第五章影像接收装置19课件

第五章影像接收装置医学技术系陈小虎第一节

概述第二节X线增强电视系统第三节计算机X线摄影接收装置目录第五章影像接收装置第四节数字X线摄影接收装置第五节医用相机学习目标

掌握

计算机X线摄影、数字X线摄影的组成结构、工作原理及各部分的功能特点。

熟悉

熟悉X线增强电视系统的工作原理、系统组成及各自的优缺点。

了解

现代X线设备的发展历程及应用，医用监视器的技术参数和选用原则。第五章影像接收装置数字X线摄影接收装置第四节第五章影像接收装置影像接收装置：指用于接收穿过人体被检部位后X线信息的载体，并通过相应配套装置完成影像的显示、存储及传输。传统X线机的影像接收装置常见的有荧光屏和屏片系统。现在常用的影像接收装置有影像增强器、影像板和平板探测器。第四节数字X线摄影接收装置数字X线摄影（DR）系统主要包括X线机、数字化探测器和数据采集系统控制与图形处理计算机三部分组成。在具有图像处理功能的计算机控制下，采用X线探测器直接把X线影像信息转化为数字信号的技术。与CR不同，中间不在经过信息阅读的过程，而是直接获得数字化影像。数字X线摄影系统（DR）第四节数字X线摄影接收装置主要包括：X线机、数字化探测器（核心）、数据采集控制与图像处理计算机。数字X线摄影系统（DR）第四节数字X线摄影接收装置

在数字X线摄影系统中，根据X线束和探测器的形状，将其分为三大类：

X线束的形状为点形，探测器为点形探测器。

X线束的形状为扇形，探测器为一维探测器。

X线束的形状为锥形，探测器为二维探测器。X线束与成像方式一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置

探测器按能量转换方式分，既可以是直接转换探测器，也可以是间接转换探测器。直接转换探测器是指探测器将X线直接转换为电信号（非晶硒平板探测器）。间接转换探测器是指探测器首先将X线转换为可见光，可见光再由不同转换器转换为电信号（晶体加CCD的探测器、晶体加非晶硅的平板探测器）。一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置（一）点扫描法用很细的X线束逐点对人体进行扫描，在任意时刻人体只有一个很小的点接受X线照射。透过人体的X线被具有很高量子检出效率的闪烁晶体转换成可见光。可见光被光电倍增管转换成电信号，光电倍增管输出与入射X线剂量呈正比的电脉冲。电脉冲序列经模／数转换后，按顺序一行一行地存储起来，组成一幅二维图像。一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置（一）点扫描法用机械移动实现X线束的扫描，在每个位置，患者保持不动，球管和探测器同步跨过患者；在逐点扫描一行后，球管在垂直方向移动一小步，再重复行扫描过程。一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置（二）线扫描法X线束经窄缝准直器形成很薄的扇形束，在任一瞬间只照射人体的某一薄层。X线通过人体到达探测器后，转换成具有某一层信息的一组电信号。经模／数转换后，变为数字X线图像中的“行”。X线束和探测器相对于患者做平移运动，探测器采集到不同“行”的电信号，经模／数转换后按顺序存储起来，构成二维数字图像。一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置（二）线扫描法线扫描的探测器有2种：条状CCD和多丝正比室。1．条状CCD扫描X线机条状CCD扫描X线机利用间接转化探测器。探测器由闪烁晶体、光导纤维和条状CCD构成，利用线扫描方式完成数据收集。一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置（二）线扫描法线扫描的探测器有2种：条状CCD和多丝正比室。2．多丝正比室扫描X线机多丝正比室扫描X线机利用直接转换探测器。设备主要由X线管、高压电源、水平窄缝、多丝正比室、机械扫描系统、数据采集、计算机控制及处理系统组成。一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置（二）线扫描法

