线机设备ppt课件

第二节X线机设备 1. X射线物理基础 1)X射线的发现 X线投照 德国科学家(1845-1923) Wilhelm Conrad Roentgen 1895年发现X线 第二节X线机设备 1.X射线物理基础 1)X射线产生的必要条件 I.有电子源。 II.必须有空压电场及真空条件下的电子流。 III. 必须有适当的阻挡物(金属靶面)来承受高速电 子的能量，使高速电子所带的动能转变成X线 。 第二节X线机设备 1. X射线物理基础 2)X射线波长 特征X射线的能量: h ：普朗克常数 ：X射线的频率 ：X射线的波长 c ：光速 En1：轨道能级（外 ） En2：轨道能级（内 ） + + 特征X射线 第二节X线机设备 1. X射线物理基础 2)X射线波长 连续X射线的能量 ： h ：普朗克常数 c ：光速 V ：加速电子的电场电压 e ：电子电荷量 max ：X射线的频率 min ：X射线的波长 + + 连续X射线 射线 第二节X线机设备 1. X射线物理基础 2)X射线波长 X射线强度 X射线波长 特征X射线 第二节X线机设备 1.X射线物理基础 3)X射线的基本特性 I.物理效应 穿透作用、荧光作用、电离作用、光学作用 、热作用 II.化学效应 感光作用、着色作用 III. 生物效应 第二节X线机设备 1. X射线物理基础 3)X射线的基本特性 X线是波长很短的电磁波。 X-Ray 是一种不可见光。 X-Ray 可以穿透物体。 X-Ray 可以使化学物质发生反应;产生荧光。 X-Ray 可以产生生物效应,破坏细胞,改变基因 。 第二节X线机设备 1.X射线物理基础 4)X射线的质和量 I.X射线的三个参量： 管电压(kVp) 管电流(mA) 曝光时间(s) X射线 阳极 阴极 灯丝 变压器 高压 变压器 管电压 管电流 第二节X线机设备 1.X射线物理基础 4)X射线的质和量 II. X射线的质是指X射线光子能量的大小，由下面 公式可以得出： 所以，可以用X线管的管电压来描述X射线的质 ，其实用单位为kVp。 不同质的X射线的用途 名 称最短波长管电压 (kVp) 用 途滤过板材料 极软X射线2.50.62 540软组织摄影、表皮治疗胶纸板 软X射线0.620.1240150透视和摄影铝 硬X射线0.120.05150250较深组织治疗铜 超硬X射线0.05以下250以上深部组织治疗锡、铅 第二节X线机设备 1.X射线物理基础 4)X射线的质和量 III. X射线的量是指单位时间内通过X射线入射方 向的垂直的单位面积内的X射线光子数的大小 。 通常用管电流I(mA)和曝光时间t(s)的乘积来 描述。即毫安秒(mAs)。 第二节X线机设备 1.X射线物理基础 4)X射线的质和量 IV. 质和量对胶片曝光 的影响 X-Ray质 - 由KV 决定，高KV质高，低KV质低 ， 代表X线的穿透力(对比度)。 X-Ray量 - 由mA(X线量)和s(曝光时间) 决定 表明曝光总量(黑化度)。 第二节X线机设备 2.X线机的组成 1)X-ray 发生装置 -球管和高压发生器 2)X-ray 接收装置 -胶片或影像增强器 I.有电视信号处理系统- 有透视功能 II.