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放射影像设备与成像原理培训 销售部赵祥兵 目录 X线成像设备的发展X线基础知识普通X线成像设备与原理计算机X线 CR 摄影成像设备与原理DR摄影成像设备与原理鱼跃医疗DR产品介绍主要竞争对手介绍医学影像存储与传输系统 PACS X线成像设备的发展 自德国科学家威廉 康纳德 伦琴 1845 1923 发现X线100多年以来 X线机发生了很大变化 特别是近30多年来 随着电子 材料 工艺和计算机技术的发展 引入了许多新的X线成像方式和成像技术 从而使X线成像发生了彻底的改变 也使X线成像的质量发生了质的飞跃 它是一个包括多学科理论 知识和技术的综合性医疗设备 它的发展过程大致可以分为以下几个阶段 1 初始阶段2 实用阶段3 提高完善阶段4 影响增强器阶段5 CT阶段6 数字化阶段 数字化的实现 特别是PACS的推广与应用 使X线图像的存储与传输发生了质的变化 不仅存储与查阅方便 操作简单 传送快捷 便于教学和远程会诊等 数字化X线成像诊断技术将成为主流 随着国家医改政策等方面的支持 在未来几年将是一个高速装配阶段 有着广阔的市场前景 射线影像行业未来展望 目录 X线成像设备的发展X线基础知识普通X线成像设备与原理计算机X线 CR 摄影成像设备与原理DR摄影成像设备与原理鱼跃医疗DR产品介绍主要竞争对手介绍医学影像存储与传输系统 PACS 1 X线的发现1895年11月8日 伦琴用一个高真空玻璃管和一台能产生高压的小型机器做试验时 发现了X线 1895年11月22日伦琴利用X线为其夫人拍摄了手的照片 能清楚地显示手部骨骼和他夫人手上的戒指 就开始了X线摄影 X线是一种不可见的光 伦琴继续研究这种不可见的射线 发现它在磁场中不发生偏转 通过三棱镜也不发生折射 他将这种不知性质的奇特射线用数字学上表示未知数的 X 来表示 命名为 X线 一 X线的发现与产生过程 2 X线的产生过程X线是在高度真空的X线管中通过从电子上获得能量并把它转换成具有能量的光子的办法产生的 是高速电子与阳极靶面相互作用的结果 二 X线产生须具备的条件 1 电子源 根据需要随时提供足够数量的电子 2 高速电子流 在强电场的作用下电子做高速定向运动 3 适当的障碍物 靶面 接受高速电子所带来的能 是高速电子所带的动能部分转变为X线和热能 医用X线机常用X线管的靶面绝大多数由钨制成 用于软组织摄影的特殊X线管的靶面由原子序数较低的钼或铑制成 它能产生波长较长的X线 称之为软射线 三 能量转换过程 1 X线是在能量转换过程中产生的 2 从能量转换角度来说 其能量转换分为热能量和辐射能量两种 1 热能量转换99 左右的高速电子动能在碰撞损失中转换为热能 2 辐射能量转换不足电子总动能的1 四 X线的质与量 X线强度是指单位时间内垂直与X线传播方向的单位面积上所通过的光电子数目和能量的总和 在实际工作中 常用质和量来表示X线强度 1 X线的质X线的质表示X线的硬度 即X线穿透物质的能力 X线的质决定每个光子能量的大小 而与光子的数目无关 光子能量越大 越不被物质吸收 其穿透本领越大 X线越硬 反之 X线的硬度就越小 常用 kv 来表示 2 X线的量X线的量是X线束的光子数目 在实际工作中 常用X线管的管电流与X线照射时间的乘积 即毫安秒 mAs 来表示X线的量 因为管电流代表了单位时间射向阳极靶面的电子流 管电流越大 电子数目越多 和靶面物质发生各种作用的X线量也越大 则X线强度越大 所以管电流与X线强度相对应 而毫安秒则与X线在该时间内的辐射总能量 放射量 相对应 五 X线的本质 X线是一种电磁波 在电磁波谱中 X线介于紫外线和 线之间 与其它光线一样 具有波 粒二象性 即波动性和微粒性 这就是X线的本质 1 波动性X线是一种波长很短的电磁波 X线是以波动方式传播 它是一种横波 在真空中的传播速度与光速相同 2 微粒性即把X线看做是一个个微粒 光子组成 且这些光子具有一定的能量和动质量 说明了X线具有微粒性 六 X线的特性 X线是一种电磁波 除具有一般电磁波具有的共同属性以外 由于它的波长短 光子能量大 还有其它电磁波不具有的特殊性质 这些特性在医学领域被加以利用 为人类的健康服务 物理特性穿透性电离性荧光性 化学特性感光性 生物特性 1 穿透作用 1 穿透作用是指X线穿过物体时不被吸收的本 2 X线的穿透性与X线的波长有关 X线的波长越短 光子能量越大 穿透物体的能力越强 3 X线的穿透性与物体的厚度有关 即在波长一定的情况下 物体的厚度越大 吸收X线越多 反之则越少 4 X线的穿透性与物质的性质和结构有关 即在波长一定的情况下 高原子序数的物体密度大 吸收X线多 X线穿透性较差 低原子序数的物体密度小 吸收X线少 X线穿透性较强 X线穿透物质后的强度变化 反映了物质内部的密度差异 这正是X线成像的物理基础 1 不同射线强度对厚度 密度一致物体的对比 弱 强 X线 X线 中 X线 胶片 TV 2 相同射线强度对厚度不同 密度相同的对比 薄 中 厚 X线 X线 X线 胶片 TV 3 射线强度 厚度相同但密度不同的对比 胶片 TV X线 X线 X线 低 中 高 2 电离作用 物质受到X线照射 原子核外电子脱离轨道 这种作用叫做电离作用 电离作用能使某些物质发生化学反映 