《医用X射线成像技术及设备》课件-第五章 影像接收装置

第五章影像接收装置同学们是否见过这类机器？第五章影像接收装置DSA（数字减影血管造影）设备影像接收装置是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。第五章影像接收装置影像增强器影像板平板探测器第一节

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四节数字X线摄影接收装置第五节医用相机第五章影像接收装置学习目标

掌握

X线增强电视系统的组成结构及影像增强器的工作原理；CR和DR的工作原理和系统组成；多丝正比室、CCD探测器、各类平板探测器的工作原理和性能特点；医用相机的工作原理及结构组成

熟悉

X线增强电视系统的临床应用和优势；图像存储和传输系统的组成；CR系统的维护保养和DR系统探测器的校准；医用相机的分类、性能

了解

医用监视器的技术参数和选用原则；数字X线设备的分类第五章影像接收装置概述第一节第五章影像接收装置医用影像增强X线电视系统简称为X线电视系统或X线电视。它是将电视技术应用于医学领域的结果。X-TV是20世纪50年代出现了X线影像增强器(image

intensifier,I.I)后的产物。早期的X线透视第五章影像接收装置X线电视系统第五章影像接收装置弊端？（1）对比度分辨力高：对低对比度的组织和细微病灶具有良好的检出能力，降低病灶的遗漏率。（2）辐射剂量低，对X线的利用率高：有利于射线的防护，延长X线管的使用寿命。（3）成像时间短：减少患者的等待时间，提高设备的利用率和医务人员的工作效率。（4）图像后处理功能强大：能精细的观察到细节，并进行相应处理，有利于医生的诊断。（5）图像存储、通讯高效快捷：实现图像的存储、传输和诊断，促进远程放射诊断学的发展。PACS（医学图像存储和通讯）系统一、数字影像接收装置的特点对比度指的是一幅图像中明暗区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量，差异范围越大代表对比越大，差异范围越小代表对比越小第一节概述第一节概述（1）X线增强电视（X-TV）系统：I.IX线信号→视频信号→TVDF，胃肠机，DSA，C形臂（2）计算机X线摄影（CR）系统：影像板X线信号→可见光→电信号→A/D转换→数字图像（3）数字X线摄影（DR）系统：探测器

X线信号→数字图像二、影像接收装置的分类第一节概述X线增强电视系统第二节第五章影像接收装置（1）X线增强电视系统的特点明室操作：小儿、骨折、复位、心脏X线剂量降低：I.I将X线荧光亮度提高数千倍图像易实时远距离传送：会诊便于实现图像数字化：电子诊断影像层次、密度对比差：多次放大图像噪声一、X线增强电视系统的特点和组成第二节X线增强电视系统（2）X线增强电视系统的组成X线增强电视系统影像增强管重点一、X线增强电视系统的特点和组成第二节X线增强电视系统可见光视频信号影像信号处理X线影像增强器和显示器一、X线增强电视系统的特点和组成第二节X线增强电视系统（1）影像增强管结构：由输入屏、静电透镜、输出屏、管壁和吸气电极组成。工作原理输入屏：X线影像转换成电子影像。静电透镜：加速、聚集电子影像。输出屏：电子影像转换成可见光像。技术性能：转换系数、亮度增益、对比度、分辨率、视野。影像增强管一、X线增强电视系统的特点和组成第二节X线增强电视系统（2）管套

