数字X线成像设备PPT课件

1、一、CR的结构1、CR的定义 Computed Radiography，即“计算机化X线放射影像系统”或简称“计算机放射影像系统” 将携带诊断信息的X线影像记录在影像板（image plate，IP）上，经读取装置读取，通过计算机处理，获得数字化图像第1页/共45页2、CR系统的组成u X线机：与读取装置类型相对应u 影像板（IP）：影像记录载体u 读取装置：暗盒型、无暗盒型u 监视器u 储存装置：影像储存与记录第2页/共45页二、影像板（Image Plate，IP） IP是CR成像的关键器件，是CR影像的记录载体，取代屏片系统中传统的暗盒 CR影像不是直接记录于胶片，而是先记录在IP上（先

2、记后读）IP可重复使用，但不具备影像显示功能第3页/共45页1、IP的结构 A、表面保护层：防止荧光层受到损伤。要求透光且薄，常用聚脂树脂类纤维 B、荧光物质层：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 C、基板：保护荧光层免受外力的损伤 D、背面保护层：同表面保护层第4页/共45页IP的种类暗盒型IP 将IP置于类似常规X线摄影暗盒的密封盒内，可代替常规摄影暗盒在任何X线机上曝光成像无暗盒型IP IP无外封装，置于专门的读取装置内，不能在传统X线机上曝光成像第5页/共45页2、IP成像原理v 入射X光子被荧光层内的辉尽性荧光体吸收，释放出电子，其中部分电子散布在荧光

3、体内呈半稳定态，形成潜影，完成X线影像信息的采集和存储v 潜影电荷入射光子能量v 当用激光扫描已有潜影的IP时，IP表现出PSL光激发辉尽发光现象（光致发光），完成X线影像信息的读取v PSL荧光强度潜影电荷第6页/共45页3、PSL发光（1）PSL发光原理某些物质在第一次受到照射时，能将一次激发光携带的信息贮存下来，当再次受到照射时，能发出与一次激发光携带信息相关的荧光。这就是光激励发光（photostimulated luminescence，PSL，光致发光），这种物质就称为PSL物质PSL发光强度一次激发光强度（X线光子）掺杂2价铕离子的氟卤化钡晶体，PSL发光最强，选作IP荧光材料。

4、（发光原理不详）一次激发光（X线光子）二次激发光（读取激光）潜影第7页/共45页（2）PSL光谱特性v一次激发光称为PSL物质的发射光谱，在CR中即为X线光子v二次激发光称为PSL物质的激发光谱，在CR中即为用以激发PSL发光的激光，又称为激起光v一次激发光初次照射PSL物质氟卤化钡时，其吸收光谱在37keV处有一锐利、锯齿形的不连续吸收，这是由于钡原子K缘所致，但此钡原子的K缘吸收不会影响PSL荧光第8页/共45页vPSL荧光强度一次激发光照射量，PSL荧光中最大强度值称为最大发射波长em（此波长荧光，强度最大），波长约为390400nmv二次激发光中的最大激发波长ex（此波长激发出的PSL

5、荧光，强度最大）约为600nmvem（携带X线影像信息）与ex距离较远，易于区分，在读取信号时将形成良好信噪比S/N氟卤化钡的发射光谱与激发光谱emex第9页/共45页vX线照射量（一次激发光）与PSL荧光呈5位数直线相关，则IP动态范围极宽，可精确检测每种组织在X线吸收上的极小差异，故CR能通过微小的X线吸收系数差别，辨识不同的组织结构vPSL荧光强度二次激发光功率vCR成像链： 一次激发光（X线光子）潜影PSL荧光（以二次激发光为读取PSL荧光的条件）（光电效应）电信号（A/D转换）数字信号第10页/共45页（3）PSL发光时间停止对PSL物质的照射后，PSL发光不会立即消失，而是逐渐衰减

6、若上一次激起光扫描读取信号时的PSL发光尚未结束就开始下一次扫描，那下一次扫描所读取的信号就会受到干扰掺杂2价铕为发光中心的氟卤化钡的发光时间为0.8s，满足CR系统快速读取图像的要求第11页/共45页（4）PSL物质的甄选掺杂2价铕离子的氟卤化钡晶体(BaFX：EuXCl、Br、I） PSL发射光谱波长390400nm 激发光谱（激起光）波长600nm 发光时间0.8s另一种PSL物质：含微量元素铊的镓溴化物（RbBr：Tl） PSL发射光谱波长350nm 激发光谱（激起光）波长700nm 发光时间0.3s 信噪比更高，读取时间更短，体积更小第12页/共45页4、IP存贮信息的消褪v 贮存在