在有机体内产生生物效应 因此电离作用也是X线损伤和治疗的基础 3 荧光作用 某些荧光物质 如铂氰化钡 硫化锌镉 钨酸钙等 受到X线照射后 原子发生电离和激发使原子处于激发状态 在回复到基态的过程中 电子的能级跃迁而辐射出可见光或紫外线光谱 这种光谱就是荧光 具有这种特性的物质叫荧光物质 而X线使荧光物质发生荧光的作用就称为荧光作用 荧光的强弱与X线的强度有关 透视用的荧光屏和影像增强器的输入屏 X线摄影用的增感屏以及CR系统的IP板都是利用这一特性制成的 4 感光作用 X线照射到胶片上 与胶片乳剂层中的卤化银发生光化学反映产生银颗粒沉淀 称为X线的感光作用 银颗粒沉积的多少与胶片受到X线的照射量有关 由于X线穿透人体 人体各部位的原子序数是有差异的 后的X线强度分布不同 使胶片的感光程度发生差异 经过化学显影后 就产生一定的黑色金属银 形成不同密度的人体组织图像 X线摄影和工业探伤就是利用了这一特性 经一定量的X线照射后 X线对生物组织细胞 特别是增殖能力强的细胞 可产生抑制 损伤 甚至坏死 这种对生物组织细胞具有的破坏 瓦解作用 称为X线的生物效应 X线生物效应是X线的电离作用引起的 如过量或累计性的X线照射 可引起某些损伤 尤其是增殖能力强的组织细胞 不同的组织细胞对X线的敏感性不同 会产生不同程度的反应 所有在实际工作中 放射工作者一定要重视防护 特别是血液系统 生殖系统等对X线敏感器官的防护 放射治疗就是利用了这一特性 5 生物特性 目录 X线成像设备的发展X线基础知识普通X线成像设备与原理计算机X线 CR 摄影成像设备与原理DR摄影成像设备与原理鱼跃医疗DR产品介绍主要竞争对手介绍医学影像存储与传输系统 PACS 一 X线图像形成原理 1 X线图像形成是基于X线的3个基本特性 穿透 荧光和感光作用 和人体组织密度和厚度的差异 2 X线图像形成原理是 当一束X线到达人体不同组织结构或不同厚度时 由于他们对X线吸收程度不同 密度低的 如肺 吸收少 密度高的 如骨骼 吸收X线多 密度一致 厚度薄的组织吸收少 厚度厚的组织吸收多 故透过人体后形成分布强弱不同的X线这些X线照射到暗盒的增感屏上 产生与X线相对应强弱不同的荧光 这些荧光作用与胶片的感光层 从而形成潜影 图像信息获取 模拟X线摄影图像形成过程 二 X线机的分类 X线机分类尚没有统一的标准 但可通过X线机的结构特点 X线发生器的输出功率和工作方式 应用范围为依据可以下几种方式进行分类 按结构分类1 固定式2 移动式3 便携式 按X线发生器输出功率分类1 小型机2 中型机3 大型机 按使用范围分类1 通用型2 专用型 按高压电源频率分类1 工频机2 高频机 固定式 通常按输出功率分为中型和大型两种 1 中型 这种X线机用双焦点旋转阳极球管 也有用固定阳极的 配电动诊视床 球管主件支持装置 摄影平床等 2 大型 这种机器多有2只以上的球管 除上述配置外有电视系统 影像增强器 或平板 用C型臂或悬吊支架支持 及辅助设备 能一机多用 移动式 移动式是在X线机的机座上装上滚轮 可在病房 手术室 等地进行摄影检查工作 如配上C形臂 影像增强器和电视系统 可用于介入性手术的监视或骨折复位监视 便携式 便携式X线机结构简单 重量轻 装卸方便 输出功率小 仅为1kW 10mA 75kVp 故只能作野战透视和四肢摄影 现在也有大于1kW的携带式X线机 1 小型X线机指工频X线发生器在10kW 100mA 100kVp 以下的X线机 中 高频X线发生器在50kW 500mA 100kVp 以下的X线机 按X线发生器输出功率分类 2 中型X线机指用20 60kW 200 600mA 100 125kVp X线发生器的X线机 3 大型X线机指80kW 800mA以上 125 150kVp 以上X线发生器的X线机 1 综合性X线检查X线机系指固定式X线机 具有透视和摄影等多功能 适合做各种疾病X线检查 按使用范围分类 2 专用X线检查X线机是为了适应某种专科疾病检查而设计的X线检查设备 三 X线机的组成 虽然X线机型号不一 用途各异 其结构和辅助设施差异很大 但其基本结构都是由以下两大部分组成 1 X线发生装置X线发生装置也称为主机装置 其任务是产生X线 并控制X线的 质 和 量 X线管装置 高压发生器 控制装置2 外围装置机械辅助装置 影像装置 记录装置 X线管装置 有时也称X线管头 或X线管组件 检查它是产生X线的关键组件 主要由X线管和防电击防散射的管套组成 1 X线管a 固定阳极b 旋转阳极X线管c 特殊X线管几种 2 X线管管套是封装X线管的特殊容器 现代X线管管套均采用防电击 防辐射 油浸式 结构因用途 型号的不同而有所差别 X线管的组成 1 固定阳极主要由阳极 阴极和玻璃壳三部分组成 主要优点 固定阳极X线管具有结构简单 价格低的有点 在小型X线机 治疗X线机 阳极循环冷却 等设备中仍被采用 主要缺点 X线管的负载容量受限制 高速电子撞击靶面的面积受限制 连续负载 反复曝光 工作受限制 2 旋转阳极X线管它的结构也是由阳极 阴极和玻璃壳组成 和固定阳极相比除阳极结构不同外其它并无太大差异 X线管的焦点及其性能 1 焦点的概念在X线管中高速运行的电子束撞击阳极靶面时在靶面上形成的小面积即称为焦点 2 X线管焦点分为实际焦点与有效焦点两种 实际焦点是阴极电子在阳极靶面上的实际轰击面积 