第3章 數(shù)字X線成像技術(shù)

第3章數(shù)字X線成像技術(shù)醫(yī)學(xué)技術(shù)與工程學(xué)院1.X線的本質(zhì)X線在本質(zhì)上與無線電波、紅外線、紫外線及γ射線一樣，屬于電磁輻射，具有波動(dòng)性和粒子性。組成一束X線的每個(gè)光子都具有一定的能量，并以光速沿直線傳播，服從光的反射、折射、散射和衍射的一般規(guī)律。在電磁波譜中，X線的波長介于紫外線和γ射線之間，為10～10－2μm，醫(yī)用診斷X線的波長為0.031~0.008μm。X線不為磁場所偏轉(zhuǎn)，是一束中性的光子流。復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容2.X射線的特性X射線特性穿透作用熒光作用電離作用感光作用生物效應(yīng)與成像相關(guān)的特性穿透性：能穿透可見光不能穿透的各種不同密度物體，此為X線成像的基礎(chǔ)（吸收與衰減，穿透與管電壓，厚度與密度）熒光效應(yīng)：能激發(fā)瑩光物質(zhì)發(fā)出可見光，此為X線透視的基礎(chǔ)感光效應(yīng)：能使涂有溴化銀的膠片感光并形成潛影，以顯定影處理產(chǎn)生黑、白圖像。此為X線攝影的基礎(chǔ)電離效應(yīng)：X線通過任何物質(zhì)都可產(chǎn)生電離效應(yīng)，此為X線防護(hù)和放射治療的基礎(chǔ)

X線成像方法成像方法透視成像X線攝影普通透視胃腸鋇劑透視普通攝影濾線器攝影胃腸攝影體層攝影普通透視利用人體不同組織間的密度差異，形成具有天然對比影像的透視成像方法。由于不同組織、或正常組織與病變組織的密度不同，對X線的吸收也不同，透過人體組織不同部位的X線在強(qiáng)度上產(chǎn)生一定的差異，形成X線影像信息。這種已包含影像信息的X線，照射到熒光屏上，轉(zhuǎn)換為有一定天然對比的可見影像。

透視是利用X射線的什么特性進(jìn)行成像的？X線成像基本原理

X線成像相關(guān)特性，組織的密度和厚度的差別X線圖像特點(diǎn)？灰階圖像反映人體組織結(jié)構(gòu)的解剖及病理狀態(tài)重疊、放大、失真數(shù)字X線成像技術(shù)

本章要點(diǎn)一.數(shù)字X線成像的概念與分類二.計(jì)算機(jī)X線攝影系統(tǒng)（CR）

成像板；讀取裝置；計(jì)算機(jī)圖像處理；圖像儲(chǔ)存和記錄裝置。三.數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)（DSA）基本結(jié)構(gòu)和工作原理；成像方式；特殊要求和技術(shù)措施。四.數(shù)字X線攝影系統(tǒng)（DR）

DR的基本結(jié)構(gòu)；直接數(shù)字X攝影一.數(shù)字X線成像技術(shù)的概念與分類1.什么是數(shù)字X線成像技術(shù)？2.數(shù)字X線成像技術(shù)包括哪些類型？3.數(shù)字X線成像有哪些特點(diǎn)？本部分主要討論以下幾個(gè)問題：數(shù)字X線成像技術(shù)概念：把X線透射圖像實(shí)現(xiàn)數(shù)字化并進(jìn)行圖像處理，再變換成模擬圖像（D/A轉(zhuǎn)換）顯示的一種X線成像技術(shù)。

數(shù)字X線成像技術(shù)計(jì)算機(jī)X線攝影（ComputedRadiography，CR）數(shù)字熒光X線攝影（DigitalFluorography，DF）數(shù)字X線攝影（DR）存儲(chǔ)屏激光掃描光電倍增管光信號數(shù)字圖像電信號A/D轉(zhuǎn)換X線圖像增強(qiáng)器X線電視系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換X線模擬信號數(shù)字圖像直接數(shù)字X線攝影：(DDR)間接數(shù)字X線攝影(IDR)掃描儀X線檢測器數(shù)字X線成像技術(shù)分類：根據(jù)X線束形狀錐形掃描成像法：CR、DF、DDR（二維檢測器）扇形掃描成像法：DDR（一維檢測器）數(shù)字X線成像的特點(diǎn)：對比度分辨率高輻射劑量小成像質(zhì)量高便于存儲(chǔ)和傳輸存儲(chǔ)介質(zhì)圖像壓縮PACS遠(yuǎn)程醫(yī)療…

圖像處理技術(shù)動(dòng)態(tài)范圍：普通：102

；數(shù)字：（104～105）這是為什么呢？30%～70％為什么要拍X片呢？

治病

制病√×好！本章要點(diǎn)一.數(shù)字X線成像的概念與分類二.計(jì)算機(jī)X線攝影系統(tǒng)（CR）

成像板；讀取裝置；計(jì)算機(jī)圖像處理；圖像儲(chǔ)存和記錄裝置。三.數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)（DSA）基本結(jié)構(gòu)和工作原理；成像方式；特殊要求和技術(shù)措施。四.數(shù)字X線攝影系統(tǒng)（DR）

