第三章数字X成像设备A

第三章数字X线成像设备

DigitalX-rayImagingDevice

自从1972年X线CT问世后，医学成像领域出现了数字化浪潮，但传统X线影像的数字化最晚。1980年CR和DR系统出现产品，到了80-90年代才推出一些实用的X线数字成像设备。

数字X线成像设备是指把X线透射影像数字化，并进行图像处理后，再变换成模拟图像显示的一种X线设备。数字化X射线成像

——传统的X射线技术与计算机技术结合的产物X线源人体检测器（模拟信号）数字化设备（A/D转换）计算机处理数/模(D/A)转换器显示/摄影

数字化X射线成像系统框架获得数字化图像的方法主要有两种类型，一个是把传统的X射线胶片上的模拟信息数字化，另一个是直接从检测装置获得数字化的图像。传统的X射线胶片数字化常用的方法有两个，一是通过电视摄像机扫描X射线胶片，并对获得的视频信号进行模数转换从而得到数字化图像，其特点是获取图像的速度快，操作简单，价格便宜，但图像质量一般；二是主要采用电荷耦合器件（CCD，Charge-CoupledDevice）实现图像的数字化，图像质量优于视频扫描系统，但转换时间较长。获得数字化图像的方法电荷耦合元件又称为CCD图像传感器，是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。CCD上有许多排列整齐的电容，能感应光线，并将影像转变成数字信号。经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。2.直接从检测装置获得数字化的图像最简单的实现方法是类似胶片视频扫描系统，直接从监视器获得模拟输出，然后用捕捉帧的方法将其转化为数字图像。另一种实现方法是在现有成像设备的基础上改进图像接收部件，如使用影像板或者数字荧光X线摄影，由于不用改变现有的检查过程，因此容易实现。图像数字化方式之一：胶片扫描系统扫描仪计算机X线胶片图像数字化方式之二：影像增强器+CCD+图像板——DF

数字透视（digitalfluoroscopy）/数字荧光摄影（digitalfluorography）X线X线影像增强器计算机处理系统电视摄像管CCD或真空摄像管电视信号处理

A/D转换(图像板)数字信号显示打印X线球管人体图像数字化方式之三：计算机摄影

(CR,ComputedRadiography)图像数字化方式之四：直接数字化摄影

(DDR,DirectDigitizedRadiography)1.图像质量高2.X射线剂量减少3.实时显示、调整图像4.可实现无胶片化5.易于管理6.易于融入PACS系统7.智能化处理数字医学X射线影像设备的特点清晰的数字图像计算机实时成像处理后的图像根据成像原理不同这类设备可分为*计算机X线摄影系统（computedradiography，CR）*数字荧光X线摄影（digitalfluorography，DF)*数字X线摄影系统（digitalradiography，DR）

该系统分为：

直接数字X线摄影（directDR，DDR）

间接数字X线摄影（indirectDR，IDR）

X线束的形状：CR和DF属于锥形成像

数字图像：显示为二维点阵或矩阵，一幅图像中包含的每个点和矩阵中的小单元叫做像素，是构成图像的最小元素，像素的数目等于矩阵的行数和列数的乘积，X图像的矩阵一般为正方矩阵，256×256、512×512、1024×1024。

A/D转换是数字图像的关键，A/D转换器的位数越高，精度越高。8位A/D转换有256个灰阶，10位A/D转换有1024个灰阶。数字图像的空间分辨力取决于像素的尺寸和A/D转换器的采样时钟频率，对比度分辨率取决于A/D转换器和D/A转换器的位数。3.1计算机X线摄影系统（CR）

CR系统数字化X线摄影系统

3.1计算机X线摄影系统（CR）

一、CR的基本组成和工作原理

控制计算机影像板影像读取装置（X射线影像数字）图像处理装置图像记录装置（数字信号光信号）图像存储装置（光盘、磁带等）荧光屏胶片激光照相机CR相片自动洗相机透射X射线

*透射人体的X射线入射到影像板，影像板接受到该信息后，形成潜影记忆下来。*然后由影像读取装置将该信息读下来，该信息实现光电转换→数字信号。*由计算机对信息进行处理，如大小测量、放大、灰阶处理、空间频率处理、减影处理等。*信息记录利用光盘存储，诊断需要用的模拟影像照片可用激光打印胶片，热敏打印胶片，及热敏纸记录。此外信息还能直接在荧光屏上显示影像。CR成像的基本原理原理：以影像板（IP）替代X线胶片作介质，经X线照射后，X线量子被IP板成像层的荧光颗粒吸收，释放出电子，其中一部分电子散布在成像层内呈半稳定状态，当用激光照射时，半稳定的电子转变为光量子从而发光，光线被光电管检测形成数字信号，经计算机处理获得图像，这就是CR(ComputedRadiography，计算机摄影)技术。

