第三章 數(shù)字X成像設(shè)備A

1、 第三章第三章 數(shù)字?jǐn)?shù)字X線成像設(shè)備線成像設(shè)備 Digital X-ray Imaging Device 自從1972年X線CT問世后，醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域出現(xiàn)了數(shù)字化浪潮，但傳統(tǒng)X線影像的數(shù)字化最晚。1980年CR和DR系統(tǒng)出現(xiàn)產(chǎn)品，到了80-90年代才推出一些實(shí)用的X線數(shù)字成像設(shè)備。 數(shù)字?jǐn)?shù)字X線成像設(shè)備線成像設(shè)備是指把是指把X線透射影像線透射影像數(shù)字化，并進(jìn)行圖像處理后，再變換成數(shù)字化，并進(jìn)行圖像處理后，再變換成模擬圖像顯示的一種模擬圖像顯示的一種X線設(shè)備。線設(shè)備。X線線源源人人體體檢測(cè)器檢測(cè)器（模擬信號(hào)）（模擬信號(hào)）數(shù)字化設(shè)備數(shù)字化設(shè)備（A/D轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換）計(jì)算機(jī)處理計(jì)算機(jī)處理數(shù)數(shù)/模模( D/

2、A)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器顯顯示示/攝攝影影 數(shù)字化數(shù)字化X射線成像系統(tǒng)框架射線成像系統(tǒng)框架圖像數(shù)字化方式之一：圖像數(shù)字化方式之一：膠片掃描系統(tǒng)膠片掃描系統(tǒng)掃描儀掃描儀計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)X線膠片線膠片 圖像數(shù)字化方式之二：圖像數(shù)字化方式之二：影像增強(qiáng)器影像增強(qiáng)器+CCD+圖像板圖像板 DF 數(shù)字透視（數(shù)字透視（digital fluoroscopy） /數(shù)字熒光攝影（數(shù)字熒光攝影（digital fluorography）X線線X線線影像增強(qiáng)器影像增強(qiáng)器計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)電視攝像管電視攝像管CCD或真空或真空攝像管攝像管電視信號(hào)處理電視信號(hào)處理 A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換(圖像板圖像板)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)顯示顯

3、示打印打印X線線球管球管人體人體 圖像數(shù)字化方式之三：圖像數(shù)字化方式之三：計(jì)算機(jī)攝影計(jì)算機(jī)攝影(CR, Computed Radiography) 圖像數(shù)字化方式之四：圖像數(shù)字化方式之四：直接數(shù)字化攝影直接數(shù)字化攝影(DDR, Direct Digitized Radiography)清晰的數(shù)字圖像 計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)成像 處理后的圖像 根據(jù)成像原理不同這類設(shè)備可分為 *計(jì)算機(jī)X線攝影系統(tǒng)（computed radiography，CR）*數(shù)字熒光X線攝影（digital fluorography ，DF ) *數(shù)字X線攝影系統(tǒng)（digital radiography，DR） 該系統(tǒng)分為： 直接數(shù)字X

4、線攝影（direct DR，DDR） 間接數(shù)字X線攝影（indirect DR，IDR） X線束的形狀：CR和DF屬于錐形成像 數(shù)字圖像：顯示為二維點(diǎn)陣或矩陣，一幅圖像數(shù)字圖像：顯示為二維點(diǎn)陣或矩陣，一幅圖像中包含的每個(gè)點(diǎn)和矩陣中的小單元叫做中包含的每個(gè)點(diǎn)和矩陣中的小單元叫做像素像素，是構(gòu)，是構(gòu)成圖像的最小元素，像素的數(shù)目等于矩陣的行數(shù)和成圖像的最小元素，像素的數(shù)目等于矩陣的行數(shù)和列數(shù)的乘積，列數(shù)的乘積，X圖像的矩陣一般為正方矩陣，圖像的矩陣一般為正方矩陣，256256、512512、10241024。 A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換是數(shù)字圖像的關(guān)鍵，是數(shù)字圖像的關(guān)鍵，A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越高，精度

