第五章 数字X线成像系统

1、第五章第五章 数字数字X线成像系统线成像系统范能胜范能胜5.1 概述概述1、什么是数字、什么是数字X线成像系统？线成像系统？2、根据成像原理不同分为：、根据成像原理不同分为：计算机计算机X线摄影线摄影(CR)系统；系统；数字荧光数字荧光X线摄影线摄影(DF)系统；系统；数字数字X线摄影线摄影(DR)系统（又分为系统（又分为DDR和和IDR）；）；3、根据、根据X线束的形状分类：线束的形状分类：4、数字、数字X线成像的优点：线成像的优点：对比度分辨力高：对比度分辨力高：辐射剂量小：辐射剂量小： 成像质量高：成像质量高： 数字图像易于传输、储存、查阅、图数字图像易于传输、储存、查阅、图像后处理等像

2、后处理等 5、空间分辨力比较：、空间分辨力比较：数字数字X线成像：线成像：24LP/mm胶片：胶片：57LP/mm5.2 计算机线摄影系统计算机线摄影系统nCR特点：特点：u出现时间：出现时间：1982年年u探测器：影像板（探测器：影像板（IP板）板）u优点：对比度分辨率高，需要的辐射优点：对比度分辨率高，需要的辐射剂量小剂量小5.2.1 CR的基本组成和的基本组成和工作原理工作原理信息采集信息采集信息转换信息转换信息处理信息处理信息记录和保存信息记录和保存5.2.2 成像板成像板1、IP板的基本结构：板的基本结构：2、IP成像原理：成像原理：PSL荧荧光光层层释释放放电电子子二二次次激激发发

3、读出读出光光电电装装换换A/D转转换换形形成成潜潜影影透射透射X线线数字影像数字影像3、IP的特性的特性发射光谱和激发光谱发射光谱和激发光谱时间响应：时间响应：从激光照射荧光体发光到其衰减逐从激光照射荧光体发光到其衰减逐渐终止的时间，渐终止的时间，动态范围动态范围 ：动态范围宽，达到动态范围宽，达到1：10000存储信息的消退存储信息的消退 ：存储在存储在IP板中的电子影像，在读出板中的电子影像，在读出前出现部分被俘获的的光电子逃逸前出现部分被俘获的的光电子逃逸的现象。的现象。天然辐射的影响：天然辐射的影响：对对X线、紫外线、伽玛射线等敏感。线、紫外线、伽玛射线等敏感。4、IP使用注意事项：使

4、用注意事项：使用较大的使用较大的IP板来记录图像，减少反板来记录图像，减少反复选择复选择IP板的次数；板的次数；再次使用前做一次强光照射，消除再次使用前做一次强光照射，消除潜影；潜影；做好做好IP板屏蔽工作；板屏蔽工作；5.2.3 读取装置读取装置1、结构：、结构：暗盒型读取装置暗盒型读取装置非暗盒型读取装置非暗盒型读取装置暗盒型读取装置：暗盒型读取装置：IPIP缓冲堆栈缓冲堆栈IPIP分类器分类器病人病人信息信息摄影摄影信息信息输入输入部分部分计计 算算 机机/ /图图 像像 处处 理理 部部 分分影像板暗盒影像板暗盒暗盒插口暗盒插口读取部分读取部分消除部分消除部分无暗盒读取装置无暗盒读取装

5、置 ：集集X线投照、读取于一体线投照、读取于一体，IP板在板在曝光后直接被传送到激光扫描和残曝光后直接被传送到激光扫描和残影消除部分处理影消除部分处理2、读出原理：、读出原理：分两步进行：分两步进行：1、预读取：确定读出条件、预读取：确定读出条件2、读取：获得数字影像、读取：获得数字影像3、影响图像质量的因数：、影响图像质量的因数：激光束的直径激光束的直径 ：光电及传动系统的噪声光电及传动系统的噪声 ：uX线量子噪声线量子噪声 u光量子噪声光量子噪声u其它因素影响其它因素影响 数字化的影响数字化的影响 ：u量化噪声等量化噪声等5.2.4 计算机图像处理：计算机图像处理：主要目的：改善图像质量。

