醫(yī)用X射線機(jī)系統(tǒng)復(fù)習(xí)總結(jié)2012.12朱秀委，668282xiuwei_zhu@126.com/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)用第二章X射線及其成像基本原理第一節(jié)X射線的本質(zhì)第二節(jié)X射線的效應(yīng)第三節(jié)X射線與物質(zhì)的相互作用第四節(jié)X射線的產(chǎn)生第五節(jié)X射線成像的過(guò)程及其影響因素波粒二象性干涉，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⑴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.⑵ν高的光子容易表現(xiàn)出粒子性；ν低的光子容易表現(xiàn)出波動(dòng)性.⑶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.⑷由光子的能量E=hν，光子的動(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ν和波長(zhǎng)λ.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：0.01~100埃。醫(yī)用X射線波段為：0.01~1埃，其中診斷為0.1~1埃，治療為0.01~0.1埃。物理效應(yīng)穿透作用：X射線穿過(guò)物體時(shí)不被吸收的本領(lǐng)影響因素： X射線能量；物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)和原子性質(zhì)因此：光子能量越大，X射線波長(zhǎng)越短，穿透率越強(qiáng);物質(zhì)原子序數(shù)高、密度大，吸收多，則穿透弱

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(jiàn)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(jiàn)光類似化學(xué)效應(yīng)感光作用:X射線照射使得目標(biāo)物質(zhì)感光其實(shí)還是利用電離作用，使鹵化銀發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，沉淀出銀顆粒。用于X射線攝影和工業(yè)探傷等著色作用:脫水作用生物效應(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。第三節(jié)X射線與物質(zhì)的相互作用與原子中的電子、原子核、帶電粒子的電場(chǎng)以及原子核的介子場(chǎng)發(fā)生相互作用。與大小近似于其波長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生作用

低能X射線整個(gè)原子作用中能量X射線電子云作用高能X射線原子核作用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

hυ＝W+E→

hυ≥W

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hυ

b、原子序數(shù)Z

c、軌道電子結(jié)合能Whυ≥W時(shí)，產(chǎn)生光電效應(yīng)在能發(fā)生光電效應(yīng)的前提下（hυ≥W）：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τ光∝1/（hυ）33、發(fā)生幾率正比于電子的結(jié)合能τ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)生光電效應(yīng)（3）低能X線：τ光∝Z4

高能X線、高Z：τ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）33.2keVBa（56）37.4keV

診斷X線：20~100keV（五）光電效應(yīng)對(duì)照片質(zhì)量的影響有利于提高照片質(zhì)量（1）能量全轉(zhuǎn)化、全吸收，無(wú)散射線，減少照片灰霧（2）τ光∝Zn，指數(shù)級(jí)正比例關(guān)系，增強(qiáng)天然組織間對(duì)比全部吸收，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：

hυ＞＞W(wǎng)☆光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)的比較1、作用對(duì)象不同：內(nèi)層電子/外層電子2、作用條件不同：稍大于W/遠(yuǎn)大于W3、對(duì)光子能量的吸收程度不同：全部吸收/少量吸收4、能量分配不同：特征X線/散射X線5、對(duì)照片質(zhì)量的影響不同：增強(qiáng)對(duì)比/降低對(duì)比6、對(duì)被檢者的危害程度不同：危害大/危害小電子對(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)

1.02MeV～1020keV診斷X線管電壓：30～150kV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hυ與三種基本作用的關(guān)系光子能量范圍0.01MeV—100MeV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：對(duì)應(yīng)一定hυ，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0.8~4MeV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20~100keV，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/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：I∝1/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hυ

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；低端能量下降A(chǔ)＜B＜C＜D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①被轟擊區(qū)域應(yīng)用熔點(diǎn)高的物質(zhì)——鎢來(lái)作；②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③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①改變管電流②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：mA·s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(jiàn)、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)Ｘ射線譜(continuousX-raySpectrum)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)Ｘ射線譜。（2）管電壓增大，短波極限λmin向短波方向移動(dòng)。強(qiáng)度為零的波長(zhǎng)稱為短波極限λmin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)＝KiZV2k＝1.1～１.４x10－9i－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)Ｘ射線譜(continuousX-raySpectrum)有：因：2.標(biāo)識(shí)X射線譜(characteristicX-raySpectrum)①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):②譜線λ決定于靶材料，與管電壓無(wú)關(guān)。0.02nm③醫(yī)用診斷X線中，僅K系標(biāo)示線有用。④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。基礎(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: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---50KV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(kāi)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——ImageIntensifier簡(jiǎn)寫(xiě)：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)千至萬(wàn)倍）可見(jiàn)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(jiàn)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，輸出屏熒光粉將電子影像轉(zhuǎn)換成亮度增強(qiáng)的可見(jiàn)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（50Hz）中頻（400Hz-20kHz）高頻（>20kHz）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；

