華中科技大學醫(yī)學影像學(11)

1、同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 華中科技大學華中科技大學同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 黃文華黃文華同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 Computed Radiography 是計算機技術(shù)與傳統(tǒng)X線攝影相結(jié)合的產(chǎn)物，它集中了圖像采集、顯示、存儲和傳遞等多重功能，并把它們分割開來，分別進行處理 ，充分發(fā)揮了各自的功能。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院現(xiàn)代CR系統(tǒng)是在二十世紀70年代開展起來的，1981年首臺商品化CR系統(tǒng)(富士公司FCR)正式推出。近5年CR技術(shù)又有的突破，一些新型的CR設備相繼問世。CR利用IP取代傳統(tǒng)的屏/片系統(tǒng)，進行病人影象的高敏感性記錄。它是在光激勵熒光體中記錄被照體的X線影象，并使其影象信息以電信號方式提取出來。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院

2、 CR的稱謂 CR自身也有許多不同的稱謂，如 存儲熒光體數(shù)字X線攝影（digital radiography with storage phosphors） 數(shù)字發(fā)光X線攝影（digital luminescene radiography） 光激勵發(fā)光X線攝影（photostimulable luminescence （PSL）radiography） 不管使用何種名稱，它們都指的是一種采集和記錄X線的投射影像的技術(shù)，此技術(shù)采用含有特殊存儲熒光體材料的可重復使用的探測器。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 概念 CR即計算機X線攝影（computed radiography， CR），是使用可記錄并可由激光讀出

3、影像信息的成像板（IP）作為載體，經(jīng)X暴光及信息讀出處理，形成數(shù)字化X影像。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院彩色彩色 “觸摸屏觸摸屏”無需鼠標無需鼠標 & & 鍵盤鍵盤!條形碼掃描儀 IP板板入口同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院自動單槽裝置自動單槽裝置IP板板u抓取抓取IP板板u定位定位IP板板u打開打開IP板板u取出取出IP板板u掃描掃描IP板板u擦除擦除IP板板u重新插入重新插入IP板板u退出退出IP板板注：IP板在運動過程中不接觸任何機械裝置優(yōu)質(zhì)診斷影像高可靠性同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 a、實現(xiàn)了傳統(tǒng)X線攝影的數(shù)字化； b、提高了圖像的密度分辨力和顯示能力； c、能實施圖像后處理，增加了顯示信息的功能； d、不

4、以膠片的形式存儲圖像，以數(shù)字形式用磁 盤或光盤存儲，還能把信息傳輸給PACS ; e、 能與傳統(tǒng)的X線機兼容 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 CR影像的優(yōu)勢 靈敏度相對較高; 具有高的線性度; 所謂線性就是指影像系統(tǒng)在整個光譜范圍內(nèi)得到是信號與真實影像的光強度是否呈現(xiàn)性關系,即得到的影像與真實影像是否能夠很好吻合。人眼對光的感應為對數(shù)關系，對細微的細節(jié)改變不能覺察，但在臨床研究中往往需要做一些定量的測量，良好的線性度至關重要。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 CR影像的優(yōu)勢 動態(tài)范圍大 即系統(tǒng)能夠同時檢測帶極強和極弱的信號。 它的另一顯著特點是能把一定強度的影像信 號分得更細，使影像顯 示出更豐富的層次 識別性能優(yōu)勢 CR

5、系統(tǒng)裝有暴光數(shù)據(jù)識別技術(shù)和直方圖 分析，能更加準確地掃描出影像信息， 顯示最理想化高質(zhì)量圖象。 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院CR影像的優(yōu)勢 CR系統(tǒng)暴光寬容度較大 常規(guī)屏一片組合因暴光寬容度較小，圖 像質(zhì)量很大程度上決定于攝影條件。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 不足 CR系統(tǒng)當前的不足是時間分辨力較差，不能滿足動態(tài)器官和結(jié)構(gòu)的顯示； 此外，在細微結(jié)構(gòu)的顯示上，與常規(guī)X線查的屏-片系統(tǒng)比較，CR系統(tǒng)的空間分辨力差。 在相同影像質(zhì)量下，照射劑量與屏-片系統(tǒng)持平或略高。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 CR系統(tǒng)的構(gòu)成 CR系統(tǒng)使用IP作為探測器,利用現(xiàn)有的X線設備進行X線信息的采集來實現(xiàn)圖象的獲取。 他主要由X線機 影像板、影像閱讀器、影

