CT-醫(yī)用X線增強(qiáng)電視系統(tǒng)PPT

1第九章醫(yī)用X線增強(qiáng)電視系統(tǒng)李燕醫(yī)學(xué)課件X線發(fā)現(xiàn)以后在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用迅速發(fā)展，其中透視是對(duì)患者進(jìn)行診斷檢查的重要手段，但由于技術(shù)條件的限制，只能是在暗室中通過熒光屏進(jìn)行透視觀察。研究人員也試圖采用種種手段想改變這種工作環(huán)境，直到20世紀(jì)50年代后，由于影像增強(qiáng)器（imageintensifier，I.I）的研制成功，并結(jié)合電視技術(shù)，才從根本上解決了上述難題，實(shí)現(xiàn)了明室操作的診斷檢查。2醫(yī)學(xué)課件

第一節(jié)

概述影像增強(qiáng)器能將X線影像亮度提高，但由于其輸出屏影像很小不便于直接觀察，必須與X線電視配套，通過監(jiān)視器觀察影像。與傳統(tǒng)的X線機(jī)相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。一、X線增強(qiáng)電視系統(tǒng)的特點(diǎn)（一）X線增強(qiáng)電視系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1．明室操作2．劑量降低3．方便觀察4．便于教學(xué)和科研5．便于實(shí)現(xiàn)影像數(shù)字化3醫(yī)學(xué)課件（二）X線增強(qiáng)電視系統(tǒng)的缺點(diǎn)其缺點(diǎn)是影像層次、密度不如熒光屏豐富，某些細(xì)小病灶不易顯示而可能造成漏診，這主要是電視部分的性能所限。當(dāng)然對(duì)絕大多數(shù)檢查，如胃腸鋇餐透視、骨折復(fù)位、手術(shù)下取異物、心導(dǎo)管手術(shù)等，仍是理想的手段，所以使用十分廣泛。4醫(yī)學(xué)課件二、X線增強(qiáng)電視系統(tǒng)的構(gòu)成（一）系統(tǒng)組成X線增強(qiáng)電視系統(tǒng)（X-TV）由影像增強(qiáng)器、攝像機(jī)、視頻處理及協(xié)調(diào)工作的控制器、監(jiān)視器等組成。1．影像增強(qiáng)器2．?dāng)z像機(jī)3．控制器4．監(jiān)視器5醫(yī)學(xué)課件（二）構(gòu)成框圖6醫(yī)學(xué)課件三、X線增強(qiáng)電視系統(tǒng)的基本原理透視時(shí)，X線穿過患者照射到影像增強(qiáng)器的輸入屏上，并形成一個(gè)亮度較弱的熒光影像，然后該影像經(jīng)影像增強(qiáng)器增強(qiáng)后，在其輸出屏上形成縮小的、亮度增強(qiáng)數(shù)千倍的熒光影像。輸出屏上的熒光影像，經(jīng)光學(xué)鏡頭（物鏡）變成平行光，再通過鏡頭（像鏡）聚焦后投射到攝像管靶面上，被攝像機(jī)攝取，把光信號(hào)變成了視頻信號(hào)，經(jīng)預(yù)放器放大，在控制器的作用下進(jìn)行信號(hào)處理和放大控制，得到全電視信號(hào)，輸送到監(jiān)視器，通過顯像管顯示人體某部位的組織結(jié)構(gòu)圖像。并可在明室環(huán)境下觀察和診斷。7醫(yī)學(xué)課件

第二節(jié)

影像增強(qiáng)器

X線影像增強(qiáng)器的基本結(jié)構(gòu)是由影像增強(qiáng)管、管套和電源三部分組成。8醫(yī)學(xué)課件

一、影像增強(qiáng)管（一）基本結(jié)構(gòu)

影像增強(qiáng)管是影像增強(qiáng)器的核心部件，其結(jié)構(gòu)是在高真空玻璃殼內(nèi)封裝著輸入屏、聚焦電極、陽極、輸出屏等。9醫(yī)學(xué)課件1．輸入屏

封于玻璃殼內(nèi)，其作用是將X線像轉(zhuǎn)換成電子像。輸入屏的直徑有大有小，尺寸不一，略呈球面形，由鋁基板、熒光體層、隔離層和光電面四層組成。（1）鋁基板：由很薄的鋁板制成，用來支持輸入屏。（2）熒光體層：其作用是將X線像轉(zhuǎn)換為可見光像。對(duì)它的要求是：①對(duì)X線的吸收率要高，以獲得較高的轉(zhuǎn)換效率；②熒光效率高，即在吸收相同X線量的情況下，能轉(zhuǎn)換成更多的可見光；③發(fā)光頻譜與光電陰極的頻譜響應(yīng)特性相匹配；④使用柱狀結(jié)晶體，其特點(diǎn)是側(cè)向散射少，能提高輸出影像分辨率。