筒部、后端、前端（3）电源（4）光学系统物镜：转换成平行光束。光分配器：完成光路转换。一、X线增强电视系统的特点和组成第二节X线增强电视系统X线影像增强器第二节X线增强电视系统输入屏的构造输出屏的构造电子透镜X线影像增强器第二节X线增强电视系统输入屏❖铝基板❖荧光层❖隔离层❖光电层X线影像增强器第二节X线增强电视系统1.输入屏❖铝基板：支持作用❖荧光层：将X线转变为可见光碘化铯❖隔离层：隔离荧光层和光电层❖光电层：可见光变为光电子X线影像增强器第二节X线增强电视系统2.静电透镜----对电子束用静电聚焦方式实现聚焦。❖电子折射原理❖电子透镜：由阴极、聚焦极、阳极组成X线影像增强器第二节X线增强电视系统静电透镜在示波器、电视显像等真空器件中都需要将电子束聚焦，使在荧光屏上形成清晰的光点。这时常采用静电透镜来达到此目的。静电透镜是由具有旋转对称形状的金属电极系统制成的，其中每个电极都有一定的电势，可以产生旋转对称的静电场，这种电场对带电粒子的运动轨迹发生折射作用，与光学透镜对光线的作用相似。故这样的电极系统称为静电透镜。❖铝膜：阻止输出屏的荧光反射到输入屏的光阴极，吸收二次电子反跳。3.输出屏----把用于增强了电子影像变为可见影像。❖荧光屏层：硫化锌镉，产生可见光X线影像增强器第二节X线增强电视系统X线影像增强器第二节X线增强电视系统✓影像增强器管壁支持输入屏、输出屏和各电极，保持真空高强度玻璃，石墨（遮光）3—4mm（防止影像畸变）

✓

离子泵（吸气电极）影像增强管存在少量气体二次电子？利用某些金属在灼热状态下具有不可逆的吸气作用。X线影像增强器第二节X线增强电视系统重点X线影像输入屏可见光影像

光电阴极电子影像电子透镜加速

缩小的倒立的电子影像输出屏增强的可见光影像

❖X线在输入屏转变为可见光，并在光阴极转换成电子像。❖光电子在电子透镜作用下加速、聚焦，形成缩小电子像。❖电子像在输出屏转换成可见光。X线影像增强器第二节X线增强电视系统✓增强原理❖缩小增益：大面积影像聚焦到小面积，亮度提高❖流量增益：阳极电位加速，光子数目变多❖总增益=缩小增益×流量增益✓增强管变野功能设置辅助阳极，根据透镜原理，改变聚焦电极和辅助阳极间的电位，使输入屏中心一定范围内的影像成像在输出屏上，称为可变视野增强器。重点、难点X线影像增强器第二节X线增强电视系统技术参数(1)视野：在指定的电极电压下，用与影像增强管平行的X线照射时，在输出屏上显示的最大输入图像尺寸。5、6、7、9、12英寸。(2)输出图像直径：15、20、30mm。(3)图像分辨率：45kV、0.1mA、1m，所能分辨的线对数。一般

25-50lp/cm。(4)影像对比度：没有铅板部分最大亮度和铅版屏蔽部分亮度之比(5)X线吸收率：输入荧光层对射入的X线的吸收能力。X线影像增强器第二节X线增强电视系统（6）转换系数DX：输出屏亮度/输入屏X线剂量。衡量增强效率。X线影像增强器第二节X线增强电视系统分辨率测试卡X线影像增强器第二节X线增强电视系统（2）X线增强电视系统的组成X线增强电视系统影像增强管重点一、X线增强电视系统的特点和组成第二节X线增强电视系统可见光视频信号影像信号处理1、影像增强器有什么作用？2、影像增强器有哪几部分组成？作用分别是什么？复习第二节X线增强电视系统重点X线影像输入屏可见光影像

