醫(yī)用X射線機(jī)系統(tǒng)課件

1、醫(yī)用X射線機(jī)系統(tǒng)復(fù)習(xí)總結(jié)2012.12朱秀委， 668282xiuwei_ / xiuwei_zhu 課程成績(jī)卷面題型章節(jié)分布課程主要內(nèi)容 X射線及其成像基本原理 X射線機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成與應(yīng)用 X射線管 高壓發(fā)生裝置 數(shù)字化探測(cè)器 輔助裝置 臨床應(yīng)用波粒二象性干涉，衍射和偏振以無(wú)可辯駁的事實(shí)表明光是一種波；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無(wú)可辯駁的事實(shí)表明光是一種粒子；正確理解波粒二象性個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性. 高的光子容易表現(xiàn)出粒子性；低的光子容易表現(xiàn)出波動(dòng)性. 光在傳播過(guò)程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為 粒子性. 由光子的能量E=h，光子

2、的動(dòng)量表示式也可以看出，光的波動(dòng)性和 粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表 示波的特征的物理量頻率和波長(zhǎng). 粒子性X光子的能量決定了其穿透能力，生物效應(yīng)與此相關(guān)。X射線的波長(zhǎng)范圍為：0.01100埃。醫(yī)用X射線波段為：0.011埃，其中診斷為0.11埃，治療為0.010.1埃。物理效應(yīng)熒光效應(yīng) 某些熒光物質(zhì)受到X射線照射后，物質(zhì)原子發(fā)生電離或被激發(fā)處于受激狀態(tài)。當(dāng)被激發(fā)的原子恢復(fù)到基態(tài)時(shí)，電子能級(jí)躍遷發(fā)出可見光和紫外光，即熒光影響因素： X射線強(qiáng)弱 物質(zhì)本身特性物理效應(yīng)電離作用：物質(zhì)受到X射線照射，原子核外電子脫離原子軌道，稱為電離作用。物理效應(yīng)熱作用 : 吸收X射線能

3、量最終大部分轉(zhuǎn)換為熱能干涉、衍射、反射、折射作用 與可見光類似生物效應(yīng)生物細(xì)胞經(jīng)一定量X射線照射后，可以產(chǎn)生生長(zhǎng)抑制、損傷甚至壞死，即為X射線的生物效應(yīng)。隨機(jī)效應(yīng) 致癌效應(yīng)和遺傳效應(yīng),與劑量無(wú)關(guān)非隨機(jī)效應(yīng) 劑量存在閾值,血液和造血器官變化生物效應(yīng)X射線對(duì)人體不同組織的破壞作用不同。生長(zhǎng)力強(qiáng)和分裂活動(dòng)快的組織，對(duì)X射線越敏感。神經(jīng)、淋巴、生殖系統(tǒng)、腫瘤等。生物效應(yīng)歸根結(jié)底也是電離作用。X線與物質(zhì)相互作用的特點(diǎn)1、吸收與物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)無(wú)關(guān)（體現(xiàn)粒子性）2、作用的原子性（微觀范圍）3、每次作用光子損失大部或全部的能量4、作用過(guò)程的復(fù)雜性X射線與物質(zhì)作用的類型最主要有四種作用： 光電效應(yīng)（吸收） 康普

4、頓效應(yīng)（非彈性散射） 電子對(duì)效應(yīng)（吸收） 瑞利散射（彈性散射）光電效應(yīng)（一）產(chǎn)物特征X線、光電子和俄歇電子（二）發(fā)生條件 hW+E hW 概念：X線光子與原子內(nèi)層電子作用，將其全部能量交給軌道電子，電子獲得能量后脫離軌道飛出。（三）光電效應(yīng)發(fā)生的幾率相關(guān)因素：a、光子能量 h b、原子序數(shù) Z c、軌道電子結(jié)合能 W hW時(shí)，產(chǎn)生光電效應(yīng)在能發(fā)生光電效應(yīng)的前提下（hW）：1、X線光子能量稍大于軌道電子結(jié)合能時(shí)，最易發(fā)生光電效應(yīng)（對(duì)應(yīng)有臨界波長(zhǎng)）2、發(fā)生幾率反比于光子能量三次方 光1/（h）33、發(fā)生幾率正比于電子的結(jié)合能 光W（1）內(nèi)層電子比外層電子更易發(fā)生光電效應(yīng)（2）高Z比低Z更易發(fā)生光電

5、效應(yīng)（3）低能X線：光Z4 高能X線、高Z： 光Z5（四）光電效應(yīng)產(chǎn)生的特征X線 人體各組織在X線照射下，發(fā)生光電效應(yīng)所產(chǎn)生的特征X線，為低能長(zhǎng)波，將全部被自身吸收。 人體組織中：Ca （20） 4keV 人工造影劑：I （53） 33.2keV Ba（56） 37.4keV 診斷X線：20100keV全部吸收，誘發(fā)生物損傷（六）光電效應(yīng)對(duì)被檢者的影響乳腺X攝影康普頓效應(yīng)概念：光子與原子的外層軌道電子作用時(shí)，交給軌道電子部分能量后，改變頻率和方向散射，而軌道電子脫離原子軌道射出。（一）產(chǎn)物：反沖電子和散射光子(二) 發(fā)生條件： h W電子對(duì)效應(yīng) 概念：在原子核電場(chǎng)或電子場(chǎng)中，一個(gè)入射光子突然消

6、失而轉(zhuǎn)化為一對(duì)正、負(fù)電子（一）產(chǎn)物：正、負(fù)電子（二）發(fā)生條件：光子能量極高核電場(chǎng)：E光1.02MeV（對(duì)應(yīng)2個(gè)電子的靜止質(zhì)量）電子場(chǎng)：E光2.04MeV（對(duì)應(yīng)4個(gè)電子的靜止質(zhì)量）核電場(chǎng)發(fā)生幾率電子場(chǎng)發(fā)生幾率（三）在診斷X線范圍內(nèi)，電子對(duì)效應(yīng)一般不可能出現(xiàn) 1.02M eV1020k eV 診斷X線管電壓：30150kV光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對(duì)效應(yīng)X射線的衰減規(guī)律：I: 衰減后強(qiáng)度I0：入射強(qiáng)度u：衰減系數(shù)x：穿過(guò)的距離不同的作用，不同的u值。（二）原子序數(shù)Z和光子能量h與三種基本作用的關(guān)系光子能量范圍 0.01MeV100MeV時(shí)，三種基本作用為： 光電效應(yīng) 康普頓效應(yīng) 電子對(duì)效應(yīng)*臨界元素Z

7、：對(duì)應(yīng)一定h，兩種效應(yīng)幾率相等的Z1、光子能量低于0.8MeV時(shí)，光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)同時(shí)發(fā)生2、光子能量在0.84MeV時(shí)，無(wú)論原子序數(shù)多少及光子能量如何變化，康普頓效應(yīng)都占主導(dǎo)地位。3、光子能量大于4MeV時(shí)，康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)同時(shí)發(fā)生（三）在診斷X線中各種基本作用發(fā)生的相對(duì)幾率1、診斷X線范圍多在20100keV，此時(shí)電子對(duì)效應(yīng)不可能發(fā)生2、（診斷意義上）X線與物質(zhì)的基本作用有三種：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和相干散射，前兩種占主導(dǎo)3、光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的發(fā)生幾率同組織Z有關(guān)水（軟組織）/低Z：低能光電效應(yīng)占優(yōu)；高能康普頓效應(yīng)占優(yōu)骨骼/較高Z：低能光電效應(yīng)占優(yōu)；高能康普頓效應(yīng)占優(yōu)碘化鈉/

8、極高Z：能量范圍內(nèi)光電效應(yīng)全程占優(yōu)BX線的減弱規(guī)律（一）X線強(qiáng)度減弱的兩種方式1、距離所致的減弱：I1/r22、物質(zhì)所致的減弱： a、光子能量 b、原子序數(shù) c、物質(zhì)密度 d、每克電子數(shù)（二）（吸收物質(zhì)）影響X線減弱的因素1、光子能量h 光子能量，透過(guò)量2、原子序數(shù)Z 低Z物質(zhì)，光子能量 ，透過(guò)量 高Z物質(zhì)，光子能量 ，透過(guò)量還可能 3、物質(zhì)密度d 衰減強(qiáng)度密度（四）物質(zhì)對(duì)連續(xù)X線的吸收規(guī)律（1）各能譜成分吸收速率不一樣，總吸收不遵循指數(shù)衰減規(guī)律。（2）連續(xù)X線通過(guò)吸收體以后，強(qiáng)度減少，能譜變窄。（3）平均能量越高，減弱速率越小。 吸收體厚度遞增， X線穿透后：能譜變窄；高端能量不變；低端能量

