第五章-数字X线成像系统

第五章数字X线成像系统范能胜5.1概述1、什么是数字X线成像系统？2、根据成像原理不同分为：①计算机X线摄影(CR)系统；②数字荧光X线摄影(DF)系统；③数字X线摄影(DR)系统（又分为DDR和IDR）；3、根据X线束的形状分类：4、数字X线成像的优点：①对比度分辨力高：②辐射剂量小：③成像质量高：④数字图像易于传输、储存、查阅、图像后处理等5、空间分辨力比较：数字X线成像：2~4LP/mm胶片：5~7LP/mm5.2计算机Ｘ线摄影系统CR特点：出现时间：1982年探测器：影像板（IP板）优点：对比度分辨率高，需要的辐射剂量小5.2.1CR的基本组成和工作原理信息采集信息转换信息处理信息记录和保存5.2.2成像板1、IP板的基本结构：2、IP成像原理：PSL荧光层释放电子二次激发读出光电装换A/D转换形成潜影透射X线数字影像3、IP的特性①发射光谱和激发光谱②时间响应：从激光照射荧光体发光到其衰减逐渐终止的时间，③动态范围：动态范围宽，达到1：10000④存储信息的消退：存储在IP板中的电子影像，在读出前出现部分被俘获的的光电子逃逸的现象。⑤天然辐射的影响：对X线、紫外线、伽玛射线等敏感。4、IP使用注意事项：①使用较大的IP板来记录图像，减少反复选择IP板的次数；②再次使用前做一次强光照射，消除潜影；③做好IP板屏蔽工作；5.2.3读取装置1、结构：暗盒型读取装置非暗盒型读取装置①暗盒型读取装置：IP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②无暗盒读取装置：集X线投照、读取于一体，IP板在曝光后直接被传送到激光扫描和残影消除部分处理2、读出原理：分两步进行：1、预读取：确定读出条件2、读取：获得数字影像3、影响图像质量的因数：①激光束的直径：②光电及传动系统的噪声：X线量子噪声光量子噪声其它因素影响③数字化的影响：量化噪声等5.2.4计算机图像处理：主要目的：改善图像质量。分为读出前的处理和读出后的处理。1、图像处理的环节①与系统检测功能有关的处理：预读取，确定读出灵敏度。②与显示功能有关的处理：灰阶处理、频率处理、减影处理等。③与图像信息的存储和记录有关的处理：图像的压缩。数字图像后处理软件介绍：窗宽窗位边缘增强图像平滑对比度增强图像放大缩小图像裁减感兴趣区分析图像压缩连续图像回放2、图像读出灵敏度自动设定：1）预读程序：分割范围识别照射野识别直方图分析X线剂量和范围的计算确定读出调件2）照射野边界的识别：①测定探测的起始点：利用照射野和非照射野密度差别较大的特性；②测定照射野边缘的候补点：③照射野形状的修正：主要是区别组织密度对比强烈的候补点。3）读出系统工作特性：X线剂量大,吸收差别小X线剂量小,吸收差别大3、图像的后处理：①灰阶变换处理：灰阶变换函数：)}({),(0iiIfhDIfI而胶片密度数字图像信号②空间频率处理：通过频率响应的条节来影响图像的锐度，常用边缘增强的方法。③动态范围压缩：以低密度区域为中心的压缩以高密度区域为中心的压缩④减影处理：时间分辨率差，只能用于对时间分辨率要求不高的场合。⑤叠加处理：使用多张IP板重叠起来进行摄影，将信息量叠加平均处理，提高影像的信噪比，改善图像质量。5.2.5图像存储和处理装置存储图像：硬盘；光盘；磁带；将X线影像记录在胶片上：激光照相机2、激光相机：1）基本结构和工作原理2）灰阶密度校正调节功能：选择合适的窗口输入信息；选定机内提供的标准灰阶测试图像；选择合适的胶片特性曲线；3）主要特点：①数字化，灰阶密度调整范围为8~12b；②图像放大（或缩小）技术；③自动窗口技术；④多幅照相；⑤标准图像密度；4）技术指标：①像素灰度等级：10b；②采样间隔：0.1mm③激光束直径：80um；④处理能力：最多240张/h；5）CR系统改进方向：①提高时间分辨率，以适应动态器官和结构的显示；②进一步提高X线的转换效率；③减小IP荧光体内颗粒的尺寸，以提高发光效率。5.3数字X线摄影系统间接数字X线摄影IDR直接数字X线摄影DDR5.3.1IDR的基本结构和工作原理1、基本结构图像监视器图像接收器数据采集器图像处理器存储器X线机系统控制器2、工作原理I．I光学系统电视摄像机A/D透射X线数字图像信号3、主要缺点：5.3.2直接X线数字摄影定义：DDR指采用一维或二维X线探测器直接把X线转换为模拟电信号进行数字化的方法，它不同于先获得模拟图像，再对模拟图像进行数字化的方法。扫描投影数字X线摄影平板检测器数字X线摄影系统点扫描法线（扇）形扫描法分类：1）、点扫描法：（1）特点：扫描X线束呈点状。