x線電視及影像增強器

1、X-TV系統(tǒng)及影像增強器參考書籍為《醫(yī)學影像設備學》，徐躍，梁碧玲，人民衛(wèi)生出版社（第二版）;《醫(yī)學影像物理學》，張澤寶，人民衛(wèi)生出版社（第二版）; http://blog.sina.com.cn/s/blog_4bce5f4b0100q3s1.html,引言1、均勻的X射線照射于人體上，由于各種組織和器官在密度和厚度方面的差異，使透過人體的X射線強度分布發(fā)生變化，從而形成攜帶人體信息的X射線影像。2、X射線不能為人眼所識別，

2、須通過一定的采集、轉(zhuǎn)換和顯示系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為可見光的強度分布，從而形成人眼所見的X射線影像。其中包括了X射線電視系統(tǒng)和X射線膠片系統(tǒng)。,,,,,X-線電視系統(tǒng)（X-TV）◆醫(yī)用X線電視是工業(yè)電視技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中應用最早、也是比較完善的設備，是20世紀50年代X線影像增強器誕生后的產(chǎn)物。◆它利用影像增強器將不可見的X線影像轉(zhuǎn)換為可見光影像，再通過攝像機轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大處理后用電纜輸送到監(jiān)視器，顯示人體某部位的組織結(jié)構(gòu)。,與熒光屏透視

3、相比，X-TV具有下列優(yōu)點： 1.影像亮度高，可實現(xiàn)明室操作，徹底將醫(yī)生和病人從暗室中解放出來； 2.醫(yī)生和病人的受照劑量減?。╔線劑量可減少7～10倍），但并不影響診斷，同時延長了X線管的壽命； 3.便于實現(xiàn)影像數(shù)字化，即視頻模擬信號通過A/D轉(zhuǎn)化，可獲得數(shù)字圖像和遠距離傳輸； 4.影像層次、密度對比度更好，病灶顯示更清晰，有利于發(fā)現(xiàn)早期病變。,X-TV系統(tǒng)構(gòu)成,電視系統(tǒng)是由影像增強器、攝像機

4、、電視中心控制器、監(jiān)視器、自動亮度控制裝置等部分直接用導線連接，故稱“閉路電視”又稱X線電視系統(tǒng)。,①Ⅰ. Ⅰ 將X線影像轉(zhuǎn)化為熒光影像、并使熒光影像亮度增強的器件；②攝像機 將熒光影像轉(zhuǎn)化為視頻電信號的裝置；③X-TV控制裝置 對TV圖像信號進行控制和處理的裝置；④監(jiān)視器 進行電光轉(zhuǎn)化和影像顯示的器件；⑤自動亮度控制裝置 保證監(jiān)視器亮度穩(wěn)定的自動控制裝置，當調(diào)整X線的亮和質(zhì)、對病人不同部位進行透視時，監(jiān)視器的亮度始終處于穩(wěn)定和

5、最佳狀態(tài)。,工作原理 ①穿過病人的透射X線（X線影像）照射到影像增強器的輸入屏上，獲得亮度較弱的熒光影像；②再經(jīng)影像增強器后在輸出屏上獲得一個尺寸縮小的、亮度比輸入屏上亮數(shù)千乃至數(shù)萬倍的熒光影像；③被攝像系統(tǒng)攝取，合成全電視信號并顯示，從而在監(jiān)視器上獲取X線透視影像。,X-TV工作中，幾個轉(zhuǎn)換過程,用影像增強器實現(xiàn)X線影像與熒光影像的轉(zhuǎn)換；攝像管進行光電轉(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；顯示器進行電光轉(zhuǎn)換，將

6、電信號轉(zhuǎn)換為熒光影像。,1.影像增強器 ◆是X-TV的主要部件（Ⅰ. Ⅰ ） ◆作用：﹡將不可見的X線影像轉(zhuǎn)換成 可見光 影像 ﹡將影像亮度提高幾千倍，以 便攝像機進行電視攝像,影像增強器 當進行胸部透視時，用60-90KV、2-2.5mA條件，熒光屏的影像亮度為0.003cd/㎡（cd/㎡

