第八章 数字X线成像设备-CR

CR系统影像读取原理图
4、信息的读出流程
第一步，以较弱激光超高速扫描，粗略读取 影像信息，获取成像条件、分割信息、像野 尺寸等，并核算出PSL直方图（自动预读） 第二步，在获取上述信息的基础上，根据 PSL直方图，自动调节光电倍增管的敏感性 和放大器的增益，再次以超强激光高精度地 读取X线影像信息（精读） 配合CR系统固有功能，则可对任意组织以任 意剂量获得稳定的最佳影像信息
四、储存装置
图像储存与记录
储存媒体：磁带、光盘和硬盘
记录媒体：多幅照相机、激光照相机
1、激光照相机的基本结构：
激光发生器：是胶片打印的能量来源
光调制器：以计算机输入的数字图像信号调制 激光强度
光学扫描器：由摆动式反光镜或多面体旋转式 反光镜组成，使激光束扫描胶片 胶片传输系统：保证胶片按照与扫描激光束垂 直的方向高精度地移动 供片库和收片库
X线照射量动态范围大：可显示细微组 织差异
X线辐射剂量低：PSL物质敏感度高， 减少患者受照射量 临床应用范围广：断层摄影、胃肠道造 影、数字减影等 IP可重复使用
受散射效应的影响，空间分辨力不佳， 影像质量不如胶片 时间分辨力较差，难以显示动态图像
成像过程繁琐，未改变工作流，工作效 率没有提高 设备昂贵，运行成本较高
信息处理和记录：谐调处理、空间频率处理、 减影处理等。（光盘存贮、胶片记录）
3、CR常用后处理技术
（1）灰阶处理：与CT窗宽处理类似，在选定的数字 信号数值范围内，以黑白灰阶再现某一数字信号，以 达到针对某部位的最佳视觉效果。 应用中用同一灰阶期望显示所有的影像信息是 不合适的，必须针对不同成像目的选取不同灰阶。
六、影响CR影像质量的因素
CR影像的空间分辨力 CR影像的噪声
CR影像的数字化过程
1、CR影像的空间分辨力
CR影像的空间分辨力取决于PSL结晶体的 颗粒度和读取装置的电、光学特性 CR影像的空间分辨力尚不如传统胶片
A、PSL结晶体的颗粒度
PSL结晶体尺寸越小，发光效率越高， 图像空间分辨力越高 目前PSL结晶体颗粒尺寸已缩小到最初 的1/2，体积缩小到最初的1/8
PSL荧光强度∝一次激发光照射量，PSL荧光 中最大强度值称为最大发射波长λem（此波长 荧光，强度最大），波长约为390～400nm 二次激发光中的最大激发波长λex（此波长激发 出的PSL荧光，强度最大）约为600nm
λem（携带X 线影像信息） 与λex距离较远， 易于区分，在 读取信号时将 形成良好信噪 比S/N
PSL荧光强度∝潜影电荷
3、PSL发光
潜影
一次激发光（X线光子）
（1）PSL发光原理 某些物质在第一次受到照射光照射时，能将一次激 发光携带的信息贮存下来，当再次受到照射光照射 时，能发出与一次激发光携带信息相关的荧光。
二次激发光（读取激光）
这就是光激励发光（photostimulated luminescence， PSL，光致发光），这种物质就称为PSL物质 PSL发光强度∝一次激发光强度（X线光子）
4、IP存贮信息的消褪 贮存在PSL物质中的X线影像信息随存贮 时间（读取前时间）的延长而衰减，称 为消褪（fading）
消褪不可避免，随时间延长、温度升高 而加重，CR系统对消褪设置自动补偿 一般地，要求摄影后8小时内完成信息读 取，以免丢失临床信息
5、IP信息的擦除 二次激发过的IP需用强光照射，擦除IP上 的潜影以供下次使用 IP经强光照射擦除潜影，是PSL发光的逆 过程，实现IP存贮信息的完全擦除。其过 程机理同样尚不明确 对于暗盒式IP，可见光被屏蔽，必须将IP 插入到读取装置中，引强光擦除 对于无暗盒式IP，在二次激发后IP会自动 传送至消除点进行强光信息擦除
λem
λex
氟卤化钡的发射光谱与激发光谱
X线照射量（一次激发光）与PSL荧光呈5位数直线 相关，则IP动态范围极宽，可精确检测每种组织在X 线吸收上的极小差异，故CR能通过微小的X线吸收 系数差别，辨识不同的组织结构
PSL荧光强度∝二次激发光功率
CR成像链： 一次激发光（X线光子） →潜影→PSL荧光（以二次激 发光为读取PSL荧光的条件） →（光电效应）→电信号→ （A/D转换）→数字信号
2、激光照相机工作原理
胶片在传送系统控制下朝一个方向高精度移动
激光束相对于胶片移动方向以二维方式反复作 垂直扫描 激光束的光强度受计算机数字图像信号调制
