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1、医学影像设备学,X线成像设备,第二章 X线发生装置第三章 医用诊断X线机第四章 数字化X线设备第五章 X线计算机体层成像(CT),第二章 X线发生装置 小结,X线球管,高压发生器,控制台,产生X线：真空中高速电子流受阻结构：阴极-阳极-玻璃壳参数：焦点、热容量等工作特点：空间电荷效应使用及维护：散热,高压变压器：升压、功率大、绝缘灯丝变压器：降压、绝缘高压整流器：高压交流-直流高压电缆、高压插头与插座高压交换闸*：多球管分时共用,限时电路（自动控时）旋转阳极启动、保护电路X线管保护电路（容量、过压等）操作控制（条件选择等）,电源电路：自动稳压灯丝加热电路：空间电荷补偿高压发生电路：通断、KV测
2、量显示控制电路：,第三章 医用诊断X线机,医用诊断X线机的发展史工频X线机中、高频X线机医用X线电视系统诊断用X线机简介成像辅助装置,本章内容：,第三章 医用诊断X线机,定义：指利用X线透过人体所形成的各种影像（荧光、胶片、TV等）对患者进行诊断的X线机。,X射线机的发展史（1）,一百多年X射线机的发展史可分为五个时期1）气体X射线管时期（1895）主要是含气离子管产生X射线X射线能量低40-50 KVX射线机控制能力差，开关控制无任何防护,X射线机的发展史（2）,2）热电子固定阳极X射线管时期 1913年，美国物理学家柯立支发明固定阳极X射线管X射线能量增大增加防护措施,X射线机的发展史（3
3、）,3）旋转阳极X射线管时期 1930年旋转阳极X射线管研制成功大功率、小焦点短时间、高千伏、高毫安应用范围增大,X射线机的发展史（4）,4）50年代以后，影象增强及电视的问世 时期特征：改变了X射线医学影象的传统显示方式电视图象取代荧光图象，扩大临床应用范围X射线机机型结构有重大变化通用机：200-500 mA 通用胃肠摄影机、专用机：透视专用机、胃肠专用机、手术C臂、摄影专用机。传统放射诊断学体系形成,X射线机的发展史（5）,5）70年代以后，计算机技术的应用和信息技术的发展，使诊断X射线机发生了一次重大的变革 CT发明应用 DSA的应用横向发 高频高压技术取代工频高压技术，提高了X射线机
4、的效率和质量。,X射线机技术的进一步发展（6）,90年代以后X，医学影象进入数字化信息处理阶段表现为：无胶片化、数字影像 PACSRIS的发展应用,第三章 医用诊断X线机,医用诊断X线机结构,X线发生装置,外围装置,影像采集装置,机械装置,配套装置,医用诊断X线机的分类,按结构,便携式,按输出功率,移动式式,固定式,小型 50mA 90KV,中型 100-500mA 125KV,大型 500mA 125-150KV,按功能,透视,摄片,胃肠,C臂、乳腺等专用X线机,什么是工频、高频X线机？,根据高压变压器工作频率将X线机分为：,工频（50 Hz）中频（400Hz-20 kHz）高频（20 kH
5、z）,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,工频X线机,高压变压器工作频率：50HZ,（一）单相全波整流X线机,机型：100-500mA的中、大型X线机。典型机型：F78-IIIA,（一）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)0.8（380V）2、透视：40-100KV、0.5-5A连续调节 3、摄片：50-125KV、25-400mA、0.02-5s,（一）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 2、容量保护：三
6、参数连锁限制 3、自检功能：阳极旋转启动、运转、灯丝加热回路设有保护电路。4、电路一般采用接触器、继电器控制,（二）三相全波整流X线机,主要特点：1、电源采用三相四线制，输出功率大 2、最短曝光时间短 3、kv波形稳定，软射线相对较少。应用：短时间动态摄影，胃肠、DSA等大型X线机,（三）程控X线机,程控X线机：采用单片机对KV、mA、S三参数及工作流程等进行编程控制。,控制台的计算机化,（三）程控X线机,主要特点1、开机自检功能；2、设有故障自诊断程序；3、条件自动化(APR)；4、工作过程由程序控制；X线球管及高压发生装置与普通X线机无异。,工频机的局限性,单相全波整流,10ms,工频机的
7、局限性,结构笨重、自动化程度低输出波形脉动率高、剂量不稳定、软射线多曝光参量精度低（0.2s、3ms）,解决：直流逆变技术,第二节 中、高频X线机,一、中、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、中、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。,第二节 中、高频X线机,什么是高频X线机？传统（工频）X线机的高压变压器初级直接使用自耦变压器输出，工作频率50HZ。中、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