6、像處理工作站、顯示器、影像存儲系統(tǒng)組成。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 IP是CR成像系統(tǒng)的關鍵元件，是作為記錄用的載體，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的暗盒（片-屏）。其特點是可以重復作用。但不具備影像顯示功能。 IP的結(jié)構(gòu)由表面保護層、光激勵熒光物質(zhì)層、基板層和背面保護層組成。 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院表面保護層： 是用一層非常薄的聚酯樹脂類纖維制成的，一般要求能彎曲和耐磨損，透光率要好。它的作用是保護熒光層不受外界溫度、濕度和輻射的影響。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院光激勵熒光物質(zhì)層 ： 光激勵熒光物質(zhì)層也稱成像層，是用多聚體溶液把含有微量二價銪的氟鹵化鋇晶體（BaFX：Eu2+，X=C1、Br、I） 相互均勻結(jié)合在一起。常用的有氟鹵化鋇銪。

7、 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 基板： 作為光激勵發(fā)光體層的支持體。為了防止激光在熒光物質(zhì)層和基板之間發(fā)生界面反射，以提高清晰度，所以將基板做成黑色。基板的作用是保護熒光物質(zhì)層免受外力損傷，延長IP板的使用壽命。 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 背面保護層： 此層的材料與表面保護層相同。主要作用是避免IP在使用過程中的摩擦 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 IP X線線 （第一次激發(fā)）（第一次激發(fā)） BaFX :Eu 2+ Eu 3+ 形成潛影（形成潛影（AI） 激光激光 （第二次（第二次激發(fā)）激發(fā)）Eu3+ 強光照射強光照射 Eu2+ 讀出（讀出（DI） 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 IP的規(guī)格尺寸與常規(guī)膠片一致。 根據(jù)攝影技術(shù)的不同，可分多型

8、。 新的成像板改善了敏感度，清晰度和堅韌性，同時與舊的成像板兼容。在正常條件下，成像板的使用壽命為10000次。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 閱讀器 掃描儀，釋放熒光屏中的潛影并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖象的讀取裝置。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 閱讀器 影像閱讀器的功能是閱讀IP、產(chǎn)生數(shù)字影像、進行影像簡單處理，并向影像處理工作站或激光打印機等終端設備輸出影像數(shù)據(jù)的裝置。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 影像處理工作站 它具有影像處理軟件，可提供不同解剖部位的多種預設影像處理模式 ,實現(xiàn)影像最優(yōu)化處理和顯示并進行影像數(shù)據(jù)的處理與傳輸。 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 顯示器 顯示處理過的影像。 儲存裝置 儲存數(shù)據(jù)，有磁盤陣裂，磁帶陣裂等等。 同濟醫(yī)院同濟

9、醫(yī)院同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 計算機攝影（conpued radiography，CR） 工作原理同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 IP經(jīng)X線曝光（第一次激發(fā)）后，記錄了病人某一部位的信號，形成的潛影，此潛影是模擬影像。將IP送入影像閱讀處理器，經(jīng)激光掃描器掃描（第二次激發(fā)）讀出影像，至此，已將模擬影像轉(zhuǎn)化成了數(shù)字影像。數(shù)字影像可輸出給激光打印機或其它終端進行顯示或存儲。第二次激發(fā)過的IP用強光照射，使IP上的潛影消失供下次使用。CR的工作原理實際上是IP經(jīng)兩次激發(fā)后抹消潛影再使用的過程。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院影像板從影像板從X X光機上獲得潛影光機上獲得潛影, ,在在CRCR系統(tǒng)中由激光掃系統(tǒng)中由激光掃描

10、存儲熒光屏上的潛影信息描存儲熒光屏上的潛影信息存儲在熒光屏上的能量被釋放，發(fā)出可見光存儲在熒光屏上的能量被釋放，發(fā)出可見光發(fā)出的可見光被收集并轉(zhuǎn)換成電信號發(fā)出的可見光被收集并轉(zhuǎn)換成電信號電信號經(jīng)電信號經(jīng) A/D A/D 轉(zhuǎn)換，獲得初始影像轉(zhuǎn)換，獲得初始影像熒光屏經(jīng)強光擦除后可重復使用熒光屏經(jīng)強光擦除后可重復使用同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 CR系統(tǒng)的工作流程 信息采集 CR系統(tǒng)實現(xiàn)了用影像板來接受X線下的模似信息，然后經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)影像的數(shù)字化，從而使傳統(tǒng)的X線影像能夠進入儲存系統(tǒng)進行處理和傳輸。 信息轉(zhuǎn)換 由激光閱讀儀、光電倍增管和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器組成。 信息處理 處理影像信息達到最優(yōu)化。同濟醫(yī)院同濟

