數(shù)字X線成像設(shè)備PPT課件

1、一、CR的結(jié)構(gòu)1、CR的定義 Computed Radiography，即“計(jì)算機(jī)化X線放射影像系統(tǒng)”或簡(jiǎn)稱“計(jì)算機(jī)放射影像系統(tǒng)” 將攜帶診斷信息的X線影像記錄在影像板（image plate，IP）上，經(jīng)讀取裝置讀取，通過計(jì)算機(jī)處理，獲得數(shù)字化圖像第1頁(yè)/共45頁(yè)2、CR系統(tǒng)的組成u X線機(jī)：與讀取裝置類型相對(duì)應(yīng)u 影像板（IP）：影像記錄載體u 讀取裝置：暗盒型、無(wú)暗盒型u 監(jiān)視器u 儲(chǔ)存裝置：影像儲(chǔ)存與記錄第2頁(yè)/共45頁(yè)二、影像板（Image Plate，IP） IP是CR成像的關(guān)鍵器件，是CR影像的記錄載體，取代屏片系統(tǒng)中傳統(tǒng)的暗盒 CR影像不是直接記錄于膠片，而是先記錄在IP上（先

2、記后讀）IP可重復(fù)使用，但不具備影像顯示功能第3頁(yè)/共45頁(yè)1、IP的結(jié)構(gòu) A、表面保護(hù)層：防止熒光層受到損傷。要求透光且薄，常用聚脂樹脂類纖維 B、熒光物質(zhì)層：把第一次照射光的信號(hào)記錄下來(lái)，當(dāng)再次受到光刺激時(shí)，會(huì)釋放存儲(chǔ)的信號(hào) C、基板：保護(hù)熒光層免受外力的損傷 D、背面保護(hù)層：同表面保護(hù)層第4頁(yè)/共45頁(yè)IP的種類暗盒型IP 將IP置于類似常規(guī)X線攝影暗盒的密封盒內(nèi)，可代替常規(guī)攝影暗盒在任何X線機(jī)上曝光成像無(wú)暗盒型IP IP無(wú)外封裝，置于專門的讀取裝置內(nèi)，不能在傳統(tǒng)X線機(jī)上曝光成像第5頁(yè)/共45頁(yè)2、IP成像原理v 入射X光子被熒光層內(nèi)的輝盡性熒光體吸收，釋放出電子，其中部分電子散布在熒光

3、體內(nèi)呈半穩(wěn)定態(tài)，形成潛影，完成X線影像信息的采集和存儲(chǔ)v 潛影電荷入射光子能量v 當(dāng)用激光掃描已有潛影的IP時(shí)，IP表現(xiàn)出PSL光激發(fā)輝盡發(fā)光現(xiàn)象（光致發(fā)光），完成X線影像信息的讀取v PSL熒光強(qiáng)度潛影電荷第6頁(yè)/共45頁(yè)3、PSL發(fā)光（1）PSL發(fā)光原理某些物質(zhì)在第一次受到照射時(shí)，能將一次激發(fā)光攜帶的信息貯存下來(lái)，當(dāng)再次受到照射時(shí)，能發(fā)出與一次激發(fā)光攜帶信息相關(guān)的熒光。這就是光激勵(lì)發(fā)光（photostimulated luminescence，PSL，光致發(fā)光），這種物質(zhì)就稱為PSL物質(zhì)PSL發(fā)光強(qiáng)度一次激發(fā)光強(qiáng)度（X線光子）摻雜2價(jià)銪離子的氟鹵化鋇晶體，PSL發(fā)光最強(qiáng)，選作IP熒光材料。