9、下降A(chǔ)BCD連續(xù)X線依次通過(guò)1cm水后：平均能量越來(lái)越高強(qiáng)度衰減率越來(lái)越小能譜變窄，低端能量提升射線硬化物質(zhì)對(duì)連續(xù)X線的吸收難以定量分析第四節(jié) X射線的產(chǎn)生原理：在真空中的X射線管內(nèi)，用高速運(yùn)動(dòng)的電子束撞擊靶材，電子因突然受阻而轉(zhuǎn)換為具有相應(yīng)能量的X射線光子。 高速運(yùn)動(dòng)的電子流 射線 X 射線 中子流高能 輻射流在突然被減速時(shí)均能產(chǎn)生X射線X射線的產(chǎn)生結(jié)構(gòu)：a)電子源 陰極：產(chǎn)生電子，與溫度有關(guān)b)電子加速通道高壓裝置：真空強(qiáng)電場(chǎng)c)靶材 陽(yáng)極：經(jīng)受電子撞擊產(chǎn)生X射線X射線的產(chǎn)生 說(shuō)明：（一）電子動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線的能量不到 1%，99% 以上都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使?yáng)極溫度升高。因此被轟擊區(qū)域應(yīng)用熔點(diǎn)

10、高的物質(zhì)鎢來(lái)作；根據(jù)功率的不同采用散熱片、通風(fēng)冷卻、 陽(yáng)極作成中空用水或油循環(huán)冷卻；銅圓柱鎢板電子束X射線的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極電子束 大功率的X射線管，多采用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極（二） 理論和實(shí)驗(yàn)表明，靶Z越大，發(fā)生X 射線的 效率越高。鎢Z=74X射線的產(chǎn)生（三）實(shí)際焦點(diǎn)與有效焦點(diǎn)實(shí)際焦點(diǎn)：燈絲發(fā)射的電子，經(jīng)聚焦加速后，投射到陽(yáng)極靶上的積。有效焦點(diǎn)：實(shí)際焦點(diǎn)在垂直于X 射線管軸線方向上投影的面積。cdab電子束X射線的產(chǎn)生（三）實(shí)際焦點(diǎn)與有效焦點(diǎn)實(shí)際焦點(diǎn)愈大X射線管的散熱愈好；有效焦點(diǎn)愈小，所成的像愈清晰。長(zhǎng)燈絲形成的焦點(diǎn)叫大焦點(diǎn)，治療用。短燈絲形成的焦點(diǎn)叫小焦點(diǎn)，診斷用。X射線管電子槍：產(chǎn)生電子并將電子束聚

11、焦，鎢絲燒成螺旋式，通以電流鎢絲燒熱放出自由電子。 金屬靶：發(fā)射x射線，陽(yáng)極靶通常由傳熱性好熔點(diǎn)較高的金屬材料制成，如銅、鉆、鎳、鐵、鋁等。X射線產(chǎn)生的物理過(guò)程改變管電流改變管電壓 控制強(qiáng)度的方法X射線強(qiáng)度的表示：管電流的mA數(shù)。用管電流的毫安數(shù)（mA）和輻射時(shí)間（s）的乘積表示X射線的總輻射量， 單位：mAs通常采用的方法是：在管電壓保持一定的條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)管電流來(lái)控制X射線的強(qiáng)度。X射線產(chǎn)生的物理過(guò)程(3) 電子束作用于靶面高速電子打到靶材，與靶原子發(fā)生作用，使得靶材上電子產(chǎn)生躍遷并產(chǎn)生X射線。這些作用又分為4個(gè)并行、獨(dú)立的物理過(guò)程： 電離過(guò)程 激發(fā)過(guò)程 彈性散射 軔致輻射X射線產(chǎn)生的物

12、理過(guò)程 電離過(guò)程 原子的外層價(jià)電子或內(nèi)層電子，在高速電子作用下脫離原子軌道，使原子變成離子的過(guò)程。電離過(guò)程向外發(fā)射2種光譜：（1）低能光譜：紫外、可見、紅外，被陽(yáng)極吸收；（2）高能光譜：X射線X射線產(chǎn)生的物理過(guò)程 激發(fā)過(guò)程 高速電子（或二次電子）將原子外層電子推入高能級(jí)的空殼層，使原子處于激發(fā)態(tài)的過(guò)程。處于激發(fā)態(tài)的原子發(fā)射光學(xué)光譜，這些能量導(dǎo)致固體分子熱運(yùn)動(dòng)加快、溫度上升，即轉(zhuǎn)化為熱能。X射線產(chǎn)生的物理過(guò)程 彈性散射 高速電子受原子核電場(chǎng)的作用而改變方向，但是能量不發(fā)生變化的過(guò)程。電子的動(dòng)能沒(méi)有發(fā)生改變，即沒(méi)有能量損失，那么也就沒(méi)有光譜輻射的產(chǎn)生。X射線產(chǎn)生的物理過(guò)程 軔致輻射 高速電子在原子

13、核電場(chǎng)作用下，速度突然變小，一部分能量轉(zhuǎn)變成電磁波發(fā)射出來(lái)的過(guò)程。處于激發(fā)態(tài)的原子發(fā)射光學(xué)光譜，這些能量導(dǎo)致固體分子熱運(yùn)動(dòng)加快、溫度上升，即轉(zhuǎn)化為熱能。特征X射線譜：特定波長(zhǎng)的X射線。產(chǎn)生：電子進(jìn)入到陽(yáng)極內(nèi)部，將內(nèi)部電子激發(fā)到高能態(tài)上，高能電子回落到低能位時(shí)放出的X射線。X射線譜連續(xù)X射線譜：連續(xù)的各種波長(zhǎng)的X射線。產(chǎn)生：電子在陽(yáng)極表面受阻而產(chǎn)生，來(lái)自軔致輻射。醫(yī)用X射線1.連續(xù)射線譜 ( continuous X-ray Spectrum)譜線的特點(diǎn) （1）管電壓一定時(shí)，譜線強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化，存在短波極限。相對(duì)強(qiáng)度50kV40kV30kV20kV管電壓較低時(shí)（低于50KV） ，只出現(xiàn)連續(xù)射線譜

14、。（2）管電壓增大，短波極限min向短波方向移動(dòng)。強(qiáng)度為零的波長(zhǎng)稱為短波極限min 右圖為不同管電壓下的連續(xù)X射線譜，其總強(qiáng)度等于曲線下面的積分面積。實(shí)驗(yàn)表明：I連續(xù) K i Z V 2k 1.1.x109i管電流， V管電壓，Z原子序數(shù) 連續(xù)X射線的總強(qiáng)度正比于管電流、管電壓及陽(yáng)極材料原子序數(shù)。1.連續(xù)射線譜 ( continuous X-ray Spectrum)有：因：2.標(biāo)識(shí)X射線譜( characteristicX-ray Spectrum) 只有達(dá)到一定的管電壓，標(biāo)識(shí) X 射線譜才會(huì)出現(xiàn)；譜線的4個(gè)特點(diǎn):譜線 決定于靶材料，與管電壓無(wú)關(guān)。0.02nm醫(yī)用診斷X線中，僅K系標(biāo)示線有用

15、。 標(biāo)示線的最高頻率（最短波長(zhǎng)）與靶元素的原子序數(shù)Z的平方成正比。是指X線能量占全部電子撞擊陽(yáng)極靶面總能量的百分比。大部分電子能量轉(zhuǎn)換為熱能，小于1%的能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線能。影響X射線發(fā)生效率的因素主要是：管電壓、管電流、陽(yáng)極靶面物質(zhì)等。3. X射線發(fā)生效率X射線量與質(zhì)X射線強(qiáng)度 單位時(shí)間內(nèi)垂直于X射線傳播方向的單位面積所通過(guò)的光子數(shù)目和能量的總和。X射線的量 X射線束中的光子數(shù)目，電流時(shí)間積X射線的質(zhì) X射線的硬度，即穿透物質(zhì)的能力，表示光子的能量，峰值管電壓第五節(jié) X射線成像的過(guò)程及其影響因素X射線穿透人體帶出內(nèi)部信息然后記錄、再現(xiàn)、觀察的過(guò)程。影響圖像質(zhì)量的因素至關(guān)重要X射線產(chǎn)生過(guò)程X射線

