第二节 医用X线成像系统

第二章诊断用X线成像2.1荧光透视成像系统2.2屏-胶片摄影系统2.3X线电视系统-影像增强器X线显像装置可以用荧光屏观察图像。荧光屏显像原理是当X线光子打在荧光屏上，荧光屏上的活性成分（硫化锌镉）发出黄绿光（可见光），其光强与入射的X线光子成正比，能在荧光屏上看到与各种组织结构对应的明暗阴影。2.1荧光透视成像系统医生除了可以观察组织的形态、位置外，还可以观察脏器的运动。优点荧光屏的转换率很低，仅有7%的光子能量转换成为可见光。解决途径屏-胶片摄影系统影像增强器X线电视系统-医用X射线胶片增感屏2.2胶片和屏-胶片摄影系统医用X射线胶片：X射线胶片，多幅相机胶片、激光相机胶片、影像增强器胶片和特种胶片医用X射线胶片入射的X线在胶片上形成潜影，然后经过显影、定影处理，使胶片上的潜影转变为可见的不同灰度分布像。灰度指明暗或黑白的程度，主要由曝光量（即投照光强度对时间的积分）片基：无色或淡蓝色透明的多用醋酸纤维或聚酯材料压制而成，起支撑作用。感光乳胶感光层：由许多悬在凝胶体中的卤化银晶体。卤化银被还原成金属银残留在胶片上，形成由金属银颗粒组成的黑色影像。片基150μm粘结剂感光乳胶感光层10μm保护膜X线胶片构造示意图如果用X线直接对胶片曝光，其效率比较低。实际临床中使用屏-胶片系统作为投影X线成像系统的接收器。增感屏荧光增强屏：涂有荧光材料的薄层（如钨酸钙）。荧光增强屏的工作原理：当X线的能量由增强屏吸收，并将其能量的一部分（大约5～20%）转变为可见光，使乳胶感光材料曝光，形成胶片上的潜影。屏-胶片经过显影、定影处理，将影像固定在胶片上。基层：整个增感屏的支撑物，相当于胶片的片基，可由白色的硬卡纸或塑料制成。聚酯或聚苯乙烯材料，以提高致屏效率和改善防潮性能荧光层：荧光物质晶体、胶粘剂及有机溶剂等保护层：塑料或醋酸酯等坚固物质，很薄能透过荧光与X射线，表面光滑、耐磨、防水，防静电反射层与吸收层：增感屏结构示意图反射层或吸收层荧光体层感光层基层2.3X线电视系统组成及原理X线电视系统与荧光屏式透视相比具有下列优点：影像亮度高。可实现明室操作医生病人受照剂量小影像清晰。利于病变的早期发现影像可以远距离传送并可保存可以转变为数字图像进行计算机处理当进行胸部透视时，用60-90KV、2-2.5mA条件，荧光屏的影像亮度为0.003cd/㎡（cd/㎡称做坎得拉每平方米，为亮度单位）。人类眼睛正常视觉亮度为3-30cd/㎡，在这个范围内视网膜上的锥状细胞（又称亮觉细胞）工作，此时人眼对影像的分辨力可达0.025mm直径细节。

一，影像增强器出现原因当影像亮度低于0.8cd/㎡时，锥状细胞便丧失机能，由杆状细胞（又称暗觉细胞）开始工作。由锥状细胞过度到杆状细胞工作时，需15-20分钟的转化时间。杆状体必须要有这个时间杆状体必须要有这个时间适应，此称为“暗适应”。而杆状体在0.003cd／㎡的亮度下，最佳分辨力只能达到0.8㎜直径的细节。

在满月月光照耀下的野外景色，其景色亮度为0.01cd／㎡。也就是说，满月月光照耀下的野外景色亮度比荧光透视下的影像亮度强3.5倍。可见荧光的影像亮度是何等的微弱。欲使其影像亮度达到人眼正常亮度，必须将荧光屏亮度增加103-104倍即增强到3-30cd／㎡的亮度。

1942年张伯伦氏（W.Chamberlin）在英国放射学杂志上提出了：应当抛弃荧光屏透视影像亮度微弱现象，恳切希望利用当代电子技术创造出新的、透视影像更加明显的装置，把放射线工作者从暗室透视中解放出来。从此，引起了各国有关的物理学家的重视，并着手开始研制。

1952年菲利浦公司的特维斯（M.E.Teves）等人提出了影像增强管的结构报告，此后不久，第一代影像增强管便问世了。

X射线电视系统主要包括：X射线影像增强器光学系统含有摄像机与监视器的闭路视频系统与辅助电子设备（录像机/摄像机、监视器等）为了把亮度增加到适合人眼正常观察水平，普遍采用X线影像增强器（imageintensifier，I.I.）。二，影像增强器X线穿过病人后，由于病人个组织的密度、厚度不同，对X线的吸收程度亦不同，因而形成一个强度受密度、厚度调制的X线影像影像增强器的作用1）将X线影像转换成亮度很低的荧光影像2）增强管进行影像增强后，在输出屏上获得亮度大大增强的荧光影像在X线影像增强器上，输入的荧光屏（碘化铯CsI）先把X线光子转变为可见光光子，这些可见光子又打在与荧光屏结合在一起的光电阴极（铯化锑SbCs）产生光电子，经过电子加速并聚焦在一个输出的荧光屏（硫化锌镉ZnCdS）上，输出荧光屏将加速的光电子还原成可见光得到荧光图像。工作原理外壳：用高强度玻璃制成。除输入面、输出面