4、（發(fā)光原理不詳）一次激發(fā)光（X線光子）二次激發(fā)光（讀取激光）潛影第7頁(yè)/共45頁(yè)（2）PSL光譜特性v一次激發(fā)光稱為PSL物質(zhì)的發(fā)射光譜，在CR中即為X線光子v二次激發(fā)光稱為PSL物質(zhì)的激發(fā)光譜，在CR中即為用以激發(fā)PSL發(fā)光的激光，又稱為激起光v一次激發(fā)光初次照射PSL物質(zhì)氟鹵化鋇時(shí)，其吸收光譜在37keV處有一銳利、鋸齒形的不連續(xù)吸收，這是由于鋇原子K緣所致，但此鋇原子的K緣吸收不會(huì)影響PSL熒光第8頁(yè)/共45頁(yè)vPSL熒光強(qiáng)度一次激發(fā)光照射量，PSL熒光中最大強(qiáng)度值稱為最大發(fā)射波長(zhǎng)em（此波長(zhǎng)熒光，強(qiáng)度最大），波長(zhǎng)約為390400nmv二次激發(fā)光中的最大激發(fā)波長(zhǎng)ex（此波長(zhǎng)激發(fā)出的PSL

5、熒光，強(qiáng)度最大）約為600nmvem（攜帶X線影像信息）與ex距離較遠(yuǎn)，易于區(qū)分，在讀取信號(hào)時(shí)將形成良好信噪比S/N氟鹵化鋇的發(fā)射光譜與激發(fā)光譜emex第9頁(yè)/共45頁(yè)vX線照射量（一次激發(fā)光）與PSL熒光呈5位數(shù)直線相關(guān)，則IP動(dòng)態(tài)范圍極寬，可精確檢測(cè)每種組織在X線吸收上的極小差異，故CR能通過微小的X線吸收系數(shù)差別，辨識(shí)不同的組織結(jié)構(gòu)vPSL熒光強(qiáng)度二次激發(fā)光功率vCR成像鏈： 一次激發(fā)光（X線光子）潛影PSL熒光（以二次激發(fā)光為讀取PSL熒光的條件）（光電效應(yīng)）電信號(hào)（A/D轉(zhuǎn)換）數(shù)字信號(hào)第10頁(yè)/共45頁(yè)（3）PSL發(fā)光時(shí)間停止對(duì)PSL物質(zhì)的照射后，PSL發(fā)光不會(huì)立即消失，而是逐漸衰減

6、若上一次激起光掃描讀取信號(hào)時(shí)的PSL發(fā)光尚未結(jié)束就開始下一次掃描，那下一次掃描所讀取的信號(hào)就會(huì)受到干擾摻雜2價(jià)銪為發(fā)光中心的氟鹵化鋇的發(fā)光時(shí)間為0.8s，滿足CR系統(tǒng)快速讀取圖像的要求第11頁(yè)/共45頁(yè)（4）PSL物質(zhì)的甄選摻雜2價(jià)銪離子的氟鹵化鋇晶體(BaFX：EuXCl、Br、I） PSL發(fā)射光譜波長(zhǎng)390400nm 激發(fā)光譜（激起光）波長(zhǎng)600nm 發(fā)光時(shí)間0.8s另一種PSL物質(zhì)：含微量元素鉈的鎵溴化物（RbBr：Tl） PSL發(fā)射光譜波長(zhǎng)350nm 激發(fā)光譜（激起光）波長(zhǎng)700nm 發(fā)光時(shí)間0.3s 信噪比更高，讀取時(shí)間更短，體積更小第12頁(yè)/共45頁(yè)4、IP存貯信息的消褪v 貯存在

7、PSL物質(zhì)中的X線影像信息隨存貯時(shí)間（讀取前時(shí)間）的延長(zhǎng)而衰減，稱為消褪（fading）v 消褪不可避免，隨時(shí)間延長(zhǎng)、溫度升高而加重，CR系統(tǒng)對(duì)消褪設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)償v 一般地，要求攝影后8小時(shí)內(nèi)完成信息讀取，以免丟失臨床信息第13頁(yè)/共45頁(yè)5、IP信息的擦除v 二次激發(fā)過的IP需用強(qiáng)光照射，擦除IP上的潛影以供下次使用v IP經(jīng)強(qiáng)光照射擦除潛影，是PSL發(fā)光的逆過程，實(shí)現(xiàn)IP存貯信息的完全擦除。其過程機(jī)理同樣尚不明確v 對(duì)于暗盒式IP，可見光被屏蔽，必須將IP插入到讀取裝置中，引強(qiáng)光擦除v 對(duì)于無(wú)暗盒式IP，在二次激發(fā)后IP會(huì)自動(dòng)傳送至消除點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)光信息擦除第14頁(yè)/共45頁(yè)6、環(huán)境因素對(duì)IP的