10醫(yī)學(xué)課件近年來生產(chǎn)的影像增強(qiáng)器，輸入屏的熒光體層都采用原子序數(shù)較高的碘化銫（CsI）作為熒光材料。碘化銫的結(jié)晶形狀更近于理想的柱體，具有X線吸收率高、熒光效率高、影像空間分辨率高，以及與光電陰極相匹配的優(yōu)點(diǎn)。

11醫(yī)學(xué)課件12醫(yī)學(xué)課件（3）隔離層：用以分開熒光體層和光電層，以免相互發(fā)生作用。它是光電陰極的電位連接點(diǎn)，便于給光電陰極加確定電位。隔離膜的透光度要高，厚度要薄，以減少熒光散射，保證影像質(zhì)量，其制作材料是Al2O3或SiO2等。（4）光電層：當(dāng)熒光層接受X線照射而發(fā)出可見光時(shí)，光電層受可見光的激發(fā)，發(fā)出光電子。光電子的數(shù)量與可見光強(qiáng)度成正比，使X線像轉(zhuǎn)換為電子像（肉眼不可見）。13醫(yī)學(xué)課件

2．靜電透鏡

靜電透鏡又稱電子透鏡，能對(duì)電子束起聚焦作用，將輸入屏面積較大的光電層發(fā)出的光電子加速、聚焦后打擊到面積較小的輸出屏上，以使影像亮度得以提高。

它由光電陰極、聚焦電極、輔助陽極和陽極的電位形成的電場(chǎng)所決定。當(dāng)電子由弱電場(chǎng)進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，電子通過界面后，除速度增大外電子方向也發(fā)生改變，并向法線方向靠攏。這與光學(xué)的折射現(xiàn)象十分相似，所以把這種電場(chǎng)稱為電子透鏡或靜電透鏡。14醫(yī)學(xué)課件

3．輸出屏

用于把增強(qiáng)了的電子像轉(zhuǎn)換成可見光影像。其主要結(jié)構(gòu)是輸出光電層和玻璃層。玻璃層是增強(qiáng)管外殼的一部分，是輸出屏的支持體。熒光層內(nèi)面敷有一層鋁箔構(gòu)成輸出光電面。

（1）熒光層（2）鋁膜15醫(yī)學(xué)課件16醫(yī)學(xué)課件增強(qiáng)管的輸出屏是平板形，由于光子路徑長(zhǎng)度不同，邊緣部分不如中心部分清晰。最新的增強(qiáng)管其輸出屏也是球面形，再用光纖把球面拉成平面，使邊緣和中心部分具有同樣的清晰度。

這種增強(qiáng)管的基本結(jié)構(gòu)如圖9-6所示。17醫(yī)學(xué)課件18醫(yī)學(xué)課件

4．外殼

用高強(qiáng)度玻璃制成。其作用是把輸入屏、輸出屏和管內(nèi)各電極支持固定在適當(dāng)位置上，并保持管內(nèi)真空度。除輸入面、輸出面外全部涂以石墨遮光，防止光線進(jìn)入管內(nèi)。另外，輸入屏部分的玻璃厚度多為3～4mm，會(huì)引起X線的散射，使影像質(zhì)量下降。高質(zhì)量影像增強(qiáng)器用金屬鋁或鈦薄板作為輸入窗材料，以減少散射，提高影像質(zhì)量。輸出屏部分的玻璃也特別嚴(yán)格，密度均勻，不能太厚，以免產(chǎn)生散射，更不能使影像發(fā)生畸變。影像增強(qiáng)管是高真空玻璃器件，管內(nèi)真空度在1.33×10-4Pa以下。19醫(yī)學(xué)課件（二）工作原理1．影像轉(zhuǎn)換及增強(qiáng)過程（1）輸入屏把接受的X線像轉(zhuǎn)換成可見光像，并由輸入屏的光電陰極轉(zhuǎn)換成電子像。（2）光電子在陰極電位、聚焦電極電位及陽極電位共同形成的電子透鏡作用下聚焦、加速，沖擊在輸出屏上形成縮小、倒立并增強(qiáng)了（電子密度增大）的電子像。（3）電子像再由輸出屏轉(zhuǎn)換成可見光像。陽極電位越高，光電子的運(yùn)動(dòng)速度越快，撞擊輸出屏?xí)r的動(dòng)能越大，激發(fā)的光子越多，輸出屏亮度越高。20醫(yī)學(xué)課件

