3.2 数字数字X线摄影系统线摄影系统 数字数字数字数字X X射线放射影像，是直接将射线放射影像，是直接将射线放射影像，是直接将射线放射影像，是直接将X X射线光子通过射线光子通过射线光子通过射线光子通过电子暗盒转换为数字化图像，是一种广义上的直接数电子暗盒转换为数字化图像，是一种广义上的直接数电子暗盒转换为数字化图像，是一种广义上的直接数电子暗盒转换为数字化图像，是一种广义上的直接数字化字化字化字化X X射线影像，以下简称射线影像，以下简称射线影像，以下简称射线影像，以下简称DRDR. . DR DR可分为非直接数字放射影像（可分为非直接数字放射影像（可分为非直接数字放射影像（可分为非直接数字放射影像（IDRIDR）和直接数）和直接数）和直接数）和直接数字放射影像（字放射影像（字放射影像（字放射影像（DDRDDR）。狭义上的直接数字化影像是指）。狭义上的直接数字化影像是指）。狭义上的直接数字化影像是指）。狭义上的直接数字化影像是指直接数字放射影像（直接数字放射影像（直接数字放射影像（直接数字放射影像（DDRDDR），采用影像直接转换技术），采用影像直接转换技术），采用影像直接转换技术），采用影像直接转换技术的数字放射影像，是真正意义上的数字化的数字放射影像，是真正意义上的数字化的数字放射影像，是真正意义上的数字化的数字放射影像，是真正意义上的数字化X X射线放射射线放射射线放射射线放射影像。影像。影像。影像。IDR(IDR(间接放射成像间接放射成像间接放射成像间接放射成像) )：X X线影像先转换成可见光影像，线影像先转换成可见光影像，线影像先转换成可见光影像，线影像先转换成可见光影像，再经光电转换、再经光电转换、再经光电转换、再经光电转换、A/DA/D转换等器件转换成数字图像。转换等器件转换成数字图像。转换等器件转换成数字图像。转换等器件转换成数字图像。DDR(DDR(直接数字放射影像）直接数字放射影像）直接数字放射影像）直接数字放射影像）：X X射线影像直接转换为数射线影像直接转换为数射线影像直接转换为数射线影像直接转换为数字图像，无中间环节，是真正意义上的数字化字图像，无中间环节，是真正意义上的数字化字图像，无中间环节，是真正意义上的数字化字图像，无中间环节，是真正意义上的数字化X X射线射线射线射线放射影像。放射影像。放射影像。放射影像。DR 工作流程工作流程DR设备的特点：设备的特点：1）DR设备具有较高的设备具有较高的空间分辨力空间分辨力和和低噪声率低噪声率。2）DR设备具有低的设备具有低的辐射剂量辐射剂量,高的高的密度分辨率密度分辨率。3）DR成像速度成像速度快快。4）DR设备采用直接转换技术得到数字图像，有效设备采用直接转换技术得到数字图像，有效地解决了图像的存档、管理与传输，影像信息可用地解决了图像的存档、管理与传输，影像信息可用光盘刻录，成本低廉，利用网络传输方便、效率高。光盘刻录，成本低廉，利用网络传输方便、效率高。5）DR设备的发展方向主要是设备的发展方向主要是非晶硒平板检测器非晶硒平板检测器的的不断改进和提高，重点是像素单元再缩小，提高图不断改进和提高，重点是像素单元再缩小，提高图像的分辨率；提高检测器对像的分辨率；提高检测器对X线的转换率，降低线的转换率，降低X线线剂量；研发高质量的图像处理软件，进一步提高图剂量；研发高质量的图像处理软件，进一步提高图像质量。像质量。DR设备具有代表性的装置设备具有代表性的装置国内东软数字医疗生产的国内东软数字医疗生产的 DR设备设备 3.2 3.2 数字数字X X线摄影系统线摄影系统一、一、IDRIDR的基本结构和工作原理的基本结构和工作原理X X线影像接收器线影像接收器: : 把x线图像转换为可见图像(光信号或电信号) 或直接转换为数字信号。