8、干擾v IP對(duì)所有電磁波均顯敏感性v 長(zhǎng)期閑置的IP在啟用前必須先用激發(fā)光照射以消除環(huán)境干擾第15頁(yè)/共45頁(yè)7、IP使用注意事項(xiàng)由于在攝影前可改變攝影范圍的大小，在讀取部分可設(shè)置讀取范圍的大小，并能反復(fù)使用一張影像板，所以用一張較大的IP來(lái)記錄X線影像，可以大大減少膠片尺寸的選擇次數(shù)IP再次使用時(shí)，最好重作一次光照射，以消除可能存在的任何潛影由于IP上的熒光物質(zhì)的X線靈敏度高于普通X線膠片，故要求很好地屏蔽。（對(duì)普通光不需屏蔽）IP可重復(fù)使用達(dá)千次第16頁(yè)/共45頁(yè)三、讀取裝置1、暗盒型讀取裝置 用于讀取暗盒型IP的影像信息，配合傳統(tǒng)常規(guī)X線機(jī)使用第17頁(yè)/共45頁(yè)2、無(wú)暗盒讀取裝置 集投照

9、、讀取于一體，需專用機(jī)器，不能與常規(guī)X線攝影設(shè)備匹配。使用無(wú)暗盒型IP。 IP在曝光后直接被送到激光掃描部分讀取、潛影消除部分擦除，以供重復(fù)使用第18頁(yè)/共45頁(yè)3、讀出裝置讀出原理高精度電機(jī)帶動(dòng)IP勻速移動(dòng)激光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)（擺動(dòng)式反光鏡和回旋式多面體反光鏡）的反射，在與IP垂直的方向上，依次對(duì)IP進(jìn)行精確均勻地掃描IP上所釋放的PSL熒光被自動(dòng)跟蹤的集光器收集，經(jīng)光電倍增管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并被進(jìn)一步放大，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字化影像信號(hào)不同尺寸的IP在CR讀出裝置中的讀出時(shí)間是相同的第19頁(yè)/共45頁(yè)CR系統(tǒng)影像讀取原理圖第20頁(yè)/共45頁(yè)4、信息的讀出流程v第一步，以較弱激光超高速掃描，

10、粗略讀取影像信息，獲取成像條件、分割信息、像野尺寸等，并核算出PSL直方圖（自動(dòng)預(yù)讀）v第二步，在獲取上述信息的基礎(chǔ)上，根據(jù)PSL直方圖，自動(dòng)調(diào)節(jié)光電倍增管的敏感性和放大器的增益，再次以超強(qiáng)激光高精度地讀取X線影像信息（精讀）v配合CR系統(tǒng)固有功能，則可對(duì)任意組織以任意劑量獲得穩(wěn)定的最佳影像信息第21頁(yè)/共45頁(yè)四、儲(chǔ)存裝置v 圖像儲(chǔ)存與記錄v 儲(chǔ)存媒體：磁帶、光盤和硬盤v 記錄媒體：多幅照相機(jī)、激光照相機(jī)第22頁(yè)/共45頁(yè)第23頁(yè)/共45頁(yè)1、激光照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)：F激光發(fā)生器：是膠片打印的能量來(lái)源F光調(diào)制器：以計(jì)算機(jī)輸入的數(shù)字圖像信號(hào)調(diào)制激光強(qiáng)度F光學(xué)掃描器：由擺動(dòng)式反光鏡或多面體旋轉(zhuǎn)式反