16、與人體作用過(guò)程X射線成像閱讀過(guò)程其他因素目標(biāo)：以盡量少的劑量獲得盡量高的圖像質(zhì)量一、X射線產(chǎn)生過(guò)程點(diǎn)光源: 物理指標(biāo) 強(qiáng)度、相位和波長(zhǎng)面光源: 方向、發(fā)光面積以及兩者夾角等.絕大多數(shù)情況，不考慮相位影響X射線產(chǎn)生過(guò)程的因素電壓值電流值濾過(guò)板、遮線器電壓值不僅決定了X射線的質(zhì)量，而且決定了X射線的強(qiáng)度。在臨床診斷領(lǐng)域，電流時(shí)間積決定了X射線的量，而電壓值不僅決定X射線的量，還決定X射線的質(zhì)。電壓與散射電壓值的選擇主要依據(jù)所需對(duì)比度以及受檢區(qū)的厚度來(lái)確定?；A(chǔ)電壓值 適當(dāng)穿透人體特定部位所需要的最小電壓值。濾過(guò)板和遮線器濾過(guò)板: 濾除X射線中的軟X射線部分，提高成像質(zhì)量、減小病人不必要的輻射遮線器

17、: 在空間上改變X射線的照射范圍，進(jìn)而減少病人的輻射，同時(shí)可減少來(lái)自無(wú)關(guān)區(qū)域的散射第三章 醫(yī)用X射線機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成與應(yīng)用第一節(jié) 醫(yī)用X射線技術(shù)發(fā)展X射線管技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)述X射線成像技術(shù)裝置技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)出現(xiàn)X射線機(jī)數(shù)字化探測(cè)器的發(fā)展X射線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化X射線管的發(fā)展1）氣體X射線管時(shí)期（1895-1912） 主要是含氣離子管產(chǎn)生X射線X射線能量低40-50 KV成像時(shí)間長(zhǎng)，曝光過(guò)度容易使病人受傷X射線機(jī)控制能力差，開關(guān)控制無(wú)任何防護(hù)2）熱電子固定陽(yáng)極X射線管時(shí)期(1913-1928)1913年，美國(guó)物理學(xué)家柯立支發(fā)明固定陽(yáng)極X射線管。鎢燈絲加熱到白熾狀態(tài)來(lái)提供管電流所需的

18、電子。X射線能量增大濾線柵、造影劑的發(fā)明增加防護(hù)措施X射線管的發(fā)展3）旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X射線管時(shí)期(1929) 1927年旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X射線管研制成功;1929年荷蘭飛利浦公司首次制成產(chǎn)品級(jí)的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極射線管。大功率、小焦點(diǎn)短時(shí)間、高千伏、高毫安應(yīng)用范圍增大X射線管的發(fā)展50年代以后，影象增強(qiáng)及電視的問(wèn)世，改變了X射線成像。時(shí)期特征： 改變了X射線醫(yī)學(xué)影象的傳統(tǒng)顯示方式電視圖象取代熒光圖象，擴(kuò)大臨床應(yīng)用范圍影像增強(qiáng)器的發(fā)明；X射線機(jī)機(jī)型結(jié)構(gòu)有重大變化實(shí)現(xiàn)了“明室觀察，隔室操作”影像增強(qiáng)器影像增強(qiáng)器Image Intensifier 簡(jiǎn)寫：I.I 作用: 將穿過(guò)人體的X線影像轉(zhuǎn)換成亮度較強(qiáng)（比普通熒光強(qiáng)數(shù)千至

19、萬(wàn)倍）可見光影像。影像增強(qiáng)器1952年飛利浦公司制造出了世界上第一支影像增強(qiáng)器影像增強(qiáng)器結(jié)構(gòu)增強(qiáng)管外殼電源影像增強(qiáng)管結(jié)構(gòu)圖增強(qiáng)管的組成增強(qiáng)管輸入屏靜電透鏡輸出屏管殼及離子泵輸入窗對(duì)X線吸收小薄金屬板熒光層吸收率高、熒光效率高，一般用碘化銫（CsI）光電陰極銻化合物柵極聚焦陽(yáng)極加速電子熒光粉薄、顆粒小、黃綠光譜（硫化鋅鎘）保持高真空影像增強(qiáng)器的工作原理 透過(guò)人體的X線投射到輸入屏的熒光層，X線的熒光作用使閃爍晶體發(fā)出可見熒光，光電陰極受熒光照射激發(fā)逸出電子（光電效應(yīng)），電子多少與X線照射強(qiáng)度成正比因而形成電子影像，光電子在陽(yáng)極和聚焦電極電位共同形成的電子透鏡作用下加速、聚焦，然后轟擊到輸出屏，輸

20、出屏熒光粉將電子影像轉(zhuǎn)換成亮度增強(qiáng)的可見光影像。20世紀(jì)70年代初期，高頻高壓技術(shù)取代工頻高壓技術(shù)，提高了X射線機(jī)的效率和質(zhì)量。X射線機(jī)高壓發(fā)生裝置技術(shù)進(jìn)程根據(jù)高壓變壓器工作頻率將X線機(jī)分為： 工頻（50 Hz）中頻（400Hz-20 kHz）高頻（20 kHz）工頻機(jī)的局限性結(jié)構(gòu)笨重、自動(dòng)化程度低輸出波形脈動(dòng)率高、劑量不穩(wěn)定、軟射線多曝光參量精度低（ 0.2s 、 3ms）解決： 直流逆變技術(shù)中、高頻機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：1、軟射線少，病人的皮膚劑量低；2、可輸出高質(zhì)量的X線(單色性、高能性)，成像質(zhì)量高；3、輸出劑量大（X線中高能成分多）；4、可進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制精度高 ；5、高壓變壓器體積小、重量輕

21、；6、最短曝光時(shí)間短（1毫秒）；7、輸出穩(wěn)定，重復(fù)性好，利于智能化發(fā)展。中、高頻機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：醫(yī)用X射線機(jī)系統(tǒng)及其基本構(gòu)成X射線發(fā)生裝置X射線管、高壓發(fā)生裝置、控制裝置X射線成像裝置傳統(tǒng)成像、數(shù)字成像、顯示器X射線輔助裝置機(jī)械裝置、支持裝置、輔助軟件第四章 醫(yī)用診斷X線管81X線管的作用產(chǎn)生并輸出X射線X線機(jī)的心臟X線管的類型診斷用X線管：透視、攝影焦點(diǎn)小，功率大、散熱器散熱治療用X線管：淺表治療、深層治療大焦點(diǎn)、長(zhǎng)時(shí)間曝光、風(fēng)冷水冷或油冷一、固定陽(yáng)極X線管（一）構(gòu)造和作用 由陽(yáng)極、陰極和玻璃殼組成1、陽(yáng)極由陽(yáng)極頭、陽(yáng)極罩、陽(yáng)極柄組成作用：產(chǎn)生X線、散熱、吸收二次電子和散射線2、陰極由燈絲、陰極頭

22、、陰極套、玻璃芯柱組成作用：發(fā)射電子、對(duì)電子聚焦3、玻璃殼作用：支撐陰陽(yáng)兩極、保持管內(nèi)真空度（二）X線管的焦點(diǎn)1、實(shí)際焦點(diǎn)：電子轟擊在靶面上的面積2、有效焦點(diǎn)：實(shí)際焦點(diǎn)在X線投照方向上的投影3、標(biāo)稱（有效）焦點(diǎn)： X線投照方向 X線管軸 時(shí)的有效焦點(diǎn)（1）X線投照方向 X線管軸垂直 時(shí)，靶面與X線投照方向的夾角Q稱為陽(yáng)極傾角/靶角。（2）有效焦點(diǎn)S有、實(shí)際焦點(diǎn)S實(shí)和陽(yáng)極傾角Q的關(guān)系： a、S有=S實(shí)sin Q b、S有一定時(shí)，Q越小， S實(shí)越大，熱容量P越大 c、為減少幾何模糊，要求S有盡量?。?）（標(biāo)稱）有效焦點(diǎn)一般用 容許長(zhǎng) 容許寬 標(biāo)注（一）旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線管的特性 1、特點(diǎn)： 偏陰極、陽(yáng)極

