1、CR、DR的工作原理及選擇應用一、前言    在現代醫學科學發展過程中，醫學影像學一直起著很重要的作用。1895年德國科學家倫琴發現了X線后，很快X線技術廣泛應用于臨床醫學的檢查，X線檢查的數字化發展還是在近二、三十年，隨著計算機技術和檢測技術的飛躍發展，傳統的X線攝影設備逐步被取代，醫學影像技術將全面數字化。    二、CR、DR工作原理21 CR的工作原理    CR（Computed Radiography）也稱為間接數字化X線成像技術，主要原理是利用存儲熒光體成像，日本富士公司在1981年推出首臺用于臨床應用的CR，隨后美國柯

2、達、德國AGFA公司相繼推出自己的CR產品，它采用磷光體結晶構成的成像板（Plated）即IP板吸收X線信息，IP板感光形成潛影，再經過掃描轉化成數字化信號進入計算機系統進行圖像處理。IP板外觀像1個普通的增感屏，由基板和磷光體材料組成，外層加一層保護，再用暗盒裝載保護，可以像普通X線暗盒一樣拿去拍片。IP板在X線曝光后將X線的圖像信息存儲在晶體中，再把板送到讀出裝顯，讀出線圖像信息，送入計算機系統。圖像信息經過讀出裝顯讀出后，存儲在IP板上的信息消失，成像板又可以再重復使用。優點：（）CR的曝光劑量與常規線攝影相比，曝光劑要比常規片要小；（）攝影條件要求比膠片低，幾乎沒有“廢片”；（）采用C

3、R時，線設備不用經過大的改變，其拍片過程與原有的線膠片攝影沒有什么變化；（）圖像后處理功能，可提高影像診斷的準確性及病診斷范圍。 DR的工作原理    與CR的漸進型數字化不同，DR（Digital radiography）也叫數字攝影，早期的DR是采用增感屏加光學鏡頭耦合的CCD（數字化耦合器）來獲取數字化X線圖像，有一點類似影像增強器加CCD的工作方法，這種技術被認為是第一代的DR技術。    現在普遍應用的DR主要是采用平板探測口（FPD）對X線產生的圖像信號進行掃描和直接讀出，成像原理是先將X線信號轉變為可見光通過光電2極管組成的藻膜層（TFT）

4、進行聚集，由專門的讀出電路直接讀出送計算機系統進行處理，工作原理。目前平板探測口分為以非晶硅（a:Si+CsI）為代表的間接轉換數字攝影（IDDR）和以非晶硒（a:Se）為代表的直接轉換數字攝影（DDR）兩種類型。非晶硅（a:Si+CsI）間接轉換數字攝影平板的工作原理。    DR的組成一般包括高壓發生器、X線球管及支架、平板探測器、系統控制器等構成.與常規X線相比信號相比，優點除了具有CR的優點外，DR系統是用平板探測的X線接收裝置，替代了傳統的增感屏及膠片、實現了X線信號的數字化，信號的動態范圍，空間的分辨率及密度分辨率高，曝光劑進一步減少，不當之處是價格比較昂貴。空

5、間分辨率指單位寬度內的分辨圖像細節的能力。通常是以在單位寬度范圍內能夠分辨清楚線條的能力來表示，單位是“線對/毫米”（LP/mm）。一個線對由一根線條和一個間距組成，且間距的寬度等于線條的寬度。在單位寬度范圍內能夠分辨清楚線對數越多，表示空間分辨率越高。空間分辨率可用分辨率測試卡直接測出。空間分辨率與像素尺寸有密切關系。像素尺寸實際上應是像素間距，是指相鄰兩個像素中心的間距。從理論上來說，像素尺寸越小，空間分辨率大。其數值可用1除以2倍的像素尺寸來計算，如像素尺寸為143um×l43um時，空間分辨率為：1÷（2×143×10-3）= 3.5LPmm，1

6、39um×l39um時為3.6LPmm，200um×200um時為2.5LPmm。這里還需要解釋一下像素矩陣的概念。所有像素的陣列稱為像素矩陣。像素矩陣的大小與平板尺寸和像素尺寸的大小有關，其大小為平板的有效尺寸除以像素尺寸。例如，平板尺寸為35.56cm×43.18cm（即14英寸×17英寸），像素尺寸為139um×139um時，像素矩陣為2.5k×3k（7.5M），此即國內稱為“七百五十萬像素”的來由，當然這種稱法是不夠準確全面的。 但也正因為如此，某些廠家鼓吹1600萬像素的探測器產生的圖像就一定比低像素矩陣探測器清晰。這事實上

