医学影像成像理论第四章 第三节 数字X线摄影

1、第三节 数字X线摄影digital radiography，DR12悬吊式+立式摄影架3C形臂单板-胸片架单板-多功能U臂6移动式DR与CR相比，具有的五个优点： 病人受照射剂量更小； 时间分辨力明显提高，曝光后几秒内即可显示图像； 具有更高的动态范围，DQE和MTF性能好； 能覆盖更大的对比度范围，图像层次更丰富； 操作快捷方便，省时省力，提高工作效率。78DR图象显示界面：数字探测器采集工作站分类根据DR技术的中的采集介质的不同，可分为： 1、直接数字化X线成像技术 DDR （非晶硒） 2、间接 IDDR （非晶硅+闪烁体） 3、荧光板+CCD式数字化X线成像技术 4、多丝正比电离室数字化

2、X线成像技术（multi-wire proportional chamber , MWPC ）10DR工作流程11DR主机摄片采集工作站医师图像工作站相机PACS存档服务器（储存、调阅、报告）登记室(工作清单、工作流监控、量统计)一、直接型平板探测器（电子暗盒） 非晶态硒 X线 数字信号 基本结构13141517 当X线照射到非晶硒层，激发出电子空穴对，在偏置电压的电场下运动形成电流，被存贮在TFT的极间电容上，大小与X线数量成正比。 一个TFT和电容形成一个像素单元，每个像素有一个场效应管起开关作用。读出时，这一行的开关被打开，电荷按顺序逐一送到外电路，转化为数字化图像信号。a-SeTFT直

3、接数字化平板探测器成像原理非晶硒TFT/a-Se+TFT 19TFT 传感器矩阵单元显微照片 139 m左侧是一根头发丝80m 20优点无扩散,图像清晰: 由于正负电荷沿电场线运动，只有在X线直接吸收的像素上才发生像素对电荷的收集，每个X线光子产生的电荷不会扩散到相邻的像素中。电路自动刷新: 信号读出后扫描电路自动清除硒层中的潜影和电容存储的电荷，为下一次的曝光和转换做准备。21二、间接型平板探测器22 CsI 非晶态硅 X线 光线 数字信号 （一）基本结构组成：荧光材料、a-Si光电二极管阵列、行驱动电路、图像信号读取电路。23241. 荧光材料层25为防潮闪烁体层生长在薄铝板上，应用时铝板

4、位于X线的入射方向，同时起反射光波的作用。 闪烁体层的厚度为500600m，CsI晶体的这种针状结构称作CsI:Tl 闪烁体。m（1）CsI晶体的X线吸收特性26CsI的X线吸收系数是X线能量的函数，随着X线能量的增加，CsI材料的吸收系数逐渐降低，材料厚度增加吸收系数升高；在常规诊断X线能量范围内，CsI材料具有优于Se及其他X线荧光体材料的吸收性能。27(2)碘化铯晶体的发射光谱特性：CsI发射光谱与a-Si光电二极管吸收谱的峰值波长都为550nm，具有很好的匹配关系 。2探测元阵列层 每个探测元包括一个a-Si光电二极管和起开关作的TFT。 运行时TFT关闭，给光电二极管一个外部反向偏置

5、电压，通过闪烁体的可见光产生的电荷聚集在二极管上。 读取时给TFT一个电压使其打开，电荷就会由二极管沿数据线流出，以电信号的形式“读”到信号处理单元。28（1）a-Si光电二极管阵列典型的探测器阵列由间距为143m的a-Si光电二极管按行列矩阵式排列，1717的探测器阵列由3000行3000列共900万个像素构成，根据临床应用的不同要求也可采用不同的像素尺寸以及不同的阵列大小。每一像素由具有光敏性的a-Si光电二极管、不能感光的开关二极管、行驱动线和列读出线构成。位于同一行所有像素的行驱动线相连，位于同一列所有像素的列读出线相连，则构成了探测器矩阵的总线系统。29(2) 探测器像素每一像素由负

6、极相连的一个光电二极管和一个开关二极管对构成，通常将这种结构称作双二极管结构（2XD）。也有采用光电二极管-晶体管对构成探测器像素的结构形式通常将采用前一种结构的探测器阵列称作TFD阵列，后一种称作TFT阵列 。303探测器外围电路 探测器的外围电路由时序控制器、行驱动电路、读出电路、A/D转换电路、通信及控制电路组成。在时序控制器的统一指挥下，行驱动电路将像素的电荷逐行检出。 读出电路由低功率CMOS模拟集成电路构成，该芯片集成多路开关，将并行的列脉冲信号转换为串行脉冲信号。314探测器系统接口 包括：图像数据光纤接口双向通讯接口5VDC，24VDC探测器工作电源32（二）工作原理 CsI晶

7、体将入射的X线图像转换为可见光图像； a-Si光电二极管阵列将可见光图像转换为电荷图像，每一个像素电荷量变化与入射X线的强度成正比，同时该阵列还将空间上连续的X线图像转换为行和列的点阵式图像；中央时序控制器控制下，行驱动电路与读取电路将电荷信号逐行取出，转换为脉冲序列并量化为数字信号。数字信号经通信接口电路传送至图像处理器，形成X线数字图像。3334间接数字化平板探测器 碘化铯非晶硅TFT/CsI + a-Si + TFT 6mCsIa-SiTFT143m三、多丝正比电离室型X线摄影 1903年，波恩在第二次放射学大会上作过这方面的内容介绍，但这种装置一直未能得到实际使用。1999年，中兴医疗

