医用数字x线设备课件.ppt
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1、1数字x线设备2概述3数字化X线成像设备的发展经历n1972年CT问世后,影像数字化浪潮的到来,1979年出现飞点扫描DR系统,1980年北美放射至今(RSNA)的产品展览会上,DR和DF引起全世界的关注。此后,以DSA为代表的DF得到了高速发展,1982年又研制出了CR。90年代大力推出DR探测器。4数字化X线成像设备的定义n指把X线透射图像数字化并进行图像处理,再转换成模拟图像显示的一种X线设备。数字化X线成像设备的出现,对实现医学影像信息管理的现代化合实用性具有非常重要的意义。5数字化X线成像设备的分类nCR:(computed radiography)计算机X线摄影nDR:(digit
2、al radiography)数字X线摄影nDSA:(digital subtraction angiography)数字减影血管造影,是数字透视(DF)的典型代表6 需要指出的是,国内习惯把计算机X线摄影称谓CR,这种称谓简洁,实用。但是它还有很多学名,存储荧光体数字X线摄影(digitalradiography with storage phosphors),数字发光X线摄影(digital luminescence radiography),光激励发光X线摄影(photostimulable luminescence,PSL radiography),在国外,特别是从物理学角度分析计算机
3、X线摄影(CR)时,较多采用光激励存储荧光体(photostimulable storage phosphor,PSP)成像的称谓。7CR、DR、DF原理方框图nCR:X线影像板(IP板)图像处理图像记录与储存nDR:X线平板探测器(FPD)图像处理图像记录与储存nDF:X线人体X TV获得模拟视频信号A/D 图像存储并处理图像相减D/A 图像显示8数字化X线成像优点n(比较屏一片系统)n1)对比度分辨高n2)辐射剂量小:量子检出率(DQE)60%n3)图像后处理功能强大n4)大容量光盘存储数字影像,方便接入PACS系统,高效、低耗、省时、省空间地实现影像储存,传输和诊断。9数字化X线成像的缺
4、点n1、空间分辨力低:20-40LP/cm,胶片则达到50-70LP/cm(理论值)。n2、成本高n3、收费高10n空间分辨力:分辨细微结构的能力。n密度分辨力:区分不同组织密度的能力,CT对组织的密度分辨力较X线高,若CT分辨力为0.5%,即两种组织差别等于或0.5%时即可分辨出来。11x线计算机摄影系统(CR)12用存储屏记录x线影像,通过激光扫描使存储信号转换成光信号,此光信号经过光电倍增管转换成电信号,再经A/D转换后,输入计算机处理,形成高质量的数字图像。13一、CR的分类组成及原理的分类组成及原理n(一)(一)CR的分类的分类n按用途不同分为通用型和专用型两种。n1通用型通用型CR
5、 是将IP置入与屏-胶系统类似的暗盒内,曝光后在阅读器进行读取。其特点是手工搬运、更换暗盒,可适用于原特点是手工搬运、更换暗盒,可适用于原有有X X线机和使用屏线机和使用屏-胶系统暗盒进行的所有胶系统暗盒进行的所有X X线摄影检查项目。线摄影检查项目。14n2专用型专用型CR 其读取设备与滤线器摄影床或立位摄影架结合在一起,即卧式摄影专用型和立位摄影专用型。IP结构与通用型CR基本一致,IP经过X线曝光后,直接被传送到信号读取和残影消除部分处理,然后重复使用。其特点是功能相对单一,但特点是功能相对单一,但不需要手工操作,对于同类工作效率高,不需要手工操作,对于同类工作效率高,适于专科或大型综合
6、性医院。适于专科或大型综合性医院。15(二)CR的基本组成n1.影像读取装置n2.控制台n3.后处理工作站n4.存储装置1617(三)CR工作原理n1.影像采集与转换n2.影像处理n3.影像存储与输出18n1.影像采集影像采集n常规x线摄影中使用增感屏胶片组台系统的成像方式已众所周知,在X线照片上最终形成的影像元法直接数字化。CR系统解决的关键问题之一即是开发了一种既可接受模拟信息,又可实现模拟信息数字化的信息载体,即成像板(IP)。这样,采集的信息则可应用数字图像信息处理技术进一步处理,实现数字化处理、贮存与传输。19n2.影像转换影像转换nCR系统中,IP经X线照射后被激发(第一次激发)。
