影像增强器原理与维修专题Word文档下载推荐.docx

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故障消失

3.电视图像有闪烁现象。

故障排除方法:

排除x线机和电视的问题后，此现象也可由增强管高压打火所致，调HV电压为1.98V,MV电压为1.49V。

故障消失。

4.图像淡薄。

故障排除方法

（1）高、中压低于正常值，调HV电压为1.98V,MV电压为1.49V;

（2）增强管老化，更换。

5.图像模糊。

故障排除方法

（1）排除x线机和光学系统问题后，需逐一测量增强器的各测量点的电压，达到规定要求，模糊一般可消失。

（2）输出屏灰尘多也可造成模糊，用擦镜纸把镜头擦净，故障消失。

（3）排除以上两点后，图像仍模糊不清，肯定是增强管老化，真空不良造成，此时需更换增强管。

第十章 

医用X线电视系统

第一节 

概 

述

医用影像增强X线电视系统简称为X线电视系统或X线电视。

它是将电视技术应用于医学领域的结果。

X-TV是20世纪50年代出现了X线影像增强器（imageintensifier，I.I）后的产物。

X-TV将X线透视影像通过影像增强、电视摄像和放大处理后，在X-TV监视器上显示。

图像直观、明了。

X-TV的出现，使X线透视发生了由暗室透视变为明室透视的根本转变。

X-TV具有下列优点：

①X-TV透视和荧光屏透视相比，医生和病人的受照剂量可以大大减少。

②明室透视，将医生和病人从暗室中解放了出来，使一些需在X-TV透视监视下的手术得以实施。

③X-TV透视比荧光屏透视图像清晰、层次好。

荧光屏透视看不清的病灶，在X-TV监视器上可清楚地显示出来，有利于病变的早期发现。

④X-TV图像可以远距离传送，有利于教学和会诊。

X-TV图像可以录像，便于资料的保存。

⑤通过X-TV获得的视频信号经过A/D转换、计算机图像处理后，可获得数字图像。

20世纪80年代以来，我国医疗器械行业发展迅速，X-TV的普及很快。

目前，荧光屏透视基本上已在各级医院被X-TV透视所代替（荧光屏被X-TV替代）。

X-TV的广泛应用，为医学诊断技术的进步作出了重要贡献。

掌握X-TV技术，对从事医学影像设备安装、使用、保养、维修的技术人员是十分必要的。

一、构成

X-TV由I.I和X线闭路电视两部分构成。

X-TV只是X线机的一个成像部件，其工作受X线机的控制。

X-TV透视式X线机的构成如图10-1所示。

1．I.I 

它是将X线影像转换为荧光影像的器件，主要由X线影像增强管（简称为增强管），输出屏物镜和小高压电源等构成。

2．摄像机头 

摄像机头简称为摄像头，是将荧光影像转换为视频电信号的装置，由光学镜头、电视摄像管和摄像电路等构成。

3．电视控制器 

它对电视图像信号进行控制、处理。

它由视频信号处理、同步机、电源等构成。

4．监视器 

它是影像显示器件。

其主要作用是进行电光变换。

其实质是电视信号接收机，它由显像管、视频放大器、偏转电路等构成。

5．自动亮度控制装置 

它是使监视器图像亮度稳定的自动控制装置。

通过它可调整X线的质或量，以保证对病人不同部位透视时，监视器图像亮度稳定、最佳。

图10-1 

X-TV透视式X线机的构成方框图

二、基本工作原理

穿过病人的透射X线（X线图像）照射到I.I的输入屏上，获得亮度较弱的荧光影像，再经I.I增强后在输出屏上获得一个尺寸缩小的、亮度比输入屏上的亮度强数千倍，乃至上万倍的荧光影像。

输出屏上的荧光影像经光学系统传输和校正后，被摄像管摄取，从摄像管输出的视频电流信号经预放器放大、控制器进行图像信号控制、处理和放大后获得全电视信号，输送到监视器，在监视器荧光屏上显示X线透视图像。

