刘景鑫《医学影像设备学》18-医学影像设备学

医学影像设备学,第三章 医用诊断X线机,工频X线机 高频X线机 医用X线电视系统 诊断用X线机简介,本章内容：,按照高压变压器的工作频率可分为： 工频X线机（50Hz60Hz） 中频X线机(400Hz20kHz) 高频X线机（20kHz）,第一节 工频X线机,工频X线机,常规X线机,程控X线机,单相全波整流,三相全波整流,自整流X线机,倍压整流X线机,常规x线机,常规X线机的按整流方式分为： 自整流X线机 单相全波整流X线机 三相全波整流X线机 倍压整流X线机,单相全波整流X线机,单相全波整流X线机的特点： 结构简单，成本低廉，能满足一般的医学临床要求。 机型：100-500mA的中、大型X线机。 典型机型：F78-IIIA 300mA,单相全波整流X线机,单相全波整流X线机,主要技术参数 1、电源：三相四线、220或380V 50Hz，电源容量大于25KVA、波动10%、电源内阻小于 0.3 (220V) ，0.9（380V） 2、透视：40-100KV、0.5-5mA，可连续调节 3、摄片：50-125KV、25-400mA、七挡，0.02-5s，23档,单相全波整流X线机,主要特点： 1、三钮控制：三参数自由选配调节，先选mA 2、容量保护：三参数连锁限制,保证x线管一次摄影不超最大允许容量 3、自检功能：旋转阳极启动、运转、灯丝加热回路 设有探测元件，当其不正常，保护电路工作。 4、曝光准备时间1.2s：旋转阳极启动，灯丝加热 5、电路一般采用接触器、继电器控制 6、台次切换 7、曝光控制方式 ：按下准备，松手曝光 按下曝光松手结束 8、备用400mA挡,（二）三相全波整流X线机,特点： 输出kv波形平稳，产生的软线少，产生线量的效率高，有利于短时间曝光的动态摄影。 应用：透视，点片摄影，普通摄影，滤线器摄影 短时间动态摄影，胃肠、 DSA等大型X线机,主要技术参数,电源要求：三相四线制，线电压380v，相电压220v，50或60Hz 管电压：摄影30-150kv，透视40-120kv连续可调 管电流：30，60，100800mA九挡，透视0.44mA连续可调 限速器工作范围：0.0035s 23挡，透视05min连续可调,主要特点,kv波形文波系数小3.4%； 最短曝光时间3ms； 自动曝光装置，以获得最佳曝光条件； 电源电压自动调整； 设有预偏磁装置：防高压初级的暂态电流 自动图像亮度控制装置(IBS)，以使透视图像亮度不随被检部位厚度、密度的变化而变化。 设有容量保护电路 mA控制稳定，精确:空间电荷非线性补偿,二 程控X线机,程控X线机： 程控X线机由单片机控制的工频线机。采用了计算机控制技术，机器的自动化程度高；kV、mA、曝光时间三参量控制更精确；透视、摄影条件设定全自动化，液晶数字显示；用户操作简单、方便；可方便进行人体各部位的检查。,控制台的计算机化,程控X线机,主要特点 kV、mA、s/100的选取互不干扰，各自独立 双重监测：旋转阳极启动和运转，灯丝加热受保护电路和单片机双重监测； 灯丝升温时间：选择mA的同时可以确定焦点，确保灯丝加热1.2s，随着mA的选择，同时进行大、小焦点的切换； 容量保护：用kV、mA、s/100三参量自由选配的工作方式，根据线管的容量，当所用摄影条件高于规定值时，蜂鸣器响，曝光无法进行；,摄影kv补偿程序：程序保证预设值与实际值在误差范围内 透视限时：限时5分钟 隔离低压电源，特别是单片机电源 两档手闸曝光控制方式 诊断床和摄影床的转换 门机连锁装置接口 运行状态的指示 故障自检功能,第二节 高频X线机,工频线机的缺点： （）体积重量大； （）输出波形文波系数高、线剂量不稳定、软射线成分较多； （）曝光参量的准确性和重复性较差。 为解决这些问题，将直流逆变技术引入线机中，使高压发生器的工作电源由工频提高到中频，甚至高频。,高频X线机,高频X线机与传统（工频）X线机的区别 1、传统（工频）X线机工作频率50HZ。 