数字X线设备课件

第四章数字X线设备

4.1概述4.2计算机X线摄影设备4.3数字X线摄影设备4.4数字减影血管造影设备12023/7/31第四章数字X线设备

4.1概述12023/7/312023/7/3124.1概述

数字X线设备是指把X线透射图像数字化并进行处理，再转换为数字图像显示的一种X线设备。根据成像原理不同，这类设备可分为：计算机X线摄影系统（computedradiography,CR）数字X线摄影系统（digitalradiography,DR）数字荧光X线摄影系统（digitalfluorography,DF）DSA数字血管造影是DF的典型代表2023/7/3124.1概述数字X线设备是指把X线透射3CR是用存储屏记录X线影像，通过激光扫描使存储信号转换为光信号，再经A/D转换后，输入计算机处理，形成高质量的数字图像。DR可分为间接数字X线摄影（indirectDR）和直接数字X线摄影（directDR）。IDR是先从X-TV或X线胶片获得模拟图像，再利用数字化扫描仪把胶片上记录的模拟信息数字化，转换为数字图像。DDR是采用X线探测器直接将X线影像变为电信号，再转化为数字图像。DF是X线被影像增强器接受后，经X-TV系统转换为模拟视频信号，再经A/D转换器变换为数字图像信号，输入计算机处理，形成高质量的数字图像。3CR是用存储屏记录X线影像，通过激光扫描使存储信号转换为光4数字X线成像与传统的增感屏－胶片成像相比：改善了图像显示的质量用户在获得了数字化图像后，很容易对它作各种灰度处理，使它来适应显示器的动态范围。例如灰度级的“窗口处理”。减少对病人的照射剂量在传统的X线成像系统中，病人的照射剂量与接受器的灵敏度以及胶片的曝光性能有关。在数字X线成像系统中，上述两项约束可以放宽，只要图像中信噪比足够高就可以了。在低剂量照射中损失的一部分对比度可以在图像后处理中将灰度调整过来。4数字X线成像与传统的增感屏－胶片成像相比：5图像后处理功能现代数字图像处理技术可以对所获得的数字图像进行各种有效的处理。例如，用低通滤波的方法可以去除噪声；用高通滤波的方法增强图像的边缘。后面将要介绍的DSA技术就是在图像数字化基础上实现的。低通滤波高通滤波5图像后处理功能6可利用大容量的光盘、硬盘存储数字影像，消除用胶片记录X线带来的种种不便，并可方便地接入PACS，实施联网，更高效、低耗、省时间、省空间地实现影像的存储、传输、诊断。综上所述，数字X线设备的发展对远程放射学系统的发展具有决定性的影响，这些设备将成为大、中型医院放射科的主导设备，具有广阔的发展前景。6可利用大容量的光盘、硬盘存储数字影像，消除用胶片记录X线带7影像信号（模拟图像）的数字化数字图像显示为二维的矩阵，一幅图像矩阵中的小单元叫象素，是构成数字图像的最小元素。将一幅模拟图像分割为N×N（N行N列）个象素的，这一过程称为采样，这就是空间分辨率（用N表示）。7影像信号（模拟图像）的数字化889

空间分辨率分别为512、256、128、64、32、16，可见采样频率低会出现“马赛克”效应9空间分辨率分别为512、256、128、64、32、10用数值表示象素的值，也就是灰阶（灰度级），这一过程称作量化，这就是对比度分辨率。如8位（8bit）量化，就是256级灰阶。灰阶黑灰白012825510用数值表示象素的值，也就是灰阶（灰度级），这一过程称作量11A/D转换器是实现X线图像数字化的关键部件，对X线影像进行采样和量化。A/D转换器的采样频率越高，数字图像的空间分辨率就越高；A/D转换器的位数越大（量化程度越大），数字图像的对比度分辨率就也越大，如8位A/D有256级灰阶，10位A/D有1024级灰阶。11A/D转换器是实现X线图像数字化的关键部件，对X线影像进2023/7/31124.2计算机X线摄影装置4.2.1分类、基本结构4.2.2影像板4.2.3读取装置4.2.5图像存储装置4.2.6评价标准4.2.7使用注意事项和保养

2023/7/31124.2计算机X线摄影装置133.2.1分类、基本结构CR用存储荧光屏作面探测器。它采用影像板（imageplate,IP）作探测器。CR与常规X线摄影相比，除了信息数字化带来的优点外，还具有对比度分辨率高、辐射剂量小等优点。但其空间分辨率不如胶片的高。133.2.1分类、基本结构14CR主要由信息采集、信息转换、信息处理、信息存储和记录等部分组成。14CR主要由信息采集、信息转换、信息处理、信息存储和记录等1515163.2.2影像板