23、靶面高速旋轉(zhuǎn)2、優(yōu)點(diǎn)： 瞬時(shí)功率大、焦點(diǎn)?。ǘ┬D(zhuǎn)陽(yáng)極X線管的組成 1、組成：陽(yáng)極、（偏）陰極和玻璃殼2、陽(yáng)極：靶面、轉(zhuǎn)子、軸承和定子3、鑲在鉬基或石墨基上的錸鎢合金靶：（1）晶粒細(xì)，抗熱脹性好，再結(jié)晶溫度高，不易龜裂（2）X線輻射率下降較慢(13% vs 45%)（3）熱容量大大提高 取代純鎢靶（三）X線球管散熱方式 1、固定陽(yáng)極X線管：熱傳導(dǎo) 2、旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線管：熱輻射 黑化轉(zhuǎn)子表面，增大熱輻射 曝光間隔較長(zhǎng)，保證熱輻射（一）X線管的規(guī)格參數(shù)1、結(jié)構(gòu)參數(shù) 靶角Q、有效焦點(diǎn)S有、外形尺寸、重量、管壁濾過(guò)當(dāng)量、轉(zhuǎn)速n、燈絲溫度T2、電參數(shù) 燈絲加熱電壓和電流（Vf/If）、最大管電壓（Va）

24、、管電流（Ia）、最長(zhǎng)曝光時(shí)間（s）、最大允許功率P、代表容量五、X線管的規(guī)格和基本特性 3、在調(diào)整和使用X線管時(shí)，特別要注意：（1）最大管電壓（峰值 kV） 避免高壓擊穿（2）最大管電流（平均值 mA） 管電壓和曝光時(shí)間一定（3）最長(zhǎng)曝光時(shí)間（s） 管電壓和管電流一定（二）X線管的基本特性1、陽(yáng)極特性曲線 If一定時(shí)，Va與Ia的關(guān)系曲線空間電荷效應(yīng)： 燈絲后端滯留電子（電子云），跟隨管電壓升高而陸續(xù)飛向陽(yáng)極，形成曲線比例區(qū)和飽和區(qū)。2、燈絲發(fā)射特性曲線 Va 一定時(shí)， Ia與If 的關(guān)系曲線3、燈絲加熱特性 Vf同If的關(guān)系曲線 一般成正比關(guān)系（三）X線強(qiáng)度的空間分布1、薄靶周圍X線的空間

25、分布 （1）薄靶 （a）X線的產(chǎn)生限于靶面 （b）電子直接透過(guò)而不偏轉(zhuǎn) “穿透式”靶（2）薄靶X線強(qiáng)度的空間分布 隨著Va的升高，X線集中向電子運(yùn)動(dòng)方向輻射。2、厚靶X線強(qiáng)度的空間分布 （1）厚靶 （a）X線的產(chǎn)生不局限于靶面 （b）入射高速電子全部被阻止 “反射式”靶（2）厚靶X線強(qiáng)度分布特點(diǎn) 厚靶X線管近陽(yáng)極端的X線強(qiáng)度弱，近陰極端的X線強(qiáng)度強(qiáng)。 -陽(yáng)極效應(yīng)（3）厚靶X線強(qiáng)度的空間分布（4）厚靶強(qiáng)度分布曲線在投照上的應(yīng)用（a）將陽(yáng)極效應(yīng)同體層厚度相對(duì)應(yīng) 腰椎正位片：腰椎上部體層薄，近陽(yáng)極；腰椎下部體層厚，近陰極到射X線等強(qiáng)度膠片濃度均勻（b）焦片距較大時(shí)陽(yáng)極效應(yīng)不明顯 照射野邊緣近陰極，強(qiáng)

26、度大；邊緣衰減快陽(yáng)極效應(yīng)被抵消（c）焦片距相同時(shí)小照射野受陽(yáng)極效應(yīng)的影響小 照射野越小，射線到片距離越接近，陽(yáng)極效應(yīng)越不明顯（d）盡量利用中心線附近X線束來(lái)攝片 利用強(qiáng)度最大線曝光，提高X線利用率（四）X線管的瞬時(shí)負(fù)載特性1、負(fù)載的分類（1）瞬時(shí)負(fù)載（數(shù)毫秒-數(shù)秒 ） 單次攝影、單組連續(xù)攝影等 由靶面熔點(diǎn)決定 功率/容量/瞬時(shí)負(fù)載曲線（2）連續(xù)負(fù)載（10秒以上） 透視、點(diǎn)片攝影等 由陽(yáng)極某處溫升極限決定 熱容量/直接標(biāo)明連續(xù)使用的最大功率2、容量(功率)的計(jì)算 P=IU/1000 其中P：功率/容量 kW U：管電壓有效值 kV I： 管電流有效值 mA *（最大）熱容量：對(duì)應(yīng)陽(yáng)極某薄弱部分的

27、溫升極限，陽(yáng)極整體所積累的全部熱能（七）X線管的使用1、預(yù)熱2、旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極啟動(dòng)聲音監(jiān)測(cè)3、負(fù)載限制，嚴(yán)禁過(guò)載曝光4、保管存放時(shí)，X線管陽(yáng)極置于下垂位置第五章 高壓發(fā)生器 第一節(jié) 高壓發(fā)生裝置及其發(fā)展組成高壓發(fā)生器箱 控制器 高壓電纜 高壓變壓器、燈絲變壓器、高壓整流器、高壓交換閘、高壓插頭、插座高壓發(fā)生裝置作用升壓和整流，為球管提供直流高壓降壓和隔離，為X線管燈絲提供加熱電壓如配有兩只以上X線管，還要完成kV和燈絲加熱電壓的球管切換（二）高壓變壓器的構(gòu)造 鐵心 初級(jí)繞組 次級(jí)繞組 絕緣物質(zhì) 固定件 要求：體積小、重量輕、內(nèi)阻小、絕緣性好（三）高壓變壓器的工作原理 初、次級(jí)之間電壓（匝數(shù)）之比為常

28、數(shù) 即： U1/U2=N1/N2=K K為變壓器常數(shù) K越大，I1越大，則要求電源內(nèi)阻必須較小，否則電源阻抗分壓過(guò)大將影響升壓電源條件要求高 反之，如K適當(dāng)降低，則I1降低，電源內(nèi)阻可以大些（三）高壓變壓器的工作原理 能量守恒，即初級(jí)輸入功率與次級(jí)輸入功率相等， 即： P1=U1I1=U2I2=P2 高壓變壓器的輸出功率是由初級(jí)提供的。當(dāng)要求輸出功率高時(shí)，若初級(jí)電壓一定，那么初級(jí)電流就越大。工頻高壓變壓器存在的不足結(jié)構(gòu)笨重常數(shù)=電壓/(頻率*匝數(shù)*鐵芯面積)線束頻譜寬工作頻率低，脈動(dòng)大，低壓成分多曝光參數(shù)精度低中、高頻機(jī)優(yōu)勢(shì)輸出高質(zhì)量的X射線 高壓穩(wěn)定輸出劑量大 頻率穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制，控制精度高

29、微機(jī)管理X射線輸出穩(wěn)定，重復(fù)性好閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)小型化工作頻率高有利于向智能化發(fā)展電子化、數(shù)字化可直接使用直流電高頻逆變來(lái)自直流逆變第二節(jié) 高壓發(fā)生裝置中的其他部件 （一）燈絲變壓器 對(duì)燈絲進(jìn)行降壓供電 次級(jí)與高壓變壓器次級(jí)端相連，電位很高，故初、次級(jí)繞組間應(yīng)具有很高的絕緣強(qiáng)度（二）高壓整流器 將高壓變壓器次級(jí)輸出的交流整流為脈動(dòng)直流電壓，供給X線管兩極，使X線管始終保持陽(yáng)極為正、陰極為負(fù)。-高壓硅堆 （三）高壓交換閘為多個(gè)球管提供高壓和燈絲加熱電流切換動(dòng)作頻繁，要求結(jié)構(gòu)牢固、絕緣好、接點(diǎn)切換準(zhǔn)確迅速多用電磁接觸器式（六）常用絕緣材料高壓絕緣油 注油前要加熱去除空氣 老化后要求換油電容器紙塑

