数字X线设备

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数字X线设备,数字X线机设备是指把X线透射图像数字化并进行图像处理，再转换成模拟图像显示的一种X线设备。,目前70%以上的诊断用X线摄影仍采用增感屏/胶片方式摄取的，不能进入,PACS,。因此，常规X线影像数字化或记录在胶片上的信息数字化，对实现医学影像信息管理的现代化和实用化具有重要的意义。,简介：,根据成像原理不同，数字X线机设备可分为CR、DR、DF数字荧光摄影、DSA。,数字X线成像与传统的增感屏-胶片成像相比突出的优点：,、比照度分辨力高,、辐射剂量小,、成像质量高,、数字影像所具有的优点,对比分辨力空间分辨力,CR,DR,DDR：,IDR：,DF,X线影像,光信号,电信号,数字图像,X线影像,电信号,数字图像,数字图像,数字图像,模拟图像,X-TV或X线照片,模拟视频,X-TV,第一节 X线计算机摄影装置,第一台CR出现于1982年，它可取代常规X线胶片成像，并具有许多优点。CR用存储荧光屏作面探测器，其中如FCR系统采用影像板image plate,IP作探测器。,CR与常规X线摄影比照：,对比度分辨力高、辐射剂量小等优点，但空间分辨力低。,一、根本组成与工作原理,CR的结构如下图,信息采集、信息转换、信息处理、信息存储和记录,二、影像板,结构:,CR影像不是直接记录于胶片，而是先记忆在IP上，IP可以重复使用，但没有影像显示功能。,成像原理：,射入IP的X线量子被PSL荧光物吸收，释放出电子。其中局部电子散布在荧光物内成半稳态，形成潜影，完成X线信息的采集和存储。当用激光束逐步扫描已有的IP时，半稳态的电子转换成荧光，即发生PSl现象。亦简称光致发光现象。产生的荧光强度与第一次激发时X线的能量精确地成正比，完成光学影像的读出。IP的输出信号还需由读取装置继续完成光电转换和A/D转换，经计算机图像处理后，形成数字影像。,特性,1、发射光谱与激光光谱,PSL强度与读取照射光波长的关系曲线称为激发光谱,PSL强度与其波长的关系曲线称为发射光谱,2、时间响应,3、动态范围,4、存储信息的消退,X线激发IP后模拟影像被存储于荧光体内，在读出前的存储期间，一局部被俘获的光电子将逃逸，从而使第二次激发时荧光体发射的PSL强度减少，这种现象称消退。,5、天然辐射的影响,三、读取装置,结构：CR系统的读取装置可分为暗盒型和无暗盒型,原理：,存储在PSL荧光物质中的影像是潜像，存储的形式为连续模拟信号，要将其读出并转换为数字化信号，需采用如图11-5所示的激光扫描系统。,随着高精度电动机带,IP匀速移动，激光束由摆,动式反光镜或旋转多面体,反光镜进行反射，对IP整体进行精确而均匀地逐行扫描。受激光激发产生的PSL荧光被高效导光器采集和导向传输到光电倍增管的光电阴极上，经光电倍增管进行光电转换和放大后，再经A/D转换为数字影像信号。这一过程反复进行，扫描完一张IP后，得到一幅完整的数字影像。,1、激光束的直径,2、观点及转动系统的噪声,CR系统中X线量子噪声是在X线被IP吸收过程中产生的，与IP检测到的X线量成反比。,在读出过程中，外来光与反射光的干扰、光学系统的噪声，电流的稳定程度、机械传导系统的稳定程度都直接影响影像质量。,3、数字化影像,在A/D转换过程中，对模拟信号进行取样和量化会产生量化噪声和伪影,。,影响因素,四、计算机图像处理,图像处理的环节,1、与系统检测功能有关的处理,保证整个系统在很宽的动态范围内自动获得具有最正确密度和比照度的图像。,2、与显示功能有关的处理,为医生提供可满足不同诊断目的、具有较高诊断价值的影像，常称为后处理。,3、与图像信息的存储和记录有关的处理,要求能得到高质量的照片记录，并在不降低影像质量的前提下压缩影像数据，以节省存储空间和高效率地传输信息。