无电视信号处理系统- 无透视功能 (注：早期的透视功能X线机是利用荧光屏显示图像的) 3)X-ray 图像数字化处理系统 - 硬件及软件处理系统 4)X-ray附属装置：病床、球管支架、防护设备等 X线机胃肠床 高压发生器 控制台 (包括X线控制和床的控制) 球管 束光器 影像增强器 摄像机 图像 一般透视胃肠一般透视胃肠X X线机的工作过程线机的工作过程 Generator A DA D Image processor ANGIOMATIC (exposure control) Host computer Documentation 带有图像处理功能的透视胃肠带有图像处理功能的透视胃肠X X线机的工作过程线机的工作过程 影像增强器(I.I) 球管(Tube) 一般摄片过程一般摄片过程 X线控制操作台 X线高压发生装置 病 床 暗盒 X光胶片 荧光屏透视原理荧光屏透视原理 第二节X线机设备 3. X线球管 1)原理及参量 X射线 阳极 阴极 灯丝 变压器 高压 变压器 管电压 高速电子流 电子流以高速撞击金属靶面会产生X-Ray 。 电子流 - 球管阴极灯丝提供。 高速 - 高压发生器提供加载至球管。 金属靶面(主要成分为钨) - 球管阳极。 阳极靶 阴极灯丝真空玻璃管 焦点 q 焦点尺寸 q 热容量 焦点 物体 图像 源相距 焦 物 距 物像距 68mm 0.6/1.0mm X-Ray焦点- 有效焦点尺寸愈小, 影像清晰度越高，图像锐利度越好。 半影产生图像模糊 小焦点可使影像清晰。 但是焦点越小，在焦点上集聚的能量越高，产生的 热量也就越高。因为只有约0.5%的电能转化为X射 线的能量，99.5%以上的能量转化为热能。 最终将导致焦点面熔化。 解决办法： 双焦点技术、旋转阳极技术和水或油循环冷却技术 在透视时使用小焦点 在摄影时使用大焦点 高 压 正KV负KV 大焦 灯丝 小焦 灯丝 大焦灯丝 变压器 小焦灯丝 变压器 CL C CS 阳极 双焦点技术双焦点技术 旋转阳极技术旋转阳极技术 通过阳极旋转来扩大焦点面积，提高球 管的散热率，从而提高球管的功率。 旋转阳极球管 旋转速率有2700rpm、8500rpm(3倍频)，甚至16000rpm(6倍频)。 N=120f / P(rpm)P为定子极数，一般为2极 旋转阳极球管的靶面 水或油循环冷却技术水或油循环冷却技术 真空 油 在CT中使用油循环X 线管 在心血管造影机X线 机中使用水循环X线 球管 热容量热容量 功率 热量 热容量 散热率 热容量热容量 功率 每次曝光 产生的热量 热容量 散热率 球管参数举例球管参数举例 第二节X线机设备 4. 高压发生装置 组成 高压发生器：包括高压变压器、灯丝变压 器、高压整流硅堆、高压交换闸 参量控制台：KV控制、mA控制、曝光时 间(s)控制等等。 摄影的条件范围：60-150KV, 30-500,800,1000mA, 0.016.4S 透视的条件范围：40-125KV, 0.1-5mA, 长时间连续 KV 40 - 150 kV KW 65 - 80 kW mAs 0,5 - 800 mAs Expo. Time 1 ms - 5s 高压控制的过程高压控制的过程 高压控制方式高压控制方式 早期的 工频控制 现在的 变频控制 内的内容在高压油箱(高压发生器)内 变频控制电路框图 控制V1、V4导通 控制V2、V3导通 变频与工频电路输 出波形的比较 整流滤波逆变器高压变压器高压整流高压滤波 U t 交流电直流点低纹波直流电压高频电压交流高压 灯丝控制电路框图(毫安控制电路) 曝光的时间控制，即曝光时间(t)的控制 曝光的时间控制是通过限时器来实现的，有机械式 限时器和电子式限时器。 曝光过程控制 X线机有一个曝光手闸，它的按钮有两档，第一档是 准备档按钮(Ready)，第二档是曝光档按钮(Radiography)。 