医用X线电视系统课件

第九章

医用X线电视系统概述医用影像增强X线电视系统简称为X线电视系统或X线电视。它是将电视技术应用于医学领域的结果。X线电视重要部件：影像增强器（imageintensifier，I.I）X-TV使X线透视由暗室透视变为明室透视的根本转变。X-TV具有下列优点：①X-TV透视和荧光屏透视相比，医生和病人的受照剂量可以大大减少。②明室透视从暗室中解放了出来，在X-TV透视监视下手术得以实施。③X-TV透视比荧光屏透视图像清晰、层次好。在X-TV监视器上可清楚地显示病变。④X-TV图像可以远距离传送，有利于教学和会诊。X-TV图像可以录像，便于资料的保存。⑤通过X-TV获得的视频信号经过A/D转换、计算机图像处理后，可获得数字图像。X线机的构成1．I.I（影像增强管）是将X线影像转换为荧光影像的器件，由影像增强管，输出屏物镜和小高压电源构成。2．摄像头，是将荧光影像转换为视频电信号的装置，由光学镜头、电视摄像管和摄像电路等构成。3．电视控制器对电视图像信号进行控制、处理。它由视频信号处理、同步机、电源等构成。4．监视器是影像显示器件。其主要作用是进行电光变换。其实质是电视信号接收机，它由显像管、视频放大器、偏转电路等构成。5．自动亮度控制装置（ABS）是使监视器图像亮度稳定的自动控制装置。X-TV透视式X线机的构成方框图基本工作原理透过人体X线（X线图像）照射到I.I的输入屏上获得荧光影像，经I.I增强后在输出屏上获得亮度比较亮的荧光影像。荧光影像经过光学系统被摄像管摄取，摄像管输出视频电流信号经预放器放大、控制器进行处理后获得全电视信号，送到监视器上显示X线透视图像。X-TV的基本工作原理示意图X-TV工作中转换过程和传输过程：1．用I.I实现X线图像与可见光影像的转换输入X线的照射量就越小，转换效率越高。2．光学系统是将I.I输出屏上的荧光图像经光路传输传到摄像管。3．用摄像管进行光电转换将传输到摄像管输入屏上的荧光影像转换成电信号。X电视基本工作示意图第二节影像增强器增强管的结构（1）输入窗：（2）闪烁体：（3）光电阴极：（4）电极：（5）输出荧光屏：（6）输出窗：（7）管壳：影像增强器(I.I)的结构示意图影像增强器的基本结构:增强管、壳体和电源。影像增强器工作原理影像增强管增强管的输入屏封于玻璃壳内，用于将X线像转换成电子像。直径有大有小，尺寸不一，略呈球面形，由铝基板、荧光体层、隔离层和光电面四层组成。增强管的输出屏用于把增强了的电子像转换成可见光影像。结构是光电层和玻璃层。玻璃层是增强管外壳的一部分，是输出屏的支持体。荧光层内面敷有一层铝箔构成输出光电面。II工作原理示意图影像增强器影像增强器工作原理X线图像输入到输入屏，使光电阴极激发出光电子，在阳极和阴极之间的高压加速以及栅极聚焦电位的聚焦下，光电子轰击到输出屏上，因此在输出屏上可获得缩小了几十分之一的，亮度比普通荧光屏强数千倍乃至上万倍的荧光影像。影像转换及增强过程（1）输入屏把接受的X线像转换成可见光像，并由输入屏的光电阴极转换成电子像。（2）光电子在阴极电位、聚焦电极电位及阳极电位共同形成的电子透镜作用下聚焦、加速，冲击在输出屏上形成缩小、倒立并增强了（电子密度增大）的电子像。（3）电子像再由输出屏转换成可见光像。阳极电位越高，光电子的运动速度越快，撞击输出屏时的动能越大，激发的光子越多，输出屏亮度越高。增强管的工作原理增强管的主要技术参数1．转换系数它的定义为输出屏亮度和输入屏接受的X线剂量率之比。2．分辨力它是衡量增强管分解影像细节能力的物理量。以每厘米能区分的线对数来表示分辨力的大小，单位为Lp/cm。3．对比度它是体现增强管输出影像反差强弱的物理量。增强管使用中必须注意以下几点：①工作状态的增强管应避免接受较强的X线辐射，否则会缩短其使用寿命；②不允许强X线或强光线从光学系统进入增强管的输出屏；③I.I外界磁场会引起图像散焦，清晰度下降，影像畸变。周围不应放置磁性物体。增强管的寿命特性曲线增强管的使用寿命直接与使用时间的长短和接受X线剂量的大小等因素有关。输入屏尺寸（cm）型号转换系数（ds/mmR）分辨力（Lp/cm）对比度厂家15RTH6202C-G1805615:1东芝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壳体壳体：为防止电磁场对增强管工作的干扰和X线泄漏，需采用金属管壳进行电磁屏蔽并吸收X线。壳体材料一般由铝材或铁皮加工而成，且壳体内加有铅层和铍膜合金屏蔽层。电源X线增强管用的电源(小高压)。23cm（9″）野增强管电源输出两组电压：①-100～-550V的可调聚焦电压；②+25kV的加速电压。小高压小高压的要求：①输出高压持续、稳定，纹波系数小，噪声小。②聚焦电压稳定，且可调，以使增强管有良好的聚焦效果，并可根据不同的增强管，适当调整聚焦电压值。低频电源：高压变压器T、高压硅堆D1、高压电容器C1都浸在油箱内。整流后，输出25kV的高压，用高压电缆线引出。变压器的低压经D2半波整流和电容器C2滤波后，由电位器R3取出-100～-550V的可调电压供栅极聚焦调整用。高频电源：高频电源实际上是个电源逆变器。它可分为自激式和它激式两种，自激式高频电源电路：利用自激振荡产生高频低压交流电，经升压变换后获得25kV的高频高压和550V的高频中压，经整流后获得直流+25kV的高压和直流-550V的中压。它激式高频电源电路：和自激式高频电源的不同之处是由外部高频脉冲信号经激励电路产生高频低压交流电。升压变换部分原理与自激式类同。常用的I.I电源由Q1、Q2构成自激式多谐振荡器。脉冲变压器T1进行升压变换经C5~9产生5倍的峰值电压（+25kV）多视野影像增强器及其工作原理通过调节辅助阳极和栅极上的电位，可改变电子透镜的放大倍率，就可改变输入影像的尺寸（输出屏大小不变）。多视野影像增强器通过调节辅助阳极和栅极上的电位，可改变电子透镜的放大倍率，就可改变输入影像的尺寸（输出屏大小不变）。通常情况下，通过调节辅助阳极电位，来改变输入影像尺寸的大小；而通过调整栅极电位，来调节增强管的聚焦状况，也就是调节影像的清晰度。对于多视野增强管，调节辅助阳极和栅极电位高低，就可进行增强管的视野变换。变视野增强管原理多视野增强管的结构示意图增强器图像光学系统串列式镜头光分配器（一）串列式镜头平行光传送影像的优点：①平行光成像像差小，能获得高质量的影像；②可减小光通量的损失；③在平行光路中可插入反射镜，改变传送方向，并保持平行光传送。（二）光分配器单通道双通道三通道第三节

