（机械工程专业论文）多功能诊断x射线机系统研制.pdf

13 q i ， r ： ad i s s e r t a t i o ni nm e c h a n i c a ld e s i g n & t h e o r y d e v e l o p m e n t o ft h em u l t i - - f u n c t i o nd i a g n o s i s x - - r a ys y s t e m b yz o um i n g z h e s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rs u nz h i l i n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y a u g u s t 2 0 0 7 、0眇， 广 参 1 1 、 j i ， 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 ：艺 总。 学位论文作者签名：击酰 日期：力刃7 汐彦 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为例意。) 学位论文作者签名： 签字卜l 期： 导师签名： 签宁i ：l 期： 伊1 1 ! j 弋：一 o ，；卜j 东北大学硕士学位论文 摘要 多功能诊断x 射线机系统研制 摘要 从伦琴氏发现x 线起到目前为止，仅在一百多年的时间中，诊断用x 光机经历了离 子x 线管，电子x 线管，旋转阳极x 线管，影像增强器和电视乃至电子计算机等五个 改革发展阶段。在医学影像技术飞速发展的今天，x 线设备仍以它独特的优势，被广泛 应用于放射诊断中。 而本企业早期开发的老系统已经不能满足市场的需要。本课题研究的多功能诊断x 射线机系统主要是针对以前的老x 射线机系统进行升级换代，并在几个方面进行改进。 跟老系统相比增加了机械系统的功能设计，如主倾斜旋转部分旋转范围增大，重点 要解决老系统床身不能在+ 9 0 到9 0 。之间大范围旋转问题；增加老系统没有的床面的纵 向运动；新系统的x 线管和床面间的距离也是可以调整的，能达到1 5 0 c m ；x 线管的投 照方向可以向病人足侧及头侧各倾斜4 0 。，这些更有利于病灶的观察。增加了立柱与影 像运动组合功能。同时在新系统中增强了机械系统的稳定性、安全性和可靠性设计。 采用新控制系统和床体运动功能相配合，充分的为影像系统服务；控制系统采用了 凡c 代替原系统的完全模拟信号控制； 在影像系统的改进方面主要是采用微焦点大功率的调线无风球管，有效地提高了影 像的清晰度；运用新型影像增强器，显著地提高了影像的对比度和分辨度； 本课题x 线机的特点是：通过机械和电气的设计来完成实现其更多的功能，来为整 个x 线机的图像系统和诊断功能服务。 论文主要内容包括系统的工作原理、机械部分、电气控制、影像链等，具体如下： ( 1 ) 介绍各种大型医疗影像设备的发展、功能及适用范围。 ( 2 ) 介绍x 线机的发展历程和现状，以及x 线机的技术的未来发展趋势及方向。 ( 3 ) 阐述x 线机的成像原理和具体临床应用。 ( 4 ) 本课题研究的多功能x 线机的功能和系统设计。 ( 5 ) 本课题研究的多功能x 线机的机械部分、床体的运动控制原理及实现。 ( 6 ) 本课题研究的多功能x 线机的成像链部分设计。 关键词：x 射线机原理多功能床体运动控制 k q 一 、 j 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t d e v e l o p m e n t o ft h em u l t i - - f un c t i o nd i a g n o s i s x - - r a ys y s t e m a bs t r a c t i nt h ep r o c e s so fm o r et h a n10 0y e a r s ，xr a ye q u i p m e n th a v ed e v e l o p e df i v es t a g e s i o n i ct u b e ，e l e c t r o n i c st u b ea n dr e v o l v ea n o d et u b e ，i m a g ei n t e n s i f i e ra n dt e l e v i s i o ni sg ot o t h ec o m p u t e re t c a tt o d a yt h a tt h em e d i c a ls c i e