2、高频X线机是先把工频电源整流、滤波变成平滑直流，再由逆变器将直流电变成频率为几千赫兹或数十千赫兹的交流电，然后再供给变压器初级使用。,高频线机的特点,病人的皮肤剂量低：高压发生器输出波形近似于恒定直流，脉动率非常低，输出线的单色性和高能性大大提高，病人皮肤剂量大为降低； 成像质量高：从线成像原理可知，连续线谱的线，物质对其吸收不遵守指数规律，射线通过物质后，不仅有光子数量的减少，而且还有光子能量的变化，成像质量较差；而单能窄束线，物质对其吸收遵守指数规律，射线透过物体后，只有光子数量的减少，没有光子能量的变化，这对提高成像质量非常有利；,输出剂量大：因高频机属恒定直流曝光，故在胶片获得同样黑化度的情况下，高频机的mAs值是工频机的60%； 实时控制：曝光过程中可对kV和mA进行实时控制，使每次曝光输出量都保持基本一致，而工频机很难做到； 可实现超短时曝光； 高压变压器体积小、重量轻（便携式、移动式线机） 便于智能化,体积大大缩小、重量减轻,NS=E/4.44fB,便于智能化,计算机控制可实现 自动化控制技术 智能控制技术,操作控制台,高频X线机结构图及工作原理,计算机,工频电源,整流电路,主逆变,灯丝逆变,高压发生器,X线管,主逆变触发,灯丝逆变触发,显示,检查信息,阳极启动,曝光控制,v0,v1,v2,v3,v5,v4,v6,脉宽调制,脉宽调制,工频电源V0经过整流、滤波之后变为几百伏的直流电压 V1,此电压经主逆变电路变成几十KHz的高频电压 V2,该电压被送到高压变压器初级，经升压后整流、滤波（多为倍压整流）变为恒直流高压V3,作为X线管的管电压。 工频电源电压V0经过整流、滤波之后输出直流电压V4,此电压经灯丝逆变电路逆变为直流高频电压V5,该电压被送到灯丝变压器初级,降压后次级输出电压V6,作为X线管的灯丝加热电压。 管电压和灯丝加热电流的控制均采用脉宽调制（pulse width modulation PWM）方式, 采样信号与设定值实时进行比较，确保实际值等于设定值。,高频机的工作原理,直流逆变电源,即中高频电源 电路构成有以下三部分： 直流电源 直流逆变 逆变控制 15kw以下，220v 15kw以上 380v,直流逆变的方法有： 桥式逆变 半桥式逆变 单端式逆变 桥式逆变应用更为广泛,桥式逆变工作原理：,t1时间段：K1、K2闭合，K3、K4断开，电流为i1，Z上电压为E。 t2时间段：K1、K2断开，K3、K4断开，电流为0，Z上电压为0。 t3时间段：K1、K2断开，K3、K4闭合，电流为i2，Z上电压为一E。 t4时间段：K1、K2断开，K3、K4断开，电流为0，Z上电压为0。 t1t4为一个周期T，然后周而复始，如果周期T适当的话，就可以输出正负交替的矩形波。,第三节 医用线电视系统,X-TV是将TV技术应用于医学领域的结果，是20世纪50年代X线影像增强器诞生后的产物。X-TV将X线透视影像通过影像增强、TV摄像和放大处理后，在X-TV监视器上显示。,X-TV的优点,影像亮度高 改暗室工作环境为明室环境，使一些需在透视监视下的手术得以实施 ； 由于增强器和电子电路具有放大作用，进行同样的诊断操作，X线剂量可减少710倍； 由于X线剂量减少，延长了X线管的工作寿命，并可采用微焦点，使图像更清晰；,影像清晰 电视图像质量远远优于荧光屏图像，有利于病变的早期发现； 医生和病人受照剂量小 可实现隔室遥控操作，医生完全脱离X线的伤害； 影像可远距离传送并可录像保存 电视图像信号可以被存储、传输和做后期处理，便于供教学和会诊使用。,X-TV系统构成,X-TV由影像增强器和X线闭路TV系统构成。,X-TV系统,X-TV工作原理,穿过病人的透射X线（X线影像）照射到影像增强器的输入屏上，获得亮度较弱的荧光影像，再经影像增强器增强后在输出屏上获得一个尺寸缩小的、亮度比输入屏上亮数千乃至数万倍的荧光影像，被摄像系统摄取，合成全电视信号并显示。