数字x线设备课件

1、第10章 数字x线设备12概述模拟图像：灰度（黑白程度）连续变化。数字图像：灰度是离散的。数字化X射线成像技术是传统X射线技术与现代计算机技术结合的产物。优点：计算机图像处理、储存、传输。34传统X射线成象（Traditional X-Ray Imaging）计算机X线摄影（Computer Radiography, CR）与数字化X线摄影（Digital Radiography, DR） ： 自伦琴(Rontgen，18451923)在1895年发现X射线以来， X线摄影已经历了从最初的摄影干板到胶片增感屏组合的各阶段进步。上世纪60年代末至70年代初以来，随着计算机与微电子技术的飞速发展，

2、一批全新的成像技术进入了医学领域，如超声、CT、DSA、MRI、SPECT、PET等。这些技术不仅极大地提高了医学影像的解剖形态学诊断水平和层次，同时实现了诊断信息的数字化。 5传统 X射线成象技术 的革新1）X 胶片图象的数字化 胶片存放空间大、检索困难多、费时、费事、易出错、价格贵、效率低、污染环境、难再处理、难保存传递。影像增强器摄像头2）计算机X射线摄影 (Computed Radiography-CR) 影像板(Imaging Plate-IP)3）数字式X射线摄影 ( Digital Radiography-DR)平板型探测器(Flate Panel Detector-FPD)7数

3、字x线成像的优点对比度分辨力高辐射剂量小成像质量高数字影像所具有的优点：可利用大容量的、光盘存储数字影像，消除用胶片记录带来的不便，并能进入PACS，实施联网，更高效、低耗、省时间、省空间的实现影像的存储、传输和诊断。8 （Computed Radiography,CR）富士胶片公司首先开发的CR系统称FCR系统。 开发FCR系统的基本动机 (1) 实现常规X线摄影信息数字化 基于该系统的功能，使常规X线摄影的模拟信息直接转换为数字信息。 (2) 提高图像的分辨、显示能力，使之突破常规X线摄影技术的固有局限性。 (3)采用计算机技术，实施各种后处理(Postprocessing)功能，增加显示

4、信息的层次。 (4) 降低常规X线摄影的辐射剂量。 (5) 实现X线摄影信息的数字化贮存、再现及与其它相关信息的联网(传输)。 目前，FCR类型的设备已在全世界逐步普及。10第一节 x线计算机摄影装置CR原理： 用存储屏记录x线影像，通过激光扫描使存储信号转换成光信号，此光信号经过光电倍增管转换成电信号，再经A/D转换后，输入计算机处理，形成高质量的数字图像。11CR的分类按用途不同分为通用型和专用型两种。1通用型CR 是将IP置入与屏-胶系统类似的暗盒内，曝光后在阅读器进行读取。其特点是手工搬运、更换暗盒，可适用于原有X线机和使用屏-胶系统暗盒进行的所有X线摄影检查项目。2专用型CR 其读取

5、设备与滤线器摄影床或立位摄影架结合在一起，即卧式摄影专用型和立位摄影专用型。IP结构与通用型CR基本一致，IP经过X线曝光后，直接被传送到信号读取和残影消除部分处理，然后重复使用。其特点是功能相对单一，但不需要手工操作，对于同类工作效率高，适于专科或大型综合性医院。12（Traditional X-Ray Imaging）根据FCR系统各种元件的功能，FCR可分为三个主要的部份： (1)信息采集(sample of information) 常规x线摄影中使用增感屏胶片组台系统的成像方式已众所周知，在X线照片上最终形成的影像元法直接数字化。CR系统解决的关键问题之一即是开发了一种既可接受模拟信

6、息，又可实现模拟信息数字化的信息载体，即成像板(IP)。这样，采集的信息则可应用数字图像信息处理技术进一步处理，实现数字化处理、贮存与传输。14（Traditional X-Ray Imaging） (2)信息转换(transformation of information) CR系统中，IP经X线照射后被激发(第一次激发)。经第一次激发的IP上贮存有空间上连续的模拟信息，为使该信息数字化IP要由激光束扫描(第二次激发)读出。CR系统的读出装置中的激光发生器发射激光束(氦氖激光束波长为623nm，半导体激光束波长为670一690nm)，在与IP垂直的方向上依次扫描整个IP表面。15二、影像板（