7、PSL物质中的X线影像信息随存贮时间（读取前时间）的延长而衰减，称为消褪（fading）v 消褪不可避免，随时间延长、温度升高而加重，CR系统对消褪设置自动补偿v 一般地，要求摄影后8小时内完成信息读取，以免丢失临床信息第13页/共45页5、IP信息的擦除v 二次激发过的IP需用强光照射，擦除IP上的潜影以供下次使用v IP经强光照射擦除潜影，是PSL发光的逆过程，实现IP存贮信息的完全擦除。其过程机理同样尚不明确v 对于暗盒式IP，可见光被屏蔽，必须将IP插入到读取装置中，引强光擦除v 对于无暗盒式IP，在二次激发后IP会自动传送至消除点进行强光信息擦除第14页/共45页6、环境因素对IP的

8、干扰v IP对所有电磁波均显敏感性v 长期闲置的IP在启用前必须先用激发光照射以消除环境干扰第15页/共45页7、IP使用注意事项由于在摄影前可改变摄影范围的大小，在读取部分可设置读取范围的大小，并能反复使用一张影像板，所以用一张较大的IP来记录X线影像，可以大大减少胶片尺寸的选择次数IP再次使用时，最好重作一次光照射，以消除可能存在的任何潜影由于IP上的荧光物质的X线灵敏度高于普通X线胶片，故要求很好地屏蔽。（对普通光不需屏蔽）IP可重复使用达千次第16页/共45页三、读取装置1、暗盒型读取装置 用于读取暗盒型IP的影像信息，配合传统常规X线机使用第17页/共45页2、无暗盒读取装置 集投照

9、、读取于一体，需专用机器，不能与常规X线摄影设备匹配。使用无暗盒型IP。 IP在曝光后直接被送到激光扫描部分读取、潜影消除部分擦除，以供重复使用第18页/共45页3、读出装置读出原理高精度电机带动IP匀速移动激光束经光学系统（摆动式反光镜和回旋式多面体反光镜）的反射，在与IP垂直的方向上，依次对IP进行精确均匀地扫描IP上所释放的PSL荧光被自动跟踪的集光器收集，经光电倍增管转换为电信号，并被进一步放大，再由A/D转换器转换成数字化影像信号不同尺寸的IP在CR读出装置中的读出时间是相同的第19页/共45页CR系统影像读取原理图第20页/共45页4、信息的读出流程v第一步，以较弱激光超高速扫描，

10、粗略读取影像信息，获取成像条件、分割信息、像野尺寸等，并核算出PSL直方图（自动预读）v第二步，在获取上述信息的基础上，根据PSL直方图，自动调节光电倍增管的敏感性和放大器的增益，再次以超强激光高精度地读取X线影像信息（精读）v配合CR系统固有功能，则可对任意组织以任意剂量获得稳定的最佳影像信息第21页/共45页四、储存装置v 图像储存与记录v 储存媒体：磁带、光盘和硬盘v 记录媒体：多幅照相机、激光照相机第22页/共45页第23页/共45页1、激光照相机的基本结构：F激光发生器：是胶片打印的能量来源F光调制器：以计算机输入的数字图像信号调制激光强度F光学扫描器：由摆动式反光镜或多面体旋转式反

11、光镜组成，使激光束扫描胶片F胶片传输系统：保证胶片按照与扫描激光束垂直的方向高精度地移动F供片库和收片库第24页/共45页2、激光照相机工作原理胶片在传送系统控制下朝一个方向高精度移动激光束相对于胶片移动方向以二维方式反复作垂直扫描装载胶片的打印滚筒和激光束动作同步运动胶片在激光束照射下曝光形成平片图像第25页/共45页五、CR的工作流程 1、CR成像原理 X线光子入射IP形成潜影（信号采集）激起光照射IPPSL发光（信号读取）PSL荧光导入光电倍增管（光电转换）A/D转换器转换获得数字信号（信号读出）送至存储与显示元件（信号处理与记录） 第26页/共45页2、CR的工作流程 ：X线照射在IP

12、上形成潜影，实现模拟信息采集。（X线管、IP）：二次激发光扫描IP获得PSL荧光，经光电倍增管转换成电信号，再由A/D转换器转换，获得数字信号。（IP、读取装置、光电倍增管、A/D转换器）：谐调处理、空间频率处理、减影处理等。（光盘存贮、胶片记录）第27页/共45页（1）灰阶处理：与CT窗宽处理类似，在选定的数字信号数值范围内，以黑白灰阶再现某一数字信号，以达到针对某部位的最佳视觉效果。3、CR常用后处理技术 应用中用同一灰阶期望显示所有的影像信息是不合适的，必须针对不同成像目的选取不同灰阶。第28页/共45页（2）窗位处理： 与CT窗位处理技术类似，选择某一数字信号数值做窗宽的中心，突出显示