5、越高。越高，精度越高。8位位A/D轉(zhuǎn)換有轉(zhuǎn)換有256個(gè)灰階，個(gè)灰階，10位位A/D轉(zhuǎn)換有轉(zhuǎn)換有1024個(gè)灰階。數(shù)字圖像的空間分辨力取個(gè)灰階。數(shù)字圖像的空間分辨力取決于像素的尺寸和決于像素的尺寸和A/D轉(zhuǎn)換器的采樣時(shí)鐘頻率，對(duì)轉(zhuǎn)換器的采樣時(shí)鐘頻率，對(duì)比度分辨率取決于比度分辨率取決于A/D轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。3.1 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)X線攝影系統(tǒng)（線攝影系統(tǒng)（CR） CR系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)字化數(shù)字化X線攝影系統(tǒng)線攝影系統(tǒng) 3.1 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)X線攝影系統(tǒng)（線攝影系統(tǒng)（CR） 一、一、CR的基本組成和工作原理的基本組成和工作原理 控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)影影像像板板影像讀取裝置影像讀取裝

6、置（X射線影像射線影像 數(shù)字）數(shù)字）圖像處圖像處理裝置理裝置圖像記錄裝置（數(shù)圖像記錄裝置（數(shù) 字信號(hào)字信號(hào) 光信號(hào)）光信號(hào)）圖像存儲(chǔ)裝置圖像存儲(chǔ)裝置（光盤、磁帶等）（光盤、磁帶等）熒光屏熒光屏膠膠片片激光激光照相機(jī)照相機(jī)CR相片相片自動(dòng)洗相機(jī)自動(dòng)洗相機(jī)透射透射X射線射線 * 透射人體的X射線入射到影像板，影像板接受到該信息后，形成潛影記憶下來。* 然后由影像讀取裝置將該信息讀下來，該信息實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)。* 由計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行處理，如大小測(cè)量、放大、灰階處理、空間頻率處理、減影處理等。* 信息記錄利用光盤存儲(chǔ)，診斷需要用的模擬影像照片可用激光打印膠片，熱敏打印膠片，及熱敏紙記錄。此外信息還

7、能直接在熒光屏上顯示影像。CR成像的基本原理成像的基本原理 原理：原理：以影像板（以影像板（IP）替代）替代X線膠片作介質(zhì)，經(jīng)線膠片作介質(zhì)，經(jīng)X線照射線照射后，后，X線量子被線量子被IP板成像層的熒光顆粒吸收，釋放出電子，其板成像層的熒光顆粒吸收，釋放出電子，其中一部分電子散布在成像層內(nèi)呈半穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)用激光照射時(shí)，中一部分電子散布在成像層內(nèi)呈半穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)用激光照射時(shí)，半穩(wěn)定的電子轉(zhuǎn)變?yōu)楣饬孔訌亩l(fā)光，光線被光電管檢測(cè)形成半穩(wěn)定的電子轉(zhuǎn)變?yōu)楣饬孔訌亩l(fā)光，光線被光電管檢測(cè)形成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理獲得圖像，這就是數(shù)字信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理獲得圖像，這就是CR (Computed Radiogra

8、phy， 計(jì)算機(jī)攝影計(jì)算機(jī)攝影)技術(shù)技術(shù)。 二、影像板二、影像板(imaging plate, IP) 1IP的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)IP結(jié)構(gòu)示意圖材料：材料：氟鹵化鋇氟鹵化鋇(Barium Fluorohalide)保護(hù)層保護(hù)層：防止熒光層受損，透光率很高，很薄。 輝盡性熒光物質(zhì)層輝盡性熒光物質(zhì)層（photostimulated luminescence substuane）： 它把第一次照射光的信號(hào)記錄下來，當(dāng)再次 受到光刺激時(shí)，會(huì)釋放存儲(chǔ)的信號(hào)，即發(fā)出 與第一次激發(fā)光所帶信息相關(guān)的熒光，這叫 光激勵(lì)發(fā)光。基板：基板：保護(hù)熒光層免受外力的損傷。 背面保護(hù)層：其材料和作用與表面保護(hù)層相同。背面保護(hù)層：其