8、公司与俄罗斯科学院核物理研究所在中国共同研制成功MWPC型直接数字X线摄影装置，这是一种低剂量数字X线机(low-dose digital radiographic device，LDRD)，或称为低剂量X线机。它采用一种狭缝式的线扫描装置。 35（一）基本结构由扫描机构、探测系统、控制系统和工作站四部分组成。36后准直器前准直器立柱传动机构水平支架数据采集器多丝正比室探测器受检人员X球管束光器（二）工作原理 37波兰籍法国物理学家夏帕克1992年被授予诺贝尔物理奖，以表彰他对高能物理探测器，特别是多丝正比室（multiwire proportional chamber）的发明和发展。MWPC

9、结构：一个矩形密封腔体，腔体内充填惰性气体，并设有漂移电极、阴极和阳极。阳极为水平排列的数百条金属丝，其方向指向X线管的焦点，每一根金属丝均作为一个独立的采集通道。在阳极丝上下方各有一个垂直于阳极的网状阴极，而在阴极网上方还有一个板状的漂移电极。因此，在MWPC内有一个漂移电场和一个加速电场。3839（二）工作原理X线射入漂移电场时，惰性气体分子电离，负离子高电位阴极。负离子进入加速电场时，引起雪崩效应，产生大量离子云。其数量、直径与电场强度和气压有关。离子云将高速飞向阳极丝，每碰撞一次产生一个高速脉冲信号。40将这些脉冲加以计数，就可以得到正比于入射光子的计数值。将水平排列的通道技术按位置对

10、应排列，就可得到数字图像的一行记录。在扫描机构的帮助下将这一行行的数字图像读出，就可得到一幅平面数字图像。四、DR特殊成像技术1、DR断层融合技术 又称三维断层容积成像技术，在传统体层摄像的基础上，基于DR动态平板与图像后处理软件相结合的一种体层成像技术原理：一次扫描、多次曝光，获得多幅不同角度、连续、独立的数字图像，计算机对图像处理重建不同深度层面的图像。422、DR图像拼接技术一次采集不同位置的多幅图像，然后由计算机进行全景拼接，合成大幅面X线图像。3、DR组织均衡技术利用后处理软件将厚度大、密度高的区域与厚度小、密度低区域分割开，分别赋予各自的灰度值，都形成良好对比度，并在同一幅图像上显

11、示。43X线摄影在不断进步临 床 应 用 基 础 过 渡 终 极DR摄影 模拟X线摄影 CR摄影工作效率低工作强度高图像质量差水洗胶片有害身体健康工作效率中工作强度中图像质量中可使用干片工作效率高工作强度低图像质量好可使用干片DR与CR比较CR为不含X光机系统的成像转换系统，需由IP板，客户已有或另外购置的X光设备共同参与完成。DR为本身带有X光机系统的直接数字化成像装置。CR的制造商：传统胶片生产商 Fuji、Kodak、Agfa（爱克发）、Konica（柯尼卡） 研制方向：用成像板替代X线胶片DR的制造商：多为X线设备制造商 GE 、SIEMENS、飞利浦 研制方向：用光电信号转换技术获取

12、图像CRDR备注配置要求需由IP板及另外购置的X光拍片设备共同完成工作无需购置任何附件一台高质量的高频X光拍片机（带AEC自动曝光控制）。需6-7万美元检查时间IP板曝光后送CR处理：30秒CR处理时间：60-90秒残留图像清除：30秒将清除残像IP板送至拍片室：30秒共需150-180秒 仅需5秒繁琐的CR间接数字化处理过程，无法使医生真正减少工作量操作方便性因IP板尺寸不同，在摆位时需严格配合摄影位置，不允许有任何偏差。IP板容易混淆，需严格编号或扫描仪对号识别暗盒一经碰撞或摔伤，即无法进入CR中使用DR有17*17尺寸之数字成像板，仅需轻松摆位，每次检查均似流水作业DR操作方便，且人性化

13、工作效率一台CR需由4-5人协同工作，工作量甚至超过普通拍片DR需2人即可完成全天操作DR真正将工作人员从体力劳动中解放出来CRDR备注量子检测效率（DQE）25%50%-70%DR比CR的DQE高出一倍以上，投照剂量至少减少一半图 像质 量随着IP板使用次数的增加，IP板产生不可逆损害，图像质量下降明显尽管平板探测器有超长的耐用性和寿命，因此，图象质量始终如一将避免CR的IP板造成的图象质量下降和消耗成本剧增的不利影响成 像方 式CR只是用IP板替代了胶片DR是对屏胶系统的彻底替代DR是真正意义上的数字化变革发展方向作为间接数字化产品，CR仅仅是常规放射与DR设备的过渡。DR是目前为止数字化

14、放射产品的真正代表相差无几的投资，决定着天壤之别的未来例题应用非晶硒和薄膜晶体管阵列技术制成的探测器是硒鼓检测器IP成像转换器直接转换平板探测器间接转换平板探测器多丝正比室检测器答案: C49例题从X线到影像按潜影可见光数字影像,这一程序转换的是I.I+TV摄像机成像板闪烁体+CCD摄像机阵列直接转换平板探测器间接转换平板探测器答案: B50属于DR成像直接转换方式的部件是A.影像板B.增感屏C.非晶硒平板探测器D.碘化铯+非晶硅探测器E.闪烁体+CCD摄像机阵列答案: C属于DR成像间接转换方式的部件是A.增感屏B.非晶硒平板探测器C.多丝正比电离室D.碘化铯+非晶硅探测器E.半导体狭缝线阵探测器答案: D例题51非晶硒作探测器是