图10-2为X-TV的基本工作原理示意图。

图10-2 

X-TV的基本工作原理示意图

X-TV工作中，存在下列几个转换过程和传输过程：

1．用I.I实现X线图像与可见光影像的转换 

转换效率的高低由转换因子Gx决定，Gx越大表示输出同样亮度的光像时输入X线的照射量就越小，转换效率越高。

2．光学系统 

其作用是将I.I输出屏上的荧光图像经光路传输传到摄像管。

光学系统的好坏由传输效率决定。

传输效率与光路传输距离有关，距离越短，效率越高。

由于光在传输的过程中总有一定的损失。

所以，传输效率总是小于1。

3．用摄像管进行光电转换 

将传输到摄像管输入屏上的荧光影像转换成电信号Is。

光电转换的效率取决于摄像管的灵敏度。

摄像管输出电流信号达到一定值所需的靶面照度越小，灵敏度就越高，光电转换效率也越高。

（尹今扬）

第二节 

影像增强器

一、结构与工作原理

I.I是X-TV的重要构成部分，它的好坏对X-TV的性能起决定性作用。

I.I质量低劣，闭路电视质量再好，也很难获得临床诊断满意的图像。

I.I由增强管、壳体和电源三部分构成。

如图10-3所示。

图10-3 

I.I的结构示意图

1．结构 

X线穿过病人后，由于病人各组织的密度不同，对X线的吸收程度亦不一样，因而形成一个强度受密度调制的X线图像。

增强管的输入屏能将X线图像转换成荧光影像，经增强管进行影像增强后，在增强管的输出屏上获得亮度大大增强的荧光影像。

故增强管亦称为X线影像增强管。

其结构如图10-4所示。

它主要由输入窗、闪烁体、光电阴极、电极、输出荧光屏、输出窗、管壳等构成。

图10-4 

增强管的结构示意图

（1）输入窗：

它是X线的入射窗口，由球面（或双曲面）状玻璃或对X线吸收较小的薄金属板等构成。

（2）闪烁体：

它是X线换能器，可将X线图像转换成荧光影像。

近代都采用碘化铯作为闪烁体，它能将X线转换成兰光，兰光强度与入射的X线强度成正比。

（3）光电阴极：

它是一层极薄的光电发射膜。

光电阴极受光照射时逸出光电子。

光电子密度与入射的兰光强度成正比。

（4）电极：

管内一些特制的金属零件称为电极，最接近输出端的为阳极，中间的电极为栅极，最接近输入端为光电阴极。

在阳极和光电阴极之间加直流正高压，对光电阴极逸出的光电子起定向加速作用。

在栅极上加一定的直流电位，对阴极发射的电子束起聚焦作用。

（5）输出荧光屏：

它是在玻璃基板上涂敷一层PtO荧光粉，其上敷有一层铝膜，高速电子可以通过铝膜到达荧光粉层。

此时电子能量将转换成可见荧光，铝膜的作用是防止光的反向传播以及给电子提供电气通路。

（6）输出窗：

它由玻璃或光纤面板制成，是输出荧光屏上的荧光影像输出窗口，摄像头可摄取此窗口荧光影像。

（7）管壳：

它由输入窗、管身（金属或玻璃），输出窗等构成。

它是一个大型的真空器件。

其管内真空度在10-8～10-9托以上。

只有高真空下，由光电阴极发射的光电子在到达输出屏时才不会与任何气体分子发生碰撞，管子才能正常工作。

2．工作原理 

如图10-5所示，其工作原理为：

X线图像输入到输入屏，使光电阴极激发出光电子，在阳极和阴极之间的高压加速以及栅极聚焦电位的聚焦下，光电子轰击到输出屏上，因此在输出屏上可获得缩小了几十分之一的，亮度比普通荧光屏强数千倍乃至上万倍的荧光影像。

