數(shù)字X線成像設(shè)備-CR

1、第二節(jié) 計算機X線攝影CR主要內(nèi)容 1、CR的組成和原理 2、影像板的結(jié)構(gòu)和原理 3、讀取裝置的結(jié)構(gòu)和原理 4、激光照相機工作原理 5、CR系統(tǒng)的優(yōu)點、缺乏和開展方向一、CR的結(jié)構(gòu)1、CR的定義 Computed Radiography，即“計算機化X線放射影像系統(tǒng)或簡稱“計算機放射影像系統(tǒng) 將攜帶診斷信息的X線影像記錄在影像板image plate，IP上，經(jīng)讀取裝置讀取，通過計算機處理，獲得數(shù)字化圖像2、CR系統(tǒng)的組成 X線機：與讀取裝置類型相對應(yīng) 影像板IP：影像記錄載體 讀取裝置：暗盒型、無暗盒型 監(jiān)視器 儲存裝置：影像儲存與記錄二、影像板Image Plate，IP IP是CR成像的

2、關(guān)鍵器件，是CR影像的記錄載體，取代屏片系統(tǒng)中傳統(tǒng)的暗盒 CR影像不是直接記錄于膠片，而是先記錄在IP上先記后讀IP可重復(fù)使用，但不具備影像顯示功能1、IP的結(jié)構(gòu) A、外表保護層：防止熒光層受到損傷。要求透光且薄，常用聚脂樹脂類纖維 B、熒光物質(zhì)層：把第一次照射光的信號記錄下來，當(dāng)再次受到光刺激時，會釋放存儲的信號 C、基板：保護熒光層免受外力的損傷 D、反面保護層：同外表保護層IP的種類暗盒型IP 將IP置于類似常規(guī)X線攝影暗盒的密封盒內(nèi)，可代替常規(guī)攝影暗盒在任何X線機上曝光成像無暗盒型IP IP無外封裝，置于專門的讀取裝置內(nèi)，不能在傳統(tǒng)X線機上曝光成像2、IP成像原理入射X光子被熒光層內(nèi)的

3、輝盡性熒光體吸收，釋放出電子，其中局部電子散布在熒光體內(nèi)呈半穩(wěn)定態(tài)，形成潛影，完成X線影像信息的采集和存儲潛影電荷入射光子能量當(dāng)用激光掃描已有潛影的IP時，IP表現(xiàn)出PSL光激發(fā)輝盡發(fā)光現(xiàn)象光致發(fā)光，完成X線影像信息的讀取PSL熒光強度潛影電荷3、PSL發(fā)光1PSL發(fā)光原理某些物質(zhì)在第一次受到照射光照射時，能將一次激發(fā)光攜帶的信息貯存下來，當(dāng)再次受到照射光照射時，能發(fā)出與一次激發(fā)光攜帶信息相關(guān)的熒光。這就是光鼓勵發(fā)光photostimulated luminescence，PSL，光致發(fā)光，這種物質(zhì)就稱為PSL物質(zhì)PSL發(fā)光強度一次激發(fā)光強度X線光子摻雜2價銪離子的氟鹵化鋇晶體，PSL發(fā)光最強

4、，選作IP熒光材料。發(fā)光原理不詳一次激發(fā)光X線光子二次激發(fā)光讀取激光潛影2PSL光譜特性一次激發(fā)光稱為PSL物質(zhì)的發(fā)射光譜，在CR中即為X線光子二次激發(fā)光稱為PSL物質(zhì)的激發(fā)光譜，在CR中即為用以激發(fā)PSL發(fā)光的激光，又稱為激起光一次激發(fā)光初次照射PSL物質(zhì)氟鹵化鋇時，其吸收光譜在37keV處有一銳利、鋸齒形的不連續(xù)吸收，這是由于鋇原子K緣所致，但此鋇原子的K緣吸收不會影響PSL熒光PSL熒光強度一次激發(fā)光照射量，PSL熒光中最大強度值稱為最大發(fā)射波長em此波長熒光，強度最大，波長約為390400nm二次激發(fā)光中的最大激發(fā)波長ex此波長激發(fā)出的PSL熒光，強度最大約為600nmem攜帶X線影像

