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CompanyLogo第十章数字X线设备11.定义:数字X线设备是指把X线透射图像数字化并进行图像处理,再变换成模拟图像显示的一种X线设备。2.分类:⑴根据成像原理:分为CR、DSA、DR。①计算机X线摄影(ComputedRadiography,CR)CR是用IP记录X线图像,通过激光扫描使存储信号转换成光信号,此光信号经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。2②数字减影血管造影(Digitalsubtractionangiography)简称DSA,即血管造影的影像通过数字化处理,把不需要的组织影像删除掉,只保留血管影像,是数字透视(DF)的典型代表。DF:是穿过病人的X线被影像增强器接收后,经X线电视系统转换为模拟视频信号,再经A/D转换后,输入计算机处理,形成高质量的数字图像。3③数字X线摄影(DigitalRadiography,DR)分为直接数字X线摄影(directDR,DDR)和间接数字X线摄影(indirectDR,IDR)DDR是采用X线探测器直接将X线图像变成电信号,再转化为数字图像。IDR是先通过X-TV或X线照片获得模拟图像,再转换成数字图像,前者的成像原理与DF相同,后者是利用数字化扫描仪把照片上记录的模拟信息数字化。4CR、DR、DF原理CR:X线→影像板(ImagePlate,IP板)→图像处理→图像记录与储存DR:X线→平板探测器(FlatPanelDetector,FPD)→图像处理→图像记录与储存DF:X线→人体→X–TV获得模拟视频信号→A/D→图像存储并处理→图像相减→D/A→图像显示数字X线成像的特点:优点:辐射剂量小、密度分辨力高、图像后处理功能强、可接入PACS便于数字影像存储及远距离传输。缺点:空间分辨力不如胶片高。6空间分辨力(SpatialResolution)7在HighContrast情况下区分细微结构的能力,(又称“HighContrastResolution”)决定影像清晰度。常用多少线对/厘米,即LP/CM密度分辨率(DensityResolution)8表示系统所能分辨的对比度差别的能力(又称“LowContrastResolution”)受影像清晰度&噪声影响。根据X线束的形状:可分为锥形成像法、扇形和笔形束成像法。9数字化X线成像设备的发展经历1972年CT问世后,影像数字化浪潮的到来,1979年出现飞点扫描DR系统,1980年北美放射学会(RSNA)的产品展览会上,DR和DF引起全世界的关注。此后,以DSA为代表的DF得到了高速发展,1982年又研制出了CR。90年代大力推出DR探测器。1011128层CT、超导磁共振、超声、PET/CT等12东软数字胃肠X线机13美国柯达CR14SIEMENS全数字化乳腺机SIEMENSDR数字影像X机DR胸片专用架15SIEMENS数字平板DSA医院放射科数字化网络16ImagesWorklistImageRetrievalNewImagesReport•Images•MedicaldataHIS/RISPatientDataWorklistArchivalClinicalReviewLaserCameraDICOMPrint数字化图像17数字图像定义:将二维图像以二维数字点阵的方式表示的图像。二维数字图像中每一点称为像素。一般医学图像大小有256×256,512×512,1024×1024等。像素的黑白程度称为灰度,用一个数值表示,这个数值的最大值称为灰阶,灰阶一般有256级、1024级,对应地可表示为8bit、10bit。灰阶决定了图像的对比度,即内容层次。18UltrasoundtherapyTianjinMedicalUniversity256×256,8bit64×64,8bit256×256,2bit256×256,8bit图像的大小2000×2000像素的数字图像所显示内容与X射线胶片相当对于CT和MRI图像,通常512×512就够了图像小,则重建速度快,所需存储空间小,传输速度快。20几种X线图像数字化的方式胶片扫描系统影像增强器+CCD+影像板计算机X线摄影(ComputedRadiography,CR)数字X线摄影(DigitalRadiography,DR)21胶片扫描系统22扫描仪计算机X线胶片专用设备影像增强器+CCD+影像板23X线X线影像增强器计算机处理系统电视摄像管CCD或真空摄像管电视信号处理A/D转换(影像板)数字信号显示打印球管人体CompanyLogo第一节计算机X线摄影装置(CR)24一、分类、基本结构与原理(一)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。252.专用型CR其读取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。(二)基本结构与原理主要有信息采集、信息转换、信息处理、信息存储和记录等部分组成。信息采集:以IP代替胶片,接受并记忆X线摄影信息,形成潜影信息;信息转换:由读取装置来实现,用光电倍增管接收存储屏发出的荧光,并实现光电转换,再经A/D转换器变换成数字信号;27信息处理:由计算机来完成,对数字化的X线影像作各种相关的后处理,如大小测量、放大、灰阶处理、空间频率处理、减影处理等。信息记录:利用存储媒体,如光盘等,通常在存储前进行数据压缩;用于诊断的模拟影像照片可通过激光照相机打印激光胶片获得。29透射X线影像记录装置(数字信号→光信号)影像板影像读取装置(X线影像→数字)影像处理装置控制计算机影像存储装置(光盘、磁带等)显示器胶片自动洗相机CR相片激光相机30二、影像板(ImagePlate,IP)31CR的X线图像不是直接记录于胶片上,而是先记录在IP上;IP可重读使用,但不能直接显示图像。