醫(yī)用X線電視系統(tǒng)課件

第九章

醫(yī)用X線電視系統(tǒng)概述醫(yī)用影像增強(qiáng)X線電視系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為X線電視系統(tǒng)或X線電視。它是將電視技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的結(jié)果。X線電視重要部件：影像增強(qiáng)器（imageintensifier，I.I）X-TV使X線透視由暗室透視變?yōu)槊魇彝敢暤母巨D(zhuǎn)變。X-TV具有下列優(yōu)點(diǎn)：①X-TV透視和熒光屏透視相比，醫(yī)生和病人的受照劑量可以大大減少。②明室透視從暗室中解放了出來(lái)，在X-TV透視監(jiān)視下手術(shù)得以實(shí)施。③X-TV透視比熒光屏透視圖像清晰、層次好。在X-TV監(jiān)視器上可清楚地顯示病變。④X-TV圖像可以遠(yuǎn)距離傳送，有利于教學(xué)和會(huì)診。X-TV圖像可以錄像，便于資料的保存。⑤通過(guò)X-TV獲得的視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換、計(jì)算機(jī)圖像處理后，可獲得數(shù)字圖像。X線機(jī)的構(gòu)成1．I.I（影像增強(qiáng)管）是將X線影像轉(zhuǎn)換為熒光影像的器件，由影像增強(qiáng)管，輸出屏物鏡和小高壓電源構(gòu)成。2．?dāng)z像頭，是將熒光影像轉(zhuǎn)換為視頻電信號(hào)的裝置，由光學(xué)鏡頭、電視攝像管和攝像電路等構(gòu)成。3．電視控制器對(duì)電視圖像信號(hào)進(jìn)行控制、處理。它由視頻信號(hào)處理、同步機(jī)、電源等構(gòu)成。4．監(jiān)視器是影像顯示器件。其主要作用是進(jìn)行電光變換。其實(shí)質(zhì)是電視信號(hào)接收機(jī)，它由顯像管、視頻放大器、偏轉(zhuǎn)電路等構(gòu)成。5．自動(dòng)亮度控制裝置（ABS）是使監(jiān)視器圖像亮度穩(wěn)定的自動(dòng)控制裝置。X-TV透視式X線機(jī)的構(gòu)成方框圖基本工作原理透過(guò)人體X線（X線圖像）照射到I.I的輸入屏上獲得熒光影像，經(jīng)I.I增強(qiáng)后在輸出屏上獲得亮度比較亮的熒光影像。熒光影像經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)被攝像管攝取，攝像管輸出視頻電流信號(hào)經(jīng)預(yù)放器放大、控制器進(jìn)行處理后獲得全電視信號(hào)，送到監(jiān)視器上顯示X線透視圖像。X-TV的基本工作原理示意圖X-TV工作中轉(zhuǎn)換過(guò)程和傳輸過(guò)程：1．用I.I實(shí)現(xiàn)X線圖像與可見(jiàn)光影像的轉(zhuǎn)換輸入X線的照射量就越小，轉(zhuǎn)換效率越高。2．光學(xué)系統(tǒng)是將I.I輸出屏上的熒光圖像經(jīng)光路傳輸傳到攝像管。3．用攝像管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換將傳輸?shù)綌z像管輸入屏上的熒光影像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。