7、IP）CR影像不是直接记录于胶片，而是先记忆在IP上，IP可重复使用，但无影像显示功能。（一） IP结构表面保护层荧光层基板背面保护层17表面保护层 防止荧光层受到损伤。要求其不随外界温度和湿度而变化，透光率高并且非常薄。如：聚酯树脂类纤维。光激励发光（photon stimulation light，PSL）荧光层：它由PSL荧光物混于多聚体溶液中，涂在基板上制成。PSL荧光物是一种特殊的荧光物质，它能把第一次照射它的光信号记录下来，当它再次受到光刺激时，就会发出与第一次照射光能量呈正比的荧光信号。多聚体溶液的作用是使荧光物的晶体互相结合。荧光物的晶体尺寸平均为47m。晶体直径越大，PSL现

8、象也越强，但图像清晰度下降。18基板 保护荧光层免受外力的损伤。为防止激光在荧光物质层和支持层之间发生界面反射，将支持层制成黑色，提高图像清晰度。背面保护层 防止各张影像板之间在使用过程中的摩擦损伤而设计的。19（二）IP成像原理 射入IP的x线量子呗Ip荧光层内的PSL荧光体吸收，释放出电子。其中部分电子散布在荧光体内呈半稳定态，形成潜影，完成x线信息的采集和存储。 当用激光来扫描已有潜影的IP时，半稳态的电子转换成光量子，即发生光激励发光现象。产生的荧光强度与第一次激发时x线的能量精确的成正比，完成光影像的读出。 IP输出信号还需由读取装置继续完成光电转换和A/D转换，经计算机图像处理后，

9、形成数字图像。20第一章 传统X射线成象CR与DR ：1. CR系统原理21（三）特性发射光谱与激发光谱 PSL荧光物可发出蓝-紫光，发光强度依激发IP光线的波长而变，把PSL强度与读取光波波长的关系曲线称为激发光谱。用波长为600nm左右的红色氦-氖激光读取时效果最佳。在读取激光激发下，已存储X线图像的IP中PSL荧光物发射出强度与X线强度成正比的蓝-紫光，峰值波长为390400nm。PSL强度与其波长的关系曲线称为发射光谱。发射光谱与激发光谱的峰值应有一定间距，而且，还应保证光电倍增管在400nm波长处有最高的检测效率，这对提高图像的信噪比很重要。时间响应动态范围存储信息的消退天然辐射的影

10、响22三、读取装置（一）结构1、暗合型读取装置：将IP置入与常规x线摄影暗合类似的盒内，它可替代常规摄影暗合在任何x线机上使用。2、无暗合型读取装置：IP在x线曝光后直接被传送到激光扫描和潜影消除部分处理，供重复使用。24（二）读取原理CR与DR ：1. CR系统原理25（三）影响影像质量的因素激光束的直径光电及传动系统的噪声 x线量子噪声、光量子噪声、外来光与反射光的干扰、光学系统的噪声、电流稳定程度、机械传导系统的稳定程度数字化的影响 模拟信号的取样和量化会产生量化噪声和伪影。例如，取样频率低会产生“马赛克”状伪影，量化级数不够会产生等高线状伪影。信号数字化会使图像的空间分辨力降低，应将数

11、字化程度控制在人眼和显示器分辨力的范围内，过高将使数据量增加，从而使图像处理时间过长。CR图像的空间分辨力与IP的特性、激光和取样频率有关，激光束直径小、IP中荧光物对激光的散射少、取样频率高，空间分辨力就高。27四、计算机图像处理CR图像处理环节1)系统检测功能处理：图像读取装置输入输出之间的关系。利用适当的图像读出技术，保证整个系统在很宽的动态范围内自动获得具有最佳密度和对比度的图像。2）显示功能处理（灰阶处理、频率处理、减影处理）为医生提供可满足不同诊断目的影像3）图像存储与记录的处理28五、图像存储装置适合于存储医学图像的载体主要有硬盘和光盘。硬盘用于暂存数据，经处理后再存入光盘。29

