第十三章 數(shù)字x線設(shè)備課件

第十三章數(shù)字x線設(shè)備1第十三章數(shù)字x線設(shè)備第十三章數(shù)字x線設(shè)備2學(xué)習(xí)要點(diǎn)1.熟悉計(jì)算機(jī)X線攝影系統(tǒng)，數(shù)字X線攝影、數(shù)字減影血管造影的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。2.了解PACS的相關(guān)知識(shí)。第十三章數(shù)字x線設(shè)備3第一節(jié)概述第十三章數(shù)字x線設(shè)備4數(shù)字化X線成像設(shè)備的發(fā)展經(jīng)歷1972年CT問世后，影像數(shù)字化浪潮的到來(lái)，1979年出現(xiàn)飛點(diǎn)掃描DR系統(tǒng)，1980年北美放射至今（RSNA）的產(chǎn)品展覽會(huì)上，DR和DF引起全世界的關(guān)注。此后，以DSA為代表的DF得到了高速發(fā)展，1982年又研制出了CR。90年代大力推出DR探測(cè)器。第十三章數(shù)字x線設(shè)備5數(shù)字化X線成像設(shè)備的定義指把X線透射圖像數(shù)字化并進(jìn)行圖像處理，再轉(zhuǎn)換成模擬圖像顯示的一種X線設(shè)備。數(shù)字化X線成像設(shè)備的出現(xiàn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像信息管理的現(xiàn)代化合實(shí)用性具有非常重要的意義。第十三章數(shù)字x線設(shè)備6數(shù)字化X線成像設(shè)備的分類CR:(computedradiography)計(jì)算機(jī)X線攝影DR:(digitalradiography)數(shù)字X線攝影DSA:(digitalsubtractionangiography)數(shù)字減影血管造影，是數(shù)字透視（DF）的典型代表第十三章數(shù)字x線設(shè)備7

需要指出的是，國(guó)內(nèi)習(xí)慣把計(jì)算機(jī)X線攝影稱謂CR，這種稱謂簡(jiǎn)潔，實(shí)用。但是它還有很多學(xué)名，存儲(chǔ)熒光體數(shù)字X線攝影（digitalradiographywithstoragephosphors），數(shù)字發(fā)光X線攝影（digitalluminescenceradiography），光激勵(lì)發(fā)光X線攝影（photostimulableluminescence，PSLradiography），在國(guó)外，特別是從物理學(xué)角度分析計(jì)算機(jī)X線攝影（CR）時(shí)，較多采用光激勵(lì)存儲(chǔ)熒光體（photostimulablestoragephosphor,PSP）成像的稱謂。第十三章數(shù)字x線設(shè)備8CR、DR、DF原理方框圖CR:X線—影像板（IP板）——圖像處理—圖像記錄與儲(chǔ)存DR：X線—平板探測(cè)器（FPD）—圖像處理—圖像記錄與儲(chǔ)存DF：X線—人體—X–TV獲得模擬視頻信號(hào)—A/D—圖像存儲(chǔ)并處理—圖像相減—D/A—圖像顯示第十三章數(shù)字x線設(shè)備9數(shù)字化X線成像優(yōu)點(diǎn)（比較屏一片系統(tǒng)）1）對(duì)比度分辨高2）輻射劑量小：量子檢出率（DQE）>60%3）圖像后處理功能強(qiáng)大4）大容量光盤存儲(chǔ)數(shù)字影像，方便接入PACS系統(tǒng)，高效、低耗、省時(shí)、省空間地實(shí)現(xiàn)影像儲(chǔ)存，傳輸和診斷。第十三章數(shù)字x線設(shè)備10數(shù)字化X線成像的缺點(diǎn)1、空間分辨力低：20-40LP/cm，膠片則達(dá)到50-70LP/cm(理論值）。2、成本高3、收費(fèi)高第十三章數(shù)字x線設(shè)備11空間分辨力：分辨細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力。密度分辨力：區(qū)分不同組織密度的能力，CT對(duì)組織的密度分辨力較X線高，若CT分辨力為0.5%，即兩種組織差別等于或>0.5%時(shí)即可分辨出來(lái)。第十三章數(shù)字x線設(shè)備12第二節(jié)x線計(jì)算機(jī)攝影系統(tǒng)（CR）第十三章數(shù)字x線設(shè)備13用存儲(chǔ)屏記錄x線影像，通過(guò)激光掃描使存儲(chǔ)信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，此光信號(hào)經(jīng)過(guò)光電倍增管轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，輸入計(jì)算機(jī)處理，形成高質(zhì)量的數(shù)字圖像。第十三章數(shù)字x線設(shè)備14一、CR的分類組成及原理（一）CR的分類按用途不同分為通用型和專用型兩種。1．通用型CR

是將IP置入與屏-膠系統(tǒng)類似的暗盒內(nèi)，曝光后在閱讀器進(jìn)行讀取。其特點(diǎn)是手工搬運(yùn)、更換暗盒，可適用于原有X線機(jī)和使用屏-膠系統(tǒng)暗盒進(jìn)行的所有X線攝影檢查項(xiàng)目。第十三章數(shù)字x線設(shè)備152．專用型CR