光电阴极电子影像电子透镜加速

缩小的倒立的电子影像输出屏增强的可见光影像

❖X线在输入屏转变为可见光，并在光阴极转换成电子像。❖光电子在电子透镜作用下加速、聚焦，形成缩小电子像。❖电子像在输出屏转换成可见光。X线影像增强器第二节X线增强电视系统管套•作用和组成。•增强管里的图像信息会受到什么影响?X线影像增强器第二节X线增强电视系统管套•保护玻璃增强管的安全；夹持固定增强管的位置；防止外界磁场对管内电场的影响，吸收散乱射线，防止人体受小高压电击。•筒部、后端、前端X线影像增强器第二节X线增强电视系统附近不得有强磁场设备电源•小高压：增强管的阳极电压（30kV)相对于管电压称为小高压稳定电压、负载能力、过载保护功能X线影像增强器第二节X线增强电视系统1、串列式镜头组成：一个物镜、一个目镜。光学系统：X线影像增强器第二节X线增强电视系统平行光聚焦2、光耦合分配器：提供不同的光通道，以扩展电视功能。(1)直型双通道：X线影像增强器第二节X线增强电视系统(2)弯型单通道X线影像增强器第二节X线增强电视系统改变光路方向缩短结构长度床下摄影(3)三通道光分配器X线影像增强器第二节X线增强电视系统电视系统的分类：(1)荧光屏直接摄像式X线影像增强器第二节X线增强电视系统(2)影像增强管式A、荧光屏—可见光影像增强器—摄像机—电视系统型X线影像增强器第二节X线增强电视系统(2)影像增强管式B、

X线影像增强器—摄像机—电视装置系统型X线影像增强器第二节X线增强电视系统（1）影像传输（2）中央控制器视频处理器增益控制校正：孔阑校正、γ校正补偿：黑斑补偿、轮廓补偿消隐混入与黑切割同步混入与输出圆消隐功能自动剂量控制透视（ABC：自动亮度控制）视频处理器框图三、影像传输和中央控制器第二节X线增强电视系统（1）医用监视器原理：将电视信号还原成影像CRT监视器原理框图四、监视器第二节X线增强电视系统（2）医用监视器的参数选择亮度：800～600cd/m2灰阶：具备调整灰阶显示曲线、符合灰阶显示函数的功能。分辨率：根据不同的系统选择不同的分辨率。响应时间：动态医疗影像的实时播放，响应时间应在25毫秒以下。监视器的尺寸：考虑到和胶片接近一致性的尺寸。横屏及竖屏：屏幕横竖可以转换。（3）医用监视器的稳定性、一致性和稳定性稳定性：亮度一致性和整体性：时间、地点四、监视器第二节X线增强电视系统计算机X线摄影接收装置第三节第五章影像接收装置胶片作为图像载体的缺点？➢存储困难、占地➢无法对图像进行后处理➢传递限制

➢QC困难➢运行成本高昂第二节X线增强电视系统新的存储服务器旧的片库第二节X线增强电视系统新的影像诊断终端旧的观片台第二节X线增强电视系统数字X线摄影的优势1、摄影速度快：DR几秒钟CR

几十秒X线胶片十几分钟2、图像清晰：高分辨率、广灰阶度、获取信息量大、图像信息丢失少、图像无畸变。3、图像处理功能强：窗宽窗位、放大缩小、图像旋转、黑白翻转、标记测量等多种处理。第二节X线增强电视系统计算机X线摄影装置俗称CR系统，是利用影像板记录X线影像信息，通过激光扫描使存储信号转换成可见光信号，又用光电倍增管接收转换成电信号，再经A／D转换器转换后，输入计算机处理，形成的数字图像。重点、难点第二节X线增强电视系统计算机X线摄影潜影灰阶图像CR系统主要由信息采集系统、图像读取系统、图像处理计算机及图像显示记录系统组成。信息采集：X线机、打号系统（患者信息采集）、影像板图像读取：激光扫描获得原始数字图像图像处理：后处理图像显示记录：监视器、相机、PACS系统第二节X线增强电视系统一、组成和分类硬板多槽CR系统硬板单槽CR系统暗盒型&无暗盒型；软性板&硬性板；高分辨率（HR）：乳腺&低分辨率（ST）：常规第二节X线增强电视系统一、组成和分类(1)