,X-TV工作原理,一、影像增强器,影像增强器结构,增强管 外壳 电源,输入窗,荧光层荧光作用,光电阴极光电转换,栅极聚焦,阳极加速电子,管壳高真空,输出屏荧光粉,（一）增强管结构图,增强管,输入屏,电极,输出屏,管壳,输入窗对X线吸收小薄金属板,荧光层吸收率高、荧光效率高，一般用碘化铯（CsI）,光电阴极极薄的光电发射膜,栅极聚焦,阳极加速电子,荧光粉薄、颗粒小、黄绿光谱（硫化锌镉）,保持高真空,2、影像增强管的工作原理,透过人体的X线投射到输入屏的荧光层，X线的荧光作用使闪烁晶体发出可见荧光，光电阴极受荧光照射激发逸出电子（光电效应），电子多少与X线照射强度成正比因而形成电子影像，光电子在阳极和聚焦电极电位共同作用下加速、聚焦，然后轰击到输出屏，输出屏荧光粉将电子影像转换成缩小几十倍，亮度增强数千倍的荧光影像。,（二） 外壳与电源,外壳：电磁屏蔽、吸收X线,电源：提供阳极、栅极电压，阳极电压20-30KV左右,影像增强器(E5759),（三）多视野影像增强管结构,单视野增强管是由三组电极（光电阴极，栅极，阳极）构成，而二视野增强管是由四组电极构成（光电阴极，栅极1，辅助阳极，阳极）构成，三视野增强管是由五组电极构成（光电阴极，栅极1，栅极2，辅助阳极，阳极）构成； 调节辅助阳极电位，可改变输入图像尺寸大小，调节栅极电位可调节增强管的聚焦状况。,（四）光学系统：光学镜头或光纤和光分配器,影像增强器,摄像机,二、电视基础知识,1、视觉惰性 人眼对光有视觉惰性，当光的亮度发生变化时，人的视觉对变化有一个“逗留时间”称惰性时间。当亮度的变化频率很快时，其周期小于惰性时间，感觉不到亮度的变化。 实验证明，当亮度频率大于45.8Hz时，感觉不到亮度变化,视觉惰性的应用,视觉惰性，是现代电影和电视的视觉基础。,2、图像的摄取与显像,图像的构成： 一幅图像由很多灰阶不同的点构成，每个点称 为像素。图像质量的好坏由像素的大小和多少决定。 摄像与显像原理 闭路电视由摄像机摄像以获得全电视信号，经电缆传送到监视器，由监视器显像的过程。传输方式为同时制和分时制。目前X-TV均采用分时制信号传输方式。,3、扫描原理与扫描制式,扫描是按一定的扫描方式把一幅图像分解和组合的过程。摄像机通过扫描把一幅图像分解为一个个像素，而监视器把它们组合成图像。 扫描方式分逐行扫描和隔行扫描 电脑显示器一般采用逐行扫描方式 我国采用625行的隔行扫描制，每一场为312.5行。使一帧图象分二场扫描完成，1秒钟扫描50场，即25帧图象,4、全电视信号形成,全电视信号由图象信号、同步信号和消隐信号，开槽脉冲，均衡脉冲等组成,为真实再现图象，显象管的扫描必须与摄像管的扫描步调一致 在全电视信号中，每一行、每一场都有一个同步信号作时间基准 一行扫描到头要进入新一行扫描和一场扫描到头要进入新一场扫描时电子束要回扫，为了不显示回扫线需要加消隐信号,三 摄像机,摄像管式摄像机 CCD摄像机,摄像机,（1）摄像管式摄像机,目前CCD摄像机广泛运用，取代摄像管式摄像机,CCD摄像机与摄像管式相比其特点：,体积小、功耗低 图像清晰度高，质量好 灵敏度高 寿命长、可靠性高 成本低,（2）CCD摄像器件,构成：CCD由光电转换，电荷存储、电荷转移及信号输出四部分组成。 1）光电转换和储存：常见的光电转换器件有MOS电容器和光敏二极管；光敏二极管已取代了MOS电容器； 2) 电荷转移：在驱动时钟脉冲作用下转移； 3) 信息输出：信号电荷变换为信号电压或电流,四、自动亮度控制（ABC）,1、自动亮度装置的作用： XTV式透视中，使影像亮度不随被检部位的厚度、密度变化而变化。,2、工作原理：由于影像亮度正比于视频信号电平，故常对视频信号电平进行取样以获得实际影像亮度的取样值。视频信号的取样一般有两种方法： 取整个视窗的亮度平均值， 取视窗中心一定范围的亮度平均值。,五、监视器,监视器作用 视频信号接收装置将接受的全电视信号处理后转换成图像显示 （即电光转换）,监视器一般有阴极射线管（CRT）监视器和液晶显示器（LCD）,1、 阴极射线管监视器（CRT）,1）构成：显像管，偏转线圈及其附属电路 2）显像管： 是监视器的核心部件，它将视频电信号转变为可见的荧光图像 3）偏转线圈：显像管外侧，套有行、场偏转线圈,2、 液晶显示器,工作原理： 液晶画面像素由大规模集成液晶点阵组成。