1、第二节 X线机设备,X射线物理基础 X射线的发现,第二节 X线机设备,X射线物理基础 X射线产生的必要条件 有电子源。 必须有空压电场及真空条件下的电子流。 必须有适当的阻挡物(金属靶面)来承受高速电子的能量，使高速电子所带的动能转变成X线。,第二节 X线机设备,X射线物理基础 X射线波长,第二节 X线机设备,X射线物理基础 X射线波长,连续X射线的能量：,h ：普朗克常数c ：光速V ：加速电子的电场电压e ：电子电荷量 max ：X射线的频率 min ：X射线的波长,射线,第二节 X线机设备,X射线物理基础 X射线波长,第二节 X线机设备,X射线物理基础 X射线的基本特性 物理效应 穿透作
2、用、荧光作用、电离作用、光学作用、热作用 化学效应 感光作用、着色作用 生物效应,第二节 X线机设备,X射线物理基础 X射线的基本特性,X线是波长很短的电磁波。X-Ray 是一种不可见光。X-Ray 可以穿透物体。X-Ray 可以使化学物质发生反应;产生荧光。X-Ray 可以产生生物效应,破坏细胞,改变基因。,第二节 X线机设备,X射线物理基础 X射线的质和量 X射线的三个参量： 管电压(kVp) 管电流(mA) 曝光时间(s),第二节 X线机设备,X射线物理基础 X射线的质和量 X射线的质是指X射线光子能量的大小，由下面公式可以得出： 所以，可以用X线管的管电压来描述X射线的质，其实用单位为
3、kVp。,第二节 X线机设备,X射线物理基础 X射线的质和量 X射线的量是指单位时间内通过X射线入射方向的垂直的单位面积内的X射线光子数的大小。 通常用管电流I(mA)和曝光时间t(s)的乘积来描述。即毫安秒(mAs)。,第二节 X线机设备,X射线物理基础 X射线的质和量 质和量对胶片曝光 的影响,X-Ray质 - 由KV 决定，高KV质高，低KV质低， 代表X线的穿透力(对比度)。X-Ray量 - 由mA(X线量)和s(曝光时间) 决定 表明曝光总量(黑化度)。,第二节 X线机设备,X线机的组成 X-ray 发生装置 -球管和高压发生器 X-ray 接收装置 -胶片或影像增强器 有电视信号处
4、理系统- 有透视功能 无电视信号处理系统- 无透视功能 (注：早期的透视功能X线机是利用荧光屏显示图像的) X-ray 图像数字化处理系统 - 硬件及软件处理系统 X-ray附属装置：病床、球管支架、防护设备等,影像增强器(I.I),球管(Tube),一般摄片过程,X线控制操作台,X线高压发生装置,病 床,暗盒,X光胶片,荧光屏透视原理,第二节 X线机设备,X线球管 原理及参量,电子流以高速撞击金属靶面会产生X-Ray。电子流 - 球管阴极灯丝提供。高速 - 高压发生器提供加载至球管。金属靶面(主要成分为钨) - 球管阳极。,焦点尺寸热容量,X-Ray焦点- 有效焦点尺寸愈小, 影像清晰度越高
5、，图像锐利度越好。,半影产生图像模糊,小焦点可使影像清晰。 但是焦点越小，在焦点上集聚的能量越高，产生的热量也就越高。因为只有约0.5%的电能转化为X射线的能量，99.5%以上的能量转化为热能。 最终将导致焦点面熔化。 解决办法： 双焦点技术、旋转阳极技术和水或油循环冷却技术,在透视时使用小焦点 在摄影时使用大焦点,双焦点技术,旋转阳极技术,通过阳极旋转来扩大焦点面积，提高球管的散热率，从而提高球管的功率。,旋转阳极球管,旋转速率有2700rpm、8500rpm(3倍频)，甚至16000rpm(6倍频)。,N=120f / P(rpm) P为定子极数，一般为2极,旋转阳极球管的靶面,水或油循环
6、冷却技术,真空 油,在CT中使用油循环X线管 在心血管造影机X线机中使用水循环X线球管,热容量,功率,热量,热容量,散热率,热容量,功率,每次曝光 产生的热量,热容量,散热率,球管参数举例,第二节 X线机设备,高压发生装置组成 高压发生器：包括高压变压器、灯丝变压器、高压整流硅堆、高压交换闸 参量控制台：KV控制、mA控制、曝光时间(s)控制等等。,摄影的条件范围：60-150KV, 30-500,800,1000mA, 0.016.4S,透视的条件范围：40-125KV, 0.1-5mA, 长时间连续,KV 40 - 150 kV KW 65 - 80 kWmAs 0,5 - 800 mAs