7、稱做坎得拉每平方米，為亮度單位）。人類眼睛正常視覺亮度為3-30cd/㎡，在這個范圍內(nèi)視網(wǎng)膜上的錐狀細胞（又稱亮覺細胞）工作，此時人眼對影像的分辨力可達0.025mm直徑細節(jié)。,當影像亮度低于0.8cd/㎡時，錐狀細胞便喪失機能，由桿狀細胞（又稱暗覺細胞）開始工作。由錐狀細胞過度到桿狀細胞工作時，需15-20分鐘的轉(zhuǎn)化時間。桿狀體必須要有這個時間桿狀體必須要有這個時間適應，此稱為“暗適應”。而桿狀體在0.003cd／㎡的亮度下，最佳分

8、辨力只能達到0.8㎜直徑的細節(jié)。,1942年張伯倫氏（W.Chamberlin）在英國放射學雜志上提出了：應當拋棄熒光屏透視影像亮度微弱現(xiàn)象，懇切希望利用當代電子技術(shù)創(chuàng)造出新的、透視影像更加明顯的裝置，把放射線工作者從暗室透視中解放出來。從此，引起了各國有關(guān)的物理學家的重視，并著手開始研制。 1952年菲利浦公司的特維斯（M.E.Teves）等人提出了影像增強管的結(jié)構(gòu)報告，此后不久，第一代影像增強管便問世了。,影像增強器的

9、組成,輸入窗：X線的入射窗口（玻璃或薄金屬板）閃爍晶體：將X線圖像轉(zhuǎn)換成熒光影像光電陰極：一層極薄的光電發(fā)射膜，受光照射時逸出光電子電極：陽極陰極之間加直流高壓，對光電子起加速作用；柵極加直流電壓，對電子起聚焦作用,輸出熒光屏：使其發(fā)出熒光輸出窗：由玻璃或光纖面板制成，攝像頭可攝取此窗口上的熒光影像管殼：大型真空器件,影像增強管的工作原理1.影像轉(zhuǎn)換及增強過程（1）輸入屏把接受的X線影像轉(zhuǎn)換成可見光影像，并由輸入屏的光電陰

10、極轉(zhuǎn)換成電子影像。（2）光電子在陰極、聚焦電極及陽極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、倒立并增強了（電子密度增大）的電子影像。（3）電子像再由輸出屏轉(zhuǎn)換成可見光。陽極電位越高，光電子的運動速度越快，撞擊輸出屏時的動能越大，激發(fā)的光子越多，輸出屏亮度越高。,2.亮度增益——輸出屏影像亮度與輸入屏影像亮度之比影像增強管的主要用途 提高影像亮度，便于攝像機攝像。,亮度增益與以下兩

11、個因素有關(guān)： ◆縮小增益 ◆流量增益 ﹡亮度增益=縮小增益×流量增益 ﹡總增益一般在103-104之間,縮小增益 增強管的輸入屏面積大，輸出屏面積小，輸入屏上光電陰極發(fā)出的電子經(jīng)電子透鏡后集中投射到面積較小的輸出屏上，使輸出屏單位面積接受的電子數(shù)量增加很多，導致輸出屏亮度提高，稱為縮小增

12、益。,流量增益 在增強管內(nèi)，由于陽極電位的加速，光電子獲得較高能量，撞擊到輸出屏熒光層時，能激發(fā)出多個光子，光電子的能量越大，激發(fā)出的光子越多，熒光亮度越強。這種增益稱為流量增益（能量增益）。一般在50-100倍左右。,◆ X線照射到影像增強器輸入屏上，在輸出屏上 產(chǎn)生影像。當X線停止照射后，輸出屏上的熒 光影像并不能立即消失，而是有一個亮度降低 直至消失的殘留時間-殘影。 ◆殘影是由于熒光