,图像读出灵敏度自动设定,为了自动控制图像读出特性，实现图像密度的稳定，即克服X线成像期间由于曝光过度或曝光缺乏产生的图像密度不稳定性，CR系统设计了图像读出灵敏度自动设定功能。,其中照射野范围确实定对制成直方图至关重要,识别处理的三个步骤：,1、测定探测的起始点,图像密度积分运算-重心,2、测定照射野边缘的候补点,位于边缘上的点，即为照射野的边缘候补点。,3、照射野形状的修订,边缘候补点大局部可以正确代表照射野的边缘，但小局部可能是由密度差异大的组织间交界如骨与软组织形成的候补点。,通过对直方图的分析和计算，自动确定X线剂量范围，再算出有诊断价值的PSL光量的范围，即读取装置的输入信号范围，从而决定本次读出IP影像的最正确条件读出灵敏度和采集范围，具体地说，是决定光电倍增管的灵敏度和放大器的增益。,在两种情况下读出器的输出信号在相同范围内变化，使胶片的动态范围得到充分利用。也就是说，当摄取某一幅影像时用了过大的曝光量，读出灵敏度会自动降低，反之，读出灵敏度会自动升高。这样在胶片上总能得到黑化度良好的影像。,3、图像的后处理,与显示有关的后处理主要包括动态范围压缩、灰阶变换、空间频率处理等根本处理。,1灰阶处理 在CR系统中，由于图像读取装置是把某个需要范围内的图像信号变成数字信号，所以能控制数字信号以何种密度再现。,2空间频率处理 它是通过频率响应的调节来影响图像的锐度。边缘增强是较常用的技术，通过增加高频响应使感兴趣结构的边缘得到增强，突出了轮廓。,通常，灰阶处理影响比照度和空间频率处理影响锐度是结合使用的，低比照度处理和强的空间频率处理相结合应用，能提供较大的层次范围和实现边缘增强。,3动态范围压缩,五、图像存储装置,存储载体：硬盘、字式磁带、光盘、,1、CD-ROM驱动器,2、CD-R驱动器,3、可重写式光盘记录装置,光盘存储装置,第二节 X线数字摄影装置,间接X线数字摄影装置,直接X线数字摄影装置,借助人体组织和器官对X线的吸收差异，通过探测穿透人体后的剩余射线将模拟信息变为光电数字信号，通过计算机处理让人体组织和器官变成可以观察的影像。都是以计算机为根底，将所获取的图像信息数字化，从而使其按人们的要求对图像信息进行后处理。利用它可以给放射学家提供高质量的诊断X线图像。,根本结构：,一、间接X线数字摄影装置,1X线图像接收器：把X线图像转换为可见图像光信号或电信号或直接转换为数字信号。,2数据采集器：把模拟信号转换为数字信号，主要由A/D转换器组成。,3图像处理器：主要包括各种数据查找表，专用运算器等，根据需要进行各种图像处理，如灰阶变换、黑白反转、图像滤波、数字减影等。,4存储器：帧存储器用于记忆假设干幅数字图像，海量存储器用于存档。,5图像监视器：数字图像经D/A转换后形成不同亮度的像素，,按一定的显示矩阵结构在监视器上重现。,6系统控制器：由计算机主机和其它控制电路组成，完成整个系统的指挥和协调。,工作原理,IDR的根本工作原理框图如图11-12所示。IDR由I.I把作为信息载体的X线转换为可见光，再由CCD或真空摄像管转换成模拟视频信号，再经A/D转换后形成数字图像信号。这是最先得到实际使用的IDR设备。,二、直接X线数字摄影装置,DDR指采用一维或二维X线探测器直接把X线转换为模拟电信号进行数字化的方法，不同于先获得模拟图像，再对模拟图像进行数字化的方法。,扫描投影DDR,1点扫描法 优点是散射体积很小，减少了因散射引起的图像质量下降；另一优点是由于光电倍增管的灵敏度高，可以降低X线的剂量。缺点是运动机构比较复杂，扫描时间较长。,2线扇形扫描法 线扫描系统比点扫描系统的速度快，对X线源的利用也充分。,DDR使用的X线探测器：,1气体电离室探测器,2非晶态硒型平板探测器,3非晶态硅型FPD,DDR实例,1多丝正比室扫描投影X线机 它主要由X线管、高压电源、水平狭缝，多丝正比室、机械扫描系统、数据采集、计算机控制及处理系统组成,1多丝正比室：是一种气体探测器，可作看成由许多独立的正比计数管组合而成。其根本结构是在两块平行的大面积金属板之间平行并列许多条金属丝。