实际焦点的形状与大小取决于阴极聚焦槽的形状 宽度及深度 有效焦点是实际焦点与X线管轴垂直方向上的投影 一般设备标注的焦点均为有效焦点 3 特殊X线管为了完成某些特殊X线摄影方法而生产出多种特殊X线管 这里我们只介绍三极X线管和钼靶X线管 三极X线管由阳极 阴极和控制栅极组成 又称栅控X线管 钼靶X线管阳极靶面采用钼或铑制成 主要用与乳房等软组织的摄影 高压发生装置 高压发生器装置有时也称高压发生器或高压变压器组件 它是为X线管产生X线提供直流高压和灯丝加热电压的装置 高压发生器的作用是产生X线管所需要的高压和灯丝加热电压 目前可分为工频高压发生器及高频高压发生器 工频X线机的缺点 体积与重量庞大 输出波形脉动率高 X线剂量不稳定 软摄线成分多 曝光参量的准确性和重复性较差 中 高频X线机 中 高频X线机与工频机的不同之处在于发生器 中 高频X线发生器供给高压变压器及X线管灯丝加热变压器初级的电源工作频率和工频不同 为直流逆变技术 所以管电压 管电流的实现和控制方法发生了很大 根本性 变化 中 高频机的工作原理 工频电源电压经过整流 滤波之后变为几百伏的直流电压 此电压经过主逆变电路后变成几百Hz至100kHz的中 高频电压 该电压被送到高压变压器初级 经升压以及整流 滤波 多为倍压整流 后变为恒定直流高压 作为X线管的管电压 灯丝加热也采用类似方法将电压送至灯丝变压器初级 次级输出电压 作为X线管的灯丝加热电压 中 高频X线机的主要特点 1 病人的皮肤剂量低2 成像质量高3 实时控制4 输出剂量大 重复性好5 电源和高压发生器体积小 重量轻6 可实现超短时间曝光7 便于智能化8 可直接用直流供电 控制装置 1 控制装置有时也称为主机 或控制台 其主要任务是控制X线的产生时间 调节X线的 质 和 量 并对其进行指示的装置 2 控制装置的组成 电源开关 电源电压调节器及电压表 管电压调节器及电压表 管电流调节器及电流表 曝光控制及指示器 容量控制及指示器 透视放射量限制器 外围装置 外围装置是X线机根据临床检查需要而装配的 1 机械辅助装置2 影像装置3 记录装置 机械辅助装置 1 诊视床 荧光屏式诊视床 X TV机械辅助装置式诊视床 特殊诊视床 遥控床 摇篮床2 摄影床 一般摄影床 特殊摄影床 间接摄影床 体层摄影床 管头支持装置 立柱式支持装置 悬吊式支持装置 C U形臂式支持装置3 滤线器 限束器 锁止器 压迫器 高压注射器等 滤线器 X线管辐射的原发X线透过人体时 因撞击人体组织而产生向四周散射的波长较长的软射线 称为散射线或二次射线 这些散射线作用于胶片上 将使胶片背景灰雾 导致照片影像质量下降 X线投照部位的照射视野越大 组织的厚度越厚 密度越高 则摄影时所需要的管电压就越高 所产生的散射线也就越多 对照片影像质量的影响就越大 因此应设法消除这种不利的影响 虑线器就是为此而设计的一种摄影辅助装置 它能吸收散射线 使达到胶片的散射尽可能小 从而提高照片的影像质量 其组要组件是滤线栅 滤线器的种类 1 固定滤线器它是一块在摄影过程中静止不动的滤线栅 使用时 将其置于病人和胶片之间 以达到吸收散射线的目的 2 活动滤线器它是一块在曝光前的瞬间开始运动 曝光结束后才停止运动的滤线栅 滤线器的结构 其组要组件是滤线栅 滤线栅也叫滤线板 是虑线器的主要部件 多为聚焦式 滤线栅外观为一厚4 8mm的平板 内部有极薄的铅条和纸条 木条或铝片 交替向焦排列 上下再用薄铝板封装而成 滤线栅中心两侧的铅条向中心倾斜一定的角度 将所有铅条沿倾斜方向延长 会聚成一条线 该线与滤线栅平面中心垂直线的交点 称为滤线栅的焦点 聚焦的一面为正面 或称为聚焦面 另一面称为背面 聚焦面印有文字或图形标记 如 圆点或圆圈表示中心 横线标记铅条方向 也有用X线管标记的 滤线栅规格 影像装置 1 荧光屏2 影像IP板3 探测器4 屏 片系统5 X线电视系统 X TV 屏 片系统 屏 片系统即增感屏与X线胶片组合系统 它做为透过受检体后带有人体信息的接受介质 即接收器 或称作带有人体信息的X线探测器 屏 片系统中增感屏的作用个是利用X线激发屏中的荧光体获得荧光 荧光对胶片产生增感作用 用增感屏进行X线摄影时 对胶片的感光作用主要由屏发出的荧光产生 占到95 以上 而直接依靠X线产生的感光作用不到5 从而大大减少了X线曝光条件 增感屏的种类 1 钨酸钙屏荧光体为钨酸钙 发光光谱在350 560nm之间 峰值为420nm左右 与感蓝片组合使用 根据晶体颗粒的大小 这种屏可分为低速屏 中速屏 高速屏三种 主要缺点 是它对X线光子的吸收效率和荧光转换效率较低2 稀土增感屏1 发光光谱在蓝紫色光区 峰值420nm 感蓝屏 2 发光光谱在黄绿色光区 峰值550nm 感绿屏 3 特殊增感屏1 超高清晰屏2 高电压摄影用屏3 同时多层屏4 感度补偿型屏5 乳腺摄影专用屏6 连续摄影用屏 医用胶片的成像原理 医用胶片的结构及成像原理和银元素组成的卤化银 它们具有见光能产生光化学反应的特性 医用X射线胶片属于卤化银胶片 在光的作用下卤化银还原成金属银 生成不可见的潜影 经过显影剂的作用就变成可见的黑色金属银像1 普通医用胶片 感蓝片 感绿片 2 医用激光胶片3 热敏干式胶片 医用胶片的主要性能 1 感光度 S 2 密度 Dmax 3 灰雾度 D0 4 对比度 5 宽容度 L 6 解像力 R 和清晰度7 