1、1第10章 數字x線設備廣東藥學院附屬第一醫院廣東藥學院附屬第一醫院 武興杰武興杰23概述概述模擬圖像：灰度（黑白程度）連續變化。模擬圖像：灰度（黑白程度）連續變化。數字圖像：灰度是離散的。數字圖像：灰度是離散的。數字化數字化X射線成像技術是傳統射線成像技術是傳統X射線技術與現代計算機射線技術與現代計算機技術結合的產物。技術結合的產物。優點：計算機圖像處理、儲存、傳輸。優點：計算機圖像處理、儲存、傳輸。4膠片掃描系統掃描儀計算機X線膠片5常見的數字化常見的數字化X線機線機61.定義： 數字數字X線設備是指用特殊器材，把線設備是指用特殊器材，把X線透射圖像數字化，并進行計算機圖線透射圖像數字化，

2、并進行計算機圖像處理，再變換成模擬圖像顯示的一種像處理，再變換成模擬圖像顯示的一種X線設備。線設備。 數字數字X線設備的產生對線設備的產生對PACS的發展的發展具有決定性的影響。具有決定性的影響。 7 2.分類：分類： 根據成像原理：根據成像原理：分為分為CR （Computed RadiographyComputed Radiography，簡，簡稱稱CRCR） 、數字熒光攝影（、數字熒光攝影（digital fluoroscopy，DF）、）、DR、DSA。 CR: 是用存儲屏是用存儲屏IP（ Image Plate）記錄記錄X線影像，線影像，通過激光掃描使存儲信號轉換成光信號，此光信號經

3、光電通過激光掃描使存儲信號轉換成光信號，此光信號經光電倍增管轉換成電信號，再經倍增管轉換成電信號，再經A/D轉換后，輸入計算機處理，轉換后，輸入計算機處理，形成高質量的數字圖像。形成高質量的數字圖像。 8 DR: 分為：直接數字分為：直接數字X線攝影（線攝影（direct DR，DDR）和間接數字）和間接數字X線攝影（線攝影（indirect DR，IDR）。）。 DDR是采用是采用X線探測器直接將線探測器直接將X線圖像變線圖像變成電信號，再轉化為數字圖像。成電信號，再轉化為數字圖像。 IDR是先從是先從I.I-TV成像鏈或照片獲得成像鏈或照片獲得X線線信息的模擬圖像，再轉換成數字圖像，前者信

4、息的模擬圖像，再轉換成數字圖像，前者的成像原理與的成像原理與DF相同，后者是利用數字化掃相同，后者是利用數字化掃描儀把照片上記錄的模擬信息數字化。描儀把照片上記錄的模擬信息數字化。 9根據根據X線束的形狀：線束的形狀：可分為錐形成像法、扇可分為錐形成像法、扇形和筆形束成像法。形和筆形束成像法。1011 .數字數字X線成像與傳統的增感屏線成像與傳統的增感屏-膠片比較膠片比較 優點：優點：（1）對比度分辨力高：）對比度分辨力高： 對低對比度的物體具有良好的檢測能力，量化對低對比度的物體具有良好的檢測能力，量化深度可達深度可達1416bit，而屏，而屏/膠成像的動態范圍約膠成像的動態范圍約102，量

5、化深度約，量化深度約6bit。（2）輻射劑量?。海┹椛鋭┝啃。?數字數字X線成像設備對線成像設備對X線能量的利用率高，其線能量的利用率高，其量子檢出效率（量子檢出效率（detective quantum efficiency，DQE）可達）可達60%以上。以上。12 .數字數字X線成像與傳統的增感屏線成像與傳統的增感屏-膠片比較膠片比較優點：優點： （3）成像質量高：）成像質量高： 能用計算機進行圖像后處理，以便更精細地觀能用計算機進行圖像后處理，以便更精細地觀察感興趣的細節，一些具有廣闊應用前景的新技察感興趣的細節，一些具有廣闊應用前景的新技術（如三維術（如三維X線成像技術、雙能量線成像技術

