1、 第三章第三章 数字数字X线成像设备线成像设备 Digital X-ray Imaging Device 自从1972年X线CT问世后，医学成像领域出现了数字化浪潮，但传统X线影像的数字化最晚。1980年CR和DR系统出现产品，到了80-90年代才推出一些实用的X线数字成像设备。 数字数字X线成像设备线成像设备是指把是指把X线透射影像线透射影像数字化，并进行图像处理后，再变换成数字化，并进行图像处理后，再变换成模拟图像显示的一种模拟图像显示的一种X线设备。线设备。X线线源源人人体体检测器检测器（模拟信号）（模拟信号）数字化设备数字化设备（A/D转换）转换）计算机处理计算机处理数数/模模( D/
2、A)转换器转换器显显示示/摄摄影影 数字化数字化X射线成像系统框架射线成像系统框架图像数字化方式之一：图像数字化方式之一：胶片扫描系统胶片扫描系统扫描仪扫描仪计算机计算机X线胶片线胶片 图像数字化方式之二：图像数字化方式之二：影像增强器影像增强器+CCD+图像板图像板 DF 数字透视（数字透视（digital fluoroscopy） /数字荧光摄影（数字荧光摄影（digital fluorography）X线线X线线影像增强器影像增强器计算机处理系统计算机处理系统电视摄像管电视摄像管CCD或真空或真空摄像管摄像管电视信号处理电视信号处理 A/D 转换转换(图像板图像板)数字信号数字信号显示显
3、示打印打印X线线球管球管人体人体 图像数字化方式之三：图像数字化方式之三：计算机摄影计算机摄影(CR, Computed Radiography) 图像数字化方式之四：图像数字化方式之四：直接数字化摄影直接数字化摄影(DDR, Direct Digitized Radiography)清晰的数字图像 计算机实时成像 处理后的图像 根据成像原理不同这类设备可分为 *计算机X线摄影系统（computed radiography，CR）*数字荧光X线摄影（digital fluorography ，DF ) *数字X线摄影系统（digital radiography，DR） 该系统分为： 直接数字X
4、线摄影（direct DR，DDR） 间接数字X线摄影（indirect DR，IDR） X线束的形状：CR和DF属于锥形成像 数字图像：显示为二维点阵或矩阵，一幅图像数字图像：显示为二维点阵或矩阵，一幅图像中包含的每个点和矩阵中的小单元叫做中包含的每个点和矩阵中的小单元叫做像素像素，是构，是构成图像的最小元素，像素的数目等于矩阵的行数和成图像的最小元素，像素的数目等于矩阵的行数和列数的乘积，列数的乘积，X图像的矩阵一般为正方矩阵，图像的矩阵一般为正方矩阵，256256、512512、10241024。 A/D转换转换是数字图像的关键，是数字图像的关键，A/D转换器的位数转换器的位数越高，精度
5、越高。越高，精度越高。8位位A/D转换有转换有256个灰阶，个灰阶，10位位A/D转换有转换有1024个灰阶。数字图像的空间分辨力取个灰阶。数字图像的空间分辨力取决于像素的尺寸和决于像素的尺寸和A/D转换器的采样时钟频率，对转换器的采样时钟频率，对比度分辨率取决于比度分辨率取决于A/D转换器和转换器和D/A转换器的位数。转换器的位数。3.1 计算机计算机X线摄影系统（线摄影系统（CR） CR系统系统数字化数字化X线摄影系统线摄影系统 3.1 计算机计算机X线摄影系统（线摄影系统（CR） 一、一、CR的基本组成和工作原理的基本组成和工作原理 控制计算机控制计算机影影像像板板影像读取装置影像读取装
