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医学影像设备学第四章数字X线设备学习目标一、掌握X线计算机摄影的基本结构及成像原理。二、掌握数字摄影装置的基本结构和成像原理。三、孰悉数字减影血管造影像装置的基本结构和对设备的特殊要求。目录一、概述二、计算机X线摄影装置三、数字X线摄影装置第一节概述第一节概述数字X线成像设备是指X线透射图像数字化并进行图像处理再变成模拟图像显示的一种设备。数字X线成像与传统增感屏、胶片成像的比较1.对比度分辨率高2.动态范围广、曝光容度宽3.辐射剂量小4.图像后处理功能强5.可利用大容量存储器存储数字图像，并可方便接入PACS系统实现图像的存储、传输和诊断。6.数字X线设备的空间分辨力（约为20~40LP/cm）不如屏-胶组合（理论值为50~70LP/cm）的高。第一节概述第二节计算机X线摄影设备第二节计算机X线摄影设备一、基本组成CR主要由信息采集、信息转换、信息处理、信息存储和记录等部份组成第二节计算机X线摄影设备信息采集:IP代替胶片,以潜影的形式记忆X线图像信息转换:由影像读取装置实现,将潜影变为数字图像信号信息处理:由计算机完成,对数字图像进行各种相关后处理信息存储和记录:利用存储媒介如光盘等激光相机打印CT扫描机主要由硬件结构和软件结构两大部分组成第二节计算机X线摄影设备二、CR工作原理：用存储屏记录X线影像，通过激光扫描使存储信号转换成光信号，此光信号经过光电倍增管转换成电信号，再经过A/D转换后输入计算机处理，形成高质量的数字图像。第二节计算机X线摄影设备第二节计算机X线摄影设备三、影像板（一）影像板结构表面保护层光激励发光荧光层（PSL)基板背面保护层第二节计算机X线摄影设备表面保护层：聚酯树脂类纤维制成，能弯曲、耐磨损、透光性好。保护荧光层不受外界温度、湿度和辐射的影响。涂布兰色滤光层，提高清晰度第二节计算机X线摄影设备荧光成像层：用多聚体溶液把微量的二价铕的氟卤化钡晶体相互均匀结合涂布而成。它把第一次照射光的信号记录下来，当再次受到光刺激时，会释放存储的信号．（掺入二价铕Eu2+的氟囟化钡BaFXEu2+X=Cl、Br、I）第二节计算机X线摄影设备基板：聚酯树脂类纤维制成。保护荧光物质层免受外力损伤。颜色：黒色第二节计算机X线摄影设备背面保护层：材料与表面层相同，避免IP在使用过程中的摩擦。第二节计算机X线摄影设备（二）影像板工作原理射入IP板的X线光子被IP荧光层内辉尽性荧光体（PSL）吸收，释放出电子，其中部分电子散布在荧光体内呈半稳定态，形成潜影，完成X线信息的采集和存储。激光扫描IP板，发生光激发辉尽现象（光致发光现象），发出的荧光强度与第一次激发时X线的能量成正比，完成光学影像的读出。第二节计算机X线摄影设备（三）特性1.发射光谱与激发光谱由IP受激发而释放出的光子波长与光强的关系称为发射光谱。最强波长为390～400nm。PSL强度与读取光波波长的关系曲线称为激发光谱。最强在600nm左右。2.时间响应当停止用激光照射荧光物时，PSL强度按其衰减规律逐渐终止。IP的PSL强度衰减速度很快，不会发生采集和读出信息的重叠。3.动态范围直线性特大宽容度1:10000可以精确地检测到每一种组织间极小X线吸收差异第二节计算机X线摄影设备4.存储信息的消退X线激发IP后，潜影存储于荧光体中，在读取前一部分电子随时间延长将逃逸从而使第二次激发时的荧光强度减少，称为存储信息的消退。IP消退很微弱，8h减少25%。受时间、温度影响。第二节计算机X线摄影设备5.天然辐射的影响来自建筑物上固定装置、天然放射性元素、宇宙射线、IP板上微量放射性元素。IP不仅对X线敏感，对其他电磁波也敏感，如紫外线、γ射线、α射线β射线及电子线等。长期存放会产生小黑斑。使用前必须激光擦除。第二节计算机X线摄影设备（四）使用注意事项1.