DR的基本結(jié)構(gòu)；直接數(shù)字X攝影二.計(jì)算機(jī)X線攝影系統(tǒng)（CR）1.CR的基本組成和工作原理2.成像板3.讀取裝置4.計(jì)算機(jī)圖像處理5.圖像儲(chǔ)存和記錄裝置1.CR的基本組成和工作原理多槽式CR（FCRXG-5000）單槽式CR（FCRXG-1）新一代全能型CR（FCRCAPSULAXL）CR的工作原理用成像板(ImagePlate,IP)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的增感屏/膠片來完成影像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，利用激光掃描技術(shù)讀取存儲(chǔ)于IP上的感光信號，然后借助計(jì)算機(jī)對讀取的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字處理和輸出。該方法不僅實(shí)現(xiàn)了X線攝影的數(shù)字化，而且可充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使醫(yī)學(xué)診斷和存儲(chǔ)達(dá)到網(wǎng)絡(luò)化水平，極大地提高了醫(yī)療診斷效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。成像板激光掃描數(shù)字化處理和輸出光信號數(shù)字圖像X線CR成像示意圖ImagePlate成像板(影像板）信息采集部分信息轉(zhuǎn)換部分信息處理部分信息儲(chǔ)存及記錄部分各部分組成及功能：CR信息采集部分信息轉(zhuǎn)換部分信息處理部分信息儲(chǔ)存與記錄部分：成像板，接受記憶X線攝影信息（潛影）。：激光掃描讀取裝置，光電轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換：計(jì)算機(jī)，處理數(shù)字X線圖像二.計(jì)算機(jī)X線攝影系統(tǒng)（CR）1.CR的基本組成和工作原理2.成像板3.讀取裝置4.計(jì)算機(jī)圖像處理5.圖像儲(chǔ)存和記錄裝置2.成像板（ImagePlate，IP）（1）成像板結(jié)構(gòu)/////////////////////////////////////////////////////////////○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○##################################/////////////////////////////////////////////////////////////保護(hù)層熒光層基板背面保護(hù)層保護(hù)熒光層材料穩(wěn)定性好、透光率高聚酯樹脂類纖維保護(hù)熒光層，聚酯樹脂纖維膠膜

PSL熒光物質(zhì)混于多聚體溶液，涂在基板上；記錄第一次照射信號，釋放存儲(chǔ)的信號防止各張成像板之間在使用過程中的摩擦損傷，材料與表面保護(hù)層同，聚酯樹脂類纖維X射線PSL(photostimulableluminescence)熒光物質(zhì)/////////////////////////////////////////////////○○○○○○○○○○○○○○○○########################/////////////////////////////////////////////////⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙潛影⊙⊙逃逸激光☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆光量子光激勵(lì)發(fā)光第一次受到照射光（一次激發(fā)光）照射時(shí)，能將一次激發(fā)光所攜帶的信息儲(chǔ)存下來，再次受到照射光（二次激發(fā)光）照射時(shí)，發(fā)出強(qiáng)度與第一次激發(fā)光所攜帶信息相關(guān)的熒光。光電轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字圖像電子（2）成像板成像原理X射線熒光物質(zhì)電子潛影激光熒光（3）成像板的特性IP的時(shí)間響應(yīng)特性IP的動(dòng)態(tài)范圍IP存儲(chǔ)信息的消退天然輻射的影響掃描停止，PSL強(qiáng)度迅速衰減，避免信息的重疊。良好的動(dòng)態(tài)范圍，精確檢測組織間X線吸收的差別。消退：光電子逃逸，二次激發(fā)時(shí)PSL強(qiáng)度減少。8h，熒光體的發(fā)光量減少25％，光電倍增管補(bǔ)償。紫外線、γ射線IP使用注意事項(xiàng)IP再次使用時(shí)，重作一次光照射，以消除可能存在的任何潛影。屏蔽要求高。二.計(jì)算機(jī)X線攝影系統(tǒng)（CR）1.CR的基本組成和工作原理2.成像板3.讀取裝置4.計(jì)算機(jī)圖像處理5.圖像儲(chǔ)存和記錄裝置3.讀取裝置暗盒型讀取裝置

將成像板置入與常規(guī)X線攝影暗盒類似的盒內(nèi)，可代替常規(guī)攝影暗盒在任何X線機(jī)上使用。成像板尺寸：14×17,14×14,10×12,8×10（in）無暗盒型讀取裝置

集投照、讀取于一體，立式和臥式。需專用機(jī)器，不能與常規(guī)X線攝影設(shè)備匹配。IP可重復(fù)使用。（1）結(jié)構(gòu)（2）讀出原理IP圖像板勻速運(yùn)動(dòng)激光束對成像板均勻精確掃描集光器采集和導(dǎo)向產(chǎn)生PSL熒光光電倍增管轉(zhuǎn)換和放大模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)字圖像CR系統(tǒng)讀出原理圖記錄在IP上的信息分兩步讀出：