6、置（X射线影像射线影像 数字）数字）图像处图像处理装置理装置图像记录装置（数图像记录装置（数 字信号字信号 光信号）光信号）图像存储装置图像存储装置（光盘、磁带等）（光盘、磁带等）荧光屏荧光屏胶胶片片激光激光照相机照相机CR相片相片自动洗相机自动洗相机透射透射X射线射线 * 透射人体的X射线入射到影像板，影像板接受到该信息后，形成潜影记忆下来。* 然后由影像读取装置将该信息读下来，该信息实现光电转换数字信号。* 由计算机对信息进行处理，如大小测量、放大、灰阶处理、空间频率处理、减影处理等。* 信息记录利用光盘存储，诊断需要用的模拟影像照片可用激光打印胶片，热敏打印胶片，及热敏纸记录。此外信息还
7、能直接在荧光屏上显示影像。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线胶片作介质，经线胶片作介质，经X线照射线照射后，后，X线量子被线量子被IP板成像层的荧光颗粒吸收，释放出电子，其板成像层的荧光颗粒吸收，释放出电子，其中一部分电子散布在成像层内呈半稳定状态，当用激光照射时，中一部分电子散布在成像层内呈半稳定状态，当用激光照射时，半稳定的电子转变为光量子从而发光，光线被光电管检测形成半稳定的电子转变为光量子从而发光，光线被光电管检测形成数字信号，经计算机处理获得图像，数字信号，经计算机处理获得图像，这就是这就是CR (Computed Radiogra
8、phy， 计算机摄影计算机摄影)技术技术。 二、影像板二、影像板(imaging plate, IP) 1IP的结构的结构IP结构示意图材料：材料：氟卤化钡氟卤化钡(Barium Fluorohalide)保护层保护层：防止荧光层受损，透光率很高，很薄。 辉尽性荧光物质层辉尽性荧光物质层（photostimulated luminescence substuane）： 它把第一次照射光的信号记录下来，当再次 受到光刺激时，会释放存储的信号，即发出 与第一次激发光所带信息相关的荧光，这叫 光激励发光。基板：基板：保护荧光层免受外力的损伤。 背面保护层：其材料和作用与表面保护层相同。背面保护层：其
9、材料和作用与表面保护层相同。 2IP的成像原理的成像原理 射入射入IPIP的的X X线光子被线光子被IPIP荧光层内的荧光层内的辉尽性荧光体辉尽性荧光体吸吸收，释放出电子。其中部分电子散布在荧光体内呈半收，释放出电子。其中部分电子散布在荧光体内呈半稳定态，形成潜影，完成稳定态，形成潜影，完成X X线信息的采集和存储。然后线信息的采集和存储。然后用激光束扫描用激光束扫描( (二次激发二次激发) )已有潜影的已有潜影的IPIP时，光激发辉时，光激发辉尽发光现象尽发光现象( (光致发光光致发光) )，产生的荧光强度与第一次入，产生的荧光强度与第一次入射激发时射激发时X X线的能量成正比，完成光学影像
10、的读出。线的能量成正比，完成光学影像的读出。IPIP的输出信号还需由读取装置继续完成光电转换为电信的输出信号还需由读取装置继续完成光电转换为电信号号A/DA/D转换，才能形成数字图像。转换，才能形成数字图像。IP板板灵敏度高，使曝光剂量降低灵敏度高，使曝光剂量降低1/8-1/2分辨率高，一般可达分辨率高，一般可达3.3LP/CM动态范围宽动态范围宽速度慢，不同动态观察速度慢，不同动态观察空间分辨率不如常规空间分辨率不如常规X线机摄影图像线机摄影图像数字乳腺多槽式计算机数字乳腺多槽式计算机X线摄影系统线摄影系统 富士医疗器材（上海）有限公司研发富士医疗器材（上海）有限公司研发 富士XG5000多
