數(shù)字化X線機成像設(shè)備

1、第一節(jié) 概述第二節(jié)線計算機攝影安裝第三節(jié)線數(shù)字攝影安裝第四節(jié) DSA安裝第四章 數(shù)字X線設(shè)備.第一節(jié) 概述數(shù)字X線設(shè)備的開展數(shù)字X線設(shè)備是指把X線透射圖像數(shù)字化并進展圖像處置的一種X線設(shè)備。分類計算機X線攝影(Computed Radiography, CR)數(shù)字X線攝影(Digital Radiography, DR)特點輻射劑量小、密度分辨力高、圖像后處置功能強、便于數(shù)字影像存儲及遠間隔傳輸?？臻g分辨力不如膠片高。.空間分辨率(Spatial Resolution)在 High Contrast情況下區(qū)分相鄰 最小物體的才干,(又稱 “High Contrast Resolution)決議

2、影像明晰度。常用多少線對/厘米，即LP/CM.密度分辨率(Density Resolution)低對比度情況下分辨物體密度微小差別的才干(又稱 “Low Contrast Resolution)受影像明晰度 & 噪聲影響。.數(shù)字化X線機.Digital RAD Imaging.醫(yī)院放射科數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)ImagesWorklistImage RetrievalNew ImagesReportImagesMedical dataHIS/RISPatient DataWorklistArchivalClinical ReviewLaser CameraDICOM Print.數(shù)字圖像將二維圖像以二維數(shù)字

3、點陣的方式表示的圖像叫數(shù)字圖像。二維數(shù)字圖像中每一點稱為像素。普通醫(yī)學(xué)圖像大小有256 256，512 512，1024 1024等。像素的黑白程度稱為灰度，用一個數(shù)值表示，這個數(shù)值的最大值稱為灰階，灰階普通有256級、1024級，對應(yīng)地可表示為8bit、10bit?；译A決議了圖像的對比度，即內(nèi)容層次。.256 256，8bit64 64, 8bit256 256, 2bit256 256, 8bit前往.圖像的大小2000 2000像素的數(shù)字圖像所顯示內(nèi)容與X射線膠片相當(dāng)對于CT和MRI圖像，通常512 512就夠了圖像小，那么重建速度快，所需存儲空間小，傳輸速度快.幾種X線圖像數(shù)字化的方式

4、膠片掃描系統(tǒng)影像加強器+CCD+圖像板計算機X線攝影(Computed Radiography, CR)數(shù)字X線攝影(Digital Radiography, DR).膠片掃描系統(tǒng)掃描儀計算機X線膠片公用設(shè)備.影像加強器+CCD+圖像板X線X線影像加強器計算機處置系統(tǒng)電視攝像管CCD或真空攝像管電視信號處置 A/D 轉(zhuǎn)換(圖像板)數(shù)字信號顯示打印球管人體.第二節(jié) 線計算機攝影安裝系統(tǒng)原理和概念計算機X線攝影成像系統(tǒng)Computed Radiography，簡稱CR CR是由日本富士公司于七十年代研制，八十年代推出，九十年代上市的計算機X線攝影系統(tǒng)。CR的關(guān)鍵是用影像板IP取代X線膠片，攝片后由

5、激光掃描儀讀出IP板上的潛影，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳入計算機作圖像處置。.CR系統(tǒng)的根本構(gòu)造.影像板(Image Plate, IP) .影像板構(gòu)造維護層：聚酯樹脂類纖維制成，非常薄，能彎曲、耐磨損、透光性好。維護熒光層不受外界溫度、濕度和輻射的影響。.熒光層：由光鼓勵發(fā)光photon stimulation light,PSL熒光物質(zhì)混于多聚體溶液中，涂在基板上制成。.基板：聚酯樹脂類纖維制成。維護熒光物質(zhì)層免受外力損傷，延伸IP的運用壽命。兩萬次以上反復(fù)運用。.反面維護層：資料與外表層一樣，防止IP摩擦損傷。.影像板成像原理 射入IP的線被PSL熒光物質(zhì)吸收，釋放出電子。部分電子分布在熒光物質(zhì)