11、醫(yī)院 CR系統(tǒng)的工作流程 信息的儲存與輸出 影像信息一般儲存在光盤中，隨刻錄隨讀取。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 CR影像的讀取 激光掃描 由HeNe或二極管發(fā)出的激光束，經(jīng)由幾個光學組件后對熒光板進行掃描。 讀出過程結(jié)束后，殘存的潛影信號保留在熒光屏中。在投入下一次重復使用之前，需要用高強度的光源對屏進行擦除。 激光束橫越熒光體板的速度的調(diào)整，要根據(jù)激勵后發(fā)光信號的衰減時間常數(shù)來確定（BaFBr： Eu2+約為0.8ms），這是一個限制讀出時間的主要因素。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院CR影像的讀取激光掃描 掃描方向、激光掃描方向、或者快速掃描方向都是指沿激光束偏轉(zhuǎn)路徑的方向; 慢掃描、屏掃描、或者副掃描方向是指成像

12、板傳送方向。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院CR影像的讀取 光激勵發(fā)光信號的探測和轉(zhuǎn)換 PSL從熒光屏的各個方向發(fā)射出來,光學采集系統(tǒng) 捕獲部分發(fā)射的可見光,并將其引入一個或多個光電倍 增管 的光電陰極。 從光電陰極發(fā)出的光電子經(jīng)過一系列PMT倍增電極的加速和放大。 探測器感度的改變可通過調(diào)整倍增電極的電壓來實現(xiàn)。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 CR影像的讀取 數(shù)字化 數(shù)字化是將模擬信號轉(zhuǎn)化成離散數(shù)字值的一個兩步過程，信號必須被采樣和量化。采樣確定了CR探測器上特定區(qū)域中PSL信號的位置和尺寸，量化則決定了在采樣區(qū)域內(nèi)信號幅度的平均值。PMT的輸出在特定的時間頻率和激光掃描速率下測量，然后根據(jù)信號的幅度和數(shù)值的總量，將其量

13、化為離散整數(shù)。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 第一象限：此象限表達了IP所獨有的特性，即X線入射劑量與成像板光激勵發(fā)光強度的關系。二者的關系大于1：104范圍的線性關系。此線性關系是因為CR系統(tǒng)有高敏感度和寬的動態(tài)范圍。 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 第二象限：表達的是輸入到影像閱讀處理器的信號和從影像閱讀處理器輸出的信號之間的關系。顯示的是暴光數(shù)據(jù)識別器的功能。第二象限決定了影像的閱讀條件。 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 第三象限：是影像的增強處理功能，尤其是層次和空間頻率處理。 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 第四象限：此象限是把饋入給影像閱讀處理器的影像信息重新轉(zhuǎn)換為光學信號以獲得X線照片。還表達了CR系統(tǒng)輸出照片的特性曲線，CR系統(tǒng)的特

14、性曲線按照X線劑量和影像范圍進行改變，從而形成恒定密度和對比度的影像 。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 信息轉(zhuǎn)換和圖像處理是影像閱讀處理器的主要任務。左圖是CR系統(tǒng)形成像影過程的原理運行圖，其中，第二、三象限在影像閱讀處理器內(nèi)完成。在第二象限中，影像閱讀處理器把經(jīng)第一次激發(fā)后IP上儲存的在空間上連續(xù)的模擬信息，以固有的敏感度和影像范圍自動設置條件。以最優(yōu)化的數(shù)字影像信息傳遞到第三象限。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 閱讀條件表達為直線A，它具有較高的X線劑量和較窄的影像范圍，直線B具有較低的X線劑量和較寬的影像范圍。這樣經(jīng)兩次閱讀后以最優(yōu)化的數(shù)字影像信息傳遞到第三象限。限。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院C R C R 的成像過程的成像

15、過程X線照相對影像板曝光用激光掃描影像板探測被激發(fā)的光擦除影像板重復使用影像板同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院（形成潛影）（形成潛影）I. 曝光曝光熒光板成像過程熒光板成像過程X線線熒光層熒光層基底層基底層立刻發(fā)光立刻發(fā)光同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院影像板激光束激光掃描激光掃描在影像板垂直移動時在影像板垂直移動時激光束掃過影像板激光束掃過影像板同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院II. 讀取讀?。ㄡ尫艥撚埃ㄡ尫艥撚埃ㄡ尫艥撚埃ㄡ尫艥撚埃┯跋癜宄上襁^程影像板成像過程被激活而發(fā)光被激活而發(fā)光激活激光激活激光同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院III. 擦除擦除( (去除殘留潛影去除殘留潛影去除殘留潛影去除殘留潛影) )影像板成像過程影像板成像過程同濟醫(yī)院同濟