其讀取設(shè)備與濾線器攝影床或立位攝影架結(jié)合在一起，即臥式攝影專用型和立位攝影專用型。IP結(jié)構(gòu)與通用型CR基本一致，IP經(jīng)過(guò)X線曝光后，直接被傳送到信號(hào)讀取和殘影消除部分處理，然后重復(fù)使用。其特點(diǎn)是功能相對(duì)單一，但不需要手工操作，對(duì)于同類工作效率高，適于專科或大型綜合性醫(yī)院。第十三章數(shù)字x線設(shè)備16（二）CR的基本組成1.影像讀取裝置2.控制臺(tái)3.后處理工作站4.存儲(chǔ)裝置第十三章數(shù)字x線設(shè)備17第十三章數(shù)字x線設(shè)備18（三）CR工作原理1.影像采集與轉(zhuǎn)換2.影像處理3.影像存儲(chǔ)與輸出第十三章數(shù)字x線設(shè)備191.影像采集常規(guī)x線攝影中使用增感屏／膠片組臺(tái)系統(tǒng)的成像方式已眾所周知，在X線照片上最終形成的影像元法直接數(shù)字化。CR系統(tǒng)解決的關(guān)鍵問題之一即是開發(fā)了一種既可接受模擬信息，又可實(shí)現(xiàn)模擬信息數(shù)字化的信息載體，即成像板(IP)。這樣，采集的信息則可應(yīng)用數(shù)字圖像信息處理技術(shù)進(jìn)一步處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化處理、貯存與傳輸。第十三章數(shù)字x線設(shè)備202.影像轉(zhuǎn)換CR系統(tǒng)中，IP經(jīng)X線照射后被激發(fā)(第一次激發(fā))。經(jīng)第一次激發(fā)的IP上貯存有空間上連續(xù)的模擬信息，為使該信息數(shù)字化．IP要由激光束掃描(第二次激發(fā))讀出。CR系統(tǒng)的讀出裝置中的激光發(fā)生器發(fā)射激光束(氦—氖激光束波長(zhǎng)為623nm，半導(dǎo)體激光束波長(zhǎng)為670一690nm)，在與IP垂直的方向上依次掃描整個(gè)IP表面。第十三章數(shù)字x線設(shè)備21IP上的熒光體被二次激發(fā)即發(fā)生光激發(fā)發(fā)光或稱光致發(fā)光現(xiàn)象，產(chǎn)生熒光*熒光的強(qiáng)弱與第一次激發(fā)時(shí)的能量精確成比例，即呈線性正相關(guān)。該熒光由沿著激光掃描線設(shè)置的高效光導(dǎo)器采集和導(dǎo)向，導(dǎo)入光電倍增管，被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)強(qiáng)弱的電信號(hào)。繼而，電信號(hào)被饋入模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。至此，CR系統(tǒng)完成了模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。第十三章數(shù)字x線設(shè)備223.信息處理讀取到的圖像顯示在熒光屏上，根據(jù)診斷的特殊需要進(jìn)行影像的后處理。CR影像處理主要包括灰階處理、空間頻率處理和減影處理。影像讀取過(guò)程完成后，IP殘余的影像數(shù)據(jù)可通過(guò)強(qiáng)光燈照射擦除，然后重復(fù)利用。影像經(jīng)過(guò)后處理能增加診斷信息，提高診斷的正確性。第十三章數(shù)字x線設(shè)備23射入IP板的X線量子————————釋放電子（其中部分電子散布在熒光物內(nèi)呈半穩(wěn)態(tài)，形成潛影，完成X線信息的采集和存儲(chǔ)）——————使?jié)撚埃ò敕€(wěn)態(tài)電子）轉(zhuǎn)換成熒光（PSL現(xiàn)象，光致發(fā)光現(xiàn)象），熒光強(qiáng)度與第一次激發(fā)（照射）時(shí)X線量成正比，完成光學(xué)影像讀出（光信號(hào)）——————電信號(hào)————計(jì)算機(jī)處理——高質(zhì)量數(shù)字圖像被PSL熒光物吸收激光束掃描二次激發(fā)光電倍增管A/D轉(zhuǎn)換第十三章數(shù)字x線設(shè)備24二、影像板（IP）CR影像不是直接記錄于膠片，而是先記憶在IP上，IP可重復(fù)使用，但無(wú)影像顯示功能。第十三章數(shù)字x線設(shè)備25（一）IP的結(jié)構(gòu)表面保護(hù)層防止熒光層受到損傷。要求其不隨外界溫度和濕度而變化，透光率高并且非常薄。如：聚酯樹脂類纖維。第十三章數(shù)字x線設(shè)備26光激勵(lì)發(fā)光（photonstimulationlight，PSL）熒光層：它由PSL熒光物混于多聚體溶液中，涂在基板上制成。PSL熒光物是一種特殊的熒光物質(zhì)，它能把第一次照射它的光信號(hào)記錄下來(lái)，當(dāng)它再次受到光刺激時(shí)，就會(huì)發(fā)出與第一次照射光能量呈正比的熒光信號(hào)。多聚體溶液的作用是使熒光物的晶體互相結(jié)合。熒光物的晶體尺寸平均為4～7μm。晶體直徑越大，PSL現(xiàn)象也越強(qiáng)，但圖像清晰度下降。第十三章數(shù)字x線設(shè)備27基板保護(hù)熒光層免受外力的損傷。為防止激光在熒光物質(zhì)層和支持層之間發(fā)生界面反射，將支持層制成黑色，提高圖像清晰度。背面保護(hù)層防止各張影像板之間在使用過(guò)程中的摩擦損傷而設(shè)計(jì)的。第十三章數(shù)字x線設(shè)備28表面保護(hù)層熒光層基板背面保護(hù)層第十三章數(shù)字x線設(shè)備29第十三章數(shù)字x線設(shè)備30（二）IP成像原理射入IP的x線量子唄Ip熒光層內(nèi)的PSL熒光體吸收，釋放出電子。其中部分電子散布在熒光體內(nèi)呈半穩(wěn)定態(tài)，形成潛影，完成x線信息的采集和存儲(chǔ)。