数据采集器：数据采集器：把模拟信号转换为数字信号，主要由AD转换器组成。图像处理器：图像处理器：灰阶变换、黑白反转、图象滤波、数字减影图图像像监视器：监视器：数字图像经D/A形成不同亮度的像素，按一定显示矩阵结构在监视器上重现。系统控制器：系统控制器：完成整个系统的指挥和协调。IDRIDR系统的工作原理系统的工作原理X射线源病人I.I TV光学系统电视摄像机A/D转换数字影像信号二、二、DDRDDR数字数字X X线摄影系统线摄影系统 （直接数字x线摄影系统）1 1数字扫描投影数字扫描投影x x线摄影线摄影1 1）点扫描法）点扫描法 用很细的X线束逐点对人体进行扫描。在具有很高量子检出效率的闪烁晶体探测器，将X线转换成可见荧光后，射入到光电倍增管变换为电信号，X射线采用横向扫描，病人纵向移动。由此得到一幅二维图像。点扫描法的优点是散射体积很小，减少了因散射引起的图像质量下降光电倍增管的灵敏度高，可以降低X线的剂量。缺点是运动机构比较复杂，时间较长。2）线）线( (扇扇) )形扫描法形扫描法 X线经狭缝准直形成线束或扇束，只照射到人体的某一薄层，由被检体到达探测器后，形成行信息。X线束和探测器作平移运动，即可得到二维数字图像。探测器在此可形成多种排列，以接受X射线。DDR系统主要部件组成框图系统主要部件组成框图 (1) 非晶态硒型平板探测器非晶态硒型平板探测器 2 2DDRDDR使用的使用的X X线探测器线探测器外形类似于X射线胶片暗盒，能将入射的X射线能量直接转换为数字信号。主要由集电矩阵集电矩阵、硒层、电介层、顶层电极和保护硒层、电介层、顶层电极和保护层层等组成。集电矩阵由按阵元方式排列的高集成度薄膜晶体管（thin-film transistor, TFT）组成。非晶态硒型平板探测器非晶态硒型平板探测器 2 2DDRDDR使用的使用的X X线探测器线探测器 非晶态硒层涂覆在集电矩阵上，它对X线敏感，具有很高的分辨率。当X线光子使硒层中产生电子空穴对，在顶层电极和集电矩阵间外加高压电场的作用下电子和空穴相反方向移动，形成电流使TFT储能，电荷量与入射光子成正比，所以每个TFT形成一个采集图像的最小单元，即像素。在读出控制信号的作用下，TFT导通，把像素存储的电荷按顺序逐一传送到外电路，由放大器同步放大转换成电信号，由A/D转换成数字图像信号。 3平行板探测平行板探测DDR系统系统1）原理框图）原理框图工作原理：工作原理：X线管发射的锥形X线束经水平狭缝准直后形成平面扇形X线束。X线通过病人射入水平放置的多丝正比室多丝正比室窗口，被探测器接收后，机械扫描器使X线管、水平狭缝及探测器沿垂直方向作均匀的同步平移扫描，到达新位置后再作水平照射投影；如此重复进行，就完成一幅图像的采集。该多丝正比室是平板探测器中的一种，在探测器极板间充以惰性气体，X射线照射下气体电离，电离电荷在极间电场作用下定向漂移。在外电路获得正比于X线强度的输出信号。DRDR与与CRCR比较：比较：（1 1）DRDR的图像清晰度高于的图像清晰度高于CRCR。CRCR在读出潜影过程中，在读出潜影过程中，激光穿过激光穿过IPIP深部时产生散射使图像模糊，降低图像分辨深部时产生散射使图像模糊，降低图像分辨率。率。（2 2）DRDR没有二次激励引入的噪声，信噪比高于没有二次激励引入的噪声，信噪比高于CRCR。（3 3）DRDR拍片速度快于拍片速度快于CRCR。（4 4）DRDR的的X X线转换效率高。