醫(yī)學影像設備學第4章+數(shù)字X線設備

醫(yī)學影像設備學第四章數(shù)字X線設備

學習目標

一、掌握X線計算機攝影的基本結構及成像原理。二、掌握數(shù)字攝影裝置的基本結構和成像原理。三、孰悉數(shù)字減影血管造影像裝置的基本結構和對設備的特殊要求。

目錄

一、概述二、計算機X線攝影裝置三、數(shù)字X線攝影裝置

第一節(jié)概述第一節(jié)概述

數(shù)字X線成像設備是指X線透射圖像數(shù)字化并進行圖像處理再變成模擬圖像顯示的一種設備。數(shù)字X線成像與傳統(tǒng)增感屏、膠片成像的比較1.對比度分辨率高2.動態(tài)范圍廣、曝光容度寬3.輻射劑量小4.圖像后處理功能強5.可利用大容量存儲器存儲數(shù)字圖像，并可方便接入PACS系統(tǒng)實現(xiàn)圖像的存儲、傳輸和診斷。6.數(shù)字X線設備的空間分辨力（約為20~40LP/cm）不如屏-膠組合（理論值為50~70LP/cm）的高。第一節(jié)概述第二節(jié)計算機X線攝影設備第二節(jié)計算機X線攝影設備一、基本組成CR主要由信息采集、信息轉換、信息處理、信息存儲和記錄等部份組成第二節(jié)計算機X線攝影設備信息采集:IP代替膠片,以潛影的形式記憶X線圖像信息轉換:由影像讀取裝置實現(xiàn),將潛影變?yōu)閿?shù)字圖像信號信息處理:由計算機完成,對數(shù)字圖像進行各種相關后處理信息存儲和記錄:利用存儲媒介如光盤等激光相機打印CT掃描機主要由硬件結構和軟件結構兩大部分組成第二節(jié)計算機X線攝影設備二、CR工作原理：用存儲屏記錄X線影像，通過激光掃描使存儲信號轉換成光信號，此光信號經(jīng)過光電倍增管轉換成電信號，再經(jīng)過A/D轉換后輸入計算機處理，形成高質量的數(shù)字圖像。第二節(jié)計算機X線攝影設備第二節(jié)計算機X線攝影設備三、影像板（一）影像板結構表面保護層光激勵發(fā)光熒光層（PSL)基板背面保護層第二節(jié)計算機X線攝影設備表面保護層：聚酯樹脂類纖維制成，能彎曲、耐磨損、透光性好。保護熒光層不受外界溫度、濕度和輻射的影響。涂布蘭色濾光層，提高清晰度第二節(jié)計算機X線攝影設備熒光成像層：用多聚體溶液把微量的二價銪的氟鹵化鋇晶體相互均勻結合涂布而成。

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．（摻入二價銪Eu2+的氟囟化鋇BaFXEu2+X=Cl、Br、I）第二節(jié)計算機X線攝影設備基板：聚酯樹脂類纖維制成。保護熒光物質層免受外力損傷。顏色：黒色第二節(jié)計算機X線攝影設備

背面保護層：材料與表面層相同，避免IP在使用過程中的摩擦。第二節(jié)計算機X線攝影設備

（二）影像板工作原理

射入IP板的X線光子被IP熒光層內輝盡性熒光體（PSL）吸收，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X線信息的采集和存儲。激光掃描IP板，發(fā)生光激發(fā)輝盡現(xiàn)象（光致發(fā)光現(xiàn)象），發(fā)出的熒光強度與第一次激發(fā)時X線的能量成正比，完成光學影像的讀出。第二節(jié)計算機X線攝影設備（三）特性1.發(fā)射光譜與激發(fā)光譜由IP受激發(fā)而釋放出的光子波長與光強的關系稱為發(fā)射光譜。最強波長為390～400nm。PSL強度與讀取光波波長的關系曲線稱為激發(fā)光譜。最強在600nm左右。2.時間響應當停止用激光照射熒光物時，PSL強度按其衰減規(guī)律逐漸終止。IP的PSL強度衰減速度很快，不會發(fā)生采集和讀出信息的重疊。3.動態(tài)范圍直線性特大寬容度1:10000可以精確地檢測到每一種組織間極小X線吸收差異第二節(jié)計算機X線攝影設備4.存儲信息的消退X線激發(fā)IP后，潛影存儲于熒光體中，在讀取前一部分電子隨時間延長將逃逸從而使第二次激發(fā)時的熒光強度減少，稱為存儲信息的消退。IP消退很微弱，8h減少25%。受時間、溫度影響。第二節(jié)計算機X線攝影設備5.天然輻射的影響來自建筑物上固定裝置、天然放射性元素、宇宙射線、IP板上微量放射性元素。IP不僅對X線敏感，對其他電磁波也敏感，如紫外線、γ射線、α射線β射線及電子線等。長期存放會產(chǎn)生小黑斑。使用前必須激光擦除。第二節(jié)計算機X線攝影設備（四）使用注意事項

