数字化X线机成像设备.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片本文樣式,第二層,第三層,第四層,第五層,*,Shanghai Medical Instrumentation College,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片本文樣式,第二層,第三層,第四層,第五層,*,Shanghai Medical Instrumentation College,第一节 概述,第二节线计算机摄影装置,第三节线数字摄影装置,第四节 DSA装置,第四章 数字X线设备,第1页,第一节 概述,数字X线设备发展,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一个X线设备。,分类,计算机X线摄影(Computed Radiography,CR),数字X线摄影(Digital Radiography,DR),特点,辐射剂量小、密度分辨力高、图像后处理功效强、便于数字影像存放及远距离传输。空间分辨力不如胶片高。,第2页,空间分辨率(Spatial Resolution),在,High Contrast,情况下区分相邻,最小物体能力,(又称“High Contrast Resolution”),决定影像清楚度。,惯用多少线对/厘米，即,LP/CM,第3页,密度分辨率(Density Resolution),低对比度情况下分辨物体密度微小差异能力,(又称“Low Contrast Resolution”),受影像清楚度,&噪声影响。,第4页,数字化X线机,第5页,Digital RAD Imaging,第6页,医院放射科数字化网络,Images,Worklist,Image Retrieval,New,Images,Report,Images,Medical data,HIS/RIS,Patient Data,Worklist,Archival,Clinical Review,Laser Camera,DICOM Print,第7页,数字图像,将二维图像以二维数字点阵方式表示图像叫数字图像。,二维数字图像中每一点称为像素。普通医学图像大小有256,256，512,512，1024,1024等。,像素黑白程度称为灰度，用一个数值表示，这个数值最大值称为灰阶，灰阶普通有256级、1024级，对应地可表示为8bit、10bit。,灰阶决定了图像对比度，即内容层次。,第8页,256,256，8bit,64,64,8bit,256,256,2bit,256,256,8bit,返回,第9页,图像大小,像素数字图像所显示内容与X射线胶片相当,对于CT和MRI图像，通常512 512就够了,图像小，则重建速度快，所需存放空间小，传输速度快,第10页,几个X线图像数字化方式,胶片扫描系统,影像增强器+CCD+图像板,计算机X线摄影(Computed Radiography,CR),数字X线摄影(Digital Radiography,DR),第11页,胶片扫描系统,扫描仪,计算机,X线胶片,专用设备,第12页,影像增强器+CCD+图像板,X线,X线,影像增强器,计算机处理系统,电视摄像管CCD或真空摄像管,电视信号处理 A/D 转换,(图像板),数字信号,显示,打印,球管,人体,第13页,第二节 线计算机摄影装置,系统原理和概念,计算机X线摄影（成像）系统（Computed Radiography，简称CR）,CR是由日本富士企业于七十年代研制，八十年代推出，九十年代上市计算机X线摄影系统。,CR关键是用影像板（IP）取代X线胶片，摄片后由激光扫描仪读出IP板上潜影，并转换成数字信号传入计算机作图像处理。,第14页,CR系统基本结构,第15页,影像板(,Image Plate,IP),第16页,影像板结构,保护层：,聚酯树脂类纤维制成，非常薄，能弯曲、耐磨损、透光性好。保护荧光层不受外界温度、湿度和辐射影响。,第17页,荧光层：,由光激励发光（photon stimulation light,PSL）荧光物质混于多聚体溶液中，涂在基板上制成。,第18页,基板：,聚酯树脂类纤维制成。保护荧光物质层免受外力损伤，延长IP使用寿命。两万次以上重复使用。,第19页,后面保护层：,材料与表面层相同，预防IP摩擦损伤。