6、、雙能量X線成像技術等）線成像技術等）都是以數字成像技術為前提的。都是以數字成像技術為前提的。 13能量減影能量減影左側為標準胸片，右側為高能肋骨片，中間為去骨影后的肺組織片左側為標準胸片，右側為高能肋骨片，中間為去骨影后的肺組織片14空間分辨率空間分辨率(Spatial Resolution)在 High Contrast情況下區分相鄰 最小物體的能力,(又稱 “High Contrast Resolution”)決定影像清晰度。常用多少線對/厘米，即LP/CM15（4）數字影像所具有的優點：）數字影像所具有的優點： 可利用大容量的、光盤存儲數字可利用大容量的、光盤存儲數字影像，消除用膠片記

7、錄影像，消除用膠片記錄X線影像帶來的線影像帶來的種種不便，并能進入種種不便，并能進入PACS，實施聯網，實施聯網，更高效、低耗、省時間、省空間地實現更高效、低耗、省時間、省空間地實現影像的貯存、傳輸和診斷。影像的貯存、傳輸和診斷。16（5）對比度分辨力高：）對比度分辨力高： 數字數字X線設備的線設備的空間分辨力空間分辨力不如膠不如膠片，約為片，約為24LP/mm，膠片的空間分辨，膠片的空間分辨力在理論上能達到力在理論上能達到57LP/mm，但散射，但散射光使膠片的感光范圍發散，導致銳度光使膠片的感光范圍發散，導致銳度（與空間分辨力有關）下降。數字（與空間分辨力有關）下降。數字X線線設備使用的探

8、測器采取特殊技術減少了設備使用的探測器采取特殊技術減少了漫射，較好地避免了銳度下降，使漫射，較好地避免了銳度下降，使對比對比度分辨力度分辨力明顯提高。在實際應用中可滿明顯提高。在實際應用中可滿足絕大多數的診斷需要。足絕大多數的診斷需要。 17密度分辨率密度分辨率(Density Resolution)低對比度情況下分辨物體密度微小差別的能力(又稱 “Low Contrast Resolution”)受影像清晰度 & 噪聲影響。18第一節 線計算機攝影裝置系統原理和概念q計算機X線攝影（成像）系統（Computed Radiography，簡稱CR） qCR是由日本富士公司于七十年代研制，八十年

9、代推出，九十年代上市的計算機X線攝影系統。qCR的關鍵是用影像板（IP）取代X線膠片，曝光后由激光掃描儀讀出IP板上的潛影，并轉換成數字信號傳入計算機作圖像處理。19第一節第一節 X線計算機攝影裝置線計算機攝影裝置一、基本結構與工作原理一、基本結構與工作原理CR的結構如下圖所示，它主要有信息采集、信信息采集、信息轉換、信息處理、信息存儲和記錄等部分組成息轉換、信息處理、信息存儲和記錄等部分組成。信息采集是以存儲屏代替膠片，接受并記憶X線攝影信息，形成潛影信息；信息轉換由讀取裝置來實現，用光電倍增管接收存儲屏發出的熒光，并實現光電轉換，再經A/D轉換器變換成數字信號。20（二）基本結構（二）基本

10、結構21信息處理由計算機來完成，對數字化的X線影像作各種相關的后處理，如大小測量、放測量、放大、灰階處理、空間頻率處理、減影處理大、灰階處理、空間頻率處理、減影處理等。 信息記錄利用存儲媒體，如光盤等，通常在存儲前進行數據壓縮；用于診斷的模擬影像照片，可通過激光照相機打印激光膠片獲得；也可采用熱敏打印膠片或熱敏紙等記錄影像。激光打印膠片是常規的記錄方式。CR信息還能直接在熒光屏上熒光屏上顯示影像。22透透射射X線線影 像 記 錄 裝 置影 像 記 錄 裝 置（數字信號（數字信號光光信號）信號）影影像像板板影像讀取裝置影像讀取裝置（X線潛影像線潛影像數字）數字）影像處影像處理裝置理裝置控制計算機

