數(shù)字X線機分直接數(shù)字化和間接數(shù)字化兩種方式,。X線接收器(如影像增強器,、X線電荷耦合器件,、平板探測器暗盒等)如能直接輸出數(shù)字化信號,，就稱為直接方式；若接收器輸出模擬信號,，在形成模擬影像后實現(xiàn)數(shù)字化,，就稱為間接方式。本文闡述的數(shù)字X線機是以間接方式工作,，它利用影像增強器-電視攝像機成像鏈把X線影像轉(zhuǎn)換為視頻信號,，在實現(xiàn)圖像數(shù)字化和進(jìn)行計算機圖像處理后，用監(jiān)視器顯示圖像或在膠片上成像［1］,。由于攝像管和增感屏/膠片的動態(tài)范圍較窄(約為102),，用同一KV和劑量的X線透射人體后，如果各部位吸收系數(shù)的差別大,，一幅圖像內(nèi)不同部位的亮度差異就很大,，有時為了看清較暗的細(xì)節(jié)，需增加劑量,，卻又使亮的區(qū)域出現(xiàn)暈光,。因此，需根據(jù)攝影對象自動調(diào)整曝光劑量,，才能使每幅影像質(zhì)量最佳,。
1 自動劑量控制原理
當(dāng)透射部位的密度增大時，X線的吸收量也增大,，視頻圖像信號的減小,，使劑量控制起作用，自動調(diào)整球管的KV和mAS值,，使影像增強器(Ⅰ-Ⅰ)輸出的亮度保持在一定范圍內(nèi),，從而穩(wěn)定地顯示圖像，因此也稱為自動亮度控制(automatic brightness control,ABC)功能,。
2 計算機化曝光控制系統(tǒng)
數(shù)字X線機通過一個稱為光電拾光器(photo-pick up)的薄板形探測器把熒光導(dǎo)入光電倍增管(photomultiplier,PM)［2］,，在點片方式是把影像增強器輸出光的一部分由分光鏡導(dǎo)入PM,。經(jīng)Ⅰ-Ⅴ變換后成為圖像信號的采樣電壓，在透視時作為ABC信號,，保證監(jiān)視器上圖像的亮度處于一定范圍內(nèi)；在攝影時作為曝光控制電壓,，通過控制曝光時間來控制曝光劑量,，保證膠片感光密度良好。
2.1 自動亮度控制 利用透視管電壓(F-KV)和透視管電流(F-MA)自動設(shè)定機構(gòu)得到最佳透視圖像［3］,，具體方法是由軟件設(shè)定適當(dāng)?shù)腇-MA,，使F-KV處于53～122 kV的允許范圍內(nèi)，軟件的流程如圖1所示,。F-MA的初始值為1 mA,，如果F-KV超過上限，就增加F-MA到2 mA,；如果F-KV低于下限,，就降低F-MA到0.5 mA，F(xiàn)-MA的變化范圍是0.5～4 mA,。在決定F-MA后,，F(xiàn)-KV主要受透視亮度控制電壓(F-ABC)影響，根據(jù)PM輸出光的強弱自動調(diào)整F-KV的控制電壓,，使高壓變壓器的輸出改變,，從而使圖像的亮度保持在適當(dāng)?shù)姆秶?