增强管的有效视野一般为15～35cm（6″～14″），最常用的是23cm（9″）。

有些增强管的视野是可变的，如28cm/18cm（11″/7″），25cm/15cm（10″/6″），23cm/13cm（9″/5″）的可变视野增强管。

图10-5 

I.I的工作原理示意图

二、增强管的主要技术参数

增强管是X线I.I的核心部件。

衡量增强管质量优劣的主要参数如下：

1．转换系数 

它是衡量X线增强管转变效率高低的一个物理量。

它的定义为输出屏亮度和输入屏接受的X线剂量率之比。

GX=

式中：

B为增强管输出荧光屏的亮度（cd/m2），R为增强管入射面处的X线剂量率（mR/s），GX是转换系数。

GX越高，达到摄像亮度所需的X线剂量率就越低。

各增强管的GX值不同。

GX高的增强管，输出同样亮度的荧光影像，所需要输入的X线强度小。

GX高的增强管对X线的灵敏度高。

反之，GX低的增强管对X线的灵敏度低。

2．分辨力 

它是衡量增强管分解影像细节能力的物理量。

以每厘米能区分的线对数来表示分辨力的大小，单位为Lp/cm。

分辨力的测量可用专门的线对卡。

每厘米可分辨的线对数越多，分辨力就越高，输出的影像就越清楚。

3．对比度 

它是体现增强管输出影像反差强弱的物理量。

通常情况下，对比度越高，增强管输出图像所包含的层次就越多。

C=

A是图像中最亮点的Lx数；

B是图像中最暗点的Lx数；

比值C就是对比度。

增强管是价格昂贵的电真空器件，使用中必须注意以下几点：

①在不作透视时，工作状态的增强管应避免接受较强的X线辐射，否则会缩短其使用寿命；

②不允许强X线或强光线从光学系统进入增强管的输出屏，否则会影响输出屏的寿命；

③I.I对磁场很敏感，因为外界磁场会引起图像散焦，清晰度下降，并且使影像产生畸变。

因此增强管应置于外界磁场影响很小的环境中使用，它的周围不应放置磁性物体。

增强管的使用寿命直接与使用时间的长短和接受X线剂量的大小等因素有关。

图10-6为增强管的寿命特性曲线。

增强管寿命的定义是：

转换系数下降到原始初值的70%时，即认为增强管寿终。

图10-6 

增强管的寿命特性曲线

若增强管每天累计曝光3小时，工作剂量率为5mR/min（相当于一般肠胃剂量），则其寿命为

70%对应剂量寿命=

==13.89年

表10-1为部分增强管的主要参数。

表10-1 

部分增强管的主要参数

输入屏尺寸（cm） 

型 

号 

转换系数

（ds/mmR） 

分辨力

（Lp/cm） 

对比度 

厂家

15 

RTH6202C-G1 

80 

56 

15:

1 

日本东芝

23 

RTH9206C-G5 

250 

40 

RTP9204C-P4D 

150 

42（23cm）

50（18cm） 

17:

30 

RTP12301C-G5 

140 

36 

20:

RTP12302C-G5 

36（30cm）

44（23cm）

52（18cm） 

VX1-250 

200 

14:

