1、# 影像接收采用屏/胶结构形式已100多年的历史了，随着CR、DR的先后出现，屏/胶结构的影像采集方式已逐渐由CR的IP板、DR的平板采集方式所取代,从而使常规X线成像在向数字化方向发展。 # 数字图像的数学表达方法数字图像的数学表达方法:图像的确定性表示图像的确定性表示空间坐标点与亮度之间的关系, 经采集和量化后, 连续像场被离散化了, 用矩阵方法来表示这样一幅图像是最常用的方法, 这就是通常用的二维阵列二维阵列。图像的随机性表示图像的随机性表示# 图像增强是数字图像处理的基本内容。增强的目的是对一幅给定的图像，突出图像中的某些信息，消弱或除去某些不需要的信息，使它的结果对某种特定应用特定应
2、用来说比原始图像更合适。它并不能增加原始图像的信息，有时甚至会损失一些信息。但图像增强的结果却能加强对特定信息的识别能力，使图像更适合于人的视觉特性或机器的识别系统。 常用的图像增强技术包括两大类：频域法和空频域法和空域法域法。主要内容包括：直方图修改处理，图像平滑，图像锐化等。这些方法在实际中可以单独使用，也可以联合使用。# 频域法频域法的基础是卷积定理。空域法空域法是直接对图像中的象素进行处理，基本上是以灰度映射变换为基础的，所用的映射变换的类型取决于增强的目的。增强图像的对比度就是这种方法的一个例子。 增强图像没有通用的理论。增强处理后的图像质量的好坏主要靠人的视觉来评定，而视觉评定是非
3、常主观的，因此不易定出一个通用的标准来比较算法的好坏。一般情况下，在确定采用何种处理之前，常常要进行相当数量的试验与修改。# 图像灰度的直方图图像灰度的直方图 是反映一幅图像中的灰度级与出现这种灰度的概率之间的关系图形。1，直方图均衡化（，直方图均衡化（Equalization）：）：从人眼视觉特性来考虑，各个灰度的概率相同，视觉效果最好。将原图像直方图通过变换调整为均匀的，反过来再按均衡化的直方图去调整原图像，达到人眼视觉要求的目的。2，直方图规定化，直方图规定化 （Specification） ：是直方图均衡化的扩展，两次均衡化过程。某些情况下，并不需要具有均匀直方图的图像，有时需要具有特
4、定的直方图的图像，以便能够增强图像中某些灰度级的范围。# 其目的是滤除图像中的颗粒噪声，它实际是低通滤波。噪声可能是在图像采集、量化等过程中产生的，也可能是在图像 传送过程中产生的，它会干扰或污损图像信息。空域中常用方法有：图像平均法，邻域平均法，平滑模板、梯度倒数加权、中值平均等；例如： 用 3*3窗口的象素平均值替代中心象素值。频域中常用方法有：低通滤波法。通过分析图像变换后信号的频率特性可知，图像对象的细节边缘和其它灰度跳跃区，对应着频域中的高频分量，而它灰度变化缓慢的区域对应着频域中的低频分量。图像中的颗粒噪声经变换后，它对应高频分量。理想低通滤波器的平滑效果是明显的，但所带来的使图像
5、模糊的现象总是存在的。为改善传递函数性质发展了其它形式的低通滤波器，如梯形低通滤波器、Butterworth低通滤波器、指数低通滤波器等。 # 图像锐化的目的图像锐化的目的 是是突出图像边缘信息，加强其图像的轮廓特性，以便于人眼和机器识别。锐化相当于高通滤波，即滤去图像中的 背景，保留图像中的变化。从增强的目的看它是与平滑相反的一类处理。也有空域和频域两种处理方法。# 常用的空域锐化法有：常用的空域锐化法有： 1，梯度算子锐化 2，拉普拉斯算子锐化 3，高斯-拉普拉斯算子（若有噪声，锐化后会再加大， 一般先进行低通滤波，再进行锐化。高斯-拉普拉斯算子就是先对图像进行高斯低通滤波，再做差分运算）
6、常用的频域锐化法有：常用的频域锐化法有：1，理想高通滤波器2，梯形高通滤波器3，指数高通滤波器# 同态图像增强比值图像增强（遥感图像中用）彩色图像增强代数和几何运算# 平板技术平板技术非晶体硒非晶体硒碘化铯碘化铯拼接拼接拼接拼接拼接拼接整板整板Canon过氧化钆过氧化钆Hologic Kodak拼接拼接Trixell/VarianCanonGEMSOptical Lens拼接拼接拼接拼接ImixSwissray/HitachiCCD （非平（非平板技术）板技术）DRDR的的概念概念Digital Radiography（数字化摄影）（数字化摄影）通过数字平板、通过数字平板、CCDCCD以及多丝
7、以及多丝正比电离室将正比电离室将X-X-线直接转换为数字图像的摄片技术和设备。线直接转换为数字图像的摄片技术和设备。# 数字化平板数字化平板(DR)的发展已经势不可挡的发展已经势不可挡$0$100$200$300$400$500$6002000200120022003 Film Declines CR DeclinesDR GrowsMarket Trend For DRMarket Trend For DR0100200300400500600700800900$M969798990001020304Market Growth Of CR/DRCR DR# 19992002数字平板已经广泛应
8、用于各类数字平板已经广泛应用于各类X X线影像设备线影像设备# 传传统统影影像像链链全全数数字字化化影影像像链链# 血管介入成像血管介入成像Innova 4100采用了采用了Revolution单板、无缝化单板、无缝化数字探测器数字探测器 (41cm X 41 cm) 技术，技术，为血管和介入应用提供高分辨率的为血管和介入应用提供高分辨率的图像。图像。 30帧帧/秒，灰阶深度秒，灰阶深度14bit。碘化铯闪烁体将碘化铯闪烁体将X光转化为可见光，光转化为可见光，不定型硅矩阵将光信号转换为电信不定型硅矩阵将光信号转换为电信号。号。# 屏屏/ /片、片、CRCR和和DRDR各种参各种参数综合性能比较
