第五章影像接收裝置醫學技術系陳小虎第一節

概述第二節X線增強電視系統第三節計算機X線攝影接收裝置目錄第五章影像接收裝置第四節數字X線攝影接收裝置第五節醫用相機學習目標

掌握

計算機X線攝影、數字X線攝影的組成結構、工作原理及各部分的功能特點。

熟悉

熟悉X線增強電視系統的工作原理、系統組成及各自的優缺點。

了解

現代X線設備的發展歷程及應用，醫用監視器的技術參數和選用原則。第五章影像接收裝置X線增強電視系統第二節第五章影像接收裝置醫用X線增強電視系統主要由X線影像增強器和閉路電視系統組成。作用：X線影像增強器把X線影像轉換成可見光影像，亮度得到增強，輸出亮度比熒光屏亮度高幾千倍，透視診察全部通過電視進行，把透視工作從暗室中解放出來。第二節X線增強電視系統一、X線增強電視系統的特點和組成1.明室操作使用X線電視系統在明室中進行診察，對小兒透視、骨折復位、透視下手術取異物、心導管手術等更為方便，提高了診斷的正確率和工作效率。在明室內，受檢者易于接受和樂于配合。監視器可以放置在最佳位置和角度，工作人員觀察圖像和操作更加便捷。（一）X線影像增強器電視系統的特點第二節X線增強電視系統2.X線劑量降低影像增強器把X線熒光亮度提高幾千倍，靈敏度大大提高，X線輻射劑量明顯降低，減少了受檢者的X線輻射量，保護了受檢者的健康。X線管負荷較小，便于用微焦點，大大提高了影像的質量。（一）X線影像增強器電視系統的特點第二節X線增強電視系統3.圖像易實時遠距離傳送圖像電信號可以方便地傳送到一定距離外的監視器上，供多人同時觀察使用，教學、會診和科研十分便利。可以把影像用儲存介質記錄下來保存，便于病例存儲和患者定期復診對照。遙控床使放射醫生完全脫離放射現場，有利于工作人員的X線防護。（一）X線影像增強器電視系統的特點第二節X線增強電視系統4.便于實現圖像數字化電視信號很容易實現圖像的數字化，圖像的處理、網絡傳輸和電子診斷成為可能。5.影像層次、密度對比差X線影像到電視影像，要經過多次轉換和信號放大傳遞，信號放大的同時，圖像噪聲也得到了放大，再加上轉換器件和放大器件的噪聲，圖像的信噪比大大降低，最終顯示圖像的層次、密度不如熒光屏豐富，細小的陰影不易顯示而漏診。（一）X線影像增強器電視系統的特點第二節X線增強電視系統由X線影像增強器、中央控制器、攝像機和監視器等組成。X線增強電視系統（二）X線影像增強器電視系統的組成第二節X線增強電視系統（1）影像增強器：是X線電視系統的主要部件。作用是將不可見的X線影像轉換成可見光影像，將影像亮度提高幾千倍，便于攝像機進行電視攝像。（二）X線影像增強器電視系統的組成X線增強電視系統第二節X線增強電視系統（2）攝像機：作用是把影像增強器輸出的可見光影像轉換為視頻信號。（二）X線影像增強器電視系統的組成X線增強電視系統第二節X線增強電視系統（3）控制器：作用是對視頻信號進行處理，監視器以最佳效果同步顯示圖像。（二）X線影像增強器電視系統的組成X線增強電視系統第二節X線增強電視系統（4）監視器：作用是將電視信號還原為影像。（二）X線影像增強器電視系統的組成X線增強電視系統第二節X線增強電視系統

X線影像增強器由增強管、管套和電源三部分組成。影像增強器的結構一、X線增強電視系統的特點和組成第二節X線增強電視系統1.結構影像增強管是影像增強器的核心部件，結構是在高真空玻璃殼內封裝輸入屏、聚焦電極、陽極（加速電極）、輸出屏和離子泵等。影像增強管（一）影像增強管第二節X線增強電視系統

