高频机与工频机的区别

    工频机即以50Hz交流电为高压发生器电源的传统X线检查设备。我们知道，X线机(或称为X线检查设备)的组成可以大致分为X线发生器(X线源)和辅助设备两部分。下面的讨论我们将不加区别地将X线机和X线发生器混为一谈。

          工频X线机的高压电源的次级大致有单相自整流、单相半波整流、单相全波整流、三相全波整流、三相十二脉冲（12拍）等形式。整流形式不同，施加于X线球管两端的电压脉动系数（纹波系数）差别十分大。其中单相半波整流（含自整流）输出的电压纹波系数最大（100％），而12拍最小（3.4％）。

我们知道，如果施加于X线管两端的电压随时间做从零至最高值做连续变化，则在一个变化周期中，只有电压峰值附近的一小段电压值加速X线管灯系发射出来的自由电子才能够获得我们在机器上预置的能量（即kVp），这样产生的X线光子才有可能对摄影有用，其余时间产生的X线光子能量都大大低于预置能量。这样的X线光子对于我们的摄影目的毫无帮助，徒增加病人的吸收剂量而已。

      中（高）频X线发生器的工作过程如下：50赫兹交流电源经过二极管整流、电容器平滑为恒定直流电压后，经过逆变器转换成具有一定频率的方波电压，该方波电压经变压器升压，再经整流、滤波，变为平滑的直流高压后，施加于X线管两端。与此同时，采样电路对管电压进行采样，并将采样值送到比较器，与预置的管电压值进行比较。如果采样值低于预置值，则调节器发出调节信号，升高逆变器的频率，或增加逆变器输出的脉冲宽度，直到从实际的管电压采样值与预置值相等为止。反之，若采样值高于预置值，则调节电路降低逆变器的工作频率或减少脉冲宽度，直到采样值与预置值相等。同理，对管电流也采用同样的方法进行调节与控制。
下面我们从不同的角度来谈谈工频X线机和中（高）频X线机之间的差别。

1、 对曝光参数（KV，mA，时间或mAS）控制的精度  工频X线机的曝光控制精度根据整流方式不同而差别很大。中（高）频X线发生器采用的是电压预置，反馈调节的方法，控制精度高。这样，可以大大减少X线光子束中的软射线成分，降低病人的辐射剂量，提高曝光重复性，从而提高X线照片质量。其次，也提高了X线管的输出效率。这一点从上面的示意图可以直观地看出；

2、 结构简单  由于中高频X线发生器的kV和mA值采用了纯电子方式分别预置、反馈调节的方式，没有任何机械旋钮和开关，省去了kV补偿电路和空间电荷补偿电路；

3、 便于计算机控制，自动化程度高   由于中高频X线发生器采用了纯电子的控制与调节方式，没有机械伺服机构，便于计算机控制，提高自动化程度；

4、 因为没有机械接点和旋钮，不仅响应速度快，输出参数精度高，而且可以在曝光期间对kV和mA进行调整；
5、由于采用了储能元件，对电源的供电要求大大降低，甚至可以利用直流电直接供电（大型工频X线检查设备往往需要专线供电）；

6、由于频率高，根据变压器方程，可以使得高压变压器的体积大大缩小，便于大功率（大容量）X线发生器的小型化或微型化；
7、由于变压器体积小，不仅节省了制作高压发生器所需要的铁芯和铜线，而且也减少了高压发生器的铜耗与铁耗
   由于单相工频X线发生器产生的X线束含有的软射线成分多，病人吸收的剂量大，照片质量不易得到保障，所以欧美等发达国家已经明令禁止生产。而工频三相十二脉冲X线发生器则有体积庞大，结构复杂，对电源供电要求高，输出参数控制精度低，自动化程度低等缺陷，国际著名厂商也不再生产这类X线发生器了。

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高频X线机简述

 

一.研发背景：

X线机主要应用于医疗领域，是医院最基本的诊断设备之一。目前，医用X射线机在临床上的应用已相当普及，并成为影像诊断和治疗的主要医疗器械设备。但国内广泛使用的工频X光机有图像质量差，曝光精度低，自动化程度低、防护水平低，以及体积大、结构笨重等缺点，主要根源在于工频X线发生器。西方一些发达国家工频X线机已禁止使用，开始使用高频X线机，在我国主要以工频为主。中高频X线机的使用率不足3%，基本靠进口。针对这种情况，国家非常重视高频发生器的技术发展，在“七五”“八五”“九五”期间都把高频X线机的研制工作列入重点科技攻关项目。相关单位也作出了一些成果，但与国外相比，我国的高频X线机的研制技术水平还存在着较大的差距。因此，研制高频X线发生装置对促进我国医疗影像诊断设备的发展具有十分重要的意义。

