X 线成像设备03课件

1、X 线成像设备信息载体：X线成像依据：人体组织密度平片成像 常规模拟 数字断层成像 X-CT血管造影机在向数字化过渡传统影像增强器血管机数字平板血管造影机更新换代的时代X线一种电磁波：波长极短、能量很大性质：荧光作用 X 射线照射荧光物质时会发出荧光 完成X光能 可见光电离作用 X线照射物质时，使核外电子脱离原子轨道电离。 对生物组织细胞具有损伤的作用，称为X线的生物效应 X 射线损伤和治疗的基础 损伤的程度与剂量和生物组织的敏感度有关化学作用感光作用 可使照相底片感光 X线摄影的基础X 射线的质与量物理方面 量单位时间内，通过垂直的单位面积的X线能量 质X光的能量（穿透能力）诊断方面 量X线

2、管的管电流照射时间（mAs) 质硬度 ,X线管的管电压（kV)影响质量的因素从X线管输出的X线质受许多因素制约：（1）管电压（2）整流过的电压波形（3）管壁的玻璃、绝缘油层、管套窗口（4）附加滤过板 从X线管输出的X线量受因素制约： （1）管电流大小；（2）曝光时间X 射线在人体组织内的衰减 X 射线 人体组织，由于组织对X 射线的吸收而表现为衰减，但透过不同的组织其衰减程度不同。X 射线医学影像学基础。第二章 X线发生装置组成：X线管、高压发生器、控制台。X线的产生高速行进的电子流被物质阻挡即可产生X 射线。产生过程在X线管内进行 。X 射线产生的基本条件：（1）电子源 提供足够数量的电子（

3、2）高速定向的电子流（3）适当的障碍物（阳极耙面）接受高动能的电子，将动能转化为X 射线能。（4）真空环境 （一）X线管功能：将电能转化为X 射线能。转化率：、1%，大部分转化为热。可根据最大管电流分类。 固定阳极X线管（1）组成：阴极、阳极、玻璃壳。 ）阴极：一般由发射电子的灯丝、聚焦罩、阴极套和玻璃芯柱组成。 灯丝：由钨丝通电加热而发射电子，不同型号的X线管，加热电压不同，一般510V，电流为36A。 2）阳极：阻挡高速电子而产生X 射线 核心：靶面。 材料：钨靶 具有熔点高、原子序数高的特点。 考虑：散热（阳极体、柄）、二次电子（阳极帽）、过滤。3）玻璃壳 保持管内真空度。 特点：X 光

4、焦点较大，功率较小 适用于管电流小、功率小的小型和 部分中型X光机。（二）焦点有效焦点与实际焦点的关系有效焦点=实际焦点 sin有效焦点面积20kv时，由钼靶做的阳极辐射出连续X 线和标识X 线，经钼片过滤后，余下标识X 线，用于软组织的X 线摄影。特点：一般由钼靶做阳极，管电压20kHz)常规X线机分类按结构分： 便携式、移动式、固定式按输出功率分 小型机：100mA以下 中型机：200mA500mA 大型机：500mA以上 按使用范围分：综合性和专用设备构成和分类常规X线机的构成： X 线发生装置+辅助设施 控制装置高压设备X线管机械装置与辅助装置电源电路kV调节和预示高压发生X线管控制电

5、路容量保护管电流调节限时阳极启动保护电路电路构成方框工频机的缺点：1）体积大、重2）管电压脉动大，输出的X线质不稳定，软成分较多；3）电参量准确性差中高频X 线机 80年代后出现，是X线机发展史上的一大革命。在结构和性能上有质的飞跃 电源工作频率为中高频（400Hz100kHz）,采用了逆变技术，将直流电源转换成中频电源。 1、 直流逆变电源组成：直流电源（或交流+整流）、直流逆变和逆变控制。直流逆变：将直流电压变换为某一中高频交流电压的过程。 直流逆变的方法:桥式逆变、半桥式逆变、单端逆变 结构及工作原理 流程：高压电源：工频电源整流滤波直流电源逆变中高频电压（几百Hz几十千Hz）高压变压器

6、初级升压整流滤波X线管灯丝电源：约100V的直流电压逆变灯丝变压器初级灯丝微机系统：一般由单片机+外围电路，读写数据并发出控制指令，整机工作由微机控制管理。 KV、mA的闭环调节：将KV、mA的取样信号与设定的曝光参数比较，比较信号不断调整逆变触发信号的频率和脉冲宽度，从而自动调整KV、mA值 整机工作由微机系统管理 主要技术参数电源最大输出功率最大管电流kV调节范围主逆变电路最高触发频率中频机优点： X线质量高高压脉动小，X线单色化程度高，成像质量较高输出剂量大 在胶片黑化度相同的情况下，mAs值是工频机的60%。在曝光剂量相同的情况下，曝光时间缩短，减少了图象的动态模糊。输出稳定 ：采用了