2.2 攝影管電壓自動設(shè)定 首先，由體厚或F-KV形成的控制電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,，輸入計算機進(jìn)行處理，輸出的數(shù)據(jù)又經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成攝影管電壓(R-KV)的控制信號，通過伺服電機帶動自耦變壓器的滑動端,，調(diào)節(jié)高壓變壓器的輸入電壓,，使R-KV在40～150 kV范圍內(nèi)變化。R-KV的模擬控制電壓還用于控制光電管計時器的曝光時間,。
2.3 曝光劑量自動設(shè)定 在R-KV選定后,，根據(jù)體厚預(yù)選曝光劑量(mAS)，例如mAS=2×體厚(cm)-10,；或者根據(jù)R-KV值預(yù)選,，例如，在100 kV以下時選30 mAS,在100 kV以上時選50 mAS,。按上述方法選定條件后進(jìn)行預(yù)曝光,，計算機根據(jù)獲得的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行曝光數(shù)據(jù)識別處理，實現(xiàn)曝光劑量自動控制,，圖2是自動曝光控制 (automatic exposure control,AEC)的原理圖,。
(1)信息流向,；(2)曝光識別處理流程
計算機對攝影條件(有無分割攝影和照射野的范圍)進(jìn)行識別后，制成照射野范圍內(nèi)的直方圖,。根據(jù)攝影部位(如胸,、腹、骨骼等)或攝影技術(shù)(如平片,、體層攝影,、選影檢查等)的不同，直方圖具有特定的形狀,，通過對直方圖的計算和分析,，確定實際曝光所需的劑量，使病灶部位的影像清晰,，以滿足診斷要求,。在光電計時器工作方式時，計算機指令靈敏度校正器自動修正光電計時器的靈敏度,，通過控制曝光時間來控制曝光劑量,。
此外，圖像處理器還能選擇適當(dāng)?shù)幕译A特性與輸入數(shù)據(jù)匹配,，使輸出的圖像數(shù)據(jù)總是穩(wěn)定在一定范圍,，自動校正因曝光劑量的偏差而引起的失真，在膠片上得到密度良好的影像,。
3 光電計時器
3.1 自動曝光控時原理 圖3是光電計時器的原理框圖,。輸入PM的光強與X線劑量成正比，PM的輸出電流大時,，可變增益電壓放大器(乘法器)的輸出也大,。積分器輸出電壓與一個正比于膠片感光密度的設(shè)定電壓比較，在較短的時間內(nèi)達(dá)到比較器閾值,，比較器輸出信號切斷高壓,，使曝光終止。所以,，光電計時器能根據(jù)曝光劑量自動控制曝光時間,， 時間范圍是25～500 ms。
3.2 靈敏度校正 根據(jù)計算機對曝光圖像灰度的預(yù)測,，靈敏度校正器輸出電壓控制放大器增益,，從而控制計時器的靈敏度。若在80 kV條件下對18 cm厚的體模進(jìn)行預(yù)曝光時,，使校正器輸出電壓Vk為5V,，則乘法器的輸出Vo是：
Vo=(Vk/10)×V=1/2×K×V，K=Vk/5=1
把這種狀態(tài)下光電計時器的靈敏度規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值,。當(dāng)攝影部位和攝影條件在一定范圍內(nèi)變化,，攝像機輸出視頻信號正常時,，標(biāo)準(zhǔn)靈敏度維持不變。
當(dāng)光電倍增管的采光野內(nèi)有充鋇的器官時,，需要補償膠片密度上升的傾向,，靈敏度校正器輸出電壓Vk大于5V,
Vo=1/2×K×V，K>1
此時,，光電計時器的靈敏度提高,。若Vk等于10V，曝光時間將縮短一半,。當(dāng)光電倍增管的采光野內(nèi)有食道時,，需要補償膠片密度下降的傾向,，靈敏度校正器輸出電壓Vk小于5V,， Vo=1/2×K×V，K<1
此時,，光電計時器的靈敏度降低,。若Vk等2.5 V，曝光時間增加一倍,。如果把K看成放大器的增益,，靈敏度校正器起改變電壓放大器增益的作用。
在膠片感光密度變化較大時,，也可改變光電倍增管的陽極電壓來調(diào)整密度,。另外，在被檢查人體厚較薄時,，若曝光時間小于20 ms,，容易有膠片密度上升的傾向；在體厚較大時,，若曝光時間大于50 ms,，容易有密度下降的傾向。因此,，要進(jìn)行特性補償,。
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