醫(yī)學(xué)影像成像理論第四章 數(shù)字x線成像第二節(jié) 計(jì)算機(jī)X線攝影（CR）

1、第四章 數(shù)字X線成像12屏片方式攝影存儲(chǔ)、管理與傳輸數(shù)字技術(shù)模擬技術(shù)數(shù)字方式攝影圖像后處理動(dòng)態(tài)范圍寬一張片子英國(guó)數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家，布爾代數(shù) 、邏輯數(shù)學(xué)/view/46060.htm3香農(nóng)將布爾的理論系統(tǒng)地應(yīng)用到開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，奠定了數(shù)字電路的理論基礎(chǔ)/view/63224.htm4CR：成像板DR：平板探測(cè)器DF、DSA：影像增強(qiáng)器+攝像機(jī)56數(shù)字胃腸數(shù)字透視（digital fluoroscopy，DF）7Kodak CRComputed Radiography8SIEMENS DRDigital Radiography9SIEMENS DSAdigital subtraction angiogr

2、aphy模擬成像模擬X線攝影膠片暗盒10數(shù)字成像計(jì)算機(jī)X線攝影（CR）IP板11數(shù)字成像數(shù)字X線攝影（DR）平板探測(cè)器12科技飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)日益普及現(xiàn)代化醫(yī)院趨向于信息化、數(shù)字化、集成化醫(yī)學(xué)影像學(xué)正在逐步實(shí)現(xiàn)整體影像數(shù)字化13第二節(jié) 計(jì)算機(jī)X線攝影（CR）14計(jì)算機(jī)X線攝影（Computed Radiography，CR）用成像板記錄X線影像，通過(guò)激光掃描使存儲(chǔ)信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，再用光電倍增器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，輸入計(jì)算機(jī)處理，成為高質(zhì)量的數(shù)字圖像。15CR系統(tǒng)組成主要由X線機(jī)、IP、影像閱讀處理器、影像后處理工作站和存儲(chǔ)裝置等組成。16CR工作程序1.輸入病人資料 人工

3、書(shū)面 ID 工作站2.攝影產(chǎn)生潛影 膠片 影像屏（IP）3.潛影顯影 暗室處理 閱讀處理器4. 圖像自動(dòng)處理5. 影像預(yù)覽后處理6.圖像顯示介質(zhì) 暗室照片 激光打印照片7.圖像存儲(chǔ) 暗室照片 硬盤、磁光盤8.診斷介質(zhì) 暗室照片 數(shù)字圖像及激光照片17 工作程序 普 放 CRCR的工作流程18 1.登記6 傳到工作站X光室C R 室2患者去X光室2，患者信息傳到CR中或7、圖像后處理3、 照 相干式激光相機(jī)DICOM 網(wǎng) 絡(luò)8 打印5、處 理 圖 像4. 技師拿影像板到CR室閱讀 處理器登記工作站與模擬成像相比，CR優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：CR 能借助普通X光的照相，生成數(shù)字化的高空間分辨率， 高密度分辨率

4、X光投射影像， 這個(gè)影像可以調(diào)節(jié)到一個(gè)最優(yōu)的程度， 把最感興趣的區(qū)域用最多層次的和最細(xì)密的圖象來(lái)顯示。缺點(diǎn)：時(shí)間分辨力較差，不能滿足動(dòng)態(tài)組織器官的顯示，同時(shí)在細(xì)微結(jié)構(gòu)的顯示上與常規(guī)的X線屏-片系統(tǒng)比較，其空間分辨力有時(shí)稍有不足，需通過(guò)其他方式彌補(bǔ)。19一、成像板（ image plate ）1、IP（成像板）結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的暗盒（屏片）。其特點(diǎn)是可以重復(fù)使用，但不具備影像顯示功能。20規(guī)格與類型 與普通暗盒膠片規(guī)格完全相符。一般常用1417英寸、1414英寸、1012英寸和810英寸四種規(guī)格。類型: 標(biāo)準(zhǔn)型（ST） 高分辨型(HR） 能量減影型 多層體層攝影型21替代膠片重復(fù)使用，可與原有的X線

