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医学影像设备学 黄祥国 第三章 常规X线机 第一节 概述

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医学影像设备学概论

医学影像设备学概论

医学影像设备学 教学课件
第一章 医学影像设备学概论
第一节 医学影像设备的发展简史 第二节 医学影像设备的分类
第一节 医学影像设备的发展简史
一常规X线机 １． 1895年11月8日，德国物理学家伦琴
（Withelm Conrad Roentgen，1845~1923）发现X 线。 ２． 1896年，德国西门子公司研制出世界上第一 只X线管。 ３．20世纪10~20年代，出现了常规X线机。 X线管、高压变压器和相关的仪器、设备以及人工 对比剂的不断开发利用，尤其是体层装置、影像增 强器、连续摄影、快速换片机、高压注射器、电视、 电影和录像记录系统的应用 到20世纪60年代中、末期，已形成了较完整的学科 体系，称为影像设备学。
综上所述，多种类型的医学影像诊断设备 与医学影像治疗设备相结合，共同构成了现 代医学影像设备体系。
纪 ）
10~40 年代
50 年代
（1917 年）
（1951 年）
发射 US
闪烁扫描
成功
（10~20 年代） （1954 年）
X 线机
影像增强器
（1930 年） 增感屏
（1932 年） 电子显微镜 （透射） （1938 年） 旋转阳极 X 线管 （1942 年） A超
近30年来，CT设备的更新速度极快，扫描时 间由最初的几分钟向亚秒级发展，图像快速 重建时间最快的已达0.75s（512×512矩阵）， 空间分辨力也提高到0.1mm。
北京协和医院引进西门子公司 64层螺旋CT
最高分辨 率、 最快扫描、 最低辐射、 最大信息 量 全身血管 及脏器无 创性检查
平板探测器CT设备目前尚在开发阶段，一旦 技术成熟，从机器设计、信息模式、成像速 度、射线剂量到运行成本都会有根本性的改 变，将会引起CT设备的又一次革命。
医学影像设备学第3章 诊断X线机教材

医学影像设备学第3章 诊断X线机教材


（5）可变圆形照射野遮线器：具有类似照相机光圈的虹膜结构，但都是铅质
叶片，能有效吸收不必要的原发射线。
第一节 概述
（三）滤线器 1.滤线栅也称滤线栅板或滤线板，按结构特点分为聚焦栅、 平行栅和交叉栅。 2.聚焦滤线栅结构：外观为一厚4～8mm的平板，其内部结 构为许多薄铅条向焦排列。相邻两铅条间用易被X线穿透的 物质填充定位，并黏合到一起。填充物可以是木、纸或铝片 等。上下再用薄铝板封装而成。
第四节 医用X线电视系统 三、电视基础 （一）摄像与显像基础 （二）扫描原理
第四节 医用X线电视系统 （一）摄像与显像基础 1.人眼的视觉特性 （1）视觉惰性 （2）相对视敏函数 （3）视觉范围
第一节 概述
有暗盒式点片架
第一节 概述
无 暗 盒 式 传 盒 机 构 传 片 示 意 图
第一节 概述
五、摄影X线机
概念
1.摄影X线机：利用X线检测器（胶片、IP板、平板探测器） 检测穿过人体被检部位后的X线，以获得被检部位永久性影像 的设备。摄影X线机具有一般摄影、滤线器摄影、立位摄影、 体层摄影等功能。 2.一般摄影：X线通过受检者后直接到达X线探测器而获得影 像的方法，多用于较薄的部位或诊断要求不高的摄影； 3.滤线器摄影：X线通过受检者后先经过滤线器，将散射线“ 过滤”掉，然后再照射到X线探测器以获得影像的方法。
灯丝逆 变触发 阳极 启动 自动 曝光 自动 亮度
第三节
高频X线机
（二）工作原理
1.电源逆变的过程 2.计算机控制的KV 闭环控制过程 3.计算机控制的MA 闭环控制过程
第三节
高频X线机
二、直流逆变电源
（一）直流电源 小型中频机可直接用蓄电池供电 220V单相交流电源整流后变为直流电源 15kW以下的中频机一般使用220V单相交流电源，经整 流后转换成直流电源。 15kW以上的中频机多采用380V三相交流电源, 经三相桥 式整流、滤波后转换成直流电源。 （二）桥式逆变
医用诊断X线机

