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现代医学仪器医用成像装置当今世界已进入信息时代，而人们所获得的信息约有70％是从视觉感知的，因此，信息图像化已成为当代信息科学发展的方向之一。成像技术就是讨论如何把人类周围物理世界(包括人类本身)的信息变成图像的一门科学技术。人体成像用于诊断已有很长历史,现已成为医学诊断技术中最活跃的研究领域之一，其目的是为了将人体内部结构显示在监示器的屏幕上。值得注意的是，计算机体层技术(CT)的诞生和发展，正在改变医学成像的面貌。作为一种新型的诊断装置，它能够观察到有先兆性的疾病，这比改进某些诊断手段使之能在疾病的有效治疗期作出确诊显得更为重要。现代医学成像系统主要有以下几种类型：1.Ｘ线成像测量穿过人体的X线；核医学成像有选择地测量摄入体内的放射性药物放射出的γ射线；2.超声成像测量人体内的超声回波；磁共振成像测量构成人体组织的元素原子核的磁共振信号热成像测量体表的红外信号和体内的微波辐射信号；光学成像直接利用光学及电视技术，观察人体部分器官的形态。X线和超声波成像是当前用得较为普遍的两种检查人体的方法，经过多方研究与探索，认为对人体的危害性是它们之间的一个重要区别。就X线来说，尽管现在已经显著地降低了诊断用剂量，但其危害性仍不容忽视；而从现有资料来看，目前的诊断用超声剂量还未发生任何不良反应。超声波的这一优点，致使它获得日益广泛的应用，例如，可用于眼部、心脏或孕妇腹部的检查。此外，X线的传播速度与照射对象无关，在传播过程中，吸收和散射是对它有影响的因素。这些特点表明，X射线在体内沿直线传播，不受组织差异的影响，是有利的一面；不利的一面是难以有选择地对所指定的平面成像。对超声波来说，不同物质的折射率变化范围相当大，这将造成成像失真；但它在绝大部分组织内的传播速度是相近的，骨骼和含空气的组织(如肺)例外。超声波和X线的这些不同的辐射特性，确定了各自最适宜的临床应用范围。例如，超声脉冲回波法适用于腹内结构或心脏的显像，而利用X线对腹部进行检查，只能显示极少的内部器官。如果采取一些特殊措施，如用X线造影法，则可有选择地对特定的器官显像。对于胸腔，因肺部含有空气而不宜用超声检查，但可用X线获得较为满意的图像。核医学成像属于放射法，它是将放射源(放射性核素)通过一定的方式置于患者体内，释放的正电子与体内存在的电子碰撞而湮没，从而放射出γ射线，利用体外检测法获得数据，进行成像。为使γ射线射出体外时不致过分衰减，γ射线的能量应足够高；但也不宜过高，否则检测数据很困难，不易成像。核医学成像中所使用的γ射线的能量范围一般在25keV-1.0MeV之间，这与X线成像时应用的能量相近，但平均能量要高些。核医学成像有许多引入注目的地方：它能反映体内生理、生化和病理过程，可以显示出组织、器官的功能等。核医学成像只需浓度极低的放射物，这与X线成像时口服硫酸钡是不同的。一般地说，核医学成像的横向分辨率很难达到1.0cm，且图像比较模糊，这是因为有限的光子数目所致。相比之下，X线成像具有高分辨率及低量子噪声。但X线成像所显示的只是解剖学结构，这就使人们对疾病过程的认识，往往会被传统的解剖学形态所歪曲。作为核医学的新动向，正电子CT(PECT)日益受到人们的重视，用它来研究人脑功能等，有其独特的优点。磁共振成像与物质的微观结构有关。按照不同的方法获得的NMR信号来重建图像，可得到质子密度分布图像、T1加权的图像或T2加权的图像。目前尚未发现磁共振成像对人体的损害。它可作任何方向的体层检查，可望反映出分子水平的生理、生化等方面的功能特性，对某些疾病(如肿瘤)可作早期或超早期诊断；是一种很有发展前途的高技术医学诊断方法。目前存在的主要问题是成像速度远不如X线CT，功能检查不如核医学装置，且设备购置与运行费用较昂贵。