美国

瓦里安

VX1-400 

23/15、11

VX1-500 

40～50 

VX1-600 

40～53 

30/23、18 

VX1-800 

32～42 

三、壳体与电源

1．壳体 

由光电阴极激发出来的光电子，对电磁场极为敏感。

为防止电磁场对增强管工作的干扰和X线泄漏，需采用金属管壳进行电磁屏蔽并吸收X线。

壳体材料一般由铝材或铁皮加工而成，且壳体内加有铅层和铍膜合金屏蔽层。

为了达到满意的屏蔽效果，铍膜合金屏蔽层成型后，要在氢气中作退火处理。

2．电源 

X线增强管用的电源常称为小高压。

不同型号的增强管，所使用的电源不同。

对于23cm（9″）单视野增强管，该电源输出两组电压：

①-100～-550V的可调聚焦电压；

②+25kV的加速电压。

对小高压的要求：

①输出的高压持续、稳定，纹波系数小，以使增强管输出屏上呈现的荧光影像的亮度稳定、噪声小。

②聚焦电压稳定，且可调，以使增强管有良好的聚焦效果，并可根据不同的增强管，适当调整聚焦电压值。

常用的I.I电源可分为低频电源和高频电源两种。

低频电源的特点是电路简单，所用元器件较少，但体积较大，变压器绕制困难。

而高频电源的体积较小，但电路较复杂，所用元器件较多。

高频电源输出的高压纹波系数比低频电源输出的高压纹波系数小得多。

（1）低频电源：

如图10-7所示，高压变压器T、高压硅堆D1、高压电容器C1都浸在油箱内。

整流后，输出25kV的高压，用高压电缆线引出。

变压器的低压经D2半波整流和电容器C2滤波后，由电位器R3取出-100～-550V的可调电压供栅极聚焦调整用。

图10-7 

低频电源电路

（2）高频电源：

高频电源实际上是个电源逆变器。

它可分为自激式和它激式两种，如图10-8所示。

+25kV

-550V

（1）自激式高频电源电路构成方框图

外部高频 

+25kV

脉冲信号 

-550V

（2）它激式高频电源电路构成方框图

图10-8 

高频电源电路构成方框图

1）自激式高频电源电路的工作原理：

利用自激振荡产生高频低压交流电，经升压变换后获得25kV的高频高压和550V的高频中压，经整流后获得直流+25kV的高压和直流-550V的中压。

2）它激式高频电源电路的工作原理：

和自激式高频电源的不同之处是由外部高频脉冲信号经激励电路产生高频低压交流电。

升压变换部分原理与自激式类同。

3）常用的I.I电源：

如图10-9所示，它是一个自激式多谐振荡高频电源。

Q1与Q2是振荡管，构成多谐振荡器；

T1是脉冲变压器，供升压变换用；

D4～D8是高压整流二极管；

D3是中压整流二极管。

其工作原理为：

由晶体管Q1、Q2构成自激式多谐振荡器，振荡频率由C1、R3、C2、R4的参数值决定。

脉冲变压器T1进行升压变换，在它的次级端产生高频交流电。

由二极管D3单向半波整流，经C4滤波后，输出-550V的直流电供增强管栅极聚焦用。

T1高压端输出的高频高压交流电经五倍压整流后，产生5倍的峰值电压（+25kV）。

图10-9 

常用的I.I电源

注意：

高频电源的工作频率一般为10～30kHz。

在选用器件和材料时，要注意它们的频率特性。

如选择不当，就可能影响高频电源的质量。

四、多视野影像增强器及其工作原理

除单视野I.I外，还有二视野和三视野I.I。

与单视野增强管相比，多视野增强管内部的电极结构不同。

单视野增强管是由三组电极（光电阴极、栅极、阳极）构成的。

而二视野增强管是由四组电极（光电阴极、栅极1、辅助阳极和阳极）构成的。

三视野增强管又比二视野增强管增加了一组电极（栅极2）。

增强管的电子枪是由增强管内部的各电极构成的。

对各电极安装位置和几何尺寸的要求相当严格。

电子枪的结构使电场形成电子透镜（类似光学凸透镜），对光电阴极受X线图像照射而激发出来的电子图像起聚焦和加速作用，使其在输出屏上形成缩小而有很高动能的电子图像，在输出屏荧光层进行电光变换，变换为荧光影像。