颗粒性和颗粒度8 保存性 X线电视系统 X TV 由于X线的荧光特性 在X线透视成像中 透过人体的X线照射到荧光物质时 荧光物质的原子被激发或电离放射出可见的荧光 记录装置 自动洗片机 多幅照相机 激光相机 热敏相机 目录 X线成像设备的发展X线基础知识普通X线成像设备与原理计算机X线 CR 摄影成像设备与原理DR摄影成像设备与原理鱼跃医疗DR产品介绍主要竞争对手介绍医学影像存储与传输系统 PACS 计算机X线摄影概述 计算机X线摄影 CR 技术 是目前一种比较成熟的数字化X线摄影技术 它的摄影方式与传统暗盒的屏 片系统相似 以成像板 IP 代替X线胶片作为记录信息载体 IP经X线曝光以后送入读取装置读出X线影像信息 再由计算机处理后显示图像 CR的原理与流程 CR采用IP作为载体经X线曝光后 IP的光激励荧光体形成了潜影 再将IP放入图像读取器中 通过激光扫描使存储在IP荧光体中的信号转换成光信号 用光电倍增管或CCD将光信号转换成电信号 再经过A D转换后 输入计算机处理 最后获取高质量的数字X线图像 信息读取后IP被送到强光擦除系统进行强光照射 擦除IP全部信息 为下一次循环使用做准备 1 CR的优势1 X线曝光量比常规X线摄影有一定程度的降低 2 IP替代胶片可重复使用3 可与原有的X线摄影设备匹配使用4 可取消暗室 实现全明室化操作5 具有多种后处理技术6 具有多种后处理功能7 显示的信息易被诊断医生阅读 理解8 数字化存储9 实现数据库管理 CR的优势与特点 2 CR的特点1 灵敏度较高2 具有很高的线性度3 动态范围大4 识别性能优越5 CR系统曝光宽容度较大 CR系统的主要缺陷 1 操作程序烦琐 比传统屏 片系统步骤还要多 技术人员工作量大 2 时间分辨率低 不能实现动态X线摄影 CR的分类 CR系统按使用与结构的不同可分为普通型 暗盒式 与专用型 无暗盒式 两大类 普通型CR系统是目前应用最广的一种类型 单通道多通道移动式专用型CR系统是集投照与阅读为一体的装置 立式卧式 普通CR的基本组成 1 图像记忆系统 IP板 2 图像读取系统3 图像处理系统4 医用相机 IP的外形结构 IP作为记录图像信息的载体 是CR成像系统的关键部件 IP的外形 尺寸与传统的增感屏基本相似 在暗盒中放置与胶片基本类似 IP的荧光层一般采用含有微量二价铕离子的氟卤化钡晶体作为光激发物质 IP的类型与规格 类型与规格有高分辨率 HR 型和普通 ST 型两类 高分辨率型多用于乳腺摄影 普通型多用于常规摄影 基板类型有硬基 刚性 板 软基 柔性 板及透明基 透明 板3种 读取方式有单面阅读和双面阅读两种 单面板只能单面读取 双面IP采用透明支持层 两面设有读取器件 受激光激发时 双面同时采集 提高了输出信噪比 量子检测效率 DQE 值比普通IP增加了30 40 相应降低了曝光量 IP尺寸与屏 片暗盒系统一致 IP的特性 发射光谱与激光光谱激发IP的X线光谱称为发射光谱 在390 400nm波长处PSL取得峰值 荧光体受激光照射发出蓝 紫光 它由荧光体内少量的二价铕离子产生 发光强度依激发IP的激光波长而变 PSL强度与读取照射光波的关系曲线称为激发光谱 用600nm左右波长的红色氦 氖激光读取效果最佳 时间响应当激光照射荧光体停止后 发光按其衰减规律主件终止 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 即IP具有很好的时间响应特征 动态范围IP发射荧光的量以来与第一次激发的X线量 IP的动态范围比屏 片系统大得多 具有较大的曝光宽容度 IP的特性 存储信息的消退X线激发IP后光子被浮获存储于荧光体内 在读取前的存储器件 一部分被俘的光子将逃逸 从而使第二次激发时荧光体发射的PSL强度减少 这种现象称消退 IP的消退表现很轻微 按标准条件曝光的IP在一定存储时间内几乎不受消退的影响 但若读取前存储过久 则致使噪声很大 天然辐射的影响IP不仅对X线敏感 对其他形式的电磁波也敏感 如紫外线 射线等 随着这些射线能量的积蓄 在IP上会以影像的形式被检测出来 长期存放的IP直接使用 会在图像上出现黑斑 应在使用前用强光擦除 以消除天然辐射的影响 图像读取系统 读取装置具有完成读取IP上的潜影信息 传送IP 擦除IP上的残留潜影等功能 故被称为读取器或阅读器或扫描器 其可分为 普通 台式 柜式 专用型 立式 卧式 普通型 单通道CR系统 多通道CR系统 移动CR系统 专用型 专用型图像阅读器是与虑线器摄影床或立式摄影架组合在一起所构成的 分为立式和卧式摄影专用型 IP结构与普通型CR基本一致 但仅有一块固定IP IP不能单独移动 只能随机器一起移动 IP经过X线曝光后 自动完成读取图像 传送读取信息和残影消除等处理功能与DR工作流程相似 然后重复使用 其特点是功能相对单一 只能做立式或卧式X线摄影的其中一种 但不需要手工操作 工作效率高 适合专科或大型综合医院 1 立式CR立式CR主要用来进行胸部等立位X线摄影 外形与内部结构如图所示 这种类型的CR系统目前有FUJI KONICAMINOLTA公司推出 2 卧式CR卧式CR系统外形结构上与普通升降摄影床基本相似 如图所示 由于床体中装配了IP阅读器 包括IP传送 激光发生器 激光扫描 光电转换 数据处理 潜影擦除等装置 故内部结构与普通升降摄影床有很大不同 