专利名称：X线透视液晶光阀投影成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及医学图像和液晶图像技术领域，尤其是与电离辐射成像的X线透视成像技术有关。
迄今，医用的X线透视系统，主要是X线荧光屏、影像增强诊视镜和X线电视，以及近接型影像增强器四种。它们的共同特征是显示器本身发光、荧光成像和荧光屏幕显示。由于依靠自身提供发光能量，亮度有限，易受环境光影响。传统的简单和便宜的装置，亮度低，提供信息少，而且在暗室中工作不便。而现代的透视系统，又因构造复杂，价格昂贵，体积与重量庞大而限制了它们的普及范围。
此外，先前曾有应用液晶显示X线影像的尝试，诸如GB1.435.373、FR7214614、JP特开昭50-34194、GB1.509.823、U.S.P3.939.345、GB2005857A、FR7728738，以及本发明人在1979年全国液晶学术会议上报告的论文“液晶X线影像增强器”(论文摘要载于中国科学院物理研究所《物理通讯》1979年增刊Ⅶ第59-60页)一文中提出的几个方案中的有关方案。
先前这些尝试，虽然方案各异，但其共同点是采取通过大面积液晶屏来转换X线影像的技术路线。然而，由于在面积很大、由多层固体薄膜和一层液态薄膜构成的平板器件中，很难制成快速响应所必要的极薄的液晶膜和保证各膜层的均匀性。故大都“优先选用”膜层较厚的存储型液晶，利用其记忆效应，断续地显示静态影像。由于它们不能满足医用透视必须连续观察实时动态影像的诊断要求，因而至今尚无医用的液晶成像的X线透视系统问世。
液晶显示在小型器件中能很好地发挥其优点。如W.P.布雷哈等在题为“液晶光阀用于实时光数据处理”(发表于《光学工程》17卷1978年4期371页)的论文表明，光写入型反射式光导-液晶光阀，具有分辨率大于40线对/毫米、对比度大于100∶1和周期响应时间小于50毫秒等特性;B.S.洪等在题为“液晶光阀用于大屏幕图解显示”(载于1979年美国信息显示学会内部论文集第22页)的文摘中指出，光阀的分辨率达到50线对/毫米，1英寸的光阀具有1，000×1，000分辨单元以上的析像度。大屏幕投影的对比度大于30∶1，响应速度大于30帧/秒;美国《信息显示》1979年10期14-15页报道的上述同样装置，投影图像的彩色对比度大于70∶1，投影距离从15厘米直至9米，在4.2米的典型距离其放大率为50倍，W.E.L.哈斯等在题为“超低电压图像增强器”发表于《应用物理通讯》29卷1976年10期631页的论文所附的优质人像图片显示，光阀的分辨率超过90线对/毫米，灰度级达到12级。
上述一些主要参数表明，小型光阀投影大屏幕显示，其图像质量和响应速度是可以达到上述诊断要求的。但是由于X线不能聚焦，而X线荧光屏图像又亮度很低(约为8×10-3-3×10-2尼特)，远低于通过纤维光学传输的光导-液晶光阀的光敏阈值(例如10.76勒克斯)，不足以使液晶工作。因而液晶光阀投影大屏幕显示虽在其他领域已达实用化，但在医学领域迄今尚未应用。1975年1月23日申请并于1976年7月27日公布的U.S3.971.931的“发光二极管图像管光阀”和1978年W.P.布雷哈等在上述论文中描述的“图像增强管/液晶光阀装置”，虽然装置结构、用途和特点各不相同，但共点是都增添了中继增强器件，从而为液晶光阀投影显示微光图像提供了可能性。本发明与上述通过大面积液晶屏来转换X线影像的技术路线不同，本发明是在上述液晶X线影像增强器论文中的一个方案的基础上加以改进，采取了小面积的液晶光阀投影大屏幕显示医用透视X线影像的另一条技术路线。
本发明的一个目的，是利用液晶显示的特点，为医用X线透视提供一种新颖的成像技术，以便开发生产一种价廉轻便适宜于普及的透视系统;
本发明的另一个目的，是解决应用大面积液晶屏X线影像转换在医学上实用性问题，提供一个现实可行的途径。
为了达到上述目的，如
