《醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)》課件第三章 數(shù)字X成像設(shè)備B

1、 3.2 數(shù)字X線攝影系統(tǒng) 數(shù)字X射線放射影像，是直接將X射線光子通過電子暗盒轉(zhuǎn)換為數(shù)字化圖像，是一種廣義上的直接數(shù)字化X射線影像，以下簡稱DR. DR可分為非直接數(shù)字放射影像（IDR）和直接數(shù)字放射影像（DDR）。狹義上的直接數(shù)字化影像是指直接數(shù)字放射影像（DDR），采用影像直接轉(zhuǎn)換技術(shù)的數(shù)字放射影像，是真正意義上的數(shù)字化X射線放射影像。IDR(間接放射成像)：X線影像先轉(zhuǎn)換成可見光影像，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換等器件轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像。DDR(直接數(shù)字放射影像）：X射線影像直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，無中間環(huán)節(jié)，是真正意義上的數(shù)字化X射線放射影像。DR 工作流程DR設(shè)備的特點(diǎn)：1）DR設(shè)備具有較高的空

2、間分辨力和低噪聲率。2）DR設(shè)備具有低的輻射劑量,高的密度分辨率。3）DR成像速度快。4）DR設(shè)備采用直接轉(zhuǎn)換技術(shù)得到數(shù)字圖像，有效地解決了圖像的存檔、管理與傳輸，影像信息可用光盤刻錄，成本低廉，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸方便、效率高。5）DR設(shè)備的發(fā)展方向主要是非晶硒平板檢測器的不斷改進(jìn)和提高，重點(diǎn)是像素單元再縮小，提高圖像的分辨率；提高檢測器對X線的轉(zhuǎn)換率，降低X線劑量；研發(fā)高質(zhì)量的圖像處理軟件，進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量。DR設(shè)備具有代表性的裝置國內(nèi)東軟數(shù)字醫(yī)療生產(chǎn)的 DR設(shè)備 3.2 數(shù)字X線攝影系統(tǒng)一、IDR的基本結(jié)構(gòu)和工作原理X線影像接收器: 把x線圖像轉(zhuǎn)換為可見圖像(光信號或電信號) 或直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字

3、信號。數(shù)據(jù)采集器：把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，主要由AD轉(zhuǎn)換器組成。圖像處理器：灰階變換、黑白反轉(zhuǎn)、圖象濾波、數(shù)字減影圖像監(jiān)視器：數(shù)字圖像經(jīng)D/A形成不同亮度的像素，按一定顯示矩陣結(jié)構(gòu)在監(jiān)視器上重現(xiàn)。系統(tǒng)控制器：完成整個(gè)系統(tǒng)的指揮和協(xié)調(diào)。IDR系統(tǒng)的工作原理X射線源病人I.I TV光學(xué)系統(tǒng)電視攝像機(jī)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字影像信號二、DDR數(shù)字X線攝影系統(tǒng) （直接數(shù)字x線攝影系統(tǒng)）1數(shù)字掃描投影x線攝影1）點(diǎn)掃描法 用很細(xì)的X線束逐點(diǎn)對人體進(jìn)行掃描。在具有很高量子檢出效率的閃爍晶體探測器，將X線轉(zhuǎn)換成可見熒光后，射入到光電倍增管變換為電信號，X射線采用橫向掃描，病人縱向移動(dòng)。由此得到一幅二維圖像。點(diǎn)掃描法

4、的優(yōu)點(diǎn)是散射體積很小，減少了因散射引起的圖像質(zhì)量下降光電倍增管的靈敏度高，可以降低X線的劑量。缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，時(shí)間較長。2）線(扇)形掃描法 X線經(jīng)狹縫準(zhǔn)直形成線束或扇束，只照射到人體的某一薄層，由被檢體到達(dá)探測器后，形成行信息。X線束和探測器作平移運(yùn)動(dòng)，即可得到二維數(shù)字圖像。探測器在此可形成多種排列，以接受X射線。DDR系統(tǒng)主要部件組成框圖 (1) 非晶態(tài)硒型平板探測器 2DDR使用的X線探測器外形類似于X射線膠片暗盒，能將入射的X射線能量直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。主要由集電矩陣、硒層、電介層、頂層電極和保護(hù)層等組成。集電矩陣由按陣元方式排列的高集成度薄膜晶體管（thin-film tra