医用诊断X线机

应用： 短时间动态摄影，胃肠、 DSA等大型X线机
（三）程控X线机
程控X线机： 采用单片机对KV、mA、S三
参数及工作流程等进行编程控制。
控制台的计 算机化
（三）程控X线机
主要特点
1、开机自检功能； 2、设有故障自诊断程序； 3、条件自动化(APR) ； 4、工作过程由程序控制；
X线球管及高压发生装置与普通X线机无异。
控制台
高压变压器 ：升压、功率大、绝缘 灯丝变压器：降压、绝缘 高压整流器：高压交流-直流
高压电缆、高压插头与插座 高压交换闸*：多球管分时共用
电源电路：自动稳压 灯丝加热电路：空间电荷补偿 高压发生电路：通断、KV测量显示 控制电路：
限时电路 （自动控时） 旋转阳极启动、保护电路 X线管保护电路（容量、过压等） 操作控制（条件选择等）
影像增强器结构
增强管 外壳 电源
亮度增强？
1、影像增强管结构图
输入窗
增强管
阳极—加速电子
荧光层—荧光作用 光电阴极—光电转换
输出屏—荧光粉 管壳—高真空 栅极—聚焦
2、增强管的组成 输入屏
输入窗—对X线吸收小薄金属板
荧光层—吸收率高、荧光效率 高，一般用碘化铯（CsI）
光电阴极—锑化合物
增强管
静电透镜
阳极—加速电子 栅极—聚焦
输出屏 荧光粉薄、颗粒小、黄绿光谱 （硫化锌镉）
管壳及离子泵 保持高真空
3、影像增强器的工作原理
透过人体的X线投射到输入屏的荧光层，X 线的荧光作用使闪烁晶体发出可见荧光，光电 阴极受荧光照射激发逸出电子（光电效应）， 电子多少与X线照射强度成正比因而形成电子 影像，光电子在阳极和聚焦电极电位共同形成 的电子透镜作用下加速、聚焦，然后轰击到输 出屏，输出屏荧光粉将电子影像转换成亮度增 强的可见光影像。
医学影像设备学第章数字X线设备

医学影像设备学第章数字X线设备


第二节 计算机X线摄影设备
四、读取装置 （一）结构 1.暗盒型读取装置：将IP置入常规X线摄影暗盒类似的盒内，它可替代常规摄影暗盒在任何X线机
上使用。 2.无暗盒型读取装置：IP在X线曝光后直接被传送到激光扫描和潜影消除处理，供重复使用。
第二节 计算机X线摄影设备 （二）读取装置原理：
第二节 计算机X线摄影设备
A
计算机 数字图像硬件框图
第四节 数字减影血管造影设备
二、影响图像质量的因素 1．成像方式 （1）脉冲方式：采用间歇X线脉冲来形成掩模像和造影像，每秒摄取数帧影像，脉冲持续时间一 般大于视频信号一帧的时间。由于曝光X线脉冲的脉宽较大（例如100ms左右）它主要用于脑血 管、颈动脉、肝动脉、四肢动脉等活动较缓慢的部位。
荧光体内呈半稳定态，形成潜影，完成X线信息的采集和存储。 ❖ 激光扫描IP板，发生光激发辉尽现象（光致发光现象），发出的荧光强度与第一次激发时X线的能
量成正比，完成光学影像的读出。
第二节 计算机X线摄影设备 （三）特性
1.发射光谱与激发光谱 由IP受激发而释放出的光子波长与光强的关系称为发射光谱。最强波长为390～400nm 。 PSL强度与读取光波波长的关系曲线称为激发
（2）超脉冲方式 以每秒6~30帧的速率进行X线脉冲摄像，然后逐帧高速反复减影，具有频率高、脉宽窄的特 点 ，能以实时视频的速度连续观察X线数字影像或减影像，具有较高的动态清晰度。这种方 式能适应肺动脉、冠动脉、心脏等快速活动的脏器，影像的运动模糊小。
第三节 数字X线摄影设备 2.非晶态硅平板探测器 （1）结构：由基板、非晶硅阵列、碘化铯层等构成
X-ray
CsI
TFT
第三节 数字X线摄影设备
（2）工作原理 非晶硅FPD受X射线照射后，将X线图像转换为荧光图像，再经非晶硅光电二极管构成的矩阵转换成 图像电信号，在计算机读出电路的控制下，依次读出，再经A/D转换后，获得数字图像信号。
医用诊断X线机概述..

