CT-醫(yī)用X線增強電視系統(tǒng)PPT

1第九章醫(yī)用X線增強電視系統(tǒng)李燕醫(yī)學課件X線發(fā)現(xiàn)以后在醫(yī)學上的應用迅速發(fā)展，其中透視是對患者進行診斷檢查的重要手段，但由于技術條件的限制，只能是在暗室中通過熒光屏進行透視觀察。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50年代后，由于影像增強器（imageintensifier，I.I）的研制成功，并結合電視技術，才從根本上解決了上述難題，實現(xiàn)了明室操作的診斷檢查。2醫(yī)學課件

第一節(jié)

概述影像增強器能將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線機相比，具有明顯的優(yōu)點。一、X線增強電視系統(tǒng)的特點（一）X線增強電視系統(tǒng)的優(yōu)點1．明室操作2．劑量降低3．方便觀察4．便于教學和科研5．便于實現(xiàn)影像數(shù)字化3醫(yī)學課件（二）X線增強電視系統(tǒng)的缺點其缺點是影像層次、密度不如熒光屏豐富，某些細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。當然對絕大多數(shù)檢查，如胃腸鋇餐透視、骨折復位、手術下取異物、心導管手術等，仍是理想的手段，所以使用十分廣泛。4醫(yī)學課件二、X線增強電視系統(tǒng)的構成（一）系統(tǒng)組成X線增強電視系統(tǒng)（X-TV）由影像增強器、攝像機、視頻處理及協(xié)調工作的控制器、監(jiān)視器等組成。1．影像增強器2．攝像機3．控制器4．監(jiān)視器5醫(yī)學課件（二）構成框圖6醫(yī)學課件三、X線增強電視系統(tǒng)的基本原理透視時，X線穿過患者照射到影像增強器的輸入屏上，并形成一個亮度較弱的熒光影像，然后該影像經(jīng)影像增強器增強后，在其輸出屏上形成縮小的、亮度增強數(shù)千倍的熒光影像。輸出屏上的熒光影像，經(jīng)光學鏡頭（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，被攝像機攝取，把光信號變成了視頻信號，經(jīng)預放器放大，在控制器的作用下進行信號處理和放大控制，得到全電視信號，輸送到監(jiān)視器，通過顯像管顯示人體某部位的組織結構圖像。并可在明室環(huán)境下觀察和診斷。7醫(yī)學課件

第二節(jié)

影像增強器

X線影像增強器的基本結構是由影像增強管、管套和電源三部分組成。8醫(yī)學課件

一、影像增強管（一）基本結構

影像增強管是影像增強器的核心部件，其結構是在高真空玻璃殼內封裝著輸入屏、聚焦電極、陽極、輸出屏等。9醫(yī)學課件1．輸入屏

封于玻璃殼內，其作用是將X線像轉換成電子像。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線像轉換為可見光像。對它的要求是：①對X線的吸收率要高，以獲得較高的轉換效率；②熒光效率高，即在吸收相同X線量的情況下，能轉換成更多的可見光；③發(fā)光頻譜與光電陰極的頻譜響應特性相匹配；④使用柱狀結晶體，其特點是側向散射少，能提高輸出影像分辨率。

10醫(yī)學課件近年來生產的影像增強器，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。

11醫(yī)學課件12醫(yī)學課件（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，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，保證影像質量，其制作材料是Al2O3或SiO2等。（4）光電層：當熒光層接受X線照射而發(fā)出可見光時，光電層受可見光的激發(fā)，發(fā)出光電子。光電子的數(shù)量與可見光強度成正比，使X線像轉換為電子像（肉眼不可見）。13醫(yī)學課件

2．靜電透鏡

靜電透鏡又稱電子透鏡，能對電子束起聚焦作用，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所決定。當電子由弱電場進入強電場時，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。這與光學的折射現(xiàn)象十分相似，所以把這種電場稱為電子透鏡或靜電透鏡。14醫(yī)學課件

3．輸出屏

用于把增強了的電子像轉換成可見光影像。其主要結構是輸出光電層和玻璃層。玻璃層是增強管外殼的一部分，是輸出屏的支持體。熒光層內面敷有一層鋁箔構成輸出光電面。

（1）熒光層（2）鋁膜15醫(yī)學課件16醫(yī)學課件增強管的輸出屏是平板形，由于光子路徑長度不同，邊緣部分不如中心部分清晰。最新的增強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。

這種增強管的基本結構如圖9-6所示。17醫(yī)學課件18醫(yī)學課件

4．外殼

用高強度玻璃制成。其作用是把輸入屏、輸出屏和管內各電極支持固定在適當位置上，并保持管內真空度。除輸入面、輸出面外全部涂以石墨遮光，防止光線進入管內。另外，輸入屏部分的玻璃厚度多為3～4mm，會引起X線的散射，使影像質量下降。高質量影像增強器用金屬鋁或鈦薄板作為輸入窗材料，以減少散射，提高影像質量。輸出屏部分的玻璃也特別嚴格，密度均勻，不能太厚，以免產生散射，更不能使影像發(fā)生畸變。影像增強管是高真空玻璃器件，管內真空度在1.33×10-4Pa以下。19醫(yī)學課件（二）工作原理1．影像轉換及增強過程（1）輸入屏把接受的X線像轉換成可見光像，并由輸入屏的光電陰極轉換成電子像。（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、倒立并增強了（電子密度增大）的電子像。（3）電子像再由輸出屏轉換成可見光像。陽極電位越高，光電子的運動速度越快，撞擊輸出屏時的動能越大，激發(fā)的光子越多，輸出屏亮度越高。20醫(yī)學課件