7、经第一次激发的IP上贮存有空间上连续的模拟信息,为使该信息数字化IP要由激光束扫描(第二次激发)读出。CR系统的读出装置中的激光发生器发射激光束(氦氖激光束波长为623nm,半导体激光束波长为670一690nm),在与IP垂直的方向上依次扫描整个IP表面。20nIP上的荧光体被二次激发即发生光激发发光或称光致发光现象,产生荧光*荧光的强弱与第一次激发时的能量精确成比例,即呈线性正相关。该荧光由沿着激光扫描线设置的高效光导器采集和导向,导入光电倍增管,被转换为相应强弱的电信号。继而,电信号被馈入模拟/数字转换器转换为数字信号。至此,CR系统完成了模拟信号到数字信号的转换。21n3.信息处理信息处
8、理n读取到的图像显示在荧光屏上,根据诊断的特殊需要进行影像的后处理。CR影像处理主要包括灰阶处理、空间频率处理和减影处理。影像读取过程完成后,IP残余的影像数据可通过强光灯照射擦除,然后重复利用。影像经过后处理能增加诊断信息,提高诊断的正确性。22n射入IP板的X线量子释放电子(其中部分电子散布在荧光物内呈半稳态,形成潜影,完成X线信息的采集和存储)使潜影(半稳态电子)转换成荧光(PSL现象,光致发光现象),荧光强度与第一次激发(照射)时X线量成正比,完成光学影像读出(光信号)电信号计算机处理高质量数字图像被PSL荧光物吸收激光束扫描二次激发光电倍增管A/D转换23二、影像板(IP)nCR影像
9、不是直接记录于胶片,而是先记忆在IP上,IP可重复使用,但无影像显示功能。24(一)IP的结构n表面保护层表面保护层 防止荧光层受到损伤。要求其不随外界温度和湿度而变化,透光率高并且非常薄。如:聚酯树脂类纤维。25n光激励发光(photon stimulation light,PSL)荧光层:它由PSL荧光物混于多聚体溶液中,涂在基板上制成。PSL荧光物是一种特殊的荧光物质,它能把第一次照射它的光信号记录下来,当它再次受到光刺激时,就会发出与第一次照射光能量呈正比的荧光信号。多聚体溶液的作用是使荧光物的晶体互相结合。荧光物的晶体尺寸平均为47m。晶体直径越大,PSL现象也越强,但图像清晰度下降
10、。26n基板基板 保护荧光层免受外力的损伤。为防止激光在荧光物质层和支持层之间发生界面反射,将支持层制成黑色,提高图像清晰度。n背面保护层背面保护层 防止各张影像板之间在使用过程中的摩擦损伤而设计的。27表面保护层荧光层基板背面保护层2829(二)IP成像原理n射入IP的x线量子呗Ip荧光层内的PSL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。30n当用激光来扫描已有潜影的IP时,半稳态的电子转换成光量子,即发生光激励发光现象。产生的荧光强度与第一次激发时x线的能量精确的成正比,完成光影像的读出。31nIP输出信号还需由读取装置继续完成光电
11、转换和A/D转换,经计算机图像处理后,形成数字图像。32(三)IP的特性n发射光谱与激发光谱 PSL荧光物可发出蓝-紫光,发光强度依激发IP光线的波长而变,把PSL强度与读取光波波长的关系曲线称为激发光谱。用波长为600nm左右的红色氦-氖激光读取时效果最佳。在读取激光激发下,已存储X线图像的IP中PSL荧光物发射出强度与X线强度成正比的蓝-紫光,峰值波长为390400nm。PSL强度与其波长的关系曲线称为发射光谱。发射光谱与激发光谱的峰值应有一定间距,而且,还应保证光电倍增管在400nm波长处有最高的检测效率,这对提高图像的信噪比很重要。33n时间响应特征n动态范围n存储信息的消退n天然辐射
12、的影响34(四)IP的类型和规格n1.按用途 高分辨率型和普通型。n2.按基板类型 硬基板和软基板n3.按读取方式 单面阅读和双面阅读n4.按尺寸 8X10、10X12、14X17等。35(五)IP使用注意事项n用一张较大的IP来记录影像,可减少胶片尺寸的选择次数nIP再使用时,最好重做一次光照射,以消除可能存在的任何潜影nIP要求很好的屏蔽n放置IP时,最好不要叠放,阻止荧光层被划伤。n出现灰尘时,应用专用的清洁液清洁。36三、读取装置n(一)结构(一)结构n1、暗合型读取装置:将IP置入与常规x线摄影暗合类似的盒内,它可替代常规摄影暗合在任何x线机上使用。n2、无暗合型读取装置:IP在x线
13、曝光后直接被传送到激光扫描和潜影消除部分处理,供重复使用。3738(二)读出原理n具体地说,分两步:用一束微弱的激光瞬间粗略地扫描IP,并计算潜影的PSL发光强度在获取上述信息后,自动调整光电倍增管的灵敏度及放大增益,再用高强度的激光精细地读出潜影,实现数字化。3940(三)影响影像质量的因素n激光束的直径n光电及传动系统的噪声 x线量子噪声、光量子噪声、外来光与反射光的干扰、光学系统的噪声、电流稳定程度、机械传导系统的稳定程度n数字化的影响 模拟信号的取样和量化会产生量化噪声和伪影。n例如,取样频率低会产生“马赛克”状伪影,量化级数不够会产生等高线状伪影。41n信号数字化会使图像的空间分辨力
