X光机的数字化发展

第２０卷第３期　Ｖ０１．２０　Ｎｏ．３　池　州　师　专　学　报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｉｚｈｏｕ　Ｔｅａｃｈｅｒｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　２００６年６月　

Ｊａｎ．，２００６　

Ｘ光机的数字化发展　汤会　（池州市第二人民医院，安徽池州２４７０００））　

【摘要】介绍了ｘ光机数字化发展历史，从医学角度阐述了ｘ光机数字化的必要性，从电子学角度分析ｘ光机数字　化发展各阶段的实现方法和性能特点并作出评价。　【关健词】ｘ光机；数字化；发展　【中图分类号】ＴＰ３９　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００８—７７１０（２００６）０３—００３５—０３　

１　Ｘ光机的发展概况　自１８９５年伦琴发现ｘ射线并摄取第一张ｘ光片以　来，ｘ射线在医学领域的应用至今已有１００余年的历史。　其间的发展可大致分为三个阶段。第一阶段约在２０世纪　７０年代以前，ｘ光管球由固定阳极发展为旋转阳极，由中　速发展至高速，靶及灯丝材料的不断改进，使得ｘ光管球　的热容量越来越大，体积越来越小，各项工艺技术极为成　熟。高压发生装置由机械控制模式发展为电子管控制并进　化成晶体管控制。成像为增感屏一胶片模式，同样经历过　慢速、中速、高速的发展过程，透视及摄影剂量变得越来越　小。这一阶段的特点可概括为工频５０／６０　Ｈｚ，增感屏一　胶片。　第二阶段为７Ｏ—９０年代约２０年内。首先是ｘ射线影　像增强器的出现，使得ｘ射线电视系统成为现实。其次是　现代电子计算机技术的发展，使人们对图像可进行存储、　处理，ＤＳＡ技术出现。最后是大功率高频可控硅的出现，使　得高压发生器的工作频率由５０／６０　Ｈｚ发展到１０　ｋＨｚ左　右，随着频率的提高，高压发生器的体积得以大幅减小，实　现了脉冲曝光。这一阶段可概括为ＤＳＡ，高频可控硅。　第三阶段为９０年代至今，这一阶段是Ｘ光机发展最　为迅快的时期。由于大功率高频功率模块的应用，如ＩＧ—　ＢＴ、ＩＰＭ、ＧＴＲ及大功率ＣＭＯＳ模块使得高压发生器的工　作频率达到２０—１００ｋＨｚ，进入无声时代。图像采集方面，　出现ｌ　２４９线高扫电视系统，充气电离室探测器阵列，多丝　正比探测器阵列，半导体光敏探测器阵列，后四种方式抛　弃了传统的增感屏—胶片组合，完成了直接数字摄影。并　且随着计算机的处理速度越来越快及计算机图像处理技　术的成熟，实时处理的ＤＳＡ成为现实。这一时期可概括为　无声的数字化时代。　２　Ｘ光机数字化的必要性　数字信号是当今世界信息传递的通用方式，在不断提　高图像质量、诊疗水平、医疗服务的今天，医院和放射科的　数字化及地域性的网络化已成为今后医疗保健一体化的　发展趋势和重要组成部分。近年来，影像学的数字化发展　相当迅速，包括高场强ＭＲＩ、多层螺旋ＣＴ、数字彩色多普　勒、多功能的ＣＲ、ＤＲ，ＨＩＳ（医院信息管理系统）、ＲＩＳ（放　射科信息管理系统）、ＰＡＣＳ（图像存储与通讯系统）及计　算机辅助诊断等，但目前占影像学检查７０％Ｔ作量的仍是　ｘ线摄影检查，包括胸、腹部的平片检查、骨关节的检查及　各种造影检查等。数字化ｘ线机具有成像速度快，图像质　量清晰，计算机存储等优势，它不仅可以与各式打印机及　网络联接，自动打印图文报告，还可以实现计算机网络会　诊，放射医学无胶片化管理和计算机检索及网络化操作，　可节省大量制片费，减少环境污染，降低劳动强度。因此在　医院和放射科的数字化进程中，实现普通ｘ线摄影的数字　化具有重要作用。　３高压发生器的高频数字化　直流高压的必要性：在Ｘ光管中，电子被加速撞击靶　面。产生轫致辐射，轫致辐射为连续能谱，连续能谱中的低　能部分在穿过人体后大部分被吸收，成像的结果主要取决　于高能部分。只有在纹波极小的直流高压情况下ｘ光管产　生的ｘ射线高能部分的比例最大，其曝光效率最高，空间　及密度分辨率最好。当然最理想状态是像原子外层的电子　跃迁产生的特征ｘ射线一样，ｘ光管能发出单能ｘ射线。　

