数字X线检查技术讲义课件

1、数字X线成像检查技术1982年研制出计算机摄影（Computed radiology CR）系统，20世纪90年代末数字化摄影（Digital radiology DR）系统问世，使传统X线摄影成功地走向数字化，实现了影像信息的数字化贮存和传输。DR(Digital Radiography)，即直接数字化X射线摄影系统，是由数据采集板、扫描控制器、系统控制器、影像监示器等组成，是直接将X线光子通过数据采集板转换为数字化图像，是一种广义上的直接数字化X线摄影。而狭义上的直接数字化摄影即DDR（DirectDigit Radiography），通常指采用平板探测器的影像直接转换技术的数字放射摄影，

2、是真正意义上的直接数字化X射线摄影系统。CR IP板和激光扫描仪IP板激光扫描仪DR 机DR DR 探测板 DR 探测器分类1、直接转换式平板探测器 一是直接转换，系指该探测器利用的光导半导体材料是非晶硒，直接将接受到的X-线光子转换成电信号，故称直接转换。二是平板，系指探测器的单元阵列采用的薄膜晶体管（TFT）技术，外形类似平板状，这种探测器称为直接转换式平板探测器。 2、间接转换式平板探测器 间接转换式平板探测器系指X-线影像信息在转换为电子信号过程中，中间需要经过光电转换后在变为电信号。 直接转换平板探测器工作原理间接转换平板探测器工作原理图数字X线成像基本知识在信息科学中，能够计数的离

3、散量称为数字信号，不能计数的连续量称为模拟信号。将模拟量转换为数字信号的介质为模/数转换器（Analog-to-Digital converter，ADC）。模/数转换器把模拟量（如电压、电流、频率、相移、位移、脉宽、转角等）通过采样转换成离散的数字量，该过程称为数字化。1、定义（1）矩阵（matrix）矩阵是一个数学概念，它表示一个横成行、纵成列的数字方阵。矩阵有影像矩阵（image matrix）和显示矩阵（display matrix）之分。影像矩阵指CT重建得到的影像或CR、DR采集到的每幅影像所用矩阵；显示矩阵是指显示器上显示的影像矩阵。常用的矩阵有320320、512512、102

4、41024等。 像素（pixel）数字矩阵中的每一个栅格单元称为像素（Pixel)，是数字图像的基本构成单位，像素是一个二维概念，其大小可由像素尺寸表示，如100um100um。 2、矩阵与像素的关系数字图像是用阵列表示的图像，该阵列中的每一个元素称为像素，像素是组成数字图像的基本元素。数字图像是由有限个像素点组成的，构成数字图像的所有像素构成了矩阵。矩阵大小能表示构成一幅图像的像素数量多少。矩阵与像素大小的关系，可由下述公式表示：重建像素多少=视野大小/矩阵大小矩阵、像素与图像的关系 如果构成图像的像素数量少，像素的尺寸大，可观察到的原始图像细节较少，图像的空间分辨力低；反之，像素数量多，图

5、像的空间分辨力高。描述一幅图像需要的像素数量是由每个像素的大小和整个图像的尺寸决定的。在空间分辨力一定的条件下，图像大比图像小需要的像素多，每个单独像素的大小决定图像的空间分辨力。若图像矩阵的大小固定，视野增加时，图像的空间分辨力降低。（三）分辨力1、时间分辨力：又称动态分辨力，是指成像系统对运动部位成像的瞬间显示能力。时间分辨力越高，对动态组织器官的成像显示能力越强，影像越清晰。2、密度分辨力：又称低对比分辨力，是从影像中所能辨别密度差别的最小极限，是对影像细微密度差别的辨别能力。密度分辨力常以百分比（%）表示。 3、空间分辨力：又称高对比分辨力，是从影像中可辨认的组织几何尺寸的最小极限，是

6、对影像空间细微结构的辨别能力。它是表示一幅图像质量的量化指标，常用毫米（mm)、单位距离内的线对数（LP/mm)或单位距离内的像素数（pixels/mm）等表示。噪声（noise）：在X线数字成像中，影像上观察到的亮度水平中随机出现的波动称为噪声。 信噪比（SNR）：信号强度与噪声强度的比值简称为信噪比，SNR是评价影像质量的指标之一。 伪影（artifact）：系指在成像过程中产生的错误图像特征。伪影是附加在正常图像上的异常影像，它会干扰对正常图像的判读，是影响图像质量的重要因素。灰阶（gray level）：在照片或显示器上所呈现的黑白图像上的各点表现出不同深度灰色。把白色与黑色之间分成若