5、攝影設(shè)備匹配工作。（1）表面保護(hù)層作用：防止PSL（光激勵(lì)發(fā)光 ）物質(zhì)層使用過(guò)程中受到損傷。特點(diǎn)：不隨外界溫度、濕度的變化而發(fā)生變化，在非常薄的條件下能彎曲、耐磨損、透光率高。常用聚酯樹(shù)脂類纖維制造。22（2）PSL物質(zhì)層光激勵(lì)發(fā)光（PSL）物質(zhì)：某物質(zhì)在第一次受到光（一次激發(fā)光X線）照射時(shí)，能將一次激發(fā)光所攜帶的信息儲(chǔ)存（記錄）下來(lái)，當(dāng)再次受到光（二次光激發(fā)光激光）照射時(shí)，能發(fā)出與一次激發(fā)光所攜帶信息相關(guān)的熒光，這種現(xiàn)象被稱為光激勵(lì)發(fā)光（photo stimulated luminescence，PSL）。（P95）23將PSL物質(zhì)混于多聚體溶液中，涂在基板上干燥而成。多聚體溶液作用：使PS

6、L物質(zhì)均勻分布，在基板上形成均勻的膜，并具有適度的柔軟性和機(jī)械強(qiáng)度，不受環(huán)境影響。多聚體材料：硝化纖維素、聚酯樹(shù)脂、丙烯及聚氯酸酯。PSL物質(zhì)晶體顆粒的平均直徑在4-7m，直徑增大發(fā)光量增強(qiáng)，但影像清晰度降低。24（3）基板作用：保護(hù)PSL物質(zhì)層免受外來(lái)?yè)p傷。黑色、加吸光層。（4）背面保護(hù)層作用：防止使用過(guò)程中成像板之間的摩擦損傷。25柯達(dá)（剛性板）磷光屏剖面示意圖專利的剛性板設(shè)計(jì)保用30，000次26外 層 保 護(hù) 層磷 光 層 ( 氟 鹵 化 鋇 )ESTAR 基 底 層醋 酸 纖 維 后 層石 墨（ 鉛 元 素 ）散 射 控 制 層鋁 合 金 板（ 蜂 窩 狀 結(jié) 構(gòu) ）暗 盒 重 量

7、與 柯 達(dá) Lanex 增 感 屏 相 同2、IP特性主要成分：熒光物質(zhì)層，對(duì)放射線、紫外線的敏感度遠(yuǎn)高于普通X線膠片，攝像后的成像板的潛影會(huì)因光的照射而消退，避光不良或漏光的成像板上的圖像會(huì)因儲(chǔ)存影像信息減少而發(fā)白。27IP板工作原理28（1）發(fā)射與激發(fā)光譜29線照射潛 影發(fā)出熒光激光再次照射激發(fā)光譜發(fā)射光譜400nm600nm30發(fā)射光譜與激發(fā)光譜的波長(zhǎng)之間的峰值必須要有一定的差別，以保證二者在光學(xué)上不一致，從而達(dá)到最佳的影像信噪比。（2）IP的時(shí)間響應(yīng)特征被激發(fā)的熒光強(qiáng)度迅速衰減與時(shí)間的關(guān)系稱為時(shí)間響應(yīng)特性。衰減快，響應(yīng)特性好，前后兩次讀出信息不重疊。 其熒光強(qiáng)度衰減到初始值的1/e時(shí)所