5、nsistor, TFT）組成。非晶態(tài)硒型平板探測器 2DDR使用的X線探測器 非晶態(tài)硒層涂覆在集電矩陣上，它對X線敏感，具有很高的分辨率。當(dāng)X線光子使硒層中產(chǎn)生電子空穴對，在頂層電極和集電矩陣間外加高壓電場的作用下電子和空穴相反方向移動(dòng)，形成電流使TFT儲能，電荷量與入射光子成正比，所以每個(gè)TFT形成一個(gè)采集圖像的最小單元，即像素。在讀出控制信號的作用下，TFT導(dǎo)通，把像素存儲的電荷按順序逐一傳送到外電路，由放大器同步放大轉(zhuǎn)換成電信號，由A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號。 3平行板探測DDR系統(tǒng)1）原理框圖工作原理：X線管發(fā)射的錐形X線束經(jīng)水平狹縫準(zhǔn)直后形成平面扇形X線束。X線通過病人射入水平放置的

6、多絲正比室窗口，被探測器接收后，機(jī)械掃描器使X線管、水平狹縫及探測器沿垂直方向作均勻的同步平移掃描，到達(dá)新位置后再作水平照射投影；如此重復(fù)進(jìn)行，就完成一幅圖像的采集。該多絲正比室是平板探測器中的一種，在探測器極板間充以惰性氣體，X射線照射下氣體電離，電離電荷在極間電場作用下定向漂移。在外電路獲得正比于X線強(qiáng)度的輸出信號。DR與CR比較：（1）DR的圖像清晰度高于CR。CR在讀出潛影過程中，激光穿過IP深部時(shí)產(chǎn)生散射使圖像模糊，降低圖像分辨率。（2）DR沒有二次激勵(lì)引入的噪聲，信噪比高于CR。（3）DR拍片速度快于CR。（4）DR的X線轉(zhuǎn)換效率高。（5）DR 探測器壽命長，10年；CR，IP板，

7、1年。 3.3 數(shù)字減影血管造影系統(tǒng) 數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)是20世紀(jì)80年代興起的一種醫(yī)學(xué)圖像學(xué)新技術(shù)，是計(jì)算機(jī)與常規(guī)X線血管造影相結(jié)合的一種新的檢查方法。數(shù)字減影血管造影(DSA)設(shè)備 是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，也是數(shù)字X射線影像設(shè)備之一。由于它能實(shí)時(shí)提供導(dǎo)管導(dǎo)向的位置、局部循環(huán)結(jié)構(gòu)、栓塞或擴(kuò)張的效果等有關(guān)介入診療的信息，因而具有極大的優(yōu)越性和實(shí)用性。 DSA在使用時(shí)采用的方法有三種，時(shí)間減影、能量減影和混合減影。 DSADSADSA一、DSA的基本組成和原理 減影技術(shù)的基本內(nèi)容是把人體同一部位的兩幀影像相減，

8、從而得出它們的差值部分，不含造影劑的影像稱為掩模像或蒙片，注入造影劑后得到的影像稱為造影像或充盈像。-掩模像=減影像造影像38（1）影像增強(qiáng)-攝像機(jī)：把透過人體X線經(jīng)影像增強(qiáng)管變?yōu)榭梢姛晒?，亮度增?qiáng)500010000倍，再由攝像機(jī)變?yōu)殡娦盘柟?shù)字處理。 （2）對數(shù)放大-模數(shù)變換：把攝像機(jī)的輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像矩陣。對數(shù)放大器的目的是形成線性灰階。 （3）存儲器：未注入對比劑的數(shù)字圖像矩陣存于存儲器1內(nèi)作為mask，注入對比劑后的數(shù)字圖像矩陣存于存儲器2中。經(jīng)運(yùn)算邏輯電路使兩圖像對應(yīng)部分?jǐn)?shù)字相減，得出減影圖像矩陣，存于顯示存儲器中。 （4）影像處理機(jī)：用來實(shí)時(shí)處理圖像系列和攝像曝光控制。 在減