（2）优点：①散射线少；②使用光电倍增管，灵敏度高；（3）缺点：机械装置复杂，扫描时间长。1.扫描投影数字X线摄影2）、线（扇）形法：（1）特点：扫描X线束呈线状或扇状。（2）优点：照射野大，X线利用率高，扫描速度快。2.DDR使用的X线检测器：1）气体电离室检测器：利用X线的电离效应，电离电荷的多少与X线强度成正比，收集电离电荷并形成电信号。2）非晶态硒型平板检测器：（1）结构：产生电子空穴对（2）工作原理：①入射X线光子在硒层中产生“电子-空穴”对；②电子-空穴在极间电场的作用下向相反的方向移动形成电流并储藏在极间电容；③储藏的电荷在读出控制信号的作用下被顺序读出并送放大电路；像素矩阵3）非晶态硅型平板检测器：（1）结构：把掺铊的碘化铯闪烁发光晶体层覆盖在光电二极管矩阵上，每个光电管就是一个像素，由薄膜非晶态氢化硅制成。（2）工作原理：①X线入射闪烁晶体被转换为可见光；②由光电二极管将可见光转换为电信号，并将此电信号储藏在光电二极管自身电容上；③在读出信号的控制下将储藏电荷读出并加以放大。3、DDR系统实例：1）多丝正比室扫描投影X线机：（1）多丝正比室结构：（2）工作原理（3）技术参数：①图像面积：320mm×256mm②像素矩阵：640×512③动态范围：14~16B④曝光剂量：胶片系统的1/100~1/30⑤采集时间：2）平板探测器DDR系统（1）组成：探测器矩阵图像处理器监视器X线机系统控制台网络X线数据控制电子暗盒（2）图像质量空间分辨率：3.6LP/mm。对比度分辨力：取决于动态范围的大小，平板探测器的动态范围可到达104~105（3）DDR与CR的比较：①DDR的图像清晰度优于CR；②信噪比高；③拍摄速度快；④DDR的X线线转换率高；⑤寿命长；⑥DDR不能与常规X线设备匹配工作；5.4数字减影血管造影系统注射造影剂之前注射造影剂之后相减5.4.1基本结构和工作原理数字图像硬件结构监视器A/D输入查找表ALU帧存储器计算机输出查找表D/A视频信号5.4.2DSA的成像方式1、时间减影：方法：注射造影剂前先拍摄掩模像并保存，注射造影剂后拍摄造影像，按时间顺序将掩模像与造影图像相减。时间减影脉冲图像方式超脉冲图像方式连续图像方式时间间隔差方式心电图触发脉冲方式1）脉冲图像(pulseimage,PI)方式：①间歇脉冲曝光，脉冲持续时间大于信号一帧的时间；②造影剂未流入血管前拍摄掩模像；2）超脉冲图像(superpulseimage,SPI)方式:①拍摄速度更快；②图像运动模糊小；3）连续图像(continuousimage,CI)方式：①X线连续照射，得到频率为25帧/30帧每秒的连续图像；4）时间间隔差(timeintervaldifference,TID)方式：①掩模像不断更新，淹模像与造影像之间的间隔可调；5）心电图(electrocardiogram,ECG)触发脉冲方式：特点：采用ECG信号作为曝光控制信号，使掩模像与造影像同相位。2、能量减影：①方法：在同一区域几乎同时用两种不同的管电压取得两帧图像进行减影。②原理：利用了碘与周围软组织对X线衰减系数在不同能量下有明显差异的特性。③优缺点：3、混合减影：将时间减影技术和时间减影技术相结合，产生了混合减影技术；方法：①注射造影剂前先做一次能量减影；②注射造影剂后再做一次能量减影；③将两次能量减影的图像再相减；4、影响图像质量的因素：①成像方式；②投照X线的稳定性；③曝光与图像采集的匹配同步；④噪声；⑤设备性伪影；5.4.3DSA对设备的特殊要求和技术措施1、X线发生器和显像系统1）X线发生器：①功率：②管电压：③管电流：④高压控制方法2）图像增强器：①多视野I.I。②平板式I.I。3）光学系统：①孔径大，光圈可调；②滤光片；4）电视摄像机：①高清晰度、高分辨率和低残像，并配合各种补偿电路；②CCD摄像机和逐行扫描制式。5）监视器：高分辨率、大屏幕。6）X线图像亮度的自动控制：（1）自动亮度控制的作用：（2）自动亮度控制的方法：①控制I.I的输出光量；②控制光学系统的输出光量：7）X线剂量的管理：（1）剂量管理的主要任务：（2）剂量管理采取的措施：①栅控技术②光谱过滤技术③脉冲透视技术④图像冻结技术2、机械系统：①机架和床：双C臂、单Ｃ臂，可以多轴向运动。②体位记忆技术：设定和保存各种投照体位。③自动跟踪回放技术3、数据采集和存储系统：①像素矩阵大小和采样率：像素矩阵越大，需要的采样率越高。②A/D转换器的量化等级和图像灰度③帧存储器的容量与每像素的量化等级以及摄影速率4、计算机系统：