DR成像技术70538ppt课件

第13章DR成像技术,湖北医药学院生物工程学院敖锋,一、DR(Digitalradiography)概述,将X线穿过人体后由平板探测器（FPD）探测的模拟信号直接数字化而形成数字影像的检查技术。根据DR平板探测器结构类型和成像技术的不同，分为直接数字化X线成像（非晶硒）、间接数字化X线成像（非晶硅）、CCDX线成像、多丝正比电离室成像。DR的优点：更高的空间分辨力，更大的动态范围，更低的x线照射量，更丰富的图像层次，改善了工作流程，提高了工作效率。,.,3,二、非晶硒探测器成像,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线直接转换成电信号，经模/数转换成数字化影像。（一）基本结构：包括4部分（1）X线转换介质：位于探测器的上层，为非晶硒光电材料。它利用非晶硒的光电导特性，将X线转换成电子信号。当X线照射非晶硒层时，可产生正负电荷（电子空穴对），这些电荷在偏置电压作用下以电流的形式沿电场移动，由探测器单元阵列收集。,空穴在物理学中指共价键上流失一个电子，最后在共价键上留下空位的现象。即共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴。空穴带正电荷。,.,4,（2）探测器单元阵列：位于非晶硒的底层，用薄膜晶体管（TFT）技术在玻璃底层上形成几百万个检测单元整列，每一个检测单元含有一个电容和一个TFT，且对应图像的一个像素。（3）高速信号处理：每个储存在电容内的电荷按地址信号被顺序读出，形成电信号，然后进行放大处理，再送到A/D转换器进行模/数转换。（4）数字影像传输：将电信号转换成数字信号并传输到计算机显示、打印。,.,5,（二）成像原理入射的X射线照射非晶硒层使硒层产生电子-空穴对，在外加偏压电场作用下，电子-空穴对向相反的方向移动形成电流，电流的大小与入射X线光子数量成正比，这些电流信号被存储在TFT的极间电容上。每个TFT形成一个采集图像的最小单元（像素），每个像素内有一个场效应管。在读出控制信号的控制下，开关导通，把存储于电容内的像素信号逐一按顺序放大，输送到A/D转换器将像素电荷转换为数字化图像信号。,.,6,三、非晶硅探测器成像,非晶硅平板探测器是一种以非晶硅光电二极管阵列为核心的X线影像探测器。目前非晶硅平板探测器使用的荧光材料主要有碘化铯（se）和硫氧化钆（ga）。其原理是将入射后的X线光子转换成可见光，再由具有光电二极管作用的非晶硅阵列变为电信号，通过外围电路检出及A/D变换，从而获得数字化图像。由于经历了X线可见光电荷图像数字图像的成像过程，因此被称作间接转换型平板探测器。,（一）基本结构与非晶硒平板探测器比较，除了荧光材料层和探测元阵列不同，其信号读出、放大、A/D转换和输出等部分基本相同。,.,7,（二）成像原理位于探测器顶层的碘化铯闪烁晶体将入射的X线转换为可见光。可见光再激发碘化铯层下的非晶硅光电二极管阵列，使光电二极管的电容上形成储存电荷。每一像素电荷量的变化与入射X线强弱成正比，同时该阵列还将空间上连续的X线图像转换为一定数量的行和列构成的总阵式图像。在中央时序控制器的统一控制下，读取电路信号将电荷信号逐行取出，转换为串行脉冲序列，经A/D转换为数字信号。,.,8,四、CCDX线成像,CCD（chargecoupleddevice）X线成像的核心部件是电荷耦合器件，它是一种半导体器件，在光照下能产生与光强度成正比的电子电荷，形成电信号。由于CCD对X射线不敏感，所以需要先将X射线激发荧光屏产生荧光，经增强后成为Video信息，经反光镜反射到CCD镜头，被采集并转换为电信息，再转换为数字信息，从而获得数字影像。,.,9,原理：CCD摄像机阵列技术是采用近百个性能一致的CCD摄像机整齐排列在同一平面上，它们前方一定距离（共同的焦点）上是一张荧光屏。X线对被检体曝光时，荧光屏发出人体组织的可见光影像，每一个CCD摄影机摄取一定范围的荧光影像，并转换成数字信号，再由计算机进行处理，将图像拼接，形成一幅完整的图像。,五、DR操作技术,（一）DR的成像过程（二）DR操作流程1准备流程接通配电柜电源总闸；接通接线板电源；接通X线机控制器电源；接通电脑主机电源；开启技术工作站及其医生工作站；开启激光打印机或文字报告打印机；系统处于开始正常状态。,2工作流程(1)核对患者资料，确定摄影部位。(2)录入患者的信息：如姓名、性别、年龄、编号等。