6、分为读主要目的：改善图像质量。分为读出前的处理和读出后的处理。出前的处理和读出后的处理。1、图像处理的环节、图像处理的环节与系统检测功能有关的处理与系统检测功能有关的处理 ：预读预读取，确定读出灵敏度。取，确定读出灵敏度。与显示功能有关的处理与显示功能有关的处理 ：灰阶处理、灰阶处理、频率处理、减影处理等。频率处理、减影处理等。与图像信息的存储和记录有关的处与图像信息的存储和记录有关的处理理 ：图像的压缩。图像的压缩。数字图像后处理软件介绍：数字图像后处理软件介绍：窗宽窗位窗宽窗位 边缘增强边缘增强 图像平滑图像平滑 对比度增强对比度增强 图像放大缩小图像放大缩小 图像裁减图像裁减 感兴趣区分

7、析感兴趣区分析 图像压缩图像压缩 连续图像回放连续图像回放2、图像读出灵敏度自动设定：、图像读出灵敏度自动设定：1）预读程序：）预读程序：分割分割范围范围识别识别照射照射野野识别识别直方直方图图分析分析X线线剂量剂量和范围和范围的计算的计算确定确定读出读出调件调件2）照射野边界的识别：）照射野边界的识别：测定探测的起始点：利用照射野和测定探测的起始点：利用照射野和非照射野密度差别较大的特性；非照射野密度差别较大的特性；测定照射野边缘的候补点：测定照射野边缘的候补点：照射野形状的修正：主要是区别组照射野形状的修正：主要是区别组织密度对比强烈的候补点。织密度对比强烈的候补点。3）读出系统工作特性：

8、）读出系统工作特性：X线剂量大线剂量大,吸吸收差别小收差别小X线剂量小线剂量小,吸吸收差别大收差别大3、图像的后处理：、图像的后处理：灰阶变换处理：灰阶变换处理：灰阶变换函数：灰阶变换函数：)(),(0iiIfhDIfI而胶片密度胶片密度数字图像信号数字图像信号空间频率处理：空间频率处理：通过频率响应的条节来影响图像的锐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。度，常用边缘增强的方法。动态范围压缩：动态范围压缩：以低密度区域为中心的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以高密度区域为中心的压缩减影处理：减影处理：时间分辨率差，只能用于对时间分时间分辨率差，只能用于对

9、时间分辨率要求不高的场合。辨率要求不高的场合。叠加处理：叠加处理：使用多张使用多张IP板重叠起来进行摄影，板重叠起来进行摄影，将信息量叠加平均处理，提高影像将信息量叠加平均处理，提高影像的信噪比，改善图像质量。的信噪比，改善图像质量。5.2.5 图像存储和处理装置图像存储和处理装置n存储图像：存储图像：u硬盘；硬盘；u光盘；光盘；u磁带；磁带；n将将X线影像记录在胶片上：线影像记录在胶片上：u激光照相机激光照相机2、激光相机：、激光相机：1）基本结构和工作原理）基本结构和工作原理2）灰阶密度校正调节功能：）灰阶密度校正调节功能：选择合适的窗口输入信息；选择合适的窗口输入信息；选定机内提供的标准

10、灰阶测试图像；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；选择合适的胶片特性曲线；3）主要特点：）主要特点：数字化，灰阶密度调整范围为数字化，灰阶密度调整范围为812b；图像放大（或缩小）技术；图像放大（或缩小）技术；自动窗口技术；自动窗口技术；多幅照相；多幅照相；标准图像密度；标准图像密度；4）技术指标：）技术指标：像素灰度等级：像素灰度等级：10b；采样间隔：采样间隔：0.1mm激光束直径：激光束直径：80um；处理能力：最多处理能力：最多240张张/h；5）CR系统改进方向：系统改进方向：提高时间分辨率，以适应动态器官提高时间分辨率，以适应动态器官和结构的显示；和结构的显示；