第十三章數(shù)字x線設(shè)備31當(dāng)用激光來(lái)掃描已有潛影的IP時(shí)，半穩(wěn)態(tài)的電子轉(zhuǎn)換成光量子，即發(fā)生光激勵(lì)發(fā)光現(xiàn)象。產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度與第一次激發(fā)時(shí)x線的能量精確的成正比，完成光影像的讀出。

第十三章數(shù)字x線設(shè)備32IP輸出信號(hào)還需由讀取裝置繼續(xù)完成光電轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像處理后，形成數(shù)字圖像。第十三章數(shù)字x線設(shè)備33（三）IP的特性發(fā)射光譜與激發(fā)光譜PSL熒光物可發(fā)出藍(lán)-紫光，發(fā)光強(qiáng)度依激發(fā)IP光線的波長(zhǎng)而變，把PSL強(qiáng)度與讀取光波波長(zhǎng)的關(guān)系曲線稱為激發(fā)光譜。用波長(zhǎng)為600nm左右的紅色氦-氖激光讀取時(shí)效果最佳。在讀取激光激發(fā)下，已存儲(chǔ)X線圖像的IP中PSL熒光物發(fā)射出強(qiáng)度與X線強(qiáng)度成正比的藍(lán)-紫光，峰值波長(zhǎng)為390～400nm。PSL強(qiáng)度與其波長(zhǎng)的關(guān)系曲線稱為發(fā)射光譜。發(fā)射光譜與激發(fā)光譜的峰值應(yīng)有一定間距，而且，還應(yīng)保證光電倍增管在400nm波長(zhǎng)處有最高的檢測(cè)效率，這對(duì)提高圖像的信噪比很重要。第十三章數(shù)字x線設(shè)備34時(shí)間響應(yīng)特征動(dòng)態(tài)范圍存儲(chǔ)信息的消退天然輻射的影響第十三章數(shù)字x線設(shè)備35（四）IP的類型和規(guī)格1.按用途高分辨率型和普通型。2.按基板類型硬基板和軟基板3.按讀取方式單面閱讀和雙面閱讀4.按尺寸8X10、10X12、14X17等。第十三章數(shù)字x線設(shè)備36（五）IP使用注意事項(xiàng)用一張較大的IP來(lái)記錄影像,可減少膠片尺寸的選擇次數(shù)IP再使用時(shí)，最好重做一次光照射，以消除可能存在的任何潛影IP要求很好的屏蔽放置IP時(shí)，最好不要疊放，阻止熒光層被劃傷。出現(xiàn)灰塵時(shí)，應(yīng)用專用的清潔液清潔。第十三章數(shù)字x線設(shè)備37三、讀取裝置（一）結(jié)構(gòu)1、暗合型讀取裝置：將IP置入與常規(guī)x線攝影暗合類似的盒內(nèi)，它可替代常規(guī)攝影暗合在任何x線機(jī)上使用。2、無(wú)暗合型讀取裝置：IP在x線曝光后直接被傳送到激光掃描和潛影消除部分處理，供重復(fù)使用。第十三章數(shù)字x線設(shè)備38第十三章數(shù)字x線設(shè)備39（二）讀出原理具體地說(shuō)，分兩步：①用一束微弱的激光瞬間粗略地掃描IP，并計(jì)算潛影的PSL發(fā)光強(qiáng)度②在獲取上述信息后，自動(dòng)調(diào)整光電倍增管的靈敏度及放大增益，再用高強(qiáng)度的激光精細(xì)地讀出潛影，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。第十三章數(shù)字x線設(shè)備40第十三章數(shù)字x線設(shè)備41（三）影響影像質(zhì)量的因素激光束的直徑光電及傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲

x線量子噪聲、光量子噪聲、外來(lái)光與反射光的干擾、光學(xué)系統(tǒng)的噪聲、電流穩(wěn)定程度、機(jī)械傳導(dǎo)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度數(shù)字化的影響

模擬信號(hào)的取樣和量化會(huì)產(chǎn)生量化噪聲和偽影。例如，取樣頻率低會(huì)產(chǎn)生“馬賽克”狀偽影，量化級(jí)數(shù)不夠會(huì)產(chǎn)生等高線狀偽影。第十三章數(shù)字x線設(shè)備42信號(hào)數(shù)字化會(huì)使圖像的空間分辨力降低，應(yīng)將數(shù)字化程度控制在人眼和顯示器分辨力的范圍內(nèi)，過(guò)高將使數(shù)據(jù)量增加，從而使圖像處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。CR圖像的空間分辨力與IP的特性、激光和取樣頻率有關(guān)，激光束直徑小、IP中熒光物對(duì)激光的散射少、取樣頻率高，空間分辨力就高。