6、內(nèi)呈半穩(wěn)態(tài)，構(gòu)成潛影，完成線信息的采集和存儲。當(dāng)用激光束逐行掃描二次激發(fā)已有潛影的IP時，半穩(wěn)態(tài)的電子轉(zhuǎn)換成熒光，所產(chǎn)生的熒光強度與第一次激發(fā)時線的能量準確地成正比，完成光學(xué)影像的讀出。.白色三角表示未曝光X線作用使電子激發(fā)，并儲存起來，用灰色三角表示在激光的作用下，儲存的能量被激發(fā)出來激發(fā)出來的能量以可見光的方式釋放三角又變成了白色，表示儲存能量已全部釋放.IP的特性：發(fā)射與激發(fā)光譜IP受激發(fā)而釋放出的光子波長與光強的關(guān)系稱為發(fā)射光譜。最強波長為390400nm 激發(fā)激光波長與釋放光子強度的關(guān)系稱為激發(fā)光譜。最強在600nm左右保證光電倍增管在400nm 處有最高的檢測效率，對提高影像的信噪

7、比很重要.IP的特性：時間呼應(yīng)特征停頓用激光照射熒光體時，發(fā)光衰減并逐漸終止。IP的PSL強度衰減速度很快，不會發(fā)生采集和讀出信息的重疊。光發(fā)射壽命期為0.8s。.IP的特性：動態(tài)范圍直線性在1到10000范圍內(nèi)具有良好動態(tài)范圍可準確檢測到組織間極小的X線吸收差別曝光3.0膠片影像屏密度輸出100001000101000.21.08004002001600100.IP的特性：存儲信息的衰退X線激發(fā)IP后，潛影存儲于熒光體中，在讀取前一部分電子隨時間延伸將逃逸，從而使第二次激發(fā)時的熒光強度減少，稱為衰退。IP衰退很微弱，8h減少25%。受時間、溫度影響。受X線照射后，盡快讀取。.IP的特性：天然

8、輻射與黑斑IP不僅對X線敏感，對其他電磁波也敏感，如紫外線、射線等。來自天然放射性元素、IP板上微量放射性元素、宇宙射線。長期存放會產(chǎn)生小黑斑。運用前必需激光擦除，以消除能夠存在的任何潛影。IP上的熒光體對線的敏感度高于普通線膠片，保管要有很好的屏蔽。.讀出安裝原理.詳細地，讀出分兩步用一束微弱激光粗掃IP，立刻算出讀出圖像的直方圖。自動調(diào)整光電倍增管的靈敏度及放大器的增益，再用高強度激光精細地讀出潛像，實現(xiàn)數(shù)字化，經(jīng)過各種圖像處置，獲得最正確的適于診斷的數(shù)字線圖像。.影響圖像質(zhì)量的要素激光束的直徑光電及傳動系統(tǒng)的噪聲數(shù)字化影響取樣頻率低“馬賽克偽影量化級數(shù)少“等高線偽影普通數(shù)字化取樣間隔為0

9、.10.2mm，像素的灰度級為bit時，就能獲得稱心的數(shù)字圖像。.256 256，8bit64 64, 8bit256 256, 2bit256 256, 8bit前往. 常規(guī)線照片的影像特性是由照相條件、增感屏及膠片決議，不能加以改動。CR系統(tǒng)那么不同，由于運用高精度掃描及讀出的數(shù)字信號可經(jīng)過計算機進展圖像后處置，所以能在大范圍內(nèi)改善圖像質(zhì)量，最終得到穩(wěn)定、高質(zhì)量的圖像。計算機圖像處置.圖像處置環(huán)節(jié)圖像讀出過程的處置：圖像讀出靈敏度自動設(shè)定，自動獲得最正確密度和對比度的圖像；圖像顯示過程的處置：顯示圖像的特殊處置，以獲得較高診斷價值的圖像，也稱后處置；圖像存儲和記錄過程的處置：在不影響圖像質(zhì)

10、量的根底上緊縮圖像，并可進展保管和傳輸，還可用激光相機打印出圖像。.圖像讀出靈敏度自動設(shè)定為在不同X線劑量下，獲得一樣的圖像質(zhì)量圖像密度穩(wěn)定，采用靈敏度自動設(shè)定功能預(yù)讀程序流程確定靈敏度. 經(jīng)過對直方圖的分析和計算，自動確定X線劑量范圍，再算出有診斷價值的PSL量的范圍，即讀取安裝的輸入信號范圍，從而決議本次讀出IP圖像的最正確條件決議光電倍增管的靈敏度和放大器的增益。因此，不論以何種條件攝影，讀出靈敏度自動設(shè)定安裝會自動校正X線曝光量的誤差，使讀取安裝的輸出信號總處于一定范圍內(nèi)，構(gòu)成穩(wěn)定的數(shù)字圖像密度，以最正確的密度在膠片或顯示器上重現(xiàn)。.圖像讀出靈敏度自動設(shè)定 大曝光劑量例1和小曝光劑量例