13、物質(zhì)的熒光性質(zhì)造成的。殘影對觀察活動器官的移動觀察是有害的，對進行高速電影攝影有很大影響。 現(xiàn)輸入屏采用碘化銫熒光面基本上消除了殘影。,◆增強器常發(fā)生的故障 1.無圖像 ◆ 增強管破碎 ◆ 增強管高壓電纜接觸不良 ◆ 增強器電源發(fā)生故障2.圖像淡薄 ◆增強管老化 ◆增強管高壓較低,3.圖像模糊 ◆增強管聚焦電壓不合適 ◆增強管真空不良 ◆輸出屏面灰塵多4.圖像閃動 ◆增強管真空不良 ◆增強管高壓有干擾,5．圖像

14、位移 ◆接地不良 ◆內(nèi)屏蔽變形 ◆陽極高壓有漏電6.有叭叭放電聲 ◆陽極電壓過高 ◆高壓嘴處潮濕或有灰塵7、圖像經(jīng)常變 ◆增強管性能不良 ◆高壓忽高忽低,影像增強管的主要技術(shù)參數(shù)1.視野：固定6、7、9、12英寸； 可變11、7；9、5；4、6、14英寸2.影像分辨力 在適當?shù)臈l件

15、下，使用分辨力測試卡，觀察輸出影像在1mm寬度內(nèi)能看清的黑白線對數(shù)。,3.影像對比度 在增強管輸入屏中心放置相當于 輸入屏有效面積10%的2mm厚的 圓形鉛板，從輸出屏上觀察沒有 鉛影部分的最大亮度與鉛板屏蔽 部分的亮度之比。 6：1 12：1 15：1或更高4.X線吸收率 表

16、示輸入屏熒光體層對X線的吸收能力,5、轉(zhuǎn)換系數(shù) ◆輸出屏的亮度和輸入屏的X線照射量率的比值，用來衡量增強管的增強效率。 ◆在其它性能一樣的情況下，轉(zhuǎn)換系數(shù)與輸入屏的面積成正比。 ◆同一增強管，大視野比小視野的轉(zhuǎn)換系數(shù)大。 ◆輸出屏的亮度不變，轉(zhuǎn)換系數(shù)越大，所需的X線量越小。 ◆轉(zhuǎn)換系數(shù)一般在100-250之間為宜。,2.攝像機 ◆作用： 將影像增強器輸出的可見光信號轉(zhuǎn)換成電視信號 ◆分類：CCD攝像機和攝像管式攝像

17、機。CCD具有體積小、功耗低、圖像清晰、壽命長、成本低等特點，目前CCD攝像機正逐步取代攝像管式攝像機。,CCD是一種光敏性較好的半導體器件，在光照下能產(chǎn)生與光強度成正比的電子電荷量，從而形成電信號。CCD攝像器件由光電轉(zhuǎn)化、電荷存儲、電荷轉(zhuǎn)移及信號輸出等部分構(gòu)成，其又分為： A、線陣式 光敏單元排成一行或一列，如傳真機和掃描儀等； B、面陣式 光敏原件以行列式排成矩陣，如攝像機和數(shù)碼相機等。,3.電視控制器 ◆

18、組成： 由同步機、圓消隱電路、黑 斑補償電路、X線劑量控制 電路等組成 ◆作用： 對視頻信號加以處理，使其 變?yōu)槿娨曅盘?，完成攝像 機和監(jiān)視器的同步工作。,4.監(jiān)視器,一、視覺惰性人眼對亮度變化有一個逗留時間，成為視覺惰性時間，當亮度變

19、化周期小于人眼惰性時間時，人眼就感覺不到亮度的變化。實踐證實，當變化頻率高于48.5時，人眼就無法感覺到亮度的變化。,二、圖像的構(gòu)成 不同灰度的點在平面上按照一定的規(guī)律分布就形成圖像，這種構(gòu)成圖像的點成為像素。 圖像質(zhì)量的好壞，與像素的大小和多少有關(guān)，單位面積內(nèi)圖像的像素小且多，則圖像就越清晰，反之越粗糙。,三、掃描原理 掃描是按一定規(guī)則（掃描方式）使電子束偏轉(zhuǎn)并轟擊掃描面，它是把一副圖像分解和組合的過程。分解：是光電轉(zhuǎn)