11、控制計算機影像存儲影像存儲裝置（光盤、裝置（光盤、磁帶等）磁帶等）熒熒光光屏屏膠膠片片自動洗相片機自動洗相片機CR相片相片激光相機23二、影像板（IP） CR影像不是直接記錄于膠片，而是先記憶在IP上，IP可重復使用，但無影像顯示功能。（一） IP結構表面保護層熒光層基板背面保護層24影像板結構25262728（二）成像原理（二）成像原理 射入射入IP的的X線量子被線量子被IP熒光層內的熒光層內的PSL熒光熒光體吸收，釋放出電子。其中部分電子散布在熒體吸收，釋放出電子。其中部分電子散布在熒光體內呈半穩定態，光體內呈半穩定態，形成潛影，形成潛影，完成完成X線信息的線信息的采集和存儲。采集和存儲。

12、 當用激光來掃描（二次激發）已有潛影的當用激光來掃描（二次激發）已有潛影的IP時，產生的熒光強度與第一次激發時時，產生的熒光強度與第一次激發時X線的能線的能量精確地成正比，完成光學影像的讀出。量精確地成正比，完成光學影像的讀出。IP的的輸出信號還需由讀取裝置繼續完成光電轉換和輸出信號還需由讀取裝置繼續完成光電轉換和A/D轉換，經計算機圖像處理后，轉換，經計算機圖像處理后，形成數字影形成數字影像像。29n白色三角表示未曝光nX線作用使電子激發，并儲存起來，用灰色三角表示n在激光的作用下，儲存的能量被激發出來n激發出來的能量以可見光的形式釋放n三角又變成了白色，表示儲存能量已全部釋放30IP的特性

13、：動態范圍n直線性：在1到10000范圍內具有良好動態范圍n可精確檢測到組織間極小的X線吸收差異曝光3.03.0膠膠片片影像屏影像屏密度輸出10000100001000100010101001000.20.21.01.08008004004002002001600160010010031（三）特性（三）特性4存儲信息的消退存儲信息的消退 ：X線激發線激發IP后模擬影像被后模擬影像被存儲于熒光體內，在讀出前的存儲期間，一部存儲于熒光體內，在讀出前的存儲期間，一部分被俘獲的光電子將逃逸，這種現象稱消退。分被俘獲的光電子將逃逸，這種現象稱消退。讀出前存儲讀出前存儲8小時的小時的IP，其發光量將減少，

14、其發光量將減少25% 。 5天然輻射的影響天然輻射的影響 ： IP不僅對不僅對X線敏感，對線敏感，對其它形式的電磁波也敏感，如紫外線、其它形式的電磁波也敏感，如紫外線、射線射線等等. 32三、讀取裝置三、讀取裝置（一）結構（一）結構 CR系統的讀取裝置可分為：暗盒暗盒型和無暗盒型型和無暗盒型 1暗盒型讀取裝置 如圖所示，其特征是將IP置入與常規X線攝影暗盒類似的盒內，它可以代替常規攝影暗盒在任何X線機上使用。33影像板(Image Plate, IP) 34 經X線曝光后的暗盒，從CR讀取裝置的暗盒插入孔插入插入讀取裝置內，IP被自動取出，由激光掃描讀出潛影信由激光掃描讀出潛影信息息. IP被

15、傳送到潛影消除潛影消除部分，經強光照射后，消除IP上的潛影。此后IP被傳送回暗盒傳送回暗盒內，暗盒自動封閉后被傳送出讀取裝置，供反復使用，整個過程自動、連續。35IPIP緩沖堆棧緩沖堆棧IPIP分類器分類器病人信病人信息攝影息攝影信息輸信息輸入部分入部分計計 算算 機機/ /圖圖 像像 處處 理理 部部 分分IP影像板暗盒影像板暗盒暗盒插口暗盒插口讀取部分讀取部分消除部分消除部分362無暗盒讀取裝置無暗盒讀取裝置 該裝置配備在專用機器上，常規該裝置配備在專用機器上，常規X線攝線攝影設備不能配備此裝置。配備此裝置的機器影設備不能配備此裝置。配備此裝置的機器集投照、讀取于一體，有立式和臥式兩種形集