1.選用較大得IP來記錄X線影像，大大減少膠片尺寸的選擇次數(shù)。2.IP再次使用時，最好重作一次光照射，以消除潛影。3.由于IP的熒光物質對X線得敏感度高，要求很好的屏蔽。第二節(jié)計算機X線攝影設備第二節(jié)計算機X線攝影設備四、讀取裝置（一）結構1.暗盒型讀取裝置：將IP置入常規(guī)X線攝影暗盒類似的盒內，它可替代常規(guī)攝影暗盒在任何X線機上使用。2.無暗盒型讀取裝置：IP在X線曝光后直接被傳送到激光掃描和潛影消除處理，供重復使用。第二節(jié)計算機X線攝影設備

（二）讀取裝置原理：第二節(jié)計算機X線攝影設備

讀出原理：（1）用一束微弱的激光粗掃IP，并立即算出讀出圖像的直方圖（２）自動調整光電倍增管的靈敏度及放大器的增益，再用高強度激光精細地讀出潛影，并實現(xiàn)數(shù)字化，經(jīng)過各種圖像處理，獲得最佳的適合于診斷的數(shù)字X線圖像。第二節(jié)計算機X線攝影設備

（三）影響圖像質量好壞的因素1.激光束的直徑：越小越好2.光電及傳動系統(tǒng)的噪聲3.數(shù)字化的影響取樣頻率低－“馬賽克”偽影量化級數(shù)少－“等高線”偽影一般數(shù)字化取樣間隔為０.1～0.2mm像素的灰度級為8bit時，就可獲得較滿意的數(shù)字圖像五、計算機圖象處理

１.圖象處理環(huán)節(jié)圖像讀出過程的處理：圖像讀出靈敏自動設定，圖度自動獲得最佳密度和對比度圖像。圖像顯示圖像過程的處理：顯示圖像的特殊處理，以獲得較高診斷價值的圖像，也稱后處理。圖像存儲和記錄過程的處理：在不影響圖像質量的基礎上壓縮圖像，并可進行保存和傳輸。還可用激光相機打印出圖像。第二節(jié)計算機X線攝影設備2.圖象讀出靈敏度自動設定為在不同X線劑量下，獲得相同圖像質量，采用靈敏度自定設定功能。預讀程序流程：第二節(jié)計算機X線攝影設備3.圖像后處理灰階處理空間頻率處理動態(tài)范圍壓縮減影處理疊加處理圖像處理：調節(jié)亮度、對比度、窗寬、窗位、放大反轉、旋轉、距離面積測量文字注釋修改病人資料等第二節(jié)計算機X線攝影設備圖像讀出靈敏度自動設定大曝光劑量例1和小曝光劑量例2第二節(jié)計算機X線攝影設備六、存儲與記錄裝置硬盤光盤七、評價標準（參考教材）八、使用注意事項和保養(yǎng)（參考教材）第二節(jié)計算機X線攝影設備第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備一、構成二、分類三、工作原理四、CR與DR的比較第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備一、構成DR由X線發(fā)生器、X線探測器、圖像處理器、圖像顯示器等組成1.X線發(fā)生器：采用中、高頻逆變發(fā)生器。2.X線探測器：是將X線信息轉換成電信號的器件3.圖像處理器：其功能包括各種圖像處理，如灰階變換、黑白反轉、圖像濾波降噪、放大等。4.圖像顯示器：用于攝影圖像的重現(xiàn)閱讀第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備二、分類1.非晶硒平板探測器型2.非晶硅平板探測器型3.多絲正比室掃描型4.CCD攝像機型第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備三、工作原理1.非晶硒平板探測器（1）結構：基板、集電矩陣、硒層、電介層、頂層電極、保護層等組成第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備（2）工作原理入射X線光子在硒層中的產(chǎn)生電子-空穴對，在頂層電極和集電矩陣間外加高電壓電場的作用下，電子和空穴向反方向移動，形成信號電流，被相應單元的接受電極所收集，形成信號電荷，每個像素都有一個場效應管，起開關作用，在讀取控制信號的作用下，依次讀出并經(jīng)放大后被同步轉換成數(shù)字圖像信號第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備2.非晶態(tài)硅平板探測器（1）結構：由基板、非晶硅陣列、碘化銫層等構成TFTX-rayCsI第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備（2）工作原理非晶硅FPD受X射線照射后，將X線圖像轉換為熒光圖像，再經(jīng)非晶硅光電二極管構成的矩陣轉換成圖像電信號，在計算機讀出電路的控制下，依次讀出，再經(jīng)A/D轉換后，獲得數(shù)字圖像信號。閃爍體GOS非晶體硅傳感器外罩閃爍體：GOS傳感器:非晶體硅成像范圍：14″x17″像素：2,208x2,688pixel象素尺寸：160μm分辨率：3.1lp/mm灰階度：A/D:14bits大面積金屬絕緣體半導體傳感器操作環(huán)境：5~35°C