11、进一步提高进一步提高X线的转换效率；线的转换效率；减小减小IP荧光体内颗粒的尺寸，以提荧光体内颗粒的尺寸，以提高发光效率。高发光效率。5.3 数字数字X线摄影系统线摄影系统间接数字间接数字X线摄影线摄影IDR直接数字直接数字X线摄影线摄影DDR5.3.1 IDR的基本结构和工作原理的基本结构和工作原理1、基本结构、基本结构图像监视器图像监视器图图 像像接收器接收器数数 据据采集器采集器图图 像像处理器处理器存储器存储器X线机线机系系 统统 控控 制制 器器2、工作原理、工作原理I II I光学光学系统系统电电 视视摄像机摄像机A/DA/D透射透射X线线数字图像信号数字图像信号3、主要缺点：、主

12、要缺点：5.3.2 直接直接X线数字摄影线数字摄影n定义：定义：DDR指采用一维或二维指采用一维或二维X线线探测器探测器直接把直接把X线转换为模拟电信号线转换为模拟电信号进行数字化的方法，进行数字化的方法，它不同于先获它不同于先获得模拟图像，再对模拟图像进行数得模拟图像，再对模拟图像进行数字化的方法。字化的方法。扫描投影数字扫描投影数字X线摄影线摄影平板检测器数字平板检测器数字X线摄影系统线摄影系统点扫描法点扫描法线（扇）形扫描法线（扇）形扫描法n分类：分类：1）、点扫描法：）、点扫描法：（1）特点：）特点：扫描扫描X线束呈点状。线束呈点状。（2）优点：）优点：散射线少；散射线少；使用光电倍增

13、管，灵敏度高；使用光电倍增管，灵敏度高；（3）缺点：）缺点：机械装置复杂，扫描时机械装置复杂，扫描时间长。间长。1.扫描投影数字扫描投影数字X线摄影线摄影2）、线（扇）形法：）、线（扇）形法：（1）特点：）特点：扫描扫描X线束呈线状或扇状。线束呈线状或扇状。（2）优点：）优点：照射野大，照射野大，X线利用率高，扫描速度线利用率高，扫描速度快。快。2. DDR使用的使用的X线检测器：线检测器：1）气体电离室检测器：）气体电离室检测器：利用利用X线的电离效应，线的电离效应，电离电荷的多电离电荷的多少与少与X线强度成正比线强度成正比，收集电离电荷，收集电离电荷并形成电信号。并形成电信号。2）非晶态硒

14、型平板检测器：）非晶态硒型平板检测器：（1）结构：）结构：产生电子产生电子空穴对空穴对（2）工作原理：）工作原理：入射入射X线光子在硒层中产生线光子在硒层中产生“电子电子-空穴空穴”对；对；电子电子-空穴在极间电场的作用下向相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反的方向移动形成电流并储藏在极间电容；间电容；储藏的电荷在读出控制信号的作用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；下被顺序读出并送放大电路；像素矩阵像素矩阵3）非晶态硅型平板检测器：）非晶态硅型平板检测器：（1）结构：）结构：把掺铊的碘化铯闪烁发光晶体层覆盖把掺铊的碘化铯闪烁发光晶体层覆盖在光电二极

15、管矩阵上，每个光电管就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是一个像素，由薄膜非晶态氢化硅制成。成。 （2）工作原理：）工作原理：X线入射闪烁晶体被转换为可见光；线入射闪烁晶体被转换为可见光；由光电二极管将可见光转换为电信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号，并将此电信号储藏在光电二极管自身电容上；管自身电容上；在读出信号的控制下将储藏电荷读在读出信号的控制下将储藏电荷读出并加以放大。出并加以放大。3、DDR系统实例：系统实例：1）多丝正比室扫描投影）多丝正比室扫描投影X线机：线机：（1）多丝正比室结构：）多丝正比室结构：（2）工作原理）工作