5、信息與ex距離較遠，易于區(qū)分，在讀取信號時將形成良好信噪比S/N氟鹵化鋇的發(fā)射光譜與激發(fā)光譜emexX線照射量一次激發(fā)光與PSL熒光呈5位數(shù)直線相關(guān)，那么IP動態(tài)范圍極寬，可精確檢測每種組織在X線吸收上的極小差異，故CR能通過微小的X線吸收系數(shù)差異，辨識不同的組織結(jié)構(gòu)PSL熒光強度二次激發(fā)光功率CR成像鏈： 一次激發(fā)光X線光子潛影PSL熒光以二次激發(fā)光為讀取PSL熒光的條件光電效應(yīng)電信號A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號3PSL發(fā)光時間停止對PSL物質(zhì)的照射后，PSL發(fā)光不會立即消失，而是逐漸衰減假設(shè)上一次激起光掃描讀取信號時的PSL發(fā)光尚未結(jié)束就開始下一次掃描，那下一次掃描所讀取的信號就會受到干擾摻雜2價銪

6、為發(fā)光中心的氟鹵化鋇的發(fā)光時間為，滿足CR系統(tǒng)快速讀取圖像的要求4PSL物質(zhì)的甄選摻雜2價銪離子的氟鹵化鋇晶體(BaFX：EuXCl、Br、I PSL發(fā)射光譜波長390400nm 激發(fā)光譜激起光波長600nm 發(fā)光時間另一種PSL物質(zhì)：含微量元素鉈的鎵溴化物RbBr：Tl PSL發(fā)射光譜波長350nm 激發(fā)光譜激起光波長700nm 發(fā)光時間0.3s 信噪比更高，讀取時間更短，體積更小4、IP存貯信息的消褪貯存在PSL物質(zhì)中的X線影像信息隨存貯時間讀取前時間的延長而衰減，稱為消褪fading消褪不可防止，隨時間延長、溫度升高而加重，CR系統(tǒng)對消褪設(shè)置自動補償一般地，要求攝影后8小時內(nèi)完成信息讀取

7、，以免喪失臨床信息5、IP信息的擦除二次激發(fā)過的IP需用強光照射，擦除IP上的潛影以供下次使用IP經(jīng)強光照射擦除潛影，是PSL發(fā)光的逆過程，實現(xiàn)IP存貯信息的完全擦除。其過程機理同樣尚不明確對于暗盒式IP，可見光被屏蔽，必須將IP插入到讀取裝置中，引強光擦除對于無暗盒式IP，在二次激發(fā)后IP會自動傳送至消除點進行強光信息擦除6、環(huán)境因素對IP的干擾IP對所有電磁波均顯敏感性長期閑置的IP在啟用前必須先用激發(fā)光照射以消除環(huán)境干擾7、IP使用本卷須知由于在攝影前可改變攝影范圍的大小，在讀取局部可設(shè)置讀取范圍的大小，并能反復(fù)使用一張影像板，所以用一張較大的IP來記錄X線影像，可以大大減少膠片尺寸的選

8、擇次數(shù)IP再次使用時，最好重作一次光照射，以消除可能存在的任何潛影由于IP上的熒光物質(zhì)的X線靈敏度高于普通X線膠片，故要求很好地屏蔽。對普通光不需屏蔽IP可重復(fù)使用達千次三、讀取裝置1、暗盒型讀取裝置 用于讀取暗盒型IP的影像信息，配合傳統(tǒng)常規(guī)X線機使用2、無暗盒讀取裝置 集投照、讀取于一體，需專用機器，不能與常規(guī)X線攝影設(shè)備匹配。使用無暗盒型IP。 IP在曝光后直接被送到激光掃描局部讀取、潛影消除局部擦除，以供重復(fù)使用3、讀出裝置讀出原理高精度電機帶動IP勻速移動激光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)擺動式反光鏡和盤旋式多面體反光鏡的反射，在與IP垂直的方向上，依次對IP進行精確均勻地掃描IP上所釋放的PSL熒光