11、光鏡組成，使激光束掃描膠片F(xiàn)膠片傳輸系統(tǒng)：保證膠片按照與掃描激光束垂直的方向高精度地移動(dòng)F供片庫(kù)和收片庫(kù)第24頁(yè)/共45頁(yè)2、激光照相機(jī)工作原理膠片在傳送系統(tǒng)控制下朝一個(gè)方向高精度移動(dòng)激光束相對(duì)于膠片移動(dòng)方向以二維方式反復(fù)作垂直掃描裝載膠片的打印滾筒和激光束動(dòng)作同步運(yùn)動(dòng)膠片在激光束照射下曝光形成平片圖像第25頁(yè)/共45頁(yè)五、CR的工作流程 1、CR成像原理 X線光子入射IP形成潛影（信號(hào)采集）激起光照射IPPSL發(fā)光（信號(hào)讀?。㏄SL熒光導(dǎo)入光電倍增管（光電轉(zhuǎn)換）A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字信號(hào)（信號(hào)讀出）送至存儲(chǔ)與顯示元件（信號(hào)處理與記錄） 第26頁(yè)/共45頁(yè)2、CR的工作流程 ：X線照射在IP

12、上形成潛影，實(shí)現(xiàn)模擬信息采集。（X線管、IP）：二次激發(fā)光掃描IP獲得PSL熒光，經(jīng)光電倍增管轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，獲得數(shù)字信號(hào)。（IP、讀取裝置、光電倍增管、A/D轉(zhuǎn)換器）：諧調(diào)處理、空間頻率處理、減影處理等。（光盤存貯、膠片記錄）第27頁(yè)/共45頁(yè)（1）灰階處理：與CT窗寬處理類似，在選定的數(shù)字信號(hào)數(shù)值范圍內(nèi)，以黑白灰階再現(xiàn)某一數(shù)字信號(hào)，以達(dá)到針對(duì)某部位的最佳視覺效果。3、CR常用后處理技術(shù) 應(yīng)用中用同一灰階期望顯示所有的影像信息是不合適的，必須針對(duì)不同成像目的選取不同灰階。第28頁(yè)/共45頁(yè)（2）窗位處理： 與CT窗位處理技術(shù)類似，選擇某一數(shù)字信號(hào)數(shù)值做窗寬的中心，突出顯示

13、感興趣的組織。第29頁(yè)/共45頁(yè)（3）減影處理： A、時(shí)間減影 選擇血管造影系列圖象中的若干幀作為原像（造影像）和基像/蒙片（掩模像）行數(shù)字減影處理，可得到CR減影圖象。J 優(yōu)點(diǎn)：視野大，空間分辨力高，動(dòng)態(tài)范圍寬L 缺點(diǎn)：時(shí)間分辨力差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高頻采集和實(shí)時(shí)顯示第30頁(yè)/共45頁(yè)B、能量減影（X線吸收率減影） 用兩個(gè)不同的X線攝影條件攝影，選擇其中任何一幀作為掩模像進(jìn)行減影，則可消除某些組織。例如對(duì)胸部行能量減影處理可消除肋骨影像，以利于觀察低對(duì)比度肺野v 切換X線管電壓，得到兩幅不同能量的數(shù)字X線影像，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行能量減影處理v 在暗盒放置2張影像板（IP），中間隔一層銅過濾板，過濾低能射線

14、。對(duì)同時(shí)獲得的2幅圖像進(jìn)行減影，上一層是低能射線成像，下一層是高能射線成像第31頁(yè)/共45頁(yè)六、影響CR影像質(zhì)量的因素v CR影像的空間分辨力v CR影像的噪聲v CR影像的數(shù)字化過程第32頁(yè)/共45頁(yè)1、CR影像的空間分辨力vCR影像的空間分辨力取決于PSL結(jié)晶體的顆粒度和讀取裝置的電、光學(xué)特性vCR影像的空間分辨力尚不如傳統(tǒng)膠片第33頁(yè)/共45頁(yè)A、PSL結(jié)晶體的顆粒度v PSL結(jié)晶體尺寸越小，發(fā)光效率越高，圖像空間分辨力越高v 目前PSL結(jié)晶體顆粒尺寸已縮小到最初的1/2，體積縮小到最初的1/8第34頁(yè)/共45頁(yè)B、激光束的直徑和頻率v 激光束以點(diǎn)掃描方式完成影像讀取v 激光束點(diǎn)直徑越小