收稿日期：２００６－０５－１９　作者简介：汤会（１９６９一）．男。安擞池州人，安徽省池州市第二人民医院医生。工程师。主要从事医疗设备维护和研究工作。　

３５　

维普资讯 http://www.cqvip.com 单能ｘ射线穿过同一体厚的物质时，其衰减和散射是一致　的。但连续能谱的ｘ射线，穿过同一体厚的物质时其衰减　和散射是不一样的，空间和密度分辨率就会明显变差。直　流高压正是朝着单能ｘ射线的方向趋近。当然，ｘ射线的　分辨率与ｘ光管球的焦点大小、射线准直通道也有较大关　系。总之，直流高压能使病人的辐射损伤降至最低，对热容　量的要求也最小，而且成像质量达到最好。　高频的必须：要想产生直流高压，只能通过高频高压　变压器经整流滤波后产生。现在常用的高频开关器件为高　频可控硅、ＩＧＢＴ，大功率ＣＭＯＳ管。高频可控硅的最高工作　频率可达２０ｋＨｚ，它不是自关断器件，只能通过外部电路的　振荡产生反向电压来关断，外部电路的振荡往往带来强力　的电磁干扰，但它的电流密度大，抗冲击能力强。可控硅在　高频下的工作状态不是很稳定，因此实际的工作频率在　８～ｌｌ　ｋＨｚ之间，其直流高压的滤波较大，一般在１５％左　右。由于固有的一些缺点，高频可控硅现在基本上被淘汰。　ＩＧＢＴ为绝缘栅双极晶体管，是一种集成功率开关，工作频　率为１５～４０ｋＨｚ，一般选择在１５～２０ｋＨｚ下工作，ＩＰＭ为　智能ＩＧＢＴ，是自关断器件，具有过热、欠压、过流、短路保　护功能，使用方便，性能价格比不错，是目前高频ｘ光机的　主流开关器件。但ＩＧＢＴ也有其缺点，电流密度小，耐冲击　能力差。功率ＣＭＯＳ管的频率最高可达１　ＭＨｚ，但一般工　作在ＩＯＯｋＨｚ左右，由于其工作电流较小，约为１２Ａ左右，　只适用于小功率ｘ光机。在ｘ光机中，一般采用直流逆变　方式，现在主流ｘ光机的工作频率一般是在２５—４０　ｋＨｚ　之间。由于频率极高，已超过声频范围，进入无声时间，但　可控硅的频率较低，声音尖锐刺耳。高频逆变使得高压变　压器的工作效率得到很大提高，另外，ｘ光机属于瞬时工　作机器，使得高压变压器可以做得很小，争取达到理想变　压器状态，即无限小铁芯，无穷大功率，当然高压绝缘问题　必须考虑进去。高频逆变也使得脉冲透视及摆影很容易实　现，ＫＶ的上升可以变得很陡，脉冲密度最小可到１　Ｉｌｌｓ，脉　冲的重复性很好，这为数字图像技术提供了极大的便利条　件。高频逆变的效率极高，功率因素可达到８０％，对电源的　依赖性大大降低，几乎不受电源电压波动的影响。用ＩＧＢＴ　作为开关器件的ｘ光机其辐射输出纹波随负载的不同大　约在５％一１５％之间。　控制的数字化：由于高频高压发生器的输出精度要求　较高，其控制由单片机、程控器完成。特别对于大型ｘ光机　组，如血管造影系统和胃肠机组，许多都采甩中心计算机　控制，智能化操作。其机架系统、发生器系统、影像传输系　统、图像后处理系统、影像记录系统等均通过网络控制，自　动调整所设参数，完成准确、快速的检查。　４图像的数字化　・　实现ｘ射线图像的数字化有间接数字化和直接数字　化。间接数字化指ｘ射线通过影像增强器再转换为数字信　号的方式。