数字X线成像 一、计算机X线摄影 (一) CR成像原理 (二) CR系统图像处理功能 二、数字化X线成像与传 统X线摄影

前言—数字影像与模拟影像 成像类型： 数字 模拟 成像特点： 一次采集，多重成像 一次采集，固定不变 存储与传输方式： 无胶片化，软性传输 成像类型： 数字 模拟 成像特点： 一次采集，多重成像 一次采集，固定不变 存储与传输方式： 无胶片化，软性传输 硬性存储与传输

数字化图像获得 胶片数字化仪(Film Digitizer) 计算机放射摄影(Computed Radiography，CR) 非直接转换技术(Indirect Conversion Technology) 直接转换技术(Direct Conversion Technology) 多丝正比室（Multi-wire Proportional Chamber，MWPC）

胶片数字化仪 (Film Digitizer)

数字化X线摄影 X线摄影中应用的三种主要数字技术： 存贮荧光体（storage phosphor，SP）应用于计算机X线摄影（CR）的成像板（IP） 非晶硒（a-Se） 非晶硅（a-Si） a-Se 和a-Si应用于数字X线摄影（DR）的平板探测器（FPD）

数字化X线摄影 非直接转换技术(Indirect Conversion Technology) I.I.+TV摄像机 闪烁体+CCD摄像机 非晶硅平板探测器 直接转换技术(Direct Conversion Technology) 非晶硒平板探测器 多丝正比室（Multi-wire Proportional Chamber，MWPC）

成 像 模 式 模拟图像 模拟图像 数字图像 荧光体 Film X-Ray Light 影像增强器 X-Ray Light 电视摄像管 电子 Tube 电子 影像增强器 电视摄像管 X-Ray 模拟图像 Light Tube 探测器 Tube X-Ray 数字图像

第二节：计算机X线摄影(CR) 1、定义 CR是X线平片数字化的比较成熟的技术。是使用可记录并由激光读出X线影像信息的成像板（imaging plate，IP）作为载体，经X线曝光及信息读出处理，形成数字式平片影像。

计算机X线摄影-优点 实现X线摄影信息数字化，使常规X线摄影的模拟信息直接转换为数字信息； 采用计算机技术，实施各种图像后处理功能，增加显示信息的层次； 实现X线摄影信息的数字化图像存储、再现与传输（ PACS）以及实现远程医疗（telemedicine）。

计算机X线摄影-缺点 时间分辨率较差，不能满足动态器官和结构的显示；

数字图像处理器 A/D 数字图像 处理器 数字片打印 影像IP板 系统控制器 数字存储 准直器 高压X线 发生器 X线管 CR-系统图

反光镜 扫描激光源 强光光源 FCR-5000 再生IP 板 IP IP 医用成像仪 X线管 准直器 CR-系统原理图 2

一、成像板——IP技术 保护层 光激励荧光体层 基板

成像板结构 信息载体 可重复使用 无影像显示功能 表面保护层 PSL物质层 基板 背面保护层 防静电干扰层

成像板特性 对放射线、紫外线敏感 发射与激发光谱 相应时间特性 动态范围

PSL 实际采用掺有二价铕的氟卤化钡的结晶 Eu2+ BaFXEu2+ X=Cl, Br, I

IP使用注意事项 1、避电磁波、静电 2、防止碰伤、擦伤 3、第一次激发8小时内读取 4、长期不用应激光擦除 5、具有一定使用寿命

二、CR成像原理 入射到IP的X线量子被IP的成像层内的荧光体吸收，释放出电子，一部分电子散布在荧光体内呈半稳定状态，形成潜影（信息采集）。 用激光照射已形成的潜影时，半稳定状态的电子转变为光量子，发生光激发发光（PSL）现象。光量子随即由光电倍增管检测到，被转化为电信号。这些代表模拟信息的电信号再经A/D转换器转换为数字信号（信息读出）。

