第三章数字化X线机成像设备

ShanghaiMedicalInstrumentationCollege第一节概述第二节Ｘ线计算机摄影装置第三节Ｘ线数字摄影装置第四节DSA装置第四章数字X线设备ShanghaiMedicalInstrumentationCollege第一节概述数字X线设备的发展数字X线设备是指把X线透射图像数字化并进行图像处理的一种X线设备。分类–计算机X线摄影(ComputedRadiography,CR)–数字X线摄影(DigitalRadiography,DR)特点–辐射剂量小、密度分辨力高、图像后处理功能强、便于数字影像存储及远距离传输。空间分辨力不如胶片高。ShanghaiMedicalInstrumentationCollege空间分辨率(SpatialResolution)在HighContrast情况下区分相邻最小物体的能力,(又称“HighContrastResolution”)决定影像清晰度。常用多少线对/厘米，即LP/CMShanghaiMedicalInstrumentationCollege密度分辨率(DensityResolution)低对比度情况下分辨物体密度微小差别的能力(又称“LowContrastResolution”)受影像清晰度&噪声影响。ShanghaiMedicalInstrumentationCollege数字化X线机ShanghaiMedicalInstrumentationCollegeDigitalRADImagingShanghaiMedicalInstrumentationCollege医院放射科数字化网络ImagesWorklistImageRetrievalNewImagesReport•Images•MedicaldataHIS/RISPatientDataWorklistArchivalClinicalReviewLaserCameraDICOMPrintShanghaiMedicalInstrumentationCollege数字图像–将二维图像以二维数字点阵的方式表示的图像叫数字图像。–二维数字图像中每一点称为像素。一般医学图像大小有256×256，512×512，1024×1024等。–像素的黑白程度称为灰度，用一个数值表示，这个数值的最大值称为灰阶，灰阶一般有256级、1024级，对应地可表示为8bit、10bit。灰阶决定了图像的对比度，即内容层次。ShanghaiMedicalInstrumentationCollege256×256，8bit64×64,8bit256×256,2bit256×256,8bit返回ShanghaiMedicalInstrumentationCollege图像的大小2000×2000像素的数字图像所显示内容与X射线胶片相当对于CT和MRI图像，通常512×512就够了图像小，则重建速度快，所需存储空间小，传输速度快ShanghaiMedicalInstrumentationCollege几种X线图像数字化的方式胶片扫描系统影像增强器+CCD+图像板计算机X线摄影(ComputedRadiography,CR)数字X线摄影(DigitalRadiography,DR)ShanghaiMedicalInstrumentationCollege胶片扫描系统扫描仪计算机X线胶片专用设备ShanghaiMedicalInstrumentationCollege影像增强器+CCD+图像板X线X线影像增强器计算机处理系统电视摄像管CCD或真空摄像管电视信号处理A/D转换(图像板)数字信号显示打印球管人体ShanghaiMedicalInstrumentationCollege第二节Ｘ线计算机摄影装置系统原理和概念计算机X线摄影（成像）系统（ComputedRadiography，简称CR）CR是由日本富士公司于七十年代研制，八十年代推出，九十年代上市的计算机X线摄影系统。CR的关键是用影像板（IP）取代X线胶片，摄片后由激光扫描仪读出IP板上的潜影，并转换成数字信号传入计算机作图像处理。ShanghaiMedicalInstrumentationCollegeCR系统的基本结构ShanghaiMedicalInstrumentationCollege影像板(ImagePlate,IP)ShanghaiMedicalInstrumentationCollege影像板结构保护层：聚酯树脂类纤维制成，非常薄，能弯曲、耐磨损、透光性好。保护荧光层不受外界温度、湿度和辐射的影响。ShanghaiMedicalInstrumentationCollege荧光层：由光激励发光（photonstimulationlight,PSL）荧光物质混于多聚体溶液中，涂在基板上制成。ShanghaiMedicalInstrumentationCollege基板：聚酯树脂类纤维制成。保护荧光物质层免受外力损伤，延长IP的使用寿命。两万次以上重复使用。ShanghaiMedicalInstrumentationCollege背面保护层：材料与表面层相同，防止IP摩擦损伤。ShanghaiMedicalInstrumentationCollege影像板成像原理射入IP的Ｘ线被PSL荧光物质吸收，释放出电子。部分电子散布在荧光物质内呈半稳态，形成潜影，完成Ｘ线信息的采集和存储。当用激光束逐行扫描（二次激发）已有潜影的IP时，半稳态的电子转换成荧光，所产生的荧光强度与第一次激发时Ｘ线的能量精确地成正比，完成光学影像的读出。ShanghaiMedicalInstrumentationCollege白色三角表示未曝光X线作用使电子激发，并储存起来，用灰色三角表示在激光的作用下，储存的能量被激发出来激发出来的能量以可见光的形式释放三角又变成了白色，表示储存能量已全部释放ShanghaiMedicalInstrumentationCollegeIP的特性：发射与激发光谱IP受激发而释放出的光子波长与光强的关系称为发射光谱。