12、六、评价标准1检测项目（1）CR性能检测项目：它包括IP暗噪声、IP一致性、照射量指示器校准、激光束功能、空间分辨力、空间距离准确性、擦除完全性、滤线栅效应和IP通过量等检验项目。（2）CR的附属设备性能检测：1）激光打印机；2）图像工作站的显示监视器；3）观片灯2评价标准30七、使用注意事项1使用注意事项 2保养 31第二节 x线数字摄影装置（DR） 2.数字化X线摄影（DR）成像原理(1) DDR-直接数字X线摄影 采用X线探测器直接将X线影像转换成数字信号；(2) IDR-间接数字X线摄影 X线影像经胶片-数字化扫描仪或影像增强器-电视系统转换成数字图像。32IDR工作原理影像增强器光学

13、系统电视摄像机A/DX线数字影像信号缺陷：1）由于1.1和摄像管中光散射和电子散射，对比度损失；2）1.1的视野小，边缘和中心分辨力不一致33DDRDDR指采用一维或二维x线探测器直接把x线转换成模拟电信号进行数字化的方法。20世纪90年代中期出现了使用平板型探测器（FPD）的DDR，FDP将x线直接转换为数字信号的非晶态硒；也有先经闪烁发光晶体转换为可见光，再转换为数字信号的非晶态硅。34DR设备的特点是：辐射剂量低，探测效率高；空间分辨力可以达到3.6Lp/mm；工作效率高，省去了屏胶系统更换胶片的繁琐程序；应用DR系统的后处理功能，可获得优异的图像质量。DR系统的不足是兼容性和价格等方面

14、较CR差。35DR由X线探测器、图像处理器、图像显示器等组成。1X线探测器 它是将X线信息转换为电信号的器件。探测器把X线模拟信号转换为数字信号，送计算机处理。2图像处理器 其功能主要包括各种图像处理，如灰阶变换、黑白反转、图像滤波降噪、放大、各种测量、数字减影等。3显示器 它用于摄影图像的重现、软阅读。36（二）DDR使用的x线探测器1、气体电离室探测器2、非晶态硒型平板探测器3、非晶态硅型FPD4、CCD型37 非晶硒平板型探测器非晶硒和薄膜晶体管构成阵列板；各象素单元包含一个存储电容和非晶硅的场效应管；摄影前先加15kV电压使光电导体层带上电荷(外加电场）；X射线照射后光电导体层电阻改变

15、使电容充电得到图象信号电流。38工作原理：入射X线光子在硒层中产生电子-空穴对，在顶层电极和集电矩阵间外加高压电场的作用下，电子和空穴向相反方向移动，形成信号电流，被相应单元（像素）的接收电极所收集，形成信号电荷，存储在电容中。因电容存储的电荷量与入射X线强度成正比，故X线图像被转换为信号电荷多少图像或电容电压高低图像。每个像素都有一个场效应管，起开关作用。在读取控制信号的作用下，场效应管依次导通，把各像素电容存储的电荷或电压依次传送到外电路，经读取放大器放大后被同步转换成数字图像信号。信号读取后，扫描电路自动清除各像素电容中的残余电荷，以保证非晶硒FPD能反复使用。3940412非晶硅平板探

16、测器由CsI构成转换屏幕，称闪烁体;X射线穿过反射层到达闪烁层激发可见光子；可见光传递到下面由非晶硅光电二极管构成的探测器矩阵，其后触发场效应管产生图象信号。在光电二极管自身的电容上形成存储电荷，每个像素的存储电荷量与入射x线强度成正比。它由基板层、非晶硅阵列、碘化铯层等构成。42433.多丝正比室扫描型DR它主要由高压电源、水平狭缝，多丝正比室、机械扫描系统、数据采集、计算机控制及图像处理系统组成44多丝正比室：它是一种气体探测器，可看作成由许多独立的正比计数管组合而成。其基本结构是在两块平行的大面积金属板之间平行并列许多条金属丝。这些金属丝彼此绝缘，各施加一定的正电压（1kV左右），形成许