2．多丝正比室扫描X线机机型为立式，整机只用一个底座和一根立柱，一个水平支架上同时装有球管、预准直器、接收准直器和多丝正比室，通过微调机构使X线束、水平窄缝和多丝正比室严格保持在同一水平面内。多丝正比室扫描X线机一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置多丝正比室：是一种气体探测器，可看成由许多独立的正比计数管组合而成。基本结构：在2块平行的大面积金属板之间平行并列许多金属丝，这些金属丝彼此绝缘，各施加一定的正电压(1kV左右)形成许多阳极，金属板接地形成公共的阴极。正比室内充以惰性气体(如氩气)，室壁装有薄金属(如铝)窗。一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置多丝正比室：当外部辐射（X线）经金属窗射入正比室后，在气体介质中产生电离。电离电子在金属丝与金属板之间的电场作用下加速向金属丝移动，并与气体分子碰撞，当两次碰撞间电子从电场获得的能量大于电离能量时，会引起进一步电离。在每根金属丝附近，电子越接近金属丝，电场越强，因而导致电荷雪崩式增加，结果在金属丝上收集的电荷比原始电离电荷增加A倍。一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置多丝正比室：

式中，N为初始电离对数，A为正比室放大倍数，数值在102-104之间，C为金属丝对地电容，e为电子电荷。由于多丝正比室对电离电荷有放大作用，故具有比较高的灵敏度。每根金属丝上收集的电荷正比于其附近的初始电离电荷，也就是正比于该处的入射X线剂量。一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置（二）线扫描法

2．多丝正比室扫描X线机（工作原理）X线管发出的锥形X线束经过水平窄缝准直器形成平面扇形X线束。扇形X线束穿过人体到达水平放置的多丝正比室，多丝正比室的每根金属丝接受电信号，并且都与一路放大器和模／数转换器相连(称为1个通道)，将电压信号数字化后输入到计算机，得到图像的一行数据。在扫描机构的帮助下，X线管、水平窄缝、多丝正比室平行自上而下垂直匀速移动，逐行扫描，一行行的数据经过计算机处理、重建后就得到一幅平面数字图像。

一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置（三）锥形X线束成像X线束为锥形，探测器为二维结构，不再需要机械扫描，因此成像时间短，可以大大减少运动伪影。探测器目前主要分成3种：CCD探测器间接数字化平板探测器直接数字化平板探测器一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置（三）锥形X线束成像

1、CCD探测器由闪烁晶体、光学装置和CCD三部分组成，属于间接转换探测器。CCD型数字X线摄影系统一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置（三）锥形X线束成像1、CCD探测器由闪烁晶体、光学装置和CCD三部分组成，属于间接转换探测器。一、数字探测器X线首先通过闪烁晶体构成的可见光转换屏，将X线图像转换为可见光图像。单片CCD型探测器成像示意图第四节数字X线摄影接收装置（三）锥形X线束成像1、CCD探测器由闪烁晶体、光学装置和CCD三部分组成，属于间接转换探测器。一、数字探测器通过透镜或光导纤维将可见光图像送至CCD，由CCD转换为电信号。电信号再经过放大和模／数转换最终形成数字图像。单片CCD型探测器成像示意图第四节数字X线摄影接收装置（三）锥形X线束成像

1、CCD探测器闪烁晶体一般为碘化铯(CsI)晶体或硫氧化钆(Gd2O2S)晶体，尺寸为43cm×43cm。需要光学装置将闪烁晶体形成的可见光图像缩小到CCD可接受的图像尺寸。一、数字探测器单片CCD型探测器成像示意图第四节数字X线摄影接收装置（三）锥形X线束成像

1、CCD探测器光学装置可以采用透镜或光纤渐变器，不管使用的是哪一种方式，缩小的效率都非常低，到达CCD的可见光子数量比闪烁晶体发出的光子数量少几个数量级，造成图像噪声增大。透镜和光纤渐变器一般都会产生几何变形，引发图像的结构畸变和人为假象。透镜和光纤渐变器会产生光线散射，降低空间分辨率。一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置（三）锥形X线束成像