7、干级，称为“灰度等级”，表现的亮度（或灰度）信号的等级差别称为灰阶。DR与CR的共同点都是将X线影像信息转化为数字影像信息，其曝光宽容度相对于普通的增感屏-胶片系统体现出某些优势。 CR和DR由于采用数字技术，动态范围广，都有很宽的曝光宽容度，因而允许照相中的技术误差，即使在一些曝光条件难以掌握的部位，也能获得很好的图像； CR和DR可以根据临床需要进行各种图像后处理，如各种图像滤波，窗宽窗位调节、放大漫游、图像拼接以及距离、面积、密度测量等丰富的功能，为影像诊断中的细节观察、前后对比、定量分析提供技术支持。 两者的性能比较 1、成像原理：DR是一种X线直接转换技术，它利用硒作为X线检测器，成

8、像环节少；CR是一种X线间接转换技术，它利用图像板作为X线检测器，成像环节相对于DR较多。2、图像分辨率：DR系统无光学散射而引起的图像模糊，其清晰度主要由像素尺寸大小决定； CR系统由于自身的结构，在受到X线照射时，图像板中的磷粒子X线存在着散射，引起潜像模糊；在判读潜像过程中，激光扫描仪的激发光在穿过图像板的深部时产生着散射，沿着路径形成受激荧光，使图像模糊，降低了图像分辨率，因此当前CR系统的不足之处主要为时间分辨率较差，不能满足动态器官和结构的显示。3、DR是今后的发展方向，但就目前而言，DR电子暗盒的结构14 in17 in(1 in=2.54 cm)由4块5 in 8 in 所组成

9、，每块的接缝处由于工艺的限制不能做得没缝，且一旦其中一块损坏必将导致4块全部更换，不但费用昂贵，还需改装已有的X线机设备，而CR相对费用较低，且多台X线机可同时使用，无需改变现有设备。4、CR系统更适用于X线平片摄影，其非专用机型可和多台常规X线摄影机匹配使用，且更适用于复杂部位和体位的X线摄影； DR系统则较适用于透视与点片摄影及各种造影检查，由于单机工作时的通量限制，不易取代大型医院中多机同时工作的常规X线摄影设备，但较适用于小医疗单位和诊所的一机多用目的。 事实上，CR和DR系统在相当长的一段时间内将是一对并行发展的系统。数字化X线影像技术的特点第一，它最突出的优点是组织结构分辩率高，图

10、像清晰、细腻，医生可根据需要进行诸如数字减影等多种图像后处理，以期获得理想的诊断效果。第二，该设备在透视状态下，可实时显示数字图像，医生再根据患者病症的状况进行数字摄影，然后通过一系列影像后处理如边缘增强、放大、黑白翻转、图像平滑等功能，可从中提取出丰富可靠的临床诊断信息，尤其对早期病灶的发现可提供良好的诊断条件。 第三，数字化X线机形成的数字化图像比传统胶片成像所需的X射线计量要少，因而它能用较低的X线剂量得到高清晰的图像，同时也使病人减少了受X射线辐射的危害。 第四，由于它改变了已往传统的胶片摄影方法，可使医院放射线科取消原来的图像管理方式和省去片库房，而可采用计算机无片化档案管理方法取而

11、代之，可节省大量的资金和场地，极大地提高工作效率。 此外，由于数字化X线图像的出现，结束了X线图像不能进入医院PACS系统的历史，为医院进行远程专家会诊和网上交流提供了极大的便利。 另外，该设备还可进行多幅图像显示，进行图像比较，以利于医生准确判别、诊断。通过图像滚动回放功能，还可为医生回忆整个透视检查过程。 数字化图像对骨结构、关结软骨及软组织的显示优于传统的X线成像，还可行矿物盐含量的定量分析。 数字化图像易于显示纵隔结构如血管和气管。对结节性病变的检出率高于传统的X线成像，但显示肺间质与肺泡病变则不及传统的X线图像。 DR在观察肠管积气、气腹和结石等含钙病变优于传统X线图像。用数字化图像

12、行体层成像优于X线体层摄影。 胃肠双对比造影在显示胃小区、微小病变和肠粘膜皱襞上，数字化图像优于传统的X线造影。 一、CR系统构造CR（computed radiography）系统使用成像板（imaging plate，IP）为探测器，利用现有的X线设备进行X线信息的采集来实现图像的获取。它主要由X线机、成像板、图像阅读仪、图像处理工作站、图像存储系统和打印机组成。1、X线机 CR系统所用的X线机与CR系统的种类有关。 CR系统的激光阅读器分为暗盒型（cassette type）和无暗盒型（non-cassette type）两种。 暗盒型阅读器的CR需要暗盒作为载体装载IP经历曝光、激光扫