通过调节辅助阳极和栅极上的电位，可改变电子透镜的放大倍率，就可改变输入影像的尺寸（输出屏大小不变）。

通常情况下，通过调节辅助阳极电位，来改变输入影像尺寸的大小；

而通过调整栅极电位，来调节增强管的聚焦状况，也就是调节影像的清晰度。

对于多视野增强管，调节辅助阳极和栅极电位高低，就可进行增强管的视野变换。

多视野增强管的结构如图10-10所示。

图10-10 

多视野增强管的结构示意图

对于二视野增强管，改变光电阴极与栅极之间的电压可以改变聚焦状况，改变辅助阳极的电位可以改变输入视野的大小。

对于三视野增强管，改变栅极2的电位可以改变聚焦状况，改变辅助阳极的电位可以改变输入视野的大小。

图10-11为二视野增强管的供电原理图。

K是视野转换开关，电位器Rl用于调整输入视野的大小，使之达到23cm（9″）。

电位器R2用于调整输入视野为13cm（5″）时的聚焦电压，电位器R1用于调整输入视野为23cm（9″）时的聚焦电压。

图10-11 

二视野增强管的供电原理图

五、光学系统

为了对影像增强管输出屏上形成的荧光影像进行电视摄像、点片照相及电影摄影，在影像增强管输出屏和摄像机之间应安装光学镜头和光分配器。

（一）串列式镜头

物镜对准增强器的输出屏，输出屏的位置在物镜的焦距上。

使增强器的输出荧光影像经物镜后变成平行光束传送。

再用像镜将平行光聚焦成像在摄像机的靶面上。

平行光传送影像的优点：

①平行光成像像差小，能获得高质量的影像；

②可减小光通量的损失；

③在平行光路中可插入反射镜，改变传送方向，并保持平行光传送。

（二）光分配器

它是为扩展X线电视的功能范围而设置的，由半反射镜、全反射镜、旋转电机及可改变的光圈等构成。

为点片照相和电影摄影提供不同的光学通路。

光分配器按照与摄像机的空间方位可分为直形和弯形两种；

按照光学通路可分为单通道、双通道和三通道三种。

1．单通道 

单通道又可分为直线通道式和弯型通道式两种，都只用于安装摄像机。

前者因直线排列长度较长，只能用于床下X线管的X线机。

后者能改变光路方向，减小直线排列的长度，多用于床上X线管的X线机，如图10-12所示。

目前，弯型单通道形式排列的应用较为广泛。

图10-12 

弯型单通道光分配器

2．双通道 

可供两种设备使用，如电视摄像机和点片照相机（或电影摄影机）。

在这种光分配器内有一个与光轴成45°

角的半透膜镜片，透视时镜片退出光路，光线全部传送到电视摄像机镜头。

摄影时，镜片进入光路，它使光通量的90%被反射，传送到点片照相机（或电影摄影机）镜头，10%的光通量透射，按原方向传送至电视摄像机。

摄影光通量的10%即可使摄像机正常工作，使医生观察到摄影瞬间的实际影像，以做到心中有数。

镜片的动作有翻转式和退避式两种。

如图10-13所示。

图10-13 

双通道光分配器

3．三通道 

可供电视摄像机、点片照相机、电影摄影机三种装置使用。

但同一时间，只能供电视摄像机、点片照相机或电视摄像机、电影摄影机两种装置使用。

它在光路中加有可转动的棱镜，根据需要把光束送到指定方向。

它具有半透膜特性，可在摄影过程中观察到曝光瞬间的实况。

除了上述增强器外，还有一种平板型增强器。

它是一种平板电子管，内部有输入屏、中间电极和输出屏。

输入屏是将碘化铯沉积在铝基板上，其厚度约为100～300μm，外加一层透明的隔离膜，然后是锑铯光电材料层。

输出屏由荧光层和铅玻璃构成。

也要有外加加速电压才能工作。

平板型增强器的特点是输入屏与输出屏的有效面积相等，可直接观察影像，几何畸变小，能降低透视剂量，但只能进行近台操作。

由于不能实现遥控操作，目前应用很少。

第三节 

电视基础

一、摄像与显像基础

（一）人眼的视觉特性

光是一种电磁波，光谱范围很广。

人眼睛能看到的光称为可见光。

在可见光范围内，不同波长的光所呈现的颜色各不相同，随着波长的缩短，呈现的颜色依次为红、橙、黄、绿、青、蓝，紫。

只含单一波长的光称为单色光；

含有两种或两种以上波长的光称为复合光。

1．相对视敏函数 

光对人眼的刺激，通过视觉系统使人产生光感。

实验表明，在正常光照下，人眼对波长555m&

micro;

m的光具有最大的视敏度。

人眼不能直接看见波长超过700m&

m的红外线和波长短于380m&

m的紫外线，人眼对不同波长的光视敏度是不同的。

相对视敏度与波长的函数称为相对视敏函数。

如图10-14所示。

此曲线表明，如果光的照度相同而波长不同，则人眼的亮度感觉将按曲线规律变化。

黑暗环境与正常光照下的相对视敏函数曲线是有区别的。

图10-14 

相对视敏函数曲线

2．视觉范围 

视觉范围是指人眼所能感觉的亮度范围，这个范围很宽，约为百分之几尼特到几百万尼特。

人眼并不能同时感觉如此宽的范围