數(shù)字X線檢查技術講義課件

1、數(shù)字X線成像檢查技術1982年研制出計算機攝影（Computed radiology CR）系統(tǒng)，20世紀90年代末數(shù)字化攝影（Digital radiology DR）系統(tǒng)問世，使傳統(tǒng)X線攝影成功地走向數(shù)字化，實現(xiàn)了影像信息的數(shù)字化貯存和傳輸。DR(Digital Radiography)，即直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)，是由數(shù)據(jù)采集板、掃描控制器、系統(tǒng)控制器、影像監(jiān)示器等組成，是直接將X線光子通過數(shù)據(jù)采集板轉(zhuǎn)換為數(shù)字化圖像，是一種廣義上的直接數(shù)字化X線攝影。而狹義上的直接數(shù)字化攝影即DDR（DirectDigit Radiography），通常指采用平板探測器的影像直接轉(zhuǎn)換技術的數(shù)字放射攝影，

2、是真正意義上的直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)。CR IP板和激光掃描儀IP板激光掃描儀DR 機DR DR 探測板 DR 探測器分類1、直接轉(zhuǎn)換式平板探測器 一是直接轉(zhuǎn)換，系指該探測器利用的光導半導體材料是非晶硒，直接將接受到的X-線光子轉(zhuǎn)換成電信號，故稱直接轉(zhuǎn)換。二是平板，系指探測器的單元陣列采用的薄膜晶體管（TFT）技術，外形類似平板狀，這種探測器稱為直接轉(zhuǎn)換式平板探測器。 2、間接轉(zhuǎn)換式平板探測器 間接轉(zhuǎn)換式平板探測器系指X-線影像信息在轉(zhuǎn)換為電子信號過程中，中間需要經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后在變?yōu)殡娦盘枴?直接轉(zhuǎn)換平板探測器工作原理間接轉(zhuǎn)換平板探測器工作原理圖數(shù)字X線成像基本知識在信息科學中，能夠計數(shù)的離

3、散量稱為數(shù)字信號，不能計數(shù)的連續(xù)量稱為模擬信號。將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的介質(zhì)為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital converter，ADC）。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量（如電壓、電流、頻率、相移、位移、脈寬、轉(zhuǎn)角等）通過采樣轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，該過程稱為數(shù)字化。1、定義（1）矩陣（matrix）矩陣是一個數(shù)學概念，它表示一個橫成行、縱成列的數(shù)字方陣。矩陣有影像矩陣（image matrix）和顯示矩陣（display matrix）之分。影像矩陣指CT重建得到的影像或CR、DR采集到的每幅影像所用矩陣；顯示矩陣是指顯示器上顯示的影像矩陣。常用的矩陣有320320、512512、102

4、41024等。 像素（pixel）數(shù)字矩陣中的每一個柵格單元稱為像素（Pixel)，是數(shù)字圖像的基本構(gòu)成單位，像素是一個二維概念，其大小可由像素尺寸表示，如100um100um。 2、矩陣與像素的關系數(shù)字圖像是用陣列表示的圖像，該陣列中的每一個元素稱為像素，像素是組成數(shù)字圖像的基本元素。數(shù)字圖像是由有限個像素點組成的，構(gòu)成數(shù)字圖像的所有像素構(gòu)成了矩陣。矩陣大小能表示構(gòu)成一幅圖像的像素數(shù)量多少。矩陣與像素大小的關系，可由下述公式表示：重建像素多少=視野大小/矩陣大小矩陣、像素與圖像的關系 如果構(gòu)成圖像的像素數(shù)量少，像素的尺寸大，可觀察到的原始圖像細節(jié)較少，圖像的空間分辨力低；反之，像素數(shù)量多，圖

5、像的空間分辨力高。描述一幅圖像需要的像素數(shù)量是由每個像素的大小和整個圖像的尺寸決定的。在空間分辨力一定的條件下，圖像大比圖像小需要的像素多，每個單獨像素的大小決定圖像的空間分辨力。若圖像矩陣的大小固定，視野增加時，圖像的空間分辨力降低。（三）分辨力1、時間分辨力：又稱動態(tài)分辨力，是指成像系統(tǒng)對運動部位成像的瞬間顯示能力。時間分辨力越高，對動態(tài)組織器官的成像顯示能力越強，影像越清晰。2、密度分辨力：又稱低對比分辨力，是從影像中所能辨別密度差別的最小極限，是對影像細微密度差別的辨別能力。密度分辨力常以百分比（%）表示。 3、空間分辨力：又稱高對比分辨力，是從影像中可辨認的組織幾何尺寸的最小極限，是