11、用途FCR阅读器柯达 DIRECTVIEW CR 3IP的特性的特性 IP的动态范围：的动态范围：IP发出的荧光量依赖于第一次激发的X线量，具有良好的动态范围。IP的时间响应特性：的时间响应特性：当停止用激光照射荧光体时，辉尽发光按其衰减规律逐渐终止。 IP存储信息的消退：存储信息的消退：在IP中的模拟影像被存储于荧光体内在读出前的存储期间，一部分被俘获的光电子将逃逸，从而使受激发时的发光强度减小，这种现象称为消退。 二读取装置二读取装置1读出原理读出原理 储存在辉尽性荧光物质中的影像为潜像信息，随着激光扫描系统的控制，影像板匀速的移动，激光束由摆动式反光镜或旋转多面体反光镜进行反射，对影像板
12、整体进行精确而均匀地扫描。受激光激发产生的辉尽性荧光被高效光导器采集和导向，经光电倍增管进行光电转换和放大，再由AD转换成数字图像信号。扫描完一张影像板后，得到一幅完整的数字图像。 记录在IP上的X线信息分两步读出。 第一步：用一束微弱的激光瞬时粗略地扫描IP，立即计算出X线影像的辉尽发光量的直方图； 第二步：是在获取上述信息的基础上，自动调整光电倍增管的灵敏度及放大器的增益，再用高强度的激光精细地读出X线影像，并实现数字化。2结构结构1）暗盒型读取装置暗盒型读取装置：将IP置入与常规X线摄影暗盒类似的盒内，经X线曝光后的暗盒，从CR读取装置的暗盒插入孔送入读取装置内，这一操作可以在明室完成。
13、然后IP被自动取出，由激光来扫描，读出潜影信息送到潜影消除部分，经强光照射，消除IP上的潜影。此后IP被送回暗盒内，封闭暗盒，暗盒被送出读取装置，供反复使用，整个过程是自动和连续进行的。2）无暗盒读取装置无暗盒读取装置：该装置集投照、读取于一体，有立式和卧式。需要专用机器，不能与常规X线摄影设备匹配。IP在X线曝光后直接被送到激光扫描和潜影消除部分处理，供重复使用。3影响图像质量的因素影响图像质量的因素 1）激光束的直径和频率：激光点的直径越小，则读取的信息量就越多，得到的图像质量越好。2) 光电和传动系统的噪声：X线量子噪声是在X线被IP吸收过程中产生的，与IP检测到的X线量成反比。 3）数
14、字化的影响：在AD转换过程中，对模拟信号进行采样和量化，也会产生量化噪声和伪影。三计算机图像处理三计算机图像处理1图像读取技术图像读取技术 为了保护图像的质量，CR系统都设计了图像读出灵敏度自动设定功能。在程序上设计了自动预读程序，以完成第一次光扫描的直方图分析，根据分析情况设置第二次扫描的条件，流程如下：2图像的后处理图像的后处理1）灰阶处理：）灰阶处理：在CR系统中，由于图像读取装置是把某个需要范围内的图像信号变成数字信号，控制数字信号可以得到以何种密度再现。在这里用灰阶变换函数，以函数控制（输出信号），改变灰阶函数可以自由控制X线剂量线剂量胶片密度胶片密度关系。 例如在胸部摄影中，肺野和
15、纵隔部位的密度差别很大，可以选用灰阶函数上段部分提高肺野区域的对比度，抑制纵隔区域的对比度，既很好地显示肺野内结构，又可防止在输出图像中纵隔的密度与骨密度过于接近，提高了纵隔内不同软组织的分辨层次。2）空间频率处理：）空间频率处理： 是指通过频率响应的调节来影响图像的锐利度。边缘增强技术，通过增加高频响应，使结构的边缘得到增强，突出轮廓。3）动态范围压缩：）动态范围压缩： 动态范围处理在灰阶处理与空间频率处理之前进行，以低密度区域为中心压缩，使原始图象低密度区域的密度值增高，将使图象的动态范围压缩变窄。 4）减影处理：）减影处理：实现时间减影或能量减影。 3计算机对图象存储和记录装置的控制计算机对图象存储和记录装置的控制 存储单元： 磁盘 硬盘 光盘 激光照相机 等