30、料等 工頻X線機(jī): 高壓次級(jí)頻率為50Hz，多指?jìng)鹘y(tǒng)X線機(jī) 中頻X線機(jī)： 高壓次級(jí)電源和燈絲加熱電源的工作頻率為中頻（400Hz30kHz） 高頻X線機(jī)： 高壓次級(jí)電源和燈絲加熱電源的工作頻率為高頻（ 30kHz） X線機(jī)頻段的劃分：頻率提高的意義50Hz工頻供電，單相全波整流時(shí)為100%50Hz工頻供電，三相六波整流時(shí)為13.4%50Hz工頻供電，三相十二波整流時(shí)為3.4%50kHz高頻供電時(shí)， 2%，控時(shí)精度1ms頻率升高，脈動(dòng)系數(shù)減小頻率再高已無(wú)太大意義，反而增加電路設(shè)計(jì)復(fù)雜性，無(wú)需一味追求高頻供電X線機(jī)評(píng)價(jià)指標(biāo)輸出射線品質(zhì)（脈動(dòng)系數(shù)）射線控制精度（曝光參量kV、mA、s）X線機(jī)體積重量

31、中頻機(jī)與工頻機(jī)性能對(duì)比表項(xiàng)目中頻機(jī)工頻機(jī)項(xiàng)目中頻機(jī)工頻機(jī)線譜窄寬波形近似直流112脈沖穩(wěn)定性隨調(diào)穩(wěn)定預(yù)調(diào)不穩(wěn)定可控性實(shí)時(shí)預(yù)置有效成分高低中皮膚劑量中大重復(fù)性0.020.05體積重量小大管電壓5%10%設(shè)計(jì)要求高中mAs值10%20%材料要求高一般短時(shí)曝光1ms3ms適用范圍全型號(hào)大中型二、中高頻機(jī)電路構(gòu)成1、主電路（1）工頻電源（2）整流電路（3）逆變電路 （4）高壓發(fā)生器2、功率控制電路（1）主逆變觸發(fā)控制（高壓逆變）（2）燈絲逆變觸發(fā)控制3、旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極啟動(dòng)電路等其他控制電路4、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中頻機(jī)主電路方框圖 三、中頻機(jī)工作原理 四、直流逆變電源 即中頻電源，包含： 直流電源、直流逆變、逆變控制

32、1、直流電源 特點(diǎn)：（1）根據(jù)X線機(jī)功率大小，可選擇不同的供電方式（單相、三相、直流）（2）中高頻機(jī)對(duì)電源要求不高2、直流逆變 （1）概念：將直流電壓變換為某一中高頻交流電壓的過(guò)程（2）方法： a、橋式逆變 高壓（主）逆變 b、半橋式逆變 c、單端逆變 燈絲逆變橋式逆變 適當(dāng)控制四只開關(guān)元件的動(dòng)作以行逆變負(fù)載Z上獲得正負(fù)交替的矩形波電流橋式逆變?cè)谪?fù)載上的波形 控制t2/t4時(shí)間大于元件關(guān)斷時(shí)間，避免短路半橋式逆變控制兩只開關(guān)元件的動(dòng)作并結(jié)合電容充放電過(guò)程以行逆變負(fù)載R上獲得正負(fù)交替的指數(shù)衰減式交流半橋式逆變?cè)谪?fù)載上的波形RC充放電常數(shù)決定波形頂部寬度單端逆變控制單個(gè)開關(guān)元件的動(dòng)作并結(jié)合變壓器的

33、電磁感應(yīng)現(xiàn)象以行逆變（L上電流不能突變）負(fù)載R上獲得正負(fù)交替的指數(shù)衰減式交流利用電感元件對(duì)電流突變的反向阻滯特性單端逆變?cè)谪?fù)載上的波形K閉合K斷開K斷開K閉合3、逆變控制（1）輸出功率的調(diào)節(jié) 脈寬調(diào)制控制(PWM) 頻率調(diào)制控制(PFM)脈寬調(diào)制控制PWM T不變，改變占空比多用于晶體管逆變電源頻率調(diào)制控制PFM占空比不變，改變T/f多用于可控硅逆變電源高低電平的比值（2）輸出電壓的調(diào)節(jié)同樣也有PWM/PFM兩種調(diào)制手段對(duì)于管電壓，要求波紋系數(shù)盡量小。波紋系數(shù)：電壓波形交流分量總有效值與直流分量平均值之比成為波紋因數(shù)。波紋因數(shù)越小，波形越平坦。中頻電源高壓輸出后，a、經(jīng)高壓整流濾波可以減小波紋

34、系數(shù)b、可行PWM/PFM，調(diào)制電容充放電速率，實(shí)現(xiàn)充放電平衡，穩(wěn)壓，平整波形 整流器+逆變器+升壓整流+PFM/PWM閉環(huán)控制五、中頻機(jī)主電路方框圖第六章 數(shù)字X射線探測(cè)器一、X線電視（X-TV）系統(tǒng) 1、定義 由X線影像增強(qiáng)器、攝像機(jī)、監(jiān)視器以及完成視頻信號(hào)處理和整機(jī)協(xié)調(diào)工作的控制器組成的系統(tǒng)。 屬于透視的一種。2、工作原理 利用影像增強(qiáng)器將不可見的X線轉(zhuǎn)換成亮度很高的可見光圖像 再通過(guò)攝像機(jī)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 經(jīng)過(guò)放大處理后輸送到監(jiān)視器 顯示出人體各部件的組織結(jié)構(gòu) X線可見光電信號(hào)視頻信號(hào)影像X線增強(qiáng)型電視系統(tǒng)三、X線電視的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、原理框圖 采用影像增強(qiáng)器，將X線影像轉(zhuǎn)換成可見光圖像，圖像

35、亮度提高近萬(wàn)倍，再進(jìn)行攝像、顯像2、系統(tǒng)構(gòu)成 影像增強(qiáng)器 X線可見光；亮度提升 攝像機(jī) 可見光電視信號(hào) 控制器 視頻信號(hào)全電視信號(hào)；同步 監(jiān)視器 電視信號(hào)圖像四、影像增強(qiáng)器I.I:Image Intensifier 1、基本結(jié)構(gòu)輸入屏（碘化銫） 光電陰極（銻銫）輸出屏（硫化鋅鎘） 電子透鏡（聚焦電極）2、工作原理X線影像輸入屏（熒光效應(yīng)）可見光影像可見光影像光電陰極（光電效應(yīng)）電子影像電子影像電子透鏡（加速聚焦/反轉(zhuǎn)）縮小、倒立的電子影像縮小、倒立的電子影像輸出屏（電致發(fā)光）亮度增強(qiáng)的可見光影像3、影像增強(qiáng)管的亮度增益 定義：輸出屏影像亮度 / 輸入屏影像亮度 計(jì)算：亮度增益 = 面積縮小增益

36、 能量增益 面積縮小增益 = S輸入屏/S輸出屏 = D輸入屏2/D輸出屏2 能量增益取決于加速電場(chǎng)電壓值 4、可變視野影像增強(qiáng)器提高電壓電場(chǎng)加強(qiáng)焦距減小放大成像視野變小視野小亮度減需行劑量補(bǔ)償增加輔助陽(yáng)極控制聚焦放大倍數(shù)可調(diào)從輸出端看到的受檢部位的面積視野大，放大倍數(shù)小視野小，放大倍數(shù)大八、固體攝像器件主要類型：（1）電荷耦合型（CCD）：charge coupled device 電荷通過(guò)半導(dǎo)體勢(shì)阱發(fā)生遷移電荷耦合（2）互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體型（CMOS）：comple-mentary metal-oxide semiconductor （3）電荷注入型（CID）（4）電荷引動(dòng)型（CPD

37、）（5）疊層型（PLDSS）1、CCD的優(yōu)點(diǎn) 光電靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大 空間分辨率高 幾何失真小（全畫面一致） 均勻性好 器件體積小、重量輕、功耗低等2、CCD的工作原理 以電荷作為圖象信號(hào)，以時(shí)鐘脈沖信號(hào)（代替電子掃描）控制光敏像元，實(shí)現(xiàn)圖象信號(hào)的讀取、變換和輸出3、CCD單元的基本結(jié)構(gòu) CCD器件由光敏像元組成 分為線陣CCD/面陣CCD 光敏元件：MOS電容器和光敏二極管（1）MOS電容器P型Si襯底+SiO2+金屬層+偏置電壓MOS電容器CCD 入射光子進(jìn)入Si襯底，電子吸收光子能量躍遷，形成電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)在外加電場(chǎng)作用下，分向電極兩端移動(dòng)，形成光生電荷（2）光敏二極管P型Si襯

