数字化X线机成像设备.ppt

数字化X线机成像设备 上海医疗器械高等专科学校黄勇 第一节概述 数字化X线机成像设备的发展数字化X线机成像设备是指把X线透射的影像转换成数字图像的一种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 成像质量高 数字化媒体记录的量大空间小 可实现数字图像可处理技术及远距离传输技术 第一节概述 影像信号的数字化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 二维数字图像中的每一个点称为像素 像素的数目等于行数和列数的乘积 即为图像的大小 一般医学中的图像大小有256 256 512 512 1024 1204等 像素的黑白程度称为灰度 用一个数值可以表示灰度 这个数值的最大值称为灰阶 灰阶一般有256级 1024级 对应地也可表示为8bit 10bit 第一节概述 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 胶片扫描系统 专用设备 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 第二节计算机X线摄影系统 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的关键是用成像板 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 CR系统的基本结构 系统流程 扫描主机 PCbaseIDStation 病人信息输入 影像处理工作站 激光打印机 网络服务器 PACS 影像板 ImagePlate IP 结构 表面保护层 聚酯树脂类纤维制成 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 涂布兰色滤光层 提高清晰度 影像板 ImagePlate IP 结构 荧光成像层 用多聚体溶液把微量的二价铕的氟卤化钡晶体相互均匀结合涂布而成 影像板 ImagePlate IP 结构 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的试用寿命 两万次以上重复使用 影像板 ImagePlate IP 结构 背面保护层 材料与表面层相同 避免IP在使用过程中的摩擦 影像板 ImagePlate IP 成像原理 某些荧光物质可将第一次被激发的信息储存下来 当再次受激发时会释放出与第一次信息相应的荧光 这种现象称为光激发发光或光致发光 具有这一特性的物质称为辉尽性荧光物质 成像板 IP 采用氟卤化钡晶体 它的激发发光现象最强 影像板 ImagePlate IP 成像原理 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 IP的特性 发射与激发光谱 由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 IP的特性 时间响应特征 激光激发荧光体停止时 发射的荧光依其发生过程的衰减特征逐渐终止 否则将与后面读出的信息重叠 重而降低影像质量 IP的光发射寿命期为0 8 s IP的特性 动态范围 直线性特大宽容度1 10000可以精确地检测到每一种组织间极小X线吸收差异 IP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 从而使激发产生的荧光强度减少 称为存储信息的消退 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 射线 射线 射线及电子线等 来自建筑物上固定装置 天然放射性元素 宇宙射线 IP板上微量放射性元素 长期存放会产生小黑斑 使用前必须激光擦除 IP实物 读出装置原理 读出装置 输出缓冲区10个暗盒 输入缓冲区10个暗盒 缓冲作用输出及输入各10个暗盒 合供20个无需等候時间每小时70张阅读影像資料及病人資料12bit影像信息输出到 自动化工作站 互动 交互处理工作站 计算机图像处理 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显示图像过程的处理 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 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 采用灵敏度自动设定功能预读程序流程 确定灵敏度 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2 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 反轉 旋转 距离 面积测量 文字注释 更改病人资料 图像的储存和记录装置 磁带硬盘光盘磁光盘 MOD 图像的储存和记录装置 激光照相机 激光发生器光调制器光学扫描器胶片传输系统供片库 CR特点 总结 实现了传统X线图象的数字化 提高了图象的密度分辨率和显示能力 能实现图象后处理 增加了显示信息的功能 降低了X线曝光量 可以不用胶片的形式存储图片 而是以数字形式用磁盘或光盘存储 还能把信息传输给PACS 第三节数字X线摄影系统 DR系统的原理框图 平板数字探测器 FlatPanelDetector FPD 平板数字探测器 材料种类 CCD探测器CMOS探测器非晶硅探测器非晶硒探测器 ThinFilmTransistorarray薄膜晶体管阵列 ContactLeadsForRead OutElectronics GE平板数字探测器结构 a Si平板探测器工作原理 Photons CesiumIodide CsI DETECTOR TheGEDigitalDetectorisOptimized ForLowNoiseandTopImageQuality a Se平板探测器原理 非晶硅 非晶硒 平板数字探测器原理 平板数字探测器参数 技术参数 平板尺寸 17 17 单位英寸灰度等级 14bit像素 720万个像素点 分辨率 3 1LP MM显示器 2K 2K曝光间隔 6秒 平板数字探测器性能 曝光剂量更低 多丝正比室扫描投影X线机 DigitalRADImaging 数字化X线机 医院放射科数字化网络 Images Worklist ImageRetrieval NewImages ReportImagesMedicaldata