20、化過程，將圖像不同亮度的像素轉(zhuǎn)化成大小不同的電子束電流，即圖像信號；組合：是電光轉(zhuǎn)化過程，將大小不同的電子束電流轉(zhuǎn)化成亮度不同的像素，并按一定規(guī)律排列成圖像。,掃描方式分為逐行掃描和隔行掃描逐行掃描：一行緊跟一行的掃描方式隔行掃描：將一幀圖像分為兩場掃描，第一場僅掃描奇行數(shù)，第二行掃描偶數(shù)行。,監(jiān)視器在閉路電視系統(tǒng)中是一個相對獨立的單元，用于接收電視信號，并在顯像管上重顯影像的裝置。 分陰極射線管顯示器和液晶顯示器。,（一）

21、陰極射線管監(jiān)視器由顯像管、偏轉(zhuǎn)線圈及其附屬電路組成,一 顯像管 將視頻電信號轉(zhuǎn)化為熒光圖像,,熒光屏,管殼,電子槍,,燈絲,陰極,控制極,聚焦,加速,陽極,1）燈絲：通電后可使陰極加熱2）陰極：加熱后可發(fā)射熱電子3）控制極：調(diào)整該極電位，可改變電子槍發(fā)射的電子數(shù)量，也稱調(diào)制極4）加速極：使電子加速5）聚焦極：可使電子槍發(fā)射的電子束聚集成一小點，使圖像清晰,偏轉(zhuǎn)線圈 在掃描的情況下，送到調(diào)制極的信號調(diào)制電子束的電流大小，

22、而偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生水平和垂直的偏轉(zhuǎn)磁場，使顯像管的電子束偏轉(zhuǎn)掃描顯像管的熒光屏的合適位置，以使顯像管熒光屏顯像，從而完成電光轉(zhuǎn)換。,液晶顯示器,液晶顯示器的畫面由大規(guī)模的液晶分子點陣組成，通過改變晶體電極上施加的電壓極性和幅度，控制液晶分子的偏轉(zhuǎn)角度大小，從而改變各像素上透光量的大小來顯示影像。,液晶顯示屏自身不發(fā)光，須通過背景光照明才可以顯像,LCD顯示器的性能指標1）分辨率空間分辨率是指圖像中可辨認的臨界物體空間幾何長度的最小極限，

23、即對細微結(jié)構(gòu)的分辨率 2）相應時間響應時間是LCD顯示器的一個重要指標，它是指各像素點對輸入訊號反應的速度，即像素由暗轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗的速度，其單位是毫秒(ms)，響應時間是越小越好，如果響應時間過長，在顯示動態(tài)影像(特別是在看看DVD、玩游戲)時，就會產(chǎn)生較嚴重的"拖尾"現(xiàn)象。,3）可視角度 可視角度也是LCD顯示器非常重要的一個參數(shù)。它是指用戶可以從不同的方向清晰地觀察屏幕上所有內(nèi)容的角度。由于提供LC

24、D顯示器顯示的光源經(jīng)折射和反射后輸出時已有一定的方向性，在超出這一范圍觀看就會產(chǎn)生色彩失真現(xiàn)象 4）亮度 亮度是以每平方米燭光(cd/m2)為測量單位，通常在液晶顯示器規(guī)格中都會標示亮度，而亮度的標示就是背光光源所能產(chǎn)生的最大亮度。亮度越高，適應的使用環(huán)境也就越廣泛。目前提高亮度的方法有兩種，一種是提高LCD面板的光通過率；另一種就是增加背景燈光的亮度，即增加燈管數(shù)量。,5）其他 液晶的壞點問題拉，這個問題是比較難避免的

25、， LCD顯示器每一個象素都對應三個薄膜晶體管，以標準分辨率1024×768來說，在這里液晶面板將有236萬個晶體管，要保證在如此巨大的晶體管制造中完好無損是一件很難的事情來，,CRT和LCD顯示器的比較優(yōu)點：體積小、重量輕、省電、對環(huán)境光要求較小。缺點：亮度低、視角影響大、色彩鮮艷度不如CRT顯示器。,彩色顯示器 彩色顯示器的每個像素都有3個子像素組成，分別受紅、綠和藍色彩調(diào)制，如果三色均衡則顯示黑白影像；若三色不均