图1所示的本发明透视成像系统，是通过以纤维光学面板作为后基片的光写入型光电导体控制、交流电压驱动的反射式液晶光阀，同以纤维光学面板作为输入输出窗的小型微光图像增强管对接，形成纤维光学耦合的两级增强的方式。把来自高分辨率X线发光屏并经透镜聚焦之后缩小的微光图像，增强和转换成实大、放大或缩小的高分辨率和明亮的投影图像。它是一身兼有增强和显示两种功能的X线成像系统，主要用于透视，也可供作点片摄影的小片照相、电视摄像和电影摄影的明亮像源。这种系统包括一个X线源1，一个特选的X线发光屏3，把X线透过人体2时带来的信息转换成荧光图像，一个缩小发光屏3的荧光图像的聚焦或折反射定焦距或变焦距的微光物镜4(或施来特折反射系统，一个把上述小面积图像增强成较明亮图像的带有纤维光学输入输出窗的微光图像增强管5，一个与图像增强管5对接的光写入型反射式液晶光阀6，使它形成纤维光学耦合的两级增强的液晶成像方式，一个投影光源7和透镜组8，为上述光阀6提供准直的投影光，一个由两个石英直角棱镜正交配置的偏振光束分离器9和由1至3个(固定的、或可动的，全反射或半透射的)平面镜10、11组成的光分配器111所构成的图像转换装置14，一个聚焦、放大偏振光束分离器9透射出来的带有信息的偏振光投影物镜12(定焦距或变焦距的)，一个接受投影物镜12透射出来的投影光屏13和一个暗箱401及控制器等。该系统所得影像的颜色、大小、正负可调。
上述X线发光屏是由ZnS.CdS∶Ag、BaFCl∶Eu、CaWO4、LaOBr∶Tb、Cd2O2S∶Tb等X线发光材料涂在各自的基片上制成的，它的分辨率高，余辉短，能够提供高清晰度和动态的微光图像。
发光屏基片可以是方形纸质平板，也可以是圆的，用低原子序数金属成型的球冠形微凹薄板。
本投影成像系统，在简单系统中用定焦距微光物镜，在多功能系统中用变焦距物镜。
上述微光图像增强管5，带有纤维光学输入窗和输出窗，可以是微通道薄片管，或微通道倒像管，三级静电聚焦管，其亮度增益应大于10000倍。如采用20000-100000倍的像管。
其光阀是以纤维光学面板作为后基片、光写入，光电导体控制，交流驱动，以混合场效应方式工作的反射式液晶光阀，它的上述后基片与上述像管5的输出窗对接成纤维光学耦合。
上述偏振光束分离器9是由两个具有光偏振作用的直角棱镜正交配置而成。
其光分配器含有1至3个小平面镜，供1至3个通道成像(如投影、电视、照相或拍电影)分别工作，或同时工作之用。
本系统的投影物镜是变焦距物镜或镜头是可伸缩的，以适于固定的距离能投射不同面积的影像。
暗箱401为方的或圆的截锥形，内表面为全黑色、质轻和刚度强的轻金属合金结构。
在上述系统中，投影光源在简单系统中用卤钨灯，在多功能系统中用氙灯，并均配有冷光反射、风冷和准直光学部件。
上述系统的控制器中装有一个低压直流电源，一个低压交流电源，一个投影光源的电源，直流电源两极接线柱通过导线与上述图像增强管5的分压器的引出线对应连接。交流电源的两个接线柱通过导线与上述液晶光阀前后两个透明电报的引出线连接。
所说的投影屏幕用有机材料平板制成背投式或前投式，也可制成两用式，在上述简单系统中屏幕是固定的，在多功能系统中，屏幕是能自动移开和复位的两个屏幕。
这种系统与先前的类似技术相比，它的主要优点是，由于光阀面积很小，能够克服用大面积液晶屏来转换X线影像所面临的上述技术困难，从而可供在医学上实用。
本系统与现代的医用透视系统比较，其主要优点是应用被动型显示技术，图像亮度取决于外光源而不是依靠显示器本身发光，利用两类小型图像增强器的综合性能，其亮度增益比现有的大型X线影像增强器(X-I.I)高5-6个数量级。从而使光学投影大屏幕X线影像成为可能;与扫描行线明显可见的电视图像不同，光学投影的图像是连续的画面，而且清晰度高，可以近屏观察细小病变阴影;投影图像的面积可以随时作实大或放大的改变，以供透视、会诊或教学应用。初步实验证明该系统主要部件的电源电压和工作电压很低(100KHz的频率下)，光阀的工作电压为1.2-1.25伏，像管(静电聚焦式，亮度增益100倍，近接输入X线荧光屏图像)的分压器电源为直流2.6伏;屏幕上的X线影像彩色可调;影像的正或负可以随意变换。此外，由于单纯的投影系统内不含有任何扫描部件，而且把非必要的部分组装在另设的控制器内，因而投影系统主体的体积和重量，比影像增强电视系统简单和轻便。
本发明的积极意义还在于，除传统的荧光屏透视装置外，这种透视系统比其他现有的透视系统的价格将会低得多，据估算，同样是1至3个通道的成像系统，本系统的可能价格约为影像增强X线电视系统价格的1/3至1/5。
下面，将结合附图，对本发明的原理和用于说明目的的实施方案进行描述。在附图中图1是本发明的医用X线透视系统简图。
图2是本发明的透视系统的原理图。
图3是图2所示系统主要部分的实剖视图。