7、是完全違背X射線成像基本原理的。 誠然，從理論上說，像素尺寸越小，單位面積內像素數量越多，空間分辨率就越大，分辨細節的能力就越強，圖像越清晰。 但是空間分辨率的提高不是無限的，其與探測器對X線光子的檢測靈敏度、信噪比、動態范圍等都有密切關系。大家知道，在探測器面積一定的條件下為了增加空間分辨率，只好減小像素顆粒尺寸（即降低單位像素面積）、增加像素密度（即增加單位面積內的像素數量，也就是增加像素矩陣大小）。但我們知道單位像素的面積越小，就會使每一像素檢測到的X線光子數大大減少，也就是說像素的有效因子減少，每個像素的感光性能越低，每一像素點的信噪比降低，動態范圍變窄。對于那些本身對比度很低的小物體

8、，比如說和周邊組織密度相差不大的病灶，就很難檢測出來。 因此這種減小像素尺寸的方法來增大圖像分辨率的方法必須運用得當，也就是說通過減小像素尺寸的方法不可能無限制地增大分辨率。 還一個更重要的原因是，像素過小或單位面積內像素過多會引起圖像噪聲急劇增大，導致圖像質量的急劇惡化，最終即使增加了的空間分辨率又會被因此帶來的噪聲淹沒，而要彌補此問題的唯一辦法只能是增大X線曝光劑量。這恰恰是與X線影像技術的發展相違背的。事實上，即使大幅增加X線曝光劑量也不能非常有效地解決信噪比下降所帶來的圖像質量問題。 因此單有高像素矩陣的探測器并不意味著有更高的發現病變的能力。 科學家早已經發現，調節好像素大小和噪聲之

9、間的平衡是探測器成功的關鍵。科學家們數十年的研究和實踐表明，理想的像素尺寸大致在140-200m之間。在此范圍內方有可能得到最佳圖像質量。像素尺寸過大，則空間分辨率太低，不適合醫學診斷。像素尺寸過小，則信噪比降低，圖像噪聲加大。非晶硒平板探測器的像素尺寸為139m，這已經是目前業界探測器生產商在保證圖像質量的同時可以做到的極限了。三、CR與DR的性能比較    針對這兩種不同的系統， 我們從系統功能、圖像質量、控制使用及軟件功能幾個方面進行分析(1)系統功能比較：CR是在傳統線膠片攝影裝置改進而來，它是利用IP板替代了原有的膠片暗盒，與現有的X線拍片系統沒有什么大的改變，I

10、P板在X線曝光后，將圖像信息存儲在IP板上，將IP板(類似暗盒)送讀出裝置讀出處理，可對現有設備進行改造，DR則是完全數字化的產品，完全改變了傳統X線膠片攝影過程，平板探測器(FPD)經X線曝光后即時將X線信號轉換成數字信號送計算機進行處理，設備是一套全新的數字X線機.(2)圖像質量比較：圖像的空間分辨率CR>3.5LP/mm，DR>3.6LP/mm；密度分辨率CR>212灰階，DR.214灰階，DR的FPD顯示信息>CR的IP板，DR調制傳遞函數MTF高于CR。(3) 操作使用，目前醫院使用CR、DR已比較普及，具不完全統計，使用X線傳統屏片攝影每個病人平均需要7.5

11、min/人，采用CR攝影的需6 min/人，而采用DR攝影的需要2.5 min/人，CR可方便與原有的比較適合X線平片攝影的X線機系統配合使用，特別是可用在ICU 、急診室等特殊科室的復雜體位的攝影，而DR系統則較適合透視與點片，攝影及各種造影檢查。(4)軟件功能方面，CR、DR的軟件功能不同廠家不同型號的設備軟件功能大同小并，都是采用質量控制摸塊和后處理技術保證圖像的質量和穩定性，DR采用自動曝光控制技術（Automatic Exposure Control，AEC），主要原理是通過設定不同的探測器（電離室），在曝光時測量透過病人的X線劑量，當達到圖像采集所需要的劑量后，自動關閉X線系統，保

12、證了整幅圖像的一致性，在快速得到一幅數字圖像后，可以立即對圖像進行數字優化處理。而不必象以往膠片沖出來之后才知道圖像的好壞，病人因為圖像的問題而被重拍的概率大大降低，病人也避免了接受不必要的X線照射，減少了所接受的射線劑量。通過AEC技術，配合其工作站上的多種處理摸式，使成像質量穩定，且操作簡單化，不用人為的調整和處理。CR的爆出指數（Exposure Index，EI）參考值是影響質量的重要參數，不同的部位采用不同EI和EVP值以達到高質量圖象的目的。由于拍片過程與后期的圖象處理沒有直接的關聯，要獲得較好的質量的圖象，還需要一定的投照技術和經驗，設備可操作性和圖象質量的穩定性比DR要差一些。四、CR與DR的選配和應用    CR與DR的選配應根據醫院的實際使用需要和醫院的經濟狀況而定。對于一個醫療單位而言，醫學影像技術數字化勢在必行，在選配CR和DR時，首先要了解臨床被診斷對象的實際需求情況，對診斷參數的要求要