第十章---数字X线设备

CompanyLogo第十章数字X线设备11.定义：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，再变换成模拟图像显示的一种X线设备。2.分类：⑴根据成像原理：分为CR、DSA、DR。①计算机X线摄影(ComputedRadiography,CR)CR是用IP记录X线图像，通过激光扫描使存储信号转换成光信号，此光信号经光电倍增管转换成电信号，再经A/D转换后，输入计算机处理，形成高质量的数字图像。2②数字减影血管造影（Digitalsubtractionangiography）简称DSA，即血管造影的影像通过数字化处理，把不需要的组织影像删除掉，只保留血管影像，是数字透视（DF）的典型代表。DF：是穿过病人的X线被影像增强器接收后，经X线电视系统转换为模拟视频信号，再经A/D转换后，输入计算机处理，形成高质量的数字图像。3③数字X线摄影(DigitalRadiography,DR)分为直接数字X线摄影（directDR，DDR）和间接数字X线摄影（indirectDR，IDR）DDR是采用X线探测器直接将X线图像变成电信号，再转化为数字图像。IDR是先通过X-TV或X线照片获得模拟图像，再转换成数字图像，前者的成像原理与DF相同，后者是利用数字化扫描仪把照片上记录的模拟信息数字化。4CR、DR、DF原理CR:X线→影像板（ImagePlate，IP板）→图像处理→图像记录与储存DR：X线→平板探测器（FlatPanelDetector，FPD）→图像处理→图像记录与储存DF：X线→人体→X–TV获得模拟视频信号→A/D→图像存储并处理→图像相减→D/A→图像显示数字X线成像的特点：优点：辐射剂量小、密度分辨力高、图像后处理功能强、可接入PACS便于数字影像存储及远距离传输。缺点：空间分辨力不如胶片高。6空间分辨力(SpatialResolution)7在HighContrast情况下区分细微结构的能力,(又称“HighContrastResolution”)决定影像清晰度。常用多少线对/厘米，即LP/CM密度分辨率(DensityResolution)8表示系统所能分辨的对比度差别的能力(又称“LowContrastResolution”)受影像清晰度&噪声影响。根据X线束的形状：可分为锥形成像法、扇形和笔形束成像法。9数字化X线成像设备的发展经历1972年CT问世后，影像数字化浪潮的到来，1979年出现飞点扫描DR系统，1980年北美放射学会（RSNA）的产品展览会上，DR和DF引起全世界的关注。此后，以DSA为代表的DF得到了高速发展，1982年又研制出了CR。90年代大力推出DR探测器。1011128层CT、超导磁共振、超声、PET/CT等12东软数字胃肠X线机13美国柯达CR14SIEMENS全数字化乳腺机SIEMENSDR数字影像X机DR胸片专用架15SIEMENS数字平板DSA医院放射科数字化网络16ImagesWorklistImageRetrievalNewImagesReport•Images•MedicaldataHIS/RISPatientDataWorklistArchivalClinicalReviewLaserCameraDICOMPrint数字化图像17数字图像定义：将二维图像以二维数字点阵的方式表示的图像。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。18UltrasoundtherapyTianjinMedicalUniversity256×256，8bit64×64,8bit256×256，2bit256×256，8bit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。20几种X线图像数字化的方式胶片扫描系统影像增强器+CCD+影像板计算机X线摄影(ComputedRadiography,CR)数字X线摄影(DigitalRadiography,DR)21胶片扫描系统22扫描仪计算机X线胶片专用设备影像增强器+CCD+影像板23X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(影像板)数字信号显示打印球管人体CompanyLogo第一节计算机X线摄影装置（CR）24一、分类、基本结构与原理（一）分类按用途不同分为通用型和专用型两种。1．通用型CR是将IP置入与屏-胶系统类似的暗盒内，曝光后在阅读器进行读取。其特点是手工搬运、更换暗盒，可适用于原有X线机和使用屏-胶系统暗盒进行的所有X线摄影检查项目。252．专用型CR其读取设备与滤线器摄影床或立位摄影架结合在一起，即卧式摄影专用型和立位摄影专用型。IP结构与通用型CR基本一致，IP经过X线曝光后，直接被传送到信号读取和残影消除部分处理，然后重复使用。其特点是功能相对单一，但不需要手工操作，对于同类工作效率高，适于专科或大型综合性医院。（二）基本结构与原理主要有信息采集、信息转换、信息处理、信息存储和记录等部分组成。信息采集：以IP代替胶片，接受并记忆X线摄影信息，形成潜影信息；信息转换：由读取装置来实现，用光电倍增管接收存储屏发出的荧光，并实现光电转换，再经A/D转换器变换成数字信号；27信息处理：由计算机来完成，对数字化的X线影像作各种相关的后处理，如大小测量、放大、灰阶处理、空间频率处理、减影处理等。信息记录：利用存储媒体，如光盘等，通常在存储前进行数据压缩；用于诊断的模拟影像照片可通过激光照相机打印激光胶片获得。