CR影像不是直接记录于胶片上，而是先记录在影像板（IP）上，IP可以重复使用，但它不能直接显像。

结构：光激励发光（photonstimulationlight,PSL）荧光层163.2.2影像板

CR影像不是直接记录于胶片上，而是17

成像原理射入IP的X线量子被PSL荧光层内的PSL荧光物吸收，释放出电子。其中部分电子分布在荧光物内呈半稳态，形成潜影，完成X线信息的采集和存储。当激光束逐行扫描（二次激发）已有潜影的IP时，半稳态的电子转换成荧光，即发生PSL现象，亦称光致发光现象。所产生的荧光强度与第一次激发时X

线的能量精确地成正比，完成光学影像的读出。成像原理183.2.3读取装置

分类与结构CR系统的读取装置可分为暗盒型和无暗盒型暗盒型读取装置其特征是将IP置于与常规X线摄影暗盒类似的盒内，它可以代替常规摄影暗盒在任何X线机上使用。由激光读出潜影信息；然后IP被传送到潜影消除部分，经强光照射后，消除IP上的潜影，送回暗盒内，供反复使用。183.2.3读取装置

分类与结构19读出原理存储在PSL荧光物质中的图像是潜像，存储的形式为连续模拟信号，要将其读出并转换为数字化信号，需要下图所示的激光扫描系统。受激光激发产生的PSL荧光19读出原理20更具体地说，存储在IP上的潜像分两步读出：用一束微弱的激光瞬间粗略地扫描IP，并立即计算出潜像的PSL发光强度的直方图；横坐标为灰度级的值，纵坐标为某个灰度级出现的次数（或百分比）。为了便于表示，往往将纵坐标用出现概率表示。20更具体地说，存储在IP上的潜像分两步读出：横坐标为灰度级21在获取上述信息的基础上，自动调整光电倍增管的灵敏度及放大器的增益，再用高强度的激光精细地读出潜像，并实现数字化。影响CR图像质量的因素PSL物质的特性；读取系统的电、光学特性激光束的直径光电及传动系统的噪声数字化的影像

A/D转换器中采样频率和量化级数。前者关系着数字图像的空间分辨率，后者关系着数字图像的对比度分辨率。21在获取上述信息的基础上，自动调整光电倍增管的灵敏度及放大223.2.4计算机图像处理

常规X线照片的影像特征是由照相条件、增感屏及胶片决定的，不能加以改变。CR系统则不同，由于使用高精度扫描及读出的数字信号可通过计算机进行图像处理，所以能够在大范围内改善图像质量，最终获得稳定、高质量的图像。（1）图像处理的环节（2）图像读出灵敏度自动设定克服X线成像期间由于曝光过度或曝光不足产生的图像密度不稳定型。自动预读程序，进行直方图分析，从而自动确定X线剂量范围，决定本次读出IP图像的最佳条件，具体的说就是光电倍增管的灵敏度和放大器的增益。（3）图像的后处理灰阶变换处理（影响对比度，拉伸灰度级）；空间频率处理（影响锐度，边缘增强）；动态范围压缩223.2.4计算机图像处理

常规X线照片的影像特征是由233.2.5图像存储装置载体：硬盘、可刻录光盘DVD；PACS

232023/7/31244.3X线数字摄影装置4.3.1构成4.3.2分类4.3.3工作原理4.3.4注意事项4.3.5CR与DR的比较2023/7/31244.3X线数字摄影装置25DR(digitalradiography)的研究开始于上世纪70年代末，是在影像增强器-TV系统的基础上发展起来的，利用A/D转换器将模拟视频信号数字化，再进行计算机图像处理。DR的分类：间接X线数字摄影装置IDR

直接X线数字摄影装置DDR1995年11月在RSNA（RadiologicalSocietyofNorthAmerica芝加哥国际医学影像技术产品展）上展出了第一台性能优于CR的DDR样机。/4.3.1构成/4.3.2分类25DR(digitalradiography)的研究262018RSNA-AIfaster,

safer,

quantitative,

preciseandaffordable262018RSNA-AIfaster,safer274.3.3工作原理

1.间接X线数字摄影装置IDR基本结构X线机图像接收器数据采集器图像处理器存储器系统控制器监视器I.I-TV成像链A/D软件/硬件274.3.3工作原理

1.间接X线数字摄影装置IDR28工作原理IDR由影像增强器把作为信息载体的X线转换为可见光，再由CCD（一种半导体器件，具有光敏特性，即在光照射下能产生与光强度成正比的电子电荷量，可形成电信号）或真空摄像管转换成模拟视频信号，再经A/D转换后形成数字图像信号。光学系统A/D数字图像信号28工作原理29目前，采用CCD器件的I.I-TV成像链系统的采样矩阵4096×4096像素，灰度分辨力达12Bit，采样速度已达64帧/秒。IDR系统的主要缺陷