数字信号被传送到存储与显示元件中作进一步处理（信息的处理与记录）。

数字影像为转化为影像实体，需将数字影像重新转化为光学模拟信号，打印在胶片上。（影像再现） 使用胶片的特性决定影像质量。

CR系统的基本原理 ----“四象限”理论 第一象限 IP的固有特征，X线辐射剂量与激光束激发的光激发发光（PSL）强度之间的关系。 二者的关系在大于1:104范围是线性的。 线性关系使CR系统具有高的敏感性和宽 的动态范围。

CR系统的基本原理 ----“四象限”理论 第二象限 输入到影像读出装置（ image reader ， IRD）的信号和从IRD输出的信号之间的关系。 由于在第一象限中IP性质的特性化和第二象限的自动设定机制，成像与显示的特征是分别独立控制的。

IRD的作用： 例1 A 使用较高的X线剂量和较窄的动态范围； 例2 B 使用了较低的X线剂量和较宽的动态范围

CR系统的基本原理 ----“四象限”理论 第三象限 影象处理装置（image processor， IPC）。 经IPC处理，显示出适用于诊断的影像。显示的特征是可以独立控制的，可施行谐调处理、频率处理和减影处理。

CR系统的基本原理 ----“四象限”理论 第四象限：影像记录装置（image recorder, IRC） 馈入IRC的影像信号重新被转换为光学信号获得X线照片。IRC对CR系统使用的胶片特性曲线自动实施补偿，使相对于曝光曲线的影像密度是线性的。 第四象限决定CR系统中输出的X线照片的特性曲线，它是依据X线剂量和成像范围自动改变的。　　　　

三、CR系统图像处理

图像处理功能三个环节 第一个环节： 检测功能有关的处理(第二象限功能)。 基于适当的影像读出技术，保证整个系统在一个很宽的动态范围内自动获得具有最佳密度与对比度的影像，并使之数字化。称为"曝光数据识别"（exposure data recognizer， EDR）。

图像处理功能三个环节 第二个环节： 影像特征有关的处理(第三象限功能)。 通过各种特定处理（如谐调处理、频率处理、减影处理等）为诊断医生提供可满足不同诊断要求的、具有高诊断价值的影像。

图像处理功能三个环节 第三个环节： 与影像信息的存储与传输功能有关的处理(第四象限功能)。 是获得质量优良的照片记录，并在不衰减影像质量的前提下实施影像数据的压缩，以达到高效率的存储与传输。　

1. 与检测功能有关的处理 曝光数据识别处理(EDR) ： 为了自动控制成像特性来实现影像密度的稳定性，克服X线成像期间由于曝光过度或曝光不足产生的影像密度的不稳定性，影像读出装置建立一个自动设定每幅影像敏感性范围的机制。

1. 与检测功能有关的处理 EDR流程： 分割标示范围识别 曝光区域的识别处理——积分处理 直方图分析——调整 5种类型

3. 与显示功能有关的处理 动态范围（dynamic range, DR） 压缩处理 谐调处理 （gradation processing） 空间频率处理（spatial frequency processing）

(2) 谐调处理(层次处理) 影像处理装置中输入影像信号QL，经有非线性转换曲线转换为IP的输出影像信号QV： QV=f（QL） 用同一种谐调处理技术处理所有影像的方式是不理想的，因此设置有各种谐调处理程序分别对不同的成像目的。 　　　　　　　　

*谐调处理参数 *谐调类型（gradation type，GT）： 是显示灰阶范围内各段被压缩和放大显示程度，有A~P16种类型； *旋转量（gyration amount，GA）： 亦称转换灰度量，GA=-4-4（不包括0），GA=1，相当于γ =1，对比度无变化，值越大，对比度越高。

*谐调处理参数 *旋转中心（gyration centre，GC）：GC=0.3~2.6，改变GC即改变了曲线的密度中心，可使正像变成负像。 *谐调移动量（gradation shift，GS） ：GS=-1.44~1.44，利用微细调节来获得最优化密度，GS用来调节整幅影像密度，降低GS，减少影像密度。 四个参数可以获得适用于诊断目的的影像对比度、总体光学密度及黑白反转的效果等 。