图4是图3中所示像管5的微通道板54的原理图。
图5是表示通道板54中一个微通道的剖视放大和电子倍增示意图。
图6是液晶光阀6的剖视示意图。
图7是液晶光阀6的等效电路。
图8、9是液晶光阀6可供选择的两种形状和结构。
图10、11、12是根据本发明原理设计的单通道透视系统装置的工作状态的左前视图、右视图、和俯视图。
图13、14、15是根据本发明设计的三通道成像系统工作的前视图、右视图和俯视图。
图16是上述三通道式装置的总体和控制系统的示意图。
图1中标记1是X线源、2是病人，306是该系统的主体、13是投影屏幕、201是医生。
图2中，X线源1是5至500毫安或此容量以上的各型X线机的X线管。从X线源1中射出并受多叶光阑106约束的锥形X线束101透过病人2，形成载有信息的X线束102投射到X线发光屏3上，荧光体受激发产生可视图像300。上述屏3的发射光谱应与图像增强管5的响应光谱匹配，由于像管系列对整个光谱是开放的，故X线发光屏3可以选择采用高分辨率的ZnS·CdS∶Ag(粒度小于10微米)荧光屏(峰值波长538nm)或利用经过改进(余辉时间短)的高分辨率X线增感屏，例如BaFCl∶Eu(380-450nm)、CaWO4(420nm)、LaOBr∶Tb(410-490nm)和Gd2O2S∶Tb(545nm)等X线发光材料制成的屏，例如，以粒度为50微米的ZnS·CdS∶Ag屏的相对输出亮度为100，如其粒度为5微米，则相对输出亮度为36，而粒度同样是5微米的LaOBr∶Tb(例如LaOBr∶0.02Tb)可供转换动态X线影像的这种稀土屏的相对输出毫度可达130。X线发光屏3的图像光301透过微光物镜4之后被聚焦的光束302，在位于焦面上的上述像管5的输入窗上成倒立实像。根据照度和辐照度公式，窗上接受的像光照度可由下式得出
Ef p=∏LSC4T2(1+m)2]]>式中Efp-像管5输入窗上的像光照度，单位为勒克斯Lsc-X线发光屏3的亮度，单位为尼特T-T/数是物镜4的有效F/数，(T/数＝F/√Tr，式中Tr为物镜4的透光率)m-放大率，m＝b/a＝像高/屏高＝像距/屏距。
按照X线发光屏3(14″×14″)的有效面积边长为350毫米，ZnS·CdS∶Ag荧光屏亮度8×10-3-3×10-2尼特并取其低值8×10-3尼特，物镜4的相对孔径F/0.95，焦距f30毫米，透光率Tr75%(可以是90%)，放大率m为0.0857142，来计算，结果是像管5的输入窗上得到的像光照度Efp等于4.42957×10勒克斯。如果是使用亮度增益5000倍的像管，其输出窗上将输出69.58尼特的像光亮度，与像管5成纤维光学耦合的液晶光阀6将得到22.15勒克斯的像光照度。虽已达到并且超过光阀6的光敏阈，光阀可以工作，但是还要考虑下列因素，即，为使光阀6能以较快的响应速度工作，需要的照度远高于上述阈值照度(例如10.76勒克斯)，因X线发光屏3与像管5和光阀6三者间的光谱匹配程度而引起的转换效率变化，利用X线增感屏作为上述屏3时的亮度变化，以及为保护人体，X线辐照剂量要低于传统的荧光屏透视时的剂量等，以便在这些相互制约的因素之间求得一个相对合理的平衡。因此，要求像管5的亮度增益应大于10000倍，如采用20000-100000倍的像管，微光图像增强管5可以采用带有纤维光学输入输出窗的微通道式像管或静电聚焦式像管。如微通道薄片管，其有效直径40毫米，最大直径60毫米，最大长度20毫米，亮度增益25000倍，畸变度为零，分辨率30线对/毫米，意味着具有2400条等效电视线的清晰度。又如微通道倒像管，有效直径25毫米，最大直径38毫米，最大长度65毫米，亮度增益可调至100000倍，分辨率35线对/毫米，清晰度可达到1750条等效电视线。再如三级静电聚焦式管，有效直径25毫米，最大直径50毫米(含电压分配器)，长150毫米，亮度增益50000倍，分辨率30线对/毫米，清晰度达1500条等效电视线。这几种像管可根据需要和来源等具体情况来选用。输入图像经像管5和光阀6如在附图3至附图9的说明中所述的增强和转换。来自光源7的光701通过透镜8，形成平等或准直光束702，并经偏振光束分离器9反射进入光阀6，从光阀6中反射出来带有信息的光透过偏振光束分离器9，从其中透射出的光705在光分配器111的平面镜10上被反射，反射光706再经平面镜11反射，反射光707通过投影物镜12聚焦，投影光708投射到屏幕13上，从而得到高分辨和明亮的实大或放大的图像709。根据应用时的具体条件，平面镜10和11它们可以是一个或两个，固定的或可动的，全反射或半透射的。屏幕13是半透明的(背投式用)或不透明的(前投式用)或是可供上述两式通用的，它们的位置是固定的或可侧向滑动的。物镜4和12是定焦距或变焦距的。