影像板暗盒：装载影像板，并且在图像读取系统中能被打开，方便图像读取系统取出和放回影像板(2)影像板imaging

plate：作为记录人体图像信息、实现模拟信息转化为数字信息的载体影像板示意图第二节X线增强电视系统二、影像板装置（1）影像板暗盒：装载影像板，并且在图像读取系统中能被打开，方便图像读取系统取出和放回影像板。（2）影像板：作为记录人体图像信息、实现模拟信息转化为数字信息的载体。结构：由表面保护层、光激励荧光物质层、基板层和背面保护层组成。成像原理影像板特性发射光谱与激发光谱特性时间响应特性存储信息的消退特性动态范围特性天然辐射的影响影像板示意图第二节X线增强电视系统二、影像板装置表面保护层：

聚

酯树脂类纤维制

成，

能弯曲、耐

磨损、透光性好

。保护荧光层不

受外界温度、湿

度和辐射的影响

，提高清晰度imaging

plate第二节X线增强电视系统二、影像板装置荧光成像层：用多聚体溶液把微量的二价铕的氟卤化钡晶体相互均匀结合而成。imaging

plate第二节X线增强电视系统二、影像板装置基板：聚酯树脂

类纤维制成。保

护荧光物质层免

受外力损伤，延

长IP的试用寿命

。三万次以上重复使用。imaging

plate第二节X线增强电视系统二、影像板装置背面保护层：材

料与表面层相同

，避免IP在使用

过程中的摩擦。imaging

plate第二节X线增强电视系统二、影像板装置(2)成像原理

某些荧光物质可将第一次被激发的信息储存下来,当再次受激发时会释放出与第一次信息相应的荧光。这种现象称为光激发发光或光致发光（PSL）

。

具有这一特性的物质称为辉尽性荧光物质。成像板(IP)采用氟卤化钡晶体。它的激发发光现象最强。第二节X线增强电视系统二、影像板装置(2)成像过程射入X线光子→IP→PSL荧光体吸收释放电子(形成潜影)，当用激光扫描时(二次激发)→半稳态电子转换成光量子→光电转换→A/D→CPU处理，形成数字影像。三角又变成了白色，表示储存能量已全部释放白色三角表示未曝光X线作用使电子激发，并储存起来，用灰色三角表示在激光的作用下，储存的能量被激发出来激发出来的能量以可见光的形式释放第二节X线增强电视系统二、影像板装置由IP受激发而释放出的光子波长与光强的关系称为发射光谱。最强波长为390~400nm（蓝紫光激发）激发激光波长与释放光子强度的关系称为激发光谱。最强在600nm左右（红光读取）3、特性：

（a）发射、激发光谱第二节X线增强电视系统二、影像板装置（b）时间响应特征激光激发荧光体停止时，发射的荧光依其发生过程的衰减特征逐渐终止。否则将与后面读出的信息重叠，从而降低影像质量。IP的光发射寿命期为0.8μs：高密度重复采集。第二节X线增强电视系统二、影像板装置特大宽容度1:10000可以精确地检测到每种组织间极小X线吸收差异

輸出（C）动态范围直线性1000010001600

800

400

200

1003.01.0

0.2影像屏膠片密度曝光第二节X线增强电视系统二、影像板装置（d）存储信息的消退X线激发IP后，潜影存储于荧光体中，在读取前一部分电子随时间延长将逃逸从而使第二次激发时的荧光强度减少，称为存储信息的消退。IP消退很微弱，8h减少25%。受

时间、温度影响。受X线照射后，尽快读取。第二节X线增强电视系统二、影像板装置IP板上微量放射性元素。

IP不仅对X线敏感，对其他电磁波也敏感，如紫外线、

γ射线、α射线β射线及电子线等。

（e）天然辐射的影响

来自建筑物上固定装置、天然放射性元素、宇宙射线、

长期存放会产生小黑斑。

使用前必须激光擦除。第二节X线增强电视系统二、影像板装置

(3)输入缓冲区(4)暗盒开启/关闭装置(5)影像板传输装置(6)激光扫描和读出装置(7)擦除装置(8)输出缓冲区用于读取潜影，形成数字图像(1)