这类型的CR系统目前有FUJI KONICAMINOLTA AGFA 公司 图像处理系统 计算机系统在CR设备中具有及其重要的中枢控制和运算作用 控制着CR成像全过程中每个细小环节 CR的工作状态 稳定性 图像质量 个种技术指标的实现全在计算机的监控之中 1 主要硬件配置及作用2 软件配置 医用相机 目前市场上的医用相机生产厂家主要还是以Kodak JUJI AGFA和Konica四大传统胶片供应商及Sony 科多尼克公司所生产的 医用相机的分类 医用激光相机的激光器 激光源 有两种 即气体激光器和半导体激光器 常用的气体激光器有氦氖 激光波长633nm 半导体激光器有红外二极管 激光波长820nm 干式相机根据成像技术分为激光型和非激光型 激光型分为光 热成像系列和激光诱导成像系列 非激光型分为喷墨成像和热成像打印 其中热敏打印技术又分为直热打印成像和染料升华成像 激光干式相机工作原理 激光干式相机采用光热式成像技术 是医疗影像应高倍领域中迅速崛起的一项高新技术 它以专用的胶片为图像载体 使用激光进行胶片曝光 然后经过加热使图像显现 不需要使用化学药剂进行复杂烦琐的显影 定影过程 由于光热式成像系统具有环保节水 操作简便等诸多优点 已逐渐开始成为医用胶片成像系统的主流产品 干式胶片经红外激光的照射后 胶片感光乳剂层中的卤化银形成目视不可见的潜像银 带有潜像银的胶片经过干式激光相机中的加热鼓加热122 持续15s吸收热能 潜影点在热能的作用下 通过催化反应过程使银原子形成银颗粒 这种 潜影 通过热处理发显影后 被显示出来 金属银颗粒的量与胶片所接受曝光量即光子数成正比 形成不同密度分布 而显示出可见的影像 激光胶片成像原理 乳化银颗粒 激光曝光 潜影 热敏鼓加热 可见银颗粒 激光干式相机基本结构 1 冷却 输出部分 冷却胶片和输出胶片 2 控制面板 设定技术参数和调整影像 3 供片槽抽屉 放置胶片 提供胶片 4 胶片传输部分 传输胶片 5 曝光部分 包括磁悬浮马达 透镜组 晶振衰减器 激光器 对胶片进行扫描 6 电器控制部分 接受和控制图像 7 抓片部分 把胶片送入传输系统 8 加热鼓组件 胶片显影 9 过滤器组件 过滤异味 10 胶片分拣器组件 分拣各主机设备的胶片 11 胶片无线表示阅读器 读取胶片盒上的信息 12 密度计组件 读取胶片灰阶密度 Kodak公司干式激光相机 JUJI公司干式激光相机 Konica公司干式激光相机 直热式干式热敏相机 热敏成像技术及原理 热敏打印成像技术分为直热式和热升华式两种 直热式较为常见 直热式相机同样保留数字化影像处理系统 但其打印部分与以往的激光相机完全不同 它不再使用打印 显 定影分开两步处理的传统方式 而是一步直接成像 它甚至不再使用激光器 而代之以热头阵列 因此 直热式相机采用的是一种全新的概念和技术 成像工作原理 采用用直接数字热敏银盐对应成像技术 热敏干式胶片是由保护层 热敏记录层 热敏银盐及其它物质 聚酯基底层组成 在聚酯基底涂有热敏记录层 这些记录层中的银原子对直接热打印头的温度敏感 而电信号 模拟信号 的强弱变化使热敏头温度升高或降低作用于胶片的热敏层产生的像素增大或减少来完成影像的制作过程 与热敏头接触的胶片点会发生不同程度的还原反应 将银颗粒从银盐中还原出来 温度越高 100 200度 还原出的银越多 胶片上表现的颜色也就越深 热敏干式胶片成像原理 直热式干式相机的基本结构 1 冷却 输出部分 冷却胶片和输出胶片 2 控制面板 设定技术参数和调整影像 3 供片槽抽屉 放置胶片 提供胶片 4 胶片传输部分 传输胶片 5 电器控制部分 接受和控制图像 6 抓片部分 把胶片送入传输系统 7 热打印头部分 由热产生部分 电路控制部分和放热散热片等组成 使胶片成像 8 压纸卷筒 保证胶片与热打印头接触 直热式干式相机的特点 1 直热式相机的结构简单 2 使用方便简单 3 对图像调节处理能力强 插入法 边缘强化 平滑等 图像对比度好 4 此种相机图像形成的速度取决于热打印头的温度相应时间及能力 瞬间要让打印头温度快速升高或降低较为困难 所以这种打印方式的成像速度略慢 约每小时100张胶片 5 要求压纸卷筒转速恒定精确6 由于打印头和胶片直接接触 会使打印头损耗 变脏 产生伪影 影像图像质量 JUJI公司热敏激光相机 Agfa公司干式热敏相机 Sony公司干式热敏相机 部分厂家相机技术参数 医用相机未来发展与趋势 随着电子技术 特别是网络技术的飞速发展 医学影像设备的数字化 网络化是必然的趋势 虽然医学影像网络的发展大大减弱了诊断对胶片依赖 但是从目前的实际情况来看 数字化放射可还需要相机来拍摄影像 即使将来进入无胶片化阶段 相机在相当长的时期内还会有一定的使用价值 未来新一代相机发展趋势有以下几个特点 一 环保性 二 网络化 三 100 打印还原 四 个性化 专用化 五 简便化 目录 X线成像设备的发展X线基础知识普通X线成像设备与原理计算机X线 CR 摄影成像设备与原理DR摄影成像设备与原理鱼跃医疗DR产品介绍主要竞争对手介绍医学影像存储与传输系统 PACS DR的定义和特点 DR是在传统X线机的基础上发展起来的一种数字化X线摄影设备 X线透过人体后 经过X线探测器采集和计算机系统处理 可在数秒内快速地再现X线摄影图像 1 DR是在传统X线机基础发展起来 高度集成化 