图3中的像管5是以微通道薄片管为例，它性能好，体积和重量小，其体积约为上述X-I.I体积的1/400。经微光物镜4聚焦的像光302在像管5的纤维光学输入窗51的外表面上成像，并经光纤维输给位于窗的内表面处的光电阴极52，光电阴极52因受光照引起光电发射而产生一个电子图像。这些电子在分压器58的分配电压V1的作用下横越真空电场到达微通道板54，进入微通道的电子在电压V2的高压电场内依图5原理引起连续递增。倍增电子55被电压V3的更强的电场再加速，冲击对面的荧光屏56，产生一个明显的图像。增强的图像光通过输出窗57与光阀后基片的纤维光学耦合传输到光阀6。来自投射光源7的光701经透镜组8会聚成准直光702入射到偏振光束分离器9，这时光束被分成偏振分量，P偏振透过棱镜而S偏振被棱镜斜面92反射到光阀6。当线偏振光703入射液晶时，因入射光的偏振方向，按照上述电压图案旋转。被光阀介质镜反射回来的光704的偏振方向也是根据上述荧光屏图像旋转的，所以当它再次通过正交的偏振棱镜91和93时，出射光705就变成相应的强度变化以供上述投射成像。
图4上的像管5的微通道板54的两面加有约为1000伏的电压V2(上述分压器58由仅只数伏的直流电源供电)。
图5中来自图3所示光电阴极52的那些电子53到达微通道板54，入射电子531进入稍微倾斜的微通道543，在电压V2的电场内电子连续撞击涂有二次发射材料的发射层542的通道壁541，引起不断地二次电子发射造成电子连锁增殖，故微通道543的出口处的出射电子550以几何级数倍增，经上述电压V3的加速撞击荧光屏56产生增强的荧光图像，以供激活液晶光阀6。
图6、7、8、9是图3所示液晶光阀的原理图。它是以混合场效应方式工作，即断态是利用45°扭曲向列效应，通态则利用电控双折射效应。应用这种效应，是因为它具有亮度高清晰度好和彩色反差的优点，以及响应速度快，适于动态显示。
图6是液晶光阀6的剖视示意图，在后基片61即纤维光学面板的内表面上，依次镀上氧化铟锡透明电极62、硫化镉光导层64、碲化镉挡光层65、硫化锌冰晶石多层介质镜66和氧化硅定向层67。在前基片610即光学玻璃板的内表面上只镀氧化铟锡透明电极620和氧化硅定向层69，以及比定向层69突出2-3微米的氧化硅薄膜垫圈68。把前后基片610和61按照定向层69和67的定向方向互成45°角配置，依照图8说明的方法封接成液晶盒而后真空灌注联苯液晶，封闭进料口，形成一个极薄的向列型液晶层60，它的液晶分子是沿面排列同时在两壁面之间连续旋转45°取向。前后透明电极620和62通过一个引出线连接到电源63上。驱动电源63是一个在10伏和300千赫兹的范围内连续可调的方波或正弦波电压发生器。光阀6左边的写入光561是上述像管5的输出像光。右边的入射光703是来自上述偏振光束分离器9的线偏振投射光，出射光704是从光阀6的介质镜66反射出来，并且按照入射在光导层64上的信息，以液晶层60旋转了偏振矢量方向的光。
图7中R1和C1分别表示液晶层60的电阻和电容，C2是介质镜66的电容，R4、(R3+R4)和C3则表示由N型半导体CdS光导层64和P型半导体CdTe挡光层65形成的P-N结的正向电阻、反向电阻和电容。虚线围成的方框是表示由上述P-N结形成的光敏异质结，它受到光照时阻抗Z下降，而和它串联的属于介质镜66和液晶层60的阻抗Z0却不变，这时电压V大部加到液晶上;当光敏异质结处于暗态时它的阻抗Z远大于上述Z0，这时电压V大部降落在这个异质结上。因此，在光导层64未受光照时，由于加在液晶层60上的电压很小，低于其电光激活的阈值电压，液晶分子的取向排列仍保持扭曲状态。因而经棱镜91起偏的线偏振入射光703虽被液晶将其偏振矢量的方向旋转了45°，但从介质镜66反射又按照原旋转方向返回的出射光704仍为线偏振光，不能通过正交的捡偏振棱镜93。因没有投影光输出，故屏幕13上是暗场。