38、底+N+區(qū)+反向偏置電壓反向偏置二極管光敏二極管CCD光子入射定向電荷區(qū)，產(chǎn)生光生電荷光敏二極管靈敏度高、光譜響應(yīng)寬、藍(lán)光響應(yīng)好、暗電流小，將逐漸取代MOS電容器作為CCD的光敏元件4、CCD工作程序（1）光電轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ) 光敏材料受光照射產(chǎn)生空穴電子對(duì)，空穴被排斥，光生電荷被收集形成電荷包，完成光電轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ) 電荷包電量光子能量/數(shù)量光照亮度/時(shí)間像元亮度 圖像照度信號(hào)電荷包電量 存儲(chǔ)光生電荷的電荷包表現(xiàn)為低勢(shì)能，稱為電子勢(shì)阱電子勢(shì)阱特性 柵壓VG增高半導(dǎo)體內(nèi)被排斥電荷數(shù)增加耗盡層厚度增加，電勢(shì)變低電子向耗盡層移動(dòng)、存儲(chǔ)，形成電子勢(shì)阱 電子勢(shì)阱內(nèi)存儲(chǔ)電荷，改變柵壓VG可使勢(shì)阱內(nèi)電荷包按照一定方

39、向逐個(gè)勢(shì)阱轉(zhuǎn)移 柵壓增高，勢(shì)阱變深；柵壓降低，勢(shì)阱變淺（2）電荷的轉(zhuǎn)移 在時(shí)鐘脈沖信號(hào)控制下，改變CCD內(nèi)各電極電壓，即改變各勢(shì)阱電位（柵壓），使電荷包由像元向輸出極順序轉(zhuǎn)移。 依時(shí)鐘脈沖不同，分為三相時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)、二相時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)和四相時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)等幾種方式。（3）信號(hào)的讀出 信號(hào)電荷傳輸至終端后，轉(zhuǎn)換成信號(hào)電流或電壓，由輸出電路順序放大并讀取 輸出電路多由場(chǎng)效應(yīng)管組成 輸出信號(hào)（電流/電壓）電荷包電量像元亮度3高電平時(shí)，V3V0G，電荷不移動(dòng)，儲(chǔ)存于3勢(shì)阱下R高電平使T1飽和導(dǎo)通，D反向偏置，其結(jié)電容電壓使T2也飽和導(dǎo)通， T2輸出信號(hào)電壓為aR轉(zhuǎn)為低電平，T1截止，其漏電流壓降使T2輸入電壓略降，

40、T2輸出信號(hào)電壓跟隨降至b饋直流電平正向低壓信號(hào)輸出電壓跟隨型場(chǎng)效應(yīng)管：信號(hào)讀出3轉(zhuǎn)為低電平，V3V0G，e從3勢(shì)阱流出，加至T2輸入端A，使VA下降，T2輸出信號(hào)電壓跟隨降至c，形成壓降d；移出電荷量輸出電壓降d，實(shí)現(xiàn)信號(hào)讀出饋dbc正向低壓信號(hào)輸出電壓跟隨型場(chǎng)效應(yīng)管：信號(hào)讀出一、CR的結(jié)構(gòu)1、CR的定義 Computed Radiography，即“計(jì)算機(jī)化X線放射影像系統(tǒng)”或簡(jiǎn)稱“計(jì)算機(jī)放射影像系統(tǒng)” 將攜帶診斷信息的X線影像記錄在影像板（image plate，IP）上，經(jīng)讀取裝置讀取，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，獲得數(shù)字化圖像2、CR系統(tǒng)的組成 X線機(jī)：與讀取裝置類型相對(duì)應(yīng) 影像板（IP）：影像

41、記錄載體 讀取裝置：暗盒型、無(wú)暗盒型 監(jiān)視器 儲(chǔ)存裝置：影像儲(chǔ)存與記錄二、影像板（Image Plate，IP） IP是CR成像的關(guān)鍵器件，是CR影像的記錄載體，取代屏片系統(tǒng)中傳統(tǒng)的暗盒 CR影像不是直接記錄于膠片，而是先記錄在IP上（先記后讀）IP可重復(fù)使用，但不具備影像顯示功能1、IP的結(jié)構(gòu) A、表面保護(hù)層：防止熒光層受到損傷。要求透光且薄，常用聚脂樹脂類纖維 B、熒光物質(zhì)層：把第一次照射光的信號(hào)記錄下來(lái)，當(dāng)再次受到光刺激時(shí)，會(huì)釋放存儲(chǔ)的信號(hào) C、基板：保護(hù)熒光層免受外力的損傷 D、背面保護(hù)層：同表面保護(hù)層IP的種類暗盒型IP 將IP置于類似常規(guī)X線攝影暗盒的密封盒內(nèi)，可代替常規(guī)攝影暗盒在

42、任何X線機(jī)上曝光成像無(wú)暗盒型IP IP無(wú)外封裝，置于專門的讀取裝置內(nèi)，不能在傳統(tǒng)X線機(jī)上曝光成像2、IP成像原理入射X光子被熒光層內(nèi)的輝盡性熒光體吸收，釋放出電子，其中部分電子散布在熒光體內(nèi)呈半穩(wěn)定態(tài)，形成潛影，完成X線影像信息的采集和存儲(chǔ)潛影電荷入射光子能量當(dāng)用激光掃描已有潛影的IP時(shí)，IP表現(xiàn)出PSL光激發(fā)輝盡發(fā)光現(xiàn)象（光致發(fā)光），完成X線影像信息的讀取PSL熒光強(qiáng)度潛影電荷3、PSL發(fā)光（1）PSL發(fā)光原理某些物質(zhì)在第一次受到照射光照射時(shí)，能將一次激發(fā)光攜帶的信息貯存下來(lái)，當(dāng)再次受到照射光照射時(shí)，能發(fā)出與一次激發(fā)光攜帶信息相關(guān)的熒光。這就是光激勵(lì)發(fā)光（photostimulated lu

43、minescence，PSL，光致發(fā)光），這種物質(zhì)就稱為PSL物質(zhì)PSL發(fā)光強(qiáng)度一次激發(fā)光強(qiáng)度（X線光子）摻雜2價(jià)銪離子的氟鹵化鋇晶體，PSL發(fā)光最強(qiáng)，選作IP熒光材料。（發(fā)光原理不詳）一次激發(fā)光（X線光子）二次激發(fā)光（讀取激光）潛影（2）PSL光譜特性一次激發(fā)光稱為PSL物質(zhì)的發(fā)射光譜，在CR中即為X線光子二次激發(fā)光稱為PSL物質(zhì)的激發(fā)光譜，在CR中即為用以激發(fā)PSL發(fā)光的激光，又稱為激起光一次激發(fā)光初次照射PSL物質(zhì)氟鹵化鋇時(shí)，其吸收光譜在37keV處有一銳利、鋸齒形的不連續(xù)吸收，這是由于鋇原子K緣所致，但此鋇原子的K緣吸收不會(huì)影響PSL熒光（3）PSL發(fā)光時(shí)間停止對(duì)PSL物質(zhì)的照射后，P

44、SL發(fā)光不會(huì)立即消失，而是逐漸衰減若上一次激起光掃描讀取信號(hào)時(shí)的PSL發(fā)光尚未結(jié)束就開始下一次掃描，那下一次掃描所讀取的信號(hào)就會(huì)受到干擾摻雜2價(jià)銪為發(fā)光中心的氟鹵化鋇的發(fā)光時(shí)間為0.8s，滿足CR系統(tǒng)快速讀取圖像的要求（4）PSL物質(zhì)的甄選摻雜2價(jià)銪離子的氟鹵化鋇晶體(BaFX：EuXCl、Br、I） PSL發(fā)射光譜波長(zhǎng)390400nm 激發(fā)光譜（激起光）波長(zhǎng)600nm 發(fā)光時(shí)間0.8s另一種PSL物質(zhì)：含微量元素鉈的鎵溴化物（RbBr：Tl） PSL發(fā)射光譜波長(zhǎng)350nm 激發(fā)光譜（激起光）波長(zhǎng)700nm 發(fā)光時(shí)間0.3s 信噪比更高，讀取時(shí)間更短，體積更小4、IP存貯信息的消褪貯存在PSL

