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医学影像显示与重现

医学影像的显示与重现是由不同形式的成像装置,把载体媒介中的信息转换成可供观察的影像信息。由于载体媒介的差异,影像显示的方式也各不相同,概括地说,能显示与重现医学影像的装置可以统称为影像转换器。对于某些信息载体,既可以通过载体形式的直接转换,也可以通过间接转换而重现影像。例如X线或电子束投射在荧光屏上,能够将其携带的影像信息直接以可见光的形式显现出来。这是一种能量之间的直接传递与转换,没有新的物质生成,因此属于光物理反应。而X线或电子束投射在胶片上则是通过光化学反应,生成银原子,将X线信息间接地转换成银颗粒的空间分布信息,从而显示出影像内容。在近代品种繁多的医学影像设备中,更多的是采用显示器作为影像转换器,几乎所有的信息载体都可以通过这种间接显示方式来重现影像,并且其中许多载体形式(如超声、核素、电磁波等等)还只有通过显示器才能重现影像,加之显示器的成像技术和制作工艺不断提高,更加日趋完善成熟,其方便的使用特性和强大的显示能力,致使医用显示器在各类医学影像诊断设备中的应用也更加广泛。
   一、荧光屏和影像增强器
    荧光屏是一种最为简单的影像转换器,它既适用于X线直接透视和电子显微镜中的直接电子束影像观察,又可以用来制作X线胶片直接摄影中的光强度转换放大器----增感屏。
    以X线成像为例,它可以将所吸收的X线能量转换为可见光放出。屏表面由一层粉末状结晶的荧光体材料组成,例如硫化锌镉、钨酸钙、碘化铯等。根据选用荧光体材料的成分和掺杂物不同,荧光屏所能转换的光线颜色也不同,一般多为黄绿色。荧光体被均匀地涂覆在某种基底上,如果用于透射发光,基底材料可选用塑料或玻璃等;如需用于反射发光,可选用铝板等金属材料为基底材料。在基底和荧光体层之间,常常加有中间层,采用氧化钛等白色材料以增加反光。为提高发光效率,在荧光晶体中还常掺杂置入某种原子,如碘化铯中掺杂钠,硫化锌镉中掺杂银,这些杂质有着将自由电子导向晶格的作用。X线能量以量子的形式被吸收到晶体中,每一个量子能将自由电子激发至较高的能级,当电子跃迁回到原子稳定状态的能级时,就可发射出可见光线。部分背向发射朝着基底的光线会被氧化钛中间层反射回来,与正向光线叠加而出现在前射方向上。在荧光屏的平面空间分布上,X线量子的多少包含了影像的信息。因此在荧光屏上激发出可见光线的多少也反映了影像的信息,从而实现了影像信息形式的转换。
  在传统的X线透视检查中,一直沿用荧光屏直接转换影像的方式。在X线机球管发射X线穿透人体后,继续穿射荧光层,诊断者在对面隔着防护铅玻璃,在幽暗的环境条件下直接观察荧光屏上的影像。其优点是可以即时地观察到被检者内部影像和脏器的运动。然而为了尽可能地降低被检者和诊断者在直接辐射下的剂量,应该尽量降低X线能量和透视时间,这将导致荧光屏上的影像亮度较低,清晰度较差。人的眼睛在黑暗环境下主要靠视杆细胞起作用,并且感光效率和能力大大降低,使得荧光影像中许多低亮度信息无法被医生的眼睛分辨出来,从而丧失了许多影像信息,由于荧光屏直接透视法对被检者和诊断者的伤害和对影像信息的损耗(如前所述,实际上是人眼无法检测微弱光线造成),临床已几乎完全摒弃了这种方法,取而代之的是影像增强器、摄像机和临床
医用显示器构成的医疗影像系统。
     2.CRT显示器的结构和原理
  (1)显像管  CRT显像管是由灯丝、阴极、栅极和涂覆荧光粉的阳极为管内主要结构,密封于抽有高度真空的玻璃管壳内的显示部件。其中灯丝、阴极和栅极的引线皆由显像管尾部的管脚上引出。外壳内表面涂有一层石墨粉供导电接地,显像管的颈部配套绕装有扫描线圈,参见图1。  
                                               