当有来自像管5的输出图像光561通过光阀6的纤维光学基片61和透明电极62，照射光导层64并且超过其光敏阈值照度时，随着上述光敏异质结的阻抗Z下降，加于液晶上的电压上升。当超过阈值电压时，液晶分子的长轴倾向于垂直壁面，它们竖起的倾角大小，依相当于图像信息的电压图样分布的电场强弱而不同。因偏振入射光的偏振方向与液晶分子光轴方向不一致而发生双折射，线偏振光转变为为椭圆偏振光。从介质镜66反射回来的出射光704，是液晶按着图像信息旋转了偏振方向的旋转的偏振光，随着其旋转角度，光可以部分通过检偏振棱镜93。由于双折射引起的偏振光偏振的角度和光的透过率都依赖于波长，某一特定波长恰好旋转90°，则该波长颜色的光透过的就是最多。因此，经偏振棱镜93检偏的出射光705通过上述光分配器111反射和物镜12投影，这时在屏幕13上就出现亮场并且显示彩色反差的X线影像。
图8圆形光阀有效直径为25和40毫米，最大直径为42和56毫米;厚度约为12毫米。图8的前基片610是厚5-6毫米的光学玻璃，后基片61是厚6-7毫米的纤维光学面板。由光阀前框681和光阀后框682组成的光阀框都是用黑色高绝缘有机材料加工而成。绝缘垫圈68是在镀氧化硅定向层69时周边多镀2-3微米的无机薄膜圈。前后框之间夹装一个薄的绝缘和不透光的弹性密封圈683。通过调节和螺钉684紧定，就能保持液晶盒的厚度均匀性和气密性。
图9方形光阀，有效面积为25×25和40×40毫米，外形面积是30×36和45×50毫米，厚8毫米，它除封接方法不同，是用粘合剂685外，其余与圆形光阀相同。两种形状光阀相比，圆形的具有封接牢固、便于同像管对接和更换液晶等优点。但其直径增大，材料和工序较多，成本较高。方形的恰与圆形的相反。因此，方形光阀适于在简单的系统中应用，圆形光阀适用于多功能的成像系统。
实施例1图10、11、12所示是一种简单的光阀投影透视系统的具体装置，以供配合中、小型X线机作立位和其他体位的常规透视之用。图中所示，是以一个单通道的投影成像系统与一种隔室透视X线机配合应用为例。
图10中X线源1位于X线发生装置103内，工作时X线束101从窗口射出。装置103的前面装有能够升降和双向横移的电动踏台104，此台带有可绕垂直轴作任意角度的正反方向旋转的电动踏盘105，其前方地面上固定安装一个空心的方形立柱403，其内腔用于电路走线，柱的上端安装成像系统主体306的托架402，此架前部支持着面积为356×356毫米、分辨率大于2线对/毫米的微粉型ZnS·CdS∶Ag或(LaOBr∶Tb)荧光屏装置303和由轻金属薄板成型的方锥型暗箱401，以及对讲机话筒290和喇叭292。托架402的后部则支撑着其内部装有相对孔径1∶0.95，焦距30毫米的微光物镜4(物距350毫米)、国产3XZ25/25F型或美产C33097型微光图像增强管5、(参见后图15)有效面积25×25或直径25毫米的液晶光阀6、由两个石英的直角棱镜组成并且正交配置的偏振光束分离器9，和面积约为30×40毫米的平面镜10和11等部件的图像增强/转换装置14，以及F/2.8，f75毫米的投影物镜12和由带有冷光碗700、冷光镜710的卤钨灯或氙灯(400-600瓦)投影光源7和仪器风扇709，以及光源透镜组8等部件组成的光源装置15。图中投影光束708是表示投影方向。
图11中病人2的体位改变是通过隔室控制电动踏台104和踏盘105执行，使受检部位处于来自X线源1，并受多叶光阑106约束的X线束101的辐照区。透过病人2之后载有信息的X线束102投射到荧光屏装置303上，产生荧光图像并经上述装置14增强和转换。利用投影光源装置15和通过投影物镜12使投影光708投射到屏幕上成像。病人2同医生的通话由话筒290和喇叭292执行。
图12中投影光708投射到距上述转换装置14的中心轴约1.5米处的墙壁17上，屏幕窗171内的一侧表面是精细磨毛，或附有洁白均匀薄膜的有机玻璃或玻璃屏幕13，医生隔着无色的光学铅玻璃131观察屏幕13上的影像。通过观察窗172的铅玻璃16和用对讲机话筒29及喇叭291，观察和指导病人2的动作。X线机、病人体位和成像系统的控制，则通过X线机控制台18和成像系统控制器19，隔室操作来完成。由于X线防护严密和应用本系统时所需辐照剂量小，因而处于亮室27中的病人和明室28中的医生，将少受和完全不受X线辐射影响。