16、投照、讀取于一體，有立式和臥式兩種形式。式。IP在在X線曝光后直接被傳送到激光掃描線曝光后直接被傳送到激光掃描和潛影消除部分處理，供重復使用。和潛影消除部分處理，供重復使用。 讀出的數字圖像信息連同病人的信息讀出的數字圖像信息連同病人的信息（如姓名、病歷號、日期等（如姓名、病歷號、日期等)和攝影條件和攝影條件（照相部位等）一并輸入計算機，進行圖像（照相部位等）一并輸入計算機，進行圖像處理。處理。 37（二）讀出原理（二）讀出原理 隨著高精度隨著高精度電動機帶動電動機帶動IP移動移動，激，激光束由擺動式反光鏡或旋轉多面體反光光束由擺動式反光鏡或旋轉多面體反光鏡進行反射，對鏡進行反射，對IP整體進

17、行精確而均勻整體進行精確而均勻地逐行掃描地逐行掃描，然后，然后經光電倍增管進行光經光電倍增管進行光電轉換和放大后，再經電轉換和放大后，再經A/D轉換為數字影轉換為數字影像信號像信號。這一過程反復進行，掃描完一。這一過程反復進行，掃描完一張張IP后，得到一幅完整的數字影像。后，得到一幅完整的數字影像。3839讀出裝置原理40四、計算機圖像處理四、計算機圖像處理1、圖像處理的環節、圖像處理的環節 CR的圖像處理主要有三個環節：的圖像處理主要有三個環節： 是與系統檢測功能有關的處理：是與系統檢測功能有關的處理：利利用適當的影像讀出技術，保證整個系統用適當的影像讀出技術，保證整個系統在很寬的動態范圍內

18、自動獲得具有最佳在很寬的動態范圍內自動獲得具有最佳密度和對比度的圖像。密度和對比度的圖像。41 是與顯示功能有關的處理是與顯示功能有關的處理。涉及圖像處理裝置。通過各種特涉及圖像處理裝置。通過各種特殊處理（如灰階處理、頻率處理、殊處理（如灰階處理、頻率處理、減影處理等）為醫生提供可滿足減影處理等）為醫生提供可滿足不同診斷目的、具有較高診斷價不同診斷目的、具有較高診斷價值的影像，常稱為后處理。值的影像，常稱為后處理。42是與圖像信息的存儲和記錄有是與圖像信息的存儲和記錄有關的處理關的處理。涉及圖像記錄裝置，。涉及圖像記錄裝置，要求能得到高質量的照片記錄，要求能得到高質量的照片記錄，并在不降低影像

19、質量的前提下壓并在不降低影像質量的前提下壓縮影像數據，以節省存儲空間和縮影像數據，以節省存儲空間和高效率地傳輸信息。高效率地傳輸信息。43圖像處理環節圖像處理環節q圖像讀出過程的處理圖像讀出過程的處理：圖像讀出靈敏度自動：圖像讀出靈敏度自動設定，自動獲得最佳密度和對比度的圖像；設定，自動獲得最佳密度和對比度的圖像；q圖像顯示過程的處理圖像顯示過程的處理：顯示圖像的特殊處理，：顯示圖像的特殊處理，以獲得較高診斷價值的圖像，也稱后處理；以獲得較高診斷價值的圖像，也稱后處理；q圖像存儲和記錄過程的處理圖像存儲和記錄過程的處理：在不影響圖像：在不影響圖像質量的基礎上壓縮圖像，并可進行保存和傳質量的基礎

20、上壓縮圖像，并可進行保存和傳輸，還可用激光相機打印出圖像。輸，還可用激光相機打印出圖像。442、圖像讀出靈敏度自動設定n為在不同為在不同X線劑量下，獲得相同的圖像質量（圖線劑量下，獲得相同的圖像質量（圖像密度穩定），采用靈敏度自動設定功能像密度穩定），采用靈敏度自動設定功能n預讀程序流程預讀程序流程45 通過對直方圖的分析和計算，自動確通過對直方圖的分析和計算，自動確定定X線劑量范圍，再算出有診斷價值的讀取線劑量范圍，再算出有診斷價值的讀取裝置的輸入信號范圍，從而決定本次讀出裝置的輸入信號范圍，從而決定本次讀出IP圖像的最佳條件。圖像的最佳條件。 讀取裝置的輸出信號總處于一定范圍內，讀取裝置的