数字化的X线摄影设备 2 X线探测器是DR的核心组件 它的作用是采集X线信息 将透过人体的X线转换为相应的数字信号 3 DR的计算机系统对数字化X线图像信息进行重建和各种后处理 4 最终形成的数字X线图像由显示器显示 DR的特点 DR的基本优点 1 成像速度快2 图像动态范围大3 图像后处理功能强4 PACS能力 DR摄影工作流程 DR的基本成像过程 模 数成像过程的比较 X线摄影设备 人体信息 屏 片系统 暗室洗片系统 X线电视系统 X线摄影设备 人体信息 X线探测器 计算机处理 显示系统 后处理系统 存储系统 X线胶片显示 模拟图像显示 a 模拟X线成像模式 b 数字化X线成像模式 普通摄影 CR摄影 DR摄影 6 10min 7 00min 1 30min 3种摄影方法的比较 DR设备的基本构成 1 X线发生单元2 X线采集单元3 检查台 床单元4 信息处理单元5 图像显示单元 DR摄影成像设备的分类 1 按X线曝光方式分类 1 面成像技术2 线扫描成像技术2 按能量转换方式分类 1 直接转换方式非晶硒平板探测器数字化X线成像2 间接转换方式非晶硅平板探测器数字化X线成像CCD探测器数字化X线成像3 按机械结构方式分类 悬吊式UC复合臂式U型臂式移动式 单板 悬吊 岛屿 单板 胸片架单板 胸片架 单板 全悬吊 单板 多功能UC臂 直接数字X线摄影 DDR 的基本原理 X线投射到X线探测器上 光导半导体材料采集到X线光子后 直接将X线强度分布转换为可测量的电信号 目前使用在DR设备上的X线探测器主要为非晶硒 a Se 平板和碲化镉 间接数字X线摄影 IDR 的基本原理 X线投射到X线探测器上 先由某种闪烁发光晶体物质 该晶体吸了X线光子能量后 以可见荧光的形式将能量释放出来 经过空间光路传递 由光电二极管采集 转换后获得可测量的电信号 用于空间转换的发光晶体物质主要有碘化铯 CsI 和氧化钆 GOS 已经用在X线探测器上主要有非晶硅 a Si 平板探测器 电荷耦合器 CCD 探测器 人体 TFT读出电信号 光导半导体将X线直接转换为电荷 信号放大 A D转换 计算机图像重建 显示器显示 人体 光电二极管将光信号转换为电信号 闪烁晶体将X线转换为可见光 TFT读出电信号 信号放大 A D转换 计算机图像重建 显示器显示 1 直接转换 2 间接转换 X线 X线 直接数字化X线摄影的特点 1 大面积非晶硒平板探测器中以像素为基本成像单元 2 直接X线转换原理没有能量的中间转换过程 3 由于在非晶硒表面加有电场 从成像原理上保证DR图像清晰度 4 目前 非晶硒探测器开始运用于心血管成像 透视摄影床等动态成像领域 非晶硅平板探测器的特点 非晶硅平板探测器数字成像技术是一种实时二维数字成像技术 它具有以下7个重要的技术特点 1 快速图像采集和成像2 照射在探测器上的X线转换为数字信号并输出到显示器 显示出数字化X线图像 3 大面积平板采集X线信号4 非晶硅平板探测器具有高量子探测效率5 图像动态范围宽6 工作性能稳定7 高帧速 非晶硅平板探测器数字化X线成像 非晶硅平板探测器的工作原理采用间接成像方式 整个X线成像过程可大体分为两步进行 第一步 入射X线光子通过某种发光物质转换为可见光 再定向传送到大面积非晶硅传感器阵列 即能量转换 传导过程 第二步 通过大规模集成非晶硅光电二极管 TFT阵列将屏上的可见光转换形成电荷 然后由读出电路将放大 A D转换形成数字信号 传送到计算机中形成可显示的数字图像 即信号采集和数字化过程 目前 非晶硅平板探测器所使用的发光晶体主要为碘化铯 CsI 发光效率在47 85 和硫氧化钆 GOS 发光效率在13 晶体 在碘化铯中掺入其它物质可以调整发光光谱的波长范围 碘化铯掺钠可激发出蓝光 波长范围为430 750nm 主波峰在430nm的可见光 碘化铯掺铊主要激发出蓝绿光 主波峰在540nm 560nm 碘化铯型的非晶硅平板X线探测器 X线平板探测器由X线接收器 命令处理器和外接电源组成 X线接收器包含CsI闪烁晶体屏 大面积非晶硅传感器阵列以及读出电路等 基本结构也可称为由四部分组成碘化铯闪烁体层非晶硅光电二极管阵列行驱动电路图像信号读取电路 碘化铯型非晶硅平板X探测器的结构 碘化铯型的非晶硅平板X探测器的结构从上到下共有6层 分别如下 1 保护层2 反射层3 闪烁晶体层4 探测元阵列层5 信号处理电路层6 支撑层 非晶硅光电二极管的结构方式 目前 非晶硅光电二极管采用PIN结构和MIS结构两种 1 PIN结构是P区和N区之间夹一层本征半导体 或低浓度杂质的半导体 构造晶体二极管 2 MIS结构是用金属 绝缘体半导体构造晶体二极管 PIN结构和MIS结构共同的特点 结电容小 响应速度快 探测器效率高 能通过光耦合高效地接受可见光 并将可见光信号转换为电荷信号 在光电二极管自身的电容上形成储存电荷 阵列中的每个像素所储存的电荷量与对应空间位置上的X线能量及数量成线性比例关系 几种碘化铯型的非晶硅平板探测器 目前临床使用的数字X线摄影系统中 以碘化铯晶体探测器为核心组件的主要机型有以下几种 1 美国GE公司生产 探测器以GETM命名 2 法国Thomsom公司 荷兰Pilips公司 德国Siemens公司3大公司共同研制 探测器以Trixell4600 4700 4800命名 3 日本佳能公司生产 探测器以CXDI 50C命名 