实施例2图13、14、15是一种能以三个通道工作的成像系统的实施方案。配合大型X线机，供作实大投影透视、影像局部放大、全幅大屏幕投影、特检造影监控、远距离或多路X线电视和间接摄影或拍摄X线电影等X线检查应用。
图13所示是立位工作时，应用第一通道一投影作X线透视检查。图上可看到，设在亮室27中并且站着病人2的X线机诊视床108上，在点片装置107上装有上述三通道成像系统主体306及其组成部分的外形。即X线发光屏部分303、暗箱部分401、图像增强/转换部分14和投影光源部分15，这几部分是三个成像通道共用的。此外还有正在射出投影光束708的投影物镜12及其变焦器120、用于第二通道的电视摄像部分22，供第三通道用的照相(或电影摄影)部分260。以及话筒290和喇叭292;另外，在亮室27和28之间的墙壁17的剖视图上，可看到幕窗173内装有活动屏幕13，电动移幕器176，以及固定的无色铅玻璃131。屏幕13是用有机玻璃制成，它的一侧表面带有一层洁白均匀的有机薄膜或精细磨毛，前者可供前投式和背投式两用，后者只适用于背投式。背投式是指医生眼睛处于202的位置，观察从屏幕背面投影图像709的漫射透射709a;前投式是眼睛在203处观察上述投影图像709的漫反射光709b。但是由于上述图2所示光分配器111的反射镜10的位置，是按照背投式布置的，因而在只供前投式应用时，须将反射镜10向反时针方向转90°，使光路减少一次反射，以免出现反像。在亮室28中设有遥控操纵台180、医生用的对讲机话筒29和喇叭291(如果X线机是床前操作的型式并且采用前投式，这几部分即不需要)。
图14除见有上述的部分外形，还可看到与图13所示诊视床108的床面纵向中心线相距约2.2米处的墙壁17上，装有两个幕窗173和174，以供在作立位斜位和卧位透视时投影用。其中，屏幕13的面积80×100厘米，用于立位和半立位时投影屏幕130的面积80×120厘米，供卧位和半卧位时投影用。图中的放射状虚线表示投影光708锥形光束，虚线方框区表示投射实大影像的面积;点划线大方框区是表示大屏幕投影的影像面积。虚线长方形框区表示装有铅玻璃16的备用观察窗，在屏幕13和130是滑动式的情况下，此窗即不需要。
图15中X线源1是双焦点旋转阳极X线管。光阑106是电动多叶遮线器，用来控制X线束101的锥角。诊视床108是能自动起、卧和床面能自动伸缩的电动床。装在点片装置107上的荧光屏装置303的X线发光屏3，是用具有4-7线对/毫米的高分辨率、短余辉、发射兰紫光或绿光的溴、氧化镧、铽屏或氟氯化钡∶全有屏或钨酸钙屏或硫化钆∶铽屏，用来把X线透过病人2之后的信息变为可见的微光图像。暗箱401具有充分的刚度，能承受三个成像通道部件的重量。微光物镜4可用F/0.95，f20-80毫米的4倍变焦物镜，当需要把影像的局部加以放大时，通过电动调焦器41来改变焦距即可。微光图像增强管5宜用有效直径40毫米的L-4263型微通道薄片管，液晶光阀6宜采用上述圆形光阀，其有效直径应与像管5一致，二者对接并用硅胶或光学树脂胶使其成纤维光学耦合。偏振光束分离器9的棱镜有效面积与光阀6一致。光分配器111的反射镜10和11最好是半透镜，面积约为44×60毫米。如果是用全反射镜，须备有电动移镜器110，以供变换通道时把镜10或11转动移离光路。投影光源7用大于1千瓦的氙灯，反光碗700和反光镜710宜用冷光元件，光源透镜组8的光瞳大于40毫米，用以提供准直光。光源的冷却用仪器风扇709，它轻、小且无噪音。依照上述各组成部分的功能，从输入荧光图像微光301，经像管5和光阀6的增强和转换、由光源部分15提供强烈的准直光，到偏振光束分离器9输出载有图像信息的高亮度偏振光，为三个成像通道，提供共用的强光像源。第一通道上的投影物镜12是F/1.4，f70-157毫米的2.24倍变焦物镜，以适应实大投影和大屏幕投影的不同需要，变焦由电动变焦器120执行;第二通道即电视摄像部分22，有全反射平面镜20、摄像机镜头21、光闸230及其控制机件231和摄像管23;第三通道即小片照相部分260，有照相机镜头26、快门261、胶卷262和它们的电控联动机件263。二、三通道的部件、类似X-I.I三通道中的两个通道，可依据具体条件和要求来选配。容纳上述各部件的外壳和内部装配的结合部，宜用轻金属结构，力求减小其体积和重量。为防止引起图像噪声，应防止和消除任何杂散光。此外，光源冷却部件应通风充分并防止强光外露。