电源系统(2)计算机系统第二节X线增强电视系统三、

图像读取系统（IRD）•缓冲作用

输出及输入各10

个暗盒，合供20个•无需等候時间•每小时70张•

阅读影像資料及病人資料•

12bit影像信息输出到:•

-

自动化工作站•-

互动/交互处理工作站输入缓冲区

10个暗盒输出缓冲区10个暗盒以一种多槽图像读取系统为例第二节X线增强电视系统三、

图像读取系统

影响影像质量的因素：a激光束的直径读取装置的激光点直径越小，则读取的信息量就越多，得到的影像质量就越好。b

光电及传动系统的噪声在读出过程中，外来光与反射光的干扰、光学系统的噪声，电流的稳定程度、机械传导系统的稳定程度都直接影响影像质量。c数字化的影响在A/D转换过程中，对模拟信号进行取样和量化会产生量化噪声和伪影。第二节X线增强电视系统三、

图像读取系统（1）第一象限：入射的X线剂量与影像板的光激励发光强度的关系。（2）第二象限：在读出灵敏度自动设定的读取条件下，图像读取系统的光激励发光强度与所获得的数字输出信号之间的关系。四象限图像处理第二节X线增强电视系统四、图像处理装置（3）第三象限：图像处理计算机输入和输出的关系曲线。动态范围处理：在空间频率处理之前进行，可分为以低密度区域为中心压缩和以高密度区域为中心压缩。灰度处理：CR系统预备了多种灰阶变换函数供图像后处理程序使用，主要有3种应用。亮度调整整体对比度改变局部对比度改变空间频率处理：通过频率响应的调节来影响图像的锐利度。蒙板滤波法多频域均衡处理（4）第四象限：显示输出图像的特征曲线。第二节X线增强电视系统四、图像处理装置第二节X线增强电视系统四、图像处理装置蒙版滤波法第二节X线增强电视系统四、图像处理装置多频域均衡处理（1）影像板的注意事项与常规维护避免损伤：肥皂液注意屏蔽消除潜影：长期不用也要擦除及时读取：8小时内以防退化更换破损老化影像板定期清理第二节X线增强电视系统五、使用注意事项与日常维护（2）图像读取系统的日常维护要定期用无水乙醇擦洗吸盘和滚轴，还可以减少影像板附着尘土的机会。如果图像在慢扫描方向上出现一条亮线，证明激光光路里有灰尘，需要用激光器下面的钢丝刷清洗光路。擦除装置的卤素灯要定期更换，如果光照强度不够，影像板上会残留下患者的潜影，影响下一个患者的图像质量。第二节X线增强电视系统五、使用注意事项与日常维护数字X线摄影接收装置第四节第五章影像接收装置数字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。是指在具有图像处理功能的计算机控制下，采用一维或二维的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。二维探测方式一维探测方式第四节数字X线摄影接收装置数字X线摄影（DR）X线束形状为点形，探测器为点形探测器；X线束形状为扇形，探测器为一维探测器；X线束形状为锥形，探测器为二维探测器。X线束与成像方式数字化探测器是数字X线摄影系统里的核心部分，根据X线束和探测器的形状可以分为三类：（1）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。第四节数字X线摄影接收装置一、数字探测器（2）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。条状CCD扫描：利用间接转化探测器。多丝正比室扫描（气体）：利用直接转换探测器。采用窄缝扫描，X线效率高，成本非常低，成为小型医院数字X线系统的首选。多丝正比室扫描X线机第四节数字X线摄影接收装置一、数字探测器（3）锥形X线束成像：X线束为锥形，成像时间短，可以大大减少运动伪影。目前有以下三种。①CCD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CCD探测器缺点：转换效率低、生产工艺难、几何失真。CCD探测器优点：价格有很大优势，是中型医院采购数字X线摄影系统很好的选择机型。第四节数字X线摄影接收装置一、数字探测器（3）锥形X线束成像②间接数字化平板探测器：由闪烁晶体层、光电二极管矩阵层（具有光电二极管作用的非晶硅层制成）和薄膜晶体管阵列构成，属于高档平板探测器，在各个数字X线摄影系统生产厂商中得到广泛应用。间接数字化平板探测器结构图第四节数字X线摄影接收装置一、数字探测器（3）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（TFT）；形成数字信号。