13、描的过程，系统所用的X线机与传统的X线机兼容，不需要单独配置。 无暗盒型CR系统的IP曝光和阅读装置组合为一体，连同成像板向工作站传输的整个过程都是自动完成，需要配置单独的X线发生装置。目前，临床使用的绝大多数都是暗盒型阅读器的CR系统，不需要单独购置新的X线机，摄影技师的工作流程也与传统屏-片系统基本相同。2、成像板成像板的结构IP是CR成像系统的关键元器件，是采集或记录图像信息的载体，并代替了传统的屏-片系统。它适用于各种类型的X线机，也适用于各种X线检查，具有很大的灵活性和广泛的用途。 IP可以重复使用，但不具备图像显示功能。IP外观像一块单面增感屏，由表面保护层、光激励荧光(photo

14、-stimulated luminescence, PSL)物质层、基板层和背面保护层组成。表面保护层：表面保护层的制作材料常采用聚酯树脂类纤维，耐磨损、透光率高，不受外界温、湿度变化的影响。作用是防止PSL物质层在使用过程中受到损伤。PSL物质层：由PSL物质与多聚体共同组成。PSL物质为发光材料，结晶体颗粒的平均直径在47m。颗粒直径增加，发光强度增加，但随之图像的清晰度降低。 多聚体的材料一般为硝化纤维素、聚酯树脂、丙稀及聚氯酸酯等。 多聚体的作用是使PSL物质在涂布层中均匀分布，具有适度的柔软性和机械强度，并免受温度、湿度、辐射和激光等因素的影响而产生理化性质的变化。基板：基板的材料是

15、聚酯纤维胶膜，厚度在200350m。作用是保护PSL物质层，避免激光在PSL物质层产生界面反射，提高图像清晰度。有的IP为了防止光透过基板，还在基板中增加了吸光层。背面保护层：制作材料与表面保护层相同。作用是防止使用过程中成像板之间的摩擦损伤。IP的规格尺寸与常规胶片一致，一般有3543cm（1417英寸）、3535cm（1414英寸）、2530cm（1012英寸）和2025cm（810英寸）四种规格。 根据不同的摄影技术，IP又可分为标准型（ST）、高分辨型（HR）、减影型及多层体层摄影型。在正常条件下，成像板的使用寿命为10000次。IP使用注意事项：IP在每次使用前，应用光照射，消除潜影

16、。使用中应避免擦伤。成像板的特性成像板的主要成分是荧光物质，它对放射线、紫外线的敏感程度远高于普通X线胶片。PSL物质中存储的信息会随时间逐渐消退。IP中PSL的消退与时间和温度有关，正常情况下IP中存储的信息在8小时后，其荧光体的PSL量减少约25。若曝光不足或存储过久（8小时），由于X线的量子不足和天然辐射影响会产生颗粒衰减，致使图像噪声增加。天然辐射的影响IP除对X射线、紫外线敏感外，对自然界存在的其它辐射如电磁波、射线、射线和射线等也敏感。 IP会积聚自然放射性物质的照射，从而在读取图像时会出现一些小黑点，干扰正常图像的形成。为避免这种现象，IP长期存放后再次使用前，应采用激发光照射后

17、再使用。3、图像阅读仪 图像阅读仪是阅读IP、产生数字图像、进行图像简单处理，并向图像处理工作站或激光打印机等终端设备输出图像数据的装置。 它具有将曝光后的IP从暗盒中取出的结构。通过图像阅读仪中的激光扫描仪扫描，数字化图像被送到灰度和空间频率处理的内部图像处理器中，然后送至激光打印机或图像处理工作站。 图像读取完成后，IP的潜影被消除，并可重新装入暗盒。4、图像处理工作站 图像处理工作站包含有图像处理软件，通常提供不同解剖成像部位的多种预设图像处理模式，实现图像的最优化处理和显示，并可进行图像数据的存储和传输。 在图像处理工作站上还可进行图像的查询、显示与处理（整体放大、局部放大、窗宽窗位调