14、降低,应将数字化程度控制在人眼和显示器分辨力的范围内,过高将使数据量增加,从而使图像处理时间过长。CR图像的空间分辨力与IP的特性、激光和取样频率有关,激光束直径小、IP中荧光物对激光的散射少、取样频率高,空间分辨力就高。42四、计算机图像处理n图像处理的环节主要有三个环节:n与系统检测功能有关的处理,涉及图像读取装置输入信号和输出信号之间的关系,利用适当的图像读出技术,保证整个系统在很宽的动态范围内自动获得具有最佳密度和对比度的图像。43n与图像信息的存储和记录有关的处理。n涉及图像记录装置,要求能得到高质量的照片记录,并在不降低图像质量的前提下压缩图像数据,以节省存储空间和高效率地传输信息
15、。44n与图像信息的存储和记录有关的处理,要求在不影响诊断疾病的前提下,压缩图像数据节省空间。45(一)图像读出灵敏度自动设定:n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的不稳定性,CR系统设计了图像读出灵敏度自动设定功能。46(二)图像处理技术n灰阶变换处理:胶片密度D与数字信号I0的线性关系 D=hf(I1),其中f(I1)表示灰阶变换函数改变灰阶函数,就能自由控制X线剂量一胶片密度关系,因此,在CR中,X线剂量的允许范围大。只要在适当设置的范围内曝光,都能在胶片上获得良好的影像。n空间频率处理:通过频率响应的调节来影响图像的锐度,边
16、缘增强为常用的技术。47n减影处理 将0.41.2MM厚的铜板置于两张IP之间,一次曝光得到不同能量的两张IP,分别读取IP后得到两幅图像,然后由专用软件进行图像处理,便可分别获得常规、骨组织、软组织三幅图像。n叠加处理 为了在一张影像上表现出更多的信息量,可心把多张IP重叠起来摄影,将其信息量叠加平均处理,从而提高信噪比,改善影像质量。48n动态范围压缩:动态范围处理在灰阶处理与空间频率处理之前进行,分为低密度区域为中心和以高密度区域的中心压缩,前者使原始图像低密度区的密度增高后者使高密度区的密度值降低,两者使图像的动态范围变窄。49n总之,灰阶变换处理(影响对比度)和空间频率处理(影响锐度
17、)通常相结合,低对比度处理和强的空间频率处理相结合,能提供较大层次范围并实现边缘增强。50五、图像存储装置n适合于储存医学影像的媒体主要有磁带、硬盘和光盘。若把X线数字影像记录在胶片上,常采用激光相机和多幅照相机,目前CR系统的X线数字影像基本上都采用激光相机。n(一)存储媒体n1.磁带n2.硬盘51n3.光盘 n光盘分类 只读光盘CD-ROMn 可刻录光盘CR-Rn可反复擦写的光盘 CD-RWn可重写的磁光盘 CD-MOn一次性写入光盘CD-WORMnDVD光盘52n存储装置:CD-ROM驱动:读取播放光盘上记录的信息n CD-R驱动器(刻录机):结构与CD-ROM类似,但增加了光盘上记录信
18、息的功能,是将数据一次导入,可多次读出的存储装置。n光盘库常用的CD-MO光盘和DVD光盘,存储容量大,但比较贵。53n(二)激光照相机n1.基本结构n激光发生器n光调制器n光学扫描器n胶片传输系统5455n2.工作原理 胶片在传送系统控制下朝一个方向高精度地移动,同时激光束相对于胶片移动方向反复作垂直扫描,因此激光束是以二维方式顺序扫描整张胶片。激光束的光强度受计算机输出的数字信号调制。激光束经旋转多面镜的反射作线扫描,装载胶片的打印滚筒和激光束动作同步,胶片在激光束的照射下曝光形成平片影像。56六、评价标准六、评价标准1检测项目(1)CR性能检测项目:它包括IP暗噪声、IP一致性、照射量指
19、示器校准、激光束功能、空间分辨力、空间距离准确性、擦除完全性、滤线栅效应和IP通过量等检验项目。(2)CR的附属设备性能检测:1)激光打印机;2)图像工作站的显示监视器;3)观片灯2评价标准57x线数字摄影装置(DR)58DR的定义nX线探测器直接把X线转换为电信号进行数字化的方法,不同于先获得模拟图像,再对模拟图像进行数字化的方法。59DR的分类n根据DR成像技术的不同,目前主要分为直接数字化X线成像(非晶硒)、间接数字化X线成像(非晶硅)、CCDX线成像、多丝正比电离室成像四种类型。60一、DR的基本结构和工作原理n(一)DR DR的基本结构n由X线探测器、图像处理器、图像显示器等组成。n
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