30％~75%RH第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備

3.多絲正比室掃描型DR（1）結構：高壓電源、水平狹縫、多絲正比室、機械掃描系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、計算機控制、圖像處理系統(tǒng)等組成。（2）工作原理錐形X線束經(jīng)水平狹縫準直后形成平面扇形X線束。通過病人被檢部位后射入水平放置的多絲正比室窗口，在被探測器接收后，機械掃描裝置使X線管頭、水平狹縫及探測器沿垂直方向作均勻的同步平移掃描，到達新位置后再作水平照射投影；如此重復進行，就完成一幅圖像的采集。多絲正比室的每根金屬絲都與一路放大器相連，經(jīng)A/D轉換器將電壓信號數(shù)字化后，輸入計算機進行圖像處理。第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備

第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備4.CCD攝像機型DR（1）結構：主要由熒光板、反光板、CCD攝像機、計算機控制及處理系統(tǒng)等組成。第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備（2）工作原理

X線透過人體被檢部位后，經(jīng)濾線柵濾除散射線到達熒光板，將X線圖像轉換成熒光圖像，熒光經(jīng)透鏡反射后，通過鏡頭聚焦將可見光投射到CCD芯片上，CCD芯片再將可見光轉換為電信號，最終獲得數(shù)字化圖像。第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備CCD攝像機型DR四、DR與CR的比較詳見下頁。第三節(jié)數(shù)字X線攝影設備DRCR成像過程X線→人體→圖像采集板→數(shù)字化圖像→圖像處理→顯示、打印X線→人體→IP板→閱讀器→圖像采集、診斷、質量控制工作站→顯示、打印轉換過程直接數(shù)字化間接數(shù)字化空間分辨率4.6lp/mm2.0lp/mm像素尺寸140μm127μm工作效率大大提高，成像時間約5s，超過30人次/小時同普通X線攝影，而且增加了繁瑣的人工處理過程圖像灰階等級12～16bit10～12bit信噪比1LP/mm時DQE55%，提供優(yōu)異的成像質量1LP/mm時DQE13%不及400速膠片質量曝光劑量同樣質量圖像約為CR的2/3與400速增感屏感綠片組合劑量相當缺點1.技術工藝水平高，因而價格昂貴2.圖像采集板成品率較低，因而采集板尺寸受限1.IP板間接轉換時因熒光散線導致分辨率降低2.工作過程類似暗盒攝影方式，無法提高工作效率，解放勞動力3.IP板屬消耗品，無形中增加了攝影成本第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備目錄一、基本結構二、

影響圖像質量的因素三、對X線機的要求四、X線管及探測器支撐裝置五、導管床六、高壓注射器七、數(shù)字系統(tǒng)八、DSA系統(tǒng)的特殊功能九、圖像質量參數(shù)及檢測十、日常維護與保養(yǎng)