n c ei m a g et e c h n i q u ei sd e v e l o p e ds oq u i c k l y , t h ex - r a ye q u i p m e n t ss t i l lw i t hi t s s p e c i a la d v a n t a g ei se x t e n s i v e l yb e e na p p l yi n t h e r a d i a l i z a t i o nd i a g n o s i s o l ds y s t e mh a v tf i tr e q u i r e m e n to fn e wm a r k e t ；s ow em u s tr & dam u l t i f u n c t i o n d i a g n o s i sx r a ys y s t e mt ou p d a t eo l ds y s t e m ，i t sm a i ni m p r o v ea sf o l l o w s ： w ec a ni m p r o v es o m ef u n c t i o n sa b o u tx - r a ye q u i p m e n tc o m p a r ew i t ho l do n e ：f o r e x a m p l ea u g m e n tm a i nt i l tr a n g e ；i t sm o r ei m p o r t a n tt os o l v eq u e s t i o na b o u tt h eb e db o d y c a nt om o v ea t + 9 0o - 9 0o h e i g h to fb e da n dl e n g t ho fb e d2 2 0 0 m m i n c r e a s el o g n i t u d i n a l m o t i o no fb e d d i s t a n c eo ft h et u b ea n dt h eb e da l s oc a nb ea d ju s t e da n di tc a na t t a i nt h e 15 0c m si nn e w s y s t e m t h et u b e ss h i n i n go nt h ed i r e c t i o nc a l lt o3 0o so ft h ef o o ts i d ea n da n e a c hi n c l i n a t i o no fs i d eo f p a t i e n t m e a n t i m e ，c a r r y i n g o u ti t sm o r e f u n c t i o n s ， e x e r c i s i n g ，i n c l u d i n gs a f e t y , a c c u r a t e ，c r e d i b i l i t y , d i g t a l i z e n e wc o n t r o ls y s t e ma n dm o r em o t i o nf u n c t i o no fb e db eu s e d ，t h e ya l ls e r v i c ef o ri m a g e s y s t e m c o n t r o ls y s t e mc a r r yo u tb yp l c ，r e p l a c ea n a l o gs i g n a l so fo l ds y s t e m i ni m a g es y s t e m ，t h ei m p r o v e m e n to ft h er a d i a t i o ns o u r c et ou s eb i gp o w e ra n dt h et i n y f o c u st h et u b e ，i tc a na v a i l a b l yr a i s i n gt h ec l e a rd e g r e eo ft h ei m a g e t h en e wi m a g e i n t e n s if i e r , i tc a l le v i d e n t l ya d v a n c ec o n t r a s td e g r e ea n dt h er e s o l v i n gp o w e ro fi m a g e e s t a b l i s ht oe x