X线新进展—— ——数字化X线摄影

X线进展： X线成像设备的发展历程 X线CT机的诞生 数字X线成像设备的发展

一、X线成像设备的发展历程： （一）诊断用X线机发展史 1、气体X线管、感应圈时期（1895-1916）

诊断用X线机发展史 3、防电击、防散射X线装置的实用化时期（1925-1945年）标志着诊断用X线机已进入成熟时期

X线球管 旋转阳极 固定阳极

（二）荧光透视向影像增强器透视进展 二十世纪五十年代，影像增强器的研制成功，使X线机的性能和应用范围有了新的突破，最引人注目的是X线电视、录像和动态摄影，在一定程度上解决了动态检查、影像再现等问题（IITVs）。使图像质量得以提高，并解决了暗室向明室的转变的这一难题

（三）工频X线机向中、高频X线机的进展 1975年以来，高频逆变技术在X线机中得到广泛应用，使高压变压器的体积和重量明显减小，从而得到迅速普及

按高压发生器对X机的分类 工频X线机：频率为50\60Hz 中频X线机：频率为400Hz-20kHz 高频X线机：频率为20kHz-100kHz

工频X线机的缺点： 体积与重量庞大； 输出波形脉动率高、X线剂量不稳定、 软射线成分较多； 曝光参数的准确性和重复性较差

中、高频X线机的特点： 病人的皮肤剂量低 成像质量高 输出剂量大 实时控制 高压变压器的体积小、重量轻 可实现超短时曝光 便于智能化

中、高频机与工频机性能对比表

使用传统的双脉冲发生器，电压从零到达额定电压，但是只有到达额定电压75%以上的电压值才会对胶片感光产生作用，我们将其称为有效射线（剂量）。更低的电压（低于额定电压的75%）产生的软射线有一部分被人体吸收，这些不需要的射线称为皮肤剂量。高频技术在整个曝光过程中几乎只有有效剂量产生，抑制不需要的皮肤剂量

（四）、探测器的进展 胶片（屏—片系统） II-TVs 影像板 平板探测器

二、 X线CT机的诞生 1972年，英国工程师汉斯菲（Hounsfield） 首次研制成功世界上第一台CT扫描机。这是电子技术、计算机技术和X线技术相结合的产物，是1895年X线发现以来医学影像设备的一个革命性进展，为现代医学影像设备学奠定了基础

三、数字X线成像设备的发展 数字x线设备是指把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X线设备可分为CR、DR、DSA

数字X线成像设备的发展 数字x线设备是指把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X线设备可分为CR、DR、DSA

根据X线束的形状，数字X线成像又可分为锥形、扇形和笔形成像法。CR属于数字锥形成像。DDR一般采用扇形X线束或笔形X线束进行扫描投影成像

数字X线成像的优点： ①对比度分辨力高 ②辐射剂量小 ③图像的后处理功能强 ④易于存储， 可方便地接人PACS 但其空间分辨力(约为20～40LP／cm)不如胶片的高(理论值为50～70LP／cm)

数字图象与比特(bit) 比特没有颜色、尺寸或重量，能以光速传播，是信息的最小单位。 是一种存在的状态：开或关，真或伪，上或下，入或出，黑或白。 比特用“1”或“0”来表示，比特通常代表的是数字信息。如：1，10，11，100，101，110，111，代表了1，2，3，4，5，6，7等数字。

像素与比特 就像比特是信息的原子一样，像素可视为图形的分子，一个像素由不止一个比特来代表。它是由“图像”（picture）和“元素”（e1ement）两个词缩合而成的。 对于任何一个特定的单色图像（monochrome image），你都可以决定要用多少行和多少列来构图。你用的行和列越多，每个方块的面积就越小，图形的颗粒就～越精细，效果也就越好