(3)在技术工作站设定摄影部位及其曝光参数。(4)摆位及对准中心线。(5)曝光采集影像信息。(6)调节采集图像的窗宽、窗位，使之符合诊断要求。(7)根据需要选择打印规格，打印激光胶片。(8)发送影像至诊断工作站或PACS系统。,3关机流程关闭技术工作站；关闭医生工作站；关闭激光打印机；关闭X线高压；关闭配电柜电源总闸。,(三)DR参数选择与影像效果1DR一般参数选择与影像效果脏器名称，kV自动或手动选择，kV固定方式或曲线方式选择，剂量选择，曝光参数根据透视条件自动选择，边缘增强选择，滤过系数调节，窗宽上下限选择，骨的黑白显示选择，标记，选择曲线，黑化度校正选择，X线管焦点选择等,DR设备在曝光控制界面上都趋于标准化、程序化曝光方式分为手动和自动DR系统图像具有动态调节的优越性DR系统的图像后处理功能主要是运用窗技术调节图像，以此调节影像的层次与影像对比度,边缘增强的调整可使图像边缘更为锐利，轮廓更为清晰；恰当的亮度和对比度(窗宽窗位)可使图像具有更佳的层次和丰富的信息；组织均衡通过调节组织密度高低的区域和均衡的强度范围，使曝光不足或曝光过度的部分的图像信息重新显示出来，解决了摄影部位组织间的密度或厚度的差异造成的图像信息缺失。,2DR的图像质量评价参数与影像效果(1)探测器调制传递函数：用于衡量系统如实传递和记录空间信息的能力。(2)噪声功率谱与空间频率响应系统的噪声水平是影响最终成像质量的关键因素。探测器的噪声主要来源于两个方面：探测器电子学噪声；X射线图像量子噪声。,(3)量子检测效率(DQE)：是成像系统的有效量子利用率，探测器的DQE被定义为输出SNR的平方与输入SNR的平方之比，通常用百分数来表示：DQE=(SNR出)2(SNR入)2100,(4)FPD设计：大部分FPD多采用四板或两板拼接而成。多板拼接的拼接缝会在图像中央留下300m宽的盲区，影响成像质量，在日常工作中需要经常对平板进行校准。,(5)探测器尺寸：目前的FPD尺寸大多为43cm43cm或41cm41cm或36cm43cm。,(6)像素大小和空间分辨力：图像上的空间分辨力主要是由像素大小决定。临床使用时像素尺寸的选择应该是最优的而不是最小的。,(7)刷新和成像速度：串行AD转换模式Definium6000系统采用并行AD转换设计减小了数据采集时间和成像时间。数据采集时间的缩短，提高了FPD的刷新速度，使双能成像等高级临床应用的实现成为可能。,(8)动态范围：是指FPD所能检出的最强信号和最弱信号之间的范围。动态范围越大，表明探测器所能检出的信息越多。,(9)平板感光度：表示探测器对信号的敏感程度。常见的DR系统的平板感光度最大值，一般为800。在相同条件下，平板感光度越高，曝光时问越短。,(10)填充因子：为探测器面积与像素总面积的比值。这个比值越大，可见光信号转换成电信号的比例越大，信号损失越小。目前常见的DR系统FPD的填充因子一般为65。由于采用纳米技术设计扫描电路和读出电路，DR系统的填充因子为80。,发展趋势：整板技术、高DQE、宽动态范嗣、快速成像和低辐射剂量。,(四)DR的应用1DR的一般临床应用(1)用于人体全身各个部位平片数字x线摄影。(2)特殊造影检查(如排泄性肾盂造影、膀胱造影、T形管造影、子宫输卵管造影等)。(3)数字乳腺摄影一般使用非晶硒FPD，且要求像素很小。(4)心血管造影，常用非晶硅FPD。(5)胃肠道造影检查时常用CCD。,2DR的特殊临床应用(1)DR双能量减影技术：是以x线管输出不同的能量(kVp)对被摄物体在很短间隔时间内进行两次独立曝光，获得两幅图像或数据，并进行图像减影或数据分离整合，分别生成软组织密度像、骨密度像和普通DR胸片3幅图像。,双能量减影在胸部应用的优势在于：提高肺内结节的检出率提高肺部钙化的检出率提高气胸的检出率提高肋骨骨折检出率,(2)DR的体层融合技术：也称为三维体层容积成像技术，该功能通过一次扫描可以获得检查区域内任意深度层面的多层面高清晰度的体层图像。可以实现站立位和卧位的两种摄影方式。探测器分为移动式或固定式两种。,(3)DR的图像拼接技术：是在DR自动控制程序模式下，一次性采集不同位置的多幅图像，然后由计算机进行全景拼接，合成为大幅面X线图像。自动无缝拼接技术的临床意义：一次检查能完成大幅面、无重叠、无拼缝、最小几何变形、密度均匀的数字化X线图像。例如，骨科或者矫形外科对人体大范围结构做整体性结构显示，精确测量全脊柱、全肢体的结构结构改变。,.,27,(4)组织均衡技