11、2.圖像后處置灰階處置空間頻率處置動態(tài)范圍緊縮減影處置疊加處置圖像處置：調(diào)理亮度、對比度、窗寬窗位，放大、反轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)，間隔、面積丈量。文字注釋。更改病人資料.圖像的儲存和記錄安裝磁帶硬盤光盤磁光盤MOD.CR特點(總結(jié))實現(xiàn)了傳統(tǒng)X線圖像的數(shù)字化；提高了圖像的密度分辨率；能實現(xiàn)圖像后處置，添加了顯示信息的功能；降低了X線曝光量為常規(guī)X線攝影劑量的1/51/10 ；可以不用膠片，而是以數(shù)字方式用磁盤或光盤存儲，還能把信息傳輸給PACS。.第三節(jié) 線數(shù)字攝影安裝DR分為直接數(shù)字X線攝影direct DR, DDR和間接數(shù)字X線攝影indirect DR, IDRIDR是指由I.I-TV或膠片先獲得

12、模擬X線影像，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像的方法DDR是指采用X線探測器直接將X線轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的方法.IDR的任務(wù)原理透射X線I.I光學(xué)系統(tǒng)電視攝像機A/D數(shù)字圖像信號.IDR的主要缺陷由于I.I和攝像管中的光散射和電子散射，引入了附加的對比度損失；電視攝像管的動態(tài)范圍小，不能發(fā)現(xiàn)微小的組織差別；I.I的視野小，邊緣和中心分辨力不一致。.DDR 采用一維或二維X線探測器直接把X線轉(zhuǎn)換為模擬電信號，然后進展數(shù)字化的方法，不同于IDR的先獲得模擬圖像，再對模擬圖像進展數(shù)字化的方法。 分為掃描投影DDR和平板探測器DDR。.掃描投影DDR點掃描法 優(yōu)點：散射體積很小，減少了因散射引起的圖像質(zhì)量下降；光電倍增管

13、的靈敏度高，可以降低X線的劑量； 缺陷：運動機構(gòu)比較復(fù)雜，掃描時間較長；線扇形掃描法 比點掃描系統(tǒng)的速度快，對X線源的利用也充分。.平板探測器DDR 20世紀90年代中期出現(xiàn)平板型探測器flat panel detector, FPD：非晶態(tài)硒FPD：將X線直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；非晶態(tài)硅FPD：先經(jīng)閃爍發(fā)光晶體轉(zhuǎn)換成可見光，再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。.非晶態(tài)硒平板探測器技術(shù)參數(shù) 平板尺寸：17 17英寸 灰度等級：14bit 像素：720萬個像素點 分辨率：3.1LP/MM 曝光間隔：6秒.組成封裝在暗盒內(nèi)，由集電矩陣、硒層、電介質(zhì)、維護層等構(gòu)成。集電矩陣由按陣元方式陳列的薄膜晶體管thin-film

14、transistor, TFT組成，非晶態(tài)硒層涂在集電矩陣上，對線敏感，并有很高的解像才干。.硒型FPD原理.像素矩陣讀出方式 由于放大器和A/D轉(zhuǎn)換器都在探測器暗盒內(nèi)，從外部看，探測器暗盒是接納線圖像后直接輸出數(shù)字圖像。 信號讀出后，掃描電路自動去除硒層中的潛影和電容存儲的電荷，以保證探測器能反復(fù)運用。.非晶態(tài)硅型平板探測器.碘化銫閃爍發(fā)光晶體覆蓋在光電二極管矩陣上，每個光電管就是一個像素，由薄膜非晶態(tài)氫化硅制成。線入射到閃爍晶體層時被轉(zhuǎn)換為可見光，再由光電二極管矩陣轉(zhuǎn)換為電信號，在光電二極管本身的電容上構(gòu)成存儲電荷，每個像素的存儲電荷量與入射線強度成正比。.平板數(shù)字探測器小結(jié)資料種類：CC

15、D探測器CMOS探測器非晶硅探測器非晶硒探測器Thin Film Transistor array薄膜晶體管陣列 .DDR與CR的比較DDR的圖像明晰度優(yōu)于CR，主要由像素尺寸決議，CR在讀出潛影過程中，激光穿到IP深部時產(chǎn)生散射使圖像模糊，降低了圖像的分辨力；DDR的噪聲源比CR少，沒有二次鼓勵引入的噪聲，/高；DDR的拍片速度快于CR，拍片間隔為5s，CR拍片間隔1min以上；.DDR的X線轉(zhuǎn)換效率高，而CR利用潛影成像，信號隨時間而衰減；DDR探測器壽命長，可用10年，CR圖像板可用1年；DDR有晉級為透視的才干，但不能運用于常規(guī)X線機，CR不能透視，但可與原有的X線攝影設(shè)備配套任務(wù)，取