6、對影像空間細微結(jié)構(gòu)的辨別能力。它是表示一幅圖像質(zhì)量的量化指標，常用毫米（mm)、單位距離內(nèi)的線對數(shù)（LP/mm)或單位距離內(nèi)的像素數(shù)（pixels/mm）等表示。噪聲（noise）：在X線數(shù)字成像中，影像上觀察到的亮度水平中隨機出現(xiàn)的波動稱為噪聲。 信噪比（SNR）：信號強度與噪聲強度的比值簡稱為信噪比，SNR是評價影像質(zhì)量的指標之一。 偽影（artifact）：系指在成像過程中產(chǎn)生的錯誤圖像特征。偽影是附加在正常圖像上的異常影像，它會干擾對正常圖像的判讀，是影響圖像質(zhì)量的重要因素?；译A（gray level）：在照片或顯示器上所呈現(xiàn)的黑白圖像上的各點表現(xiàn)出不同深度灰色。把白色與黑色之間分成若

7、干級，稱為“灰度等級”，表現(xiàn)的亮度（或灰度）信號的等級差別稱為灰階。DR與CR的共同點都是將X線影像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字影像信息，其曝光寬容度相對于普通的增感屏-膠片系統(tǒng)體現(xiàn)出某些優(yōu)勢。 CR和DR由于采用數(shù)字技術，動態(tài)范圍廣，都有很寬的曝光寬容度，因而允許照相中的技術誤差，即使在一些曝光條件難以掌握的部位，也能獲得很好的圖像； CR和DR可以根據(jù)臨床需要進行各種圖像后處理，如各種圖像濾波，窗寬窗位調(diào)節(jié)、放大漫游、圖像拼接以及距離、面積、密度測量等豐富的功能，為影像診斷中的細節(jié)觀察、前后對比、定量分析提供技術支持。 兩者的性能比較 1、成像原理：DR是一種X線直接轉(zhuǎn)換技術，它利用硒作為X線檢測器，成

8、像環(huán)節(jié)少；CR是一種X線間接轉(zhuǎn)換技術，它利用圖像板作為X線檢測器，成像環(huán)節(jié)相對于DR較多。2、圖像分辨率：DR系統(tǒng)無光學散射而引起的圖像模糊，其清晰度主要由像素尺寸大小決定； CR系統(tǒng)由于自身的結(jié)構(gòu)，在受到X線照射時，圖像板中的磷粒子X線存在著散射，引起潛像模糊；在判讀潛像過程中，激光掃描儀的激發(fā)光在穿過圖像板的深部時產(chǎn)生著散射，沿著路徑形成受激熒光，使圖像模糊，降低了圖像分辨率，因此當前CR系統(tǒng)的不足之處主要為時間分辨率較差，不能滿足動態(tài)器官和結(jié)構(gòu)的顯示。3、DR是今后的發(fā)展方向，但就目前而言，DR電子暗盒的結(jié)構(gòu)14 in17 in(1 in=2.54 cm)由4塊5 in 8 in 所組成

9、，每塊的接縫處由于工藝的限制不能做得沒縫，且一旦其中一塊損壞必將導致4塊全部更換，不但費用昂貴，還需改裝已有的X線機設備，而CR相對費用較低，且多臺X線機可同時使用，無需改變現(xiàn)有設備。4、CR系統(tǒng)更適用于X線平片攝影，其非專用機型可和多臺常規(guī)X線攝影機匹配使用，且更適用于復雜部位和體位的X線攝影； DR系統(tǒng)則較適用于透視與點片攝影及各種造影檢查，由于單機工作時的通量限制，不易取代大型醫(yī)院中多機同時工作的常規(guī)X線攝影設備，但較適用于小醫(yī)療單位和診所的一機多用目的。 事實上，CR和DR系統(tǒng)在相當長的一段時間內(nèi)將是一對并行發(fā)展的系統(tǒng)。數(shù)字化X線影像技術的特點第一，它最突出的優(yōu)點是組織結(jié)構(gòu)分辯率高，圖