a m i n eap a t i e n tt h er e m o t ec o n t r o lt e c h n i q u e ，e t c t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ex - - r a ym a c h i n e ：i tc a nc a r r yo u tt h ew h o l ex - r a ym a c h i n eo f t h ei m a g es y s t e ma n dt h ed i a g n o s i sf u n c t i o ns e r v e s ，m e a n t i m e ，c a r r y i n go u ti t sm o r e f u n c t i o n s ， t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e dt h a tm a c h i n et od e v e l o p ，i n c l u d i n gt h ew o r k p r i n c i p l e ，t h em a c h i n e p a r t ，t h ee l e c t r i c i t yc o n t r o l e t c ，i t sm a i nc o n t e n t sa sf o l l o w s ： ( 1 ) i n t r o d u c et h ed e v e l o p m e n t f u n c t i o no fv a r i o u sl a r g em e d i c a li m a g e e q u i p m e n t sa n d a p p l yt h es c o p e ( 2 ) t h ed e v e l o p m e n tp r o c e s sa n dp r e s e n tc o n d i t i o no ft h ei n t r o d u c t i o nx r a ym a c h i n e ， a n dt h et e c h n i c a lf u t u r ed e v e l o p m e n tt r e n da n dd i r e c t i o no ft h ex - r a ym a c h i n e ( 3e l a b o r a t et h ex - r a ym a c h i n eo fb el i k et h ep r i n c i p l ew i t ht h ec o n c r e t ec l i n i c a l a p p l i c a t i o n ( 4 ) t h ef u n c t i o na n dt h es y s t e md e s i g n ( 5 ) i n t r o d u c et h em a c h i n eo ft h a tm u l t i f u n c t i o nx r a ym a c h i n ea n dt h eb e db o d y ， 东北大学硕士学位论文 a b s t l - a c t c o n t r o l sp r i n c i p l ea n dr e a l i z a t i o n ( 6 ) i m a g ec h a i no fm u l t i f u n c t i o nx r a ym a c h i n ed e s i g n k e y w o r d ：x r a ys y s t e m ，p r i n c i p l e ，m u l t i f u n c t i o n ，b e dp a r t ，m o v e m e n tc o n t r o l i v ( j ： _ 1 、 、1 东北大学硕士学位论文目录 目录 声明i 中文摘要i i a b s t r a c t i v 第1 章绪论1 1 1 引言1 1 2 医学成像技术发展历程1 1 3 现代医学影像设备简介2 1 3 1x 线成像设备2 1 3 2 数字减影( d s a ) 技术3 1 3 3 磁共振成像技术3 - 1 3 4 超声成像技术4 1 3 5 核医学成像技术4 1 4 医用x 线机分类5 1 4 1 诊断用x 线机5 1 4 2 治疗用x 线机6 1 5 各种成像类型的比较6 1 6x 线诊断技术发展7 1 7 国内医用x 线机状况9 1 8 课题研究背景及本文主要内容1 0 第2 章x 线机的成像原理1 2 