图15中，还见有投影光束708、能分别向一边滑动的屏幕13和130及位于墙17内的滑道175，以及电动移幕器176，屏幕上下两边装有滚珠，故滑动轻便。活动屏幕的作用是幕窗可兼作观察窗，因为通常是观察实大影像，只使用两个大屏幕13和130的一小部分，故只需移开当时不投影的部分，就可隔着铅玻璃131或132来观察和指导病人2的动作。由于移开的区域和大小随时可变，因而与专设的观察窗相比，它具有视野广和观察角度可变的优点，当一个屏幕在进行大面积投影时，可移开另一个屏幕来代观察窗。这样，医生就可在亮室28内利用对讲机对话，通过综合遥控操纵台180来控制位于亮室27中的X线机和成像系统，在眼睛处于202的位置观察影像。操纵台180可装活络脚，以便用哪个屏幕观察影像就移在哪里操作。此外，图上还有设在别处的、通过视频电缆24同电视摄像部分22连接的电视监视器25和由视频电缆240连接的录像机293。
在作投影透视时，使用光分配器111的第一通道。上述检偏振棱镜93的出射光705经平面镜10和11折叠反射，而后通过投影物镜(像方焦距比物方焦距长，相当于远摄镜头倒置)12把投影光708投射到屏幕13上。从而得到比输入的微光黑白图像亮度高若干万倍的高分辨率彩色影像。由于这里用的上述物镜4和12是变焦距物镜或镜头是能伸缩调节的，因而除具有上述简单的投影、透视系统的功能外，还增加了影像局部放大和把实大影像整个放大成80×120厘米的大屏幕影像功能，以供观察研究细小病变及集体会诊或教学应用。当需要大屏幕投影时，通过遥控电动变焦器120使物镜12改变焦距或使镜头作内缩移动，直至大屏幕影像清晰为止;当需要影像局部放大投影时，先缩小多叶光阑106的口径，使X线束102的照射野只包容拟大放的那个区域，然后遥控调节物镜4和12的焦距，直至该区域被放大到要求的倍数和影像清晰为止。
如果在投影透视的同时，还需向远处或多路提供同一影像，则使用光分配器111的第二通道。在镜11是半透镜的情况下，该镜面上的入射光90%被反射用于投影，10%透射供电视摄像用，只需打开光闸230，镜11的透射光经镜20反射并通过镜头21使摄像管23曝光，视频信号通过电缆24，由监视器25提供电视图像，通过视频电缆240同录像机293连接，还可同时录像。
若在投影透视的同时想照相留作记录，可利用第三通道。在镜10是半透镜的条件下，依上理，其反射光供第一和第二通道用，透射光用于照相。只需通过上述联动机件263起动快门261，来自镜10的透射光透过镜头26立即使胶卷262曝光，并且自动换片一挡。依照相机型式的不同，可连接拍摄25×35毫米或70×70毫米或100×100毫米底片。
如果不要求三个通道同时工作，则上述镜10和11也可以是全反射镜。当变换通道时，可利用电动移镜器110把有关的反射镜(10或11)移离光路或改变其反射方向。这样，由于偏振光束分离器9的出射光705只供一个通道用，其亮度很高。因而投影光708更加明亮;照相也因光线很强可缩短曝光时间;对于电视摄像，因这种强光远远超过摄像管所能承受的照度极限，故必须加装适当的减光罩之后才能使用。
图16是上述实施例2的总体和控制系统的示意方框图。X线源1由X线机控制台18控制(也可将控制台18和成像系统控制器19合装成上述综合遥控操纵台180);X线发光屏3在遥控操作的应用中可不装铅玻璃，但光敏部件(像管、光阀、摄像管和照相机)须有局部X线防护;发光屏3的基片可以是纸质方形平板，也可以如图中虚线所示3′那样，由半径很大的球冠形微凹的低原子序数(例如铍或铝)金属圆薄板成型，后者有利于提高荧光量子利用率和减小物镜4的像差;光学系统在能满足要求的前提下，尽可能采用小尺寸元件，力求装配紧凑以减小整机的体积和重量;微光物镜4的变焦由电动调焦器41执行;光分配器111的平面镜10和11如果是全反射镜。它们的位置变动由电动移镜器110执行;照相机260的快门261和胶卷262的动作由电控联动机件263执行;投影物镜12的变焦或镜头伸缩由电动变焦器120执行;电视摄像机22受控制器19控制，上述22的视频输出与监视器25的视频输入连接;投影屏幕13(或130)的侧向移动由电动移幕器176(或未示出的177)执行;多叶光阑106的电动机件109受控制器19控制;像管5的低压直流电源、光阀6的低压交流电源63(见图8、9)、投影光源装置15的电源都装在控制器19内集中控制。总之，上述各组成部分的电动器件的运行，全部受控制器19(或综合遥控操纵台180)集中控制，由很小的微电机和传动机件分别执行。屏幕13(和130)是上述尺寸的大屏幕，可供投射实大影像、影像局部放大和影像全帧放大的彩色X线影像之用。