X電視基本工作示意圖第二節(jié)影像增強(qiáng)器增強(qiáng)管的結(jié)構(gòu)（1）輸入窗：（2）閃爍體：（3）光電陰極：（4）電極：（5）輸出熒光屏：（6）輸出窗：（7）管殼：影像增強(qiáng)器(I.I)的結(jié)構(gòu)示意圖影像增強(qiáng)器的基本結(jié)構(gòu):增強(qiáng)管、殼體和電源。影像增強(qiáng)器工作原理影像增強(qiáng)管增強(qiáng)管的輸入屏封于玻璃殼內(nèi)，用于將X線像轉(zhuǎn)換成電子像。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。增強(qiáng)管的輸出屏用于把增強(qiáng)了的電子像轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光影像。結(jié)構(gòu)是光電層和玻璃層。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。II工作原理示意圖影像增強(qiáng)器影像增強(qiáng)器工作原理X線圖像輸入到輸入屏，使光電陰極激發(fā)出光電子，在陽(yáng)極和陰極之間的高壓加速以及柵極聚焦電位的聚焦下，光電子轟擊到輸出屏上，因此在輸出屏上可獲得縮小了幾十分之一的，亮度比普通熒光屏強(qiáng)數(shù)千倍乃至上萬(wàn)倍的熒光影像。影像轉(zhuǎn)換及增強(qiáng)過(guò)程（1）輸入屏把接受的X線像轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)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(yáng)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(jiàn)光像。陽(yáng)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。增強(qiáng)管的工作原理增強(qiáng)管的主要技術(shù)參數(shù)1．轉(zhuǎn)換系數(shù)它的定義為輸出屏亮度和輸入屏接受的X線劑量率之比。2．分辨力它是衡量增強(qiáng)管分解影像細(xì)節(jié)能力的物理量。以每厘米能區(qū)分的線對(duì)數(shù)來(lái)表示分辨力的大小，單位為L(zhǎng)p/cm。3．對(duì)比度它是體現(xiàn)增強(qiáng)管輸出影像反差強(qiáng)弱的物理量。增強(qiáng)管使用中必須注意以下幾點(diǎn)：①工作狀態(tài)的增強(qiáng)管應(yīng)避免接受較強(qiáng)的X線輻射，否則會(huì)縮短其使用壽命；②不允許強(qiáng)X線或強(qiáng)光線從光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入增強(qiáng)管的輸出屏；③I.I外界磁場(chǎng)會(huì)引起圖像散焦，清晰度下降，影像畸變。周圍不應(yīng)放置磁性物體。增強(qiáng)管的壽命特性曲線增強(qiáng)管的使用壽命直接與使用時(shí)間的長(zhǎng)短和接受X線劑量的大小等因素有關(guān)。