第十三章數(shù)字x線設(shè)備43四、計(jì)算機(jī)圖像處理圖像處理的環(huán)節(jié)主要有三個(gè)環(huán)節(jié)：①與系統(tǒng)檢測(cè)功能有關(guān)的處理，涉及圖像讀取裝置輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的關(guān)系，利用適當(dāng)?shù)膱D像讀出技術(shù)，保證整個(gè)系統(tǒng)在很寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)自動(dòng)獲得具有最佳密度和對(duì)比度的圖像。第十三章數(shù)字x線設(shè)備44②與圖像信息的存儲(chǔ)和記錄有關(guān)的處理。涉及圖像記錄裝置，要求能得到高質(zhì)量的照片記錄，并在不降低圖像質(zhì)量的前提下壓縮圖像數(shù)據(jù)，以節(jié)省存儲(chǔ)空間和高效率地傳輸信息。第十三章數(shù)字x線設(shè)備45③與圖像信息的存儲(chǔ)和記錄有關(guān)的處理，要求在不影響診斷疾病的前提下，壓縮圖像數(shù)據(jù)節(jié)省空間。第十三章數(shù)字x線設(shè)備46（一）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(guò)度或不足產(chǎn)生的圖像密度的不穩(wěn)定性，CR系統(tǒng)設(shè)計(jì)了圖像讀出靈敏度自動(dòng)設(shè)定功能。第十三章數(shù)字x線設(shè)備47（二）圖像處理技術(shù)灰階變換處理：膠片密度D與數(shù)字信號(hào)I0的線性關(guān)系D=h·f(I1)，其中f(I1)表示灰階變換函數(shù)改變灰階函數(shù)，就能自由控制X線劑量一膠片密度關(guān)系，因此，在CR中，X線劑量的允許范圍大。只要在適當(dāng)設(shè)置的范圍內(nèi)曝光，都能在膠片上獲得良好的影像?？臻g頻率處理：通過(guò)頻率響應(yīng)的調(diào)節(jié)來(lái)影響圖像的銳度，邊緣增強(qiáng)為常用的技術(shù)。第十三章數(shù)字x線設(shè)備48減影處理將0.4~1.2MM厚的銅板置于兩張IP之間，一次曝光得到不同能量的兩張IP,分別讀取IP后得到兩幅圖像，然后由專用軟件進(jìn)行圖像處理，便可分別獲得常規(guī)、骨組織、軟組織三幅圖像。疊加處理為了在一張影像上表現(xiàn)出更多的信息量，可心把多張IP重疊起來(lái)攝影，將其信息量疊加平均處理，從而提高信噪比，改善影像質(zhì)量。第十三章數(shù)字x線設(shè)備49動(dòng)態(tài)范圍壓縮：動(dòng)態(tài)范圍處理在灰階處理與空間頻率處理之前進(jìn)行，分為低密度區(qū)域?yàn)橹行暮鸵愿呙芏葏^(qū)域的中心壓縮，前者使原始圖像低密度區(qū)的密度增高后者使高密度區(qū)的密度值降低，兩者使圖像的動(dòng)態(tài)范圍變窄。第十三章數(shù)字x線設(shè)備50總之，灰階變換處理（影響對(duì)比度）和空間頻率處理（影響銳度）通常相結(jié)合，低對(duì)比度處理和強(qiáng)的空間頻率處理相結(jié)合，能提供較大層次范圍并實(shí)現(xiàn)邊緣增強(qiáng)。第十三章數(shù)字x線設(shè)備51五、圖像存儲(chǔ)裝置適合于儲(chǔ)存醫(yī)學(xué)影像的媒體主要有磁帶、硬盤和光盤。若把X線數(shù)字影像記錄在膠片上，常采用激光相機(jī)和多幅照相機(jī)，目前CR系統(tǒng)的X線數(shù)字影像基本上都采用激光相機(jī)。（一）存儲(chǔ)媒體1.磁帶2.硬盤第十三章數(shù)字x線設(shè)備523.光盤光盤分類只讀光盤CD-ROM

可刻錄光盤CR-R可反復(fù)擦寫的光盤CD-RW可重寫的磁光盤CD-MO一次性寫入光盤CD-WORMDVD光盤第十三章數(shù)字x線設(shè)備53存儲(chǔ)裝置：CD-ROM驅(qū)動(dòng)：讀取播放光盤上記錄的信息

CD-R驅(qū)動(dòng)器（刻錄機(jī)）：結(jié)構(gòu)與CD-ROM類似，但增加了光盤上記錄信息的功能，是將數(shù)據(jù)一次導(dǎo)入，可多次讀出的存儲(chǔ)裝置。光盤庫(kù)常用的CD-MO光盤和DVD光盤，存儲(chǔ)容量大，但比較貴。第十三章數(shù)字x線設(shè)備54（二）激光照相機(jī)1.基本結(jié)構(gòu)⑴激光發(fā)生器⑵光調(diào)制器⑶光學(xué)掃描器⑷膠片傳輸系統(tǒng)第十三章數(shù)字x線設(shè)備55第十三章數(shù)字x線設(shè)備562.工作原理膠片在傳送系統(tǒng)控制下朝一個(gè)方向高精度地移動(dòng)，同時(shí)激光束相對(duì)于膠片移動(dòng)方向反復(fù)作垂直掃描，因此激光束是以二維方式順序掃描整張膠片。激光束的光強(qiáng)度受計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)調(diào)制。激光束經(jīng)旋轉(zhuǎn)多面鏡的反射作線掃描，裝載膠片的打印滾筒和激光束動(dòng)作同步，膠片在激光束的照射下曝光形成平片影像。第十三章數(shù)字x線設(shè)備57六、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1．