9、数综合性能比较碘化铯板只能达到碘化铯板只能达到2.5L P/mm2.5L P/mm乳腺板可达到乳腺板可达到4.8 LP/mm4.8 LP/mm优质平片可达到优质平片可达到5-5-7 LP/mm7 LP/mm备注备注( (分辨力分辨力) )优优良良优优成像效果成像效果小小大大中中曝光剂量曝光剂量3.6 LP/mm3.6 LP/mm2.8 LP/mm2.8 LP/mm4.0 LP/mm4.0 LP/mm分辨力分辨力优优优优良良曝光宽容度曝光宽容度DRDRCRCR屏屏/ /片片技术指标技术指标屏屏/片、片、CR 、 DR 各种性能比较各种性能比较# 6580KW选配5080KW80KW65KW标配X
10、光机12:110:112:115:110:112:113:1胸靶栅比30815121045103015图像获取时间12121214121214121212灰阶深度120143139143139160143169139200像素点距1190万900万780万900万780万720万900万524万780万400万像 素4.23.53.53.53.63.33.52.93.62.5线对/毫米14 x 1717 x 1714 x 1717 x 1714 x 1717 x 1717 x 1714 x 1714 x 1716 x 16成像视野CCDTrixell pixium 4600 (CsI/a-Si
11、)非晶硒Trixell pixium 4600 (CsI/a-Si)非晶硒+TFT非晶硅+硫氧化钆Trixell pixium 4600 (CsI/a-Si)CCD非晶硒+TFT非晶硅(CsI/a-Si)探测器类型WuestecInfiMedFischerPhilipsKodakCanonSiemensSwissrayHologicGE厂商及型号技术参数各厂家各厂家DR最基本情况汇总表最基本情况汇总表# 非晶态硒探测器：非晶态硒探测器： 把入射的X射线能量直接转换为数字信号。其基本原理是用非晶态硒(Se)涂覆在薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)阵列上，每个薄膜晶体管
12、单元的尺寸是0.139mm0.139mm，在356mm432mm(14”17”)的范围内TFT的单元数是25603072。硒板上加5000-10000VDC，每个TFT就成了一个采集影像信息的最小单元，即像素。像素信号经读出放大器放大后被同步地转换成14位二进制数字信号。# 非晶硅探测器非晶硅探测器： 把入射的X射线能量先转换为可见光，再转换为数字信号。探测器中的最小单元(像素)是由薄膜非晶态氢化硅制成的光电二极管，它在可见光的照射下能产生电流。在光电二极管矩阵上覆盖着一层闪烁发光晶体，其材料是掺铊的碘化铯。每个像素贮存的电荷量和与之对应范围内的入射X射线光子能量与数量成正比，并形成14位二进
13、制的数字信号输出，传送给计算机建立图像。碘化铯制成6微米的针状。此种间接转换方式为目前的主流。 法国Trixell Pixium 4600型非晶硅平板探测器中的像素尺寸是 0.143mm0.143mm，在432mm432mm(1717英寸)范围内像素矩阵是31203120 14bit。西门子、菲力普采用这种板。# 两类转换方式：两类转换方式：a. 直接转换。X线直接转换为电子。b. 间接转换。X线光子CsI闪烁体可见光光 电二极管 电子。对于间接转换方式的平板，又存在两种耦合对于间接转换方式的平板，又存在两种耦合方式：方式：a. 直接耦合：光电二极管跟在CsI闪烁后面。b. 通过透镜耦合： C
14、sI闪烁体透镜CCD 摄像# X-Ray 光子光子碘化铯闪烁体碘化铯闪烁体 (CsI)可见光可见光不定型硅阵列不定型硅阵列电信号电信号数字信号数字信号读出电路读出电路 GE、Trixell （Siemens、Philips）碘化铯碘化铯+非晶硅非晶硅平板平板# X射线闪烁体使光沿着平行的大约5到10微米宽、600微米长针组成的晶状结构引导到光电二极管层，这种针状结构使光散射有所减少。碘化铯碘化铯+非晶硅非晶硅平板平板# Figure 4:Figure 4:Principle of Operation - Direct DetectorDrawing not to scaleProgrammab
15、lehigh-voltagepower supplyX-raysGatepulseCharge amplifierThin-film transistorSignal storagecapacitorGlass substrateCharge collectionelectrodeElectron blocking layerX-ray semiconductorDielectriclayerTop electrodeSeleniumE直接成像，边缘锐利，图像视觉效果较好Holigic非晶硒平板非晶硒平板# High DQE CCD SensorHigh DQE ScintillatorCCD
16、 CCD （charge coupled device) charge coupled device) 译为电荷耦合装译为电荷耦合装置置# # DR 分辨率的比较分辨率的比较非晶硒非晶硒碘化铯碘化铯+非晶硅非晶硅# ICRU Report Number 54: Medical Imaging - The assessment of image quality # of quanta DQE (f) =SNRout2 (f)SNRin2Courtesy of Robert M. Gagne, Ph.D.Office of Science and Technology, FDADQE 图像质量图像
