第三章 數字X成像設備A

1、 第三章第三章 數字數字X線成像設備線成像設備 Digital X-ray Imaging Device 自從1972年X線CT問世后，醫(yī)學成像領域出現了數字化浪潮，但傳統(tǒng)X線影像的數字化最晚。1980年CR和DR系統(tǒng)出現產品，到了80-90年代才推出一些實用的X線數字成像設備。 數字數字X線成像設備線成像設備是指把是指把X線透射影像線透射影像數字化，并進行圖像處理后，再變換成數字化，并進行圖像處理后，再變換成模擬圖像顯示的一種模擬圖像顯示的一種X線設備。線設備。X線線源源人人體體檢測器檢測器（模擬信號）（模擬信號）數字化設備數字化設備（A/D轉換）轉換）計算機處理計算機處理數數/模模( D/

2、A)轉換器轉換器顯顯示示/攝攝影影 數字化數字化X射線成像系統(tǒng)框架射線成像系統(tǒng)框架圖像數字化方式之一：圖像數字化方式之一：膠片掃描系統(tǒng)膠片掃描系統(tǒng)掃描儀掃描儀計算機計算機X線膠片線膠片 圖像數字化方式之二：圖像數字化方式之二：影像增強器影像增強器+CCD+圖像板圖像板 DF 數字透視（數字透視（digital fluoroscopy） /數字熒光攝影（數字熒光攝影（digital fluorography）X線線X線線影像增強器影像增強器計算機處理系統(tǒng)計算機處理系統(tǒng)電視攝像管電視攝像管CCD或真空或真空攝像管攝像管電視信號處理電視信號處理 A/D 轉換轉換(圖像板圖像板)數字信號數字信號顯示顯

3、示打印打印X線線球管球管人體人體 圖像數字化方式之三：圖像數字化方式之三：計算機攝影計算機攝影(CR, Computed Radiography) 圖像數字化方式之四：圖像數字化方式之四：直接數字化攝影直接數字化攝影(DDR, Direct Digitized Radiography)清晰的數字圖像 計算機實時成像 處理后的圖像 根據成像原理不同這類設備可分為 *計算機X線攝影系統(tǒng)（computed radiography，CR）*數字熒光X線攝影（digital fluorography ，DF ) *數字X線攝影系統(tǒng)（digital radiography，DR） 該系統(tǒng)分為： 直接數字X

4、線攝影（direct DR，DDR） 間接數字X線攝影（indirect DR，IDR） X線束的形狀：CR和DF屬于錐形成像 數字圖像：顯示為二維點陣或矩陣，一幅圖像數字圖像：顯示為二維點陣或矩陣，一幅圖像中包含的每個點和矩陣中的小單元叫做中包含的每個點和矩陣中的小單元叫做像素像素，是構，是構成圖像的最小元素，像素的數目等于矩陣的行數和成圖像的最小元素，像素的數目等于矩陣的行數和列數的乘積，列數的乘積，X圖像的矩陣一般為正方矩陣，圖像的矩陣一般為正方矩陣，256256、512512、10241024。 A/D轉換轉換是數字圖像的關鍵，是數字圖像的關鍵，A/D轉換器的位數轉換器的位數越高，精度

5、越高。越高，精度越高。8位位A/D轉換有轉換有256個灰階，個灰階，10位位A/D轉換有轉換有1024個灰階。數字圖像的空間分辨力取個灰階。數字圖像的空間分辨力取決于像素的尺寸和決于像素的尺寸和A/D轉換器的采樣時鐘頻率，對轉換器的采樣時鐘頻率，對比度分辨率取決于比度分辨率取決于A/D轉換器和轉換器和D/A轉換器的位數。轉換器的位數。3.1 計算機計算機X線攝影系統(tǒng)（線攝影系統(tǒng)（CR） CR系統(tǒng)系統(tǒng)數字化數字化X線攝影系統(tǒng)線攝影系統(tǒng) 3.1 計算機計算機X線攝影系統(tǒng)（線攝影系統(tǒng)（CR） 一、一、CR的基本組成和工作原理的基本組成和工作原理 控制計算機控制計算機影影像像板板影像讀取裝置影像讀取裝