7、闭环控制可实现超短时曝光 实现了微机管理控制的智能化管理 可直接使用直流供电 X-TVX 线涂荧光粉的输入屏荧光影像光电阴极电子影像（与荧光强度对应）聚焦阳极输出屏亮度增强100010000倍的荧光影像防护X线影象质量1、 评价参数（1） 对比度分辨率：X线影象对比度形成的实质是被照体对X线的吸收差异。与物质的客观对比度、物质的衰减系数之差（主要的）、X线的穿透能力和检测器的对比度传递特性等有关。（2） 空间分辨力：可辨认的细小细节的最小极限。（3） 图象噪声 来源于电子噪声和散射线。（4） 畸变：失真。影响X线影象质量的主要因素 靶物质管电压影响影象的对比度管电压越大，对比度越差；反之，对比

8、度越好 mAs影响影像的亮度 散射线影响影象清晰度焦点大小影响影象清晰度 运动引起模糊 数字图像基础知识 模拟图像：图像上的点与点之间的灰度值是连续变化的，即图像信息为模拟信号。像素：图像中包含的每个点，是数字图像的最小元素。数字图像：将一幅图像分成有限个像素（小区域），每个像素的灰度用一整数表示，即图像信息为数字信号。常用的有：256x256 512x512 1024x1024空间分辨力：图像分辨细节的能力，与像素的尺寸和采样频率有关。密度分辨力（灰度分辨力、对比度分辨力）：图像灰度的范围。2n n为二进制的位数，称为bit。与A/D 和 D/A的位数有关。 二、数字图像的获得图像 图像抽样

9、 量化数字图像 由A/D转换器完成。(时间和空间离散）（灰度整数化2n） 数字X线成像设备 定义：把X线透射影像数字化并进行图象处理，再显像的设备。 根据成像原理的不同来分，有三类： CR: computered radiographyDF: digital fluorography(荧光摄影）DR: digital radiographyCR用存储屏（IP）记录影像用激光扫描读出影像，输出光信号光电倍增管，输出电信号 A/D转换，输出数字信号计算机处理，形成数字图像CR的基本组成和工作原理 影像板（imaging plate , IP）：（1）结构：主要是辉尽性荧光物（2）IP成像原理：辉尽

10、性荧光物在第一次受到照射光（发射光谱）照射时，能将一次激发光所带的信息储存下来，形成潜影；当再次受到照射光（激发光谱）照射时能发出与发射光谱所带信息相关的荧光光致发光。 读出原理：激光束 IP板 荧光（模拟信号）光电倍增管 电信号A/D转换计算机 （3）IP特性a 、具有很好的时间响应特性（即潜影被读出后，强度很快消失，不影响下次的信息采集）b 、动态范围很大c 、发射光谱与激发光谱间隔的时间应小于8小时，否则潜影会消退。d、IP对其他电磁波也敏感。CR的计算机图像处理三个环节：1）检测：自动控制图象读出特性，稳定图象密度，保证在很宽的动态范围内自动获得最佳图像；与读取装置有关 具体方法分两步

11、读出： （1）微弱激光粗扫IP，计算出X线影像的辉尽发光量的直方图 （2）根据直方图自动调节光电倍增管的灵敏度和放大器的增益，再用强激光读出X线影像，最后数字化。2）与显示功能有关的图象后处理 图象视觉的改善，主要包括动态范围压缩、灰阶变换、空间频率处理等。 3）与图象存储和记录有关的处理 图像压缩以高效存储和传输。与图象记录装置有关 影响图象质量的因素：1）激光束直径2）噪声3）数字化的精度CR优点（与常规X线机比）：影像数字化，可计算机处理、存储、传输；可借助计算机处理提高图象质量，从而降低曝光剂量。CR发展方向：提高成像速度、提高IP的X线转换效率和降低结构噪声。 直接数字X线摄影系统（

12、DR） 70年代末出现。 DR：用X线探测器直接把X线转换为模拟电信号进行数字化（1） 扫描方式点扫描：逐点扫描，顺序输出电脉冲（点信息），经A/D后，组成二维图像。线扫描：逐行扫描，顺序输出电脉冲（行信息），经A/D后，组成二维图像。锥型扫描（2） 探测器非晶态硒型平板探测器FPD(flat panel detector)：此项技术最早由Sterling公司申请专利。 基本原理：应用非晶态硒涂覆于薄膜晶体管（TFT）阵列上， X线使硒层中产生电子空穴对，在电场作用下形成电流，产生正比于入射X线强度的电荷并存储于电容上，然后用TFT读出，经A/D（14bit）转换输出。X线硒层电流对储能电容充