2 1x 线的产生原理1 2 2 1 1x 射线强度与连续x 射线谱1 2 2 2x 线的特性1 4 2 3 彳线的效率15 2 4x 线成像的基本原理【l o j 1 5 2 5x 线图像特点1 8 2 6 x 线检查技术一1 8 2 7 x 线剂量2 0 第3 章x 线机的总体系统设计2 l 3 1 整个系统概述2 1 3 2 机械部分2 1 3 3 电气控制系统部分：2 3 3 4 成像链部分2 4 第4 章系统运动功能设计2 6 4 1 基本运动功能2 6 4 1 1 床身立卧旋转功能2 6 4 1 3 影像装置移动功能2 7 4 1 4 立柱移动功能2 7 4 1 5x 射线管旋转功能：2 8 4 1 6 焦距( s i d ) 运动功能2 8 4 1 7 压迫器运动功能2 8 4 2 主机架2 8 4 2 1 底座与船梁上2 9 4 2 2 立柱悬臂组件。3 5 4 2 3 压迫器3 7 4 2 4 脚踏板3 8 4 2 5 右横梁3 9 4 2 6 左横梁4 0 4 2 7 滑架4 l 4 2 8 纵梁j 4 l 4 2 9 床框4 l 4 4 床旁接线柱4 2 第5 章系统各部分的控制4 4 5 1 供电系统和控制部分4 4 5 1 1 系统控制柜4 8 一v i q 盈 ， 、i ； ， ， - 东北大学硕士学位论文 目录 5 1 2 电源控制柜4 9 5 1 - 3 控制台系统5 2 5 1 4 核心控制柜系统( c c s ) 5 3 5 1 5 系统电缆5 4 5 1 6 脚踏丌关5 4 5 2 运动部件控制要求，5 4 5 2 1 运动过程中的保护行为5 4 5 2 2 压迫器压力选择5 5 5 2 3 运动部件运动指令冲突解决。5 5 第6 章影像系统5 6 6 1 影像增强器5 6 6 2c c d 相机。5 7 6 3 限束器5 8 6 4 点片系统5 8 6 5 电离室5 9 6 6x 线球管2 6 0 6 7 高压系统6 3 6 8 计算机系统6 4 第7 章结论与展望6 5 7 1 结论6 5 7 2 展望6 6 参考文献6 7 致谢6 9 - v 1 1 气 i 、 - j 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 随着人类物质文明的极大发展，人们对生活品质有了越来越高的要求。人们把“健康” 问题摆到了最关注的位置上。那么，怎么才能知道自己身体是否健康呢? “工欲善其事， 必先利其器”，这是中国的一句古话，随着科技的进步，人们早就知道利用工具的重要 性。大约在1 0 0 多年前，德国著名物理学家伦琴在一次做试验时，意外发现了一种射线， 他叫它x 射线。后来，他又经过六个星期的反复试验及细心研究，发现x 射线可以透过 玻璃、橡胶以及木块和铝等许多物质。他在妻子的帮助下，用x 射线照射自己的手，而 且惊喜地看到了手的骨骼以及肌肉的影像。x 射线对肌肉的穿透性相当强，但对密度非 常大的骨骼穿透性相当弱。x 射线的发现，引发了一系列重大的发现。1 8 9 6 年，德国西 门子公司运用x 射线造出了世界上第一台x 光机。这种x 光机可以帮助医生发现病人 的病因并作出非常有效的治疗，起到了相当重要的作用。随后数字化技术，图像存储和 远程放射学系统的普遍应用，使现代医学x 光影像设备在现代医学的诊断中有重要的或 主导的地位。 1 2 医学成像技术发展历程 x 射线的发现给人类历史和科技发展带来深远的影响。彳射线被发现后，首先应用 到了医学诊断上，在随后的一百多年中，x 射线在医学领域发挥了巨大作用。 x 线发现伊始即用于医学临床，首先是用于骨折和体内异物的诊断，以后又逐步用 于人体各部分的检查。与此同时，x 线设备相继出现。1 8 9 6 年，德国西门子公司研制出 世界上第一支x 线管。2 0 世纪1 0 2 0 年代，出现了常规x 线机。其后，由于x 线机械( 主 要是x 线管和变压器) 和相关的仪器，设备及人工对比剂的不断开发利用，尤其是体层 装置，影像增强器，连续摄影，快速换片机，电视，电影和录像记录系统的应用，到2 0 世纪6 0 年代中术期，已形成了较完整的学科体系，被称为放射诊断学或放射学 ( r a d i o l o g y ) 。 1 9 7 2 年，英国工程师汉斯菲尔德( g n h o u n s f i e l d ) 首次研制成功世界上第一台用于颅 脑的c t 扫描机，是电子技术，计算机技术和x 线技术相结合的产物，是1 8 9 5 年x 线发 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 现以来，医学影像设备的一个革命性进展，为现代医学影像设备学奠定了基础。