6、置（X射線影像射線影像 數字）數字）圖像處圖像處理裝置理裝置圖像記錄裝置（數圖像記錄裝置（數 字信號字信號 光信號）光信號）圖像存儲裝置圖像存儲裝置（光盤、磁帶等）（光盤、磁帶等）熒光屏熒光屏膠膠片片激光激光照相機照相機CR相片相片自動洗相機自動洗相機透射透射X射線射線 * 透射人體的X射線入射到影像板，影像板接受到該信息后，形成潛影記憶下來。* 然后由影像讀取裝置將該信息讀下來，該信息實現光電轉換數字信號。* 由計算機對信息進行處理，如大小測量、放大、灰階處理、空間頻率處理、減影處理等。* 信息記錄利用光盤存儲，診斷需要用的模擬影像照片可用激光打印膠片，熱敏打印膠片，及熱敏紙記錄。此外信息還

7、能直接在熒光屏上顯示影像。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線膠片作介質，經線膠片作介質，經X線照射線照射后，后，X線量子被線量子被IP板成像層的熒光顆粒吸收，釋放出電子，其板成像層的熒光顆粒吸收，釋放出電子，其中一部分電子散布在成像層內呈半穩(wěn)定狀態(tài)，當用激光照射時，中一部分電子散布在成像層內呈半穩(wěn)定狀態(tài)，當用激光照射時，半穩(wěn)定的電子轉變?yōu)楣饬孔訌亩l(fā)光，光線被光電管檢測形成半穩(wěn)定的電子轉變?yōu)楣饬孔訌亩l(fā)光，光線被光電管檢測形成數字信號，經計算機處理獲得圖像，這就是數字信號，經計算機處理獲得圖像，這就是CR (Computed Radiogra

8、phy， 計算機攝影計算機攝影)技術技術。 二、影像板二、影像板(imaging plate, IP) 1IP的結構的結構IP結構示意圖材料：材料：氟鹵化鋇氟鹵化鋇(Barium Fluorohalide)保護層保護層：防止熒光層受損，透光率很高，很薄。 輝盡性熒光物質層輝盡性熒光物質層（photostimulated luminescence substuane）： 它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，即發(fā)出 與第一次激發(fā)光所帶信息相關的熒光，這叫 光激勵發(fā)光?；澹夯澹罕Ｗo熒光層免受外力的損傷。 背面保護層：其材料和作用與表面保護層相同。背面保護層：其

9、材料和作用與表面保護層相同。 2IP的成像原理的成像原理 射入射入IPIP的的X X線光子被線光子被IPIP熒光層內的熒光層內的輝盡性熒光體輝盡性熒光體吸吸收，釋放出電子。其中部分電子散布在熒光體內呈半收，釋放出電子。其中部分電子散布在熒光體內呈半穩(wěn)定態(tài)，形成潛影，完成穩(wěn)定態(tài)，形成潛影，完成X X線信息的采集和存儲。然后線信息的采集和存儲。然后用激光束掃描用激光束掃描( (二次激發(fā)二次激發(fā)) )已有潛影的已有潛影的IPIP時，光激發(fā)輝時，光激發(fā)輝盡發(fā)光現象盡發(fā)光現象( (光致發(fā)光光致發(fā)光) )，產生的熒光強度與第一次入，產生的熒光強度與第一次入射激發(fā)時射激發(fā)時X X線的能量成正比，完成光學影像

10、的讀出。線的能量成正比，完成光學影像的讀出。IPIP的輸出信號還需由讀取裝置繼續(xù)完成光電轉換為電信的輸出信號還需由讀取裝置繼續(xù)完成光電轉換為電信號號A/DA/D轉換，才能形成數字圖像。轉換，才能形成數字圖像。IP板板靈敏度高，使曝光劑量降低靈敏度高，使曝光劑量降低1/8-1/2分辨率高，一般可達分辨率高，一般可達3.3LP/CM動態(tài)范圍寬動態(tài)范圍寬速度慢，不同動態(tài)觀察速度慢，不同動態(tài)觀察空間分辨率不如常規(guī)空間分辨率不如常規(guī)X線機攝影圖像線機攝影圖像數字乳腺多槽式計算機數字乳腺多槽式計算機X線攝影系統(tǒng)線攝影系統(tǒng) 富士醫(yī)療器材（上海）有限公司研發(fā)富士醫(yī)療器材（上海）有限公司研發(fā) 富士XG5000多