8、，然后再供给变压器初级使用。,二、逆变器,1、逆变器的作用 将直流电变为一定频率的交流电,2、逆变器的基本工作原理 由电子频率开关控制电子振荡电路振荡（电路由储存电能的电容器C和储存磁能的电感器L组成），利用电能和磁能的不停变换，将直流电转变成交流电输出。,3、逆变器（直流逆变电源）结构,直流电源（蓄电池或交流整流）逆变电路（LC震荡电路）逆变控制（电子开关）,3.1、LC谐振电路,3.3 电子开关（逆变控制）,逆变控制通常方式有：单端式 半桥式逆变 桥式逆变,桥式逆变,4、中、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
9、发,显示,检查信息,阳极启动,曝光控制,5、中、高频X线机电路特点,1、计算机控制电路是系统核心；2、高压及灯丝电压均采用中、高频直流逆变技术；3、高压发生器一般具有自动曝光控制功能；,三、中、高频机的优点：,1、软射线少，病人的皮肤剂量低；2、可输出高质量的X线(单色性、高能性)，成像质量高；3、输出剂量大（X线中高能成分多）；,三、中、高频机的优点：,4、可进行实时控制，控制精度高；5、高压变压器体积小、重量轻；6、最短曝光时间短（1毫秒）；7、输出稳定，重复性好，利于智能化发展。,休息片刻,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
10、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,第三节 诊断用X线机简介,胃肠X线机摄影X线机其它专用X线机,一、胃肠X线机,基本功能：透视、点片摄影,（一）透视：把穿过人体后携带组织信息的x线转换成可见光并实时显示。,荧光屏,床下X线管,床上X线管,一、胃肠X线机,荧光屏透视,XTVX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,岛屿床,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
11、照射野,一、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。,一、胃肠X线机,点片架点片摄影专用装置一般与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,一、胃肠X线机,储片盒（无胶片暗盒）,使用胶片暗盒,点片架分类,无胶片、无暗盒,无点片架?,（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。,结构特点：1、影像采集：X-TV（数字摄像）或平板探测器 2、计算机进行处理控制 3、X线：一般采用中、高频
12、技术 4、无复杂传片系统,胃肠机的应用,消化道造影检查泌尿系造影检查生殖系造影检查支气管、血管等造影介入治疗,优势：动态观察、实时摄影,缺点：透视分辨率有限、点片代价太高,影像增强器,摄像机,第四节 影像增强器与X线电视系统（X-TV）,影像增强器电视基础知识摄像机中心控制器自动亮度控制装置监视器X线电视系统的应用及发展,关于荧光屏透视,荧光屏亮度：0.003 cd/m2(70KV2mA)满月照耀时景色亮度：0.01 cd/m2 人眼正常视觉(锥状细胞工作)亮度：330 cd/m2，分辨率为0.025mm 环境亮度低于0.08 cd/m2杆状细胞工作，适应时间需15分钟左右，分辨率下降到0.8
13、mm摄像机靶面工作亮度：cd/m2,关于荧光屏透视,荧光屏透视缺点：、暗室操作、暗适应、影像分辨率差，诊断信息有限、防护差,解决思路：提高亮度,一、影像增强器,影像增强器Image Intensifier 简写：I.I 作用:将穿过人体的X线影像转换成亮度较强（比普通荧光强数千至万倍）可见光影像。,影像增强器1952年飞利浦公司制造出了世界上第一支影像增强器,影像增强器结构,增强管外壳电源,亮度增强？,1、影像增强管结构图,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,增强管,2、增强管的组成,增强管,输入屏,静电透镜,输出屏,管壳及离子泵,输入窗
