第3章 数字X线成像技术

第3章数字X线成像技术医学技术与工程学院1.X线的本质X线在本质上与无线电波、红外线、紫外线及γ射线一样，属于电磁辐射，具有波动性和粒子性。组成一束X线的每个光子都具有一定的能量，并以光速沿直线传播，服从光的反射、折射、散射和衍射的一般规律。在电磁波谱中，X线的波长介于紫外线和γ射线之间，为10～10－2μm，医用诊断X线的波长为0.031~0.008μm。X线不为磁场所偏转，是一束中性的光子流。复习上次课内容2.X射线的特性X射线特性穿透作用荧光作用电离作用感光作用生物效应与成像相关的特性穿透性：能穿透可见光不能穿透的各种不同密度物体，此为X线成像的基础（吸收与衰减，穿透与管电压，厚度与密度）荧光效应：能激发莹光物质发出可见光，此为X线透视的基础感光效应：能使涂有溴化银的胶片感光并形成潜影，以显定影处理产生黑、白图像。此为X线摄影的基础电离效应：X线通过任何物质都可产生电离效应，此为X线防护和放射治疗的基础

X线成像方法成像方法透视成像X线摄影普通透视胃肠钡剂透视普通摄影滤线器摄影胃肠摄影体层摄影普通透视利用人体不同组织间的密度差异，形成具有天然对比影像的透视成像方法。由于不同组织、或正常组织与病变组织的密度不同，对X线的吸收也不同，透过人体组织不同部位的X线在强度上产生一定的差异，形成X线影像信息。这种已包含影像信息的X线，照射到荧光屏上，转换为有一定天然对比的可见影像。

透视是利用X射线的什么特性进行成像的？X线成像基本原理

X线成像相关特性，组织的密度和厚度的差别X线图像特点？灰阶图像反映人体组织结构的解剖及病理状态重叠、放大、失真数字X线成像技术

本章要点一.数字X线成像的概念与分类二.计算机X线摄影系统（CR）

成像板；读取装置；计算机图像处理；图像储存和记录装置。三.数字减影血管造影系统（DSA）基本结构和工作原理；成像方式；特殊要求和技术措施。四.数字X线摄影系统（DR）

DR的基本结构；直接数字X摄影一.数字X线成像技术的概念与分类1.什么是数字X线成像技术？2.数字X线成像技术包括哪些类型？3.数字X线成像有哪些特点？本部分主要讨论以下几个问题：数字X线成像技术概念：把X线透射图像实现数字化并进行图像处理，再变换成模拟图像（D/A转换）显示的一种X线成像技术。

数字X线成像技术计算机X线摄影（ComputedRadiography，CR）数字荧光X线摄影（DigitalFluorography，DF）数字X线摄影（DR）存储屏激光扫描光电倍增管光信号数字图像电信号A/D转换X线图像增强器X线电视系统A/D转换X线模拟信号数字图像直接数字X线摄影：(DDR)间接数字X线摄影(IDR)扫描仪X线检测器数字X线成像技术分类：根据X线束形状锥形扫描成像法：CR、DF、DDR（二维检测器）扇形扫描成像法：DDR（一维检测器）数字X线成像的特点：对比度分辨率高辐射剂量小成像质量高便于存储和传输存储介质图像压缩PACS远程医疗…

图像处理技术动态范围：普通：102

；数字：（104～105）这是为什么呢？30%～70％为什么要拍X片呢？

治病

制病√×好！本章要点一.数字X线成像的概念与分类二.计算机X线摄影系统（CR）

成像板；读取装置；计算机图像处理；图像储存和记录装置。三.数字减影血管造影系统（DSA）基本结构和工作原理；成像方式；特殊要求和技术措施。四.数字X线摄影系统（DR）

DR的基本结构；直接数字X摄影二.计算机X线摄影系统（CR）1.CR的基本组成和工作原理2.成像板3.读取装置4.计算机图像处理5.图像储存和记录装置1.CR的基本组成和工作原理多槽式CR（FCRXG-5000）单槽式CR（FCRXG-1）新一代全能型CR（FCRCAPSULAXL）CR的工作原理用成像板(ImagePlate,IP)代替传统的增感屏/胶片来完成影像数据的存储，利用激光扫描技术读取存储于IP上的感光信号，然后借助计算机对读取的影像数据进行数字处理和输出。该方法不仅实现了X线摄影的数字化，而且可充分利用现代计算机网络技术，使医学诊断和存储达到网络化水平，极大地提高了医疗诊断效率，具有广阔的应用前景。成像板激光扫描数字化处理和输出光信号数字图像X线CR成像示意图ImagePlate成像板(影像板）信息采集部分信息转换部分信息处理部分信息储存及记录部分各部分组成及功能：CR信息采集部分信息转换部分信息处理部分信息储存与记录部分：成像板，接受记忆X线摄影信息（潜影）。：激光扫描读取装置，光电转换、A/D转换：计算机，处理数字X线图像二.计算机X线摄影系统（CR）1.CR的基本组成和工作原理2.成像板3.读取装置4.计算机图像处理5.图像储存和记录装置2.成像板（ImagePlate，IP）（1）成像板结构/////////////////////////////////////////////////////////////○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○##################################/////////////////////////////////////////////////////////////保护层荧光层基板背面保护层保护荧光层材料稳定性好、透光率高聚酯树脂类纤维保护荧光层，聚酯树脂纤维胶膜

