X線電視及影像增強(qiáng)器

X線電視及影像增強(qiáng)器第1頁/共48頁第2頁/共48頁第3頁/共48頁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(yīng)用最早、也是比較完善的設(shè)備，是20世紀(jì)50年代X線影像增強(qiáng)器誕生后的產(chǎn)物。

◆它利用影像增強(qiáng)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(jī)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)。第4頁/共48頁與熒光屏透視相比，X-TV具有下列優(yōu)點(diǎn)：

1.影像亮度高，可實(shí)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小（X線劑量可減少7～10倍），但并不影響診斷，同時(shí)延長了X線管的壽命；

3.便于實(shí)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(yuǎn)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。第5頁/共48頁X-TV系統(tǒng)構(gòu)成第6頁/共48頁電視系統(tǒng)是由影像增強(qiáng)器、攝像機(jī)、電視中心控制器、監(jiān)視器、自動(dòng)亮度控制裝置等部分直接用導(dǎo)線連接，故稱“閉路電視”又稱X線電視系統(tǒng)。

第7頁/共48頁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(qiáng)的器件；②攝像機(jī)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(jìn)行控制和處理的裝置；④監(jiān)視器進(jìn)行電光轉(zhuǎn)化和影像顯示的器件；⑤自動(dòng)亮度控制裝置保證監(jiān)視器亮度穩(wěn)定的自動(dòng)控制裝置，當(dāng)調(diào)整X線的亮和質(zhì)、對病人不同部位進(jìn)行透視時(shí)，監(jiān)視器的亮度始終處于穩(wěn)定和最佳狀態(tài)。第8頁/共48頁工作原理①穿過病人的透射X線（X線影像）照射到影像增強(qiáng)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(qiáng)器后在輸出屏上獲得一個(gè)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。第9頁/共48頁X-TV工作中，幾個(gè)轉(zhuǎn)換過程用影像增強(qiáng)器實(shí)現(xiàn)X線影像與熒光影像的轉(zhuǎn)換；攝像管進(jìn)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(jìn)行電光轉(zhuǎn)換，將電信號轉(zhuǎn)換為熒光影像。第10頁/共48頁1.影像增強(qiáng)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(jī)進(jìn)行電視攝像第11頁/共48頁影像增強(qiáng)器

當(dāng)進(jìn)行胸部透視時(shí)，用60-90KV、2-2.5mA條件，熒光屏的影像亮度為0.003cd/㎡（cd/㎡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(gè)范圍內(nèi)視網(wǎng)膜上的錐狀細(xì)胞（又稱亮覺細(xì)胞）工作，此時(shí)人眼對影像的分辨力可達(dá)0.025mm直徑細(xì)節(jié)。

第12頁/共48頁當(dāng)影像亮度低于0.8cd/㎡時(shí)，錐狀細(xì)胞便喪失機(jī)能，由桿狀細(xì)胞（又稱暗覺細(xì)胞）開始工作。由錐狀細(xì)胞過度到桿狀細(xì)胞工作時(shí)，需15-20分鐘的轉(zhuǎn)化時(shí)間。桿狀體必須要有這個(gè)時(shí)間桿狀體必須要有這個(gè)時(shí)間適應(yīng)，此稱為“暗適應(yīng)”。而桿狀體在0.003cd／㎡的亮度下，最佳分辨力只能達(dá)到0.8㎜直徑的細(xì)節(jié)。

第13頁/共48頁1942年張伯倫氏（W.Chamberlin）在英國放射學(xué)雜志上提出了：應(yīng)當(dāng)拋棄熒光屏透視影像亮度微弱現(xiàn)象，懇切希望利用當(dāng)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(xué)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(qiáng)管的結(jié)構(gòu)報(bào)告，此后不久，第一代影像增強(qiáng)管便問世了。

第14頁/共48頁影像增強(qiáng)器的組成輸入窗：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(shí)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，對電子起聚焦作用第15頁/共48頁輸出熒光屏：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：大型真空器件第16頁/共48頁影像增強(qiáng)管的工作原理

1.影像轉(zhuǎn)換及增強(qiáng)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(qiáng)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(yùn)動(dòng)速度越快，撞擊輸出屏?xí)r的動(dòng)能越大，激發(fā)的光子越多，輸出屏亮度越高。第17頁/共48頁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(qiáng)管的主要用途