(3) *空间频率处理 系统对空间频率响应的调节，影响影像的锐利度。 可通过空间频率处理调节响应，提高影像中高对比成份的响应而增加局部的对比度。 CR中使用的空间频率处理称为不鲜明蒙片（unsharp masking）处理。处理中使用一个不鲜明的影像Qus作为蒙片影像，以增加空间频率响应。

Q-原始影像， Qus-不鲜明影像， Q-Qus-原始影像与不鲜明影像之间的差别， QL处理的影像。 增强成份频率由不鲜明蒙片大小决定。 用小的蒙片，增强高频成份。通过调节蒙片的尺寸，选择性增强低频或高频成份的频带

频率处理的控制参数 ①频率等级（frequency rank）： 所增强的影像频率成份的频带。数值为0~9。 低频等级：0~3，用于增强大结构，如软组织、肾脏等内脏轮廓； 中频等级：4~5，增强一般结构，如肺野血管、骨骼轮廓； 高频等级：6~9，增强小结构，如小骨结构、胃小区。

频率处理的控制参数 *②频率类型（frequency type）： 10种； *③增强程度（degree of enhancement）： 增强程度的最大值。

(4) 减影处理 可完成血管造影与非造影影像的减影职能。 在时间减影血管造影方式中，CR系统同样可以摄取蒙片（mask）和血管显影照片，并经计算机软件功能实施减影。

(4) 减影处理 优点： ①IP覆盖范围大，可克服DSA设备中影像增强管（I.I）视野较小的限制。 ②IP的空间分辨力比I.I~TV系统高。 ④曝光剂量减低。

二、数字化X线成像与传统X线摄影 传统X线摄影以胶片为介质，集图像采集、显示、存贮和传递功能于一体，限制了其中某单一功能的改进。

1. X子检测效率与X线剂量 传统X线摄影X线量的量子检测效率仅为20％~30％， 数字化X线成像系统的量子检测率则可达60％以上。

1. X子检测效率与X线剂量 利用图像处理功能，一次曝光所得图像数据经处理后可获得与需要改变条件和多次曝光的传统方法相同的效果。

2. 图像的对比度分辨力 与空间分辨力 X线探测器的动态范围大，对低对比度的物体的探测能力强，能提供的信息就多。

2. 图像的对比度分辨力 与空间分辨力 数字化X线成像技术中探测器系统的动态范围可达到1：5000~1：10000，X线数字影像可分辨组织密度差别小于1％的物体，具有很高的对比度分辨力及较大的曝光宽容度。

2. 图像的对比度分辨力 与空间分辨力 X线数字影像的空间分辨力一般不及普通X线胶片。 由于空间分辨力不是确定图像细节的唯一因素。在对比度较差的情况下，尽管图像的空间分辨力很高，但人眼仍然不能分辨出其细节的变化。

3. 摄影条件 传统X线摄影在观察透视影像时需持续辐照； 数字化X线成像技术有脉冲透视，无需连续辐照，并有图像冻结功能，可选取最佳时机冻结图像，可在无X线辐照的情况下观察和分析图像。 数字化X线成像系统宽容度大，无需自动辐照控制，可避免因参数选择失当而重拍。

4. 图像的处理、存储和传输 传统X线摄影的图像不能进行图像处理。图像状态不能根据需要进行变换。

4. 图像的处理、存储和传输 传统X线图像以胶片作为影像的载体及媒介物存贮大量的影像资料，保存、管理和查找都得花去大量的人力与物力。而且存久的照片会变质。 各种影像的图像分别保管，查找和递送图像困难较大。

5. 计算机辅助诊断 CAD利用计算机对各种影像进行定量分析，找出医生需要的各种数据，并与生理参数的测量数据一起进行综合分析，再根据医生的需求完成对图像数据显示、记录、存储与传输。 计算机的输出信息能够帮助医生改善诊断的准确性和图像解释的一致性。

5. 计算机辅助诊断 CAD运用各种图像处理与信息处理技术实现对图像的定量分析。

DR 装置