线转换效率高。（5 5）DR DR 探测器寿命长，探测器寿命长，1010年；年；CRCR，IPIP板，板，1 1年。年。 3.3 3.3 数字减影血管造影系统数字减影血管造影系统 数字减影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)是20世纪80年代兴起的一种医学图像学新技术，是计算机与常规X线血管造影相结合的一种新的检查方法。数字减影血管造影数字减影血管造影(DSA)设备设备 是医学影像技术与计算机技术结合的产是医学影像技术与计算机技术结合的产物，也是数字物，也是数字X射线影像设备之一。由于它射线影像设备之一。由于它能实时提供导管导向的位置、局部循环结能实时提供导管导向的位置、局部循环结构、栓塞或扩张的效果等有关介入诊疗的构、栓塞或扩张的效果等有关介入诊疗的信息，因而具有极大的优越性和实用性。信息，因而具有极大的优越性和实用性。 DSA在使用时采用的方法有三种，在使用时采用的方法有三种，时时间减影、能量减影和混合减影间减影、能量减影和混合减影。 DSADSADSA一、DSA的基本组成和原理 减影技术的基本内容是把人体同一部位的两帧影像相减，从而得出它们的差值部分，不含造影剂的影像称为掩模像或蒙片，注入造影剂后得到的影像称为造影像或充盈像。-掩模像=减影像造影像38（1 1 1 1）影像增强影像增强影像增强影像增强- - - -摄像机摄像机摄像机摄像机：把透过人体：把透过人体：把透过人体：把透过人体X X X X线经影像增强线经影像增强线经影像增强线经影像增强管变为可见荧光，亮度增强管变为可见荧光，亮度增强管变为可见荧光，亮度增强管变为可见荧光，亮度增强500050005000500010000100001000010000倍，再由摄倍，再由摄倍，再由摄倍，再由摄像机变为电信号供数字处理。像机变为电信号供数字处理。像机变为电信号供数字处理。像机变为电信号供数字处理。 （2 2 2 2）对数放大对数放大对数放大对数放大- - - -模数变换模数变换模数变换模数变换：把摄像机的输出信号转：把摄像机的输出信号转：把摄像机的输出信号转：把摄像机的输出信号转换为数字图像矩阵。对数放大器的目的是形成线性换为数字图像矩阵。对数放大器的目的是形成线性换为数字图像矩阵。对数放大器的目的是形成线性换为数字图像矩阵。对数放大器的目的是形成线性灰阶。灰阶。灰阶。灰阶。 （3 3 3 3）存储器存储器存储器存储器：未注入对比剂的数字图像矩阵存于：未注入对比剂的数字图像矩阵存于：未注入对比剂的数字图像矩阵存于：未注入对比剂的数字图像矩阵存于存储器存储器存储器存储器1 1 1 1内作为内作为内作为内作为maskmaskmaskmask，注入对比剂后的数字图像矩阵，注入对比剂后的数字图像矩阵，注入对比剂后的数字图像矩阵，注入对比剂后的数字图像矩阵存于存储器存于存储器存于存储器存于存储器2 2 2 2中。经运算逻辑电路使两图像对应部分中。经运算逻辑电路使两图像对应部分中。经运算逻辑电路使两图像对应部分中。经运算逻辑电路使两图像对应部分数字相减，得出减影图像矩阵，存于显示存储器中。数字相减，得出减影图像矩阵，存于显示存储器中。数字相减，得出减影图像矩阵，存于显示存储器中。数字相减，得出减影图像矩阵，存于显示存储器中。 （4 4 4 4）影像处理机影像处理机影像处理机影像处理机：用来实时处理图像系列和摄像：用来实时处理图像系列和摄像：用来实时处理图像系列和摄像：用来实时处理图像系列和摄像曝光控制。曝光控制。曝光控制。曝光控制。 