45、物質(zhì)中的X線影像信息隨存貯時(shí)間（讀取前時(shí)間）的延長(zhǎng)而衰減，稱為消褪（fading）消褪不可避免，隨時(shí)間延長(zhǎng)、溫度升高而加重，CR系統(tǒng)對(duì)消褪設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)償一般地，要求攝影后8小時(shí)內(nèi)完成信息讀取，以免丟失臨床信息5、IP信息的擦除二次激發(fā)過(guò)的IP需用強(qiáng)光照射，擦除IP上的潛影以供下次使用IP經(jīng)強(qiáng)光照射擦除潛影，是PSL發(fā)光的逆過(guò)程，實(shí)現(xiàn)IP存貯信息的完全擦除。其過(guò)程機(jī)理同樣尚不明確對(duì)于暗盒式IP，可見光被屏蔽，必須將IP插入到讀取裝置中，引強(qiáng)光擦除對(duì)于無(wú)暗盒式IP，在二次激發(fā)后IP會(huì)自動(dòng)傳送至消除點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)光信息擦除6、環(huán)境因素對(duì)IP的干擾IP對(duì)所有電磁波均顯敏感性長(zhǎng)期閑置的IP在啟用前必須先用激發(fā)光

46、照射以消除環(huán)境干擾7、IP使用注意事項(xiàng)由于在攝影前可改變攝影范圍的大小，在讀取部分可設(shè)置讀取范圍的大小，并能反復(fù)使用一張影像板，所以用一張較大的IP來(lái)記錄X線影像，可以大大減少膠片尺寸的選擇次數(shù)IP再次使用時(shí)，最好重作一次光照射，以消除可能存在的任何潛影由于IP上的熒光物質(zhì)的X線靈敏度高于普通X線膠片，故要求很好地屏蔽。（對(duì)普通光不需屏蔽）IP可重復(fù)使用達(dá)千次三、讀取裝置1、暗盒型讀取裝置 用于讀取暗盒型IP的影像信息，配合傳統(tǒng)常規(guī)X線機(jī)使用3、讀出裝置讀出原理高精度電機(jī)帶動(dòng)IP勻速移動(dòng)激光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)（擺動(dòng)式反光鏡和回旋式多面體反光鏡）的反射，在與IP垂直的方向上，依次對(duì)IP進(jìn)行精確均勻地掃

47、描IP上所釋放的PSL熒光被自動(dòng)跟蹤的集光器收集，經(jīng)光電倍增管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并被進(jìn)一步放大，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字化影像信號(hào)不同尺寸的IP在CR讀出裝置中的讀出時(shí)間是相同的CR系統(tǒng)影像讀取原理圖4、信息的讀出流程第一步，以較弱激光超高速掃描，粗略讀取影像信息，獲取成像條件、分割信息、像野尺寸等，并核算出PSL直方圖（自動(dòng)預(yù)讀）第二步，在獲取上述信息的基礎(chǔ)上，根據(jù)PSL直方圖，自動(dòng)調(diào)節(jié)光電倍增管的敏感性和放大器的增益，再次以超強(qiáng)激光高精度地讀取X線影像信息（精讀）配合CR系統(tǒng)固有功能，則可對(duì)任意組織以任意劑量獲得穩(wěn)定的最佳影像信息五、CR的工作流程 1、CR成像原理 X線光子入射IP形成潛影

48、（信號(hào)采集）激起光照射IPPSL發(fā)光（信號(hào)讀?。㏄SL熒光導(dǎo)入光電倍增管（光電轉(zhuǎn)換）A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字信號(hào)（信號(hào)讀出）送至存儲(chǔ)與顯示元件（信號(hào)處理與記錄） X線強(qiáng)度PSL熒光強(qiáng)度數(shù)字信號(hào)2、CR的工作流程 信息采集：X線照射在IP上形成潛影，實(shí)現(xiàn)模擬信息采集。（X線管、IP）信息轉(zhuǎn)換：二次激發(fā)光掃描IP獲得PSL熒光，經(jīng)光電倍增管轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號(hào)。（IP、讀取裝置、光電倍增管、A/D轉(zhuǎn)換器）信息處理和記錄：諧調(diào)處理、空間頻率處理、減影處理等。（光盤存貯、膠片記錄）（3）后期減影處理： A、時(shí)間減影 選擇血管造影系列圖象中的若干幀作為原像（造影像）和基像/蒙

49、片（掩模像）行數(shù)字減影處理，可得到CR減影圖象。 優(yōu)點(diǎn)：視野大，空間分辨力高，動(dòng)態(tài)范圍寬 缺點(diǎn)：時(shí)間分辨力差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高頻采集和實(shí)時(shí)顯示B、能量減影（X線吸收率減影） 用兩個(gè)不同的X線攝影條件攝影，選擇其中任何一幀作為掩模像進(jìn)行減影，則可消除某些組織。例如對(duì)胸部行能量減影處理可消除肋骨影像，以利于觀察低對(duì)比度肺野 切換X線管電壓，得到兩幅不同能量的數(shù)字X線影像，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行能量減影處理 在暗盒放置2張影像板（IP），中間隔一層銅過(guò)濾板，過(guò)濾低能射線。對(duì)同時(shí)獲得的2幅圖像進(jìn)行減影，上一層是低能射線成像，下一層是高能射線成像六、影響CR影像質(zhì)量的因素CR影像的空間分辨力CR影像的噪聲CR影像的數(shù)字

50、化過(guò)程1、CR影像的空間分辨力CR影像的空間分辨力取決于PSL結(jié)晶體的顆粒度和讀取裝置的電、光學(xué)特性CR影像的空間分辨力尚不如傳統(tǒng)膠片A、PSL結(jié)晶體的顆粒度 PSL結(jié)晶體尺寸越小，發(fā)光效率越高，圖像空間分辨力越高 目前PSL結(jié)晶體顆粒尺寸已縮小到最初的1/2，體積縮小到最初的1/8B、激光束的直徑和頻率 激光束以點(diǎn)掃描方式完成影像讀取 激光束點(diǎn)直徑越小，讀取信息量相對(duì)越多，影像質(zhì)量越高 激發(fā)光譜波長(zhǎng)為600nm時(shí)，PSL發(fā)光激起效果最佳2、CR影像的噪聲 X線量子噪聲：IP吸收過(guò)程中產(chǎn)生，與IP吸收的X線量子數(shù)（入射X線量）成反比 光量子噪聲：光電倍增管光電轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生，與光電子數(shù)成反比 系統(tǒng)

51、固有噪聲： IP結(jié)構(gòu)噪聲、光學(xué)系統(tǒng)噪聲、電子系統(tǒng)噪聲、機(jī)械傳導(dǎo)系統(tǒng)噪聲等，與X射線無(wú)關(guān)，結(jié)構(gòu)噪聲起決定作用，由PSL物質(zhì)顆粒的隨機(jī)分布而定 X線劑量較低時(shí)，CR噪聲決定于量子噪聲；X線劑量較高時(shí)，CR噪聲決定于固有噪聲3、數(shù)字化過(guò)程對(duì)CR圖像質(zhì)量的影響 數(shù)字化采樣頻率決定影像空間分辨力 A/D、D/A轉(zhuǎn)換位數(shù)決定影像對(duì)比度分辨力 數(shù)字化程度應(yīng)與人眼的辨別力和熒光屏的顯示范圍相適應(yīng) 5像素/mm8bit/像素 6.7像素/mm7bit/像素七、CR的優(yōu)點(diǎn)和不足能獲取數(shù)字化圖像：可實(shí)施圖像后處理，易于儲(chǔ)存、檢索和傳輸X線照射量動(dòng)態(tài)范圍大：可顯示細(xì)微組織差異X線輻射劑量低：PSL物質(zhì)敏感度高，減少患

52、者受照射量臨床應(yīng)用范圍廣：斷層攝影、胃腸道造影、數(shù)字減影等IP可重復(fù)使用受散射效應(yīng)的影響，空間分辨力不佳，影像質(zhì)量不如膠片時(shí)間分辨力較差，難以顯示動(dòng)態(tài)圖像成像過(guò)程繁瑣，未改變工作流，工作效率沒(méi)有提高設(shè)備昂貴，運(yùn)行成本較高DR的種類 根據(jù)X線影像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)的過(guò)程不同，可分為IDR（間接放射成像）和DDR（直接放射成像）間接放射成像（IDR） X線影像先轉(zhuǎn)換為可見光影像，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換等器件轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像 直接放射成像（DDR） X線影像直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，無(wú)中間環(huán)節(jié) 一、IDR的結(jié)構(gòu)和工作原理1、IDR的基本結(jié)構(gòu)：圖像監(jiān)視器影像接收器數(shù)據(jù)采集器圖像處理器存儲(chǔ)器X線機(jī)系統(tǒng)控制器區(qū)