正比室对电离电荷有放大作用，故具有较高的探测灵敏度。另外每根金属丝上收集的电荷正比于其附近的初始电离电荷，亦即正比于该处的入射辐射线强度。,2工作原理：X线管辐射的锥形X线束经水平狭缝准直后形成平面扇形X线束。X线通过病人射入水平放置的多丝正比室窗口，在被探测器接收后，机械扫描装置使X线管头、水平狭缝及探测器沿垂直方向作均匀的同步平移扫描，到达新位置后再作水平照射投影；如此重复进行，就完成一幅图像的采集。,多丝正比室的每根金属丝,都与一路放大器相连，经,A/D转换器将电压信号数,字化后，输入计算机进行,图像处理。监视器既可显,示存储器内未经处理的图,像,又可显示计算机处理后的图像。,DDR与CR的比较：,DDR的图像清晰度优于CR，主要由像素尺寸决定；CR在读出潜影过程中，激光穿过IP深部时产生散射使图像模糊，降低了图像的分辨力。,DDR的噪声源比CR少，没有二次鼓励过程引入的噪声，因此S/N高。,DDR的拍片速度快于CR，拍片间隔为5秒，直接出片；CR拍片间隔1分钟以上，从摄影到胶片显像需3分钟。,DDR的X线转换效率高；而CR利用潜影成像，信号随时间而衰减，故DQE较低，曝光剂量比DDR高。,DDR探测器寿命长，可用10年，CR的IP可用1年。,DDR有升级为透视的能力，但不能应用于常规X线机；CR不能透视，但能与原有的X线摄影设备匹配工作，取消洗片机。,第三节 数字减影血管造影装置,数字减影血管造影digital subtraction angiography，DSA是20世纪80年代出现的一项医学影像学新技术，是电子计算机与常规X线血管造影相结合的一种新的检查方法。经过二十余年的开展，DSA设备的性能不断改进，功能不断增加，目前的DSA设备已实现数字化、系统化、自动化和网络化 。,减影技术的根本内容是把人体同一部位的两帧影像相减，从而得出他们的差值局部，不含比照剂的影像称为掩模像或蒙片，注入比照剂后得到的影像称为造影像或充盈像。,图1 标准影像 图2 骨骼影像 图3 软组织影像,DSA技术开展很快，现已到达三维立体实时成像，更有利于病变的显示。,a、b、c.颈动脉造影和椎动脉造,影,动静脉畸形d.左锁骨下动脉狭窄e.,肾动脉狭窄，为PTA前f.为PTA后，狭,窄段被扩张。所有照片只有血管影像,而无骨及软组织影像。,一、根本结构,图中,查找表,是一种实时的数字变换功能模块，,输入查找表,可用于作输入图像的对数变换等，,输出查找表,作实时的图像增强变换、图像的显示变换等。,帧存储,器用于存放掩模像、系列造影像和减影像，它和计算机之间的数据交换决定图像后处理的速度。,ALU是实时算术逻辑运算器，它是实时减影的关键部件,，运算速度快，减少与计算机的互访，使处理速度与视频信号刷新速度同步。,影响图像质量的因素：,1、成像方式,2、投照X线的稳定性,3、曝光与图像采集的匹配同步,4、噪声,5、设备性伪影,二、DSA对设备的特殊要求和技术措施,1、X线发生和显像系统,X发生和显像系统包括X线管，高压发生器，影响增强器，电视摄影机，光学系统和监视器等。,2、机械系统,3、图像数据采集和存储系统,4、计算机系统,三、现代DSA设备和新技术,现代DSA设备的性能,1X线发生系统,高压发生器采用智能型，不受电源波动的影响。能以多脉冲方式快速曝光，成像速度最快可到达150帧/秒。,X线管的输出功率最高可达100kW，阳极热容量为300kHU以上，管套热容量高达1900kHU，设有热容量自动监测系统，转速可到达8500转/分，0.3mm和0.6mm双焦点。,曝光条件：脉冲影像方式采用小焦点、增强透视或点片管电流1215mA、脉冲频率最高8Hz、脉宽30ms或50ms，超脉冲影像方式的脉冲频率可达50Hz、脉宽312ms，最大摄影管电流60100mA，最大曝光量300mAs。,缩光器为全自动虹膜型、具有两套半透明的光栅，全部功能可用红外遥控器控制。,2图像显示系统,采用可变视野金属-陶瓷结构的影