17、多阳极，金属板接地形成公共的阴极。室内充以隋性气体，当穿透病人被检部位的X线光子经金属窗射入正比室后，使气体分子电离。电离电子在金属丝与金属板之间的电场作用下向金属丝移动，并与气体分子碰撞，如果电子从电场获得的能量大于气体的电离能时，将会引起气体进一步电离。电子越接近金属丝，电场越强，这将导致气体雪崩式电离，使金属丝收集到的电子比原始气体电离所产生的电子多101103倍。 因正比室对电离电子有放大作用，故具有较高的探测灵敏度。另外每根金属丝上收集的电子正比于初始气体电离电子，亦即正比于入射X线强度。454CCD摄像机型DR它主要由荧光板、反光板、CCD摄像机、计算机控制及处理系统等构成。工作原

18、理：X线透过人体被检部位后，经滤线栅滤除散射线到达荧光板，由荧光板将X线图像转换成荧光图像，荧光经过一组透镜反射，进入CCD摄像机光敏区，由CCD摄像机将荧光图像转换成数字图像信号，送图像处理器进行图像后处理、存储，由显示器显示或激光相机打印。46 3. CR 、DR成像优点(1) 与胶片/增感屏相比： 具有很宽的线性成像动态范围（数字成像：104105，而胶片仅为102）；(2) 数字化图像使用、处理、保存等皆方便、可靠，有利于医院实现无纸化、无胶片化和信息管理现代化。 47第三节 数字减影血管造影（DSA）什么是DSA？ DSA是数字减影血管造影（Digital Subtraction A

19、ngiograply)的英文缩写，是利用电子计算机和处理数字化的X线影像信息和减影技术，以消除骨骼和软组织的影响的一种成像技术，是新一代血管造影的成像技术。DSA ：时间减影，能量减影，混合减影。48数字减影原理： 人体X射线影象是体内组织的空间分布、照射时间变化和射线能量组成等参数的函数。 当图像重点表现组织空间分布信息时，所得图像为解剖结构图；当着重比较不同时刻影像的变化时，则得到影像随时间变化的信息差异图；而当注重观察不同能量X线曝射下的影像时，则可了解随射线硬度变化的差异图像。49能量减影:两张相减的片子分别用不同的管电压。60kV120kV50ABC-=掩模51Arteries of

20、 the hand (DSA)52DSA有什么用途？ 其主要应用于血管相关性疾病的诊疗上。已在心血管和脑血管疾病以及普通介入诊疗上广泛应用。例如冠心病的冠脉造影、球囊扩张及放置支架等；脑动、静脉畸形的栓塞等；肿瘤与非肿瘤（如肝血管瘤、精索静脉曲张）的普通介入治疗等。 一般取股动脉或锁骨下动脉作穿刺，置入导丝、导管后，在DSA引导下插至相应靶血管做相应的造影或治疗，患者所受创伤少，对于不能手术或手术风险大的病例，DSA介入治疗属首选区的诊疗方法。53治疗前(A图)，治疗后2年（B图），DSA显示动静脉畸形完全消失。动静脉畸形是伽玛刀最佳适应症。54数字减影装置：DSA装置较X-CT结构简单，但技

21、术上有特殊要求。装置主要有：高光子通量X射线发生器；高性能和高分辨率的影像增强器及电视系统；摄像机，记忆存储器、减影图像处理器及相应的控制系统组成。实施减影处理前，对x线影像作对数变换处理55 DSA最大优点是为病人诊断更安全、方便。传统血管造影很危险（需注射高浓度显影剂入动脉，对小孩、老人高危险，而DSA仅需要静脉注射小剂量、低浓度造影剂，毋需住院，门诊即可）。56（二）影响图像质量的因素成像方式投照x线的稳定性曝光与图像采集的匹配同步噪声设备性伪影57三、对X线机的要求1主机大功率 X线机在心血管造影时，采集频率高，则分给每幅图像时间均很短；为了减少活动脏器在曝光期间的活动，多采用脉冲曝光，曝光时间多在数毫秒。这就要求所用的X线机能在如此短时间内输出足够大的功率，从而获得满意的X线图像。一般要求X线机的功率在80