,第20页,影像板成像原理,射入IP线被PSL荧光物质吸收，释放出电子。部分电子散布在荧光物质内呈半稳态，形成潜影，完成线信息采集和存放。当用激光束逐行扫描（二次激发）已经有潜影IP时，半稳态电子转换成荧光，所产生荧光强度与第一次激发时线能量准确地成正比，完成光学影像读出。,第21页,白色三角表示未曝光,X线作用使电子激发，并储存起来，用灰色三角表示,在激光作用下，储存能量被激发出来,激发出来能量以可见光形式释放,三角又变成了白色，表示储存能量已全部释放,第22页,IP特征：,发射与激发光谱,IP受激发而释放出光子波长与光强关系称为,发射光谱。,最强波长为390400nm,激发激光波长与释放光子强度关系称为,激发光谱,。最强在600nm左右,确保光电倍增管在400nm 处有最高检测效率，对提升影像信噪比很主要,第23页,IP特征：,时间响应特征,停顿用激光照射荧光体时，发光衰减并逐步终止。IPPSL强度衰减速度很快，不会发生采集和读出信息重合。,光发射寿命期为0.8s。,第24页,IP特征：,动态范围,直线性,在1到10000范围内含有良好动态范围,可准确检测到组织间极小X线吸收差异,曝光,3.0,胶,片,影像屏,密度,输,出,10000,1000,10,100,0.2,1.0,800,400,200,1600,100,第25页,IP特征：,存放信息消退,X线激发IP后，潜影存放于荧光体中，在读取前一部分电子随时间延长将逃逸，从而使第二次激发时荧光强度降低，称为,消退。,IP消退很微弱，8h降低25%。受时间、温度影响。,受X线照射后，尽快读取。,第26页,IP特征：,天然辐射与黑斑,IP不但对X线敏感，对其它电磁波也敏感，如紫外线、,射线等。,来自天然放射性元素、IP板上微量放射性元素、宇宙射线。,长久存放会产生小黑斑。,使用前必须激光擦除，以消除可能存在任何潜影。,IP上荧光体对线敏感度高于普通线胶片，保留要有很好屏蔽。,第27页,读出装置原理,第28页,详细地，读出分两步,（）用一束微弱激光粗扫IP，马上算出读出图像直方图。,（）自动调整光电倍增管灵敏度及放大器增益，再用高强度激光精细地读出潜像，实现数字化，经过各种图像处理，取得最正确适于诊疗数字线图像。,第29页,影响图像质量原因,激光束直径,光电及传动系统噪声,数字化影响,取样频率低“马赛克”伪影,量化级数少“等高线”伪影,普通数字化取样间隔为0.10.2mm，像素灰度级为bit时，就能取得满意数字图像。,第30页,256,256，8bit,64,64,8bit,256,256,2bit,256,256,8bit,返回,第31页,常规线照片影像特征是由摄影条件、增感屏及胶片决定，不能加以改变。CR系统则不一样，因为使用高精度扫描及读出数字信号可经过计算机进行图像后处理，所以能在大范围内改进图像质量，最终得到稳定、高质量图像。,计算机图像处理,第32页,图像处理步骤,图像读出过程处理,：图像读出灵敏度自动设定，自动取得最正确密度和对比度图像；,图像显示过程处理,：显示图像特殊处理，以取得较高诊疗价值图像，也称后处理；,图像存放和统计过程处理,：在不影响图像质量基础上压缩图像，并可进行保留和传输，还可用激光相机打印出图像。,第33页,图像读出灵敏度自动设定,为在不一样X线剂量下，取得相同图像质量（图像密度稳定），采取灵敏度自动设定功效,预读程序流程,确定灵敏度,第34页,经过对直方图分析和计算，自动确定X线剂量范围，再算出有诊疗价值PSL量范围，即读取装置输入信号范围，从而决定此次读出IP图像最正确条件（决定光电倍增管灵敏度和放大器增益）。所以，不论以何种条件摄影，读出灵敏度自动设定装置会自动校正X线曝光量误差，使读取装置输出信号总处于一定范围内，形成稳定数字图像密度，以最正确密度在胶片或显示器上重现。,第35页,图像读出灵敏度自动设定,大曝光剂量例1和小曝光剂量例2,第36页,图像后处理,灰阶处理,空间频率处理,动态范围压缩,减影处理,叠加处理,图像处理：调整亮度、对比度、窗宽窗位，放大、,反转,旋转,，,距离、面积测量。,文字注释。,更改病人资料,第37页,第38页,图像储存和统计装置,磁带,硬盘,光盘,磁光盘（MOD）,第39页,CR特点(总结),实现了传统X线图像数字化；,提升了图像密度分辨率；,能实现图像后处理，增加了显示信息功效；,降低了X线曝光量（,为常规X线摄影剂量1/51/10,）；,能够不用胶片，而是以数字形式用磁盘或光盘存放，还能把信息传输给PACS。