16、醫(yī)院 CR圖象識別技術(shù) 從暴光后的IP上采集的影像數(shù)據(jù)，通過分割暴光模式識別、暴光野識別和直方圖分析，最后來確定影像的最佳閱讀條件，此機制就稱為暴光數(shù)據(jù)識別（EDR）。也就是說，最佳閱讀條件的決定還有賴于分割暴光模式識別、暴光野識別和直方圖分析。（X線影像密度的直方圖根據(jù)攝影部位和攝影技術(shù)所不同，分別具有不同特色的狀態(tài)）。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院CR圖像識別技術(shù) 分割暴光模式識別 IP在X線攝影中，經(jīng)常以采集單副圖像的形式來使用，但有時也分割進行攝影，各個部分都有各自的影像采集菜單。 如果對分割圖像而未加分割識別，那么綜合的直方圖不可能具有適合的狀態(tài)，從而也不能得到理想的閱讀條件。因此，直方圖分析必須

17、根據(jù)各個分割區(qū)域的暴光情況獨立進行，以獲得圖像的最佳密度和對比度。 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 CR圖像識別技術(shù) 暴光野識別 帶有準直暴光野的影像采集，影像數(shù)據(jù)的直方圖分析都能夠準確的執(zhí)行，且這個區(qū)域能自動識別。 直方圖分析 直方圖分析是利用暴光野區(qū)域內(nèi)的影像數(shù)據(jù)來產(chǎn)生一個直方圖。然后利用各個直方圖分析參數(shù)對每一幅圖像的采集菜單進行調(diào)整，以便決定閱讀條件，使閱讀的影像信號總是在數(shù)字值的標準范圍內(nèi)，最終能獲得最佳的密度和對比度。 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院“ “慢慢慢慢” ”掃描掃描掃描掃描 “快”掃描電動鏡電動鏡電動鏡電動鏡 探測器探測器探測器探測器 ( (PMT)PMT)掃描掃描掃描掃描透鏡透鏡透鏡透鏡濾光鏡濾

18、光鏡濾光鏡濾光鏡激光激光激光激光光線光線光線光線采集器采集器采集器采集器影像板影像板影像板影像板模擬模擬模擬模擬電路電路電路電路時鐘時鐘時鐘時鐘/ /同步同步同步同步中央控制中央控制中央控制中央控制 計算機計算機計算機計算機影像緩沖影像緩沖影像緩沖影像緩沖模擬模擬模擬模擬- -數(shù)字轉(zhuǎn)換數(shù)字轉(zhuǎn)換數(shù)字轉(zhuǎn)換數(shù)字轉(zhuǎn)換C R C R 原理概況原理概況影像板傳送影像板傳送影像板傳送影像板傳送同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 CR影像處理方法 諧調(diào)（層次）處理（gradation processing） 主要用來改變影像的對比度。調(diào)節(jié)影像密度和光學密度及黑白翻轉(zhuǎn)效果。 以諧調(diào)曲線類型（GT）為基礎，以旋轉(zhuǎn)中心（GC），旋轉(zhuǎn)

19、量（GA）和移動量（GS）作為調(diào)節(jié)參數(shù)。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 諧調(diào)（層次）處理（gradation processing） GA：主要用來改變圖象的對比度。 GC：表示GA范圍旋轉(zhuǎn)點的密度值，CR系統(tǒng)中 設定為0.32.6。選擇GC的目的是使感興 趣區(qū)能清晰顯示。 GS：亦稱灰度曲線平移，用于改變整幅圖的密 度值。 GT：諧調(diào)曲線類型是一組非線性的轉(zhuǎn)換曲線， 以提供不同部位的組織顯示；同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院CR影像處理方法 空間頻率處理（spatial frequency processing） 指系統(tǒng)對空間頻率響應的調(diào)節(jié)，來影響影像的 銳度，可通過空間頻率的處理調(diào)節(jié)響應，提高 影像中高對比成分的響應而

20、增加局部的對比度同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院CR影像處理方法 空間頻率處理（ spatial frequency processing） 決定頻率處理條件的頻率響應方式三個參數(shù)控制： 頻率等級（RN）：即對空間頻率范圍分級。 頻率類型（RT）：用于調(diào)整增強系數(shù)，以控 制每一種組織密度的增強 程度。 增強程度（RE）：用以控制頻率增強程度。 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 CR影像處理方法 動態(tài)范圍壓縮處理 在諧調(diào)處理與空間頻率處理之前階段自動進行的，它是采用新型影像處理算法，在胸部及四肢成像中顯示出特殊價值。同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 CR影像處理方法 減影處理 CR系統(tǒng)可完成血管造影與非造影影像的減 影職能，可采用時間減影和能量減影方法 同濟醫(yī)院同濟醫(yī)院 CR影像處理方法時間減影