15、，讀取信息量相對(duì)越多，影像質(zhì)量越高v 激發(fā)光譜波長(zhǎng)為600nm時(shí)，PSL發(fā)光激起效果最佳第35頁(yè)/共45頁(yè)2、CR影像的噪聲v X線量子噪聲：IP吸收過程中產(chǎn)生，與IP吸收的X線量子數(shù)（入射X線量）成反比v 光量子噪聲：光電倍增管光電轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生，與光電子數(shù)成反比v 系統(tǒng)固有噪聲： IP結(jié)構(gòu)噪聲、光學(xué)系統(tǒng)噪聲、電子系統(tǒng)噪聲、機(jī)械傳導(dǎo)系統(tǒng)噪聲等，與X射線無(wú)關(guān)，結(jié)構(gòu)噪聲起決定作用，由PSL物質(zhì)顆粒的隨機(jī)分布而定 X線劑量較低時(shí)，CR噪聲決定于量子噪聲；X線劑量較高時(shí)，CR噪聲決定于固有噪聲第36頁(yè)/共45頁(yè)3、數(shù)字化過程對(duì)CR圖像質(zhì)量的影響v 數(shù)字化采樣頻率決定影像空間分辨力v A/D、D/A轉(zhuǎn)換位

16、數(shù)決定影像對(duì)比度分辨力v 數(shù)字化程度應(yīng)與人眼的辨別力和熒光屏的顯示范圍相適應(yīng) J 5像素/mm8bit/像素J 6.7像素/mm7bit/像素第37頁(yè)/共45頁(yè)七、CR的優(yōu)點(diǎn)和不足J 能獲取數(shù)字化圖像：可實(shí)施圖像后處理，易于儲(chǔ)存、檢索和傳輸J X線照射量動(dòng)態(tài)范圍大：可顯示細(xì)微組織差異J X線輻射劑量低：PSL物質(zhì)敏感度高，減少患者受照射量J 臨床應(yīng)用范圍廣：斷層攝影、胃腸道造影、數(shù)字減影等J IP可重復(fù)使用第38頁(yè)/共45頁(yè)L 受散射效應(yīng)的影響，空間分辨力不佳，影像質(zhì)量不如膠片L 時(shí)間分辨力較差，難以顯示動(dòng)態(tài)圖像L 成像過程繁瑣，未改變工作流，工作效率沒有提高L 設(shè)備昂貴，運(yùn)行成本較高第39頁(yè)

17、/共45頁(yè)八、CR的發(fā)展趨勢(shì)1、 IP板方面（1）提高空間分辨力 空間分辨力在4.05.0LP/mm，掃描像素10Pixel/mm， 高質(zhì)量圖像可達(dá)4K，已接近X線膠片的清晰度。（2）提高IP板壽命 有廠家采用剛性板，在讀取該板信息時(shí)不與傳動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)發(fā)生任何磨擦。用柔性板的廠家也在采用各種方法提高其壽命。（3）提高IP板X線轉(zhuǎn)換率 降低獲取圖像的X線劑量，從而減低被檢者的輻射劑量。第40頁(yè)/共45頁(yè)2、讀出裝置方面 采用高速高分辨的激光掃描系統(tǒng)和放大系統(tǒng)，采用高速且性能良好的機(jī)械傳送系統(tǒng)，提高掃描讀出IP板的速度 另外，還必須有高速與性能穩(wěn)定的圖像處理和存儲(chǔ)系統(tǒng)，如IP處理速度提高到110幅/小時(shí)以上（1417英寸IP板） 第41頁(yè)/共45頁(yè)3、軟件方面 各廠家在圖像處理軟件上下了很多功夫，主要在改善圖像質(zhì)量上研發(fā)了許多適用各種部位不同組織的專用軟件 另外，為了適應(yīng)中國(guó)廣泛使用，操作界