病人摆 好位 调节曝光参数 KV、mA、S 开始按曝光按钮 第一档(Ready) 灯丝加热电路工作 旋转阳极启动电路工作 操作面板上 Ready灯亮 灯丝加热到设定值 旋转阳极转速到一定值 按曝光按钮第二 档(Radiography) 球管上加上高压 计时电路工作 计时器到设 定时间值 切断高压回路 曝光结束 松开手闸 灯丝加热停止工作 旋转阳极减速停止 一次曝光 完成 单钮自动曝光过程控制单钮自动曝光过程控制 病人摆 好位 调节曝光 参数KV 开始按曝光按钮 第一档(Ready) 灯丝加热电路工作 旋转阳极启动电路工作 操作面板上 Ready灯亮 灯丝加热到设定值 旋转阳极转速到一定值 按曝光按钮第二 档(Radiography) 球管上加上高压 电离室工作，记 录X射线的剂量 电离室纪录的剂 量到达一定值 切断高压回路 曝光结束 松开手闸 灯丝加热停止工作 旋转阳极减速停止 一次曝光 完成 根据球管容量 计算出最大mA 无钮自动曝光过程控制无钮自动曝光过程控制 病人摆 好位 根据透视KV值 推算出摄影KV 开始按曝光按钮 第一档(Ready) 灯丝加热电路工作 旋转阳极启动电路工作 操作面板上 Ready灯亮 灯丝加热到设定值 旋转阳极转速到一定值 按曝光按钮第二 档(Radiography) 球管上加上高压 电离室工作，记 录X射线的剂量 电离室纪录的剂 量到达一定值 切断高压回路 曝光结束 松开手闸 灯丝加热停止工作 旋转阳极减速停止 一次曝光 完成 根据球管容量 计算出最大mA 其他控制电路 X线管容量保护电路 球管油温检测电路 旋转阳极启动电路 相位检测电路(工频机) 曝光方式控制电路 球管选择电路 透视摄影切换电路 KV补偿电路 空间电荷补偿电路 mA补偿电路 KV调节电路 mA调节电路 S选择电路 KV测量电路 mA测量电路 mAS测量电路 参数显示电路 IBS自动亮度控制电路 电源电压检测和调整 自动曝光电路 第二节X线机设备 5. 影像载体 影像载体有下面几种 1)荧光屏 2)胶片 3)影像增强器 4)影像板(IP板) 5)平板数字探测器 荧光屏 材料：硫化锌镉，产生黄绿色光 特点：发光效率低，仅有十分之一的X 光光子，所以必须在暗室条件 下观察。 胶片 主要感光材料：溴化银 分辨率：分辨率的大小主要由溴化银颗粒的大小所决定。 溴化银颗粒的大小一般为12m。 一般用多少线对每毫米来表示，国产胶片的分辨率 为6585线对/毫米。 胶片规格：5 7，8 10，10 12，11 14，12 15，14 14，14 17。单位英寸。 曝光后的胶片质量参数(Page141 142)： 照片密度 对比度及层次 明锐度 失真度 影像增强器 影像增强器原理 面积缩小增强，电子倍增增强 影像增强器视野：一般有5、6、7、9、12、16英寸。有些 可以实现可变视野，如9/5英寸。 图像分辨率：每厘米多少线对表示，一般为25 50线对/厘 米。 影像对比度：全黑和全白的亮度比。一般有1：6、1：12、 1：15或更高。 灰度等级：8 12级。从黑到白的层次。 IBS电路(ABS电路)：图像亮度自动稳定系统 影像板(IP板) 材料：氟卤化钡(Barium Fluorohalide) 原理：IP板经X射线照射后，其内的电子获得能量，跃迁 到高能态，由此形成了模拟影像。 受照射后的IP板，经激光扫描后，受激电子以荧光 的形势释放出来，将IP板上的每一点荧光值用光电 倍增管转化成电信号，并记录下来，就形成了X光 数字图像。这就是CR(Computed Radiography ，计算机摄影)技术。 特点：可以在传统的X线机上，利用IP板可实现数字化X 线图像。 