29透射X线影像记录装置（数字信号→光信号）影像板影像读取装置（X线影像→数字）影像处理装置控制计算机影像存储装置（光盘、磁带等）显示器胶片自动洗相机CR相片激光相机30二、影像板(ImagePlate,IP)31CR的X线图像不是直接记录于胶片上，而是先记录在IP上；IP可重读使用，但不能直接显示图像。1、结构32表面保护层荧光层基板背面保护层IP结构示意图1、结构33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。34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，能把第一次照射光的信号记录下来，当再次受到光刺激时，会释放存储的信号。35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。36背面保护层：材料与表面层相同，防止IP摩擦损伤。2、工作原理射入IP的X线光子被IP荧光层内的PSL荧光体吸收，释放出电子。其中部分电子散布在荧光体内呈半稳定态，形成潜影，完成X线信息的采集和存储。当用激光来扫描（二次激发）已有潜影的IP时，半稳态的电子转换成荧光，即发生光激励发光现象（简称光致发光现象）。产生的荧光强度与第一次激发时X线强度成正比，完成光学影像的读出。IP的输出信号还需由读取装置继续完成光电转换和A/D转换，经计算机图像处理后，形成数字影像。3738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3、IP的种类（1）按分辨力分：高分辨力（highresolution，HR）（用于乳腺摄影）和普通分辨力（standardresolution，SR）（用于常规摄影）（2）按基板类型分：硬基板和软基板（3）按读取方式分：单面阅读和双面阅读。双面IP采用透明支持层，里面设有读取器件，受激光激发时，双面同时采集，提高了输出信噪比，量子检出率（detectivequantumefficiency，DQE）比普通IP增加了30%~40%，相应的降低了曝光量。394、IP特性—发射光谱与激发光谱把PSL强度与读取光波波长的关系曲线称为激发光谱。(600nm左右)。在读取激光激发下，已存储X线图像的IP中PSL荧光物发射出强度与X线强度成正比的蓝-紫光，峰值波长为390～400nm。PSL强度与其波长的关系曲线称为发射光谱。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。40IP特性—时间响应41当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。IP特性—动态范围42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100001000101000.21.08004002001600100IP特性—存储信息的消退43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。IP特性—天然辐射的影响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，随着这些射线能量的积累，在IP板上会以图像的形式被检测出来。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。445、使用注意事项用一张较大的IP来记录影像,可减少胶片尺寸的选择次数。IP再使用时，最好重做一次光照射，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。放置IP时，最好不要叠放，阻止荧光层被划伤。出现灰尘时，应用专用的清洁液清洁。45三、读取装置1、结构CR系统的读取装置可分为：暗盒型和无暗盒型。（1）暗盒型读取装置其特征是将IP置入与常规X线摄影暗盒类似的盒内，它可以代替常规摄影暗盒在任何X线机上使用。4647IP缓冲堆栈IP分类器病人信息摄影信息输入部分计算机/图像处理部分影像板暗盒暗盒插口读取部分消除部分经X线曝光后的暗盒，从CR读取装置的暗盒插入孔插入读取装置内，暗盒插入读取装置后，IP被自动取出，由激光扫描读出潜影信息；然后IP被传送到潜影消除部分，经强光照射后，消除IP上的潜影。此后IP被传送回暗盒内，暗盒自动封闭后被传送出读取装置，供反复使用，整个过程自动、连续。。48（2）无暗盒读取装置该装置配备在专用机器上，常规X线摄影设备不能配备此装置。配备此装置的机器集投照、读取于一体，有立式和卧式两种形式。IP在X线曝光后直接被传送到激光扫描和潜影消除部分处理，供重复使用。492、读出原理随着高精度电动机带动IP匀速移动，激光束由摆动式反光镜或旋转多面体反光镜进行反射，对IP整体进行精确而均匀地逐行扫描。受激光激发产生的PSL荧光被高效导光器采集和导向传输到光电倍增管的光电阴极上，经光电倍增管进行光电转换和放大后，再经A/D转换为数字影像信号。这一过程反复进行，扫描完一张IP后，得到一幅完整的数字影像。5051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。52533、影响图像质量的因素①激光束的直径：越小，信息量越多，越清晰②光电及传动系统的噪声③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。54四、计算机图像处理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