13、感兴趣的组织。第29页/共45页（3）减影处理： A、时间减影 选择血管造影系列图象中的若干帧作为原像（造影像）和基像/蒙片（掩模像）行数字减影处理，可得到CR减影图象。J 优点：视野大，空间分辨力高，动态范围宽L 缺点：时间分辨力差，无法实现高频采集和实时显示第30页/共45页B、能量减影（X线吸收率减影） 用两个不同的X线摄影条件摄影，选择其中任何一帧作为掩模像进行减影，则可消除某些组织。例如对胸部行能量减影处理可消除肋骨影像，以利于观察低对比度肺野v 切换X线管电压，得到两幅不同能量的数字X线影像，用计算机进行能量减影处理v 在暗盒放置2张影像板（IP），中间隔一层铜过滤板，过滤低能射线

14、。对同时获得的2幅图像进行减影，上一层是低能射线成像，下一层是高能射线成像第31页/共45页六、影响CR影像质量的因素v CR影像的空间分辨力v CR影像的噪声v CR影像的数字化过程第32页/共45页1、CR影像的空间分辨力vCR影像的空间分辨力取决于PSL结晶体的颗粒度和读取装置的电、光学特性vCR影像的空间分辨力尚不如传统胶片第33页/共45页A、PSL结晶体的颗粒度v PSL结晶体尺寸越小，发光效率越高，图像空间分辨力越高v 目前PSL结晶体颗粒尺寸已缩小到最初的1/2，体积缩小到最初的1/8第34页/共45页B、激光束的直径和频率v 激光束以点扫描方式完成影像读取v 激光束点直径越小

15、，读取信息量相对越多，影像质量越高v 激发光谱波长为600nm时，PSL发光激起效果最佳第35页/共45页2、CR影像的噪声v X线量子噪声：IP吸收过程中产生，与IP吸收的X线量子数（入射X线量）成反比v 光量子噪声：光电倍增管光电转换中产生，与光电子数成反比v 系统固有噪声： IP结构噪声、光学系统噪声、电子系统噪声、机械传导系统噪声等，与X射线无关，结构噪声起决定作用，由PSL物质颗粒的随机分布而定 X线剂量较低时，CR噪声决定于量子噪声；X线剂量较高时，CR噪声决定于固有噪声第36页/共45页3、数字化过程对CR图像质量的影响v 数字化采样频率决定影像空间分辨力v A/D、D/A转换位

16、数决定影像对比度分辨力v 数字化程度应与人眼的辨别力和荧光屏的显示范围相适应 J 5像素/mm8bit/像素J 6.7像素/mm7bit/像素第37页/共45页七、CR的优点和不足J 能获取数字化图像：可实施图像后处理，易于储存、检索和传输J X线照射量动态范围大：可显示细微组织差异J X线辐射剂量低：PSL物质敏感度高，减少患者受照射量J 临床应用范围广：断层摄影、胃肠道造影、数字减影等J IP可重复使用第38页/共45页L 受散射效应的影响，空间分辨力不佳，影像质量不如胶片L 时间分辨力较差，难以显示动态图像L 成像过程繁琐，未改变工作流，工作效率没有提高L 设备昂贵，运行成本较高第39页

17、/共45页八、CR的发展趋势1、 IP板方面（1）提高空间分辨力 空间分辨力在4.05.0LP/mm，扫描像素10Pixel/mm， 高质量图像可达4K，已接近X线胶片的清晰度。（2）提高IP板寿命 有厂家采用刚性板，在读取该板信息时不与传动机械系统发生任何磨擦。用柔性板的厂家也在采用各种方法提高其寿命。（3）提高IP板X线转换率 降低获取图像的X线剂量，从而减低被检者的辐射剂量。第40页/共45页2、读出装置方面 采用高速高分辨的激光扫描系统和放大系统，采用高速且性能良好的机械传送系统，提高扫描读出IP板的速度 另外，还必须有高速与性能稳定的图像处理和存储系统，如IP处理速度提高到110幅/小时以上（1417英寸IP板） 第41页/共45页3、软件方面 各厂家在图像处理软件上下了很多功夫，主要在改善图像质量上研发了许多适用各种部位不同组织的专用软件 另外，为了适应中国广泛使用，操作界