1、CCD探测器

CCD探测器和平板探测器相比有如下缺点：

(1)转换效率低。

(2)生产工艺难：CCD面积难以做大，需多片才能获得足够的尺寸，这便带来了拼接的问题，导致系统复杂度升高，可靠性降低，且接缝两面有图像偏差。

(3)几何失真。一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置（三）锥形X线束成像

2、间接数字化平板探测器主要是由闪烁晶体层、光电二极管矩阵层、薄膜晶体管（TFT）阵列构成。一、数字探测器间接数字化平板探测器结构图第四节数字X线摄影接收装置（三）锥形X线束成像

2、间接数字化平板探测器间接数字化平板探测器分三步完成工作：产生可见光。转换为电信号并形成储存电荷。形成数字信号。一、数字探测器间接数字化平板探测器工作过程第四节数字X线摄影接收装置（三）锥形X线束成像

2、间接数字化平板探测器①X线经过闪烁晶体产生可见光。②可见光经光电二极管矩阵层转换成电信号，并且在薄膜晶体管阵列的极间电容上形成储存电荷，每个光电二极管就是一个像素，每个像素形成的储存电荷量与入射X线剂量呈正比。③薄膜晶体管阵列中起开关作用的场效应管，在读出控制信号的作用下，开关导通，把像素存储的电荷按顺序逐一传到外电路，经读出放大器放大后，经模／数转换形成数字信号。一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置（三）锥形X线束成像

2、间接数字化平板探测器间接数字化平板探测器的闪烁晶体层有3种：硫氧化钆晶体、无特定结构的掺铊碘化铯晶体、针状结构的掺铊碘化铯晶体。硫氧化钆晶体平板探测器。无特定结构的掺铊碘化铯晶体平板探测器。针状结构的掺铊碘化铯晶体平板探测器。一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置2、间接数字化平板探测器硫氧化钆晶体平板探测器立位摄影硫氧化钆晶体平板探测器床上摄影针状掺铊碘化铯晶体内光的传播一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置直接数字化平板探测器结构图一、数字探测器（三）锥形X线束成像

3、直接数字化平板探测器直接数字化平板探测器主要由集电矩阵、硒层、电介层、顶层电极和保护层等构成。第四节数字X线摄影接收装置3、直接数字化平板探测器采集过程分为三步：曝光准备，曝光开始，信号读出。直接数字化平板探测器采集步骤一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置3、直接数字化平板探测器①曝光准备：在曝光之前，通过硒顶层上的一个偏压电极，对无定形硒层施加一个电场。一、数字探测器直接数字化平板探测器结构图第四节数字X线摄影接收装置3、直接数字化平板探测器②

曝光开始：曝光产生X线，入射X线光子在硒层中产生电子-空穴对，在外加高压电场的作用下朝相反方向移动形成电流，导致TFT的极间电容储存电荷，电荷量与入射X线剂量呈正比。一、数字探测器直接数字化平板探测器结构图第四节数字X线摄影接收装置3、直接数字化平板探测器③信号读出：曝光结束，在读出控制信号作用下，开关导通，把像素存储的电荷按顺序逐一传送到外电路，经读出放大器放大后被同步地转换成数字信号。一、数字探测器直接数字化平板探测器结构图第四节数字X线摄影接收装置非晶硒层制造的技术难点：涂层的厚度和涂层的平整度。非晶硒厚度控制在1mm以下。涂层平整度影像空间分辨率和时间分辨率。非晶硒层厚度的影响非晶硒层表面平整度的影响一、数字探测器第四节数字X线摄影接收装置计算机硬件组成：计算机为SAN工作站，主要包括：IDE接口的CDROM、36GSCSI接口硬盘、2G内存、CPU、高分辨率监视器、光纤数据接口板、控制接口板。光纤数据接口板：光纤数据接口板有2组控制接口，可以分别控制2块平板探测器的数据采集和传输；光纤数据接口板有2组光纤接口，可以分别接受2块平板探测器的图像数据。控制接口板：计算机通过控制接口板与X线机通讯，将曝光参数发送到X线机，同时接收X线机反馈回来的信号。二、数字采集控制与图像处理第四节数字X线摄影接收装置