几种主要影像诊断技术比较图像种类成像方式成像依据信息量对人体影响特长X线直接透射成像密度和厚度大有损形态、全貌、精细计算机体层(CT)数据测量重建吸收系数中有损高对比分辨率超声诊断同上界面反射中无损安全、动态、重复核素同上核素含量或分布小有损功能磁共振(MRI)同上氢核物理状态中无损软组织代谢信息近年来，随着电子学和电子计算机技术的飞速发展，出现了使用高灵敲度、高分辨率和宽动态范围的成像板(IP)的CR系统，加速了医用图像的数字化进程，也为多种图像的综合创造了条件。三维图像处理法目前己达到临床实用水平，新型的X-CT结合，开发出图像存储和传输系统(PACS)也己得到了较大进展。医院中各科室检查病人形成的图像信息，可以数字量存储入中央计算机，当需要观察图像时，只需在终端机上指令提取，即可将该病人的全部图像显示在该科室的显示器上。PACS不仅可在一所医院内使用，也可以由几所医院用通讯网络形成联机，互相传输会诊。远隔两地的医院间也可利用通讯卫星传播两地诊断图像和医生讨论情况，就像在同一所医院一样X线成像原理当物体被高速的电子轰击时，就会产生X射线。X射管是产生X射线的线源设备，简单说由真空玻璃内的阳极和阴极组成。阴极端钨制灯丝通以低电压，灯丝被加热发射自由电子，当X线管两端通以高压后，自由电子群在电场的作用下高速定向阳极端钨靶面运动，并撞击靶面。当电子受阻突然停止运动时，便将绝大部分的能量转变为热能，而小部分能量转变成X射线发射。X线是一种不可见光，具有光的一切通性。由于X线的波长短，光子能量大，具有其他电磁波不具有的一系列特殊性质，医学上正是利用X线这些个性来为人类健康服务。X线与物质的相互作用表现为：1.穿透作用：X线的光子能量大，波长短，穿透能力强，能穿透一般光线所不能透过的物质。2.荧光作用：X线照射在氯化锌、硫化镉、钨酸钙等晶体上，即激发产生可见的荧光。3.感光作用：X线照射在胶片上能使溴化银药膜起感光化作用，使胶片感光，以便摄影。4.电离作用：X线可使气体分子游离而产生电离电流。5.生物作用：X线能对组织产生破坏作用。可以利用X线对肿瘤病人进行治疗。同样对正常组织也会产生红斑、坏死等生物效应。根据X线的以上特点，就可以成像。当X线穿过人体时，由于它与物质的相互作用，产生吸收和散射而造成衰减，由于人体组织的密度不同而造成不同程度的衰减，最后就能在感光胶片上形成不同深浅的组织密度的像。X线的质量可通过两个方面来衡量。其一是X线束内所具有的光子数多少；其二是X线束中的光子所具有能量大小来衡量。X线的强度：指单位时间内通过与射线方向垂直的单位面积的辐射能量即光子的数量。X线的硬度：指X线穿透物质本领的大小，表示X线的质。X线硬度决定于每个光子具有能量的大小，与光子的数目无关。不同的强度和硬度对成像有影响。X线管X线管是球管中主要部件，它具有二个电极（阳极和阴极）的高压真空仪器，X线是由于向X线管阳极迅速电子的运动，受到急剧的制止而发生的。1.X线管的分类1.按用途分：诊断用X线管和治疗用X线管两种。2.按焦点结构分：单焦点X线管和双焦点X线管两种。3.按阳极性质分：固定阳极X线管和旋转阳极X线管两种。2.固定阳极X线管的结构固定阳极X线管由固定阳极、阴极、铜柱、玻璃罩组成。1.固定阳极：阳极由钨靶组成。阳极承受电子撞击的面称之为靶面，通常称之为钨靶2.阴极：阴极由灯丝组成。当阴极灯丝电流流过时，灯丝周围就会产生电子，电流越大，电子越多，当X线管二端加上高电压后，由于电场的作用，电子迅速向阳极飞去，电压越高，电子速度就越快。3.铜柱：由于高速电子聚焦后去撞击阳极靶面时，由动能转变为热能，因此阳极产生很大的热能，必须通过铜柱进行散热。4.玻璃罩：X线管的玻璃罩是一种特殊玻璃，必须与金属膨胀系数相同，不可漏气，保持X线管内的高度真空。固定阳极X线管因阳极面受温度的影响，限制其功率，要提高功率，焦点面就必须增大，但是焦点面增大，又会影响清晰度，二者不能兼顾。3.旋转阳极X线管由旋转阳极和阴极组成。1.旋转阳极：旋转阳极由靶面、转子、轴承，阳极转轴组成。