2 0 世纪 8 0 年代先后研制丌发了超高速c t , 螺旋c t , 2 0 世纪8 0 年代初用于临床的磁共振成像 ( m r l ) 设备，8 0 年代数字减影( d s a ) 和计算机x 线摄影( c r ) 设备。2 0 世纪5 0 年代和6 0 年代超声和放射性核素也相继出现，以及7 0 年代木8 0 年代初，超声c t , 放射性核素 c t , m r c t 和数字影像设备与技术逐步兴起，并纳入数字化图像( p a c s ) 普遍应用于临床， 形成了医学影像诊断学。 x 射线摄影是临床开展最普遍的影像学检查，几乎每时每刻都有人进行x 射线检查。 近l o 年来，这个领域内最突出的表现就是数字化x 射线成像技术的发展。数字化技术 以优于胶片影像的图像质量，平均较低的照射剂量，快捷的工作效率，方便灵活的后处 理方法等优点赢得了影像科室广大技术和医务人员的赞赏，发展极其迅速。 1 3 现代医学影像设备简介 现代医学影像设备可分为两大类，即医学影像诊断设备和医学影像治疗设备，主要 有几种类型：x 线成像：磁共振成像；超声成像：核医学成像；热成像；光学成像( 医用 内窥镜成像) 等【2 1 。 1 3 1x 线成像设备 彳线发现伊始即用于医学临床，首先是用于骨折和体内异物的诊断，以后又逐步用 于人体各部分的检查。 x 线成像是通过测量穿透人体的线来实现人体成像的。此类设备主要有x 线机， 数字x 线摄影设备和彳线计算机体层( x 线c 乃设备等。 ( 1 ) 诊断用x 线机，是基于x 线透视原理的影像珍断设备，通过摄片，透视两项技 术适当选择及综合应用，适用于全身各系统，包括呼吸，循环，泌尿生殖，骨骼，中枢神 经和五官等疾病的检查，可提供重要的和确切的诊断信息，已成为临床医学中不可缺少的 重要组成部份【3 l 。 ( 2 ) x 线计算机体层成像( c 7 ) 技术。1 9 7 2 年，英国工程师汉斯菲尔德( g n h o u n s f i e l d ) 首次研制成功世界上第一台用于颅脑的计算机体层摄影( c o m p u t e dt o m o g r a p h y ，c 乃扫 描机。这是电子技术、计算机技术和x 线技术相结合的产物；它的问世，是1 8 9 5 年x 线发现以来医学影像设备的一个革命性进展，为现代医学影像设备学奠定了基础。c t 机以横断面体层成像，无前后影像重叠，不受层面上下组织的干扰；同时由于密度分辨 率显著提高，能分辨出0 1 一0 5 x 线衰减系数的差异，比传统的x 线检查高1 0 倍一2 0 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 倍；还能以数字形式( c t 值) 作定量分析【4 1 。 近3 0 年来，c t 设备的更新速度极快，扫描时间由最初的几分钟向亚秒级发展，图 像快速重建时间最快的已达0 7 5 s ( 5 1 2 x 5 1 2 矩阵) ；宽探测器多层螺旋c t 或双层螺旋c t 得到了广泛的普及，功能有了进一步的扩展；大孔径c t 可兼顾同常应用与肿瘤病人定 位，组合型c t 可在完成c t 检查后直接进行j 下电子发射型计算机体层( p e t ) 检查，使 c t 的形态学信息与p e t 的功能性信息通过工作站准确融合，可以更准确地完成定性与 定量的诊断。 自7 0 年代初丌始在临床应用以来，经过多次升级换代，由最初的普通头颅c t 机发展 到现在的高档滑环式螺旋c t ( s p i r a l c t ；h e l i c a l c t ) 和电子束c t ( e l e c t r o nb e a m c t ；e b c t ) 3 0 l 。其结构和性能不断完善和提高，可用于身体任何部位组织器官的检查，因其密度分 辨率高，解剖结构显示清楚，对病变的定位和定性较高，已成为临床常用的影像检查方法。 1 3 2 数字减影( d s a ) 技术 数字减影血管造影( d s a ) 是8 0 年代开发的数字式成像设备与技术。具有微创、实时 成像、对比分辨力高、安全、简便等特点。是继c t 之后出现的一种医学影像学新技术， 是影像增强技术，电视技术和计算机技术与常规的x 线血管造影相结合的一种新的医学 检查方法，也是数字x 线成像技术之一【5 1 。d s a 是基于顺序图像的数字减影，将未造影 的图像和造影的图像分别经影像增强器增强，摄像机扫描矩阵化，经模数转换成数字化， 两者相减而获得数字化图像，最后经数模转换成减影图像，其结果消除了整个骨骼和软 件组织结构，浓度很低的对比剂所充盈的血管在减影图中显示出来，具有很强的对比度。 用于肌体各系统器官的血管造影，并广泛应用于临床。 