8、用的時(shí)間稱“光發(fā)射壽命期(light emission life）”,大約0.8s。31（3）IP板的動(dòng)態(tài)范圍當(dāng)X線第一次激發(fā)IP板時(shí)，其吸收光譜中于37KeV處可見(jiàn)一陡峭的快速吸收，是由于熒光體中鋇原子的K系所致，此吸收特征與激光二次激發(fā)時(shí)發(fā)射熒光的特征無(wú)關(guān)。32IP發(fā)射熒光的量依賴第一次發(fā)射的X線量，在 范圍內(nèi)具有良好的線性。33（4）IP存儲(chǔ)信息的消退儲(chǔ)存在PSL物質(zhì)中的影像信息隨儲(chǔ)存時(shí)間(讀取前的時(shí)間)的延長(zhǎng)而衰減，從而使第2次激發(fā)時(shí)熒光體發(fā)射出的PSL強(qiáng)度減少，這種現(xiàn)象稱為消退（fading）。34IP的消退現(xiàn)象很輕微，讀出前儲(chǔ)存8h，熒光體的PSL量減少約25。隨時(shí)間的延長(zhǎng)及存儲(chǔ)溫

9、度的升高消退速度增加。（5）天然輻射的影響IP不僅對(duì)X線敏感，對(duì)其他形式的電磁波等也敏感，如紫外線、射線、射線、射線以及電子等，因而會(huì)受到來(lái)自自然界放射性物質(zhì)的照射而存儲(chǔ)能量，在讀取影像時(shí)出現(xiàn)一些微小的黑點(diǎn)，對(duì)影像形成干擾。IP長(zhǎng)期存放后再次使用時(shí)，應(yīng)先用激發(fā)光照射，以消除IP上可能存在的任何潛影。353IP使用注意事項(xiàng) IP可以重復(fù)使用，在IP再次使用前，應(yīng)當(dāng)用光照射，消除任何可能存在的潛影。因此在使用中，應(yīng)注意避免IP出現(xiàn)擦傷。由于IP中的熒光物質(zhì)對(duì)放射線、紫外線的敏感度遠(yuǎn)高于普通X線膠片，因此攝影前、后的IP都要屏蔽。避光不良或漏光的IP上的圖像會(huì)因儲(chǔ)存的影像信息量減少而變得發(fā)白，這與普

10、通膠片正好相反 。36二、CR成像基本原理成像過(guò)程：37X-Ray可受光激勵(lì)的熒光材料半導(dǎo)體激光PMT激勵(lì)掃描受激而發(fā)出的光LogAMPA/D數(shù)字圖像光/電，放大，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換成像過(guò)程可歸結(jié)為四象限理論（由CR的研發(fā)者之一高野正雄提出）38X 線 劑 量IP發(fā)光 強(qiáng)度照片 密度影 像 數(shù) 據(jù)發(fā)射光譜EDR功能圖像處理功能影像特性曲線I：影像信息采集II：影像信息讀取III：影像信息處理IV：影像再現(xiàn)1. 影像信息的采集（第一象限）IP的熒光材料：摻雜2價(jià)銪離子(Eu2+ )的氟鹵化鋇(BaFX Eu2+ ，XCL，Br，I)的結(jié)晶。原理：摻雜Eu2+的BaFX Eu2+ 晶體被X線或紫外線長(zhǎng)

11、時(shí)間照射后，形成F心，能吸收特定波長(zhǎng)的可見(jiàn)光。39第一象限表示IP的固有特征，即X線輻射劑量與激光束激發(fā)的光激勵(lì)發(fā)光（PSL）強(qiáng)度之間的關(guān)系。二者在1:104范圍是線性的，該線性關(guān)系使CR系統(tǒng)具有高的敏感性和寬的動(dòng)態(tài)范圍。402、影像信息讀?。ǖ诙笙蓿┯眉す鈷呙鑳x對(duì)已曝光的IP進(jìn)行掃描讀取信息被集光器收集轉(zhuǎn)換為電信號(hào)、放大、A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息第三象限41掃描方向慢掃描方向掃描方向 又稱激光掃描方向或稱快速掃描方向，指的是沿激光束偏轉(zhuǎn)路徑的方向。慢掃描方向 又稱屏掃描方向或稱副掃描方向，指的是成像板傳送方向。IP的傳送速度根據(jù)不同的IP尺寸來(lái)選擇，使掃描和副掃描方向上的有效采樣尺寸相同。42