医用诊断X线机概述..


无点片架?
（三）数字胃肠X线机
数字胃肠——利用计算机和数字化技术对透视和点 片摄影影像进行数字化处理、存储、显示的数字化 设备。
结构特点： 1、影像采集：X-TV（数字摄像）或平板探测器 2、计算机进行处理控制 3、 X线：一般采用中、高频技术 4、无复杂传片系统
胃肠机的应用 消化道造影检查 泌尿系造影检查 生殖系造影检查 支气管、血管等造影 介入治疗
平板探测器
一、胃肠X线机
（二）点片摄影： 透视检查过程中，对被检部位进行 实时摄影，用以记录有诊断价值的X线影像。
一、胃肠X线机 点片架——点片摄影专用装置 一般与X线管、X-TV系统结合成一体，同时运动。 传片系统 照射野分割系统 点片系统 平衡装置 曝光控制系统
外平衡
内平衡 复合平衡
一、胃肠X线机 使用胶片暗盒 点片架分类 储片盒（无胶片暗盒） 无胶片、无暗盒
4） 50年代以后，影象增强及电视的问世 时期特征： 改变了X射线医学影象的传统显示方式 电视图象取代荧光图象，扩大临床应用范围 X射线机机型结构有重大变化 通用机：200 --- 500 mA 通用胃肠摄影机、 专用机：透视专用机、胃肠专用机、手术C臂、摄 影专用机。
传统放射诊断学体系形成
X射线机的发展史（5）
（三）、专用X线机
牙科X射线机 乳腺X射线机 床边摄影X射线机 手术C臂X射线机 介入X射线机
专用X线机 牙科X线机——拍摄牙片专用 结构特点：功率小、结构简单。
（三）、专用X线机
乳腺摄影X线机：亦称钼靶， 主要用于女性乳腺X线摄影检 查，也可用于非金属异物、血 管瘤、阴囊等软组织摄影。 结构特点： 采用钼靶X线管 KV低、软射线 焦点小
荧光屏
床下X线管
1. 医学影像设备学概论

1. 医学影像设备学概论

PACS的主要组成部分：
图像输入装置； 图像数据库（“海量”存储）； 数据通信网络； 显示工作站
数字图像通信标准格式 DICOM 3.0 数字化医院(e-hospital) 的诞生
3.2 远程放射学系统（Teleradiology system） 是PACS在空间上的延伸
本章完
“最牛逼” 的外科手术系统 ——达芬奇手术机器人
2.2.2 立体定向放射外科学系统
立体定向放射外科（Stereotatic Radiosurgery, SRS）是以立 体定向框架、准直仪及放射源为基础，在CT、MRI、DSA 等影像辅佐下，将高能的放射线汇聚于某一局限性的靶灶组 织，从而达到外科手术切除或毁损的效果，它既不同于常规 外科手术，也不同与常规的放疗与间质放疗，SRS具有创伤 小、无出血，所引起的放射性生物学效应主要局限于靶灶组 织，而周围组织几乎不受损伤等特点。
CT的开发，使医学影像设备与技术进入了以计算机和体层 成像相结合﹑以图像重建为基础的新阶段。之后，相继出 现了磁共振成像设备﹑数字减影血管造影和计算机X射线 摄影﹑超声成像设备﹑放射性核素成像设备。
1.3 现代医学影像设备体系的建立
介入放射学系统 立体定向放射外科学系统
介入放射学设备和立体定向放射外科学设备都是由医 学影像设备给予引导或定位来实施治疗的设备，都属 于医学影像设备的范畴。
但是PET图像的空间分辨率和时间分辨率却远远不如CT。只有将PET 和高分辨率的CT有机的结合在一起成为PET/CT才能真正的为分子影 像服务。所以对临床分子影像而言在特异性显像的基础上对病变精确 定位应当受到重视。目前在临床上PET/CT已经被广泛的应用到肿瘤 诊断、治疗和疗效观察，心脏和神经系统疾病的诊断。
第三章常规X线机 ppt课件