1．图像采集控制程序计算机通过光纤数据接口板的控制接口，控制平板探测器的数据采集和传输时序。计算机通过光纤数据接口板的光纤接口读取平板探测器的图像数据。当按下曝光键后，并没有立刻产生X线，此时计算机读取平板探测器的背景数据，并暂时保存。经过很短的时间延迟后，X线产生，平板探测器进行数据采集，采集完成后，计算机读取平板探测器内的原始数据，并暂时保存。二、数字采集控制与图像处理第四节数字X线摄影接收装置

2．检查范围处理程序

计算机对患者图像的原始数据快速处理，分析出照射野范围，计算出照射野内像素的直方图分布，进而显示出一副预处理前图像。操作人员可以利用此图像观察图像有无运动伪影和是否包全所有投照部位，但是不能利用此图像进行临床诊断。可以在预处理前图像上重新确定照射野范围，一旦确定预处理前图像满足要求后，患者图像的原始数据进入到预处理程序。二、数字采集控制与图像处理第四节数字X线摄影接收装置

3．预处理程序

①通过原始数据和背景数据的减法运算，消除各个像素通道产生的零输入误差伪影（也称为暗度校正）。②利用探测器校准程序中保存的放大倍数的校准数据，对各个像素通道的放大倍数进行校正，消除放大倍数不同所产生的伪影。③根据探测器校准程序中保存的坏点像素分布图，取消坏点像素的采样值，并且用周围像素采样值的平均值取代。二、数字采集控制与图像处理第四节数字X线摄影接收装置4．后处理程序

后处理程序会根据预设的后处理条件自动对预处理后图像进行密度处理、对比度处理、细节显示能力处理和噪声压缩处理，使之成为满足诊断要求的图像，并将后处理图像存入患者图像数据库，同时上传到PACS服务器、激光打印机。二、数字采集控制与图像处理第四节数字X线摄影接收装置（一）软件安装

设备安装好后，立刻将安装细节数据备份到光盘中，以备恢复数据用。

操作软件安装

应用软件安装恢复备份数据三、软件的安装和探测器校准第四节数字X线摄影接收装置（二）探测器校准探测器需要经常校准，不同的厂家校准周期也不同。整个校准过程分3步，且不能颠倒。

偏置校正

增益校正

像素校正三、软件的安装和探测器的校准第四节数字X线摄影接收装置（二）探测器校准1．偏置校正

也称为暗度校正，校准过程中没有X线产生，计算机依次从探测器获取5幅背景图像，通过5幅图像的所有像素不同时间的输出变化来计算所有像素的偏置值。三、软件的安装和探测器校准第四节数字X线摄影接收装置（二）探测器校准2．增益校正

