医学影像成像理论第四章 数字x线成像第二节 计算机X线摄影（CR）

1、第四章 数字X线成像12屏片方式摄影存储、管理与传输数字技术模拟技术数字方式摄影图像后处理动态范围宽一张片子英国数学家、逻辑学家，布尔代数 、逻辑数学/view/46060.htm3香农将布尔的理论系统地应用到开关网络，奠定了数字电路的理论基础/view/63224.htm4CR：成像板DR：平板探测器DF、DSA：影像增强器+摄像机56数字胃肠数字透视（digital fluoroscopy，DF）7Kodak CRComputed Radiography8SIEMENS DRDigital Radiography9SIEMENS DSAdigital subtraction angiogr

2、aphy模拟成像模拟X线摄影胶片暗盒10数字成像计算机X线摄影（CR）IP板11数字成像数字X线摄影（DR）平板探测器12科技飞速发展，计算机技术日益普及现代化医院趋向于信息化、数字化、集成化医学影像学正在逐步实现整体影像数字化13第二节 计算机X线摄影（CR）14计算机X线摄影（Computed Radiography，CR）用成像板记录X线影像，通过激光扫描使存储信号转换成光信号，再用光电倍增器转换成电信号，然后经过A/D转换后，输入计算机处理，成为高质量的数字图像。15CR系统组成主要由X线机、IP、影像阅读处理器、影像后处理工作站和存储装置等组成。16CR工作程序1.输入病人资料 人工

3、书面 ID 工作站2.摄影产生潜影 胶片 影像屏（IP）3.潜影显影 暗室处理 阅读处理器4. 图像自动处理5. 影像预览后处理6.图像显示介质 暗室照片 激光打印照片7.图像存储 暗室照片 硬盘、磁光盘8.诊断介质 暗室照片 数字图像及激光照片17 工作程序 普 放 CRCR的工作流程18 1.登记6 传到工作站X光室C R 室2患者去X光室2，患者信息传到CR中或7、图像后处理3、 照 相干式激光相机DICOM 网 络8 打印5、处 理 图 像4. 技师拿影像板到CR室阅读 处理器登记工作站与模拟成像相比，CR优缺点优点：CR 能借助普通X光的照相，生成数字化的高空间分辨率， 高密度分辨率

4、X光投射影像， 这个影像可以调节到一个最优的程度， 把最感兴趣的区域用最多层次的和最细密的图象来显示。缺点：时间分辨力较差，不能满足动态组织器官的显示，同时在细微结构的显示上与常规的X线屏-片系统比较，其空间分辨力有时稍有不足，需通过其他方式弥补。19一、成像板（ image plate ）1、IP（成像板）结构代替传统的暗盒（屏片）。其特点是可以重复使用，但不具备影像显示功能。20规格与类型 与普通暗盒胶片规格完全相符。一般常用1417英寸、1414英寸、1012英寸和810英寸四种规格。类型: 标准型（ST） 高分辨型(HR） 能量减影型 多层体层摄影型21替代胶片重复使用，可与原有的X线

5、摄影设备匹配工作。（1）表面保护层作用：防止PSL（光激励发光 ）物质层使用过程中受到损伤。特点：不随外界温度、湿度的变化而发生变化，在非常薄的条件下能弯曲、耐磨损、透光率高。常用聚酯树脂类纤维制造。22（2）PSL物质层光激励发光（PSL）物质：某物质在第一次受到光（一次激发光X线）照射时，能将一次激发光所携带的信息储存（记录）下来，当再次受到光（二次光激发光激光）照射时，能发出与一次激发光所携带信息相关的荧光，这种现象被称为光激励发光（photo stimulated luminescence，PSL）。（P95）23将PSL物质混于多聚体溶液中，涂在基板上干燥而成。多聚体溶液作用：使PS

6、L物质均匀分布，在基板上形成均匀的膜，并具有适度的柔软性和机械强度，不受环境影响。多聚体材料：硝化纤维素、聚酯树脂、丙烯及聚氯酸酯。PSL物质晶体颗粒的平均直径在4-7m，直径增大发光量增强，但影像清晰度降低。24（3）基板作用：保护PSL物质层免受外来损伤。黑色、加吸光层。（4）背面保护层作用：防止使用过程中成像板之间的摩擦损伤。25柯达（刚性板）磷光屏剖面示意图专利的刚性板设计保用30，000次26外 层 保 护 层磷 光 层 ( 氟 卤 化 钡 )ESTAR 基 底 层醋 酸 纤 维 后 层石 墨（ 铅 元 素 ）散 射 控 制 层铝 合 金 板（ 蜂 窝 状 结 构 ）暗 盒 重 量

7、与 柯 达 Lanex 增 感 屏 相 同2、IP特性主要成分：荧光物质层，对放射线、紫外线的敏感度远高于普通X线胶片，摄像后的成像板的潜影会因光的照射而消退，避光不良或漏光的成像板上的图像会因储存影像信息减少而发白。27IP板工作原理28（1）发射与激发光谱29线照射潜 影发出荧光激光再次照射激发光谱发射光谱400nm600nm30发射光谱与激发光谱的波长之间的峰值必须要有一定的差别，以保证二者在光学上不一致，从而达到最佳的影像信噪比。（2）IP的时间响应特征被激发的荧光强度迅速衰减与时间的关系称为时间响应特性。衰减快，响应特性好，前后两次读出信息不重叠。 其荧光强度衰减到初始值的1/e时所