第三章常规X线机 ppt课件


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三、空间电荷补偿器
由于空间电荷的作用，管电流不仅与灯丝加热电流有关， 而且与管电压变化有关。因此，我们通常采用改变灯丝加 热电压的方法来补偿管电压对管电流造成的影响，即在增 加管电压的同时，相应地减小灯丝加热电压，使管电流保 持不变。
对空间电荷补偿有线性补偿和非线性补偿两种方式。下面 主要介绍线性补偿方法：
3.可调曝光时间 使X线管在选定时间内接通和切断，控制 X线的发生时间。
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精品资料
一、电路组成
1.电源电路 为X线机控制台内的自耦变压器输送电能的电 路。其作用是为其它各单元电路提供所需要的各种不同电 压的交流电和直流电。
2.X线管灯丝加热电路 为X线管灯丝输送加热电压的电路 。分为灯丝变压器初级电路(mA调节电路)和次级电路。
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中小功率诊断X线机管电压的调节范围为 30~90KV(调节比为3)；大功率诊断X线机管 电压的调节范围为30~150KV(调节比为5)。
X线机多采用初级绕组N1和次级绕组匝数N2不 变，调节初级电压U1的方法调节管电压。
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（一）.抽头分档式 小型X线机多采用抽头 分档式调节法，采用手动的多接点调节器与 自耦变压器不同输出的抽头相连接，从而得 到不同的高压初级电压。
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抽头分档式 1）透视： 2）摄影：
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滑轮 连续式
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可变输入电压的电源电路
可变输入电压指提供给X线机的电源电压，即可采用220V， 又可采用380V。
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医用放射线设备概论