在X线限束器前安装21mm的铝块，需要10次曝光，每次曝光的管电流和管电压各不相同，获取的10幅图像反映了不同曝光条件下每个探测器增益的不同。根据患者不同的曝光条件，从10幅图像中选出一幅图像的数据应用于患者的原始图像数据，产生预处理后图像。三、软件的安装和探测器校准第四节数字X线摄影接收装置（二）探测器校准3．像素校正在X线限束器前安装21mm的铝块，需要12次曝光，每次曝光的管电流和管电压各不相同，对获取的12幅图像进行计算，获取不同曝光条件下探测器的失效像素分布图。同样将失效像素分布图应用于患者的原始图像数据，产生预处理后图像。三、软件的安装和探测器校准第四节数字X线摄影接收装置医用相机第五节第五章影像接收装置医用相机第五节医用相机医用相机的应用起始于1980年，以CRT多幅相机、激光相机为代表。经过三十多年的发展，激光相机和热敏相机已快速取代多幅相机。干式激光相机已逐步取代湿式激光相机。目前作为影像记录、诊断阅读、交流和存档的主要手段，医用相机仍广泛应用于医学临床。一、激光相机（又称激光打印机或激光复印机）（一）分类按胶片处理方式分类：湿式和干式。湿式激光相机是通过连接自动洗片机来完成胶片的显影、定影、水洗和烘干等工作。干式激光相机不需要洗片机，它是通过将激光扫描后的胶片进行加热而使其显影，因而避免了废药液对环境的污染等问题。第五节医用相机一、激光相机（又称激光打印机或激光复印机）（一）分类按激光源种类分类：氦氖气体激光和固态红外半导体激光。氦氖激光相机采用氦氖气体激光发生器，其波长为632.8nm，其特点是激光光源衰减慢、性能稳定，是最早应用的、最普遍的激光打印机。红外半导体激光相机采用红外激光发生器，波长为670～820nm，在红外线波段范围内。具有电注入、调制速率高、寿命长、体积小、使用方便等优点。第五节医用相机一、激光相机（又称激光打印机或激光复印机）（二）原理激光束通过发散透镜系统投射到多角光镜反射，再通过聚焦透镜系统打印在胶片上。湿式激光相机的工作原理第五节医用相机一、激光相机（又称激光打印机或激光复印机）（二）原理激光束通过发散透镜系统投射到多角光镜反射，再通过聚焦透镜系统打印在胶片上。激光相机的光源为激光束，其特点是高能量单色光，瞬间曝光。湿式激光相机的激光束通过发散透镜系统投射到一个在X轴方向转动的多角光镜再反射，反射后的激光束再通过聚焦透镜系统打印在胶片上。胶片在高精度电机带动下精确地在Y轴方向均匀地移动，从而完成整个画面的扫描。第五节医用相机一、激光相机（又称激光打印机或激光复印机）（二）原理激光胶片成像原理感光特性：对比度高、灰雾低、色污染低、密度高、防光晕效果好、影像清晰、能提供丰富的诊断信息。干式激光胶片结构：由基层、光敏成像层、保护层和背层组成。干式激光胶片结构保护层光敏成像层基层背层第五节医用相机一、激光相机（又称激光打印机或激光复印机）（二）原理干式激光胶片成像原理卤化银晶体曝光后生成潜影。热敏性银源在加热及潜影银的催化下，还原成金属银沉积在潜影下，还原银的多少与潜影的大小(曝光多少)成正比。稳定剂保证了影像的稳定性。调色剂使显影银影像能获得黑色的色调。黏结剂将各种化学成分均匀分散并黏结于片基表面形成成像层。第五节医用相机一、激光相机（又称激光打印机或激光复印机）（三）结构1.组成干式激光相机由信息传递与存储系统、胶片传输系统、激光打印系统、控制系统、胶片显影加热系统等部分组成。(1)信息传递与存储系统：将主机的图像信息输入到存储器，再进行激光打印。(2)胶片传输系统：完成将胶片从供片盒中取出，经过处理最终再送入接片槽的输送。(3)激光打印系统：完成激光对胶片的扫描，形成潜影。(4)控制系统：控制激光打印程序格式选择、打印张数以及图像质量控制调节等。(5)胶片显影加热系统：将激光扫描后的胶片进行加热而使其显影。第五节医用相机一、激光相机（又称激光打印机或激光复印机）（三）结构2.工作流程影像信号（成像设备）数字信号（图像信号处理）激光扫描形成潜影（激光头）胶片加热显像（胶片传送机构、加热鼓）干式激光相机工作流程第五节医用相机一、激光相机（又称激光打印机或激光复印机）（四）质量干式激光相机系统优点：图像质量稳定。减少环境污染（无需洗片机）。体积小，节省空间，安装方便。符合DICOM3.0标准。干式激光相机工作流程第五节医用相机二、干式热敏相机（一）分类干式热敏相机按感热记录方式不同分为：干式助熔热敏相机（加热→油墨熔化→记录影像）干式升华热敏相机（加热→油墨染料升华→记录影像）干式热敏相机：市场常见，直热，不产生油墨带废料，利于环保。第五节医用相机二、干式热敏相机（二）原理干式热敏相机基于完全干式直热技术，热敏头与胶片直接接触(“直”