检查流程图。
1物理原因分析
摄影曝光不足主要是指胶片的曝光量不够，它与X线的质和量都有关系。X线的质大小主要由X线光子能量大小决定，而光子能量大小由管电压(kV)的高低所决定［1］；X线的量由管电流(mA)与曝光时间(s)的乘积mA·s所决定。曝光时间与灯丝加热电路比较简单，稍有经验的临床医学工程人员都容易判断其工作是否正常，本文不作讨论。而管电流又与管电压、电路等效阻抗密切相关，因此X线摄影曝光量就由管电压和等效阻抗的大小来决定，而管电压和等效阻抗又受X线机电路中多个有关参数制约。我们从分析国产中型X线机主机等效电路中各有关参数的变化入手,定量分析了各有关参数发生变化后，管电压和等效阻抗是如何发生变化的，X线机面板上各类仪表的读数是如何发生变化的，这样就可根据各仪表的读数变化来对故障进行准确判断，以达到正确使用和迅速排除故障的目的。
参照有关文献，国产X线机主机等效电路可如图1所示。图中各符号定义如下。E0、Z1、I1分别是电源电压、阻抗、电流，m和n分别为自耦变压器和高压变压器（HT）的匝数比，I2为HT初级电流，Z2为自耦变压器输出等效阻抗，Z3为从控制台到HT初级侧导线阻抗（包括HT初级线圈直流电阻与交流复阻抗），Z4为整流器内阻(包括HT次级线圈交直流阻抗与高压电缆复阻抗)，Ex为X线管电压有效值，Ix为X线管电流有效值。根据图1可得下列关系式：
(1)
I2=nIx
(2)
I1=mnIx
(3)
图1X线机主机等效电路图
把公式(2)、公式(3)代入公式(1)可得：
Ex=mnE0-m2n2Z1Ix-n2Z2Ix-n2Z3Ix-Z4Ix
(4)
若考滤到管电流波形对管电压波形的影响，(4)式修正如下：
(5)
Exp：管电压峰值，：管电流峰值与有效值之比，从(5)式可以看出，EXP受九个自变量的影响，n、这二个参数对Exp的影响，本文暂不研究。Z2与Z1、Z3、Z4相比可忽略，我们重点研究公式(4)中E0、Ix、m、Z1、Z3和Z4对Ex (等同公式(5)中Exp)的影响。
1.1电源对Ex的影响
X线机对电源的电压、频率、容量和内阻有严格的要求，前三者在X线机安装时容易引起人们的注意，基本上都符合要求，而电源内阻Z1极易被忽视，但Z1却对X线机能否充分发挥性能影响极大，影响X线机辐射输出线性［2］。(4)式第二项m2n2Z1Ix就是由电源内阻形成的电压降，可见若Z1大于实际要求值，这时必然引起压降增大，同样若Ix增大，Ex也将下降，而且随着所选择的摄影条件增大（即mA值增大），Ex下降得越厉害，且越低。此时无论怎样调节管电压（即m值发生变化），都不能使Ex升高，其根本原因是Ex为自变量m的负向发散的二次抛物线［3］。此类故障多发生在一些供电状况较差的乡镇、厂矿基层医院。解决此问题的方法一是改善电源供电状况，使电源内阻满足要求，二是降低使用条件，宁可使用低条件长时间曝光，也不使用高条件短时间曝光拍片。故障表现：电源电压表LV、预示千伏表kV下降。Ix减小，mA表读数减小。检修时发现自耦变压器输出电压降低，调节电源补偿，kV补偿不能奏效。
1.2高压变压器初级电路对Ex影响
式(4)n2Z2Ix代表从自耦变压器到高压变压器初级接线之间电压降，正常工作时，此项压降很小。目前大中型X线机中都采用二只反向并联的可控硅控制高压变压器初级的通断（如图2），所以也包括可控硅的导通电阻在内。若二只可控硅都不完全导通（一只不导通时将发生严重偏磁化，后面讨论），此时Z2增大，Ex必然降低。可控硅不全导通的主要原因除可控硅本身内阻增大外，就是触发电路电压、电流脉冲宽度不够所致［4］。此时由于可控硅不在零相位附近导通，开机瞬间LV、kV稍低，然后基本恢复正常。故障现象：LV、kV表轻微下跌，mA表读数稍低。
图2可控硅控制高压初级电路
在理想状态下高压变压器初级电路等效输入阻抗为Z3，但由于其工作的特殊性，极易发生偏磁化，关于偏磁化对管电压的影响，文献［5］报道高压变压器等效输入阻抗Zi=1/(n2/z+1/jωL) ,z负载阻抗。主要原因是其中一只可控硅损坏开路或一只未能被触发，这时L显著减小，引起Zi（即Z3）显著减小，I2增大。故障表现：LV、kV表下跌严重，mA表读数极小，I2较大，高压变压器铁芯漏磁严重，出现嗡嗡声。
1.3高压变压器次级电路对Ex的影响
高压变压器次级电路包括二个次级线圈、两条高压电缆、四个整流器和X线管。当次级线圈、电缆、X线管出现故障时，一般情况下不论大小条件曝光X线机都将无法正常工作。从经验可知当出现X线摄影曝光不足时，一是整流管的内阻增大，导致Z4Ix增大，使Ex下跌。整流管内阻增大对于采用真空整流器的X线机来说，主要是真空整流器的灯丝加热电压降低所致，此时可明显看出真空整流器的屏极发红，有的甚致熔化成洞。对于采用硅整流器的X线机来说，主要是其正向电阻增大所致；二是因为硅整流器热稳定性不好所致，小电流时，其发热较少，还能免强正常工作，当条件提高后，流过较大的电流，发生热击穿，这时Ix增大，Z4Ix增大，Ex下跌，导致曝光不足。另外当硅整流器的耐压不足时，提高摄影条件后，千伏增大，使管子击穿，现象同热击穿。总之，当高压次级电路发生故障时，前者使LV、kV表不下跌，mA表读数减小；后者使LV、kV表下跌，mA表读数增大。
2检修流程图