14、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）,光电阴极锑化合物,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,3、影像增强器的工作原理,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形成的电子透镜作用下加速、聚焦，然后轰击到输出屏，输出屏荧光粉将电子影像转换成亮度增强的可见光影像。,4、影像增强器的外壳与电源,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
15、像增强器(E5759),影像增强器(E5759)的电气连接图,5、影像增强器的特性及参数,（1）视野尺寸 一般1535cm(6-14”),可变视野,（2）转换效率 GX=输出屏亮度/输入屏X线照射率,（3）亮度增益（增强因素）,亮度增益缩小增益 X 能量增益,亮度是如何增强的？,（1）缩小增益（面积缩小）增强器的输入屏面积较大，输出屏的面积较小，把较大面积上的光电子聚焦在较小面积上，使亮度得到提高。缩小增益输入屏有效面积/输出屏有效面积 输出屏直径一般在1622mm之间,亮度是如何增强的？,（2）流量增益（能量增益）是指输入屏发出光子激发产生的光电子在加速电压的作用下，获得较高能量撞击到输出屏
16、荧光层时可使之发出多个光子，此增益称为流量增益。一般增加50倍左右。,6、影像增强器的使用注意事项,1、输入屏输出屏均应避免强光照射，严禁空曝光尤其点片；2、增强管对磁场敏感，避免接近磁场；3、不宜刚开机就曝光；4、高真空、高压器件，维修、拆卸注意安全。,7、影像增强器的应用,影像增强器,+闭路电视系统,=X线电视（X-TV）,影像增强器输出屏影像亮度比普通荧光屏影像亮度高数千乃至上万倍。使得电视、电影、录像技术在x线成像领域的应用成为可能。,休息片刻,二、X线电视系统(X-TV),影像增强器,+闭路电视系统,闭路电视（监控）系统,闭路电视（监控）系统,摄像头视频控制处理显示设备,二、X线电视
17、系统X-TV,X-T V结构,影像增强器,摄像头,中心控制器,显示器,自动亮度控制装置,X线影像转换成荧光影像,荧光影像转换成视频电信号,控制X线的质或量确保不同部位时监视器图像亮度稳定,摄像与显示同步,视频电信号转换成可见光影像,1、XTV式透视X线机的构成方框图,闭路电视工作原理？,光 电 光,（一）、电视基础知识,电视：根据人眼的视觉特性，以电子信号的形式实时传送动态景像的技术。,1884年，德国人P.G.尼普科夫发明了可实现机械电视的扫描盘。1897年德国人K.F.布劳恩发明了阴极射线管。1925年英国的J.L.贝尔德表演了实用的机械扫描电视。1933年美国的V.K.兹沃赖金发明了光电
18、摄像管，可以把光图像变成电信号，为真正的电子电视奠定了基础。1936年贝尔德电视公司在英国开始了电子方式的黑白电视广播，从此开始了电子电视的时代。,1、视觉惰性,人的视觉对外界光刺激的响应有一定的延时。视觉的建立和消失都有一定的惰性，称为视觉惰性。,1、视觉惰性,秒,视觉惰性的应用,视觉惰性，是现代电影和电视的视觉基础。,（二）、图像的摄取摄像机,图像摄取原理：将图像分解成若干个点分别顺序传送，每个点称为像素。,摄像机把图像信号（光）转换成电信号,摄像机分摄像管式和CCD摄像机,摄像机,结构,光学系统镜头光电转换系统摄像管或半导体器件电路系统视频处理电路,（1）摄像管式摄像机,物体通过镜头在靶
19、面成像各像素处的电导因光照不同而变化电子束在靶面扫描，得到随亮度而变化的电压信号,这样，按空间分布的亮度信号就变成按时间分布的电压信号,（2）CCD摄象机,CCD由一系列光电管组成，一个光电管对应一个像素受光强的光电管产生的电荷多摄像时按一定的次序读出各光电管的电压这样，按空间分布的亮度信号就变成按时间分布的电压信号,CCD摄像机与摄像管式相比优点：,体积小、功耗低图像清晰度高质量好灵敏度高寿命长、可靠性高易于实现数字化,（三）、中心控制器,作用：摄像管输出电信号的放大、处理形成全电视信号送显示器；控制摄像与显示扫描同步。,1、扫描原理与扫描制式,扫描 电子束按一定的顺序偏转并轰击靶面（摄像机
20、）或荧光屏（显示器），实现图像的分解和组合的过程。扫描方式分 隔行扫描和逐行扫描我国电视的标准是一帧图象扫描625行，采用隔行扫描的方式，使一帧图象分二场扫描完成，1秒钟扫描50场，即25帧图象电脑显示器一般采用逐行扫描方式,2、全电视信号形成,全电视信号由图象信号、伴音信号、同步信号和消隐信号组成,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,（四）、图像的显示监视器,监视器作用 将视频电信号处理后转换成图像显示（电光转换）