21、輸出信號總處于一定范圍內，形成穩定的數字圖像密度，以最佳的密度形成穩定的數字圖像密度，以最佳的密度在膠片或顯示器上重現。在膠片或顯示器上重現。46 圖像讀出靈敏度自動設定 大曝光劑量例1和小曝光劑量例247483、圖像的后處理n灰階處理n空間頻率處理n動態范圍壓縮n減影處理n疊加處理49五、圖像存儲裝置五、圖像存儲裝置 適合于存儲醫學圖像的載體主要有硬盤和硬盤和光盤光盤。硬盤用于暫存數據，經處理后再存入光盤。50圖像的儲存和記錄裝置n磁帶n硬盤n光盤n磁光盤（MOD）Sun51六、評價標準六、評價標準（1）CR性能檢測項目：它包括IP噪聲、IP一致性、照射量指示器校準、激光束功能、空間分辨力、

22、空間距離準確性、擦除完全性、濾線柵效應和IP通過量等檢驗項目。（2）CR的附屬設備性能檢測：1）激光打印機；2）圖像工作站的顯示監視器；3）觀片燈52七、使用注意事項七、使用注意事項n1使用注意事項使用注意事項 用一張較大的IP來記錄影像,可減少膠片尺寸的選擇次數 IP再使用時，最好重做一次光照射，以消除可能存在的任何潛影 IP要求很好的屏蔽n2保養保養 53 CR特點(總結)n實現了傳統實現了傳統X線圖像的數字化；線圖像的數字化；n提高了圖像的密度分辨率；提高了圖像的密度分辨率；n能實現圖像后處理，增加了顯示信息的功能；能實現圖像后處理，增加了顯示信息的功能；n降低了降低了X線曝光量（線曝光

23、量（為常規為常規X線攝影劑量的線攝影劑量的1/51/10 ）；）；n可以不用膠片，而是以數字形式用磁盤或光盤可以不用膠片，而是以數字形式用磁盤或光盤存儲，還能把信息傳輸給存儲，還能把信息傳輸給PACS。54第二節 x線數字攝影裝置（DR） 1.數字化數字化X線攝影線攝影（DR）結構及成像原理成像原理(1) DDR-直接數字直接數字X線攝影線攝影 采用采用X線探測器直接將線探測器直接將X線影像轉換成數字信號；線影像轉換成數字信號；(2) IDR-間接數字間接數字X線攝影線攝影 X線影像經膠片線影像經膠片-數字化掃描儀或影像增強器數字化掃描儀或影像增強器-電視系統轉電視系統轉換成數字圖像。換成數字

24、圖像。55DR的結構nDR由X線探測器、圖像處理器、圖像顯示器等組成。n1X線探測器線探測器 它是將X線信息轉換為電信號的器件。探測器把X線模擬信號轉換為數字信號，送計算機處理。n2圖像處理器圖像處理器 其功能主要包括各種圖像處理，如灰階變換、黑白反轉、圖像濾波降噪、放大、各種測量、數字減影等。n3顯示器顯示器 它用于攝影圖像的重現、軟閱讀。5657DR設備的特點：n輻射劑量低，探測效率高；n空間分辨力可以達到3.6Lp/mm；n工作效率高，省去了屏膠系統更換膠片的繁瑣程序；n應用DR系統的后處理功能，可獲得優異的圖像質量。nDR系統的不足是兼容性和價格等方面較CR差。58 IDR工作原理影像

25、增強器光學系統電視攝像機A/DX線數字影像信號缺陷：缺陷：1）由于1.1和攝像管中光散射和電子散射，對比度損失；2）1.1的視野小，邊緣和中心分辨力不一致59DDRnDDR指采用一維或二維x線探測器直接把x線轉換成模擬電信號進行數字化的方法。n20世紀90年代中期出現了使用平板型探測器平板型探測器（FPD）的DDR。FPD將x線直接轉換為數字信號的非晶態硒；也有先經閃爍發光晶體轉換為可見光，再轉換為數字信號的非晶態硅。60 DDR使用的x線探測器1、氣體電離室探測器2、非晶態硒型平板探測器3、非晶態硅型FPD4、CCD型61平板探測器平板探測器DDR 20世紀世紀90年代中期出現平板型探測器（