2．亮度增益

影像增強(qiáng)管的主要用途是提高影像亮度，便于攝像機(jī)攝像。輸出屏影像亮度與輸入屏影像亮度之比定義為影像增強(qiáng)管的亮度增益，亮度增益與以下兩個(gè)因素有關(guān)。（1）縮小增益：增強(qiáng)管的輸入屏面積大，輸出屏面積小，輸入屏上光電陰極發(fā)出的電子經(jīng)電子透鏡后集中投射到面積較小的輸出屏上。使輸出屏單位面積接受的電子數(shù)量增加很多，導(dǎo)致輸出屏亮度提高，稱為縮小增益。其關(guān)系是：21醫(yī)學(xué)課件如某一影像增強(qiáng)管輸入屏有效直徑為23cm，輸出屏有效直徑為2.54cm，縮小增益為：即單純由于面積的縮小，其輸出屏的亮度是輸入屏熒光層發(fā)出熒光亮度的81倍。22醫(yī)學(xué)課件（2）流量增益：

是指在增強(qiáng)管內(nèi)，由于陽極電位的加速，光電子獲得較高能量，撞擊到輸出屏熒光層時(shí)，能激發(fā)出多個(gè)光子，光電子能量越大，激發(fā)出的光子越多，熒光亮度越強(qiáng)。這種增益稱為流量增益（又稱能量增益）。增強(qiáng)管的流量增益一般在50～100倍左右。增強(qiáng)管的亮度增益等于縮小增益與流量增益的乘積。總增益一般在103～104之間。增益過大，量子噪聲明顯，影響影像質(zhì)量。這是因?yàn)檩斎肫凉怆妼訂挝幻娣e在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的電子數(shù)目不規(guī)律的結(jié)果。透視時(shí)，影像閃爍、不穩(wěn)定；攝影時(shí)，照片上表現(xiàn)為亮斑。所以，增強(qiáng)管的亮度增益一般在5×103～8×103為宜。23醫(yī)學(xué)課件（三）變野功能

X線透視診斷時(shí)，對(duì)發(fā)現(xiàn)問題的部位有時(shí)需要局部放大后進(jìn)行仔細(xì)觀察，可變視野增強(qiáng)管可滿足這一要求。與固定視野增強(qiáng)管相比，可變視野增強(qiáng)管增加了一對(duì)輔助陽極，改變輔助陽極和聚焦極的電位，即可改變電子透鏡的放大倍率。

24醫(yī)學(xué)課件（四）主要技術(shù)參數(shù)1．視野

視野是指在一定的電極電壓下，用與影像增強(qiáng)管軸線平行的X線照射時(shí)，在輸出屏上顯示的最大輸入影像的尺寸。一般有6in、7in、9in、12in等固定視野增強(qiáng)管和11in/7in、9in/5in、4in/6in/14in等各種可變視野增強(qiáng)管。2．影像空間分辨率

在適當(dāng)?shù)臈l件下，使用分辨率測(cè)試卡，觀察輸出影像在1mm寬度內(nèi)能看清的黑白線對(duì)數(shù)。測(cè)定的線對(duì)數(shù)稱為影像分辨率。一般可達(dá)3LP/mm左右，中心部分可達(dá)5LP/mm。增強(qiáng)管中心部分較邊緣部分的分辨率高。另外，觀察條件不同或不同人觀察，分辨率的數(shù)值有一定差異。25醫(yī)學(xué)課件3．影像對(duì)比度

在增強(qiáng)管輸入屏中心放置相當(dāng)于輸入屏有效面積10%的2mm厚的圓形鉛板，從輸出屏上觀察沒有鉛影部分的最大亮度與鉛板屏蔽部分的亮度，二者之比稱為影像對(duì)比度。

一般約為6:1、12:1、15:1或更高。26醫(yī)學(xué)課件4．轉(zhuǎn)換系數(shù)

如圖9-8所示。輸出屏的亮度和輸入屏的X線照射量率的比值稱為增強(qiáng)管的轉(zhuǎn)換系數(shù)，用符號(hào)GX表示，其單位是（cd/m2）/（mR/s）。它用來衡量增強(qiáng)管的轉(zhuǎn)換效率。27醫(yī)學(xué)課件在其它性能一樣的情況下，轉(zhuǎn)換系數(shù)與輸入屏的面積成正比。同一個(gè)增強(qiáng)管，如果是雙野，則大視野要比小視野的GX大，大視野與小視野的GX之比等于兩者有效視野之比。