选用较大得IP来记录X线影像，大大减少胶片尺寸的选择次数。2.IP再次使用时，最好重作一次光照射，以消除潜影。3.由于IP的荧光物质对X线得敏感度高，要求很好的屏蔽。第二节计算机X线摄影设备第二节计算机X线摄影设备四、读取装置（一）结构1.暗盒型读取装置：将IP置入常规X线摄影暗盒类似的盒内，它可替代常规摄影暗盒在任何X线机上使用。2.无暗盒型读取装置：IP在X线曝光后直接被传送到激光扫描和潜影消除处理，供重复使用。第二节计算机X线摄影设备（二）读取装置原理：第二节计算机X线摄影设备读出原理：（1）用一束微弱的激光粗扫IP，并立即算出读出图像的直方图（２）自动调整光电倍增管的灵敏度及放大器的增益，再用高强度激光精细地读出潜影，并实现数字化，经过各种图像处理，获得最佳的适合于诊断的数字X线图像。第二节计算机X线摄影设备（三）影响图像质量好坏的因素1.激光束的直径：越小越好2.光电及传动系统的噪声3.数字化的影响取样频率低－“马赛克”伪影量化级数少－“等高线”伪影一般数字化取样间隔为０.1～0.2mm像素的灰度级为8bit时，就可获得较满意的数字图像五、计算机图象处理１.图象处理环节图像读出过程的处理：图像读出灵敏自动设定，图度自动获得最佳密度和对比度图像。图像显示图像过程的处理：显示图像的特殊处理，以获得较高诊断价值的图像，也称后处理。图像存储和记录过程的处理：在不影响图像质量的基础上压缩图像，并可进行保存和传输。还可用激光相机打印出图像。第二节计算机X线摄影设备2.图象读出灵敏度自动设定为在不同X线剂量下，获得相同图像质量，采用灵敏度自定设定功能。预读程序流程：第二节计算机X线摄影设备3.图像后处理灰阶处理空间频率处理动态范围压缩减影处理叠加处理图像处理：调节亮度、对比度、窗宽、窗位、放大反转、旋转、距离面积测量文字注释修改病人资料等第二节计算机X线摄影设备图像读出灵敏度自动设定大曝光剂量例1和小曝光剂量例2第二节计算机X线摄影设备六、存储与记录装置硬盘光盘七、评价标准（参考教材）八、使用注意事项和保养（参考教材）Sun第二节计算机X线摄影设备第三节数字X线摄影设备第三节数字X线摄影设备一、构成二、分类三、工作原理四、CR与DR的比较第三节数字X线摄影设备一、构成DR由X线发生器、X线探测器、图像处理器、图像显示器等组成1.X线发生器：采用中、高频逆变发生器。2.X线探测器：是将X线信息转换成电信号的器件3.图像处理器：其功能包括各种图像处理，如灰阶变换、黑白反转、图像滤波降噪、放大等。4.图像显示器：用于摄影图像的重现阅读第三节数字X线摄影设备二、分类1.非晶硒平板探测器型2.非晶硅平板探测器型3.多丝正比室扫描型4.CCD摄像机型第三节数字X线摄影设备三、工作原理1.非晶硒平板探测器（1）结构：基板、集电矩阵、硒层、电介层、顶层电极、保护层等组成第三节数字X线摄影设备（2）工作原理入射X线光子在硒层中的产生电子-空穴对，在顶层电极和集电矩阵间外加高电压电场的作用下，电子和空穴向反方向移动，形成信号电流，被相应单元的接受电极所收集，形成信号电荷，每个像素都有一个场效应管，起开关作用，在读取控制信号的作用下，依次读出并经放大后被同步转换成数字图像信号第三节数字X线摄影设备2.非晶态硅平板探测器（1）结构：由基板、非晶硅阵列、碘化铯层等构成TFTX-rayCsI第三节数字X线摄影设备（2）工作原理非晶硅FPD受X射线照射后，将X线图像转换为荧光图像，再经非晶硅光电二极管构成的矩阵转换成图像电信号，在计算机读出电路的控制下，依次读出，再经A/D转换后，获得数字图像信号。闪烁体GOS非晶体硅传感器外罩闪烁体：GOS传感器:非晶体硅成像范围：14″x17″像素：2,208x2,688pixel象素尺寸：160μm分辨率：3.1lp/mm灰阶度：A/D:14bits大面积金属绝缘体半导体传感器操作环境：5~35°C30％~75%RH第三节数字X线摄影设备第三节数字X线摄影设备3.