通过改变液晶体上施加电压极性和幅度，来控制液晶偏转角度大小，从而改变各像素点的通光量来显示影像。,液晶显示器性能指标及应用,1、可视角度 2、亮度和对比度：150cd/m2 3、响应时间,与CRT相比： 体积小、重量轻、环保无辐射 医用高分辨显示应用上取代CRT显示器,第四节 诊断用X线机简介,胃肠X线机 普通摄影X线机 其他专用X线机 成像辅助装置,医用诊断X线机结构,医用诊断X线机,X线发生装置,外围装置,影像采集装置,机械装置,配套装置,X线球管,高压发生器,控制台,医用诊断X线机的分类,按临床应用及功能分类,透视,胃肠(点片),普通摄影,滤线器摄影,血管造影X线机,乳腺摄影,牙科X线机,床边X摄影,胃肠X线机,摄影X线机,专用X线机,(骨科)手术X线机,一 胃肠X线机,用途： 胃肠透视 胃肠点片摄影 其他部位检查: 透视 摄影 特殊造影,一、胃肠X线机,荧光屏透视,XTV X线电视,平板探测器,荧光屏,荧光纸,铅玻璃,背板,荧光效应,吸收残余X线,保护荧光纸,检查台,普通移动X-荧光屏,专用（电动）移动人体,透视（结构）,I.I-TV系统(影像增强器+摄像机),诊视床,遥控床,摇篮床,转动角度大,床下X线管,床上X线管,遮线器,控制X线照射野,一般诊视床,（一）诊视床 1，一般诊视床 结构：床体，点片架及其平衡装置，动力系统等几部分组成. 功能：床身回转功能，床面移动功能，点片架移动功能。 2，遥控床：床上管，床下管 3，摇篮床,胃肠X线机,（二）点片摄影： 透视检查过程中，对被检部位进行实时摄影，用以记录有诊断价值的X线影像。,胃肠X线机,有暗盒式,点片架分类,无暗盒式 ：储片盒 收片盒,胃肠X线机,点片架点片摄影专用机械装置 一般与X线管、X-TV系统结合成一体，同时运动。,点片系统,传片系统,照射野分割系统,曝光控制系统,平衡装置,外平衡,内平衡,复合平衡,（三） 数字胃肠X线机,数字胃肠利用计算机和数字化技术对透视和点片摄影影像进行数字化处理、存储、显示的数字化设备。,性能，特点： 1、高精度X线控制装置 2、自动曝光控制功能 3 程序摄影控制功能 4、脉冲透视功能 5、安全保护功能 6、数字触摸屏显示 7、高清晰度摄影 8、无暗盒遥控床,二 普通摄影X线机,摄影X线机： 利用胶片或IP板、探测器对穿过人体被检部位后的X线成像设备。,功能：一般摄影，滤线器摄影，立柱摄影，体层摄影 临床应用： 比荧光影像清晰，成本低廉，在呼吸 、骨骼等系统的诊断中占主导、重要的地位。,（一）普通摄影X线机结构,X线管管头支持装置,遮线器,*滤线栅,落地式,悬吊式,固定滤线器,活动滤线器,吸收散射线,天地轨式,双地轨式,安装在管套窗口，控制在x线照射野,摄影X线机外围装置,附着式,悬吊式,立柱式,X线管头支持装置,摄影床,遮线器,安装在X线管管套窗口，用于在X线检查中遮去不必要的原发射线，控制照射野的形状大小。 种类：手动和自动,*关于滤线栅,X线的散射线X线管辐射的原发X线穿过人体时，撞击人体组织产生向四周散射波长长的软射线也称二次射线（康普顿效应）。,散射线使胶片背景灰雾，影响照片对比度,影响散射线的因素：管电压(照射野、组织厚度、密度),解决：滤线栅,固定滤线器,活动滤线器,吸收散射线,滤线栅,功能： 结构:4-8mm厚的平板，内部 为许多薄铅条向焦排列； 规格:栅焦距f0，一般有100cm， 120cm， 180cm等； 栅比（R=h/a），有8：1， 12：1，比值越大，滤过散x线 越好。,滤线器摄影台,卧式滤线器摄影台 立式滤线器摄影台（胸片架）,特殊摄影装置,胸片架（立位摄影架）拍摄胸部X线片专用装置，也可用于颈椎等其它体位摄影。,X射线体层摄影（Xray tomography）,目的：将位于身体内欲观察层面的病灶突出地显示出来，而使其他深度平面组织影像模糊不清。,体层