“直接读出”暗盒：x线→数字图像间接数字化平板探测器工作过程第四节数字X线摄影接收装置一、数字探测器间接数字化平板探测器工作过程（3）锥形X线束成像②间接数字化平板探测器三种闪烁晶体层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第四节数字X线摄影接收装置一、数字探测器（3）锥形X线束成像③直接数字化平板探测器：由集电矩阵、硒层、电介层、顶层电极和保护层等构成，属于中档平板探测器，主要应用在动态成像设备中。直接数字化平板探测器结构图第四节数字X线摄影接收装置一、数字探测器（3）锥形X线束成像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第四节数字X线摄影接收装置一、数字探测器电子空穴对→电信号潜影和电荷自动清除直接数字化平板探测器工作过程及外观（3）锥形X线束成像③直接数字化平板探测器非晶硒层制造的技术难点涂层的厚度：电极吸引电子运动的距离（＜1mm）涂层的平整度：影响分辨率吧非晶硒层厚度的影响非晶硒层表面平整度的影响第四节数字X线摄影接收装置一、数字探测器CR和DR之间的比较1.DR的图像清晰度优于CR，主要由像素的尺寸决定。CR在读出潜影过程中，激光穿过IP深部时，产生散射使图像模糊，降低图像分辨率。2.DR的噪声源比CR少，没有二次激励过程引入的噪声，因此S/N高。3.DR的拍片速度快于CR，拍片间隔为5s，直接出片。CR拍片间隔1min以上，从摄影到胶片显像需3min。4.DR的X线转换效率高，而CR利用潜影成像，信号随时间而衰减，故DQE较低，曝光剂量比DR高。5.DR探测器寿命长，可用10年，CR的IP可用1年。6.DR有升级为透视的能力，但不能运用于常规X线机；CR不能透视，但能与原有的X线摄影设备匹配工作，取消洗片机。7.CR比DR便宜，在原有X线机的基础上改装较方便。介绍一种数字X线摄影系统的数据采集控制与图像处理计算机。（1）硬件组成：SAN工作站（2）图像处理流程图像采集控制程序：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。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。预处理程序：对患者图像的原始数据进行3步操作。后处理程序：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。第四节数字X线摄影接收装置二、数据采集控制与图像处理介绍一种常用的间接转化型平板DR的软件安装和探测器校准程序。（1）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（2）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（暗度）校正、增益校正、像素校正第四节数字X线摄影接收装置三、软件的安装和探测器的校准探测器报错目录•

Detectorcalibration•

Makesurethetubeiscenteredabovethedetector!•

MakesurethereisnothingintheXraybeamexceptthetable.(remove

stickers,cardboardetc.)•

Makesurethetabletopisinthemiddle(aluminiumbordernotintheXray

beam)•

MakesuretheSIDiscorrect(IfnotperformtheXscopeadjustmentCS

height,Tableheightandtomoworkingheight)•

Correcttempofthedetector•

Alwaysusethecomputerscreentoseewhattestsyouhavetodo

because

thatchangesperrelease•

Bepatient,becausesometimesitlooksthesystemishangingbutitisstill

busy•

Onlyusethe21mmALLthatisdeliveredwiththesystem•

LocalAETtitle/PortThisisthenodeforthisDigital

DiagnostwithitslocalAEtitleandportnumber•

Configureinhereth