提高影像亮度，便于攝像機(jī)攝像。

第18頁/共48頁亮度增益與以下兩個(gè)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

第19頁/共48頁縮小增益

增強(qiáng)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(dǎo)致輸出屏亮度提高，稱為縮小增益。

第20頁/共48頁流量增益

在增強(qiáng)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(shí)，能激發(fā)出多個(gè)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(qiáng)。這種增益稱為流量增益（能量增益）。一般在50-100倍左右。第21頁/共48頁◆X線照射到影像增強(qiáng)器輸入屏上，在輸出屏上

產(chǎn)生影像。當(dāng)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(gè)亮度降低

直至消失的殘留時(shí)間-殘影。

◆殘影是由于熒光物質(zhì)的熒光性質(zhì)造成的。殘影對觀察活動(dòng)器官的移動(dòng)觀察是有害的，對進(jìn)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。

第22頁/共48頁◆增強(qiáng)器常發(fā)生的故障

1.無圖像

◆

增強(qiáng)管破碎

◆

增強(qiáng)管高壓電纜接觸不良

◆

增強(qiáng)器電源發(fā)生故障

2.圖像淡薄

◆增強(qiáng)管老化

◆增強(qiáng)管高壓較低

第23頁/共48頁3.圖像模糊

◆增強(qiáng)管聚焦電壓不合適

◆增強(qiáng)管真空不良

◆輸出屏面灰塵多

4.圖像閃動(dòng)

◆增強(qiáng)管真空不良

◆增強(qiáng)管高壓有干擾第24頁/共48頁5．圖像位移

◆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(qiáng)管性能不良

◆高壓忽高忽低

第25頁/共48頁影像增強(qiáng)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(dāng)?shù)臈l件下，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)。第26頁/共48頁3.影像對比度

在增強(qiáng)管輸入屏中心放置相當(dāng)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。

6：112：115：1或更高

4.X線吸收率

表示輸入屏熒光體層對X線的吸收能力

第27頁/共48頁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(qiáng)管的增強(qiáng)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(qiáng)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。

第28頁/共48頁2.攝像機(jī)

◆作用：

將影像增強(qiáng)器輸出的可見光信號轉(zhuǎn)換成電視信號

◆分類：CCD攝像機(jī)和攝像管式攝像機(jī)。CCD具有體積小、功耗低、圖像清晰、壽命長、成本低等特點(diǎn)，目前CCD攝像機(jī)正逐步取代攝像管式攝像機(jī)。第29頁/共48頁CCD是一種光敏性較好的半導(dǎo)體器件，在光照下能產(chǎn)生與光強(qiáng)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(chǔ)、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(jī)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(jī)和數(shù)碼相機(jī)等。第30頁/共48頁3.電視控制器

◆組成：

由同步機(jī)、圓消隱電路、黑

斑補(bǔ)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(jī)和監(jiān)視器的同步工作。第31頁/共48頁4.監(jiān)視器

一、視覺惰性人眼對亮度變化有一個(gè)逗留時(shí)間，成為視覺惰性時(shí)間，當(dāng)亮度變化周期小于人眼惰性時(shí)間時(shí)，人眼就感覺不到亮度的變化。實(shí)踐證實(shí)，當(dāng)變化頻率高于48.5時(shí)，人眼就無法感覺到亮度的變化。第32頁/共48頁二、圖像的構(gòu)成不同灰度的點(diǎn)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(diǎn)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。第33頁/共48頁三、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)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。第34頁/共48頁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。第35頁/共48頁監(jiān)視器在閉路電視系統(tǒng)中是一個(gè)相對獨(dú)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。第36頁/共48頁（一）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第37頁/共48頁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第38頁/共48頁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(diǎn)，使圖像清晰第39頁/共48頁偏轉(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，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。第40頁/共48頁液晶顯示器液晶顯示器的畫面由大規(guī)模的液晶分子點(diǎn)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第41頁/共48頁LCD顯示器的性能指標(biāo)1）分辨率空間分辨率是指圖像中可辨認(rèn)的臨界物體空間幾何長度的最小極限，即對細(xì)微結(jié)構(gòu)的分辨率2）相應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間是LCD顯示器的一個(gè)重要指標(biāo)，它是指各像素點(diǎn)對輸入訊號反應(yīng)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(yīng)時(shí)間是越小越好，如果響應(yīng)時(shí)間過長，在顯示動(dòng)態(tài)影像(特別是在看看DVD、玩游戲)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的"拖尾"現(xiàn)象。第42頁/共48頁3）可視角度可