X线机简介.ppt

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1、第二节X线机设备X射线物理基础射线物理基础X射线产生的必要条件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射线物理基础射线物理基础X射线波长射线波长特征特征X射线的能量射线的能量:21nnEEhch h ：普朗克常数 ：X射线的频率 ：X射线的波长 c ：光速En1：轨道能级（外）En2：轨道能级（内）特征特征X射线射线第二节X线机设备X射线物理基础射线物理基础X射线波长射线波长连续连续X射线的能量射线的能量：)()(4 .12maxminmaxoAkVVeVhcceVh

2、 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射线的波长连续连续X射线射线射线射线第二节X线机设备X射线物理基础射线物理基础X射线波长射线波长X射线强度射线强度X射线波长射线波长特征特征X射线射线第二节X线机设备X射线物理基础射线物理基础X射线的基本特性射线的基本特性4物理效应物理效应穿透作用、荧光作用、电离作用、光学作用、热作用i化学效应化学效应感光作用、着色作用i生物效应生物效应第二节X线机设备X射线物理基础射线物理基础X射线的基本特性射线的基本特性 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

3、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射线物理基础射线物理基础X射线的质和量射线的质和量X射线的三个参量：射线的三个参量：管电压管电压(kVp)管电流管电流(mA)曝光时间曝光时间(s)X射线射线阳极阳极阴极阴极灯丝灯丝变压器变压器高压高压变压器变压器管电压管电压管电流管电流第二节X线机设备X射线物理基础射线物理基础X射线的质和量射线的质和量X射线的射线的质质是指是指X射线光子能量的大小，由下射线光子能量的大小，由下面公式可以得出：面公式可以得出：所以，可以用所以，可以用X线管的管电压来描述线管的管电压来描述X

4、射线的射线的质，其实用单位为质，其实用单位为kVp。)()(4 .12maxminoAkVVeVhcc不同质的不同质的X射线的用途射线的用途名 称最短波长管电压(kVp)用 途滤过板材料极软X射线2.50.62 540软组织摄影、表皮治疗胶纸板软X射线0.620.1240150透视和摄影铝硬X射线0.120.05150250较深组织治疗铜超硬X射线0.05以下250以上深部组织治疗锡、铅第二节X线机设备X射线物理基础射线物理基础X射线的质和量射线的质和量X射线的射线的量量是指单位时间内通过是指单位时间内通过X射线入射方射线入射方向的垂直的单位面积内的向的垂直的单位面积内的X射线光子数的大小。射

5、线光子数的大小。通常用管电流通常用管电流I(mA)和曝光时间和曝光时间t(s)的乘积的乘积来描述。即毫安秒来描述。即毫安秒(mAs)。第二节X线机设备X射线物理基础射线物理基础X射线的质和量射线的质和量质和量对胶片曝光质和量对胶片曝光的影响的影响 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线机的组成线机的组成X-ray 发生装置发生装置 -球管球管和和高压发生器高压发生器X-ray 接收装置接收装置 -胶片胶片或或影像增强器影像增强器有电视信号处理系统

6、有电视信号处理系统- 有透视功能有透视功能无电视信号处理系统无电视信号处理系统- 无透视功能无透视功能(注：早期的透视功能注：早期的透视功能X线机是利用荧光屏显示图像的线机是利用荧光屏显示图像的)X-ray 图像数字化处理系统图像数字化处理系统 - 硬件及软件处理系统硬件及软件处理系统X-ray附属装置：附属装置：病床、球管支架、防护设备等病床、球管支架、防护设备等X线机胃肠床高压发生器控制台(包括X线控制和床的控制)球管束光器影像增强器摄像机图像GeneratorADADImageprocessorANGIOMATIC(exposure control)Host computerDocume

7、ntation影像增强器影像增强器(I.I)球管球管(Tube)X线控制操作台线控制操作台X线高压发生装置线高压发生装置病病 床床暗盒暗盒X光胶片光胶片第二节X线机设备X线球管线球管原理及参量原理及参量X射线射线阳极阳极阴极阴极灯丝灯丝变压器变压器高压高压变压器变压器管电压管电压高速电子流高速电子流 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。阳极靶阳极靶阴极灯丝阴极灯丝真空玻璃管真空玻璃管焦点焦点q 焦点尺寸焦点尺寸q 热容量热容量焦点焦点物体物体图像图像源相距源相距焦焦物物距距物像

8、距物像距68mm0.6/1.0mm X-Ray焦点焦点- 有效焦点尺寸愈小有效焦点尺寸愈小, 影像清晰度越高，图像锐利度越好。影像清晰度越高，图像锐利度越好。半影产生图像模糊半影产生图像模糊小焦点可使影像清晰。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。因为只有约热量也就越高。因为只有约0.5%的电能转化为的电能转化为X射射线的能量，线的能量，99.5%以上的能量转化为热能。以上的能量转化为热能。最终将导致焦点面熔化。最终将导致焦点面熔化。解决办法：解决办法：双焦点技术双焦点技术、旋转阳极技术旋转阳极技术和和水或油循

9、环冷却技术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高高 压压正正KV负负KV大焦大焦灯丝灯丝小焦小焦灯丝灯丝大焦灯丝大焦灯丝变压器变压器小焦灯丝小焦灯丝变压器变压器CLCCS阳极阳极 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，一般为为定子极数，一般为2极极旋转阳极球管的靶面旋转阳极球管的靶面真空真空 油油在在CT中使用油循环中使用油循环X线管线管在心血管造影机在心血管造影机X线线机中使用水循环机中使用水循环