13、电（电量X线量） TFT读出电信号数字化（与入射X线量成正比的数字量）每个TFT读出的数字量是一个像素。 非晶态硅型平板探测器此项技术由Trexell公司研制成功。基本原理：X线 闪烁发光晶体 可见光 光电二极管（非晶态氢化硅） 电信号（存储于电容上，电荷量与入射的X线强度成正比） 由电子设备读出 A/D(14bit) 数字影象信息每个光电二极管采集一个像素平板探测器DR主要部件平板探测器 图象处理器 监视器 X线机 系统控制台 网络图象质量：1）X线散射减少2）动态范围大:104105优缺点（与CR比较）： 1）清晰度较高 2）信噪比较高 3）拍片速度快(5s)4）X线转换效率高，降低辐射剂

14、量5）探测器寿命较长 6）可以升级为透视，但不能与常规X线机匹配缺陷：速度还不能满足心血管设备的要求，大面积的TFT阵列生产困难。DF （X-TV+Computer)数字减影血管成像（DSA:digital subtracted angiography)80年代兴起，由美国的Mistretta和Nudelman小组最新研制成功。计算机+常规X线机 ，是DF的一种应用。DSA：将同一部位造影前后的数字图象进行相减，得到已消除背景的充盈造影剂的血管图象。 掩模像（基像）：不含造影剂的影象。造影像（造影原像）：注入造影剂后得到的影象。 基本组成 X线管、高压发生器、影象增强器、光学系统、电视摄象机、

15、A/D、输入查找表、帧存储器、运算器、计算机、输出查找表、D/A、监视器。处理流程 为了得到质量好的减影图像，常常需要作一些处理：（1） 对数变换X线强度在人体内是以指数关系衰减的，对数变换后可使同一血管在与骨组织有重叠和无重叠时所得的减影图象对比度一致。（2） 时间滤波去噪采用帧叠加，目的是减低噪声时间低通滤波。适用于变化速度较慢的部位，且对于不同部位，叠加的帧数不一样。（3） 对比度增强提高血管的清晰度。DSA数字减影原理造影像-掩模像=消除了背景的血管像（减影像）数字减影方法时间减影最常用的减影方式 掩模造影剂进入前的一帧或多帧影象 造影像造影剂进入血管后的一帧或多帧影象 由于掩模与造影

16、像获取时间先后不同，因此称为时间减影 成像方式：脉冲影像方式能量减影（双能减影）出发点：物质对不同能量的X线吸收系数不同，而某些物质却相差不大。K缘原理： 碘、骨组织、软组织对X线的吸收系数曲线：用低于33KeV的X线和略高于33KeV的X线曝光，取得两帧影象，进行减影处理，得到明显的碘信号和较少的骨信号。 要求X线机可在两种能量之间高速切换，只有专用机才采用。 DSA对设备的要求：1、对X线机的要求：1）球管能承受连续多次脉冲曝光的负荷量；2）发射的X线质量必须稳定；采用稳定的直流高压，采用中高频技术。3）曝光脉冲与图象采集同步，数字化时序控制2、足够高的信噪比 3、计算机系统：控制、图象采

17、集和存储系统、图象后处理（1）系统控制控制流程：启动开关1，预备：计算机发出预备信号给X线机，同时控制光阑；启动开关2，减影开始：计算机启动高压注射器，同时向X线机发出曝光信号。（1）影象数据采集和存储系统DSA中，数据采集和存储均由专用硬件（影象板）实现，包括A/D、输入查找表、帧存储器、运算器、输出查找表、D/A。数据流程：视频(掩模)A/D对数变换（输入查找表） 显示D/A减影象增强和显示变换 ALU 视频(造影像)A/D对数变换（输入查找表） （3）、影象后处理1）移动性伪影校正解决掩模与造影像匹配不良造成的伪影。掩模与造影像匹配不良的原因：身体移动、肠内气体运动和心脏搏动。a更换掩模法：校正体动、肠内气体运动引起的伪影。方法：拍摄系列影像，通过试凑法决定理想的影像对。一般选择造影团到达之前瞬时的影象和造影剂峰值的影象配对。B像素移位法：校正体动伪影。方法：通过软件移动掩模像的部分或全部像素，使之与造影像匹配。改良度有限。C心脏减影法：校正搏动性伪影。方法：通过R波选择心动相位一致的掩模和造影像实施连续减影。2）减影像的处理通用处