在减影像中消除骨骼和软组织结构，使浓度很低的造影剂所充盈的血管在减影图像中显示出来，有较高的图象对比度， DSA部分硬件结构 在实施减影处理前，常需对X线图像作对数变换处理。对数变换可利用对数放大器或置于AD转换器后的数字查找表来实现。使数字图像的灰度与人体组织对X线的衰减系数成比例。由于血管像的对比度较低，必须对减影像进行对比度增强处理。图中查找表是一种实时的数字变换功能模块，输入查找表可用于作输入影像的对数变换等，输出查找表作实时的影像增强变换，影像的显示变换等。 帧存储器用于存放掩模像、系列造影像和减影像，它和计算机之间的数字变换决定影像后处理的速度。 ALU是实时算术逻辑运算器，它是实时减影的关键部件，运算速度、与计算机互访、以及处理速度和视帧信号刷新速度同步。二、DSA的工作方式 在DSA系统中，根据不同的使用目的，数字减影有不同的方法。如时间减影、能量减影。 1时间减影 时间减影是常用的方法，在注入造影剂进入感兴趣区域之前，将一帧或多帧影像作为掩模像存储，并与按时间顺序出现的造影像一一相减这样两帧中相同的影像部分被消除，而造影剂通过血管时形成的高密度部分被突出的显示，这种工作方式因掩模像和造影像获得的时间不同故称之为时间减影。 46时间减影技术时间减影技术将将不不同同时时间间拍拍摄摄的的同同一一部部位位的的影影像像相相减减，来来判判断断病病灶灶。2.能量减影 在感兴趣的血管造影时，几乎同时用两种不同的管电压（70和130KV）取得两帧影像，对它进行减影处理，由于两帧影像利用不同能量的X射线摄制，所以称为能量减影。 减影方法利用了碘与周围软组织对X线的衰减系数在不同能量下有明显差异的特性（碘在33KeV时衰减曲线发生跃变，衰减系数突然增大）而软组织衰减曲线是连续的，而且能量越大衰减系数越小。 例如若将有骨、软组织、血管用70KV和130KV照射，则后一幅像碘衰减80%、骨衰减40%、软组织衰减25%、气体不衰减。 能量减影能量减影左侧为标准胸片，右侧为高能肋骨片，中间为去骨影后的肺组织片左侧为标准胸片，右侧为高能肋骨片，中间为去骨影后的肺组织片3. 混合减影法 把能量减影技术和时间减影技术相结合，产生了混合减影技术。基本原理是在造影剂未注入前，先做一次双能量减影，获得含少部分骨组织信号的影像，将此影像同血管注入对比剂后的双能量减影像作减影处理，得到单纯的血管像。 三、DSA对设备的特殊要求和技术措施1X线发生和显示系统X线管发生器：要求X射线管能承受连续 脉冲曝光的负荷量。 影像增强器要采用可变视野的I.I 电视摄像机采用高灵敏度高分辨率， X射线亮度的自动控制，可自动控制曝光时 间，曝光剂量，和调整X线管的管电压等。 2. 机械系统 机架和检查床的运动范主要要求围大、速度快、全方位。 3. 影像数据采集和存储系统 由于DSA要求25帧/秒以上的实时减影，因此需要更大的高速、大容量的存储，且为8dib，因此大容量、实时影像存储器一般采用动态存储器。 DSA设备的特点设备的特点:1）更加智能化，处理数据的速度更快。）更加智能化，处理数据的速度更快。2）实现了无胶片的处理方式。）实现了无胶片的处理方式。3）使用的）使用的X射线剂量更低，减少了对患者的射线剂量更低，减少了对患者的辐射伤害。辐射伤害。4）给病人造成的创伤小，医生操作简便。）给病人造成的创伤小，医生操作简便。5）图像显示、处理能力强。）图像显示、处理能力强。6）随着技术进步，）随着技术进步，DSA有了长足发展，如旋有了长足发展，如旋转转DSA、三维（、三维（3D）成像等，都是近年来）成像等，都是近年来的进步。的进步。