11、用途FCR閱讀器柯達 DIRECTVIEW CR 3IP的特性的特性 IP的動態(tài)范圍：的動態(tài)范圍：IP發(fā)出的熒光量依賴于第一次激發(fā)的X線量，具有良好的動態(tài)范圍。IP的時間響應特性：的時間響應特性：當停止用激光照射熒光體時，輝盡發(fā)光按其衰減規(guī)律逐漸終止。 IP存儲信息的消退：存儲信息的消退：在IP中的模擬影像被存儲于熒光體內在讀出前的存儲期間，一部分被俘獲的光電子將逃逸，從而使受激發(fā)時的發(fā)光強度減小，這種現象稱為消退。 二讀取裝置二讀取裝置1讀出原理讀出原理 儲存在輝盡性熒光物質中的影像為潛像信息，隨著激光掃描系統(tǒng)的控制，影像板勻速的移動，激光束由擺動式反光鏡或旋轉多面體反光鏡進行反射，對影像板

12、整體進行精確而均勻地掃描。受激光激發(fā)產生的輝盡性熒光被高效光導器采集和導向，經光電倍增管進行光電轉換和放大，再由AD轉換成數字圖像信號。掃描完一張影像板后，得到一幅完整的數字圖像。 記錄在IP上的X線信息分兩步讀出。 第一步：用一束微弱的激光瞬時粗略地掃描IP，立即計算出X線影像的輝盡發(fā)光量的直方圖； 第二步：是在獲取上述信息的基礎上，自動調整光電倍增管的靈敏度及放大器的增益，再用高強度的激光精細地讀出X線影像，并實現數字化。2結構結構1）暗盒型讀取裝置暗盒型讀取裝置：將IP置入與常規(guī)X線攝影暗盒類似的盒內，經X線曝光后的暗盒，從CR讀取裝置的暗盒插入孔送入讀取裝置內，這一操作可以在明室完成。

13、然后IP被自動取出，由激光來掃描，讀出潛影信息送到潛影消除部分，經強光照射，消除IP上的潛影。此后IP被送回暗盒內，封閉暗盒，暗盒被送出讀取裝置，供反復使用，整個過程是自動和連續(xù)進行的。2）無暗盒讀取裝置無暗盒讀取裝置：該裝置集投照、讀取于一體，有立式和臥式。需要專用機器，不能與常規(guī)X線攝影設備匹配。IP在X線曝光后直接被送到激光掃描和潛影消除部分處理，供重復使用。3影響圖像質量的因素影響圖像質量的因素 1）激光束的直徑和頻率：激光點的直徑越小，則讀取的信息量就越多，得到的圖像質量越好。2) 光電和傳動系統(tǒng)的噪聲：X線量子噪聲是在X線被IP吸收過程中產生的，與IP檢測到的X線量成反比。 3）數

14、字化的影響：在AD轉換過程中，對模擬信號進行采樣和量化，也會產生量化噪聲和偽影。三計算機圖像處理三計算機圖像處理1圖像讀取技術圖像讀取技術 為了保護圖像的質量，CR系統(tǒng)都設計了圖像讀出靈敏度自動設定功能。在程序上設計了自動預讀程序，以完成第一次光掃描的直方圖分析，根據分析情況設置第二次掃描的條件，流程如下：2圖像的后處理圖像的后處理1）灰階處理：）灰階處理：在CR系統(tǒng)中，由于圖像讀取裝置是把某個需要范圍內的圖像信號變成數字信號，控制數字信號可以得到以何種密度再現。在這里用灰階變換函數，以函數控制（輸出信號），改變灰階函數可以自由控制X線劑量線劑量膠片密度膠片密度關系。 例如在胸部攝影中，肺野和縱隔部位的密度差別很大，可以選用灰階函數上段部分提高肺野區(qū)域的對比度，抑制縱隔區(qū)域的對比度，既很好地顯示肺野內結構，又可防止在輸出圖像中縱隔的密度與骨密度過于接近，提高了縱隔內不同軟組織的分辨層次。2）空間頻率處理：）空間