輸出屏的亮度不變，轉(zhuǎn)換系數(shù)愈大，所需的X線量愈小。

轉(zhuǎn)換系數(shù)一般在100～250之間為宜。28醫(yī)學(xué)課件29醫(yī)學(xué)課件二、電源增強(qiáng)管工作時(shí)必須在各極加適當(dāng)電壓。這些電極的電壓均由電源提供。其中包括：加給光電陰極的零電位和陽極的25～30kV直流高壓；加給聚焦電極的－500～－900V直流電壓；加給可變視野增強(qiáng)管的輔助陽極電壓；加給離子泵和定時(shí)裝置的電壓等。對(duì)陽極高壓的要求是輸出持續(xù)、穩(wěn)定，波動(dòng)性小，以保證增強(qiáng)管輸出屏上的影像亮度穩(wěn)定、噪聲小。30醫(yī)學(xué)課件常見陽極高壓的供電方式有兩種。一種是直接升壓整流濾波，通過電纜輸送至增強(qiáng)管；另一種是由電源盒提供低壓直流輸送至增強(qiáng)器管套處的接線盒內(nèi)，再通過直流轉(zhuǎn)換器（振蕩升壓）產(chǎn)生高壓，直接連到增強(qiáng)管的陽極。接線盒內(nèi)還包括光分配器的控制接口，檢測(cè)增強(qiáng)管輸出亮度的光電管電源和輸出信號(hào)的連接等。目前采用第二種供電方式的較多。如圖9-9所示，是一個(gè)常用的自激式多諧振蕩高頻電源電路。31醫(yī)學(xué)課件圖中Q1、Q2是振蕩管，T1是脈沖升壓變壓器，D3是中壓整流二極管，D4~D8是高壓整流二極管，C1、R3、C2、R4控制振蕩頻率。二極管D3單向半波整流后經(jīng)C4濾波，輸出－550V的直流供給聚焦極；T1輸出的高頻高壓交流經(jīng)五倍壓整流后，產(chǎn)生－25kV的高壓。32醫(yī)學(xué)課件33醫(yī)學(xué)課件三、管殼因增強(qiáng)管屬于貴重、精密、易碎的玻璃器件，為保證其安全和正常使用，增強(qiáng)管要由管套封裝并夾持固定在合理位置。管套分筒部、后端和前端三部分，其構(gòu)成和功能如下：34醫(yī)學(xué)課件（一）筒部

筒部是由支持重量和定位的主結(jié)構(gòu)層（金屬外殼）、0.8～1.0mm的鈹膜合金層和1～2mm的鉛皮層三層組成。鈹膜合金層、鉛板層都附著在主結(jié)構(gòu)層上，前后端結(jié)構(gòu)也附其上，共同夾持增強(qiáng)管。其外面設(shè)有與專用支架或懸吊裝置相固定和連接的接口，有的設(shè)接線板和調(diào)節(jié)鈕等。鈹膜合金具有較高的導(dǎo)磁率，對(duì)增強(qiáng)管起屏蔽作用，防止外磁場(chǎng)對(duì)增強(qiáng)管內(nèi)電場(chǎng)的影響；鉛板層用于吸收進(jìn)入管套但未被輸入屏吸收的X線和由增強(qiáng)器產(chǎn)生的二次射線。35醫(yī)學(xué)課件（二）后端

后端與筒部連為一體，并具有相同的結(jié)構(gòu)層，與筒部和前端共同完成對(duì)增強(qiáng)管的夾持、定位和準(zhǔn)直。其中心部位正對(duì)增強(qiáng)管的輸出屏，此處裝有增強(qiáng)器光學(xué)系統(tǒng)的物鏡。36醫(yī)學(xué)課件（三）前端

管套前端由濾線柵和護(hù)板封口。用于臺(tái)下X線管式胃腸診視床時(shí)，管套前端還裝有與點(diǎn)片架相連的接口板。因管套前端沒有屏蔽材料，外界磁場(chǎng)對(duì)增強(qiáng)管會(huì)有影響，常見的是地磁對(duì)增強(qiáng)管的影響，尤以南北方向安置時(shí)為甚。故安裝機(jī)器時(shí)除注意方向外，其附近不得有產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)的設(shè)備。除了上述增強(qiáng)器外，還有一種平板型增強(qiáng)器。其特點(diǎn)是輸入屏與輸出屏的有效面積相等，可直接觀察影像，幾何畸變小，但只能進(jìn)行近臺(tái)操作。由于不能實(shí)現(xiàn)遙控操作，目前不再應(yīng)用。37醫(yī)學(xué)課件四、光學(xué)系統(tǒng)為了對(duì)影像增強(qiáng)管輸出屏上的可見光影像進(jìn)行電視攝像、點(diǎn)片照相及電影攝影，在影像增強(qiáng)管輸出屏和攝像機(jī)之間應(yīng)安裝光學(xué)鏡頭和光分配器。串列式鏡頭由物鏡和像鏡組成。物鏡對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)器的輸出屏，輸出屏的位置在物鏡的焦平面上，使增強(qiáng)器的輸出影像經(jīng)物鏡后變成平行光束傳送；像鏡將平行光聚焦成像在攝像機(jī)的靶面上。平行光傳送影像的優(yōu)點(diǎn)是：①平行光成像像差小，影像質(zhì)量高；②可減小光通量的損失；③在平行光路中可插入