I.I和摄像管中的光散射，引起的图像质量下降。

I.I的视野小，边缘和中心分辩力不一致。29目前，采用CCD器件的I.I-TV成像链系统的采样矩阵430直接X线数字摄影装置DDRDDR指采用X线探测器直接把X线转换为模拟电信号并进行数字化的方法，不同于先获得模拟图像（可见光图像），再对模拟图像进行数字化的方法。早期的DDR采用X线扫描投影，再经放大合成为二维图像。90年代中期，平板型探测器(flatpaneldetectorFPD)型DDR。30直接X线数字摄影装置DDRDDR指采用X线探测器直接把X31DDR扫描投影DDR平板探测器DDR非晶态硒型非晶态硅型非晶态硒：将X线直接转换为数字信号。非晶态硅：X线先经闪烁发光晶体转换成可见光，再转换为数字信号的。31DDR扫描投影DDR平板探测器DDR非晶态硒型非晶态硅型32扫描投影DDR点扫描法X线束逐点对人体扫描。闪烁晶体（碘化钠）探测器内将X线转换成可见荧光后，被反光材料反射到光电倍增管变成电信号，输出电脉冲序列信号，经A/D

转换为数字信号，构成一幅二维图像。电脉冲信号数字图像像素32扫描投影DDR33点扫描法的优点是光散射体积小，减少了光散射引起的图像质量下降；缺点是机械运动复杂，扫描时间长。线（扇）形扫描法X线经狭缝准直成线束或扇束，在任意在任一瞬间只照射人体某一薄层，探测器输出按“行”分布的电信号，扫描一次的电脉冲序列信号经A/D转换后，变成数字图像中“行”。33点扫描法的优点是光散射体积小，减少了光散射引起的图像质量34DDR使用的X线探测器气体电离室探测器由许多单元组成一行的直线阵列，每个单元构成一个像素，大小0.5mm×0.5mm，惰性气体1cm探测器阵列收集极平面放大器金属丝，流过电离电流34DDR使用的X线探测器惰性气体1cm探测器阵列收集极平面35非晶态硒型平板探测器封装在类似胶片夹的暗盒内，主要由集电矩阵、硒层、电介质、定层电级和保护层。集电矩阵由薄膜晶体管(thin-filmtransistor,TFT)呈矩阵型排列，非晶态硒涂抹在集电矩阵上，它对X线敏感，有很高的解像能力。35非晶态硒型平板探测器36硒型FPT的工作原理顶层电极集电矩阵入射X线光子在硒层中产生电子－空穴对TFT存储电荷储存电荷量与入射X线强度成正比，每个TFT就成为一个采集图像的最小单元：像素。36硒型FPT的工作原理顶层电极集电矩阵入射X线光子在硒层T37像素信息的读取TFT像素的尺寸直接决定图像的空间分辨率，如每个像素139μm×139μm，在17’×14’的范围内有多少像素?1英寸＝2.5400厘米

行像素:17×2.54×

10-2/(139×10-6)=3106

列像素:14×2.54×

10-2/(139×10-6)=255817×14英寸非晶硒数字平板探测器的像素

3106×2558数字图像入射X线硒型探测器暗盒A/D37像素信息的读取38非晶态硅型FPD把碘化铯闪烁发光晶体覆盖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成。入射X线数字图像可见光电信号A/D38非晶态硅型FPD39DDR实例多丝正比扫描投影X线机金属丝放大器探测器39DDR实例金属丝放大器探测器40平板探测器DDR非晶态硒FPD和非晶态硅型FPD都封装在暗盒内40平板探测器DDR41FPD安装在立式胸片架上，X线束锥形成像17×14英寸非晶硒直接数字平板探测器41FPD安装在立式胸片架上，X线束锥形成像4242434344444545464647DDR与CR的比较DDR的图像清晰度优于CRDDR的噪声源比CR少，S/N信躁比高DDR的拍片速度快于CRDDR的X线转换效率高于CRDDR的使用寿命比CR长DDR有升级为透视的能力，CR取代胶片47DDR与CR的比较2023/7/31484.4数字减影血管造影装置4.4.1基本结构4.4.2影响图像质量的因素4.4.3对X线机的要求4.4.4X线球管及探测器支撑装置4.4.5导管床4.4.6高压注射器4.4.7数字系统4.4.8DSA系统的特殊功能4.4.9图像质量参数及检测4.4.10日常维护与保养