輸入屏尺寸（cm）型號(hào)轉(zhuǎn)換系數(shù)（ds/mmR）分辨力（Lp/cm）對(duì)比度廠家15RTH6202C-G1805615:1東芝23RTH9206C-G52504015:1RTP9204C-P4D15042（23cm）50（18cm）17:130RTP12301C-G51403620:1RTP12302C-G514036（30cm）44（23cm）52（18cm）20:115VX1-2502004014:1瓦里安VX1-4002004020:123/15、11VX1-50020040～5014:1VX1-60020040～5320:130/23、18VX1-80020032～4220:1殼體殼體：為防止電磁場(chǎng)對(duì)增強(qiáng)管工作的干擾和X線泄漏，需采用金屬管殼進(jìn)行電磁屏蔽并吸收X線。殼體材料一般由鋁材或鐵皮加工而成，且殼體內(nèi)加有鉛層和鈹膜合金屏蔽層。電源X線增強(qiáng)管用的電源(小高壓)。23cm（9″）野增強(qiáng)管電源輸出兩組電壓：①-100～-550V的可調(diào)聚焦電壓；②+25kV的加速電壓。小高壓小高壓的要求：①輸出高壓持續(xù)、穩(wěn)定，紋波系數(shù)小，噪聲小。②聚焦電壓穩(wěn)定，且可調(diào)，以使增強(qiáng)管有良好的聚焦效果，并可根據(jù)不同的增強(qiáng)管，適當(dāng)調(diào)整聚焦電壓值。低頻電源：高壓變壓器T、高壓硅堆D1、高壓電容器C1都浸在油箱內(nèi)。整流后，輸出25kV的高壓，用高壓電纜線引出。變壓器的低壓經(jīng)D2半波整流和電容器C2濾波后，由電位器R3取出-100～-550V的可調(diào)電壓供柵極聚焦調(diào)整用。高頻電源：高頻電源實(shí)際上是個(gè)電源逆變器。它可分為自激式和它激式兩種，自激式高頻電源電路：利用自激振蕩產(chǎn)生高頻低壓交流電，經(jīng)升壓變換后獲得25kV的高頻高壓和550V的高頻中壓，經(jīng)整流后獲得直流+25kV的高壓和直流-550V的中壓。它激式高頻電源電路：和自激式高頻電源的不同之處是由外部高頻脈沖信號(hào)經(jīng)激勵(lì)電路產(chǎn)生高頻低壓交流電。升壓變換部分原理與自激式類同。常用的I.I電源由Q1、Q2構(gòu)成自激式多諧振蕩器。脈沖變壓器T1進(jìn)行升壓變換經(jīng)C5~9產(chǎn)生5倍的峰值電壓（+25kV）多視野影像增強(qiáng)器及其工作原理通過(guò)調(diào)節(jié)輔助陽(yáng)極和柵極上的電位，可改變電子透鏡的放大倍率，就可改變輸入影像的尺寸（輸出屏大小不變）。多視野影像增強(qiáng)器通過(guò)調(diào)節(jié)輔助陽(yáng)極和柵極上的電位，可改變電子透鏡的放大倍率，就可改變輸入影像的尺寸（輸出屏大小不變）。通常情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)輔助陽(yáng)極電位，來(lái)改變輸入影像尺寸的大??；而通過(guò)調(diào)整柵極電位，來(lái)調(diào)節(jié)增強(qiáng)管的聚焦?fàn)顩r，也就是調(diào)節(jié)影像的清晰度。對(duì)于多視野增強(qiáng)管，調(diào)節(jié)輔助陽(yáng)極和柵極電位高低，就可進(jìn)行增強(qiáng)管的視野變換。變視野增強(qiáng)管原理多視野增強(qiáng)管的結(jié)構(gòu)示意圖增強(qiáng)器圖像光學(xué)系統(tǒng)串列式鏡頭光分配器（一）串列式鏡頭平行光傳送影像的優(yōu)點(diǎn)：①平行光成像像差小，能獲得高質(zhì)量的影像；②可減小光通量的損失；③在平行光路中可插入反射鏡，改變傳送方向，并保持平行光傳送。（二）光分配器單通道雙通道三通道第三節(jié)