9、影像中消除骨骼和軟組織結(jié)構(gòu)，使?jié)舛群艿偷脑煊皠┧溆难茉跍p影圖像中顯示出來，有較高的圖象對比度， DSA部分硬件結(jié)構(gòu) 在實(shí)施減影處理前，常需對X線圖像作對數(shù)變換處理。對數(shù)變換可利用對數(shù)放大器或置于AD轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字查找表來實(shí)現(xiàn)。使數(shù)字圖像的灰度與人體組織對X線的衰減系數(shù)成比例。由于血管像的對比度較低，必須對減影像進(jìn)行對比度增強(qiáng)處理。圖中查找表是一種實(shí)時(shí)的數(shù)字變換功能模塊，輸入查找表可用于作輸入影像的對數(shù)變換等，輸出查找表作實(shí)時(shí)的影像增強(qiáng)變換，影像的顯示變換等。 幀存儲器用于存放掩模像、系列造影像和減影像，它和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)字變換決定影像后處理的速度。 ALU是實(shí)時(shí)算術(shù)邏輯運(yùn)算器，它是實(shí)時(shí)減

10、影的關(guān)鍵部件，運(yùn)算速度、與計(jì)算機(jī)互訪、以及處理速度和視幀信號刷新速度同步。二、DSA的工作方式 在DSA系統(tǒng)中，根據(jù)不同的使用目的，數(shù)字減影有不同的方法。如時(shí)間減影、能量減影。 1時(shí)間減影 時(shí)間減影是常用的方法，在注入造影劑進(jìn)入感興趣區(qū)域之前，將一幀或多幀影像作為掩模像存儲，并與按時(shí)間順序出現(xiàn)的造影像一一相減這樣兩幀中相同的影像部分被消除，而造影劑通過血管時(shí)形成的高密度部分被突出的顯示，這種工作方式因掩模像和造影像獲得的時(shí)間不同故稱之為時(shí)間減影。 46時(shí)間減影技術(shù)將不同時(shí)間拍攝的同一部位的影像相減，來判斷病灶。2.能量減影 在感興趣的血管造影時(shí)，幾乎同時(shí)用兩種不同的管電壓（70和130KV）取

11、得兩幀影像，對它進(jìn)行減影處理，由于兩幀影像利用不同能量的X射線攝制，所以稱為能量減影。 減影方法利用了碘與周圍軟組織對X線的衰減系數(shù)在不同能量下有明顯差異的特性（碘在33KeV時(shí)衰減曲線發(fā)生躍變，衰減系數(shù)突然增大）而軟組織衰減曲線是連續(xù)的，而且能量越大衰減系數(shù)越小。 例如若將有骨、軟組織、血管用70KV和130KV照射，則后一幅像碘衰減80%、骨衰減40%、軟組織衰減25%、氣體不衰減。 能量減影左側(cè)為標(biāo)準(zhǔn)胸片，右側(cè)為高能肋骨片，中間為去骨影后的肺組織片3. 混合減影法 把能量減影技術(shù)和時(shí)間減影技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了混合減影技術(shù)?；驹硎窃谠煊皠┪醋⑷肭?，先做一次雙能量減影，獲得含少部分骨組織信號的影像，將此影像同血管注入對比劑后的雙能量減影像作減影處理，得到單純的血管像。 三、DSA對設(shè)備的特殊要求和技術(shù)措施1X線發(fā)生和顯示系統(tǒng)X線管發(fā)生器：要求X射線管能承受連續(xù) 脈沖曝光的負(fù)荷量。 影像增強(qiáng)器要采用可變視野的I.I 電視攝像機(jī)采用高靈敏度高分辨率， X射線亮度的自動(dòng)控制，可自動(dòng)控制曝光時(shí) 間，曝光劑量，和調(diào)整X線管的管電壓等。 2. 機(jī)械系統(tǒng) 機(jī)架和檢查床的運(yùn)動(dòng)范主要要求圍大、速度快、全方位。 3. 影像數(shù)據(jù)采集和存儲系統(tǒng) 由于DSA要求25幀/秒以上的實(shí)時(shí)減影，因此需要更