多丝正比室扫描型DR（1）结构：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、图像处理系统等组成。（2）工作原理锥形X线束经水平狭缝准直后形成平面扇形X线束。通过病人被检部位后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。第三节数字X线摄影设备第三节数字X线摄影设备4.CCD摄像机型DR（1）结构：主要由荧光板、反光板、CCD摄像机、计算机控制及处理系统等组成。第三节数字X线摄影设备（2）工作原理X线透过人体被检部位后，经滤线栅滤除散射线到达荧光板，将X线图像转换成荧光图像，荧光经透镜反射后，通过镜头聚焦将可见光投射到CCD芯片上，CCD芯片再将可见光转换为电信号，最终获得数字化图像。第三节数字X线摄影设备CCD摄像机型DR四、DR与CR的比较详见下页。第三节数字X线摄影设备DRCR成像过程X线→人体→图像采集板→数字化图像→图像处理→显示、打印X线→人体→IP板→阅读器→图像采集、诊断、质量控制工作站→显示、打印转换过程直接数字化间接数字化空间分辨率4.6lp/mm2.0lp/mm像素尺寸140μm127μm工作效率大大提高，成像时间约5s，超过30人次/小时同普通X线摄影，而且增加了繁琐的人工处理过程图像灰阶等级12～16bit10～12bit信噪比1LP/mm时DQE55%，提供优异的成像质量1LP/mm时DQE13%不及400速胶片质量曝光剂量同样质量图像约为CR的2/3与400速增感屏感绿片组合剂量相当缺点1.技术工艺水平高，因而价格昂贵2.图像采集板成品率较低，因而采集板尺寸受限1.IP板间接转换时因荧光散线导致分辨率降低2.工作过程类似暗盒摄影方式，无法提高工作效率，解放劳动力3.IP板属消耗品，无形中增加了摄影成本第四节数字减影血管造影设备目录一、基本结构二、影响图像质量的因素三、对X线机的要求四、X线管及探测器支撑装置五、导管床六、高压注射器七、数字系统八、DSA系统的特殊功能九、图像质量参数及检测十、日常维护与保养第四节数字减影血管造影设备一、基本结构不含对比剂的影像称为掩模像（maskimage）或蒙片，注入对比剂后得到的影像称为造影像或充盈像。造影像减去掩模像得到减影像。减影后的图像信号与对比剂的厚度成正比，与背景无关。在减影像中，骨骼和软组织等背景影像被消除，只留下含有对比剂的血管影像。第四节数字减影血管造影设备A/D输入查找表ALU帧存储器计算机输出查找表D/A第四节数字减影血管造影设备数字图像硬件框图监视器二、影响图像质量的因素1．成像方式（1）脉冲方式：采用间歇X线脉冲来形成掩模像和造影像，每秒摄取数帧影像，脉冲持续时间一般大于视频信号一帧的时间。由于曝光X线脉冲的脉宽较大（例如100ms左右）它主要用于脑血管、颈动脉、肝动脉、四肢动脉等活动较缓慢的部位。第四节数字减影血管造影设备（2）超脉冲方式以每秒6~30帧的速率进行X线脉冲摄像，然后逐帧高速反复减影，具有频率高、脉宽窄的特点，能以实时视频的速度连续观察X线数字影像或减影像，具有较高的动态清晰度。这种方式能适应肺动脉、冠动脉、心脏等快速活动的脏器，影像的运动模糊小。第四节数字减影血管造影设备（3）连续方式所用X线可以是连续的，也可以是脉冲的，得到与摄像机同步的、频率为每秒25帧的连续影像。因采像频率高，能显示快速运动的部位，如心脏、大血管，时间分辨力高。平板探测器无同步方面的限制，但有平板刷新频率方面的限制。第四节数字减影血管造影设备2．摄影X线的稳定性由于普遍采用脉冲影像方式，必须保证前后各帧影像所接受的X线剂量恒定，要求X线机的高压稳定、应用高频高压发生器，增加附件滤过，优化x线能谱。3．X线探测器对于应用I.I采集图像的设备，X线曝光脉冲应与摄像机场同步保持一致。第四节数字减影血管造影设备4．噪声成像链的各个环节均会产生噪声。5