12、第二象限表示輸入到影像讀出裝置（image reading device，IRD）的信號(hào)和輸出信號(hào)之間的關(guān)系。43新型的CR系統(tǒng)，對(duì)大片采取6、10像素/毫米兩檔可調(diào)的設(shè)置，由用戶自己設(shè)置。以適應(yīng)不同場(chǎng)合對(duì)掃描速度和掃描圖像質(zhì)量的不同需要。 44富士FCR5501立式圖像閱讀器 IP板和閱讀器集成，IP板在其內(nèi)部滾動(dòng)使用，免去了取放IP暗盒的過(guò)程，有點(diǎn)類似DR 。453、影像信息處理（第三象限）影像處理裝置（image processor controller，IPC）可根據(jù)診斷要求施行諧調(diào)處理、頻率處理和減影處理，顯示出適用于診斷的影像，其特征是可以獨(dú)立控制。464、影像再現(xiàn)(第四象限) 影

13、像記錄裝置（image recorder controller，IRC）將影像信號(hào)轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號(hào)得到X線照片。IRC對(duì)CR使用的膠片特性曲線自動(dòng)實(shí)施補(bǔ)償，使相對(duì)于曝光曲線的影像密度是線性的。第四象限決定CR中輸出的X線膠片特性曲線。是依據(jù)X線劑量和成像范圍自動(dòng)改變的。47四象限理論中，第一象限涉及IP的固有特性，在系統(tǒng)運(yùn)行中是不能調(diào)節(jié)的，第二至四象限則在系統(tǒng)運(yùn)行中可充分調(diào)節(jié)，實(shí)施影像處理功能 。CR系統(tǒng)的不同特性曲線之間的示意圖：48輸入X線成像板影 像讀出影像處理影像記錄膠片自動(dòng)處理CR影像CR 膠片特性曲線數(shù)字特性曲線校正特性曲線 總特性曲線49I：IP的固有特征II：輸入到影像閱讀裝置(

14、image reader device，IRD) III：影像處理裝置(image processor controller，IPC)后處理。IV：影像記錄裝置(image recorder，IRC)，顯示或打印四、CR技術(shù)新進(jìn)展1、結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)熒光體 又稱針狀成像板 (CsBr:Eu2+) 2、線掃描503. 雙面閱讀技術(shù)51CR特點(diǎn)CR基本能取代傳統(tǒng)屏片系統(tǒng)的攝片功能及特檢功能。能完成傳統(tǒng)X光片的數(shù)字化功能，并可與RIS/PACS聯(lián)接。CR的曝光條件可在正常屏片系統(tǒng)的4590之間變化，其影像均能用于診斷。能通過(guò)圖像的處理來(lái)顯示不同的解剖部位的影像。5253CR的拓展性CR乳腺機(jī)床旁機(jī)模擬胃腸

15、機(jī)常規(guī)X線攝影機(jī)小C臂小結(jié)CR成像過(guò)程、四象限理論541X線信息影像轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)密度影像，轉(zhuǎn)換介質(zhì)不含A增感屏-膠片系統(tǒng)B影像增強(qiáng)器系統(tǒng)C膠片D觀片燈E熒光屏答案：D2. CR經(jīng)X線照射后在影像板存留的是A模擬影像B數(shù)字影像C黑白影像D彩色影像E電信號(hào)答案：A3. CR是利用_進(jìn)行成像A光激勵(lì)存儲(chǔ)熒光體B非晶硒等光電轉(zhuǎn)換晶體C稀土D影像增強(qiáng)器E光電倍增管答案：A4. 不是CR特點(diǎn)的是A數(shù)字成像B成像載體可重復(fù)使用C動(dòng)態(tài)成像D可進(jìn)行數(shù)字圖像處理E可使用普通X線機(jī)球管答案：C5. 光激勵(lì)熒光體中，常摻入 以改變熒光體的結(jié)構(gòu)和物理特性。AAl2+BEu2+CCu2+DTI2+ESe2+答案：B6. CR成像時(shí)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化