10、X线线球管球管功率功率热量热量热容量热容量散热率散热率功率功率每次曝光每次曝光产生的热量产生的热量热容量热容量散热率散热率第二节X线机设备高压发生装置高压发生装置 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 kVKW 65 - 80 kW mAs 0,5 - 800 mAsExpo. Time 1 ms - 5s早期的早期的工频控制工频控

11、制现在的现在的变频控制变频控制内的内容在高压油箱(高压发生器)内变频控制电路框图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变频与工频电路输出波形的比较出波形的比较整流滤波逆变器高压变压器高压整流高压滤波Ut交流电直流点低纹波直流电压高频电压交流高压灯丝控制电路框图灯丝控制电路框图(毫安控制电路毫安控制电路)曝光的时间控制，即曝光时间曝光的时间控制，即曝光时间(t)的控制的控制 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(Radio

12、graphy)。病人摆好位调节曝光参数KV、mA、S开始按曝光按钮第一档(Ready)灯丝加热电路工作旋转阳极启动电路工作操作面板上Ready灯亮灯丝加热到设定值旋转阳极转速到一定值按曝光按钮第二档(Radiography)球管上加上高压计时电路工作计时器到设定时间值切断高压回路曝光结束松开手闸灯丝加热停止工作旋转阳极减速停止一次曝光完成病人摆好位调节曝光参数KV开始按曝光按钮第一档(Ready)灯丝加热电路工作旋转阳极启动电路工作操作面板上Ready灯亮灯丝加热到设定值旋转阳极转速到一定值按曝光按钮第二档(Radiography)球管上加上高压电离室工作，记录X射线的剂量电离室纪录的剂量到达

13、一定值切断高压回路曝光结束松开手闸灯丝加热停止工作旋转阳极减速停止一次曝光完成根据球管容量计算出最大mA病人摆好位根据透视KV值推算出摄影KV开始按曝光按钮第一档(Ready)灯丝加热电路工作旋转阳极启动电路工作操作面板上Ready灯亮灯丝加热到设定值旋转阳极转速到一定值按曝光按钮第二档(Radiography)球管上加上高压电离室工作，记录X射线的剂量电离室纪录的剂量到达一定值切断高压回路曝光结束松开手闸灯丝加热停止工作旋转阳极减速停止一次曝光完成根据球管容量计算出最大mA其他控制电路其他控制电路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(工频机)曝光方式控制电路球管选择

14、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 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荧光屏材料：硫化锌镉，产生黄绿色光材料：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光光子，所以必须在暗室条件下观察。下观察。胶片胶片主要感光材料：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

15、12m。 一般用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影像增强器原理影像增强器原理面积缩小增强，电子倍增增强面积缩小增强，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

16、黑到白的层次。IBS电路(ABS电路)：图像亮度自动稳定系统影像板影像板(IP板板)材料：材料：氟卤化钡氟卤化钡(Barium Fluorohalide)原理：原理：IP板经板经X射线照射后，其内的电子获得能量，跃迁射线照射后，其内的电子获得能量，跃迁到高能态，由此形成了模拟影像。到高能态，由此形成了模拟影像。受照射后的受照射后的IP板，经激光扫描后，受激电子以荧光板，经激光扫描后，受激电子以荧光的形势释放出来，将的形势释放出来，将IP板上的每一点荧光值用光电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，就形成了倍增管转化成电信号，并记录下来，就形成了X光光数字图像。这就是数字图像。

17、这就是CR(Computed Radiography，计算机摄影计算机摄影)技术。技术。特点：特点：可以在传统的可以在传统的X线机上，利用线机上，利用IP板可实现数字化板可实现数字化X线图像。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板读片机板读片机平板数字探测器平板数字探测器(FPD,Flat Pannel Detector)材料种类材料种类：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平板数字探测器的作用原理(FPD,Fla

18、t Pannel Detector)非晶硅非晶硒技术参数：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图像数字化处理系统 - 硬件及软件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：图像数字化方式之一：胶片扫描系统胶片扫描系统扫描仪计算机X线胶片图像数字化方式之二：图像数字化方式之二：影像增强器影像

19、增强器+CCD+图像板图像板X线线X线线影像增强器影像增强器计算机处理系统计算机处理系统电视摄像管电视摄像管CCD或真空或真空摄像管摄像管电视信号处理电视信号处理 A/D 转换转换(图像板图像板)数字信号数字信号显示显示打印打印球管球管人体人体图像数字化方式之三：图像数字化方式之三：计算机摄影计算机摄影(CR, Computed Radiography)图像数字化方式之四：图像数字化方式之四：直接数字化摄影直接数字化摄影(DR, Digital Radiography)图像数字化产生的数字减影技术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 Ima

20、ge 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，Digital 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数字图像后处理软件窗宽窗位边缘增强图

21、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计算机辅助诊断(CAD，Computer-Assisted Diagnosis) 每年RSNA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 Mammograph

22、y)。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

23、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线机附属装置线机附属装置摄片过程中的辅助装置摄片过程中的辅助装置不同功能不同功能X线机的机械装置线机的机械装置防护装置防护装置摄片过程中的辅助装置摄片过程中的辅助装置散射线使得胶片图像模糊，利用滤

24、线器，可减小散射线的影响。材料：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：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：栅比值：铅条高度与铅条间距之比值一般为：4 16。栅密度：栅密度：一般为40LP/CM。即每厘米有40条铅条。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。 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。不同功能不同功能X线机的机械装置线机的机械装置 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线机防护衣(铅衣)铅帽子铅手套铅玻璃眼镜等等。