,第40页,第三节 线数字摄影装置,DR分为直接数字X线摄影（direct DR,DDR）和间接数字X线摄影（indirect DR,IDR）,IDR是指由I.I-TV或胶片先取得模拟X线影像，再转换成数字图像方法,DDR是指采取X线探测器直接将X线转换为数字信号方法,第41页,IDR工作原理,透射,X线,I.I,光学系统,电视摄像机,A/D,数字图,像信号,第42页,IDR主要缺点,因为I.I和摄像管中光散射和电子散射，引入了附加对比度损失；,电视摄像管动态范围小，不能发觉微小组织差异；,I.I视野小，边缘和中心分辨力不一致。,第43页,DDR,采取一维或二维X线探测器直接把X线转换为模拟电信号，然后进行数字化方法，不一样于IDR先取得模拟图像，再对模拟图像进行数字化方法。,分为扫描投影DDR和平板探测器DDR。,第44页,扫描投影DDR,点扫描法,优点：散射体积很小，降低了因散射引发图像质量下降；光电倍增管灵敏度高，能够降低X线剂量；,缺点：运动机构比较复杂，扫描时间较长；,线（扇）形扫描法,比点扫描系统速度快，对X线源利用也充分。,第45页,第46页,平板探测器DDR,20世纪90年代中期出现平板型探测器（flat panel detector,FPD）：,非晶态硒FPD,：将X线直接转换成数字信号；,非晶态硅FPD,：先经闪烁发光晶体转换成可见光，再转换为数字信号。,第47页,非晶态硒平板探测器,技术参数,平板尺寸：17 17（英寸）,灰度等级：14bit,像素：720万个像素点,分辨率：3.1LP/MM,曝光间隔：6秒,第48页,组成,封装在暗盒内，由集电矩阵、硒层、电介质、保护层等组成。集电矩阵由按阵元方式排列,薄膜晶体管（thin-film transistor,TFT）,组成，非晶态硒层涂在集电矩阵上，对线敏感，并有很高解像能力。,第49页,硒型FPD原理,第50页,像素矩阵读出方式,因为放大器和A/D转换器都在探测器暗盒内，从外部看，探测器暗盒是接收线图像后直接输出数字图像。,信号读出后，扫描电路自动去除硒层中潜影和电容存放电荷，以确保探测器能重复使用。,第51页,非晶态硅型平板探测器,第52页,碘化铯闪烁发光晶体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。线入射到闪烁晶体层时被转换为可见光，再由光电二极管矩阵转换为电信号，在光电二极管本身电容上形成存放电荷，每个像素存放电荷量与入射线强度成正比。,第53页,平板数字探测器（小结）,材料种类,：,CCD探测器,CMOS探测器,非晶硅探测器,非晶硒探测器,Thin Film Transistor array,薄膜晶体管阵列,第54页,DDR与CR比较,DDR图像清楚度优于CR，主要由像素尺寸决定，CR在读出潜影过程中，激光穿到IP深部时产生散射使图像含糊，降低了图像分辨力；,DDR噪声源比CR少，没有二次激励引入噪声，/高；,DDR拍片速度快于CR，拍片间隔为5s，CR拍片间隔1min以上；,第55页,DDRX线转换效率高，而CR利用潜影成像，信号随时间而衰减；,DDR探测器寿命长，可用，CR图像板可用1年；,DDR有升级为透视能力，但不能应用于常规X线机，CR不能透视，但可与原有X线摄影设备配套工作，取消胶片暗盒。,第56页,DDR主要问题,大面积TFT在工业生产中存在较大难度，现只能用小块拼成；,虽在时间分辨率上优于CR，但还不能满足心血管设备要求，不能适应快速连续拍摄X线造影检验；,提升读出和建像速度是主攻方向之一。,第57页,第四节 数字减影血管造影装置,20世纪60年代出现过X线照片减影术(Radiography Image Subtraction)，主要用于脑血管造影。,80年代数字减影技术主要应用于血管造影，所以又叫,数字减影血管造影技术,(DSA，Digital Subtraction Angiography),第58页,DSA技术原理,把人体同一部位两帧影像相减（不含对比剂与对比剂充盈影像），消去两帧图像相同部分，得到造影剂充盈血管图像。血管像对比度较低，必须对减影像进行对比度增强处理，但影像信号与噪声同时增大，所以要求原始影像有高信噪比，才能使减影像清楚。