1.結構（1）輸入屏封于玻璃殼內，由鋁基板、熒光體層、隔離層和光電層組成。作用是將X線影像轉換成電子影像。輸入屏直徑的大小決定觀察視野的大小。輸入屏的結構（一）影像增強管第二節X線增強電視系統1.結構（1）輸入屏1）鋁基板：由鋁板制成，用以支持輸入屏。2）熒光層：作用是將X線影像轉換為可見光影像。熒光的強度與入射的X線光子強度呈正比。（一）影像增強管輸入屏的結構第二節X線增強電視系統1.結構（1）輸入屏對熒光物質的要求是：①對X線的吸收率要高，以獲得較高的轉換效率。②熒光效率要高，即在吸收相同X線劑量的情況下，能發出更強的可見光。③發光頻譜與光電陰極的頻譜響應特性要相匹配。④柱狀結晶側向散射要少，能提高輸出圖像分辨率。采用碘化銫(Csl)作為熒光材料。（一）影像增強管第二節X線增強電視系統1.結構（1）輸入屏3）隔離層：分開熒光層和光電層，避免發生相互作用。是光電陰極的電位連接點，以確定光電陰極的電位。制作材料是Al2O3或SiO2等。（一）影像增強管輸入屏的結構第二節X線增強電視系統1.結構（1）輸入屏4）光電層：作用是使可見光影像轉換成電子影像。當熒光層接受X線照射發出可見光時，光電層受可見光子的激發，發出光電子，光電子的數量與可見光強度呈正比。（一）影像增強管輸入屏的結構第二節X線增強電視系統1.結構（2）靜電透鏡靜電透鏡又稱電子透鏡，對電子束起聚焦作用。由光電陰極、聚焦電極、輔助陽極和陽極形成。（一）影像增強管影像增強管第二節X線增強電視系統（2）靜電透鏡原理是利用不同電極施加不等的電壓，形成不同形狀的等位面。當電子由弱電場進入強電場時，穿過不同的等位面時電子方向會發生改變。（一）影像增強管影像增強管第二節X線增強電視系統1.結構（2）靜電透鏡電子在電場加速中從低電位向高電位傾斜于電場方向運動時，折射角小于入射角，電子將偏向等位面的法線。電子通過電場界面時發生折射（一）影像增強管第二節X線增強電視系統1.結構（3）輸出屏用于把增強了的電子影像轉換成可見光影像。其主要結構是熒光層、鋁膜和玻璃層。

輸出屏的結構（一）影像增強管第二節X線增強電視系統1.結構（3）輸出屏1）熒光層：光電層發射的光電子受陽極電位加速，經電子透鏡聚焦后，撞擊到輸出屏的熒光層上，電子的動能激發熒光物質產生可見光，得到需要的影像。（一）影像增強管輸出屏的結構第二節X線增強電視系統1.結構（3）輸出屏2）鋁膜：阻止輸出屏的熒光反射到輸入屏的光電陰極上，使輸出屏的熒光射向輸出窗。鋁膜與陽極相連吸收二次電子反跳，防止電子存儲。

（一）影像增強管輸出屏的結構第二節X線增強電視系統1.結構（4）管壁用高強度玻璃制成。管壁的作用是把輸入屏、輸出屏和管內各電極支持在固定位置上，并保持管內真空度。（一）影像增強管影像增強管第二節X線增強電視系統2.工作原理（1）影像轉換及增強過程輸入屏把透射人體的X線影像轉換成可見光影像，并由輸入屏的光電陰極轉換成電子影像。電子影像在電子透鏡作用下加速、聚焦，在輸出屏上形成縮小、倒立、增強的電子影像。電子影像再由輸出屏轉換成可見光像。（一）影像增強管影像增強管第二節X線增強電視系統2.工作原理（2）增強原理1）縮小增益：增強管的輸入屏面積較大，輸出屏面積較小，把較大面積上的影像聚集在較小面積上，使亮度得到提高，稱為縮小增益。

縮小增益

=輸入屏有效面積/輸出屏有效面積（一）影像增強管第二節X線增強電視系統影像增強管2.工作原理（2）增強原理

2）流量增益：是指在增強管內，由于陽極電位的加速，光電子獲得較高的能量，撞擊到輸出屏熒光層時，可發出多個光子，光電子能量越大，可激發出的光子數目越多。增強管總的亮度增益等于縮小增益與流量增益的乘積，一般在103～104之間。（一）影像增強管第二節X線增強電視系統2.工作原理（3）增強管的變野功能

在管內設輔助陽極，根據電透鏡原理，改變聚焦電極和輔助陽極間的電位，使輸入屏中心一定范圍的影像成像在輸出屏上，這種增強器稱為可變視野增強器。可變視野增強器示意圖（一）影像增強管第二節X線增強電視系統3.增強器的主要技術性能

1）轉換系數輸出屏上的亮度和輸入屏的X線劑量率的比值稱為增強管的轉換系數GX，單位是(Cd/m2)/(mR/S)。

GX=輸出屏上的亮度(Cd/m2)/輸入屏的X線劑量率(mR/S)2）亮度增益輸出屏上的熒光亮度和輸入屏熒光亮度之比稱為增強管的亮度增益。

（一）影像增強管第二節X線增強電視系統3.增強器的主要技術性能3）

對比度在增強器的輸入屏中心放置相當于輸入屏面積10%的2mm厚的圓形鉛板，從輸出屏觀察，沒有鉛影部分的最大亮度和鉛板屏蔽部分的亮度之比稱為影像對比度。影像增強管輸出屏的對比度較熒光板有所下降。（一）影像增強管第二節X線增強電視系統3.增強器的主要技術性能4）分辨率

在適當的條件下，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稱為影像分辨率。一般可達3～5LP/mm。5）視野指在一定的電極電壓下，用平行于影像增強器的X線照射時，在輸出屏上顯示的最大輸入影像尺寸。