数字化的特点 数据压缩（data comparession）和纠正错误（error correction）的功能，如果是在非常昂贵或杂音充斥的信道（channel）上传递信息，这两个功能就显得更加重要了。 比特会毫不费力地相互混合，可以同时或分别地被重复使用。声音、图像和数据的混合被称作 “多媒体”（mu1timedia），这个名词听起来很复杂，但实际上，不过是指混合的比特（commingled bits） 以光速传输

什么是数字影像 模拟影像----图像的密度随空间位置连续变化随空间位置连续变化 数字影像---图像的密度是由许多不连续的不同密度值(可用数字表示)的点组成的 模拟信息与数字信息可以通过“模数转换器” A/D 或“数模转换器” D/A 相互转换: A/D转换 模拟影像 数字影像 D/A转换

数字影像系统主要组成 影像信息的采集  影像信息的转换及输入 存储器 处理系统 显示器 输出传输系统

典型的医学数字影像 CT---- Computed Tomography 计算机断层扫描 MRI----Magnetic Resonance Imaging 磁共振成像 DSA----Digital SubtractionAngiography 数字减影血管造影 DF---- Digital Fluorography 数字荧光摄影 DSI---- DigitL Spot Imaging 数字点片成像 ECT---- 放射性核素发射计算机断层扫描成像 DR---- CR----

第一节 X线计算机摄影装置 CR（Computed Radiograph）是采用影像板（image plate IP）作探测器。与常规X线摄影相比，除了信息数字化带来的优点外，还具有对比度分辨力高、辐射剂量小等优点。但其空间分辨力不如胶片的高

  CR成像过程 X-线信息 IP 潜影 激光扫描 紫外光 信息 光电倍增管 电信号 A/D 数字信息

CR成像过程 1、信息采集由IP代替胶片实现，它以潜影的形式记忆X线图像。 3、信息处理由计算机来完成，对数字影像作各种相关的后处理，如大小测量、放大、灰阶处理、空间频率处理、减影处理等

4、信息利于存储，用于诊断的影像可通过干式打印获得胶片；CR图像还能直接在计算机显示器上显示。

擦除信息

影像板 CR影像不是直接记录于胶片上，而是先记录在IP上；IP可以重复使用，但它不能直接显示图像

影像板结构 (1)表面保护层：其作用是防止荧光层受到 损伤。它非常薄且透光率高。 (2)光激励发光(photon stimtJlation light， PSI。)荧光层。 (3)基板：其作用是保护荧光层免受外力的 损伤。 (4)背面保护层：其作用是防止IP摩擦损伤。

光激励发光(PSL )荧光层： 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

CR成像原理 射入IP的X线被荧光层内的PSL荧光物吸收，释放出电子(一次激发) ，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。当用激光束扫描(二次激发)已有潜影的IP时，半稳态的电子转换成荧光，即发生PSL现象，亦简称光致发光现象

光致发光现象所产生的荧光强度与第一次激发时X线的能量精确地成正比，完成光学影像的读出。IP的输出信号还需由读取装置完成光电转换和A／D转换，再经计算机图像处理后，形成数字影像

A/D（模数转换analogue-to-digital convertr ） 即将模拟图像（analogue image） 转化成数字图像（digital image）

读取装置

曝光后的暗盒，插入CR孔读取装置内后，IP被自动取出，由激光扫描读出潜影信息；IP被传送到潜影消除部分，经强光照射后消除IP上的潜影。此后IP被传送回暗盒内，暗盒自动封闭后被传送出读取装置，供反复使用，整个过程自动、连续

综上所述，CR的成像过程可归纳为： 两次激发 一次消除

Kodak CR 800 Kodak CR 900

第二节 数字化×线摄影 一、间接数字化x线摄影 二、直接数字化x线摄影

一、间接数字化X线摄影 (1)x线图像接收器：(2)数据采集器： 1．基本结构： (3)图像处理器： (4)存储器： (3)图像处理器： (4)存储器： (5)图像监视器： (6)系统控制器：