电视基础一、摄像与显像基础（一）人眼的视觉特性1．相对视敏函数：380mµm555mµm700mµm2．视觉范围：亮度范围为200～20000尼特3．对比度：Bmax与Bmin之比不超过404．分辨力：相邻两点的视角的倒数0.29mm5．视觉惰性：高于45.8Hz（二）图像的摄取与显像1．图像的构成：像素1024X1024，512X5122．摄像与显像原理：同时制摄像与显像分时制摄像与显像二、扫描原理与电视制式（—）扫描原理

①摄像管的光敏靶面；②显像管的荧光面。l．扫描扫描是光电信号或电光信号的转换。2．扫描方式：逐行扫描；隔行扫描；扫描的同步。（二）电视制式中国行频15625Hz场频50Hz625行扫描线日本行频15750Hz场频60Hz525行扫描线隔行扫描逐行扫描扫描的同步同步扫描是指摄像端与显像端的扫描点几何位置应一一对应。三、全电视信号的形成电视信号由图像信号，行、场同步信号和行、场消隐信号等组合而成。复合消隐脉冲波形行扫描周期为64µs。正程为52µs，逆程为12µs，行同步宽度4.7µs，在离前一行结束后的1.3µs处。场频为50Hz，场扫描周期为20ms。其中，场扫描正程18.4ms，场逆程为1.6ms。场消隐期间的同步信号场同步脉冲的宽度为2.5H，即2.5×64µs=160µs，场同步头位置在距离场消隐前沿160µs处，引入槽脉冲后的复合同步脉冲场过渡时的同步脉冲及积分波形图全电视信号波形图四、视频带宽与图像质量（一）视频带宽：6.5MHz~13MHz（二）图像质量：水平分解力垂直分解力摄像管（三）电视图像质量的评价1．清晰度：12Lp/cm以上2．灰度等级：7～10级3．扫描非线性失真4．几何失真5．信噪比：噪声尽可能得小扫描非线性失真

几何失真第四节X线闭路电视系统（一）摄像机：电真空摄像管型摄像机；电荷耦合器件（CCD）。（二）监视器：高分辨率（三）X线闭路电视系统的配接：75Ω和高阻二种状态。（一）摄像机电真空摄像管型摄像机CCD（chargecoupleddivice，）型摄像机摄像管式摄像机CCD摄像机CCD是电荷耦合器件（chargecoupleddevice）是由很多个光敏单元组成。用于成像的CCD摄像器件有两种：一种是线阵式，它的光敏单元有序地排成一行或一列，用于传真机、扫描仪等；另一种是面阵式，它的光敏单元以行列方式排列成矩阵，用于摄像机、数码相机等。SiO2N-Si-V10VAl电极耗尽层(a)势阱的形成-V1*

-V2(c)少数载流子的转移-V10V(b)少数载流子的捕获光照0V-V2(d)转移完成CCD摄像器件的工作原理：平面扫描CCD成像单元CCD移位寄存器输出信号行间转移方式

帧转移方式CCD摄像机A/D转换器模拟信号数字信号10bit12bit数字信号12bit数字信号MOS摄像器件的工作原理：ΦY1ΦY2信号输出Y移位寄存器X移位寄存器ΦX1φX2RLEMOS开关光电二极管A/D数字信号输出含有CCU的摄像机构成方框图中心控制器（centercontrolunit，CCU）FlatImagingReceptor（二）监视器监视器是视频信号接收机。接收电视信号，经同步分离电路分离出行、场同步信号，用于控制监视器的行、场扫描电路，产生行、场扫描锯齿波电流，供给行、场偏转线圈，使监视器的扫描与摄像机的扫描同步。由显像管，行、场偏转线圈，行扫描及高压电路，场扫描电路，视频放大电路，同步分离电路及供电电路等构成。CRT监视器阴极射线管（CathodeRayTube）的显示器，主要有五部分组成：电子枪（ElectronGun），偏转线圈（Defiectioncoils），荫罩(Shadowmask)，荧光粉层(Phosphor)玻璃外壳。CRT的工作原理使用电子枪发射高速电子，经过垂直和水平的偏转线圈控制高速电子的偏转角度，最后高速电子击打