医用放射线设备概论

上海医疗器械高等专科学校
体积大大缩小、重量减轻 （便携式、移动式Ｘ线机）
变压器初级线圈的匝数和铁 芯截面积的乘积与初级电压和电 源频率之间的关系为：
NS=E/4.44 f B
上海医疗器械高等专科学校
便于智能化
计算机控制可实现 自动化控制技术 智能控制技术
操作控制台
上海医疗器械高等专科学校
影像增强器的输出
若细节比较重要，增强管的输出可接到静 态摄像机上；
对于心脏研究，可接到电影摄像机上。
上海医疗器械高等专科学校
发展趋势
Solid-state图像接收器能直接将X射线图 像转换为电信号
非晶态的硅或硒，具有很好的电性能和 机械性能
使用这种材料的新技术将替代影像增强 管和摄像机
上海医疗器械高等专科学校
上海医疗器械高等专科学校
心脏导管插入术
在X-TV的导航下，导管从腹股沟动脉进入，到达主 动脉，接近心脏，进入冠状动脉；
注入含碘的造影剂，显示血管情况； 气囊血管成形术：导管深入到阻塞处，顶端气球里
装有水与造影剂的混合物，期望拓宽通道； 手术效果不好；
上海医疗器械高等专科学校
连续透视时间不超过５分钟。
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第二节 中、高频Ｘ线机
工频Ｘ线机的缺点： （１）体积重量大； （２）输出波形脉动率高、Ｘ线剂量不稳定、软
Ｘ射线成分较多； （３）曝光参量的准确性和重复性较差。
为解决这些问题，将直流逆变技术引入Ｘ 线机中，使高压发生器的工作电源由工频提高 到中频，甚至高频。
第三节 医用Ｘ线电视系统
X-TV是将TV技术应用于医学领域的结果， 是20世纪50年代X线影像增强器诞生后的产物。 X-TV将X线透视影像通过影像增强、TV摄像和 放大处理后，在X-TV监视器上显示。
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1、电源电路
• • • • • • 电源保险 电源接触器 自耦变压器（滑动调压式、抽头调压式） 电源电压调节器 指示仪表 为X线机控制台内的自耦变压器输送电 能的电路。其作用是为其它各单元电路提 供所需要的各种不同电压的交流电和直流 电。
2、X线管灯丝加热电路
• • • • • • 谐振式磁饱和稳压器 管电流调节电路 空间电荷补偿电路 灯丝变压器 为X线管灯丝输送加热电源的电路。分 为灯丝变压器初级电路(mA调节电路)和次 级电路。
改变X线管灯丝温度，改变管电流，达到控制X线
• 基本组成
基本电路
1.电源电路 2.X线管灯丝加热电路
3.高压发生电路
4.控制电路 5.外围装置电路
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电路组成
电源电路 高压发生电路 X线管
控制电路
灯丝加热电路
外围装置电路
1. 2. 3. 4. 5.
电源电路 X线管灯丝加热电路（初级、次级） 高压发生电路（初级、次级） 控制电路 外围装置电路
• X射线机零钮控制技术
实现方式：全部功能键 控制参数：无、 功能键 开始年代：较早（1960——1970） 使用元器件：电元器件、自动曝光器件 控制精度：较高
• X线机的电路，以实现X线管在透视和摄影过程中 的管电压、管电流和曝光时间三个基本参量的控 制为主要目的，称为三钮制控制阶段。
• 所使用的主要元件为多位多层选择开关、通用继
3、高压发生电路
• • • • 高压变压器 高压整流电路 管电流测量电路 管电压调节、管电压控制、管电压预示与 补偿 将自耦变压器供给的低电压转化为高 电压输送到X线管两极的电路。它包括高压 初级电路和高压次级电路。高压初级电路 外接KV控制器，起到控制管电压的目的。
4、控制电路
• 旋转阳极启动及延时保护电路 • 容量保护电路 • 操作控制电路
第一节 概述
第一节 概述
• 电路组成 • 电路分析
控制方式
三钮制控制主机系统——kV、mA、s 二钮制控制主机系统——kV、mAs
单钮制控制主机系统——kV
零钮制控制主机系统、逻辑程序操作电路
3
• X射线机三钮控制技术
实现方式：分别控制 控制参数：管电压、管电流、曝光时间 开始年代：最早（1920——1930） 使用元器件：开关、继电器、接触器 控制精度：低
控制X线的产生和停止，以及与此相关 的各种电路系统。这是X线机中最复杂的一 部分，除了基本元件和电路外，还有摄影 控制电路、旋转阳极启动保护电路等。
X线管安全保护电路
旋转阳极启动及延时保护电路
（启动电路、延时保护电路）
容量保护电路 （参数连锁式容量保护电路、负荷 率式容量保护、降落负载式容量保 护）
数自动选定，操作进一步简化。
• 目前，为了摄影条件搭配的灵活性需要，三钮制
仍然普遍使用。
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对电路的基本要求
1.光时间
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对电路的基本要求
• 无论是固定阳极X线管还是旋转阳极X线管，都必
须满足下列要求：
• 1.可调管电流 量的目的。 • 2.可调管电压 • 3.可调曝光时间 能给X线管提供很高且可以调节的 使X线管在选定时间内接通和切 管电压，达到控制X线质的目的。 断，控制X线的发生时间。 能给X线管灯丝提供可调加热电压，
• X射线机二钮控制技术
实现方式：管电流与曝光时间合为mAs 控制参数：KV、 mAs 开始年代：最早（1930——1950） 使用元器件：电子管元器件、电器元件 控制精度：较低
• X射线机单钮控制技术
实现方式：增加功能键 控制参数：KV、 功能键 开始年代：最早（1950——1960） 使用元器件：电子管、晶体管、电器元件 控制精度：提高
限时电路
• 限时电路（基本原理）
• 限时保护电路（辉光管限时电路、晶体管 限时电路、集成限时电路）
5、外围装置电路
• • • • • • 电动诊视床电路 管头支持装置电路 I.I X-TV 快速换片机 高压注射器 X线机中各外围装置的相关电路。因外 围装置数量多少和结构差异，差别较大。
电器和接触器。控制精度约为0.02s~0.04s。 • 1950~1960年间随着X线机技术的发展，出现了 二钮制控制主机系统，即在X线摄影前只预选KV 值和X线总辐射量mAs值。
• 20世纪70年代以后出现了单钮控制主机系统，在
摄影操作过程中，只需选定KV值，即可在X线管允
许的最大容量范围内曝光。 • 后来，由于计算机技术在X线机领域的应用以及采 用自动曝光控制系统，又出现了零钮制控制主机 系统，按人体脏器分类，设置部位按钮，曝光参