檢測(cè)項(xiàng)目（1）CR性能檢測(cè)項(xiàng)目：它包括IP暗噪聲、IP一致性、照射量指示器校準(zhǔn)、激光束功能、空間分辨力、空間距離準(zhǔn)確性、擦除完全性、濾線柵效應(yīng)和IP通過(guò)量等檢驗(yàn)項(xiàng)目。（2）CR的附屬設(shè)備性能檢測(cè)：1）激光打印機(jī)；2）圖像工作站的顯示監(jiān)視器；3）觀片燈2．評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)第十三章數(shù)字x線設(shè)備58第三節(jié)x線數(shù)字?jǐn)z影裝置（DR）第十三章數(shù)字x線設(shè)備59DR的定義X線探測(cè)器直接把X線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的方法，不同于先獲得模擬圖像，再對(duì)模擬圖像進(jìn)行數(shù)字化的方法。第十三章數(shù)字x線設(shè)備60DR的分類根據(jù)DR成像技術(shù)的不同，目前主要分為直接數(shù)字化X線成像（非晶硒）、間接數(shù)字化X線成像（非晶硅）、CCDX線成像、多絲正比電離室成像四種類型。第十三章數(shù)字x線設(shè)備61一、DR的基本結(jié)構(gòu)和工作原理（一）DRDR的基本結(jié)構(gòu)由X線探測(cè)器、圖像處理器、圖像顯示器等組成。1．X線探測(cè)器它是將X線信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件。探測(cè)器把X線模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送計(jì)算機(jī)處理。2．?dāng)?shù)據(jù)采集器3.圖像處理器其功能主要包括各種圖像處理，如灰階變換、黑白反轉(zhuǎn)、圖像濾波降噪、放大、各種測(cè)量、數(shù)字減影等。第十三章數(shù)字x線設(shè)備624．存儲(chǔ)器用于記憶若干幅數(shù)字影像。5.影像監(jiān)視器數(shù)字影像經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后形成不同亮度的像素，按一定的顯示矩陣在監(jiān)視器上重現(xiàn)。6.系統(tǒng)控制器由計(jì)算機(jī)主機(jī)和其他控制電路組成，完成整個(gè)系統(tǒng)的指揮和協(xié)調(diào)。第十三章數(shù)字x線設(shè)備63（二）DR的工作原理數(shù)字?jǐn)z影系統(tǒng)以影像增強(qiáng)系統(tǒng)為信息載體的X線轉(zhuǎn)換為可見光，再由CCD攝像機(jī)或攝像管式攝像機(jī)轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后形成數(shù)字信號(hào)，這是最先得到的實(shí)際使用的數(shù)字X線攝影設(shè)備。第十三章數(shù)字x線設(shè)備64第十三章數(shù)字x線設(shè)備65目前廣泛采用的平板探測(cè)器為信息載體的數(shù)字X線攝影設(shè)備，可以直接將X線影像轉(zhuǎn)換成數(shù)字影像，因此采用這種探測(cè)器的數(shù)字?jǐn)z影設(shè)備以稱為直接數(shù)字X線攝影。第十三章數(shù)字x線設(shè)備66第十三章數(shù)字x線設(shè)備67

二、直接數(shù)字X線攝影

直接數(shù)字X線攝影（DDR）是指采用二維X線探測(cè)器直接把X線影像轉(zhuǎn)換為數(shù)字影像的方法。20世紀(jì)70年代末到80年代中期的DDR采用X線掃描投影，再經(jīng)放大合成二維影像的成像方法，90年代中期出現(xiàn)二維的平板探測(cè)器，能直接將X線影像轉(zhuǎn)換成數(shù)字影像。第十三章數(shù)字x線設(shè)備68（一）DDR系統(tǒng)的組成及基本原理組成：高頻X線機(jī)、平板探測(cè)器、影像處理器、系統(tǒng)控制臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)。第十三章數(shù)字x線設(shè)備69第十三章數(shù)字x線設(shè)備70X線透過(guò)人體后照射到探測(cè)器矩陣上，由計(jì)算機(jī)控制掃描電路自動(dòng)讀取矩陣信息，經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，然后把數(shù)據(jù)輸送到影像處理器，由影像處理器進(jìn)行存儲(chǔ)和常規(guī)處理，然后進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，顯示在監(jiān)視器上。系統(tǒng)控制臺(tái)可輸入病人資料，提供計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)的操作，如影像處理、打印及網(wǎng)絡(luò)管理等。第十三章數(shù)字x線設(shè)備71（二）平板探測(cè)器的種類及工作原理X線探測(cè)器（平板探測(cè)器）1.非晶態(tài)硒型平板探測(cè)器：硒型FPD構(gòu)成：集電矩陣，硒層，頂層電極，保護(hù)層。