CRT显像管工作条件及结构示意

图1 CRT显像管工作条件及结构示意 
  显像管的阴极灯丝在加热之下会产生自由电子束,在阳极高压电场的引力作用下,轰击屏面内层的荧光粉,从而发出可见光从玻璃屏面向外射出。在阳极电压恒定,栅极电位相对固定的情况下,阴极电位受外加信号调制而相对于栅极变化,致使电子束的电流强度随调制信号按时间顺序变化;扫描线圈在外加同步信号的控制下产生有序的偏转磁场,使电子束逐行地扫描在荧光屏面上形成光栅,用明暗不同的光点合成一幅完整影像。图中的3个阴极(单色显像管采用单阴极)受红(R)、绿(G)、蓝(B)信号分别调制,如果三色均衡则显示黑白影像;若三色不均衡时则为彩色影像(例如应用在彩超和ECT中的CRT)。
  CRT显像管发光的基本工作条件是灯丝加热和阴、栅、阳极间相对电位的建立,缺一不可。CRT显示影像的基本条件是在发光形成的基础上,加上外部调制信号送入阴极,扫描线圈在同步信号的控制下,使电子束在磁场作用下做水平(X)和垂直(Y)方向上的合成扫描运动。
    (2)CRT显示器的电路和工作原理 CRT显示器的电路构成见图2。主要由CRT显像管、显像管工作电路、输入信号处理通道和末级视频放大推动电路所组成。
  

CRT显示器电路构成框图

                                                                                                                             图2 CRT显示器电路构成框图 
    在显像管工作电路单元内,电源变换器和高压发生器能输出不同的工作电压,分别提供给显像管的灯丝、栅极和阳极,以及机内其他单元电路。行、场扫描振荡器受控于输入的同步信号,它的行、场扫描振荡信号需与前级送入的同步信号保持相同的步伐,否则图像就会紊乱甚至无法显示。行、场扫描频率的高低,取决于医学影像设备对最终显示的要求,行频越高,则扫描线数越多,影像越细腻;场频提高,则有利于影像稳定,降低给观察者眼睛带来的闪烁感。但是行频、场频的提高会受到电路工作参数和元器件性能的限制。
    医学影像设备输出给终端显示器的信号通常分为2种类型:一类是RGB信号;一类是复合视频信号。前者将红、绿、蓝信号和行(H)、场(V)同步信号分离传送,相互之间没有串扰,再经过相应的信号处理,直接送入末级视频放大电路推动CRT显像管阴极,从而显现高清晰度影像。后者以复合方式将各色信号混合编码,连同同步信号由一根缆线送入,在显示器内要经过同步分离、RGB解码后,才可输出至末级视频放大电路,这一类型的信号由于各色信号之间的相互串扰难以完全克服,所以解像清晰度不如第一种类型。在不同的影像仪器中采用不同类型的信号传输方式,也有两种传输端口并存的仪器设备,以适用与各种外围辅助装置之间的联接。对于单色显示的影像仪器,显然只需复合信号方式来传输视频信号。在医学影像终端显示影像的解像清晰度等性能上,无论是彩色或单色影像,均高于(或不低于)广播电视中影像的显示标准。

巨烽专注于医用显示器的研发和生产,产品覆盖临床、诊断、超声、内窥手术及会诊等医疗影像显示领域,医用竖屏显示器、灰阶显示器、医用监视器、内窥镜监视器等专业显示器产品定制,是国内最大的医用显示器厂家,产品在国内医疗影像显示终端有超过50%的市场占有率,医院用户超过5000家。

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