,第59页,DSA,第60页,DSA室,第61页,DSA工作方式,第62页,一、时间减影,脉冲影像（PI）方式,每秒摄取数帧影像，曝光线脉宽100ms左右。剂量较高，所得影像信噪比较高，普遍采取，主要用于脑血管、颈动脉、肝动脉、四肢动脉等活动较迟缓部位；,超脉冲影像（SPI）方式,每秒630帧。能实时观察，较高动态清楚度。能适应肺动脉、冠状动脉、心脏等快速活动脏器，影像运动含糊小，但对X线机要求高；,第63页,连续影像（CI）方式,每秒25帧连续影像。能显示快速运动部位，如心脏、大血管，时间分辨力高。X线管负荷相当大，要用热容量大X线管；,心电图（ECG）触发脉冲方式,主要用于心脏大血管DSA检验，曝光与心脏血管搏动节律相匹配，确保影像系列中每帧影像与心律同相位，消除因心脏搏动引发伪影。,第64页,二、能量减影,几乎同时用两种不一样管电压（如70kV和130kV）取得两帧影像，进行减影处理。,要求管电压能在两种能量之间进行高速切换，增加了X线机复杂性，普通X线机不能采取这种方法。,不易消除骨骼残影。,第65页,能量减影,左侧为标准胸片，右侧为高能肋骨片，中间为去骨影后肺组织片,第66页,三、混合减影,在造影剂未注入前，先做一次双能量减影，取得含部分骨组织信号影像，将此影像同血管注入造影剂后双能量减影像作减影处理，就得到单纯血管影像。,对设备和X线管负载要求都较高。,第67页,DSA对设备特殊要求,X线发生装置,要求X线管能承受连续脉冲曝光负荷，对于中、大型DSA设备，X线管热容量在200kHU以上，管电压40150kV，管电流8001250mA。采取中频和高频技术，产生几乎纯直流高压。,第68页,影像增强器,可变视野影像增强器。为提升灵敏度和分辨力，输入屏采取碘化铯材料。在输入屏发光体和光电层之间有几十万条光纤，把每个像素光耦合到光电层，从而使影像有较高亮度和分辨力，提升了I.I转换效率。,第69页,电视摄像机,要求摄像管高灵敏度、高分辨力、低残像，视频通道有赔偿电路，确保输出高信噪比、高保真视频信号。CCD将有望取代真空摄像管。,第70页,线剂量管理,在确保图像质量条件下尽可能降低病人接收线照射剂量，由以下技术组成：,（）,栅控技术,：在每次脉冲曝光间隔向旋转阳极施加一个负电压，抵消曝光脉冲启辉和余辉，从而消除软射线，提升有效射线质量，减小脉冲宽度。,第71页,（）,光谱滤过技术,：在I.I或线管头窗口处放置铝滤过板，以消除软射线，降低二次辐射，优化线频谱。,I.I前放置滤线栅可消除线穿过人体时散射线，可降低线辐射剂量约20%。,第72页,（）,脉冲透视技术,：是在透视图像数字化基础上实现，能对脉冲透视图像进行增强、平滑、除噪等滤波处理，改进图像清楚度。较常规透视辐射剂量降低40%。,（）,图像冻结技术,：每次透视最终一帧图像被暂存并保留在显示器上，可降低无须要透视，总透视时间显著缩短，到达降低辐射剂量目标。,第73页,体位记忆技术,为手术医生设计了投照体位记忆装置，能存放多达100个体位，各种体位可事先预设，也可在造影中随时存放，使造影程序化，加紧造影速度。,第74页,自动跟踪回放技术,当形臂转到需要角度进行透视观察时，系统能自动搜索并重放该角度已经有造影像，供医生诊疗或介入治疗时参考；也可依据图像自动将臂转到该位置重新进行透视造影。这种技术尤其有利于心、脑血管造影，尤其是冠状动脉介入治疗手术。,第75页,当代DSA新技术,ECG触发脉冲方式,因为每一时刻心脏运动处于不一样相位上，为了使掩模像和造影像相位尽可能靠近，以降低减影像运动伪影，要求相减像相位一致，通常采取ECG触发线脉冲方式。以ECG中R波作为相位基准，在ECG门控采集时，如线曝光与R波标识同时，就能得到由R波定时减影像。该方式主要用于心脏大血管DSA检验，曝光与心脏血管搏动节律匹配，确保影像系列中每帧影像同相位，消除因心脏搏动引发伪影。,第76页,旋转血管造影,DSA采集图像同时，C臂绕病人作旋转运动，对血管作180度参数采集，人体保持静止，线管头和增强器作同时运动，从而取得三维血管像。这项技术显著增加了观察角度，取得了更多诊疗信息，对脑血管、心腔和冠状动脉血管造影尤其适用。,第77页,计算机在成像中作用,越来越显著,第78页,对一张胸片图像处理,第79页,对比度增强,第80页,低通滤波,第81页,高通滤波,第82页,肋骨边缘提取,第83页,CT图像与DSA图像三维融合显示,返回,第84页,