外全部涂以石墨遮光，防止光线进入管内。

作用：把输入屏、输出屏和管内各电极

支持在固定位置上，并保持管内真空度。

影像增强器注意事项：不工作时避免强光强X线和强光不允许从光学系统进入对磁敏感，不能受磁性物质影响平板型影象增强管（panelelectrontube，PET）在影像增强器上，利用光学系统放大即可观察，也可用胶片摄影或用光导摄像管摄像，在电视监视器显像，亦可用录像机录像，形成X线电视系统。影像增强管的主要技术参数

1.视野：固定6、7、9、12英寸；

可变11、7；9、5；4、6、14英寸

2.影像分辨力

在适当的条件下，使用分辨力测试卡，观察输出影像在1mm宽度内能看清的黑白线对数。一般可达3LP/mm左右，中心部分可达5LP/mm

3.影像对比度

在增强管输入屏中心放置相当于

输入屏有效面积10%的2mm厚的

圆形铅板，从输出屏上观察没有

铅影部分的最大亮度与铅板屏蔽

部分的亮度之比。

6：112：115：1或更高

4.X线吸收率

表示输入屏荧光体层对X线的吸收能力

5.转换系数

◆输出屏的亮度和输入屏的X线照射量率的比值，用来衡量增强管的增强效率。

◆在其它性能一样的情况下，转换换系数与输入屏的面积成正比。

◆同一增强管，大视野比小视野的转换系数大。

◆输出屏的亮度不变，转换系数越大，所需的X线量越小。

◆转换系数一般在100-250之间为宜。

光学系统用于将影像增强管输出屏的图像传递到视频摄像管的输入屏。三，光学系统摄像机分为摄像管式摄像机和CCD摄像机两种。摄像管式摄像机聚焦线圈偏转线圈校正线圈聚焦极（0～+300V）阴极（0V）控制极（0～-50V）加速极（+300V）（+15～+40V）信号输出光电导靶网电极玻璃面板玻璃壳体信号板（透明导电极）光导层（硫化锑）光扫描电子束电子枪Uc=+15～+40VUc（t）RL光导层信号板四，闭路电视系统——摄像机中心控制器CCU聚焦线圈偏转线圈校正线圈聚焦极（0～+300V）阴极（0V）控制极（0～-50V）加速极（+300V）（+15～+40V）信号输出光电导靶网电极VIDEOOUT工作原理：摄像机通过摄像头上的光学镜头把增强管输出屏上的荧光图像传输到摄像管的光敏靶面，照到靶面上的荧光图像通过光电导靶面转换成各像素阻抗不同的电导图像行、场扫描电路给偏转线圈提供扫描的锯齿波电流，产生偏转电场，以使电子束扫描光电导靶，从摄像管的靶环上取出按时间序列排列的大小不同的电流信号这样就把平面的电导图像转换成了按时间序列排列的电流图像信号。1970年，美国贝尔实验室研制成功，是目前最常用的摄像机。将逐步替代摄像管式摄像机CCD摄像机CCD（电荷耦合器件）是一种半导体器件。工作原理：根据它的光敏特性，在光照下能产生与光强成正比的电荷量，形成电信号。多个CCD器件组成光电转换器。用于成像的CCD器件可分：线阵式——用于传真机、扫描仪等；面阵式——用于摄像机、数码相机、摄像头。CCD摄像机与摄像管式摄像机比较：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。容易受到干扰（电磁、机械、磁场、温度等）。3.11光电传感器

光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。内光电效应

半导体材料受到光照时会产生电子-空穴对,使其导电性能增强,光线愈强，阻值愈低，这种光照后电阻率发生变化的现象,称为内光电效应

。光敏电阻、光敏二极管和光敏三极管常用CCD器件有：MOS型和光敏二极管型。MOS型P型衬底金属层电极SiO2氧化绝缘层光子E=hvMOS型MOS(MetalOxideSemiconductor)光敏元的结构是在半导体(P型硅)基片上形成一种氧化物(如二氧化硅)，在氧化物上再沉积一层金属电极，以此形成一个金属-氧化物-半导体结构元(MOS)。

光敏二极管型金属层PN型P型N型光子E=hv+-光敏二极管与MOS电容相比，具有灵敏度高、光谱响应宽、蓝光响应好、暗电流小等优点。半导体敏感元件传感器

光电池

光生伏特效应指半导体材料P-N结受到光照后产生一定方向的电动势的效应。以可见光作光源的光电池是常用的光生伏特型器件。+++---PN光传感器原理

光传感器原理

照相机自动测光光控灯工业控制半导体敏感元件传感器

应用光电传感器在工业上的应用可归纳为辐射式(直射式)、吸收式、遮光式、反射式、四种基本形式。半导体敏感元件传感器

半导体敏感元件传感器

半导体敏感元件传感器

半导体敏感元件传感器

案例：机械鼠标就是利用LED与光敏晶体管组合来测量位移。光学鼠标的核心是一个低分辨率迷你摄像机，称为传感器。从图上看来，原理就是利用发光二极管照射移动表面，并被反射回鼠标的光学感应器，用以记录移动动作，以此来捕捉移动位置的不同画面.当鼠标移动时，传感器会连续拍摄物体表面，并利用数字信号处理来比较各个影像，以决定移动的距离和方向。产生的结果会传回计算机，而屏幕上的光标会根据这些结果来移动。激光鼠标原理跟光电鼠标差不多，只是把发光二极管换成了激光二极管来照射鼠标所移动的表面，图上我们也能清楚的看出它们之间一些细微的差别，激光光线具有一致的特性，当光线从表面反射时可产生高反差图形，出现在传感器上的图形会显示物体表面上的细节，即使是光滑表面;反之，若以不一致的LED作为光源，则这类表面看起来会