2023/7/31484.4数字减影血管造影装置DSA是上世纪80年代兴起的一种医学影像学新技术，是计算机与常规X线血管造影相结合的一种新型检查方法。减影技术的基本内容是把人体同一部位的两帧影像相减，从而得出它们的差值部分，不含对比剂的影像称为掩模像或蒙片，注入对比剂后得到的影像称为造影像或充盈像。图像后处理DSA是上世纪80年代兴起的由DSA的物理基础可知：减影后的图像信号与对比剂的厚度成正比，与对比剂和血管的吸收系数有关，与背景无关。在减影图像中，骨骼和软组织等背景影像被消除，只留下含有对比剂的血管影像。DSA数字减影工作站由DSA的物理基础可知：减影后的图像信号与对比剂的厚度成正比数字X线设备ppt课件对数变换处理（对数放大）造影图像在进行减影处理以前，应进行对数变换。由于X线在穿过人体时其强度在人体内以指数关系衰减，直接减影的同一血管在与骨组织有重叠或与骨组织无重叠时所得的对比度是不一样的，因此，在减影前须进行对数变换，这样在减影后可得到一致的血管图像。对数变换可利用对数放大器（模拟信号而言）或置于A/D转换器后的数字查找表来实现。对数放大器作用：压缩图像中亮的部分的对比（类似防止过度曝光），扩展图像中暗的部分的对比（类似黑夜中拍照的亮度增强）。对数变换处理（对数放大）对比度增强处理在影像减影过程中，如骨、肌肉、软组织等人体组织，由于对比度较大已被消除，而相对对比度较小的血管像则被留下来。由于相减处理后所得到的对比度数值都比较小，为了更好地观察，应进行增强对比度的处理。对比度增强处理数字减影处理是为了更清晰地观察血管和突出血管影像，以利于对病变的诊断。为了提高血管图像的可视性，图像信号的幅值应进行放大，放大倍数在5~10倍之间。随着信号被放大的同时，图像中的噪声也被放大。由于原始图像的信号幅值远大于噪声信号，因此，图像噪声不太明显。当图像经减影处理后，由于血管信号的幅值（血管像的对比度较低）仅为原始图像信号中的一小部分，即信号幅度大大缩小，这时噪声信号反而占了信号的主要部分。当原始图像具有很高的信噪比时，最后现实的减影图像才具有较高的清晰度。数字减影处理是为了更清晰地观察血管和突出血管影像，以利于对病基本结构和影响图像质量的因素基本结构DSA系统中数字图像部分的硬件结构图：视频信号A/D输入查找表帧存储器ALU计算机输出查找表减运算D/A监视器I.I-TV对数变换图像增强基本结构和影响图像质量的因素基本结构影像图像质量的因素成像方式脉冲减影方式采用间歇X线脉冲来形成掩模像和造影像。脑血管，颈动脉，肝动脉，四肢动脉等活动较慢的部位。影像图像质量的因素超脉冲影像方式：每秒6~30帧，实时视频肺动脉，冠状动脉，心脏等快速活动的脏器。超脉冲影像方式：投照X线的稳定性曝光与图像采集的匹配同步噪声X线噪声，视频系统噪声，量子化噪声，散射线引起的噪声，存储噪声设备性伪影投照X线的稳定性DSA对设备的特殊要求和技术措施X线发生和显像系统X线管，高压发生器，影像增强器，电视摄像机，光学系统和监视器。（IDR系统）X线发生装置要求X线管能承受连续脉冲曝光的负荷量；高压发生器能产生稳定的直流高压，采用中频和高频技术。影像增强器通常采用可变视野的影像增强器，根据造影需要灵活选用。平板型增强器。DSA对设备的特殊要求和技术措施X线发生和显像系统光学系统为适应X线剂量范围大（即输入光量变化范围大），要求使用大孔径、光圈可自动调节的镜头。电视摄影机保证输出高信躁比、高保真的视频信号。CCD摄像机。监视器X线影像亮度的自动控制控制I.I的输出光量；控制光学系统的输出光量；X线剂量管理删控技术；光谱过滤技术；脉冲透视技术；图像冻结技术光学系统机械系统机架，导管床；C型臂体位记忆技术自动跟踪回放技术图像数据采集和存储系统该系统的一般结构在前已示出，由于DSA要求25帧/秒以上的实时减影，如此高的处理速度只能依靠专用硬件来实现。动态存储器。机械系统计算机系统在DSA中，计算机主要用于控制和图像后处理。系统控制图像后处理