其中，集電矩陣由陣元方式排列的薄膜晶體管（TFT）組成，非晶硒涂覆其上，對(duì)X線好敏感，并很強(qiáng)的解像能力。第十三章數(shù)字x線設(shè)備72非晶硒和薄膜晶體管構(gòu)成陣列板；各象素單元包含一個(gè)存儲(chǔ)電容和非晶硅的場(chǎng)效應(yīng)管；攝影前先加1~5kV電壓使光電導(dǎo)體層帶上電荷(外加電場(chǎng)）；X射線照射后光電導(dǎo)體層電阻改變使電容充電得到圖象信號(hào)電流。第十三章數(shù)字x線設(shè)備73第十三章數(shù)字x線設(shè)備74工作原理：入射X線光子在硒層中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在頂層電極和集電矩陣間外加高壓電場(chǎng)的作用下，電子和空穴向相反方向移動(dòng)，形成信號(hào)電流，被相應(yīng)單元（像素）的接收電極所收集，形成信號(hào)電荷，存儲(chǔ)在電容中。因電容存儲(chǔ)的電荷量與入射X線強(qiáng)度成正比，故X線圖像被轉(zhuǎn)換為信號(hào)電荷多少圖像或電容電壓高低圖像。每個(gè)像素都有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，起開關(guān)作用。第十三章數(shù)字x線設(shè)備75在讀取控制信號(hào)的作用下，場(chǎng)效應(yīng)管依次導(dǎo)通，把各像素電容存儲(chǔ)的電荷或電壓依次傳送到外電路，經(jīng)讀取放大器放大后被同步轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)。信號(hào)讀取后，掃描電路自動(dòng)清除各像素電容中的殘余電荷，以保證非晶硒FPD能反復(fù)使用。第十三章數(shù)字x線設(shè)備76第十三章數(shù)字x線設(shè)備772.非晶態(tài)硅型平板探測(cè)器其外形也類似膠片夾的電子暗盒，是一種半導(dǎo)體探測(cè)器。它由基板層、非晶硅陣列、碘化銫層等構(gòu)成。由CsI構(gòu)成轉(zhuǎn)換屏幕，稱閃爍體;第十三章數(shù)字x線設(shè)備78X射線穿過(guò)反射層到達(dá)閃爍層激發(fā)可見光子；可見光傳遞到下面由非晶硅光電二極管構(gòu)成的探測(cè)器矩陣，其后觸發(fā)場(chǎng)效應(yīng)管產(chǎn)生圖象信號(hào)。在光電二極管自身的電容上形成存儲(chǔ)電荷，每個(gè)像素的存儲(chǔ)電荷量與入射x線強(qiáng)度成正比。第十三章數(shù)字x線設(shè)備79第十三章數(shù)字x線設(shè)備80第十三章數(shù)字x線設(shè)備81盡管X線在探測(cè)器中先轉(zhuǎn)換成可見光，又轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后進(jìn)行數(shù)字化，但從探測(cè)器外表看，也是輸入X線后直接輸出數(shù)字化圖像信號(hào)。第十三章數(shù)字x線設(shè)備82需要指出的是：非晶硒平板探測(cè)器成像方式與非晶硅平板探測(cè)器相比，非晶硅光電二極管是將熒光材料轉(zhuǎn)換的可見光，再轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)的。X線一旦被轉(zhuǎn)換成可見光，就會(huì)產(chǎn)生一定的散射和反射，使得有價(jià)值的信息丟失或散落，從而在一定程度上降低了X線感度和空間分辯力。第十三章數(shù)字x線設(shè)備83（三）臨床運(yùn)用及評(píng)價(jià)1.評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量高:目前使用的非晶硒平板探測(cè)器象素大小為139微米，是所有平板探器中最小的象素尺寸。由于TFT像素的尺寸直接決定圖像的空間分辯力，故空間分辯力可達(dá)36lp/cm。由于將X線直接轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，X線的失銳大為下降，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)104-105，DQE和MTF高，圖像層次豐富，圖像細(xì)節(jié)的可見度完全能滿足診斷的要求。時(shí)間分辯力高，成像速度快:在曝光后幾秒即可顯示圖像，從而改善和優(yōu)化了工作流程。第十三章數(shù)字x線設(shè)備84曝光寬容度大:容許一定范圍內(nèi)的曝光誤差，攝影成功率接近100%。后處理功能強(qiáng)大:處理功能包括對(duì)比度、亮度、邊緣處理、增強(qiáng)、黑白反轉(zhuǎn)、放大、縮小、測(cè)量等，通過(guò)這些功能的調(diào)節(jié)可以使圖像的質(zhì)量得到改善。第十三章數(shù)字x線設(shè)備85無(wú)膠片化:圖像的數(shù)字化硬于在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)、傳輸和調(diào)閱，節(jié)省存儲(chǔ)空間及膠片和沖片液的支出，帶來(lái)更高的效益。與PACS融合:數(shù)字化方式能直接與PACS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程會(huì)診。