26、年代中期出現平板型探測器（flat panel detector, FPD）：）：非晶態硒非晶態硒FPD：將：將X線直接轉換成數字信號；線直接轉換成數字信號；非晶態硅非晶態硅FPD：先經閃爍發光晶體轉換成可：先經閃爍發光晶體轉換成可見光，再轉換為數字信號。見光，再轉換為數字信號。62非晶態硒平板探測器技術參數技術參數 平板尺寸：平板尺寸：17 17（英寸）（英寸） 灰度等級：灰度等級：14bit 像素：像素：720萬個像素點萬個像素點 分辨率：分辨率：3.1LP/MM 曝光間隔：曝光間隔：6秒秒63組成封裝在暗盒內，由集電矩陣、硒層、電介封裝在暗盒內，由集電矩陣、硒層、電介質、保護層等構成。集

27、電矩陣由按陣元方式排質、保護層等構成。集電矩陣由按陣元方式排列的列的薄膜晶體管（薄膜晶體管（thin-film transistor, TFT）組成，非晶態硒層涂在集電矩陣上，對線敏組成，非晶態硒層涂在集電矩陣上，對線敏感，并有很高的解像能力。感，并有很高的解像能力。64硒型FPD原理65像素矩陣讀出方式 由于放大器和由于放大器和A/DA/D轉換器都在探測器暗轉換器都在探測器暗盒內，從外部看，探盒內，從外部看，探測器暗盒是接收線測器暗盒是接收線圖像后直接輸出數字圖像后直接輸出數字圖像。圖像。 信號讀出后，掃信號讀出后，掃描電路自動清除硒層描電路自動清除硒層中的潛影和電容存儲中的潛影和電容存儲的

28、電荷，以保證探測的電荷，以保證探測器能反復使用。器能反復使用。66 非晶硒平板型探測器n非晶硒和薄膜晶體管構成陣列板；n各象素單元包含一個存儲電容和非晶硅的場效應管；n攝影前先加15kV電壓使光電導體層帶上電荷(外加電場）；nX射線照射后光電導體層電阻改變使電容充電得到圖象信號電流。67 非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器n由CsI構成轉換屏幕，稱閃爍體;nX射線穿過反射層到達閃爍層激發可見光子；n可見光傳遞到下面由非晶硅光電二極管構成的探測器矩陣，其后觸發場效應管產生圖象信號。n在光電二極管自身的電容上形成存儲電荷，每個像素的存儲電荷量與入射x線強度成正比。它由基板層、非晶硅陣列、碘化銫層等構

29、成。它由基板層、非晶硅陣列、碘化銫層等構成。68非晶態硅型平板探測器6970碘化銫閃爍發光晶體覆蓋在光電二極管矩陣上，每個光電管就是一個像素，由薄膜非晶態氫化硅制成。 線入射到閃爍晶體層時被轉換為可見光，再由光電二極管矩陣轉換為電信號，在光電二極管自身的電容上形成存儲電荷，每個像素的存儲電荷量與入射線強度成正比。713.多絲正比室掃描型多絲正比室掃描型DR 它主要由高壓電源、水平狹縫，多絲正比室、機械掃描系統、數據采集、計算機控制及圖像處理系統組成72 多絲正比室：多絲正比室：n它是一種氣體探測器，可看作成由許多獨立的正比計數管組合而成。其基本結構是在兩塊平行的大面積金屬板之間平行并列許多條金屬絲。這些金屬絲彼此絕緣，各施加一定的正電壓（1kV左右），形成許多陽極，金屬板接地形成公共的陰極。n因正比室對電離電子有放大作用，故具有較高的探測靈敏度。另外每根金屬絲上收集的電子正比于初始氣體電離電子，亦即正比于入射X線強度。734CCD攝像機型攝像機型DRn它主要由熒光板、反光板、CCD攝像機、計算機控制及處理系統等構成。n工作原理：工作原理：X線透過人體被檢部位后，經濾線柵濾除散射線到達熒光板，由熒光板將X線圖像轉換成熒光圖像，熒光經過一組透鏡反射，進入CCD攝像機光敏區，由CCD攝像機將熒光圖像