7、 Expo. Time 1 ms - 5s,高压控制的过程,高压控制方式,早期的 工频控制,现在的 变频控制,变频控制电路框图,控制V1、V4导通,控制V2、V3导通,变频与工频电路输出波形的比较,灯丝控制电路框图(毫安控制电路),曝光的时间控制，即曝光时间(t)的控制,曝光的时间控制是通过限时器来实现的，有机械式限时器和电子式限时器。,曝光过程控制,X线机有一个曝光手闸，它的按钮有两档，第一档是准备档按钮(Ready)，第二档是曝光档按钮(Radiography)。,单钮自动曝光过程控制,无钮自动曝光过程控制,其他控制电路,X线管容量保护电路 球管油温检测电路 旋转阳极启动电路 相位检测电路
8、(工频机),曝光方式控制电路 球管选择电路 透视摄影切换电路,KV补偿电路 空间电荷补偿电路 mA补偿电路,KV调节电路 mA调节电路 S选择电路,KV测量电路 mA测量电路 mAS测量电路,参数显示电路,IBS自动亮度控制电路 电源电压检测和调整 自动曝光电路,第二节 X线机设备,影像载体影像载体有下面几种 荧光屏 胶片 影像增强器 影像板(IP板) 平板数字探测器,荧光屏,材料：硫化锌镉，产生黄绿色光,特点：发光效率低，仅有十分之一的X 光光子，所以必须在暗室条件 下观察。,胶片,主要感光材料：溴化银 分辨率：分辨率的大小主要由溴化银颗粒的大小所决定。 溴化银颗粒的大小一般为12m。一般用
9、多少线对每毫米来表示，国产胶片的分辨率 为6585线对/毫米。 胶片规格：5 7，8 10，10 12，11 14，12 15， 14 14，14 17。单位英寸。 曝光后的胶片质量参数(Page141 142)：照片密度对比度及层次明锐度失真度,影像增强器,影像增强器原理,面积缩小增强，电子倍增增强,影像增强器视野：一般有5、6、7、9、12、16英寸。有些 可以实现可变视野，如9/5英寸。 图像分辨率：每厘米多少线对表示，一般为25 50线对/厘 米。 影像对比度：全黑和全白的亮度比。一般有1：6、1：12、 1：15或更高。 灰度等级：8 12级。从黑到白的层次。,IBS电路(ABS电路
10、)：图像亮度自动稳定系统,影像板(IP板),材料：氟卤化钡(Barium Fluorohalide),原理：IP板经X射线照射后，其内的电子获得能量，跃迁 到高能态，由此形成了模拟影像。受照射后的IP板，经激光扫描后，受激电子以荧光 的形势释放出来，将IP板上的每一点荧光值用光电 倍增管转化成电信号，并记录下来，就形成了X光 数字图像。这就是CR(Computed Radiography， 计算机摄影)技术。,特点：可以在传统的X线机上，利用IP板可实现数字化X 线图像。,IP板,灵敏度高，使曝光剂量降低 分辨率高，一般可达3.3LP/CM 动态范围宽 速度慢 分辨率不如常规X线机,IP板读片
11、机,平板数字探测器 (FPD,Flat Pannel Detector),材料种类： CCD探测器 CMOS探测器 非晶硅探测器 非晶硒探测器,Thin Film Transistor array 薄膜晶体管阵列,平板数字探测器的作用原理 (FPD,Flat Pannel Detector),非晶硅,非晶硒,技术参数： 平板尺寸：17 17，单位英寸 灰度等级：14bit 像素：720万个像素点 分辨率：3.1LP/MM 显示器：2K 2K 曝光间隔：6秒,第二节 X线机设备,X-ray 图像数字化处理系统 - 硬件及软件处理系统 图像数字化的四种方式及处理过程 图像数字化产生的数字减影技术