18、节、图像旋转、边缘增强、添加注解、距离测量和统计等），并把处理结果输出或返回图像服务器。5、监视器用于显示经图像阅读处理器处理后的图像。6、存储装置 用于存储经图像阅读处理器处理后的图像数据，通常有磁盘阵列、磁带库等。 CR（一）操作流程各种机型CR在数据采集类型和工作程序有所不同，但都是通过直接或间接利用电子技术将X线信息的不同载体变为电子载体，被探测器接收并转换为数字化信号，获得X线衰减值的数字矩阵，利用计算机进一步处理、显示、存储和传输，因而在操作步骤和程序方面大同小异。在实际工作中应根据各类机器的说明书正确使用。1使用前的准备1 室温及湿度是否在允许范围内（温度10300C；相对湿度3

19、0%75%，）否则不能开机。 2 检查电源电压、频率是否在允许范围内。3 检查每一部分的地线是否连接完好。 4检查电缆是否存在不安全之处。2操作注意事项 1 若设备运行过程中发生故障或发生其他紧急情况，应立即切断电源开关。2 不要擅自修改程序和拆卸机器，只有经专门培训的技术人员才可打开发生器盖等。3 在有易爆气体的环境下严禁使用数字化X线的设备。4 在机器活动范围内，病人与操作人员不能停留或放置任何物品以免发生碰撞。5 准备必要的放射防护措施。6 注意设备的日常维护、保养及校准。7 出现故障必须详细记录，并通知工程师前来维修。3操作流程（1）开机：先打开显示器，再打开扫描主机开关，待所有程序进

20、入后方可使用（同电脑）。（2）基本方法：病人投照后1 录入病人的基本信息，如姓名、性别、年龄、ID号、临床诊断、送诊科室等。2 进入部位选择界面，如头部、颈部等。3 用条码扫描器对IP盒的条码窗口进行扫描。4 将扫描后的IP盒插入扫描主机读取已记录的影像信息。5 通过计算机对已获取图像进行对比度、反转等处理。6 根据需要选择单幅、双幅或多幅方式、打印张数，然后进行打印。（3）关机1 关闭扫描主机。2 关闭计算机。CR的优点在适当的曝光宽容度范围内使用CR系统，只需曝光一次，通过后处理即可分别得到清晰的骨骼和肌肉影像。基于高的线性响应特征，CR系统照片的层次显示也优于传统的胶片。 CR系统用低对

21、比处理和强的空间频率处理，可提供较宽的处理范围和边缘增强，利于显示软组织；高对比处理和弱空间频率处理结合可使骨结构显示清晰。 由于CR系统的空间分辨力较低，对末梢骨的病变如末梢骨的骨膜下骨吸收、无移位的线样骨折等显示受到一定限制，但可通过直接放大影像技术使之得到改善。CR系统对皮质骨、小梁骨、关节间隙、肌腱和韧带、关节囊、皮下脂肪及皮肤等结构采用与传统的屏片系统相同的曝光剂量，并对获得的图像进行空间频率处理。 DR摄影（一）DR操作流程与检查技术DR的类型较多，其成像原理和设备结构也有所不同，但其操作步骤有共同之处。1系统启动为了保障系统操作的安全、计算机网络系统的顺利登录以及文字报告打印机、

22、胶片打印机的正常运行，系统启动必须严格按以下顺序操作：1接通配电柜电源总闸。2接通接线板电源。3接通X线机控制器电源。4接通电脑主机电源。5开启技术工作站及其他的医生工作站。6开启激光打印机或喷墨打印机（文字报告打印机）。7开启胶片打印机。8系统开始正常工作。(4)摆位及对准中心线：根据病人实际情况摆好摄影体位，如是对FPD曝光，要调好X线管到摄影床（架）距离，并将遮光器中的灯打开，对准中心线，进行对焦，如是线扫描装置，要调准扫描起始位置。DR的特殊临床应用（1）双能量减影技术（2）融合断层技术：该功能通过一次扫描可以获得检查区域内任意深度层面的多层面高清晰度的体层图像。 （3）图像拼接技术：

23、在DR的自动控制程序模式下，一次性采集不同位置的多幅图像，然后由计算机进行全景拼接，合成为大幅X线图像 。（4）DR的组织均衡技术，可自动调整组织的对比度。能量减影传统的减影有时间减影和能量减影二种方式，由于数字X线系统时间分辨力不高，所以，在组织的减影中一般都采用能量减影的方式。 能量减影是有选择地去掉影像中的骨骼或软组织的信息，在同一部位同一次曝光中获得一幅高能量影像和一幅低能量影像，由于这两幅影像中的骨骼与软组织信号强度不同，通过计算机加权减影来实现这二幅图像的减影。 结果是与骨骼相一致的信号被消除，得到软组织影像；或者与软组织相一致的信号被消除获到骨骼影像。总结CR的优点与不足1、CR的优点： （1）X线