17、质量 病人剂量病人剂量Noise# 0.050.10.20.510123CCD Film-ScreenComputedRadiographyDirect ConversionDetectorIndirect ConversionDetectorsSpatial Frequency (mm-1)DQEDQE量子捕获效率量子捕获效率a-Se (Kodak) - B Rodricks, D Lee, M Hoffberg and C Williams, Filtered gain calibration and its effect on DQE and image quality in digit
18、al imaging systems Proc SPIE 3977, 476 (2001).Screen-Film System - P Bunch, Performance characteristics of asymmetric zero-crossover screen-film systems Proc SPIE 1653, 46 (1992).CsI (GE) - P Granfors and R Aufrichtig DQE(f) of an Amorphous Silicon Flat Panel X-ray Detector: Detector Parameter Influ
19、ences and Measurement Methodology Proc SPIE 3977, 2 (2001).CsI (Trixell) - C CHAUSSAT, J CHABBAL, T DUCOURANT, V SPINNLER, G VIEUX, R NEYRET New CsI / a-Si 17 x 17 X-ray flat panel detector provides superior detectivity and immediate direct digital output for General Radiography systems Proc SPIE 33
20、36, 45 (1998).CR - internal measurement of Kodak CR800.CsI (Canon) - internal measurement of Canon DR panel.CCD (IMIX and IMIX 2000) - P Sund, M Bath, S Kheddache, U Tylen and LG Mansson, Evaluation of image quality of a new CCD-based system for chest imaging Proc SPIE 3977, 437 (2000).DQE：系统捕获信号强度的
21、能力系统捕获信号强度的能力DQE越高，信噪比越高越高，信噪比越高inNoiseSignaloutNoiseSignalDQE=22# 00.20.40.60.81.00123Film-ScreenCCD ComputedRadiographyDirect ConversionDetectorIndirect ConversionDetectorsSpatial frequency (mm-1)Modulation Transfer FactorMTF-调制传递函数调制传递函数a-Se (Kodak) - B Rodricks, D Lee, M Hoffberg and C Williams,
22、 Filtered gain calibration and its effect on DQE and image quality in digital imaging systems Proc SPIE 3977, 476 (2001).Screen-Film System - P Bunch, Performance characteristics of asymmetric zero-crossover screen-film systems Proc SPIE 1653, 46 (1992).CsI (GE) - P Granfors and R Aufrichtig DQE(f)
23、of an Amorphous Silicon Flat Panel X-ray Detector: Detector Parameter Influences and Measurement Methodology Proc SPIE 3977, 2 (2001).CsI (Trixell) - C CHAUSSAT, J CHABBAL, T DUCOURANT, V SPINNLER, G VIEUX, R NEYRET New CsI / a-Si 17 x 17 X-ray flat panel detector provides superior detectivity and i