旋转阳极X线管的转速为2800转/分，其优点是功率大，焦点小，散热快。高速旋转阳极X线管的转速为9000转/分。2.阴极：阴极由聚焦螺旋管状灯丝、阴极盘、阴极罩等组成。其作用与固定阳极X线管相同，就是以发射电子并使其聚焦去轰击阳极靶面，一般灯丝具有大小二个。诊断用X线机的组成与主要部件基本X线机分为X线机控制系统（电器部分）和X线机的执行系统（机械部分）X线机的控制系统包括：①X线管②高压发生器③控制台④其它电器附件设备X线机的执行系统包括：①诊视床②伸缩吊架装置③滤线器摄影装置④快速换片装置⑤断层摄影装置⑥其它机械附属装置控制和执行两大系统是相辅相成不可分割的两大部件，只有同时工作时才能发挥X线机全部作用。在临床放射学诊断中，为直接观察和记录X线影像，通常采用检测器来实现，如荧光屏，荧光胶片系统或X线影像增强器电视系统。1.阴极2.阳极3.铜柱4.玻璃罩①荧光屏荧光屏是常见的简单X线检测器，它吸收的X光子能量转换为可见光。平面有一层粉末状结晶的荧光材料构成，常用的荧光材料有硫化锌镉等，将它涂敷在衬底上，用一种白色的饭馆层作中间层。X线能量被晶体吸收，晶体原子受激，使其电子跃迁至较高能级，而当电子返回到原来能级时，就放射出可见光，可供屏前观察。②增感屏（胶片检测器）X线影像是目前记录影像的常用方法，摄影胶片是主要的记录器。它是有一层醋酸纤维衬底、两边涂敷敏感的乳胶所构成胶片单独使用时，效果较差，但它与增感屏相结合，有利于提高分辨率。③影像增强器为了增强X线影像的辉度，便于观察和记录，现代荧光成像系统常采用影像增强器并接电视系统。X线通过受检体射到影像增强器的输入屏上，激发出可见光再作用于光电阴极，使之产生电子，经电子透镜系统聚焦和加速后到达输出荧光屏，从而获得增强的荧光图象。高压发生装置高压发生装置有高压变压器、X线管灯丝变压器、高压整流器和高压交换闸等高压元件，按要求组装后置于方形或圆形的钢板制箱体内构成。箱内冲以变压器油，加强元件之间的绝缘，。A.高压变压器高压变压器是产生高电压的器械，为X线管提供高压电能。其工作原理与一般变压器相同，但由于运行状态较为特殊，因此有以下特点：a)变压比大，次级输出电压很高。b)瞬时功率负荷大，管电流可达2000MA，但工作时间短。c)由于使用了绝缘油，提高了各部件间的绝缘性能，并可缩小体积和重量，又因为负荷时间很短，一般不考虑散热问题，变压器效率要求也不十分严格。B.灯丝变压器X线机中的灯丝变压器，分为X线管灯丝变压器和高压真空整流管灯丝变压器两种。其工作原理与结构相同，只是容量和体积有所区别；它们都是降压变压器，一般功率在100W左右。由于灯丝变压器的次级在电路中与高压变压器次级的一端相连，电位很高，故初、次级绕组间应具有很高的绝缘强度，这是灯丝变压器的一个主要特点。C.高压整流器高压整流器是一种将高压变压器次级输出的交流电压变为脉动直流电压的电子元件。现代中型以上的X线机，都设有高压整流电路，利用高压整流元件，将高压变压器输出的交流变成脉动整流电压，供给X线管两极，使X线管始终保持阳极为正、阴极为负。D.高压交换闸在较大功率的诊断X线机中，多备有两个或两个以上的X线机，以适应一机多用的需要。但由于几个X线管又不能同时工作，所以高压变压器产生的高压必需经过交换装置分别送到不同用途的X线管上，这种转换装置称为高压交换闸。主机控制电路一个X线机系统因容量大小和使用目的的不同，结构繁简千差万别，一般由主机系统和辅助设备两部分构成。主机系统是指围绕产生X线的主机及其部件所组成的系统，辅助设备是指主机以外的各种辅助和直接为临床诊断服务的设备。具体构成是：主机系统主要包括X线管组件、高压发生器以及控制台。辅助设备主要包括各种机械设备（诊视床、摄影床、天地轨、悬吊等）、影像处理系统（影像增强系统、电视系统、数字减影系统、电影摄影机、录像等）、其他辅助用具（滤线器、增感屏、胶片、快速换片机、高压注射器等）。X线机系统就其电路组