HIS RIS PatientData Worklist Archival ClinicalReview LaserCamera DICOMPrint 第四节数字减影血管造影系统 20世纪60年代出现过X线照片减影术 RadiographyImageSubtraction 主要用于脑血管造影 80年代的数字减影技术主要应用于血管造影中 所以又叫数字减影血管造影技术 DSA DigitalSubtractionAngiography DSA技术原理 这项技术是在通常的血管造影过程中 运用数字计算机工具 取人体同一部位两帧不同的数字图像 进行相减处理 消去两帧图像的相同部分 得到造影剂充盈的血管图像 Swissray sdigitalOpticaldesignDODdetector dOd HPTM数字探测板所需的放射剂量比非晶硅或非晶硒平板探测器低2 3倍 600Speed MinimumTimeBetweenExposureMTBE 2seconds ExposuretoDiagnosticImageEDI 5seconds 14 x17 and17 x14 fieldofview swissray生产推出第一台DDR的公司使用数字光学设计的DOD探测器 主要技术参数 闪烁体碘化铯 CesiumIodide CsI 摄片视野14 17或17 14像素尺寸169微米有效像素点阵 2K 2 5K 大于524万空间分辨率3 0lp mm 可选CELLBPD平板探测器获得更高像素点阵和空间分辨率 A D转换12bit 4096灰阶预热时间 冷启动 3分钟最小曝光间隔时间 MTBE 2秒高分辨率图像显示 EDI 5秒工作温度范围10 40摄氏度所有电子元件辐射屏蔽是 GoldStandardDR直接数字成像系统 厂家 Pan Pacifi 带有碘化铯闪烁体的非晶硅板17 17 大小143 143微米像素 矩阵3121 3121 14bit由美国泛太平洋企业公司设计的Bucky是彻底的 无需另外购买滤线栅或AEC a Se非晶硒探头 Hologic 岛津 友通 柯达 安科a Si非晶硅探头 GE 西门子 飞利浦 佳能 Agfa以及国内的东软 万东等 DR比较 DR比较 我认为技术已经很快成熟了 尤其是对于那些主要依靠这些设备的厂家 例如Swissray和Hologic 这是他们的主要产品线 因此这些厂家的技术更为成熟 GE Philips和Siemens是另外一种情况 GE产品像素尺寸200微米 略微大些 而Philips和Hologic的大约在140微米 已经足够应付大多数工作了 当你比较了各种DR后 Launders断言 如果你考虑到影像尺寸细节 如果你要高对比 良好的骨细节 Hologic有优势 他又补充说 如用低对比 GE和Philips相对Hologic要强一些 因为在对于那个尺寸大小的影像有较好的影像特征 DR比较 DR比较 他解释说 当GE引用他们的DQE数字时 他们常常过于集中在低端 低空间分辨率的DQE 在低空间分辨率时 Hologic的DQE比GE的DQE要低 但随着线的增加 HologicDQE实际上大于GE 虽然它仍然是减小的 但是它减小的不快 所以Hologic在检测细节方面较强 当你看MTF时 Hologic是最好的 CR的购置 1 柯达 富士 AGFA LUMISYS几家的产品都不错 关键是那家产品更适合你的现状和目标 2 CR的处理速度要满足医院的需要 如果病人量大 可以考虑购置自动化程度较高的CR或同时购买多台CR 3 厂家的产品是否适应医院现行的登记 拍片 诊断 报告 出片 存储等各工作环节的流程 或者是否可以设计出更好的流程 4 CR系统的数据制式和传输速度是否满足现行PACS网或未来PACS网的需求 5 对于诊断报告软件 图像存储方式等应考察多家 只有这样才能配好系统 6 由于牵扯到PACS网 除价格外 技术支持是不可忽视的 CR与DR的共同点 都是将X线影像信息转化为数字影像信息曝光宽容度相对于普通的增感屏 胶片系统体现出某些优势 CR和DR由于采用数字技术 动态范围广 都有很宽的曝光宽容度 因而允许照相中的技术误差 即使在一些曝光条件难以掌握的部位 也能获得很好的图像 CR和DR可以根据临床需要进行各种图像后处理 如各种图像滤波 窗宽窗位调节 放大漫游 图像拼接以及距离 面积 密度测量等丰富的功能 为影像诊断中的细节观察 前后对比 定量分析提供技术支持 CR与DR的不同点 成像原理 DR是一种X线直接转换技术 它利用硒作为X线检测器 成像环节少 CR是一种X线间接转换技术 它利用图像板作为X线检测器 成像环节相对于DR较多 CR与DR的不同点 图像分辨率 DR系统无光学散射而引起的图像模糊 其清晰度主要由像素尺寸大小决定 CR系统由于自身的结构 在受到X线照射时 图像板中的磷粒子使X线存在着散射 引起潜像模糊 在判读潜像过程中 激光扫描仪的激发光在穿过图像板的深部时产生着散射 沿着路径形成受激荧光 使图像模糊 降低了图像分辨率 因此当前CR系统的不足之处主要为时间分辨率较差 不能满足动态器官和结构的显示 CR与DR的不同点 DR是今后的发展方向 但费用昂贵 还需改装已有的X线机设备 而CR相对费用较低 且多台X线机可同时使用 无需改变现有设备 CR系统更适用于X线平片摄影 可和多台常规X线摄影机匹配使用 且更适用于复杂部位和体位的X线摄影 DR系统则较适用于透视与点片摄影及各种造影检查 由于单机工作时的通量限制 不易取代大型医院中多机同时工作的常规X线摄影设备 但较适用于小医疗单位和诊所的一机多用目的 事实上 CR和DR系统在相当长的一段时间内将是一对并行发展的系统 选择DR 对于许多医疗机构来说 数字化的必要性已经成为共识 问题是究竟该选择DR还是CR DR的价格是CR的两倍多 因此很多用户买不起 然而那些已经购买了DR系统的用户认为 他们所得到的利益远超过CR的两倍 购买DR的花费的确很高 但它所带来的病人流量的增长抵消了这些支出 Cruses说 同时我们认为DR的图像质量远好于CR 因此如果是一个繁忙的医疗中心 我们倾向于使用DR系统 而对于病人流量不太高的地点使用CR系统 注 中国的医院都是极其 繁忙 的 选择DR 用DR系统替代现有的CR 他认为DR是增加诊断效率的关键 为了证实这一点 MethodistHospital和GEMedicalSystems合作 进行了一项研究 用以量化DR CR和胶片系统的投入和产出 通过对比医院的DR系统 暗盒式CR胸片照相系统以及传统的仿真胶片系统 发现DR比CR和胶片系