4 东芝公司5 韩国VIEWORKS公司 GETM探测器的主要技术参数 Trixell4600探测器的主要技术参数 佳能探测器技术参数 非晶硒探测器成像原理 当入射的X线照射到平板探测器的非晶硒层时 由于导电特性激发非晶硒层的电子 空穴对 电子 空穴对在偏置高电压的电场作用下被分离并反向运动 形成信息电流 存储在TFT的积间电容上 由读取电路读出并进行A D转换后形成图像 电流的大小与入射X线光子的数量成正比 非晶硒探测器的结构 DR系统最重要的部件是平板探测器 直接数字化X线成像的平板探测器利用了非晶硒的光电导性 将X线直接转化成电信号 形成全数字图像 非晶硒平板探测器 1 导电层2 电介质层3 硒层4 顶层电极集电矩阵层5 玻璃衬底6 保护层7 高压电源和输入输出电路其中硒层和集电矩阵是主要结构 非晶硒平板探测器数字化X线成像 非晶硒 也称无定型硒 X线探测器属于一种实时成像的固体探测器 在成像原理上采用光导半导体材料能量转换原理与大面积TFT阵列信号采集原理相结合的方法 构成了直接成像的新一代数字化X线探测器 目前 生产大面积非晶硒平板探测器的公司有 美国IHOLOGC公司中国台湾新医科技 NewMedical 日本岛津公司 SHIMADZU 韩国公司 DR Tich 北京德润特公司 非晶硒平板探测器的类型 目前 直接转换探测器以美国Hologic公司和日本岛津公司生产的非晶硒平板探测器为主要代表 这两个厂家在设计数字化X线成像设备时 采用了不同的理念并形成不同临床应用功能 由美国Hologic公司的DirectRay探测器构成的数字化X线机主要用于DR静态摄影 即主要用于数字化X线摄影检查 硒层厚度在20um左右 日本岛津公司生产的非晶硒平板探测器主要用于动态采集 即主要用于数字化体层融合X线摄影和数字化胃肠检查 硒层厚度在1000um 并将外加电压提高到1万v以上的水平 美国Hologic公司X线探测器 HOLOGC公司生产的X线探测器 目前有139um和100um两种像素矩阵 1 139um像素矩阵构成的大面积非晶硒平板探测器 以DirectRay命名 目前已经广泛用于人体各部位的X线摄影 2 100um像素矩阵构成的小面积非晶硒平板探测器 专用于乳房数字X线摄影检查 Hologic探测器技术参数 SHIMADZU公司动态平板探测器 岛津公司直接转换型动态平板探测器 直接数字化技术不仅应用于静态摄影检查 它已经发展到动态摄影技术 可实现实时 快速 连续的数字图像采集 显示等 从而开始了X线平板透视摄影床检查的功能 目前已经进入临床检查的设备主要来自岛津公司 主要设备有用于心脏 心血管系统检查的动态X线机 HeartSpeedSafire BransistSafire 用于胃肠系统检查的动态平板X线机 SonialvisionSafire 等 岛津Safire探测器主要技术指标 探测器类型非晶硒平板探测器探测器视野9in 9in17in 17in成像矩阵1536 15362880 2880X线转换材料非晶硒a Se像素尺寸150um空间分辨率3 3lp mmDQE 0 58 1lp mm 1uGy 采集速度最大30fps像素深度 A D 14bit应用范围心血管成像系统工作温度范围20 27 C工作湿度范围30 70 RH动态响应范围最小X线剂量响应0 05mR X线饱和剂量20mR 探测器类型非晶硒平板探测器探测器视野17in 17in成像矩阵2880 2880X线转换材料非晶硒a Se像素尺寸150um空间分辨率3 3lp mm快速R F切换0 5sDQE 0 58 1lp mm 1uGy 采集速度最大30fps像素深度 A D 14bit工作温度范围20 27 C工作湿度范围30 70 RH动态响应范围最小X线剂量响应0 05mR X线饱和剂量20mR 岛津HeartSpeedSafire主要技术指标 探测器类型非晶硒平板探测器最大视野9in 9in4视野变野22 1cm 19 2cm 15 3cm 11 5cm成像矩阵1472 1472X线转换材料非晶硒a S像素尺寸150um空间分辨率3 3lp mm快速R F切换0 5sDQE 0 58 1lp mm 1uGy 采集速度1024 1024最大30fps像素深度 A D 14bit工作温度范围20 27 C工作湿度范围30 70 RH动态响应范围最小X线剂量响应0 05mR X线饱和剂量20mR CCD探测器成像原理 采用碘化铯或硫氧化钆等发光晶体物质做X线能量转换层 入射X线光子被晶体物质吸收后转换为可见光 采用反光镜 透镜或光纤进行缩微和光传导 将光信号按确定的方向导入CCD芯片 CCD芯片将可见光信号转换成电信号 经A D转换器转换为数字信号 送入计算机进行处理形成数字化影像 它与非晶硅数字平板X线摄影装置的主要区别是在X线能量转化过程中增加了光学信号传输系统 因而 CCD型X线设备一般在命名上被单独列出 CCD型探测器光学缩微技术 1 2次光学缩微技术2 1次光学缩微技术3 锥形光纤束缩微技术4 平面移动采集缩微技术 CCD型探测器的结构与特点 CCD型探测器的基本结构 1 大面积荧光闪烁晶体平板2 反射镜面 透镜3 定焦镜头4 CCD芯片5 相应配套的电子线路等构成CCD型探测器的优点 1 集成度高 2 能耗小 3 结构简单 4 寿命长 5 性能稳定 