1、结构32表面保护层荧光层基板背面保护层IP结构示意图1、结构33保护层:聚酯树脂类纤维制成,非常薄,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。34荧光层:由光激励发光(photonstimulationlight,PSL)荧光物质混于多聚体溶液中,涂在基板上制成,能把第一次照射光的信号记录下来,当再次受到光刺激时,会释放存储的信号。35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的使用寿命。两万次以上重复使用。36背面保护层:材料与表面层相同,防止IP摩擦损伤。2、工作原理射入IP的X线光子被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(二次激发)已有潜影的IP时,半稳态的电子转换成荧光,即发生光激励发光现象(简称光致发光现象)。产生的荧光强度与第一次激发时X线强度成正比,完成光学影像的读出。IP的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,形成数字影像。3738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三角又变成了白色,表示储存能量已全部释放3、IP的种类(1)按分辨力分:高分辨力(highresolution,HR)(用于乳腺摄影)和普通分辨力(standardresolution,SR)(用于常规摄影)(2)按基板类型分:硬基板和软基板(3)按读取方式分:单面阅读和双面阅读。双面IP采用透明支持层,里面设有读取器件,受激光激发时,双面同时采集,提高了输出信噪比,量子检出率(detectivequantumefficiency,DQE)比普通IP增加了30%~40%,相应的降低了曝光量。394、IP特性—发射光谱与激发光谱把PSL强度与读取光波波长的关系曲线称为激发光谱。(600nm左右)。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390~400nm。PSL强度与其波长的关系曲线称为发射光谱。保证光电倍增管在400nm处有最高的检测效率,对提高影像的信噪比很重要。40IP特性—时间响应41当停止用激光照射荧光体时,发光衰减并逐渐终止。IP的PSL强度衰减速度很快,不会发生采集和读出信息的重叠。光发射寿命期为0.8μs。IP特性—动态范围42直线性在1到10000范围内具有良好动态范围可精确检测到组织间极小的X线吸收差异曝光3.0胶片影像屏密度输出100001000101000.21.08004002001600100IP特性—存储信息的消退43X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。IP特性—天然辐射的影响IP不仅对X线敏感,对其他电磁波也敏感,如紫外线、γ射线等,随着这些射线能量的积累,在IP板上会以图像的形式被检测出来。长期存放会产生小黑斑。使用前必须激光擦除,以消除可能存在的任何潜影。445、使用注意事项用一张较大的IP来记录影像,可减少胶片尺寸的选择次数。IP再使用时,最好重做一次光照射,以消除可能存在的任何潜影IP上的荧光体对X线的敏感度高于普通X线胶片,保存要有很好的屏蔽。放置IP时,最好不要叠放,阻止荧光层被划伤。出现灰尘时,应用专用的清洁液清洁。45三、读取装置1、结构CR系统的读取装置可分为:暗盒型和无暗盒型。(1)暗盒型读取装置其特征是将IP置入与常规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。4647IP缓冲堆栈IP分类器病人信息摄影信息输入部分计算机/图像处理部分影像板暗盒暗盒插口读取部分消除部分经X线曝光后的暗盒,从CR读取装置的暗盒插入孔插入读取装置内,暗盒插入读取装置后,IP被自动取出,由激光扫描读出潜影信息;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。此后IP被传送回暗盒内,暗盒自动封闭后被传送出读取装置,供反复使用,整个过程自动、连续。。48(2)无暗盒读取装置该装置配备在专用机器上,常规X线摄影设备不能配备此装置。配备此装置的机器集投照、读取于一体,有立式和卧式两种形式。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。492、读出原理随着高精度电动机带动IP匀速移动,激光束由摆动式反光镜或旋转多面体反光镜进行反射,对IP整体进行精确而均匀地逐行扫描。受激光激发产生的PSL荧光被高效导光器采集和导向传输到光电倍增管的光电阴极上,经光电倍增管进行光电转换和放大后,再经A/D转换为数字影像信号。这一过程反复进行,扫描完一张IP后,得到一幅完整的数字影像。5051具体地,读出分两步:(1)用一束微弱激光粗扫IP,立即算出读出图像的直方图。(2)自动调整光电倍增管的灵敏度及放大器的增益,再用高强度激光精细地读出潜像,实现数字化,经过各种图像处理,获得最佳的适于诊断的数字X线图像。52533、影响图像质量的因素①激光束的直径:越小,信息量越多,越清晰②光电及传动系统的噪声③数字化影响取样频率低—“马赛克”伪影量化级数少—“等高线”伪影一般数字化取样间隔为0.1~0.2mm,像素的灰度级为8bit时,就能获得满意的数字图像。54四、计算机图像处理常规X线照片的影像特性是由照相条件、增感屏及胶片决定,不能加以改变。CR系统则不同,由于
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