IP板 灵敏度高，使曝光剂量降低 分辨率高，一般可达3.3LP/CM 动态范围宽 速度慢 分辨率不如常规X线机 IP板读片机 平板数字探测器 (FPD,Flat Pannel Detector) 材料种类： CCD探测器 CMOS探测器 非晶硅探测器 非晶硒探测器 Thin Film Transistor array 薄膜晶体管阵列 平板数字探测器的作用原理 (FPD,Flat Pannel Detector) 非晶硅 非晶硒 技术参数： 平板尺寸：17 17，单位英寸 灰度等级：14bit 像素：720万个像素点 分辨率：3.1LP/MM 显示器：2K 2K 曝光间隔：6秒 第二节X线机设备 6.X-ray 图像数字化处理系统 - 硬件及软件处理系统 1)图像数字化的四种方式及处理过程 2)图像数字化产生的数字减影技术 3)数字图像的后处理软件 4)计算机辅助诊断(CAD，Computer- Assisted Diagnosis) 图像数字化方式之一：胶片扫描系统 扫描仪 计算机 X线胶片 图像数字化方式之二：影像增强器+CCD+图像板 X线X线 影像增强器 计算机处理系统 电视摄像管 CCD或真空 摄像管 电视信号处理 A/D 转换 (图像板) 数字信号 显示 打印 球管 人体 图像数字化方式之三：计算机摄影 (CR, Computed Radiography) 图像数字化方式之四：直接数字化摄影 (DR, Digital Radiography) 图像数字化产生的数字减影技术 20世纪60年代出现过X线照片减影术(Radiography Image Subtraction)，主要用于脑血管造影。 80年代的数字减影技术主要应用于血管造影中，所以又 叫数字减影血管造影技术(DSA，Digital Subtraction Angiography) 。这项技术是在通常的血管造影过程中，运用数字计算机工 具，取人体同一部位两帧不同的数字图像，进行相减处理， 消去两帧图像的相同部分，得到造影剂充盈的血管图像。 能量减影技术 CR技术通过两块IP板，中 间插入铜过滤板来实现。 DR技术通过两次短时间， 不同能量值的曝光来实现。 时间减影技术 将不同时间拍摄的统一部位的 影像相减，来判断病灶。 数字图像后处理软件 窗宽窗位 边缘增强 图像平滑 对比度增强 图像放大缩小 图像裁减 感兴趣区分析 图像压缩 连续图像回放 计算机辅助诊断(CAD，Computer-Assisted Diagnosis) 每年RSNA开幕式的大会上都会安排一个主题的学术报告，2001年开幕 式的主题学术报告为计算机辅助诊断(CAD)。 共有两个报告分别是美国芝加哥Heber MacMahon的胸部成像的计算机 辅助诊断(Computer-assisted Diagnosis in Chest Imaging)和纽约Robert A.Schmidt的乳腺成像的计算机辅助诊断(Computer-assisted Diagnosis in Mammography)。MacMahon介绍了CAD的理论、人工神经网络(Artificial Neural Network，ANN)和在胸部病变的应用，特别是能量减影和时间减影 的应用，目前在胸部除了结节病灶外还用于肺的间质病变、气胸以及心脏 扩大等方面。 Schmidt介绍了乳腺计算机辅助诊断，采用了计算机对乳腺癌诊断无论是 敏感性或特异性均有提高。并且谈到目前广泛采用的基于胶片数字化仪的 信息采集方式可以提高检测的敏感性，对特异性也不会有明显的降低，但 是假如采用了数字化乳腺摄影则将有助于诊断结果的更进一步提高。这些 论点是一个重要的信号，它提示我们CAD将是人们应该关注的一个热点。 用数字化仪来采集诊断信息，比起医生肉眼观察图像已 有了很大的进步，但是也还存在一定的缺点，就是其结果会 受照片质量的影响，特别是胶片处理过程中的影响。因此要 达到人们的初衷，即达到诊断的目的还是有一定的距离，因 此更多的是把CAD中的D-Diag