目前，数字减影血管造影正向快速旋转三维成像实时减影方向发展，从而扩大了血 管造影的应用范围。后者具有减少曝光量和宽容度大等优点，更重要的是可作为数字化 图像纳入图像存储、传输系统( f a g s ) 。而x 线实时高分辨率成像板将是最具革命性、最 有发展前途的医学影像设备之一。 ， 1 3 3 磁共振成像技术 磁共振成像( m r l ) 设备，通过测量构成人体组织的元素原子核的磁共振信号，实现人 体成像。由于计算机的飞速发展，使磁共振计算机体层( m r c t ) 在医学影像学上得以应 用，成为人体测量的新工具。m r 成像解剖面定位完全是通过调节磁场，用电子方式确 定的，是于2 0 世纪7 0 年代木继c t 之后，借助电子计算机技术和图像重建数学的进展 和成果而发展起来的一种新型医学影像技术【6 1 。因此能完全自由地按照要求选择剖面图， 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 m r 成像不用电离辐射。对显示解剖结构和病变较敏感；除了能进行形态学研究外，还 能进行功能，组织化学和生物化学方面的研究，该技术在2 0 年的时间内得到了广泛的 应用并显示它的强大优势和所具有的潜力，使之成为目前发展最为迅速的医学影像技术 之一。 1 3 4 超声成像技术 。 超声成像设备分为利用超声回波的超声诊断仪和利用超声透射的超声计算机体层两 大类。超声诊断仪根据其显示方式不同，可以分为a 型( 幅度显示) ，曰型( 切面显示) ，c 型( 亮度显示) ，肘型( 运动显示) ，p 型( 平面目标显示) 等。目前医院中用得最多是曰型超 声诊断仪，俗称b 超。利用超声多普勒系统，可实现各种血流参量的测量，是近年来广 泛应用的又一种超声技术。 超声的成象原理是以超声波在体内传播时，对各种组织和器官的生理和病理状态的 差异而引起不同程度的反射、折射和衰减为基础的，在组织和器官的交界面上产生不同 的回波信号。用曰型超声显示时，较强的回波，呈现较亮的图象；较弱的回波，则呈现 较暗的图象。在临床应用上，对声阻差很小的软组织、实质器官以及其中的病灶即可清 晰地辨别可供诊断的图像。一般来说，其分辨率高于常规x 线像。但是超声波束遇到气 体则出现散乱反射，引起强烈干扰；遇到骨骼组织，衰减性特强，不宜穿透，故超声不 适于检查含气器官和骨骼组织，而这些却能形成良好对比，是x 线检查最适宜的部位。 由此看来，两者所获得的资料各有特点，可以相互补充，彼此核实。因此，在临床实践 中，若把x 线与超声结合起来。可以扩展放射诊断范围，提高诊断准确性。 国际上现有的超声断层扫描仪，对人无害，方法简便，4 5 分钟即可完成，又属非 昂贵设备。对肝、胆、后腹膜、瓮腔等部位肿瘤有较高的诊断效率，并能较早测得胎心 ( 8 周) 和胎儿性别，对心血管疾患、急腹症( 如胆石症等) 均有较准确的诊断效果。 目前是与x 线、同位素并驾齐驱的新兴诊断技术，现在己能开展超声血管造影( e c h o a n g i o g r o p h y ) 诊断胰腺疾患。 超声成像的缺点是图像对比度差，信噪比不好，准确判断还需要别的成像工具的帮 助，而且图像的重复性在一定程度上依赖于操作人员。因为超声波的发射和接收都是通 过探头实现的，而探头掌握在操作员的手上【7 1 。 1 3 5 核医学成像技术 核医学成像是一种以脏器内外或脏器内正常组织与病变之l 日j 的放射性差别为基础的 脏器或病变的显像方法。是通过有选择地测量摄入体内的放射性核素所放出的y 射线， 。 五 。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 实现人体成像。此类设备主要有y 相机，发射型计算机断层( e c t ) ，单光子发射型计算 机体层( s p e c t ) 和正电子发射型计算机体层( p e t ) 【8 】。 核医学成像的优点是特异性好，是代谢、功能和分子成像，能够用于早期诊断；其 缺点是空间分辨率差，病理和周围组织的相互关系很难准确定位。如何克服这些缺点发 扬它的优势，是医学物理工作者的一个重要任务。把核医学成像叠加在诸如x - c t 成像、 m r i 高分辨率结构图像上进行定位是目前比较流行的方法。所以，医学图像配准、分割 和融合在医学成像方面的应用是这个领域内一个重要的方面。 综上所述，多种类型的医学影像诊断设备与医学影像治疗设备相结合，共同构成了 现代医学影像设备体系。 1 4 医用x 线机分类 x 线检查设备的确发展是和放射医学的发展，当代科技的发展紧密相关的新的医学 科研课题及医学临床工作中出现新问题，促使了x 线设备与此同时技术的不断向前发展， 产品的品种和生产规模也日益扩大。