直接数字化采用一维或二维ｘ射线探测器，直　接将ｘ射线转换为数字信号的方式。直接数字化的探测器　３６　包括：闪烁体一光敏半导体阵列、多丝正比阵列、充气电　室。直接数字化是在２０世纪９０年代才发展起来的全新技　术，闪烁体—光敏半导体己经进入临床，多丝正比、充气电　室目前还处于试用阶段。它们的共同特点是利用探测器阵　列感应ｘ射线的强度．利用计算机扫描方式成像。与传统　的胶片—增感屏相比．其探测效率高，辐射剂量低，图像　均匀性好．　但也存在着空间分辨力差，成像速度慢的缺　点，目前还只能用于摄影中。　闪烁体一光敏半导体阵列：这种探测器一般采用闪烁　体将ｘ射线转换为可见光，再由非结晶硅阵列感应可见　光，计算机对阵列进行扫描，扫描方式与ＣＣＤ相似，得到　阵列中各点的光强信号，再重建图像。其空间分辨率低于　ｘ光胶片但高于电视系统，效率高，曝光剂量最小，硅阵列　的动态范围大，在此范围内信号与剂量保持线性关系，利　用计算机采样不同动态范围内的图像，可得到不同密度层　的图像。即一次曝光可得到高密度组织骨骼的图像，也可　得到低密度组织肌内的图像。探测器为平板结构，最大达　１４　Ｘ　１７”，由于没有使用镜头，其图像的非线性失真很小，　目前这一技术已经成熟，临床应用效果良好。但由于成本　高，成像时间长，最快可达０．５ｓ，其使用受到很大限制。　多丝正比室阵列：这种装置探测效率低于半导体阵　列，空间分辨率为１ｌｐ／ｉｓｉｓ，低ＫＶ条件下使用还行，高　ＫＶ的效率差，而且动态范围较窄，成像速度慢，均为１０ｓ。　充气电离室：探测效率与多丝正比室差不多。空间分　辨率为１．２１ｐ／ｒｉｌｌ，动态范围较窄，成像速度慢。这两种　方式离实际使用的要求还很远，目前处于实验阶段。　５　ＣＣＤ成像数字化　目前使用最广泛的成像设备，是影像增强—ＣｃＤ摄像　头方式。一般采用医用低噪声１０２４　Ｘ　１０２４点阵（１００万像　素）ＣＣＤ。配以高质量的电视链，能得到比较理想的图像。　在心血管造影中，许多都配备１２”或１５”影像增强　器。进一步降低量化噪声。采样方式有连续实时采样和脉　冲采样方式，后一种方式的噪声更低。扫描方式有逐行和　隔行，逐行扫描的效果更佳。采集率达到２５—３０幅每秒。　由于ＣＣＤ的量化噪声较大，为了提高信噪比，普遍采用脉　冲曝光方式及降噪处理。脉冲曝光即在短时间内（约５ｍｓ】　进行大剂量曝光，提高信号强度，加大信噪比。降噪处理是　通过硬件和软件对ＣＣＤ的量化噪声进行处理，由于软件　处理的速度较慢，实时性差，一般都采用硬件实时降噪，软　件后处理降噪。当然，图像的好坏不仅与成像单元有关，而　且射线通道和曝光条件都对其有影响。获取优良的图像，　是图像数字化后处理的基础，获取图像质量差，后处理再　好也没有多大意义。　将优质图像经ＡＤ变换成数字信号后，即可随意对数　字化图像进行处理。　６图像的数字化后处理　在获取数字图像后，通过计算机可对其进行图像存　储、传输等各种各样的处理（下转第３８页）　

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