【粗略掃描】：用一束微弱的激光瞬間粗略地掃描IP，立即計(jì)算出X線圖像的PSL發(fā)光強(qiáng)度的直方圖；

【精細(xì)掃描】：獲取上述信息的基礎(chǔ)上，自動(dòng)調(diào)整光電倍增管的靈敏度及放大器的增益，再用高強(qiáng)度的激光精細(xì)地讀出X線圖像，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。（3）影響圖像質(zhì)量的因素影響因素激光束的直徑：光電及傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲：數(shù)字化越小越好IP空間分辨率：2～3.3LP/mm;X線量子噪聲；光量子噪聲；反射光、外來光干擾；電流的穩(wěn)定程度；機(jī)械傳導(dǎo)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度取樣：“馬賽克”偽影量化：等高狀偽影二.計(jì)算機(jī)X線攝影系統(tǒng)（CR）1.CR的基本組成和工作原理2.成像板3.讀取裝置4.計(jì)算機(jī)圖像處理5.圖像儲(chǔ)存和記錄裝置4.計(jì)算機(jī)圖像處理常規(guī)X線攝影圖像特性由哪些因素決定？照相條件、增感屏及膠片同常規(guī)X線攝影圖像相比，CR有什么不同？圖像處理（1）CR圖像處理的三個(gè)環(huán)節(jié)【第一環(huán)節(jié)】：與系統(tǒng)檢測功能有關(guān)，涉及圖像讀取裝置輸入信號和輸出信號之間的關(guān)系；保證系統(tǒng)在很寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)獲得最佳密度和對比度的圖像。

【第二環(huán)節(jié)】：與顯示功能有關(guān)，涉及圖像處理裝置；通過各種特殊處理（灰階處理、頻率處理、減影處理等）為醫(yī)生提供可滿足不同診斷目的的、具有較高診斷價(jià)值的圖像，后處理?！镜谌h(huán)節(jié)】：與圖像信息的存儲(chǔ)和記錄有關(guān)，涉及圖像記錄裝置；圖像壓縮。（2）圖像讀出靈敏度自動(dòng)設(shè)定

為了自動(dòng)控制圖像讀出特性，實(shí)現(xiàn)圖像密度的穩(wěn)定，即克服X線成像期間由于曝光過度或不足產(chǎn)生的圖像密度不穩(wěn)定，CR系統(tǒng)設(shè)計(jì)了圖像讀出靈敏度自動(dòng)設(shè)定功能。計(jì)算機(jī)配置了自動(dòng)預(yù)讀（曝光數(shù)據(jù)識(shí)別）程序。病人的攝影信息（部位、投照方法）輸入計(jì)算機(jī)后，先用一束微弱的激光粗略地對已有潛影的IP快速掃描一次，得到一組抽樣數(shù)據(jù)（約200像素X200像素、8b），預(yù)讀程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。如圖：從某一點(diǎn)起，向外側(cè)順序進(jìn)行積分，積分值的最大點(diǎn)作為照射野的邊緣。（1）確定探測的起始點(diǎn)（2）測定照射野邊緣的候補(bǔ)點(diǎn)（3）修正照射野形狀圖像像素的灰度統(tǒng)計(jì)特性，橫坐標(biāo)表示灰度值，縱坐標(biāo)表示像素個(gè)數(shù)。通過對直方圖的分析和計(jì)算，自動(dòng)確定X線劑量范圍，再算出有診斷價(jià)值的PSL光量的范圍（即讀取裝置的輸入信號范圍），從而決定本次讀出IP圖像的最佳條件（讀出靈敏度和采集范圍），即光電倍增管的靈敏度和放大器的增益。因此，不論以何種條件攝影，讀出靈敏度自動(dòng)設(shè)定機(jī)構(gòu)會(huì)自動(dòng)校正X線曝光量的誤差，使讀取裝置的輸出信號總處于一定范圍內(nèi)，形成穩(wěn)定的數(shù)字圖像密度。（3）圖像的后處理

與顯示有關(guān)的后處理主要包括動(dòng)態(tài)范圍壓縮、灰階變換、空間頻率處理等基本處理?；译A處理：

灰度變換、變換曲線、線性、指數(shù)、對數(shù)。空間頻率處理：

濾波、平滑、銳化、增強(qiáng)邊緣、突出輪廓。動(dòng)態(tài)范圍壓縮：

在灰階處理與頻率處理之前進(jìn)行。減影處理：能量減影、時(shí)間減影。疊加處理：

獲取更多信息、多張成像板重疊起來攝影。二.計(jì)算機(jī)X線攝影系統(tǒng)（CR）1.CR的基本組成和工作原理2.成像板3.讀取裝置4.計(jì)算機(jī)圖像處理5.圖像儲(chǔ)存和記錄裝置5.圖像儲(chǔ)存和記錄裝置（1）儲(chǔ)存元件硬盤短期暫存數(shù)據(jù)，以便快速調(diào)閱圖像，訪問時(shí)間快（<10ms），傳輸速率30Mps以上。磁帶數(shù)字式磁帶存儲(chǔ)量為70GB/盤，讀取速度8Mps，不能永久保存。光盤

CD（650M）；DVD（4.7GB）。（2）激光照相機(jī)（把數(shù)