二.高频X射线机与工频机的区别：

高频机是指高压发生器的工作频率大于20kHz的X线机，工频机是指高压发生器的工作频率小于400Hz的X线机。工频机将50Hz的工频电源升高压整流后有100Hz的正弦纹波，经滤波后仍有10％以上的纹波，高频机工作频率高，高压整流后的电压基本上是恒定的直流，纹波可小于0.1％。不同的高压电压对应不同能量的电子束，从而产生不同波长的X射线，X射线波谱越单一，散射越少，成像越清晰。工频机出X线波谱复杂，相同时间内特征频率的X射线量少，杂散射线多，成像模糊。高频机出X线波谱单纯，杂散射线少，成像清晰，比工频机减少50％以上的总出X线量。90年代以来的进口X射线机均为高频机，这是国际上的发展方向，我国目前正在向高频机的方向发展。

X射线机旧机改造具有低X射线辐射剂量，图象清晰的特点，降低了摄影条件，同时也延长X射线球管的使用寿命。操作简单，智能化程度高。甲级片率高，从而提高医院经济效益。CR的效果源自于高频机拍摄的胶片，顺应X射线机高频化发展趋势。灵活的数字接口，为用户以后升级创造条件。X射线机旧机改造对故障有自动检测和显示功能，售后服务快捷，维修费用低。

三.高频X射线机优点：

从原理上讲，高频高压发生器产生的加载在X射线管阳极的电压波纹小，产生的X线（电流）稳定，散射线软射线少，所以高频X射线机应具有以下优点：

1.输出剂量高，比工频X线机高出50%，所需摄影条件（kV、mAS）低。

2.X线输出稳定，重复性高。提高照片的影像质量。

3.可获得高质量X线，使射线同频谱单色化，避免软射线对人体的伤害。同时减少散射线,使影像更清晰；

4.结构紧凑小型化，减小控制台与高压发生器的体积。

5.对电源条件要求低。

6.有利于智能化发展，为X线技术数字化创造了条件。

 

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比较分析 

 

	高频X线机	传统工频X线机
外形尺寸	小	很大
稳定性	随调、稳定	预调、不稳定
有效成分	高	低
成像质量	高	低
皮肤剂量	中	大
环境污染	低	高
重复性	<0.02	<0.05
最短曝光时间	0.001秒	0.02秒

 

 

高频化的X射线机具有如下特点：

1.1     环保

由于输出的高压脉动量非常小，近似直流，故输出X射线的单色性好，散射线减少，病人吸收的辐射剂量大为降低；

1.2     输出效率高

例如，单相工频机中，一个高压脉冲波形的持续时间为10ms，而大于0．707倍峰值的持续时间约为5ms，而高频机的波形近似直流，所以高频机如果需要曝光10ms(相当于工频高压脉冲的半个周期)的剂量，则全波整流工频机至少需要曝光20ms(需要一个周期)。曝光时间增加一倍，势必增大图像的动态模糊度，严重影响了成像质量；

1.3     采用反馈闭环控制，利用纯电子方式进行实时调整

由于没有任何机械接点或旋钮，因此调节速度快。更由于采用了管电压和管电流彼此独立预置与反馈调节的方法，不仅省去了kV补偿和管电流的空间电荷补偿电路，而且也提高了控制精度。即使在曝光期间也可进行kV和mA分别调整。

1.4     输出稳定，重复性好

在高频机中，kV和mA闭环控制电路的设定值可以做得很精确，检测电路也可以做得很稳定，所以不论影响kV、mA的因素有多少，只要其变化在某一允许范围内，则高频机每次曝光的输出量都可以保持一致；

1.5     最短曝光时间更短

X射线机的最短曝光时间由高压上升沿来决定。高频机的高压波形上升沿很陡，一般是十几至几十μs，所以最短曝光时间可达0.01s。而工频机的高压波形按正弦波形变化，上升沿变化缓慢，比如单相工频机中，一个周波为10ms，而有效电压(大于0.707kVp)只占约5ms。每次曝光至少要占有部分有效电压，否则这样一次曝光就毫无意义。根据计算得知，工频机的最短一次有效曝光应大于3ms。

1.6     体积可以大大减小

根据变压器方程，V=f×n×A。在变压器的输出电压一定时，提高输入电压频率f，则可减少变压器铁心面积A和变压器绕组匝数n。高频高压发生器的输入频率一般大于20kHz，远远大于50Hz工频，故变压器体积大大缩小。体积的缩小不仅节省了大量的铜线和铁芯，而且大大减少了金属铜耗和铁耗。其次，可以让原来分离式结构的变压器箱和机头一体化，使得大容量的X射线做到小型化或微型化，有利于战争和抢险救灾条件下的X射线检查。

1.7     便于智能化

由于高频机已全部实现电子化，很容易引进微机技术。微机的应用将使X射线机各种性能，比如降落负载、自动曝光、实时控制和监测显示、故障报警、自动处理、数据存储、实时控制等等，提高到一个崭新的水平，为X射线数字化、智能化创造了条件。

1.8     节能

由于输入电路中利用了储能器件，大大降低了对电源的供电要求，降低能耗，并且可直接使用直流电源供电，解决了电源条件的难题。这对缺乏交流电的场合，如边远地区、救灾和野战条件下，具有特殊意义。