24、mmediate direct digital output for General Radiography systems Proc SPIE 3336, 45 (1998).CR - internal measurement of Kodak CR800.CsI (Canon) - internal measurement of Canon DR panel.CCD (IMIX and IMIX 2000) - P Sund, M Bath, S Kheddache, U Tylen and LG Mansson, Evaluation of image quality of a new
25、CCD-based system for chest imaging Proc SPIE 3977, 437 (2000).MTF：系统反应物体本来面目的能力系统反应物体本来面目的能力MTF越高，图像轮廓越清晰越高，图像轮廓越清晰高高MTF低低MTF# .But Selenium Has Low DQE# Selenium May Have High MTFSterling# DR (非晶硒）非晶硒）DR (非晶硅非晶硅+碘化铯）碘化铯）# 非晶硅非晶硅+碘化铯碘化铯非晶硒非晶硒# 能量减影能量减影 （Dual Energy Subtraction）组织均衡组织均衡 （Tissue Equal
26、ization）计算机辅助检测计算机辅助检测( CAD ) DR的高级临床应用的高级临床应用# 能量减影能量减影 临床优势何在？临床优势何在？软组织减影图像软组织减影图像 提高节结性病变可视性提高节结性病变可视性 气管、支气管异常气管、支气管异常 肺血管性病变肺血管性病变 气胸气胸 提高灵敏度提高灵敏度骨减影图像骨减影图像 确定病灶组织构成性质确定病灶组织构成性质 肋骨病变肋骨病变 提高特异度提高特异度二者结合，更好的为病灶定性二者结合，更好的为病灶定性# X-RayTubeX-RayDigitalDetectorView StationScintillatorCsJAmorphusSilic
27、onRead OutElectronicsDiagnosticWorkstationExposureONAdvantxDiagnosticWorkstation120 kV 60 kV 120 kV 双能量减影双能量减影( Dual-Energy Subtraction)( Dual-Energy Subtraction)功能功能DR200ms# 标准胸片标准胸片软组织软组织骨组织骨组织双能量减影双能量减影(Dual-Energy Subtraction)努力提高努力提高DR的临床诊断能力的临床诊断能力-# 双能量减影双能量减影(Dual-Energy Subtraction)# 双双 CR
28、影像板影像板DR 的的DQE高于高于CR 2-3倍倍DR 能量差是能量差是 CR 的两倍以上的两倍以上 (11 keV vs 23 keV)DR 高高Kv有更高的线量，因而噪声水平比有更高的线量，因而噪声水平比 CR 低得多低得多DR 低能能谱更低低能能谱更低 图像软组织的对比更好图像软组织的对比更好探测器能谱探测器能谱GE Revolution 平板探测器平板探测器0.0E+001.0E+052.0E+053.0E+054.0E+055.0E+056.0E+05020406080100120Energy (keV)Number of Photons11 keV0.0E+001.0E+052.
29、0E+053.0E+054.0E+055.0E+056.0E+057.0E+058.0E+05020406080100120Energy (keV)Number of Photons23 keV# 组织分割组织分割优化处理优化处理密度组织密度组织处理处理标准标准DR图像图像组织均衡图像组织均衡图像+Spine, DiaphragmLungSoft Tissue TE 的原理的原理# 标准标准DR片片带有组织均衡带有组织均衡的的DR片片调节窗宽、窗位后的调节窗宽、窗位后的标准标准DR片片提高心后肺纹理及纵膈内结构的可视性提高心后肺纹理及纵膈内结构的可视性# Spine, DiaphragmLun
30、g, Skin LineSoft Tissue Image BrightnessX-ray DetectedFilm LookDenseBreastSkin LineTypicalBreast MassSpine, DiaphragmLung, Skin LineSoft Tissue Tissue EqualizationTE 是通过调节是通过调节 图像数据的图像数据的LUT来实现的。来实现的。# TENO TE# DR/CR images are automatically sent via DICOM to both PACS and the CAD ProcessorCAD Proce
31、ssorPACS NetworkProcesses PA/AP chest images and automatically sends CAD results to PACS in 30 secondsDICOM Network CR ReaderDR UnitCAD (计算机辅助检测计算机辅助检测) 计算机模式识别的具体应用。从原始图像中提取特征量，从灰度和纹理两个方面来刻画区域图像特征。# 21 mm cancerous nodule # Courtesy of Dr. Dobbins, Duke University and Dr. Webber, Wake Forest University Tomosynthesis 断层三维合成断层三维合成# Thank You !#