能進(jìn)行動(dòng)態(tài)的X線攝影。第十三章數(shù)字x線設(shè)備862.臨床應(yīng)用胸部:從計(jì)算機(jī)中可進(jìn)行胸部的正負(fù)片反轉(zhuǎn)、選擇性開窗顯像，突出局部重點(diǎn)、調(diào)節(jié)窗寬窗位，顯示各種級(jí)別的灰度層次，可進(jìn)行灰度處理邊緣處理和局部處理。在一次攝取胸部信息后，可分別從計(jì)算機(jī)內(nèi)調(diào)出清晰顯示肺部、肋骨、心臟、胸椎和起博器的圖像。胸部正位攝影的X線曝光量只有1-3mAs左右。第十三章數(shù)字x線設(shè)備87頭顱和頸椎部位:在頭顱和頸椎部位的照射條件同樣比增感屏/膠片組合系統(tǒng)低的多。信息被攝取、處理后，可從計(jì)算機(jī)內(nèi)調(diào)出清晰可見的鼻軟組織圖像，同時(shí)也可清晰顯示咽喉部軟組織和頭頸部的軟組織的圖像，還可清楚顯示頭像，顱骨、鼻骨和頸椎骨骼的圖像，組織顯示的范圍從頭發(fā)比至骨骼。第十三章數(shù)字x線設(shè)備88胃腸造影的作用:在胃腸道雙對(duì)比造影檢查中，通過(guò)邊緣增強(qiáng)處理后，使胃腸道的輪廓線、]粘膜皺襞、胃小區(qū)及胃小溝等圖像細(xì)節(jié)顯示更清晰乳腺檢查:數(shù)字式乳腺攝影系統(tǒng)使乳腺疾病，特別是乳腺癌的早期診斷和檢出大大提高。動(dòng)態(tài)心血管造影:目前9X9英寸的非晶硒平板探測(cè)器以每秒25幀采集圖像的血管機(jī)已經(jīng)應(yīng)用臨床。第十三章數(shù)字x線設(shè)備89（四）DR與CR的比較DR的圖像清晰度優(yōu)于CR，主要由像素尺寸決定，CR在讀出潛影過(guò)程中，激光穿到IP板深部時(shí)產(chǎn)生散射使圖像模糊，降低了圖像的分辨力。DR的噪聲源比CR少，沒有二次激勵(lì)過(guò)程引入的噪聲，因此S/N高DR的拍片速度快于CR，拍片間隔有為5秒，直接出片；CR拍片間隔1分鐘以上，從攝像到膠片顯像需3分鐘左右。第十三章數(shù)字x線設(shè)備90DR的X線轉(zhuǎn)換率高，而CR利用潛影成像，信號(hào)隨著時(shí)間而衰減，故DQE較低，曝光劑量比DR高。DR探測(cè)器壽命長(zhǎng)，可用10年，CR的IP可用1年左右。DR有升級(jí)為透視的能力（但不能應(yīng)用于常規(guī)X設(shè)備配套工作），取代膠片白盒。第十三章數(shù)字x線設(shè)備91在成像原理方面，DR是一種X線直接轉(zhuǎn)換技術(shù)，它利用硒作為X線探測(cè)器；CR是一種X線間接轉(zhuǎn)換技術(shù)，它利用影像板作為X線探測(cè)器；相對(duì)于普通的增感屏、膠片系統(tǒng)，CR和DR由于采用數(shù)字技術(shù)，動(dòng)態(tài)范圍廣，都有很寬的曝光寬容度，因而允許攝影過(guò)程中存在的技術(shù)誤差，即使在一些曝光條件難以掌握的部位，也能獲得很好的影像；第十三章數(shù)字x線設(shè)備92DR和CR可以根據(jù)臨床需要進(jìn)行各種影像后處理，如具有各種影像濾波、窗寬窗位調(diào)節(jié)、放大漫游、影像拼接以及距離、面積、密度測(cè)量等豐富的功能，為影像診斷中的細(xì)節(jié)觀察、前后對(duì)比、定量分析提供技術(shù)支持。第十三章數(shù)字x線設(shè)備93第十三章數(shù)字x線設(shè)備94第四節(jié)數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)（DSA）第十三章數(shù)字x線設(shè)備95一、概述（一）減影的概念DSA是數(shù)字減影血管造影（DigitalSubtractionAngiograply)的英文縮寫，是利用電子計(jì)算機(jī)和處理數(shù)字化的X線影像信息和減影技術(shù)，以消除骨骼和軟組織的影響的一種成像技術(shù)，是新一代血管造影的成像技術(shù)。第十三章數(shù)字x線設(shè)備96（二）基本原理：是基于順序圖像的數(shù)字減影，其結(jié)果是在減影圖像中消除了整個(gè)骨骼和軟組織結(jié)構(gòu)，使?jié)舛鹊偷膶?duì)比劑所充盈的血管在減影圖像中顯示出來(lái)。第十三章數(shù)字x線設(shè)備97過(guò)程：①對(duì)采集到的沒有對(duì)比劑的數(shù)字圖像矩陣存于存儲(chǔ)器1內(nèi)作為MASK像（蒙片）②把采集到注入對(duì)比劑的數(shù)字圖像矩陣存于存儲(chǔ)器2內(nèi)，稱為造影像③經(jīng)運(yùn)算邏輯電路使兩圖像對(duì)應(yīng)部分進(jìn)行數(shù)字相減，則得到了減影圖像矩，存入顯示存儲(chǔ)器，再經(jīng)顯示器顯示，即減影像。第十三章數(shù)字x線設(shè)備98能量減影:兩張相減的片子分別用不同的管電壓。60kV120kV第十三章數(shù)字x線設(shè)備99ABC-=掩模第十三章數(shù)字x線設(shè)備100（三）基本結(jié)構(gòu)查找表是一種實(shí)時(shí)的數(shù)字功能變換模塊，輸入查找表可用于作輸入圖像的對(duì)數(shù)變換等。輸出查找表作實(shí)時(shí)的圖像增強(qiáng)變換、圖像的顯示變換等。