8、用的时间称“光发射寿命期(light emission life）”,大约0.8s。31（3）IP板的动态范围当X线第一次激发IP板时，其吸收光谱中于37KeV处可见一陡峭的快速吸收，是由于荧光体中钡原子的K系所致，此吸收特征与激光二次激发时发射荧光的特征无关。32IP发射荧光的量依赖第一次发射的X线量，在 范围内具有良好的线性。33（4）IP存储信息的消退储存在PSL物质中的影像信息随储存时间(读取前的时间)的延长而衰减，从而使第2次激发时荧光体发射出的PSL强度减少，这种现象称为消退（fading）。34IP的消退现象很轻微，读出前储存8h，荧光体的PSL量减少约25。随时间的延长及存储温

9、度的升高消退速度增加。（5）天然辐射的影响IP不仅对X线敏感，对其他形式的电磁波等也敏感，如紫外线、射线、射线、射线以及电子等，因而会受到来自自然界放射性物质的照射而存储能量，在读取影像时出现一些微小的黑点，对影像形成干扰。IP长期存放后再次使用时，应先用激发光照射，以消除IP上可能存在的任何潜影。353IP使用注意事项 IP可以重复使用，在IP再次使用前，应当用光照射，消除任何可能存在的潜影。因此在使用中，应注意避免IP出现擦伤。由于IP中的荧光物质对放射线、紫外线的敏感度远高于普通X线胶片，因此摄影前、后的IP都要屏蔽。避光不良或漏光的IP上的图像会因储存的影像信息量减少而变得发白，这与普

10、通胶片正好相反 。36二、CR成像基本原理成像过程：37X-Ray可受光激励的荧光材料半导体激光PMT激励扫描受激而发出的光LogAMPA/D数字图像光/电，放大，模拟/数字转换成像过程可归结为四象限理论（由CR的研发者之一高野正雄提出）38X 线 剂 量IP发光 强度照片 密度影 像 数 据发射光谱EDR功能图像处理功能影像特性曲线I：影像信息采集II：影像信息读取III：影像信息处理IV：影像再现1. 影像信息的采集（第一象限）IP的荧光材料：掺杂2价铕离子(Eu2+ )的氟卤化钡(BaFX Eu2+ ，XCL，Br，I)的结晶。原理：掺杂Eu2+的BaFX Eu2+ 晶体被X线或紫外线长

11、时间照射后，形成F心，能吸收特定波长的可见光。39第一象限表示IP的固有特征，即X线辐射剂量与激光束激发的光激励发光（PSL）强度之间的关系。二者在1:104范围是线性的，该线性关系使CR系统具有高的敏感性和宽的动态范围。402、影像信息读取（第二象限）用激光扫描仪对已曝光的IP进行扫描读取信息被集光器收集转换为电信号、放大、A/D转换成数字信息第三象限41扫描方向慢扫描方向扫描方向 又称激光扫描方向或称快速扫描方向，指的是沿激光束偏转路径的方向。慢扫描方向 又称屏扫描方向或称副扫描方向，指的是成像板传送方向。IP的传送速度根据不同的IP尺寸来选择，使扫描和副扫描方向上的有效采样尺寸相同。42

12、第二象限表示输入到影像读出装置（image reading device，IRD）的信号和输出信号之间的关系。43新型的CR系统，对大片采取6、10像素/毫米两档可调的设置，由用户自己设置。以适应不同场合对扫描速度和扫描图像质量的不同需要。 44富士FCR5501立式图像阅读器 IP板和阅读器集成，IP板在其内部滚动使用，免去了取放IP暗盒的过程，有点类似DR 。453、影像信息处理（第三象限）影像处理装置（image processor controller，IPC）可根据诊断要求施行谐调处理、频率处理和减影处理，显示出适用于诊断的影像，其特征是可以独立控制。464、影像再现(第四象限) 影

13、像记录装置（image recorder controller，IRC）将影像信号转换为光学信号得到X线照片。IRC对CR使用的胶片特性曲线自动实施补偿，使相对于曝光曲线的影像密度是线性的。第四象限决定CR中输出的X线胶片特性曲线。是依据X线剂量和成像范围自动改变的。47四象限理论中，第一象限涉及IP的固有特性，在系统运行中是不能调节的，第二至四象限则在系统运行中可充分调节，实施影像处理功能 。CR系统的不同特性曲线之间的示意图：48输入X线成像板影 像读出影像处理影像记录胶片自动处理CR影像CR 胶片特性曲线数字特性曲线校正特性曲线 总特性曲线49I：IP的固有特征II：输入到影像阅读装置(

14、image reader device，IRD) III：影像处理装置(image processor controller，IPC)后处理。IV：影像记录装置(image recorder，IRC)，显示或打印四、CR技术新进展1、结构化存储荧光体 又称针状成像板 (CsBr:Eu2+) 2、线扫描503. 双面阅读技术51CR特点CR基本能取代传统屏片系统的摄片功能及特检功能。能完成传统X光片的数字化功能，并可与RIS/PACS联接。CR的曝光条件可在正常屏片系统的4590之间变化，其影像均能用于诊断。能通过图像的处理来显示不同的解剖部位的影像。5253CR的拓展性CR乳腺机床旁机模拟胃肠

15、机常规X线摄影机小C臂小结CR成像过程、四象限理论541X线信息影像转换成可见密度影像，转换介质不含A增感屏-胶片系统B影像增强器系统C胶片D观片灯E荧光屏答案：D2. CR经X线照射后在影像板存留的是A模拟影像B数字影像C黑白影像D彩色影像E电信号答案：A3. CR是利用_进行成像A光激励存储荧光体B非晶硒等光电转换晶体C稀土D影像增强器E光电倍增管答案：A4. 不是CR特点的是A数字成像B成像载体可重复使用C动态成像D可进行数字图像处理E可使用普通X线机球管答案：C5. 光激励荧光体中，常掺入 以改变荧光体的结构和物理特性。AAl2+BEu2+CCu2+DTI2+ESe2+答案：B6. CR成像时，将光信号转化