16、消膠片暗盒。.DDR的主要問題大面積TFT在工業(yè)消費中存在較大難度，現(xiàn)只能用小塊拼成；雖在時間分辨率上優(yōu)于CR，但還不能滿足心血管設(shè)備的要求，不能順應(yīng)快速延續(xù)拍攝的X線造影檢查；提高讀出和建像速度是主攻方向之一。.第四節(jié) 數(shù)字減影血管造影安裝20世紀60年代出現(xiàn)過X線照片減影術(shù)(Radiography Image Subtraction)，主要用于腦血管造影。80年代的數(shù)字減影技術(shù)主要運用于血管造影，所以又叫數(shù)字減影血管造影技術(shù)(DSA，Digital Subtraction Angiography).DSA技術(shù)原理把人體同一部位兩幀影像相減不含對比劑與對比劑充盈影像，消去兩幀圖像的一樣部分，

17、得到造影劑充盈的血管圖像。血管像的對比度較低，必需對減影像進展對比度加強處置，但影像信號與噪聲同時增大，所以要求原始影像有高的信噪比，才干使減影像明晰。.DSA.DSA室.DSA的任務(wù)方式一、時間減影脈沖影像PI方式 每秒攝取數(shù)幀影像，曝光線脈寬100ms左右。劑量較高，所得影像的信噪比較高，普遍采用，主要用于腦血管、頸動脈、肝動脈、四肢動脈等活動較緩慢的部位；超脈沖影像SPI方式 每秒630幀。能實時察看，較高的動態(tài)明晰度。能順應(yīng)肺動脈、冠狀動脈、心臟等快速活動的臟器，影像的運動模糊小，但對X線機的要求高；.延續(xù)影像CI方式每秒25幀延續(xù)影像。能顯示快速運動部位，如心臟、大血管，時間分辨力高

18、。X線管的負荷相當(dāng)大，要用熱容量大的X線管；心電圖ECG觸發(fā)脈沖方式 主要用于心臟大血管的DSA檢查，曝光與心臟血管搏動節(jié)律相匹配，保證影像系列中每幀影像與心律同相位，消除因心臟搏動引起的偽影。.二、能量減影幾乎同時用兩種不同的管電壓如70kV和130kV獲得兩幀影像，進展減影處置。要求管電壓能在兩種能量之間進展高速切換，添加了X線機的復(fù)雜性，普通X線機不能采用這種方法。不易消除骨骼的殘影。.能量減影左側(cè)為規(guī)范胸片，右側(cè)為高能肋骨片，中間為去骨影后的肺組織片.三、混合減影在造影劑未注入前，先做一次雙能量減影，獲得含部分骨組織信號的影像，將此影像同血管注入造影劑后的雙能量減影像作減影處置，就得到

19、單純的血管影像。對設(shè)備和X線管負載的要求都較高。.DSA對設(shè)備的特殊要求X線發(fā)生安裝 要求X線管能接受延續(xù)脈沖曝光的負荷，對于中、大型DSA設(shè)備，X線管熱容量在200kHU以上，管電壓40150kV，管電流8001250mA。采用中頻和高頻技術(shù)，產(chǎn)生幾乎純直流高壓。.影像加強器可變視野影像加強器。為提高靈敏度和分辨力，輸入屏采用碘化銫資料。在輸入屏發(fā)光體和光電層之間有幾十萬條光纖，把每個像素的光耦合到光電層，從而使影像有較高的亮度和分辨力，提高了I.I的轉(zhuǎn)換效率。.電視攝像機要求攝像管高靈敏度、高分辨力、低殘像，視頻通道有補償電路，保證輸出高信噪比、高保真的視頻信號。CCD將有望取代真空攝像管。.線劑量管理在保證圖像質(zhì)量的條件下盡量減少病人接受的線照射劑量，由以下技術(shù)組成：柵控技術(shù)：在每次脈沖曝光的間隔向旋轉(zhuǎn)陽極施加一個負電壓，抵消曝光脈沖的啟輝和余輝，從而消除軟射線，提高有效射線質(zhì)量，減小脈沖寬度。.光譜濾過技術(shù)：在I.I或線管頭的窗口處放置鋁濾過板，以消除軟射線，減少二次輻射，優(yōu)化線頻譜。I.I前放置的濾線柵可消除線穿過人體時的散射線，可降低線輻射劑量約20%。.脈沖透視技術(shù)：是在透視圖像數(shù)字化的根底上實現(xiàn)的，能對脈沖透視圖像進展加強、平滑、除噪等濾波處置，改善圖像的明晰