第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備一、基本結構不含對比劑的影像稱為掩模像（maskimage）或蒙片，注入對比劑后得到的影像稱為造影像或充盈像。造影像減去掩模像得到減影像。減影后的圖像信號與對比劑的厚度成正比，與背景無關。在減影像中，骨骼和軟組織等背景影像被消除，只留下含有對比劑的血管影像。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備視頻信號A/D輸入查找表ALU幀存儲器計算機輸出查找表D/A第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備數(shù)字圖像硬件框圖監(jiān)視器二、影響圖像質量的因素1．成像方式（1）脈沖方式：采用間歇X線脈沖來形成掩模像和造影像，每秒攝取數(shù)幀影像，脈沖持續(xù)時間一般大于視頻信號一幀的時間。由于曝光X線脈沖的脈寬較大（例如100ms左右）它主要用于腦血管、頸動脈、肝動脈、四肢動脈等活動較緩慢的部位。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備（2）超脈沖方式以每秒6~30幀的速率進行X線脈沖攝像，然后逐幀高速反復減影，具有頻率高、脈寬窄的特點，能以實時視頻的速度連續(xù)觀察X線數(shù)字影像或減影像，具有較高的動態(tài)清晰度。這種方式能適應肺動脈、冠動脈、心臟等快速活動的臟器，影像的運動模糊小。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備（3）連續(xù)方式所用X線可以是連續(xù)的，也可以是脈沖的，得到與攝像機同步的、頻率為每秒25幀的連續(xù)影像。因采像頻率高，能顯示快速運動的部位，如心臟、大血管，時間分辨力高。平板探測器無同步方面的限制，但有平板刷新頻率方面的限制。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備2．攝影X線的穩(wěn)定性

由于普遍采用脈沖影像方式，必須保證前后各幀影像所接受的X線劑量恒定，要求X線機的高壓穩(wěn)定、應用高頻高壓發(fā)生器，增加附件濾過，優(yōu)化x線能譜。3．X線探測器對于應用I.I采集圖像的設備，X線曝光脈沖應與攝像機場同步保持一致。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備4．噪聲成像鏈的各個環(huán)節(jié)均會產(chǎn)生噪聲。5．偽影

在成像過程中，會產(chǎn)生各種偽影，如：運動偽影、飽和偽影、設備性偽影等。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備三、對X線機的要求1.大功率X線發(fā)生器采集頻率高，則分給每幅圖像曝光時間均很短；為了減少活動臟器在曝光期間的活動，多采用脈沖曝光，曝光時間多在數(shù)毫秒。這就要求所用的X線機能在很短的時間內輸出足夠大的功率，從而獲得滿意的X線圖像。一般要求X線機高壓發(fā)生器的功率在80kW或以上。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備2.高壓波形平穩(wěn)

高壓發(fā)生器輸出的高壓要平穩(wěn)。為保證每幅圖像感光量均勻一致，除各照射參數(shù)一致外，還要求kV值輸出穩(wěn)定，具有良好的重復性。當前DSA均采用逆變高頻高壓發(fā)生器，容易獲得波紋較平穩(wěn)高壓。3.脈沖控制脈沖控制有柵控X線管方式和高壓初級控制方式。柵控管方式高壓波形陡峭，x線質量高，軟射線少。4.x線管和散熱

要求大功率旋轉陽極x線管，滿足幾個ms攝影的目的，陽極熱容量大，采用外接循環(huán)散熱器（大部分采用水做為冷卻液）滿足連續(xù)攝影的要求。DSAx線管通常有三個焦點，通過電子聚焦形成微焦點，為滿足各種放大攝影的要求。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備四、X線管及探測器支撐裝置1.機架結構（1）三軸落地式C型臂結構示意圖：C臂、偏置臂、L臂分別可以繞x、y、z軸旋轉，既可以單獨運動也可以聯(lián)合運動，滿足各種成像的要求。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備三軸落地式C型臂結構示意圖天軌吊架及落地式雙C型臂第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備天軌雙C臂第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備天軌吊架C臂大型C形臂2.機架功能（1）角度支持：C型臂可方便地進行各種角度的透視和攝影。（2）角度記憶：當C型臂轉到需要的角度進行透視觀察時，系統(tǒng)能自動搜索并重放該角度已有的造影像，供醫(yī)生診斷或介入治療時參考；也可根據(jù)圖像自動將C型臂轉到采集該圖像時的位置重新進行透視、造影。這種技術特別有利于心、腦血管的造影，尤其是冠狀動脈介入治療手術。第四節(jié)數(shù)字減影血管造影設備（3）體位記憶技術：體位記憶能存儲多達100個體位，各種體位可事先預置，也可在造影中隨時存儲、調用，使造影程序化，加快了造影速度。（4）快速旋轉：C型臂能在托架中快速旋轉運動，達到每秒45°～60°。要求C型臂具有精確的角度重現(xiàn)性，與圖像處理軟件配合完成。（5）安全保護：C型臂支架還配有自動安全防撞裝置。計算機能根據(jù)機架、床的相對位置自動預警和控制C型臂的運動速度，利用傳感器感受周圍物