最强波长为390~400nm激发激光波长与释放光子强度的关系称为激发光谱。最强在600nm左右保证光电倍增管在400nm处有最高的检测效率，对提高影像的信噪比很重要ShanghaiMedicalInstrumentationCollegeIP的特性：时间响应特征停止用激光照射荧光体时，发光衰减并逐渐终止。IP的PSL强度衰减速度很快，不会发生采集和读出信息的重叠。光发射寿命期为0.8μs。ShanghaiMedicalInstrumentationCollegeIP的特性：动态范围直线性在1到10000范围内具有良好动态范围可精确检测到组织间极小的X线吸收差异曝光3.0胶片影像屏密度输出100001000101000.21.08004002001600100ShanghaiMedicalInstrumentationCollegeIP的特性：存储信息的消退X线激发IP后，潜影存储于荧光体中，在读取前一部分电子随时间延长将逃逸，从而使第二次激发时的荧光强度减少，称为消退。IP消退很微弱，8h减少25%。受时间、温度影响。受X线照射后，尽快读取。ShanghaiMedicalInstrumentationCollegeIP的特性：天然辐射与黑斑IP不仅对X线敏感，对其他电磁波也敏感，如紫外线、γ射线等。来自天然放射性元素、IP板上微量放射性元素、宇宙射线。长期存放会产生小黑斑。使用前必须激光擦除，以消除可能存在的任何潜影。IP上的荧光体对Ｘ线的敏感度高于普通Ｘ线胶片，保存要有很好的屏蔽。ShanghaiMedicalInstrumentationCollege读出装置原理ShanghaiMedicalInstrumentationCollege具体地，读出分两步（１）用一束微弱激光粗扫IP，立即算出读出图像的直方图。（２）自动调整光电倍增管的灵敏度及放大器的增益，再用高强度激光精细地读出潜像，实现数字化，经过各种图像处理，获得最佳的适于诊断的数字Ｘ线图像。ShanghaiMedicalInstrumentationCollege影响图像质量的因素激光束的直径光电及传动系统的噪声数字化影响取样频率低—“马赛克”伪影量化级数少—“等高线”伪影一般数字化取样间隔为0.1~0.2mm，像素的灰度级为８bit时，就能获得满意的数字图像。ShanghaiMedicalInstrumentationCollege256×256，8bit64×64,8bit256×256,2bit256×256,8bit返回ShanghaiMedicalInstrumentationCollege常规Ｘ线照片的影像特性是由照相条件、增感屏及胶片决定，不能加以改变。CR系统则不同，由于使用高精度扫描及读出的数字信号可通过计算机进行图像后处理，所以能在大范围内改善图像质量，最终得到稳定、高质量的图像。计算机图像处理ShanghaiMedicalInstrumentationCollege图像处理环节图像读出过程的处理：图像读出灵敏度自动设定，自动获得最佳密度和对比度的图像；图像显示过程的处理：显示图像的特殊处理，以获得较高诊断价值的图像，也称后处理；图像存储和记录过程的处理：在不影响图像质量的基础上压缩图像，并可进行保存和传输，还可用激光相机打印出图像。ShanghaiMedicalInstrumentationCollege图像读出灵敏度自动设定为在不同X线剂量下，获得相同的图像质量（图像密度稳定），采用灵敏度自动设定功能预读程序流程确定灵敏度ShanghaiMedicalInstrumentationCollege通过对直方图的分析和计算，自动确定X线剂量范围，再算出有诊断价值的PSL量的范围，即读取装置的输入信号范围，从而决定本次读出IP图像的最佳条件（决定光电倍增管的灵敏度和放大器的增益）。因此，不论以何种条件摄影，读出灵敏度自动设定装置会自动校正X线曝光量的误差，使读取装置的输出信号总处于一定范围内，形成稳定的数字图像密度，以最佳的密度在胶片或显示器上重现。ShanghaiMedicalInstrumentationCollege图像读出灵敏度自动设定大曝光剂量例1和小曝光剂量例2ShanghaiMedicalInstrumentationCollege图像后处理灰阶处理空间频率处理动态范围压缩减影处理叠加处理图像处理：调节亮度、对比度、窗宽窗位，放大、反转,旋转，距离、面积测量。文字注释。更改病人资料ShanghaiMedicalInstrumentationCollegeShanghaiMedicalInstrumentationCollege图像的储存和记录装置磁带硬盘光盘磁光盘（MOD）SunShanghaiMedicalInstrumentationCollegeCR特点(总结)实现了传统X线图像的数字化；提高了图像的密度分辨率；能实现图像后处理，增加了显示信息的功能；降低了X线曝光量（为常规X线摄影剂量的1/5~1/10）；可以不用胶片，而是以数字形式用磁盘或光盘存储，还能把信息传输给PACS。ShanghaiMedicalInstrumentationCollege第三节Ｘ线数字摄影装置DR分为直接数字X线摄影（directDR,DDR）和间接数字X线摄影（indirectDR,IDR）IDR是指由I.I-TV或胶片先获得模拟X线影像，再转换成数字图像的方法DDR是指采用X线探测器直接将X线转换为数字信号的方法ShanghaiMedicalInstrumentationCollegeIDR的工作原理透射X线I.I光学系统电视摄像机A/D数字图像信号ShanghaiMedicalInstrumentationCollegeIDR的主要缺陷