電視基礎(chǔ)一、攝像與顯像基礎(chǔ)（一）人眼的視覺(jué)特性1．相對(duì)視敏函數(shù)：380mμm555mμm700mμm2．視覺(jué)范圍：亮度范圍為200～20000尼特3．對(duì)比度：Bmax與Bmin之比不超過(guò)404．分辨力：相鄰兩點(diǎn)的視角的倒數(shù)0.29mm5．視覺(jué)惰性：高于45.8Hz（二）圖像的攝取與顯像1．圖像的構(gòu)成：像素1024X1024，512X5122．?dāng)z像與顯像原理：同時(shí)制攝像與顯像分時(shí)制攝像與顯像二、掃描原理與電視制式（—）掃描原理

①攝像管的光敏靶面；②顯像管的熒光面。l．掃描掃描是光電信號(hào)或電光信號(hào)的轉(zhuǎn)換。2．掃描方式：逐行掃描；隔行掃描；掃描的同步。（二）電視制式中國(guó)行頻15625Hz場(chǎng)頻50Hz625行掃描線日本行頻15750Hz場(chǎng)頻60Hz525行掃描線隔行掃描逐行掃描掃描的同步同步掃描是指攝像端與顯像端的掃描點(diǎn)幾何位置應(yīng)一一對(duì)應(yīng)。三、全電視信號(hào)的形成電視信號(hào)由圖像信號(hào)，行、場(chǎng)同步信號(hào)和行、場(chǎng)消隱信號(hào)等組合而成。復(fù)合消隱脈沖波形行掃描周期為64μs。正程為52μs，逆程為12μs，行同步寬度4.7μs，在離前一行結(jié)束后的1.3μs處。場(chǎng)頻為50Hz，場(chǎng)掃描周期為20ms。其中，場(chǎng)掃描正程18.4ms，場(chǎng)逆程為1.6ms。場(chǎng)消隱期間的同步信號(hào)場(chǎng)同步脈沖的寬度為2.5H，即2.5×64μs=160μs，場(chǎng)同步頭位置在距離場(chǎng)消隱前沿160μs處，引入槽脈沖后的復(fù)合同步脈沖場(chǎng)過(guò)渡時(shí)的同步脈沖及積分波形圖全電視信號(hào)波形圖四、視頻帶寬與圖像質(zhì)量（一）視頻帶寬：6.5MHz~13MHz（二）圖像質(zhì)量：水平分解力垂直分解力攝像管（三）電視圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)1．清晰度：12Lp/cm以上2．灰度等級(jí)：7～10級(jí)3．掃描非線性失真4．幾何失真5．信噪比：噪聲盡可能得小掃描非線性失真

幾何失真第四節(jié)X線閉路電視系統(tǒng)（一）攝像機(jī)：電真空攝像管型攝像機(jī)；電荷耦合器件（CCD）。（二）監(jiān)視器：高分辨率（三）X線閉路電視系統(tǒng)的配接：75Ω和高阻二種狀態(tài)。（一）攝像機(jī)電真空攝像管型攝像機(jī)CCD（chargecoupleddivice，）型攝像機(jī)攝像管式攝像機(jī)CCD攝像機(jī)CCD是電荷耦合器件（chargecoupleddevice）是由很多個(gè)光敏單元組成。用于成像的CCD攝像器件有兩種：一種是線陣式，它的光敏單元有序地排成一行或一列，用于傳真機(jī)、掃描儀等；另一種是面陣式，它的光敏單元以行列方式排列成矩陣，用于攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等。SiO2N-Si-V10VAl電極耗盡層(a)勢(shì)阱的形成-V1*

-V2(c)少數(shù)載流子的轉(zhuǎn)移-V10V(b)少數(shù)載流子的捕獲光照0V-V2(d)轉(zhuǎn)移完成CCD攝像器件的工作原理：平面掃描CCD成像單元CCD移位寄存器輸出信號(hào)行間轉(zhuǎn)移方式

幀轉(zhuǎn)移方式CCD攝像機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)10bit12bit數(shù)字信號(hào)12bit數(shù)字信號(hào)MOS攝像器件的工作原理：ΦY1ΦY2信號(hào)輸出Y移位寄存器X移位寄存器ΦX1φX2RLEMOS開(kāi)關(guān)光電二極管A/D數(shù)字信號(hào)輸出含有CCU的攝像機(jī)構(gòu)成方框圖中心控制器（centercontrolunit，CCU）FlatImagingReceptor（二）監(jiān)視器監(jiān)視器是視頻信號(hào)接收機(jī)。接收電視信號(hào)，經(jīng)同步分離電路分離出行、場(chǎng)同步信號(hào)，用于控制監(jiān)視器的行、場(chǎng)掃描電路，產(chǎn)生行、場(chǎng)掃描鋸齒波電流，供給行、場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈，使監(jiān)視器的掃描與攝像機(jī)的掃描同步。由顯像管，行、場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈，行掃描及高壓電路，場(chǎng)掃描電路，視頻放大電路，同步分離電路及供電電路等構(gòu)成。CRT監(jiān)視器陰極射線管（CathodeRayTube）的顯示器，主要有五部分組成：電子槍（ElectronGun），偏轉(zhuǎn)線圈（Defiectioncoils），蔭罩(Shadowmask)，熒光粉層(Phosphor)玻璃外殼。CRT的工作原理使用電子槍發(fā)射高速電子，經(jīng)過(guò)垂直和水平的偏轉(zhuǎn)線圈控制高速電子的偏轉(zhuǎn)角度，最后高速電子擊打