（一）影像增強管第二節X線增強電視系統管套的作用：保護玻璃增強管的安全。夾持固定增強管的位置。防止外界磁場對管內電場的影響。吸收散亂射線。防止人體受小高壓電擊等。管套結構：增強管的管套分筒部、后端和前端三部分。（二）管套第二節X線增強電視系統增強管正常工作必須在各極加有適當電壓，這些電極電壓均由電源提供。所需的電壓有：施加給光電陰極的零電位。

陽極的25～30kV直流電壓。加給聚焦電極的-500~900V直流電壓（可調）。可變視野增強器的輔助陽極電壓。離子泵和定時裝置的電源電壓等。（三）電源第二節X線增強電視系統為了使影像增強管輸出屏的可見光影像同時滿足電視攝像、點片照相及電影攝影等功能的需要，在影像增強管和攝像機之間必須安裝光學鏡頭和光分配器。1.物鏡物鏡對準增強器的輸出屏，輸出屏的位置在物鏡的焦距上，使輸出屏輸出的影像經物鏡后形成平行光束；再用目鏡將平行光束聚焦到攝像機的靶面上。（四）光學系統第二節X線增強電視系統2.光分配器作用：完成光路轉換。有單路式、雙路式和三路式。光路分配器（四）光學系統第二節X線增強電視系統2.光分配器（1）單路式用于改變光路的方向。在增強器位于床下時，沒有足夠的空間直線安裝攝像機，使用單路式光分配器，改變光束傳送方向，縮短了結構的長度。彎型單通道光路分配器（四）光學系統第二節X線增強電視系統2.光分配器（2）兩路式有一個與光軸成45°角的半透膜鏡片。透視時鏡片退出光路，光線全部傳送到電視攝像機鏡頭。攝影時，鏡片進入光路，使光通量的90%被反射，傳送到攝影機鏡頭；10%的光通量透射，按原傳送方向送至電視攝像機。（四）光學系統光路分配器第二節X線增強電視系統2.光分配器（3）三路式在光路中加有可轉動的棱鏡，根據需要把光束送到指定方向。具有半透膜特性，可在攝影過程中觀察到曝光瞬間的實況。（四）光學系統光路分配器第二節X線增強電視系統X線增強電視系統

醫用X線電視技術是將電視與X線相結合，用攝像機將活動的圖像轉換成電信號，通過傳輸，在終端監視器上重現活動圖像的技術。三、攝像機和中央控制器第二節X線增強電視系統X線增強電視系統同普通電視相比，其特點：①X線電視屬微光閉路電視，要求攝像機采用高靈敏度攝像管和高信噪比的放大電路。②電視圖像亮度信號與X線劑量有關，電視系統不是通過調節攝像機的光圈進行補償，而是通過X線源進行調整的。③要求影像密度分辨高，亮度分布均勻和低惰性。④要求操作簡單可靠。⑤攝像機參數是固定的，使用中不用調整。三、攝像機和中央控制器第二節X線增強電視系統（一）攝像機作用是將二維的光學圖像轉變為一維的按一定時序排列的電信號。攝像機有真空攝像管式、CCD式和CMOS式三種。

CCD：電荷耦合器件。

CMOS：互補性氧化金屬半導體。三、攝像機和中央控制器第二節X線增強電視系統（二）中央控制器用電視技術傳送影像，首先要將構成影像的每個像素逐個按時間和空間順序轉換成電信號，再進行傳送；在接收端，將接收到的電信號按與傳送相同的順序轉換成像素亮度，在監視器上重現影像。基本功能分為視頻處理器、圓消隱和自動劑量控制透視。三、攝像機和中央控制器第二節X線增強電視系統四、監視器X線增強電視系統將電視信號還原成影像的部件。早期以陰極射線管（CRT）監視器為主。近年來，選用液晶（LCD）監視器越來越多。第二節X線增強電視系統（一）醫用監視器原理CRT監視器組成：顯像管偏轉系統附屬電路四、監視器CRT監視器原理框圖第二節X線增強電視系統（一）醫用監視器原理監視器接收的全電視信號經射頻放大后分為兩路：一路經視頻檢波、放大、輸出到顯像管控制柵極調制電子束。一路經同步分離電路進行幅度分離和鉗位分割，使復合同步信號從圖像信號中分離出來，產生行同步脈沖和場同步脈沖。四、監視器CRT監視器原理框圖第二節X線增強電視系統（二）醫用監視器的參數選擇1.亮度低亮度時，人眼對灰階分辨率較差。為了提高灰階分辨率，監視器的亮度必須要高。醫用監視器設計制造的最大亮度為800~600cd/m2，普通監視器亮度為200~350cd/m2。四、監視器第二節X線增強電視系統（二）醫用監視器的參數選擇2.灰階使用標準顯示函數在不同亮度的顯示系統上顯示圖像，能提供某種程度的相似性。經過函數轉化的灰階，人眼的反應近似呈線性關系。必須具備調整灰階顯示曲線、符合灰階顯示函數的功能。四、監視器第二節X線增強電視系統（二）醫用監視器的參數選擇3.分辨率指單位面積顯示像素的數量。不僅要選擇醫用監視器，還要根據不同