10、像清晰、細膩，醫(yī)生可根據(jù)需要進行諸如數(shù)字減影等多種圖像后處理，以期獲得理想的診斷效果。第二，該設備在透視狀態(tài)下，可實時顯示數(shù)字圖像，醫(yī)生再根據(jù)患者病癥的狀況進行數(shù)字攝影，然后通過一系列影像后處理如邊緣增強、放大、黑白翻轉(zhuǎn)、圖像平滑等功能，可從中提取出豐富可靠的臨床診斷信息，尤其對早期病灶的發(fā)現(xiàn)可提供良好的診斷條件。 第三，數(shù)字化X線機形成的數(shù)字化圖像比傳統(tǒng)膠片成像所需的X射線計量要少，因而它能用較低的X線劑量得到高清晰的圖像，同時也使病人減少了受X射線輻射的危害。 第四，由于它改變了已往傳統(tǒng)的膠片攝影方法，可使醫(yī)院放射線科取消原來的圖像管理方式和省去片庫房，而可采用計算機無片化檔案管理方法取而

11、代之，可節(jié)省大量的資金和場地，極大地提高工作效率。 此外，由于數(shù)字化X線圖像的出現(xiàn)，結(jié)束了X線圖像不能進入醫(yī)院PACS系統(tǒng)的歷史，為醫(yī)院進行遠程專家會診和網(wǎng)上交流提供了極大的便利。 另外，該設備還可進行多幅圖像顯示，進行圖像比較，以利于醫(yī)生準確判別、診斷。通過圖像滾動回放功能，還可為醫(yī)生回憶整個透視檢查過程。 數(shù)字化圖像對骨結(jié)構(gòu)、關結(jié)軟骨及軟組織的顯示優(yōu)于傳統(tǒng)的X線成像，還可行礦物鹽含量的定量分析。 數(shù)字化圖像易于顯示縱隔結(jié)構(gòu)如血管和氣管。對結(jié)節(jié)性病變的檢出率高于傳統(tǒng)的X線成像，但顯示肺間質(zhì)與肺泡病變則不及傳統(tǒng)的X線圖像。 DR在觀察腸管積氣、氣腹和結(jié)石等含鈣病變優(yōu)于傳統(tǒng)X線圖像。用數(shù)字化圖像

12、行體層成像優(yōu)于X線體層攝影。 胃腸雙對比造影在顯示胃小區(qū)、微小病變和腸粘膜皺襞上，數(shù)字化圖像優(yōu)于傳統(tǒng)的X線造影。 一、CR系統(tǒng)構(gòu)造CR（computed radiography）系統(tǒng)使用成像板（imaging plate，IP）為探測器，利用現(xiàn)有的X線設備進行X線信息的采集來實現(xiàn)圖像的獲取。它主要由X線機、成像板、圖像閱讀儀、圖像處理工作站、圖像存儲系統(tǒng)和打印機組成。1、X線機 CR系統(tǒng)所用的X線機與CR系統(tǒng)的種類有關。 CR系統(tǒng)的激光閱讀器分為暗盒型（cassette type）和無暗盒型（non-cassette type）兩種。 暗盒型閱讀器的CR需要暗盒作為載體裝載IP經(jīng)歷曝光、激光掃

13、描的過程，系統(tǒng)所用的X線機與傳統(tǒng)的X線機兼容，不需要單獨配置。 無暗盒型CR系統(tǒng)的IP曝光和閱讀裝置組合為一體，連同成像板向工作站傳輸?shù)恼麄€過程都是自動完成，需要配置單獨的X線發(fā)生裝置。目前，臨床使用的絕大多數(shù)都是暗盒型閱讀器的CR系統(tǒng)，不需要單獨購置新的X線機，攝影技師的工作流程也與傳統(tǒng)屏-片系統(tǒng)基本相同。2、成像板成像板的結(jié)構(gòu)IP是CR成像系統(tǒng)的關鍵元器件，是采集或記錄圖像信息的載體，并代替了傳統(tǒng)的屏-片系統(tǒng)。它適用于各種類型的X線機，也適用于各種X線檢查，具有很大的靈活性和廣泛的用途。 IP可以重復使用，但不具備圖像顯示功能。IP外觀像一塊單面增感屏，由表面保護層、光激勵熒光(photo

14、-stimulated luminescence, PSL)物質(zhì)層、基板層和背面保護層組成。表面保護層：表面保護層的制作材料常采用聚酯樹脂類纖維，耐磨損、透光率高，不受外界溫、濕度變化的影響。作用是防止PSL物質(zhì)層在使用過程中受到損傷。PSL物質(zhì)層：由PSL物質(zhì)與多聚體共同組成。PSL物質(zhì)為發(fā)光材料，結(jié)晶體顆粒的平均直徑在47m。顆粒直徑增加，發(fā)光強度增加，但隨之圖像的清晰度降低。 多聚體的材料一般為硝化纖維素、聚酯樹脂、丙稀及聚氯酸酯等。 多聚體的作用是使PSL物質(zhì)在涂布層中均勻分布，具有適度的柔軟性和機械強度，并免受溫度、濕度、輻射和激光等因素的影響而產(chǎn)生理化性質(zhì)的變化?；澹夯宓牟牧鲜?/p>