9、材料和作用與表面保護(hù)層相同。 2IP的成像原理的成像原理 射入射入IPIP的的X X線光子被線光子被IPIP熒光層內(nèi)的熒光層內(nèi)的輝盡性熒光體輝盡性熒光體吸吸收，釋放出電子。其中部分電子散布在熒光體內(nèi)呈半收，釋放出電子。其中部分電子散布在熒光體內(nèi)呈半穩(wěn)定態(tài)，形成潛影，完成穩(wěn)定態(tài)，形成潛影，完成X X線信息的采集和存儲(chǔ)。然后線信息的采集和存儲(chǔ)。然后用激光束掃描用激光束掃描( (二次激發(fā)二次激發(fā)) )已有潛影的已有潛影的IPIP時(shí)，光激發(fā)輝時(shí)，光激發(fā)輝盡發(fā)光現(xiàn)象盡發(fā)光現(xiàn)象( (光致發(fā)光光致發(fā)光) )，產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度與第一次入，產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度與第一次入射激發(fā)時(shí)射激發(fā)時(shí)X X線的能量成正比，完成光學(xué)影像

10、的讀出。線的能量成正比，完成光學(xué)影像的讀出。IPIP的輸出信號(hào)還需由讀取裝置繼續(xù)完成光電轉(zhuǎn)換為電信的輸出信號(hào)還需由讀取裝置繼續(xù)完成光電轉(zhuǎn)換為電信號(hào)號(hào)A/DA/D轉(zhuǎn)換，才能形成數(shù)字圖像。轉(zhuǎn)換，才能形成數(shù)字圖像。IP板板靈敏度高，使曝光劑量降低靈敏度高，使曝光劑量降低1/8-1/2分辨率高，一般可達(dá)分辨率高，一般可達(dá)3.3LP/CM動(dòng)態(tài)范圍寬動(dòng)態(tài)范圍寬速度慢，不同動(dòng)態(tài)觀察速度慢，不同動(dòng)態(tài)觀察空間分辨率不如常規(guī)空間分辨率不如常規(guī)X線機(jī)攝影圖像線機(jī)攝影圖像數(shù)字乳腺多槽式計(jì)算機(jī)數(shù)字乳腺多槽式計(jì)算機(jī)X線攝影系統(tǒng)線攝影系統(tǒng) 富士醫(yī)療器材（上海）有限公司研發(fā)富士醫(yī)療器材（上海）有限公司研發(fā) 富士XG5000多

11、用途FCR閱讀器柯達(dá) DIRECTVIEW CR 3IP的特性的特性 IP的動(dòng)態(tài)范圍：的動(dòng)態(tài)范圍：IP發(fā)出的熒光量依賴于第一次激發(fā)的X線量，具有良好的動(dòng)態(tài)范圍。IP的時(shí)間響應(yīng)特性：的時(shí)間響應(yīng)特性：當(dāng)停止用激光照射熒光體時(shí)，輝盡發(fā)光按其衰減規(guī)律逐漸終止。 IP存儲(chǔ)信息的消退：存儲(chǔ)信息的消退：在IP中的模擬影像被存儲(chǔ)于熒光體內(nèi)在讀出前的存儲(chǔ)期間，一部分被俘獲的光電子將逃逸，從而使受激發(fā)時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度減小，這種現(xiàn)象稱為消退。 二讀取裝置二讀取裝置1讀出原理讀出原理 儲(chǔ)存在輝盡性熒光物質(zhì)中的影像為潛像信息，隨著激光掃描系統(tǒng)的控制，影像板勻速的移動(dòng)，激光束由擺動(dòng)式反光鏡或旋轉(zhuǎn)多面體反光鏡進(jìn)行反射，對(duì)影像板