2．亮度增益

影像增強管的主要用途是提高影像亮度，便于攝像機攝像。輸出屏影像亮度與輸入屏影像亮度之比定義為影像增強管的亮度增益，亮度增益與以下兩個因素有關。（1）縮小增益：增強管的輸入屏面積大，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，導致輸出屏亮度提高，稱為縮小增益。其關系是：21醫(yī)學課件如某一影像增強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)學課件（2）流量增益：

是指在增強管內，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，能激發(fā)出多個光子，光電子能量越大，激發(fā)出的光子越多，熒光亮度越強。這種增益稱為流量增益（又稱能量增益）。增強管的流量增益一般在50～100倍左右。增強管的亮度增益等于縮小增益與流量增益的乘積?？傇鲆嬉话阍?03～104之間。增益過大，量子噪聲明顯，影響影像質量。這是因為輸入屏光電層單位面積在單位時間內發(fā)出的電子數(shù)目不規(guī)律的結果。透視時，影像閃爍、不穩(wěn)定；攝影時，照片上表現(xiàn)為亮斑。所以，增強管的亮度增益一般在5×103～8×103為宜。23醫(yī)學課件（三）變野功能

X線透視診斷時，對發(fā)現(xiàn)問題的部位有時需要局部放大后進行仔細觀察，可變視野增強管可滿足這一要求。與固定視野增強管相比，可變視野增強管增加了一對輔助陽極，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)學課件（四）主要技術參數(shù)1．視野

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

在適當?shù)臈l件下，使用分辨率測試卡，觀察輸出影像在1mm寬度內能看清的黑白線對數(shù)。測定的線對數(shù)稱為影像分辨率。一般可達3LP/mm左右，中心部分可達5LP/mm。增強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)學課件3．影像對比度

在增強管輸入屏中心放置相當于輸入屏有效面積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比度。

一般約為6:1、12:1、15:1或更高。26醫(yī)學課件4．轉換系數(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管的轉換系數(shù)，用符號GX表示，其單位是（cd/m2）/（mR/s）。它用來衡量增強管的轉換效率。27醫(yī)學課件在其它性能一樣的情況下，轉換系數(shù)與輸入屏的面積成正比。同一個增強管，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，轉換系數(shù)愈大，所需的X線量愈小。

轉換系數(shù)一般在100～250之間為宜。28醫(yī)學課件29醫(yī)學課件二、電源增強管工作時必須在各極加適當電壓。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；加給可變視野增強管的輔助陽極電壓；加給離子泵和定時裝置的電壓等。對陽極高壓的要求是輸出持續(xù)、穩(wěn)定，波動性小，以保證增強管輸出屏上的影像亮度穩(wěn)定、噪聲小。30醫(yī)學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管；另一種是由電源盒提供低壓直流輸送至增強器管套處的接線盒內，再通過直流轉換器（振蕩升壓）產生高壓，直接連到增強管的陽極。接線盒內還包括光分配器的控制接口，檢測增強管輸出亮度的光電管電源和輸出信號的連接等。目前采用第二種供電方式的較多。如圖9-9所示，是一個常用的自激式多諧振蕩高頻電源電路。31醫(yī)學課件圖中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，產生－25kV的高壓。32醫(yī)學課件33醫(yī)學課件三、管殼因增強管屬于貴重、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，其構成和功能如下：34醫(yī)學課件（一）筒部

筒部是由支持重量和定位的主結構層（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構層上，前后端結構也附其上，共同夾持增強管。其外面設有與專用支架或懸吊裝置相固定和連接的接口，有的設接線板和調節(jié)鈕等。鈹膜合金具有較高的導磁率，對增強管起屏蔽作用，防止外磁場對增強管內電場的影響；鉛板層用于吸收進入管套但未被輸入屏吸收的X線和由增強器產生的二次射線。35醫(yī)學課件（二）后端

后端與筒部連為一體，并具有相同的結構層，與筒部和前端共同完成對增強管的夾持、定位和準直。其中心部位正對增強管的輸出屏，此處裝有增強器光學系統(tǒng)的物鏡。36醫(yī)學課件（三）前端

管套前端由濾線柵和護板封口。用于臺下X線管式胃腸診視床時，管套前端還裝有與點片架相連的接口板。因管套前端沒有屏蔽材料，外界磁場對增強管會有影響，常見的是地磁對增強管的影響，尤以南北方向安置時為甚。故安裝機器時除注意方向外，其附近不得有產生強磁場的設備。除了上述增強器外，還有一種平板型增強器。其特點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，但只能進行近臺操作。由于不能實現(xiàn)遙控操作，目前不再應用。37醫(yī)學課件四、光學系統(tǒng)為了對影像增強管輸出屏上的可見光影像進行電視攝像、點片照相及電影攝影，在影像增強管輸出屏和攝像機之間應安裝光學鏡頭和光分配器。串列式鏡頭由物鏡和像鏡組成。物鏡對準增強器的輸出屏，輸出屏的位置在物鏡的焦平面上，使增強器的輸出影像經(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的靶面上。平行光傳送影像的優(yōu)點是：①平行光成像像差小，影像質量高；②可減小光通量的損失；③在平行光路中可插入