15、聚酯纖維膠膜，厚度在200350m。作用是保護PSL物質(zhì)層，避免激光在PSL物質(zhì)層產(chǎn)生界面反射，提高圖像清晰度。有的IP為了防止光透過基板，還在基板中增加了吸光層。背面保護層：制作材料與表面保護層相同。作用是防止使用過程中成像板之間的摩擦損傷。IP的規(guī)格尺寸與常規(guī)膠片一致，一般有3543cm（1417英寸）、3535cm（1414英寸）、2530cm（1012英寸）和2025cm（810英寸）四種規(guī)格。 根據(jù)不同的攝影技術，IP又可分為標準型（ST）、高分辨型（HR）、減影型及多層體層攝影型。在正常條件下，成像板的使用壽命為10000次。IP使用注意事項：IP在每次使用前，應用光照射，消除潛影

16、。使用中應避免擦傷。成像板的特性成像板的主要成分是熒光物質(zhì)，它對放射線、紫外線的敏感程度遠高于普通X線膠片。PSL物質(zhì)中存儲的信息會隨時間逐漸消退。IP中PSL的消退與時間和溫度有關，正常情況下IP中存儲的信息在8小時后，其熒光體的PSL量減少約25。若曝光不足或存儲過久（8小時），由于X線的量子不足和天然輻射影響會產(chǎn)生顆粒衰減，致使圖像噪聲增加。天然輻射的影響IP除對X射線、紫外線敏感外，對自然界存在的其它輻射如電磁波、射線、射線和射線等也敏感。 IP會積聚自然放射性物質(zhì)的照射，從而在讀取圖像時會出現(xiàn)一些小黑點，干擾正常圖像的形成。為避免這種現(xiàn)象，IP長期存放后再次使用前，應采用激發(fā)光照射后

17、再使用。3、圖像閱讀儀 圖像閱讀儀是閱讀IP、產(chǎn)生數(shù)字圖像、進行圖像簡單處理，并向圖像處理工作站或激光打印機等終端設備輸出圖像數(shù)據(jù)的裝置。 它具有將曝光后的IP從暗盒中取出的結(jié)構(gòu)。通過圖像閱讀儀中的激光掃描儀掃描，數(shù)字化圖像被送到灰度和空間頻率處理的內(nèi)部圖像處理器中，然后送至激光打印機或圖像處理工作站。 圖像讀取完成后，IP的潛影被消除，并可重新裝入暗盒。4、圖像處理工作站 圖像處理工作站包含有圖像處理軟件，通常提供不同解剖成像部位的多種預設圖像處理模式，實現(xiàn)圖像的最優(yōu)化處理和顯示，并可進行圖像數(shù)據(jù)的存儲和傳輸。 在圖像處理工作站上還可進行圖像的查詢、顯示與處理（整體放大、局部放大、窗寬窗位調(diào)

18、節(jié)、圖像旋轉(zhuǎn)、邊緣增強、添加注解、距離測量和統(tǒng)計等），并把處理結(jié)果輸出或返回圖像服務器。5、監(jiān)視器用于顯示經(jīng)圖像閱讀處理器處理后的圖像。6、存儲裝置 用于存儲經(jīng)圖像閱讀處理器處理后的圖像數(shù)據(jù)，通常有磁盤陣列、磁帶庫等。 CR（一）操作流程各種機型CR在數(shù)據(jù)采集類型和工作程序有所不同，但都是通過直接或間接利用電子技術將X線信息的不同載體變?yōu)殡娮虞d體，被探測器接收并轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信號，獲得X線衰減值的數(shù)字矩陣，利用計算機進一步處理、顯示、存儲和傳輸，因而在操作步驟和程序方面大同小異。在實際工作中應根據(jù)各類機器的說明書正確使用。1使用前的準備1 室溫及濕度是否在允許范圍內(nèi)（溫度10300C；相對濕度3