12、整體進(jìn)行精確而均勻地掃描。受激光激發(fā)產(chǎn)生的輝盡性熒光被高效光導(dǎo)器采集和導(dǎo)向，經(jīng)光電倍增管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大，再由AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)。掃描完一張影像板后，得到一幅完整的數(shù)字圖像。 記錄在IP上的X線信息分兩步讀出。 第一步：用一束微弱的激光瞬時(shí)粗略地掃描IP，立即計(jì)算出X線影像的輝盡發(fā)光量的直方圖； 第二步：是在獲取上述信息的基礎(chǔ)上，自動(dòng)調(diào)整光電倍增管的靈敏度及放大器的增益，再用高強(qiáng)度的激光精細(xì)地讀出X線影像，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。2結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)1）暗盒型讀取裝置暗盒型讀取裝置：將IP置入與常規(guī)X線攝影暗盒類似的盒內(nèi)，經(jīng)X線曝光后的暗盒，從CR讀取裝置的暗盒插入孔送入讀取裝置內(nèi)，這一操作可以在明室完成。

13、然后IP被自動(dòng)取出，由激光來掃描，讀出潛影信息送到潛影消除部分，經(jīng)強(qiáng)光照射，消除IP上的潛影。此后IP被送回暗盒內(nèi)，封閉暗盒，暗盒被送出讀取裝置，供反復(fù)使用，整個(gè)過程是自動(dòng)和連續(xù)進(jìn)行的。2）無暗盒讀取裝置無暗盒讀取裝置：該裝置集投照、讀取于一體，有立式和臥式。需要專用機(jī)器，不能與常規(guī)X線攝影設(shè)備匹配。IP在X線曝光后直接被送到激光掃描和潛影消除部分處理，供重復(fù)使用。3影響圖像質(zhì)量的因素影響圖像質(zhì)量的因素 1）激光束的直徑和頻率：激光點(diǎn)的直徑越小，則讀取的信息量就越多，得到的圖像質(zhì)量越好。2) 光電和傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲：X線量子噪聲是在X線被IP吸收過程中產(chǎn)生的，與IP檢測(cè)到的X線量成反比。 3）數(shù)

14、字化的影響：在AD轉(zhuǎn)換過程中，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣和量化，也會(huì)產(chǎn)生量化噪聲和偽影。三計(jì)算機(jī)圖像處理三計(jì)算機(jī)圖像處理1圖像讀取技術(shù)圖像讀取技術(shù) 為了保護(hù)圖像的質(zhì)量，CR系統(tǒng)都設(shè)計(jì)了圖像讀出靈敏度自動(dòng)設(shè)定功能。在程序上設(shè)計(jì)了自動(dòng)預(yù)讀程序，以完成第一次光掃描的直方圖分析，根據(jù)分析情況設(shè)置第二次掃描的條件，流程如下：2圖像的后處理圖像的后處理1）灰階處理：）灰階處理：在CR系統(tǒng)中，由于圖像讀取裝置是把某個(gè)需要范圍內(nèi)的圖像信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，控制數(shù)字信號(hào)可以得到以何種密度再現(xiàn)。在這里用灰階變換函數(shù)，以函數(shù)控制（輸出信號(hào)），改變灰階函數(shù)可以自由控制X線劑量線劑量膠片密度膠片密度關(guān)系。 例如在胸部攝影中，肺野和縱隔部位的密度差別很大，可以選用灰階函數(shù)上段部分提高肺野區(qū)域的對(duì)比度，抑制縱隔區(qū)域的對(duì)比度，既很好地顯示肺野內(nèi)結(jié)構(gòu)，又可防止在輸出圖像中縱隔的密度與骨密度過于接近，提高了縱隔內(nèi)不同軟組織的分辨層次。2）空間頻率處理：）空間