12、数字图像的后处理软件 计算机辅助诊断(CAD，Computer-Assisted Diagnosis),图像数字化方式之一：胶片扫描系统,图像数字化方式之二：影像增强器+CCD+图像板,图像数字化方式之三：计算机摄影(CR, Computed Radiography),图像数字化方式之四：直接数字化摄影(DR, Digital Radiography),图像数字化产生的数字减影技术,20世纪60年代出现过X线照片减影术(Radiography Image Subtraction)，主要用于脑血管造影。 80年代的数字减影技术主要应用于血管造影中，所以又叫数字减影血管造影技术(DSA，Digit
13、al Subtraction Angiography)。这项技术是在通常的血管造影过程中，运用数字计算机工具，取人体同一部位两帧不同的数字图像，进行相减处理，消去两帧图像的相同部分，得到造影剂充盈的血管图像。,能量减影技术,CR技术通过两块IP板，中间插入铜过滤板来实现。 DR技术通过两次短时间，不同能量值的曝光来实现。,时间减影技术,将不同时间拍摄的统一部位的影像相减，来判断病灶。,数字图像后处理软件,窗宽窗位 边缘增强 图像平滑 对比度增强 图像放大缩小 图像裁减 感兴趣区分析 图像压缩 连续图像回放,计算机辅助诊断(CAD，Computer-Assisted Diagnosis),每年R
14、SNA开幕式的大会上都会安排一个主题的学术报告，2001年开幕式的主题学术报告为计算机辅助诊断(CAD)。共有两个报告分别是美国芝加哥Heber MacMahon的胸部成像的计算机辅助诊断(Computer-assisted Diagnosis in Chest Imaging)和纽约Robert A.Schmidt的乳腺成像的计算机辅助诊断(Computer-assisted Diagnosis in Mammography)。MacMahon介绍了CAD的理论、人工神经网络(Artificial Neural Network，ANN)和在胸部病变的应用，特别是能量减影和时间减影的应用，目前
15、在胸部除了结节病灶外还用于肺的间质病变、气胸以及心脏扩大等方面。Schmidt介绍了乳腺计算机辅助诊断，采用了计算机对乳腺癌诊断无论是敏感性或特异性均有提高。并且谈到目前广泛采用的基于胶片数字化仪的信息采集方式可以提高检测的敏感性，对特异性也不会有明显的降低，但是假如采用了数字化乳腺摄影则将有助于诊断结果的更进一步提高。这些论点是一个重要的信号，它提示我们CAD将是人们应该关注的一个热点。,用数字化仪来采集诊断信息，比起医生肉眼观察图像已有了很大的进步，但是也还存在一定的缺点，就是其结果会受照片质量的影响，特别是胶片处理过程中的影响。因此要达到人们的初衷，即达到诊断的目的还是有一定的距离，因此
16、更多的是把CAD中的D-Diagnosis诊断改写为Detection检测，Computer Aided Detection(计算机辅助检测)。也就是代替人眼发现某些由于人眼的疲劳、疏忽等原因而遗漏的诊断信息。,第二节 X线机设备,X线机附属装置 摄片过程中的辅助装置 不同功能X线机的机械装置 防护装置,摄片过程中的辅助装置,滤线器,散射线使得胶片图像模糊，利用滤线器，可减小散射线的影响。,材料： 薄铅条与可透X射线的物质(树脂等)相互间隔粘合而成分类： 线型栅和格型栅 平行栅和聚焦栅 静止栅和活动栅,栅比值： 铅条高度与铅条间距之比值 一般为：4 16。栅密度： 一般为40LP/CM。即每厘
17、米有40条铅条。,束光器,用于限制X射线照射野的范围，减少病人其它部位的受照射剂量。利用铅对球管的X射线出射处的范围进行限定。,增感屏,为了增加胶片的感光能力，缩短曝光时间，在胶片前面放置增感屏。增感屏的材料是能在X射线照射下发出荧光的物质，如钨酸钙、硫酸钡等。增感屏相当于移波剂，由于X光对胶片的感光能力差，所以它将X光转化为荧光，荧光的光谱正好与胶片的感光光谱一致，从而使胶片感光效率提高。根据感应的速度增感屏可分为：低速增感屏、中速增感屏和高速增感屏。根据产生的荧光波长可分为：感绿增感屏和感蓝增感屏。分别与感绿胶片与感蓝胶片相匹配。,不同功能X线机的机械装置,胃肠诊断机 胸片机 普通拍片机 心血管造影机 断层摄影机 牙科专用机 儿科专用机 乳腺摄影机 手术用X线机,防护装置,防护衣(铅衣) 铅帽子 铅手套 铅玻璃眼镜 等等。,