53、分IDR類型的技術(shù)點(diǎn)圖像數(shù)字化獲取診斷信息整機(jī)協(xié)調(diào)2、IDR的成像鏈： X線可見光電信號(hào)數(shù)字影像3、IDR的特點(diǎn)轉(zhuǎn)換器件不同，種類很多X線能量首先轉(zhuǎn)換為光能，光能再由 TFD （thin-film diode，薄膜光電二極管）、TFT（thin-film transistor，薄膜晶體管)、CCD（charge coupled device，固體攝像元件）等平面?zhèn)鞲衅鬓D(zhuǎn)換成電信號(hào)圖象質(zhì)量比CR有較大的改善 但這種轉(zhuǎn)換機(jī)制由于存在光線散射過(guò)程，必然導(dǎo)致圖像分辨力的降低4、各種類型的IDR（1） I.I-TV成像方式I.I光學(xué)系統(tǒng)電視攝像機(jī)A/D透射X線數(shù)字影像（2）膠片數(shù)字掃描方式X線膠片數(shù)字掃

54、描儀圖象工作站高清晰度監(jiān)視器圖象處理系統(tǒng)軟件（3） Scintillator + Lens + CCD （閃爍晶體+光學(xué)鏡頭+CCD）（4） Scintillator + Optic Fiber + CCD （閃爍晶體+光導(dǎo)纖維+CCD）分塊式CsI熒光屏光纖鏡頭集光性好CCD實(shí)現(xiàn)信號(hào)幀轉(zhuǎn)移讀取，圖像像素小國(guó)內(nèi)有廠家生產(chǎn)（5）Scintillator + Amorphous Silicon + TFT （閃爍晶體+a-Si + TFT）a-Si適度擴(kuò)散，形成高集成的薄膜光電二極管TFD作為光電轉(zhuǎn)換器件；薄膜晶體管TFT作為開關(guān)元件轉(zhuǎn)換效率最高，像素尺寸最小，圖像質(zhì)量最好代表IDR產(chǎn)品市場(chǎng)主流二

55、、DDR的結(jié)構(gòu)和工作原理 直接利用探測(cè)器將X線影像轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)再進(jìn)行數(shù)字化1、DDR的組成 電子暗盒（Electronic cassette）即X線探測(cè)器，主要是平板探測(cè)器FPD掃描控制器（Array controller） 主要由計(jì)算機(jī)控制的矩陣掃描電路、恢復(fù)電路及掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置組成系統(tǒng)控制器（System controller） 即計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)，包括操作程序、圖像處理程序、圖像存儲(chǔ)、打印、網(wǎng)絡(luò)管理等鍵盤（Keyboard）影像監(jiān)視器（Image review monitor）DDR系統(tǒng)主要部件示意圖 DDR的成像鏈： X線電信號(hào)數(shù)字影像（1）氣體電離室探測(cè)器 由許多單元組成陣列，每

56、個(gè)單元構(gòu)成一個(gè)像素，大小約為0.5mm0.5mm。 探測(cè)器極板間充以惰性氣體，X線照射下，氣體電離，電離電荷在極間電場(chǎng)作用下定向漂移。在外電路獲得正比于X線強(qiáng)度的輸出信號(hào) X線強(qiáng)度電離電荷輸出電信號(hào)2、DDR使用的X線探測(cè)器（2）非晶態(tài)硒（a-Se）型平板探測(cè)器 由集電矩陣、硒層、電介質(zhì)、頂層電極和保護(hù)層等構(gòu)成 集電矩陣由按陣元方式排列的高集成度薄膜晶體管（thin-film transistor，TFT）組成 非晶態(tài)硒層涂覆在集電矩陣上，它對(duì)X線敏感，具有很高的分辨率 每個(gè)TFT對(duì)應(yīng)一個(gè)像素，像素尺寸為139139m，在1417的整屏范圍內(nèi)就有25603072個(gè)像素，成像細(xì)膩非晶硒型FPD的

57、特點(diǎn)依賴型平板：依賴偏壓電場(chǎng)、依賴硒層厚度原子序數(shù)較低，導(dǎo)致其X線吸收率較低目前偏壓電場(chǎng)一般為2.5kV，其DQE最高為42；若要得到足夠的有效光電子，可能需要10萬(wàn)伏（即100kV）的偏壓電場(chǎng)，臨床上不可行。目前所用硒層一般厚度為500m；若要得到足夠的有效光電子，可能需要56cm的厚硒層，而厚硒層成像時(shí)間太慢，不可能進(jìn)行任何臨床應(yīng)用研究。（以目前500m的層厚，硒層成像尚需數(shù)秒甚至2030秒，如加厚的硒層成像則可能需要34分鐘）X線光子通過(guò)電子轉(zhuǎn)換成數(shù)字化圖像攜帶診斷信息的X線光子入射硒層，產(chǎn)生正比于X線能量的正負(fù)電荷對(duì)，偏壓電場(chǎng)使電荷對(duì)分離，正負(fù)電荷定向移動(dòng)，正電荷存儲(chǔ)于薄膜晶體管電容，

58、掃描電路讀取存儲(chǔ)電荷并轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信號(hào)讀出信號(hào)讀出后，掃描電路自動(dòng)清除硒層存儲(chǔ)電荷數(shù)字信號(hào)硒層電荷入射X線3、DDR的基本工作原理 （3）非晶態(tài)硅（a-Si）型平板探測(cè)器 外形類似膠片暗盒，為半導(dǎo)體探測(cè)器 基本結(jié)構(gòu)：將摻鉈的碘化銫閃爍晶體覆蓋在光電二極管（TFD）矩陣上；光電二極管由薄膜非晶態(tài)氫化硅擴(kuò)散而成，每個(gè)光電二極管就是一個(gè)像素 基本原理：X線入射到閃爍晶體被轉(zhuǎn)換為可見光；再由a-Si擴(kuò)散形成的光電二極管矩陣轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；產(chǎn)生電荷存儲(chǔ)在光電二極管自身電容上，每個(gè)像素的存儲(chǔ)電荷量與入射X線量成正比；存儲(chǔ)電荷由集電矩陣TFT讀出形成數(shù)字信號(hào)從成像本質(zhì)上分析：CsI/a-Si型FPD應(yīng)為間接成

59、像IDR，成像速度快（ms級(jí)），圖像質(zhì)量較好（存在光散射降低分辨率），又稱為間接FPDa-Se型FPD為直接成像DDR，圖像質(zhì)量好，但其成像速度慢（s級(jí)），又稱為直接FPD對(duì)于臨床診斷而言，成像速度比成像質(zhì)量重要，故目前臨床應(yīng)用的FPD以CsI/a-Si型為主，但隨著a-Se成像速度的提高， a-Se型FPD市場(chǎng)占有份額勢(shì)必增加第六章 輔助裝置一、自動(dòng)曝光控制系統(tǒng) X線照射時(shí)，以達(dá)到膠片上所需的感光劑量（即膠片密度）來(lái)決定曝光時(shí)間的曝光控制系統(tǒng)。 以膠片感光效果來(lái)控制曝光時(shí)間 間接限時(shí)（mAs限時(shí)器） a、光電管自動(dòng)曝光控制系統(tǒng) 以光電效應(yīng)為基礎(chǔ) b、電離室自動(dòng)曝光控制系統(tǒng) 以電離效應(yīng)為基礎(chǔ)共

60、同特點(diǎn)/工作步驟采用對(duì)X線敏感的檢測(cè)器把X線劑量轉(zhuǎn)換成正比于劑量率的直流電壓（電流）再對(duì)時(shí)間積分后就得到正比于所受劑量（照射量）的電壓將積分電壓與正比于膠片感光密度的設(shè)定電壓比較，由門限檢測(cè)器給出劑量到達(dá)設(shè)定值的曝光終止信號(hào)以切斷高壓。二、光電管自動(dòng)曝光控時(shí)原理1、光電倍增管 將可見光亮度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)，并放大。（1）結(jié)構(gòu)不透明銻-銫光電陰極陰、陽(yáng)極之間接入多級(jí)二次發(fā)射電極（打拿極，Dynode ）高真空玻璃管陰極附近有可見光輸入窗口倍增電子流經(jīng)收集極/陽(yáng)極輸出，增益達(dá)數(shù)萬(wàn)倍（2）輸出的信號(hào) 輸出電壓幅度正比于輸入可見光的光子能量與數(shù)量（光強(qiáng)），可作光強(qiáng)探測(cè)元件。（3）供電要求 穩(wěn)定直流，