9、被自動跟蹤的集光器收集，經(jīng)光電倍增管轉(zhuǎn)換為電信號，并被進一步放大，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字化影像信號不同尺寸的IP在CR讀出裝置中的讀出時間是相同的CR系統(tǒng)影像讀取原理圖4、信息的讀出流程第一步，以較弱激光超高速掃描，粗略讀取影像信息，獲取成像條件、分割信息、像野尺寸等，并核算出PSL直方圖自動預(yù)讀第二步，在獲取上述信息的根底上，根據(jù)PSL直方圖，自動調(diào)節(jié)光電倍增管的敏感性和放大器的增益，再次以超強激光高精度地讀取X線影像信息精讀配合CR系統(tǒng)固有功能，那么可對任意組織以任意劑量獲得穩(wěn)定的最正確影像信息四、儲存裝置圖像儲存與記錄儲存媒體：磁帶、光盤和硬盤記錄媒體：多幅照相機、激光照相機1、激光

10、照相機的根本結(jié)構(gòu)：激光發(fā)生器：是膠片打印的能量來源光調(diào)制器：以計算機輸入的數(shù)字圖像信號調(diào)制激光強度光學(xué)掃描器：由擺動式反光鏡或多面體旋轉(zhuǎn)式反光鏡組成，使激光束掃描膠片膠片傳輸系統(tǒng)：保證膠片按照與掃描激光束垂直的方向高精度地移動供片庫和收片庫2、激光照相機工作原理膠片在傳送系統(tǒng)控制下朝一個方向高精度移動激光束相對于膠片移動方向以二維方式反復(fù)作垂直掃描激光束的光強度受計算機數(shù)字圖像信號調(diào)制裝載膠片的打印滾筒和激光束動作同步運動膠片在激光束照射下曝光形成平片圖像五、CR的工作流程 1、CR成像原理 X線光子入射IP形成潛影信號采集激起光照射IPPSL發(fā)光信號讀取PSL熒光導(dǎo)入光電倍增管光電轉(zhuǎn)換A/D

11、轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字信號信號讀出送至存儲與顯示元件信號處理與記錄 X線強度PSL熒光強度數(shù)字信號2、CR的工作流程 信息采集：X線照射在IP上形成潛影，實現(xiàn)模擬信息采集。X線管、IP信息轉(zhuǎn)換：二次激發(fā)光掃描IP獲得PSL熒光，經(jīng)光電倍增管轉(zhuǎn)換成電信號，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號。IP、讀取裝置、光電倍增管、A/D轉(zhuǎn)換器信息處理和記錄：諧調(diào)處理、空間頻率處理、減影處理等。光盤存貯、膠片記錄1灰階處理：與CT窗寬處理類似，在選定的數(shù)字信號數(shù)值范圍內(nèi)，以黑白灰階再現(xiàn)某一數(shù)字信號，以到達針對某部位的最正確視覺效果。3、CR常用后處理技術(shù) 應(yīng)用中用同一灰階期望顯示所有的影像信息是不適宜的，必須針對

12、不同成像目的選取不同灰階。2窗位處理： 與CT窗位處理技術(shù)類似，選擇某一數(shù)字信號數(shù)值做窗寬的中心，突出顯示感興趣的組織。3減影處理： A、時間減影 選擇血管造影系列圖象中的假設(shè)干幀作為原像造影像和基像/蒙片掩模像行數(shù)字減影處理，可得到CR減影圖象。 優(yōu)點：視野大，空間分辨力高，動態(tài)范圍寬 缺點：時間分辨力差，無法實現(xiàn)高頻采集和實時顯示B、能量減影X線吸收率減影 用兩個不同的X線攝影條件攝影，選擇其中任何一幀作為掩模像進行減影，那么可消除某些組織。例如對胸部行能量減影處理可消除肋骨影像，以利于觀察低比照度肺野 切換X線管電壓，得到兩幅不同能量的數(shù)字X線影像，用計算機進行能量減影處理 在暗盒放置2