16、原理（3）技术参数：）技术参数：图像面积：图像面积：320mm256mm像素矩阵：像素矩阵：640512动态范围：动态范围：1416B曝光剂量：胶片系统的曝光剂量：胶片系统的1/1001/30采集时间：采集时间：2）平板探测器）平板探测器DDR系统系统（1）组成：）组成：探测器探测器矩矩 阵阵图图 像像处理器处理器监视器监视器X线机线机系统控制台系统控制台网络网络X线线数据数据控制控制电子暗盒电子暗盒（2）图像质量）图像质量u空间分辨率：空间分辨率：3.6LP/mm。u对比度分辨力：取决于动态范围的大对比度分辨力：取决于动态范围的大小，平板探测器的动态范围可到达小，平板探测器的动态范围可到达1

17、04105（3）DDR与与CR的比较：的比较：DDR的图像清晰度优于的图像清晰度优于CR；信噪比高；信噪比高；拍摄速度快；拍摄速度快；DDR的的X线线转换率高；线线转换率高；寿命长；寿命长；DDR不能与常规不能与常规X线设备匹配工作；线设备匹配工作；5.4 数字减影血管造影系统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相减5.4.1 基本结构和工作基本结构和工作原理原理数字图像硬件结构数字图像硬件结构监监视视器器A/D输输 入入查找表查找表ALU帧存储器帧存储器计计 算算 机机输输 出出查找表查找表D/A视频视频信号信号5.4.2 DSA的成像方式的成像方式1、时间减影：、时间减影：

18、方法：注射造影剂前先拍摄掩模像方法：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，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按时间顺序将掩模像与造影图像相减。减。时间减影时间减影脉冲图像方式脉冲图像方式超脉冲图像方式超脉冲图像方式连续图像方式连续图像方式时间间隔差方式时间间隔差方式心电图触发脉冲方式心电图触发脉冲方式1）脉冲图像）脉冲图像(pulse image,PI)方式：方式：间歇脉冲曝光，脉冲持续时间大于间歇脉冲曝光，脉冲持续时间大于信号一帧的时间；信号一帧的时间；造影剂未流入血管前拍摄掩模像；造影剂未流入血管前拍摄掩模像；2）超脉冲图像）超脉冲图像(sup

19、er pulse image,SPI)方式方式:拍摄速度更快；拍摄速度更快；图像运动模糊小；图像运动模糊小；3）连续图像）连续图像(continuous image,CI)方式：方式：X线连续照射，得到频率为线连续照射，得到频率为25帧帧/30帧每秒的连续图像；帧每秒的连续图像；4）时间间隔差）时间间隔差(time interval difference,TID)方方式：式：掩模像不断更新，掩模像不断更新，淹模像与造影像之淹模像与造影像之间的间隔可调；间的间隔可调；5）心电图）心电图(electro cardiogram,ECG)触触发脉冲方式：发脉冲方式： 特点：特点：采用采用ECG信号作为

20、曝光控制信信号作为曝光控制信号，使掩模像与造影像同相位。号，使掩模像与造影像同相位。2、能量减影：、能量减影：方法：方法：在同一区域几乎同时用两种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不同的管电压取得两帧图像进行减影。影。原理原理：利用了碘与周围软组织对：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线衰减系数在不同能量下有明显差异的特性。异的特性。优缺点：优缺点：3、混合减影：、混合减影：将时间减影技术和时间减影技术相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；结合，产生了混合减影技术；方法：方法：注射造影剂前先做一次能量减影；注射造影剂前先做一次能量减影；注射造影剂后再做一次能量减影；注射造影剂后再做一次能量减影；将两次能量减影的图像再相减；将两次能量减影的图像再相减；4、影响图像质量的因素：、影响图像质量的因素：成像方式；成像方式；投照投照X线的稳定性；线的稳定性；曝光与图像采集的匹配同步；曝光与图像采集的匹配同步；噪声；噪声；设备性伪影；设备性伪影；5.4.3 DSA对设备的特殊要求和技对设备的特殊要求和技术措施术措施1、X线发生器和显像系统线发生器和显像系统1）X线发生器：线发生器：功率：功率：管电压：管电压：管电流：管电流：高压控制方