PSL荧光物质混于多聚体溶液，涂在基板上；记录第一次照射信号，释放存储的信号防止各张成像板之间在使用过程中的摩擦损伤，材料与表面保护层同，聚酯树脂类纤维X射线PSL(photostimulableluminescence)荧光物质/////////////////////////////////////////////////○○○○○○○○○○○○○○○○########################/////////////////////////////////////////////////⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙潜影⊙⊙逃逸激光☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆光量子光激励发光第一次受到照射光（一次激发光）照射时，能将一次激发光所携带的信息储存下来，再次受到照射光（二次激发光）照射时，发出强度与第一次激发光所携带信息相关的荧光。光电转换A/D转换数字图像电子（2）成像板成像原理X射线荧光物质电子潜影激光荧光（3）成像板的特性IP的时间响应特性IP的动态范围IP存储信息的消退天然辐射的影响扫描停止，PSL强度迅速衰减，避免信息的重叠。良好的动态范围，精确检测组织间X线吸收的差别。消退：光电子逃逸，二次激发时PSL强度减少。8h，荧光体的发光量减少25％，光电倍增管补偿。紫外线、γ射线IP使用注意事项IP再次使用时，重作一次光照射，以消除可能存在的任何潜影。屏蔽要求高。二.计算机X线摄影系统（CR）1.CR的基本组成和工作原理2.成像板3.读取装置4.计算机图像处理5.图像储存和记录装置3.读取装置暗盒型读取装置

将成像板置入与常规X线摄影暗盒类似的盒内，可代替常规摄影暗盒在任何X线机上使用。成像板尺寸：14×17,14×14,10×12,8×10（in）无暗盒型读取装置

集投照、读取于一体，立式和卧式。需专用机器，不能与常规X线摄影设备匹配。IP可重复使用。（1）结构（2）读出原理IP图像板匀速运动激光束对成像板均匀精确扫描集光器采集和导向产生PSL荧光光电倍增管转换和放大模数转换数字图像CR系统读出原理图记录在IP上的信息分两步读出：

【粗略扫描】：用一束微弱的激光瞬间粗略地扫描IP，立即计算出X线图像的PSL发光强度的直方图；

【精细扫描】：获取上述信息的基础上，自动调整光电倍增管的灵敏度及放大器的增益，再用高强度的激光精细地读出X线图像，并实现数字化。（3）影响图像质量的因素影响因素激光束的直径：光电及传动系统的噪声：数字化越小越好IP空间分辨率：2～3.3LP/mm;X线量子噪声；光量子噪声；反射光、外来光干扰；电流的稳定程度；机械传导系统的稳定程度取样：“马赛克”伪影量化：等高状伪影二.计算机X线摄影系统（CR）1.CR的基本组成和工作原理2.成像板3.读取装置4.计算机图像处理5.图像储存和记录装置4.计算机图像处理常规X线摄影图像特性由哪些因素决定？照相条件、增感屏及胶片同常规X线摄影图像相比，CR有什么不同？图像处理（1）CR图像处理的三个环节【第一环节】：与系统检测功能有关，涉及图像读取装置输入信号和输出信号之间的关系；保证系统在很宽的动态范围内获得最佳密度和对比度的图像。

【第二环节】：与显示功能有关，涉及图像处理装置；通过各种特殊处理（灰阶处理、频率处理、减影处理等）为医生提供可满足不同诊断目的的、具有较高诊断价值的图像，后处理。【第三环节】：与图像信息的存储和记录有关，涉及图像记录装置；图像压缩。（2）图像读出灵敏度自动设定

为了自动控制图像读出特性，实现图像密度的稳定，即克服X线成像期间由于曝光过度或不足产生的图像密度不稳定，CR系统设计了图像读出灵敏度自动设定功能。计算机配置了自动预读（曝光数据识别）程序。病人的摄影信息（部位、投照方法）输入计算机后，先用一束微弱的激光粗略地对已有潜影的IP快速扫描一次，得到一组抽样数据（约200像素X200像素、8b），预读程序进行数据处理。如图：从某一点起，向外侧顺序进行积分，积分值的最大点作为照射野的边缘。（1）确定探测的起始点（2）测定照射野边缘的候补点（3）修正照射野形状图像像素的灰度统计特性，横坐标表示灰度值，纵坐标表示像素个数。通过对直方图的分析和计算，自动确定X线剂量范围，再算出有诊断价值的PSL光量的范围（即读取装置的输入信号范围），从而决定本次读出IP图像的最佳条件（读出灵敏度和采集范围），即光电倍增管的灵敏度和放大器的增益。因此，不论以何种条件摄影，读出灵敏度自动设定机构会自动校正X线曝光量的误差，使读取装置的输出信号总处于一定范围内，形成稳定的数字图像密度。（3）图像的后处理

与显示有关的后处理主要包括动态范围压缩、灰阶变换、空间频率处理等基本处理。灰阶处理：

灰度变换、变换曲线、线性、指数、对数。空间频率处理：

滤波、平滑、锐化、增强边缘、突出轮廓。动态范围压缩：

在灰阶处理与频率处理之前进行。减影处理：能量减影、时间减影。叠加处理：

获取更多信息、多张成像板重叠起来摄影。二.计算机X线摄影系统（CR）1.CR的基本组成和工作原理2.成像板3.读取装置4.计算机图像处理5.图像储存和记录装置5.图像储存和记录装置（1）储存元件硬盘短期暂存数据，以便快速调阅图像，访问时间快（<10ms），传输速率30Mps以上。磁带数字式磁带存储量为70GB/盘，读取速度8Mps，不能永久保存。光盘

CD（650M）；DVD（4.7GB）。（2）激光照相机（把数