19、0%75%，）否則不能開機。 2 檢查電源電壓、頻率是否在允許范圍內(nèi)。3 檢查每一部分的地線是否連接完好。 4檢查電纜是否存在不安全之處。2操作注意事項 1 若設備運行過程中發(fā)生故障或發(fā)生其他緊急情況，應立即切斷電源開關。2 不要擅自修改程序和拆卸機器，只有經(jīng)專門培訓的技術人員才可打開發(fā)生器蓋等。3 在有易爆氣體的環(huán)境下嚴禁使用數(shù)字化X線的設備。4 在機器活動范圍內(nèi)，病人與操作人員不能停留或放置任何物品以免發(fā)生碰撞。5 準備必要的放射防護措施。6 注意設備的日常維護、保養(yǎng)及校準。7 出現(xiàn)故障必須詳細記錄，并通知工程師前來維修。3操作流程（1）開機：先打開顯示器，再打開掃描主機開關，待所有程序進

20、入后方可使用（同電腦）。（2）基本方法：病人投照后1 錄入病人的基本信息，如姓名、性別、年齡、ID號、臨床診斷、送診科室等。2 進入部位選擇界面，如頭部、頸部等。3 用條碼掃描器對IP盒的條碼窗口進行掃描。4 將掃描后的IP盒插入掃描主機讀取已記錄的影像信息。5 通過計算機對已獲取圖像進行對比度、反轉(zhuǎn)等處理。6 根據(jù)需要選擇單幅、雙幅或多幅方式、打印張數(shù)，然后進行打印。（3）關機1 關閉掃描主機。2 關閉計算機。CR的優(yōu)點在適當?shù)钠毓鈱捜荻确秶鷥?nèi)使用CR系統(tǒng)，只需曝光一次，通過后處理即可分別得到清晰的骨骼和肌肉影像?；诟叩木€性響應特征，CR系統(tǒng)照片的層次顯示也優(yōu)于傳統(tǒng)的膠片。 CR系統(tǒng)用低對

21、比處理和強的空間頻率處理，可提供較寬的處理范圍和邊緣增強，利于顯示軟組織；高對比處理和弱空間頻率處理結(jié)合可使骨結(jié)構(gòu)顯示清晰。 由于CR系統(tǒng)的空間分辨力較低，對末梢骨的病變?nèi)缒┥夜堑墓悄は鹿俏?、無移位的線樣骨折等顯示受到一定限制，但可通過直接放大影像技術使之得到改善。CR系統(tǒng)對皮質(zhì)骨、小梁骨、關節(jié)間隙、肌腱和韌帶、關節(jié)囊、皮下脂肪及皮膚等結(jié)構(gòu)采用與傳統(tǒng)的屏片系統(tǒng)相同的曝光劑量，并對獲得的圖像進行空間頻率處理。 DR攝影（一）DR操作流程與檢查技術DR的類型較多，其成像原理和設備結(jié)構(gòu)也有所不同，但其操作步驟有共同之處。1系統(tǒng)啟動為了保障系統(tǒng)操作的安全、計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的順利登錄以及文字報告打印機、

22、膠片打印機的正常運行，系統(tǒng)啟動必須嚴格按以下順序操作：1接通配電柜電源總閘。2接通接線板電源。3接通X線機控制器電源。4接通電腦主機電源。5開啟技術工作站及其他的醫(yī)生工作站。6開啟激光打印機或噴墨打印機（文字報告打印機）。7開啟膠片打印機。8系統(tǒng)開始正常工作。(4)擺位及對準中心線：根據(jù)病人實際情況擺好攝影體位，如是對FPD曝光，要調(diào)好X線管到攝影床（架）距離，并將遮光器中的燈打開，對準中心線，進行對焦，如是線掃描裝置，要調(diào)準掃描起始位置。DR的特殊臨床應用（1）雙能量減影技術（2）融合斷層技術：該功能通過一次掃描可以獲得檢查區(qū)域內(nèi)任意深度層面的多層面高清晰度的體層圖像。 （3）圖像拼接技術：

23、在DR的自動控制程序模式下，一次性采集不同位置的多幅圖像，然后由計算機進行全景拼接，合成為大幅X線圖像 。（4）DR的組織均衡技術，可自動調(diào)整組織的對比度。能量減影傳統(tǒng)的減影有時間減影和能量減影二種方式，由于數(shù)字X線系統(tǒng)時間分辨力不高，所以，在組織的減影中一般都采用能量減影的方式。 能量減影是有選擇地去掉影像中的骨骼或軟組織的信息，在同一部位同一次曝光中獲得一幅高能量影像和一幅低能量影像，由于這兩幅影像中的骨骼與軟組織信號強度不同，通過計算機加權減影來實現(xiàn)這二幅圖像的減影。 結(jié)果是與骨骼相一致的信號被消除，得到軟組織影像；或者與軟組織相一致的信號被消除獲到骨骼影像?？偨Y(jié)CR的優(yōu)點與不足1、CR的優(yōu)點： （1）X線