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、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)×sinQb、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%vs45%)（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）、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)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kWU：管電壓有效值

kVI：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)）之比為常數(shù)

即：U1/U2=N1/N2=KK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（400Hz~30kHz）

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)ε為100%50Hz工頻供電，三相六波整流時(shí)ε為13.4%50Hz工頻供電，三相十二波整流時(shí)ε為3.4%50kHz高頻供電時(shí)，ε＜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)ε）射線控制精度（曝光參量kV、mA、s）X線機(jī)體積重量中頻機(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1～12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≤0.02≤0.05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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)元件的動(dòng)作并結(jié)合變壓器的電磁感應(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(kāi)K斷開(kāi)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(jiàn)的X線轉(zhuǎn)換成亮度很高的可見(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)光圖像，圖像亮度提高近萬(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(jiàn)光；亮度提升攝像機(jī)

可見(jiàn)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:ImageIntensifier1、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(jiàn)光影像可見(jiàn)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(jiàn)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×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）：chargecoupleddevice

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-mentarymetal-oxidesemiconductor（3）電荷注入型（CID）（4）電荷引動(dòng)型（CPD）（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(huà)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Ф3高電平時(shí)，VФ3＞VФ0G，電荷不移動(dòng)，儲(chǔ)存于Ф3勢(shì)阱下ФR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aФR轉(zhuǎn)為低電平，T1截止，其漏電流壓降使T2輸入電壓略降，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Ф3轉(zhuǎn)為低電平，VФ3＜VФ0G，e從Ф3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d＝b－c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

ComputedRadiography，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（imageplate，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（ImagePlate，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(shù)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)攝影暗盒在任何X線機(jī)上曝光成像無(wú)暗盒型IPIP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（photostimulatedluminescence，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，PSL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(kāi)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0.8μs，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：Eu＋＋X＝Cl、Br、I）

PSL發(fā)射光譜波長(zhǎng)390~400nm

激發(fā)光譜（激起光）波長(zhǎng)600nm

發(fā)光時(shí)間0.8μs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0.3μs

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(jiàn)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（信號(hào)采集）→激起光照射IP→PSL發(fā)光（信號(hào)讀?。鶳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∝?cái)?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)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/mm－－8bit/像素6.7像素/mm－－7bit/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(jiàn)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)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(jiàn)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-filmdiode，薄膜光電二極管）、TFT（thin-filmtransistor，薄膜晶體管)、CCD（chargecoupleddevice，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+OpticFiber+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+AmorphousSilicon+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(kāi)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、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（Electroniccassette）即X線探測(cè)器，主要是平板探測(cè)器FPD掃描控制器（Arraycontroller）

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（Systemcontroller）

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（Imagereviewmonitor）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，每個(gè)單元構(gòu)成一個(gè)像素，大小約為0.5mm×0.5mm。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-filmtransistor，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139×139μm，在14×17的整屏范圍內(nèi)就有2560×3072個(gè)像素，成像細(xì)膩非晶硒型FPD的特點(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500μm；若要得到足夠的有效光電子，可能需要5～6cm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500μm的層厚，硒層成像尚需數(shù)秒甚至20～30秒，如加厚的硒層成像則可能需要3~4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，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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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，電壓約1200V兩極之間多級(jí)電阻分壓，保證各打拿極電位差。

光電倍增管工作原理圖2、光電倍增管自動(dòng)劑量控制影像增強(qiáng)器輸出可見(jiàn)光，經(jīng)分光采樣后送入光電倍增管放大，轉(zhuǎn)為電壓控制信號(hào)輸出電壓∝光強(qiáng)∝劑量率，對(duì)時(shí)間積分后，電壓∝劑量電壓達(dá)到預(yù)定值時(shí)，表示X線劑量已合要求，即行切斷高壓光電轉(zhuǎn)換→放大→積分→比較→自動(dòng)劑量控制三、電離室自動(dòng)曝光控制原理

利用X線對(duì)氣體的電離效應(yīng)

電離電流∝x線強(qiáng)度∝膠片密度

穿透人體的X線使電離室產(chǎn)生電離電流并輸入控制系統(tǒng)，當(dāng)膠片達(dá)到理想密度時(shí)，通過(guò)電離電流驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件自動(dòng)切斷曝光。

→電離室自動(dòng)曝光控制1、電離室

（1）結(jié)構(gòu)：兩塊中間為氣體的金屬板平行電極。兩極板間加直流高壓。（2）原理：X線照射時(shí)，氣體被X線電離，正負(fù)離子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，形成電離電流。（3）電離電流大小∝X線輻射量2、電離