第十三章數(shù)字x線設(shè)備101幀存儲(chǔ)器用于存放掩模像、系列造影像和減影像，它和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換決定圖像后處理的速度。ALU是實(shí)時(shí)算術(shù)邏輯運(yùn)算器，它是實(shí)時(shí)減影的關(guān)鍵部件，運(yùn)算速度快，減少與計(jì)算機(jī)的互訪，使處理速度與視頻刷新速度同步。第十三章數(shù)字x線設(shè)備102第十三章數(shù)字x線設(shè)備103二、DSA對(duì)設(shè)備的特殊要求和技術(shù)措施（一）X線發(fā)生系統(tǒng)和顯像系統(tǒng)包括X線管、高壓發(fā)生器、影像增強(qiáng)器、電視攝像機(jī)、光學(xué)系統(tǒng)和監(jiān)視器等。1.X線發(fā)生系統(tǒng)2.影像增強(qiáng)器3.光學(xué)系統(tǒng)4.電視攝像機(jī)5.監(jiān)視器第十三章數(shù)字x線設(shè)備1046.X線影像亮度自動(dòng)控制7.X線劑量管理第十三章數(shù)字x線設(shè)備105（二）機(jī)械系統(tǒng)主要包括機(jī)架和導(dǎo)管床，要求它們的移動(dòng)速度快且多方向轉(zhuǎn)移。1.機(jī)架和床2.體位記憶技術(shù)3.自動(dòng)跟蹤回放技術(shù)第十三章數(shù)字x線設(shè)備106（三）數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)DSA要求25幀/秒以上的實(shí)時(shí)減影，這樣高的處理速度必須通過(guò)專用硬件來(lái)運(yùn)行并顯示。根據(jù)采集矩陣的大小決定采樣時(shí)鐘的速率。第十三章數(shù)字x線設(shè)備107（四）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其主要功能：1.系統(tǒng)控制2.圖像后處理第十三章數(shù)字x線設(shè)備108三、現(xiàn)代DSA設(shè)備和新技術(shù)（一）現(xiàn)代數(shù)字減影設(shè)備的性能1.X線發(fā)生系統(tǒng)①高壓發(fā)生器采用智能型，②X線管的輸出功率最高可達(dá)100KW,陽(yáng)極熱容量為30KHU以上，管套熱容量高達(dá)1600KHU，設(shè)有熱容量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，陽(yáng)極轉(zhuǎn)速可達(dá)8500轉(zhuǎn)/分，0.3和0.6雙焦點(diǎn)。③曝光條件脈沖方式④縮光器為全自動(dòng)虹膜型。第十三章數(shù)字x線設(shè)備1092.圖像顯示系統(tǒng)①采用可變視野金屬陶瓷結(jié)構(gòu)的影像增強(qiáng)器。②電視系統(tǒng)采用高清晰度制式和高分辨率CCD攝像機(jī)。③高性能的監(jiān)視器用微處理器控制。3.圖像數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)4.自動(dòng)安全保護(hù)裝置第十三章數(shù)字x線設(shè)備110（二）數(shù)字減影血管造影的新技術(shù)1.ECG觸發(fā)脈沖方式2.數(shù)字電影減影第十三章數(shù)字x線設(shè)備1113.旋轉(zhuǎn)血管造影：旋轉(zhuǎn)DSA是在C臂旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中注射對(duì)比劑，進(jìn)行曝光采集，達(dá)到動(dòng)態(tài)觀察的檢查方法。該技術(shù)在臨床主要應(yīng)用于心血管以及頭頸部的血管性病變，尤其是顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的診斷，多角度全面觀察并可清晰的顯示出動(dòng)脈瘤的瘤頸。為治療方案的選擇和術(shù)后效果的評(píng)定提從直觀的影像依據(jù)。第十三章數(shù)字x線設(shè)備1124.步進(jìn)式血管造影在脈沖曝光中，X線球管和檢測(cè)器保持靜止，導(dǎo)管床攜人體自動(dòng)勻速的向前移動(dòng)，或者導(dǎo)管床與人體靜止，X線球管探測(cè)器勻速向前運(yùn)動(dòng)。通過(guò)檢查床面或C臂的自動(dòng)移動(dòng)，跟蹤對(duì)比劑在血管內(nèi)充盈過(guò)程并連續(xù)獲得造影圖像，實(shí)時(shí)進(jìn)行減影顯示。對(duì)跟蹤采集的圖像數(shù)，計(jì)算機(jī)按順序自動(dòng)進(jìn)行接線，以此獲得該血管的全程減影像。主要用于四肢動(dòng)脈DSA的檢查，尤其是下肢血管的跟蹤造影。第十三章數(shù)字x線設(shè)備1135.遙控對(duì)比劑跟蹤技術(shù)6.自動(dòng)最佳角度定位系統(tǒng)7.峰值保持采樣技術(shù)8.雙平面血管造影綜上所述，隨著DSA技術(shù)的不斷發(fā)展，造影方法的不斷改進(jìn)，設(shè)備性能得到了不斷完善。其中，數(shù)字平板探測(cè)器在DSA中的應(yīng)用，成為DSA影像質(zhì)量提高的一個(gè)重大突破。第十三章數(shù)字x線設(shè)備1