二、影像板(imagingplate,IP)

1．IP的结构IP结构示意图材料：氟卤化钡(BariumFluorohalide)保护层：防止荧光层受损，透光率很高，很薄。

辉尽性荧光物质层（photostimulatedluminescencesubstuane）：它把第一次照射光的信号记录下来，当再次受到光刺激时，会释放存储的信号，即发出与第一次激发光所带信息相关的荧光，这叫

光激励发光。基板：保护荧光层免受外力的损伤。背面保护层：其材料和作用与表面保护层相同。

2．IP的成像原理

射入IP的X线光子被IP荧光层内的辉尽性荧光体吸收，释放出电子。其中部分电子散布在荧光体内呈半稳定态，形成潜影，完成X线信息的采集和存储。然后用激光束扫描(二次激发)已有潜影的IP时，光激发辉尽发光现象(光致发光)，产生的荧光强度与第一次入射激发时X线的能量成正比，完成光学影像的读出。IP的输出信号还需由读取装置继续完成光电转换为电信号A/D转换，才能形成数字图像。IP板灵敏度高，使曝光剂量降低1/8-1/2分辨率高，一般可达3.3LP/CM动态范围宽速度慢，不同动态观察空间分辨率不如常规X线机摄影图像数字乳腺多槽式计算机X线摄影系统

富士医疗器材（上海）有限公司研发

富士XG5000多用途FCR阅读器柯达DIRECTVIEWCR

3．IP的特性

IP的动态范围：IP发出的荧光量依赖于第一次激发的X线量，具有良好的动态范围。IP的时间响应特性：当停止用激光照射荧光体时，辉尽发光按其衰减规律逐渐终止。

IP存储信息的消退：在IP中的模拟影像被存储于荧光体内在读出前的存储期间，一部分被俘获的光电子将逃逸，从而使受激发时的发光强度减小，这种现象称为消退。二．读取装置1．读出原理

储存在辉尽性荧光物质中的影像为潜像信息，随着激光扫描系统的控制，影像板匀速的移动，激光束由摆动式反光镜或旋转多面体反光镜进行反射，对影像板整体进行精确而均匀地扫描。受激光激发产生的辉尽性荧光被高效光导器采集和导向，经光电倍增管进行光电转换和放大，再由A／D转换成数字图像信号。扫描完一张影像板后，得到一幅完整的数字图像。

记录在IP上的X线信息分两步读出。

第一步：用一束微弱的激光瞬时粗略地扫描IP，立即计算出X线影像的辉尽发光量的直方图；

第二步：是在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线影像，并实现数字化。2．结构1）暗盒型读取装置：将IP置入与常规X线摄影暗盒类似的盒内，经X线曝光后的暗盒，从CR读取装置的暗盒插入孔送入读取装置内，这一操作可以在明室完成。然后IP被自动取出，由激光来扫描，读出潜影信息送到潜影消除部分，经强光照射，消除IP上的潜影。此后IP被送回暗盒内，封闭暗盒，暗盒被送出读取装置，供反复使用，整个过程是自动和连续进行的。2）无暗盒读取装置：该装置集投照、读取于一体，有立式和卧式。需要专用机器，不能与常规X线摄影设备匹配。IP在X线曝光后直接被送到激光扫描和潜影消除部分处理，供重复使用。3．影响图像质量的因素

1）激光束的直径和频率：激光点的直径越小，则读取的信息量就越多，得到的图像质量越好。2)光电和传动系统的噪声：X线量子噪声是在X线被IP吸收过程中产生的，与IP检测到的X线量成反比。3）数字化的影响：在A／D转换过程中，对模拟信号进行采样和量化，也会产生量化噪声和伪影。三．计算机图像处理1．图像读取技术

为了保护图像的质量，CR系统都设计了图像读出灵敏度自动设定功能。在程序上设计了自动预读程序，以完成第一次光扫描的直方图分析，根据分析情况设置第二次扫描的条件，流程如下：2．图像的后处理1）灰阶处理：在CR系统中，由于图像读取装置是把某个需要范围内的图像信号变成数字信号，控制数字信号可以得到以何种密度再现。在这里用灰阶变换函数，以函数控制（输出信号），改变灰阶函数可以自由控制X线剂量—胶片密度关系。

例如在胸部摄影中，肺野和纵隔部位的密度差别很大，可以选用灰阶函数上段部分提高肺野区域的对比度，抑制纵隔区域的对比度，既很好地显示肺野内结构，又可防止在输出图像中纵隔的密度与骨密度过于接近，提高了纵隔内不同软组织的分辨层次。2）空间频率处理：

是指通过频率响应的调节来影响图像的锐利度。边