13、張影像板IP，中間隔一層銅過濾板，過濾低能射線。對同時獲得的2幅圖像進行減影，上一層是低能射線成像，下一層是高能射線成像六、影響CR影像質(zhì)量的因素CR影像的空間分辨力CR影像的噪聲CR影像的數(shù)字化過程1、CR影像的空間分辨力CR影像的空間分辨力取決于PSL結(jié)晶體的顆粒度和讀取裝置的電、光學(xué)特性CR影像的空間分辨力尚不如傳統(tǒng)膠片A、PSL結(jié)晶體的顆粒度 PSL結(jié)晶體尺寸越小，發(fā)光效率越高，圖像空間分辨力越高 目前PSL結(jié)晶體顆粒尺寸已縮小到最初的1/2，體積縮小到最初的1/8B、激光束的直徑和頻率 激光束以點掃描方式完成影像讀取 激光束點直徑越小，讀取信息量相對越多，影像質(zhì)量越高 激發(fā)光譜波長為

14、600nm時，PSL發(fā)光激起效果最正確2、CR影像的噪聲 X線量子噪聲：IP吸收過程中產(chǎn)生，與IP吸收的X線量子數(shù)入射X線量成反比 光量子噪聲：光電倍增管光電轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生，與光電子數(shù)成反比 系統(tǒng)固有噪聲： IP結(jié)構(gòu)噪聲、光學(xué)系統(tǒng)噪聲、電子系統(tǒng)噪聲、機械傳導(dǎo)系統(tǒng)噪聲等，與X射線無關(guān)，結(jié)構(gòu)噪聲起決定作用，由PSL物質(zhì)顆粒的隨機分布而定 X線劑量較低時，CR噪聲決定于量子噪聲；X線劑量較高時，CR噪聲決定于固有噪聲3、數(shù)字化過程對CR圖像質(zhì)量的影響 數(shù)字化采樣頻率決定影像空間分辨力 A/D、D/A轉(zhuǎn)換位數(shù)決定影像比照度分辨力 數(shù)字化程度應(yīng)與人眼的區(qū)分力和熒光屏的顯示范圍相適應(yīng) 5像素/mm8bit/像

15、素 像素/mm7bit/像素七、CR的優(yōu)點和缺乏能獲取數(shù)字化圖像：可實施圖像后處理，易于儲存、檢索和傳輸X線照射量動態(tài)范圍大：可顯示細微組織差異X線輻射劑量低：PSL物質(zhì)敏感度高，減少患者受照射量臨床應(yīng)用范圍廣：斷層攝影、胃腸道造影、數(shù)字減影等IP可重復(fù)使用受散射效應(yīng)的影響，空間分辨力不佳，影像質(zhì)量不如膠片時間分辨力較差，難以顯示動態(tài)圖像成像過程繁瑣，未改變工作流，工作效率沒有提高設(shè)備昂貴，運行本錢較高八、CR的開展趨勢1、 IP板方面1提高空間分辨力 空間分辨力在，掃描像素10Pixel/mm， 高質(zhì)量圖像可達4K，已接近X線膠片的清晰度。2提高IP板壽命 有廠家采用剛性板，在讀取該板信息時不與傳動機械系統(tǒng)發(fā)生任何磨擦。用柔性板的廠家也在采用各種方法提高其壽命。3提高IP板X線轉(zhuǎn)換率 降低獲取圖像的X線劑量，從而減低被檢者的輻射劑量。2、讀出裝置方面 采用高速高分辨的激光掃描系統(tǒng)和放大系統(tǒng)，采用高速且性能良好的機械傳送系統(tǒng)，提高掃描讀出IP板的速度 另外，還必須有高速與性能穩(wěn)定的圖像處理和存儲系統(tǒng)，如IP處理速度提高到110幅/小時以上1417英寸IP板 3、軟件方面 各廠家在圖像處理軟件上下了很多功夫，主要在改善圖像質(zhì)量上研發(fā)了許多適用各種部位不同組織的專用軟件 另外，為了適應(yīng)中國廣泛使用，操作界