數(shù)字X線成像設(shè)備PPT課件

1、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)字化圖像第1頁/共45頁2、CR系統(tǒng)的組成u X線機：與讀取裝置類型相對應(yīng)u 影像板（IP）：影像記錄載體u 讀取裝置：暗盒型、無暗盒型u 監(jiān)視器u 儲存裝置：影像儲存與記錄第2頁/共45頁二、影像板（Image Plate，IP） IP是CR成像的關(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

2、記后讀）IP可重復(fù)使用，但不具備影像顯示功能第3頁/共45頁1、IP的結(jié)構(gòu) A、表面保護層：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、背面保護層：同表面保護層第4頁/共45頁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線機上曝光成像第5頁/共45頁2、IP成像原理v 入射X光子被熒光層內(nèi)的輝盡性熒光體吸收，釋放出電子，其中部分電子散布在熒光

3、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v 潛影電荷入射光子能量v 當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v PSL熒光強度潛影電荷第6頁/共45頁3、PSL發(fā)光（1）PSL發(fā)光原理某些物質(zhì)在第一次受到照射時，能將一次激發(fā)光攜帶的信息貯存下來，當再次受到照射時，能發(fā)出與一次激發(fā)光攜帶信息相關(guān)的熒光。這就是光激勵發(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，選作IP熒光材料。

4、（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）潛影第7頁/共45頁（2）PSL光譜特性v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v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v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熒光第8頁/共45頁vPSL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390400nmv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

5、熒光，強度最大）約為600nmvem（攜帶X線影像信息）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emex第9頁/共45頁vX線照射量（一次激發(fā)光）與PSL熒光呈5位數(shù)直線相關(guān)，則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)差別，辨識不同的組織結(jié)構(gòu)vPSL熒光強度二次激發(fā)光功率vCR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)字信號第10頁/共45頁（3）PSL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

6、若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價銪為發(fā)光中心的氟鹵化鋇的發(fā)光時間為0.8s，滿足CR系統(tǒng)快速讀取圖像的要求第11頁/共45頁（4）PSL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0.8s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，體積更小第12頁/共45頁4、IP存貯信息的消褪v 貯存在

7、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）v 消褪不可避免，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v 一般地，要求攝影后8小時內(nèi)完成信息讀取，以免丟失臨床信息第13頁/共45頁5、IP信息的擦除v 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v 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v 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v 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第14頁/共45頁6、環(huán)境因素對IP的

8、干擾v IP對所有電磁波均顯敏感性v 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)境干擾第15頁/共45頁7、IP使用注意事項由于在攝影前可改變攝影范圍的大小，在讀取部分可設(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)使用達千次第16頁/共45頁三、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線機使用第17頁/共45頁2、無暗盒讀取裝置 集投照

9、、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部分讀取、潛影消除部分擦除，以供重復(fù)使用第18頁/共45頁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)（擺動式反光鏡和回旋式多面體反光鏡）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第19頁/共45頁CR系統(tǒng)影像讀取原理圖第20頁/共45頁4、信息的讀出流程v第一步，以較弱激光超高速掃描，

10、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）v第二步，在獲取上述信息的基礎(chǔ)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）v配合CR系統(tǒng)固有功能，則可對任意組織以任意劑量獲得穩(wěn)定的最佳影像信息第21頁/共45頁四、儲存裝置v 圖像儲存與記錄v 儲存媒體：磁帶、光盤和硬盤v 記錄媒體：多幅照相機、激光照相機第22頁/共45頁第23頁/共45頁1、激光照相機的基本結(jié)構(gòu)：F激光發(fā)生器：是膠片打印的能量來源F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F光學(xué)掃描器：由擺動式反光鏡或多面體旋轉(zhuǎn)式反

11、光鏡組成，使激光束掃描膠片F(xiàn)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F供片庫和收片庫第24頁/共45頁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第25頁/共45頁五、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?。㏄SL熒光導(dǎo)入光電倍增管（光電轉(zhuǎn)換）A/D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） 第26頁/共45頁2、CR的工作流程 ：X線照射在IP

12、上形成潛影，實現(xiàn)模擬信息采集。（X線管、IP）：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）：諧調(diào)處理、空間頻率處理、減影處理等。（光盤存貯、膠片記錄）第27頁/共45頁（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，以達到針對某部位的最佳視覺效果。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合適的，必須針對不同成像目的選取不同灰階。第28頁/共45頁（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

13、感興趣的組織。第29頁/共45頁（3）減影處理： A、時間減影 選擇血管造影系列圖象中的若干幀作為原像（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。J 優(yōu)點：視野大，空間分辨力高，動態(tài)范圍寬L 缺點：時間分辨力差，無法實現(xiàn)高頻采集和實時顯示第30頁/共45頁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，則可消除某些組織。例如對胸部行能量減影處理可消除肋骨影像，以利于觀察低對比度肺野v 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v 在暗盒放置2張影像板（IP），中間隔一層銅過濾板，過濾低能射線

14、。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第31頁/共45頁六、影響CR影像質(zhì)量的因素v CR影像的空間分辨力v CR影像的噪聲v CR影像的數(shù)字化過程第32頁/共45頁1、CR影像的空間分辨力vCR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vCR影像的空間分辨力尚不如傳統(tǒng)膠片第33頁/共45頁A、PSL結(jié)晶體的顆粒度v 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v 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1/8第34頁/共45頁B、激光束的直徑和頻率v 激光束以點掃描方式完成影像讀取v 激光束點直徑越小

15、，讀取信息量相對越多，影像質(zhì)量越高v 激發(fā)光譜波長為600nm時，PSL發(fā)光激起效果最佳第35頁/共45頁2、CR影像的噪聲v 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v 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v 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第36頁/共45頁3、數(shù)字化過程對CR圖像質(zhì)量的影響v 數(shù)字化采樣頻率決定影像空間分辨力v A/D、D/A轉(zhuǎn)換位

16、數(shù)決定影像對比度分辨力v 數(shù)字化程度應(yīng)與人眼的辨別力和熒光屏的顯示范圍相適應(yīng) J 5像素/mm8bit/像素J 6.7像素/mm7bit/像素第37頁/共45頁七、CR的優(yōu)點和不足J 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J X線照射量動態(tài)范圍大：可顯示細微組織差異J X線輻射劑量低：PSL物質(zhì)敏感度高，減少患者受照射量J 臨床應(yīng)用范圍廣：斷層攝影、胃腸道造影、數(shù)字減影等J IP可重復(fù)使用第38頁/共45頁L 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L 時間分辨力較差，難以顯示動態(tài)圖像L 成像過程繁瑣，未改變工作流，工作效率沒有提高L 設(shè)備昂貴，運行成本較高第39頁

17、/共45頁八、CR的發(fā)展趨勢1、 IP板方面（1）提高空間分辨力 空間分辨力在4.05.0LP/mm，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。第40頁/共45頁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） 第41頁/共45頁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