21、,监视器一般有CRT和液晶显示器,电视信号控制电子束的强度偏转线圈驱动电子束在荧光屏上扫描电子轰击荧光屏，使其发光，光强随电子束的强度而变化由于视觉残留，我们看到的不是一个快速移动的光点，而是一片明暗光点集成的图象,1、阴极射线管监视器（CRT）,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，从而改变个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亦有取代CRT的趋势,(五)、自动亮度控制（ABC）,1、自动
22、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。,取整个视窗的亮度平均值,视频信号经滤波后取出，与基准电平比较，输出送到控制调整装置，常采用自动调节KV方法（控制X线的质)使图像亮度稳定在规定的亮度范围。,X线电视的应用特点：1、影像亮度高，实现明室透视；2、降低X线剂量，医生和病人受照剂量小；3、影像清晰；4、远距离传输并可录像保存；5、视频信号经过A/D转换后，易于实现数字化
23、。,（六）、X线电视的应用及发展,（六）、X线电视的应用及发展,XTV发展趋势：1、高扫描线数，高清晰TV一般采用1249线 2、CCD高清晰摄像机逐渐取代摄像管式摄像机 3、高清晰液晶显示器逐渐取代CRT显示器 4、平板探测器替代影像增强器正在发展中,第三章 医用诊断X线机,工频X线机中、高频X线机医用X线电视系统医用诊断X线机简介成像辅助装置,本章内容：,第三节 医用诊断用X线机简介,胃肠X线机普通摄影X线机其它专用X线机医用诊断X线机应用及发展,胃肠机的特点及应用,临床应用：消化道、泌尿系、生殖系造影检查支气管、血管等造影及介入治疗,优势：动态观察、实时摄影,缺点：透视分辨率有限、设备昂
24、贵、点片成本高,结构特点：影像采集：X-TV(影像增强器),胶片,普通摄影X线机,摄影X线机：利用胶片对穿过人体后的X线成像。,临床应用：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。,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,医用诊断X线机-摄影X线机结构,X线球管,高压发生器,控制台,（一）普通摄影X线机结构,X线管头支持装置,摄影床,*滤线栅,立柱式,悬吊式,固定滤线器,活动滤线器,吸收散射线,天地轨式,无轨式,安置病人、摆放体位,摄影X线机外围装置,悬吊式,立柱式,X线管头支持装置,摄影床,*关于滤线栅,X线的散射线X线关辐射的原发X
25、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,（二）、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。,体层摄影的基本原理：,（三）普通摄影X线机的应用特点,影像转换介质胶片 主要感光材料：溴化银 胶片分辨率：分辨率的大小主要由溴化银颗粒的大小所决定
26、。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：照片密度 对比度及层次 锐利度 失真度,普通摄影X线机（胶片）的优、劣势,优势：1、影像清晰：高对比的空间分辨率（6LP/mm以上，高档微焦点X线机可达几十LP/mm）；2、成像速度快，病人流通率高；3、应用广泛，费用低廉。,普通摄影X线机的优、劣势,当前普通X线机存在的主要问题：1、产生X线效率过低；2、胶片对X线的敏感度不足；摄影条件要求严格；3、胶片存档查询费时、费力、占
27、空间、易出错；4、影像质量不稳定，受胶片、冲洗条件等诸多因素影响；5、胶片冲洗污染环境。,（三）、专用X线机,牙科X射线机乳腺X射线机床边摄影X射线机手术C臂X射线机介入X射线机,专用X线机,牙科X线机拍摄牙片专用 结构特点：功率小、结构简单。,（三）、专用X线机,乳腺摄影X线机：亦称钼靶，主要用于女性乳腺X线摄影检查，也可用于非金属异物、血管瘤、阴囊等软组织摄影。结构特点：采用钼靶X线管KV低、软射线焦点小,（三）、专用X线机,（三）、专用X线机,床边X线机 方便移到病房对病人进行床边摄片的X线机 特点：移动性强；电源要求不高；采用组合机头；一般采用低mA小功率长时间摄影方式。,（三）、专用X线机,（三）、专用X线机,手术X线机 急诊室或骨科手术室等用于透视、定位专用的X线机。特点：1、中高频变压器组合机头；2、采用X-TV系统采集影像；3、影像存储系统；4、移动式C形臂,诊断用X线机的发展,X线机发展的目的和基本要求：提高影像质量 降低剂量 实现操作自动化和诊断智能化,诊断用X线机的发展,现代X线机发展的方向：1、外形美观、紧凑、灵巧；2、中高频；3、影像数字化；4、操作自动化和诊断智能化,国产新型普通摄影机,第三章 医用诊断X线机 结束！,