目前，除供各临床科室共用同使用的通用型x 射线 外，大多数拥有自己的专用x 线设备以满足临床要求。 医用x 线机的分类法不尽一致。按机器的高压整流方式分为自整流式、半波整流式、 单相全波整流式、三相全波整流式和倍压整流式等：按球管散热方式分为空冷式、油冷 式、油循环冷却式；按机器输出管电流的大小分为1 0 1 0 0 0 m a ；按机械结构和输出量分 为大、中、小型；按用途分为诊断和治疗用两大类。 1 4 1 诊断用x 线机 诊断用类x 线机若按机械结构方式分类，主要有以下几种： ( 1 ) 携带式，结构简单，携带方便，安装容易，对电源要求不高。一般规格为5 0 - - 7 5 k v ，1 0 3 0 m a ，适用于医院外做流动性临时检查。 ( 2 ) 移动式，这种x 射线机的机座带有滚轮或附电瓶车，能在病房内进行流动透 视和摄影检查。将全部机件装在活动车架上，供推动使用。一般规格为，多用组合机头。 适用于病房、手术室。 ( 3 ) 固定式品种甚多，结构较为复杂，规格在4 0 1 5 0 k v ，5 0 - - - 1 0 0 0 m a 以上。分 为中型和大型机。 l 诊断用x 线机若按用途分类，主要有以下几种： ( 1 ) 综合x 射线机，包括普通摄影床如：胃肠x 线机。具有透视和摄影等多功能。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 ( 2 ) 专用x 射线机心血管x 线机；乳腺彳线机；泌尿线机：牙科x 线机；移动 式x 线机。 1 4 2 治疗用x 线机 治疗用x 线机的种类也很多，按用途可有以下几种： ( 1 ) 接触治疗机：管电压1 0 6 0 k v ，配有专用x 线管，将阳极与皮肤直接接触或 插入体腔内部，有效照射面积小，穿透力低，易于防护，机器多为移动式。 ( 2 ) 浅部治疗机：管电压在6 0 - 1 4 0 k v ，管电流在5 - - 1 5 0 m a ，管电压有较大幅度 变化。因照射距离较大，x 线管在立柱上进行调节。主要用于治疗较大面积的皮肤或浅 层组织疾病。 ( 3 ) 深部治疗机：管电压在1 8 0 - 2 5 0 k v ，管电流为1 5 - - - - 3 0 m a 。x 线管有循环冷 却装置，电路设计较完善，有自动调节及各种联锁装置。 1 5 各种成像类型的比较 线诊断用于临床已有百年历史。从表中可以看出，尽管其他一些先进的影像检查 技术，例如c t 和m r i 等对一部分疾病的诊断，显示出了很大的优越性，但它们并不能 取代x 线检查。一些部位的检查，例如胃肠道，骨关节及心血管，仍主要使用x 线检查。 x 线还具有成像清晰、经济、操作简便、患者流通率高等特点，因此，在国内外，彳诊 断仍然是影像诊断中使用最广泛和最基本的方法。 各种成像类型比较表见表1 1 。 我国过去几十年来医学成像设备发展过程大体可以划分为三个阶段。 第一阶段是改革开放前的仿制阶段，即2 0 世纪8 0 年代以前的漫长岁月。2 0 世纪 6 0 代在我国医疗仪器设备制造舞台上领先的三家医用诊断射线机制造厂和7 0 年代形成 的三大医用电子仪器制造厂就是从仿制国外医用诊断射线机组及心电图机起步的。不仅 推出了仿制产品( 如射线诊断装置、超声诊断仪器、心电图机等一大批医疗仪器设备 就是这种实践的结晶) 。 第二阶段是改革开放后的前1 5 年。先后在大型x 射线诊断机组、b 型超声诊断系 统、x - c t 、m r i 等高科技产品领域，有多家生产厂家广泛开展中外合作生产谈判，一股 采用的方式是进口一定批量大部件，我国医疗设备制造商按对方技术标准和工艺规定要 求，进行整机组装整合。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 表1 1 几种医学影像设备的比较 t a b l e1 1c o m p a r ew i t hs o m ek i n d sm e d i c i n ei m a g ee q u i p m e n t 第三阶段是从上世纪末最后几年开始，随着我国机电基础工业产品及生产技术装备 和加工工艺水平的提高，以自主设计为主和探索自主创新开始成为医疗仪器设备发展的 新兴主流。引进消化吸收( 或学习消化吸收) 后再创新往往是对已有产品有重大更新，如 多源动态旋转聚焦式立体定向伽玛射线治疗系统、直接数字化低剂量狭缝式线扫描j 射 线摄影系统等等。 1 6x 线诊断技术发展 自1 8 9 5 年以来，x 射线诊断与治疗技术有了飞速的发展，曾经历了离子线管、 电子线管、旋转阳极x 线管、影像增强器和电视乃至电子计算机【9 l 等五个改革发展阶段。 