CCD探测器类型 CCD型DR主要有多块CCD和单块CCD两种探测器 其各自的结构和原理分别如下 1 多块CCD型探测器以瑞典SwissraymedicalAG公司ddR为代表2 单块CCD型探测器单块CCD型探测器于2003年推出 并形成系列化产品 目前国内DR生产上绝大部分选用的是单块CCD型探测器 多块CCD型探测器 基本成像过程为 1 X线曝光时 透过人体的X线投射到大面积CsI平板上 立即转换为可见光 2 4个位于不同位置上的高质量反射镜将荧光图像分割为4个等分的区域 按反射镜方向所确定的光路 分别形成4幅独立的局部图像 3 4个125万像素的CCD镜头分别将采集的光信号传送到镜头后面的CCD芯片 4 由CCD产生光生电子 并通过电子学处理转换为数字信号 5 计算机重建图像 对定焦式光学镜有产生的几何光学畸变进行矫正并完成4幅图像拼接整合 还原为衣服完整的X线图像 多块CCD型探测器的缺点 4个CCD芯片组合成像的难点是由于透镜缺陷引起图像变形问题和4个CCD图像的拼合问题 为了校正透镜光耦合系统产生的几何变形失真和保证计算机图像凭借位置的可靠性 4个CCD分别采集的原始图像面积都比实际拼合的图像大10 另外 精确计算出定焦式CCD光学镜头产生的几何光学畸变 由计算机软件处理技术进行图像矫正 SwissraymedicalAG探测器参数 单块CCD型探测器 单块CCD探测器的主要结构 1 X线转换层采用大面积CsI Tl平板2 CCD镜头结构 CCD探测器采用了单片CCD芯片技术 作为信息采集的主体 成像单元由单个5c 的大尺寸VHDCCD芯片和大口径组合镜头 f0 95 组成 因此 单CCD在成像原理上没有图像的拼接过程 IDC探测器参数 安健探测器参数 单块CCD探测器的成像过程 1 透过人体的X线投射到大面积CsI Tl平板上被转换为可见荧光 2 整块反光镜面以45 折射角将可见光导入CCD镜头 3 大口径光学组合镜头采集光信号 传送到镜头后部的1700万 900万像素的CCD芯片 4 由CCD生产光生电子 通过电子学处理转化为数字信号 5 计算机重建图像并矫正定焦式光学镜头产生的几何光学畸变 形成X线图像 平板CCD阵列扫描探测器 FUJI公司于2005年开始推出继CR之后的DR成像系统VELOCITY系列产品 这种DR的特点是采用大面积平板式探测器结构 与IP类似 将平板探测器与激光扫描 光学收集 信号采集 残影擦除等组成为一体 它的基本结构与CR基本类似 只不过是将光学收集与信号采集集成为一个整体 可以把它称为扫描头 与AGFA的线扫描CR相似 每次曝光完后 平板探测器 IP 不动 由扫描头快速移动扫描获取信息 而后用强光擦除探测器中的残影 等待下次曝光 CCD探测器数字化X线成像的特点 CCD型探测器DR系统与平板DR在物理结构和成像原理上均有一定的区别 主要技术特点如下 1 CCD芯片降温系统2 恰当的光谱匹配3 被动触发技术4 探测器结构特点5 CCD像素充填系数6 维护和升级能力 与数字图像有关的基本概念 体素 代表一定厚度的三维空间的人体体积单元 像素 组成数字图像的基本单元 像素值 像素的灰度值或强度值 一个像素只有一个灰度值 矩阵 由像素组成的 纵横排列的数字方阵 采集矩阵 观察视野所包含像素的数目 显示矩阵 在监视器上显示的图像像素数目 视野 拟进行检查容积的选定区域 比特 是信息量单位 模 数转换 A D 是指通过某种方法把模拟量转换为数字量 灰阶 在影像或显示器傻瓜所呈现的黑白图像上的各点表现出不同深度灰色 把白色与黑色之间分成若干级 称为 灰度等级 表现的亮度 或灰度 信号的等级差别称为灰阶 原始数据 由探测器直接接收到的信号 经放大后再通过A D转换所得到的数据 显示数据 组成某图像的数据 信噪比 SNR 在实际的信息中一般都包含有信号和噪声 用来表征信号强度同噪声强度之比的参数称为信噪比 SNR值愈大 噪声对信号的影响越小 信息传递质量就越高 图像重建 用采集的原始数据经计算机而得到先死图像数据的过程 调制传递函数 MTF 是以空间频率为变量的函数 噪声 图像中可见的斑点 细粒 网纹或雪花状的异常结构 是影响影像质量的重要因素 它掩盖或降低了某些影像细节的可见度 使影像的清晰度下降 量子检出率 DQE 成像系统的有效量子的利用率 部分容积效应 一个像素位置上可能有很多不同X线吸收系数的小体素存在 像素的灰度值往往是这些小体素灰度值依其体积所占比例得到的平均灰度值的现象 窗口技术 是显示数字图像的一种重要方法 即选择适当的窗宽和窗位观察图像 使病变部位明显地显示出来 窗宽 WW 表示数字图像所显示信号强度值的范围即放大的灰度范围上下限之差 窗位 WL 又称窗水平 是图像显示放大的灰度范围的平均值 即放大灰度范围的灰度中心值 空间分辨力 是指图像能分辨相邻两点的能力 密度分辨率 图像中可辨认低密度的最小极限 时间分辨力 成像系统对受检体组织运动部位的瞬间成像能力 决定图像质量的关键因素 主要技术参数 探测量子效率 DQE 其定义为探测器输出影像的信噪比与输入影像信噪比的比值DQE是一种对成像系统的信号和噪声从输入到输出的传输能力的表达 DQE数值越大 表明所采集影像信噪比损失越小 即视频链对噪声的贡献越小 DQE与探测器的感光材料 结构和工艺有关 其中也像素大小密切关联 图像噪声与每个像素单元