2．工作原理 IDR装置的基本工作原理是由I．I把作为信息载体的X线转换为可见光，再由CCD或真空摄像管转换成模拟视频信号，再经A／D转换后形成数字图像信号。这是最先得到实际使用的IDR设备

IDR的缺陷： ①由于I．I和摄像管中的光散射和电子散射，引入了附加的对比度损失； ②电视摄像管的动态范围小，不能发现微小的组织差异；

二、直接数字化X线摄影 DDR是在20世纪90年代中期开始使用平板型探测器(flat panel detector，FPD)直接把x线转换为模拟电信号进行数字化的方法。 FPD有将X线直接转换成数字信号的非晶态硒；也有先经闪烁发光晶体转换成可见光，再转换为数字信号的非晶态硅

非晶态硒型平板探测器 非晶态硒型平板探测器封装在类似胶片夹的暗盒内，主要由集电矩阵、硒层、电介层、顶层电极和保护层等构成。集电矩阵由按阵元方式排列的薄膜晶体管(thill-film tran—sistor，TFT)组成，非晶态硒层涂覆在集电矩阵上，它对x线敏感，并有很高的解像能力

X-线信息 非晶态硒 电信息 A/D转换 数字信息

非晶态硅型平板探测器 非晶态硅型FPD其外形也类似x线胶片夹的暗盒，是一种半导体探测器。其基本工作原理是：把掺铊的碘化铯闪烁发光晶体层覆盖在光电二极管矩阵上，每个光电管就是一个像素，由薄膜非晶态氢化硅制成

尽管X线在非晶态硅型探测器中先转换成可见光，又转换成电信号后进行数字化，但从探测器暗盒外部看，也是输入

X-线信息 CsI闪烁体 可见光信息光电二极管 薄膜晶体管 电信息 A/D转换 数字信息   这种平板检测器的关键在于柱状结构的CsI闪烁体类似于一束束光纤导管引导X线激发的荧光沿着平行的方向传递至光电二极管，减少闪烁体的光散射

微细针状碘化铯结构 针状结构保证了高的DQE 高感光灵敏度及高信噪比

非晶态硅与非晶态硒型平 板探测器数字转换示意图

DDR与CR的比较： ①DDR的图像清晰度优于CR ②DDR的噪声源比CR少，因此S／N高 ③DDR的拍片速度快于CR ④DDR的x线转换效率高于CR ⑤DDR探测器寿命长，可用10年，CR的IP可用1年 ⑥DDR有升级为透视的能力， CR不能透视

动态DDR

DDR的特殊功能-融合断层

三种摄影方式工作流程的比较： 片－屏系统（传统X线摄影） ＣＲ DDＲ

片-屏系统工作流程

CR工作流程

DDR工作流程

工作流程的改变与优化

MTF-Modular Transfer Function High MTF Low MTF MTF： 系统反应物体本来面目的能力 MTF越高，图像轮廓越清晰

DQE－量子捕获效率 系统捕获信号强度的能力 DQE越高，信噪比越高 DQE受空间分辨率影响很大 直接转化探测器在整个空间频率 范围内全面提高DQE！

对图像质量的认识 1、普通X线胶片——银颗粒——模拟像 数字化胶片——像素——数字化像 2、二者几何尺寸相差甚远 3、空间分辨率决定最小成像单元 密度分辨率决定病变的显示 信息的获得取决于以上两种分辨率 4、综合之，数字化图像质量必然优于模拟图像 5、读片方式由观片灯读片——监视器阅片（软阅片）

8、图像可一次采集，多种方式显示； 9、融合成像，如MRI+PET 融合图像（即形态+功能）CT+ PET 融合图像 10、动态线性的调节； 11、三“E”即任何人、任何时间、任何地点都可做大影像的综合分析； 12、远程影像会诊； 13、计算机辅助检测诊断（CAD），有人称之为第三只眼。

X线获取图像技术的发展历史