权利要求
1.一种医用X线透视液晶光阀投影成像系统，它包有一个X线源(1)，一个特选的X线发光光屏(3)，一个缩小发光屏(3)荧光图像的聚焦或折反射的微光物镜(4)(或施来特折反射系统)，一个把上述图像增强的带有纤维光学输入输出窗的微光图像增强管(5)，一个与图像增强管(5)对接的光写入型反射式液晶光阀(6)，使形成纤维光学耦合的两极增强液晶成像方式，一个投影光源(7)和透视组(8)，为上述光阀(6)提供准直的投影光，一个由两个石英直角棱镜正交配置的偏振光束分离器(9)和由1至3个(固定的，或可动的，全反射或半透射的)平面镜(10)、(11)组成的光分配器(111)所构成的图像转换装置(14)，一个聚放偏振光束分离器(9)透射出来的偏振光的(定焦距或变焦距的)投影物镜(12)，一个投影屏幕(13)，一个暗箱(401)和一个控制器，该系统可得颜色、大、小、正、负可调的影像。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是上述X线发光屏是由ZnS·CdS∶Ag、BaFCl∶Eu、CaWO4、LaOBr∶Tb、Cd2O2S∶Tb等X线发光材料涂在各自的基片上制成，基片为方形纸质平板，或圆的用低原子序数金属成型的球冠形的微凹薄板，发光屏具有分辨率高、余辉短，可提供高清晰度和动态的微光图像。
3.如权利要求1所述的系统，其特征是上述微光图像增强管(5)是微通道薄片管，或微通道倒像管，或三级静电聚焦管，其亮度增益应大于10000倍，一般为20000-100000倍。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征是上述光阀(6)是以纤维光学面板作为后基片，光写入，光电导体控制，交流驱动，以混合场效应方式工作的反射式液晶光阀，它的上述后基片与像管(5)的输出窗对接成纤维光学耦合。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征是上述光分配器(111)，提供1至3个通道成像，如投影、电视、照相(或拍电影)分别工作或同时工作之用。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征是上述投影光源(7)在简单系统中为卤钨灯，在多功能系统中是氙灯，它们都配有冷光反射，风冷和准直光部件。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征是暗箱呈方或圆的截锥形，内表面为黑色，由质轻、刚度强的轻金属合金制成。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征是上述控制器装有一个低压直流电源，一个低压交流电源，一个投影光源电源，直流电源的两极与上述图像增强管(5)的分压器的引出线对应连接，交流电源的两个接线柱与上述液晶光阀(6)的前后两个透明电极的引出线连接。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征是上述投影屏幕(13)用有机平板材料制成的背投式，或前投式，两用式的屏幕。
10.如权利要求9所述的屏幕，其特征是在上述简单系统中是固定的，用于投影实大影像，在多功能系统中是能自动移开和复位的两个屏幕，用于投影多体位的实大影像或投射全帧放大的大屏幕影像。
全文摘要
一种医用X线透视液晶光阀投影成像系统，它包含有X线发光屏、微光物镜、微光图像增强管，液晶光阀，偏振光束分离器，光分配器、投影光源、投影物镜、投影屏幕等，特点是两极增强和液晶成像，利用外光源的强光通过光学投影显示明亮的高分辨率彩色X线影像，这种影像颜色可调，正、负像可变，还可随意变换投影面积，从而能够随时观察实大，局部放大和全帧放大的影像。
文档编号G02F1/13GK1042246SQ89108898
公开日1990年5月16日 申请日期1989年11月27日 优先权日1989年11月27日
发明者刘铮, 王继福, 戴文强 申请人:鄂西土家族苗族自治州人民医院