下几个阶段是： ( i ) 离子射线管阶段( 1 8 9 5 - - 1 9 1 2 ) 这是x 射线设备的早期阶段。当时x 射线机的结构非常简单，使用效率很低的含气 式冷阴极离子x 射线管，运用笨重的感应线圈发生高压，裸露式的高压机件，更没有精 确的控制装置。x 射线机装置容量小、效率低、穿透力弱、影像清晰度不高、缺乏防护。 据资料记载，当时拍摄一张x 射线骨偷像，需长达4 0 - - 6 0 m i n 的曝光时间，结果照片拍 成之后，受检者的皮肤却被射线烧伤。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 ( 2 ) 电子x 射线管阶段( 1 9 1 3 1 9 2 8 ) 随着电磁学、高真空技术及其他学科的发展，1 9 1 0 年美国物理学家缈d c o o l i d g e 发表了钨灯丝j 射线管制造成功的报告。1 9 1 3 年开始实际使用，它的最大特点是钨灯 丝加热到白炽状态以提供管电流所需的电子，所以调节灯丝的加热温度就可以控制管电 流，从而使管电压和管电流可以分别独立调节，而这正是提高影像质量所需要的。 ( 3 ) 旋转阳极x 线管阶段( 1 9 2 9 ) 当电子x 线管已能适应日常的透视、摄影和治疗后，人们又在为如何提高影像的质 量而进行大量的研究工作。阻碍影像清晰度提高的主要因素是运动模糊和几何模糊度。 克服运动模糊度就需缩短曝光时间，这就意味着需增加x 线管的功率。而几何模糊度起 因于非点光源的问题，要求减小焦点尺寸，这样增大功率和减小焦点的本身就是矛盾， 静止阳极x 线管焦点面大时影像清晰度却低，焦点面小时又限制了输出功率，两者互相 牵制，不能兼顾。 1 9 2 7 年b o w e r s 首先研制成功了旋转阳极，1 9 2 9 年荷兰p h i l i p s 公司首先制成了旋转 阳极x 线管，解决了上述矛盾，使x 线技术发展提高到一个新阶段。由于旋转阳极x 线管的广泛应用，彳线焦点面可以做成大焦点：l m m x l m m 以上，小焦点l m m x l m m 0 6 m m x 0 6 m m ，微焦点0 5 m m x 0 5 m m - - - - 0 1 m m x 0 1 m m ，超微焦点0 0 5 m m x 0 0 5 m m - - - 0 0 1 m i n x 0 0 1 m m ，几何模糊度大大减少。曝光时间可以用毫秒( m s ) 来计算，使运动 模糊减到最小。3 0 年代以来，x 线设备已发展到比较完善的程度，进入防电击、散射、 高功率、多功能的新时期。 ( 4 ) 彳线影像增强器和x 射线电视、电影阶段( 1 9 5 2 ) 在传统的透视条件下，荧光屏的亮度很低，一般仅为月亮光下显物亮度的2 0 - 3 0 ，医生必须在暗室中操作，由于影像的细微结构可见度很差，分辨率不高，容易造成 漏诊，同时医生和病人接受的x 线剂量也较大。因此，白光下透视成为世界各国研究的 中心课题。 二战期间，曾利用红外线转变为可见光的技术制成变像管进行夜间侦察，战后人们 在医疗上应用了这种转换原理，研制成功了影像增强器，引起了荧光透视图像转换系统 的革命性变化。它不但能使亮度增加0 6 万l 万倍，实现白光透视，而且灵敏度高， 提高了分辨能力。同时形成清晰影像所需的x 线剂量却只有原来的l l o ，大大减少了 患者接受的剂量。自5 0 年代初形成了影像增强器、电视系统和x 线机的组合，改变了 x 线影像的显示方法，实现了x 线电视透视、电视摄影以及影像的储存和再现。这一新 的成就使x 线机发生了一次大的飞跃。x 线机主机电路和机械结构，以及辅助装置都有 8 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 了巨大的改进。控制电路采用了新型电子器件、数字技术、集成电路、自动监视、检测 装置以及计算机系统等，实现了半自动和全自动控制，以及遥控透视和摄影等最先进的 技术手段。由于自动化和遥控的实现，进一步扩大了x 线在医疗领域中的应用，减少了 辐射的危害。 1 9 1 3 年滤线栅的发明，部分地消除了散射线，提高了影像的质量。1 9 1 4 年制成了 钨酸镉荧光屏，丌始了x 射线透视的应用。1 9 2 3 年发明了双焦点x 射线管，解决了x 射线摄影的需要。x 射线管的功率可达几千瓦，矩形焦点的边长仅为几毫米，x 射线影 像质量大大提高。同时，造影剂的逐渐应用，使x 射线的诊断范围也不断扩大。它不再 是一件单纯拍摄骨骼影像的简单工具，却已成为对人体组织器官中那些自然对比差( 对x 射线吸收差小) 的胃肠道、支气管、血管、脑室、肾、膀胱等也能检查的重要的医学诊 断设施了。与此同时，彳射线