装载胶片的打印滚筒和激光束动作同步运动 胶片在激光束照射下曝光形成平片图像
五、CR的工作流程
1、CR成像原理 X线光子入射IP→形成潜影（信号采集）→激
6、环境因素对IP的干扰 IP对所有电磁波均显敏感性 长期闲置的IP在启用前必须先用激发光 照射以消除环境干扰
7、IP使用注意事项
由于在摄影前可改变摄影范围的大小，在读取部 分可设置读取范围的大小，并能反复使用一张影 像板，所以用一张较大的IP来记录X线影像，可 以大大减少胶片尺寸的选择次数
（3）PSL发光时间 停止对PSL物质的照射后，PSL发光不会立即 消失，而是逐渐衰减 若上一次激起光扫描读取信号时的PSL发光尚 未结束就开始下一次扫描，那下一次扫描所读 取的信号就会受到干扰 掺杂2价铕为发光中心的氟卤化钡的发光时间 为0.8μs，满足CR系统快速读取图像的要求
（4）PSL物质的甄选
IP是CR成像的关键器件，是CR影像的记 录载体，取代屏片系统中传统的暗盒 CR影像不是直接记录于胶片，而是先记录 在IP上（先记后读）
IP可重复使用，但不具备影像显示功能
1、IP的结构
A、表面保护层：防止荧光层受到损伤。要求透光 且薄，常用聚脂树脂类纤维 B、荧光物质层：把第一次照射光的信号记录下来， 当再次受到光刺激时，会释放存储的信号 C、基板：保护荧光层免受外力的损伤 D、背面保护层：同表面保护层
八、CR的发展趋势
1、 IP板方面
（1）提高空间分辨力 空间分辨力在4.0~5.0LP/mm，扫描像素 10Pixel/mm， 高质量图像可达4K，已接近X线胶 片的清晰度。 （2）提高IP板寿命 有厂家采用刚性板，在读取该板信息时不与 传动机械系统发生任何磨擦。用柔性板的厂家也 在采用各种方法提高其寿命。 （3）提高IP板X线转换率 降低获取图像的X线剂量，从而减低被检者 的辐射剂量。
B、激光束的直径和频率
激光束以点扫描方式完成影像读取
激光束点直径越小，读取信息量相对越 多，影像质量越高 激发光谱波长为600nm时，PSL发光激起 效果最佳
2、CR影像的噪声
X线量子噪声：IP吸收过程中产生，与IP吸收 的X线量子数（入射X线量）成反比
光量子噪声：光电倍增管光电转换中产生， 与光电子数成反比 系统固有噪声： IP结构噪声、光学系统噪声、 电子系统噪声、机械传导系统噪声等，与X射 线无关，结构噪声起决定作用，由PSL物质颗 粒的随机分布而定 X线剂量较低时，CR噪声决定于量子噪声；X 线剂量较高时，CR噪声决定于固有噪声
第二节 计算机X线摄影（CR）
主要内容 1、CR的组成和原理 2、影像板的结构和原理 3、读取装置的结构和原理 4、激光照相机工作原理 5、CR系统的优点、不足和发展方向
一、CR的结构
1、CR的定义
Computed Radiography，即“计算机 化X线放射影像系统”或简称“计算机放 射影像系统”
B、能量减影（X线吸收率减影）
用两个不同的X线摄影条件摄影，选择其 中任何一帧作为掩模像进行减影，则可消除某 些组织。例如对胸部行能量减影处理可消除肋 骨影像，以利于观察低对比度肺野
切换X线管电压，得到两幅不同能量的数 字X线影像，用计算机进行能量减影处理 在暗盒放置2张影像板（IP），中间隔一 层铜过滤板，过滤低能射线。对同时获得的2 幅图像进行减影，上一层是低能射线成像，下 一层是高能射线成像
将携带诊断信息的X线影像记录在影 像板（image plate，IP）上，经读取装置 读取，通过计算机处理，获得数字化图像
2、CR系统的组成 X线机：与读取装置类型相对应 影像板（IP）：影像记录载体 读取装置：暗盒型、无暗盒型


监视器
储存装置：影像储存与记录
二、影像板（Image Plate，IP）
掺杂2价铕离子的氟卤化钡晶体(BaFX：Eu＋＋
X＝Cl、Br、I）

PSL发射光谱波长390~400nm 激发光谱（激起光）波长600nm 发光时间0.8μs
另一种PSL物质：含微量元素铊的镓溴化物
（RbBr：Tl＋）

PSL发射光谱波长350nm 激发光谱（激起光）波长700nm 发光时间0.3μs 信噪比更高，读取时间更短，体积更小
3、读出装置读出原理
高精度电机带动IP匀速移动 激光束经光学系统（摆动式反光镜和回旋式多 面体反光镜）的反射，在与IP垂直的方向上， 依次对IP进行精确均匀地扫描 IP上所释放的PSL荧光被自动跟踪的集光器收 集，经光电倍增管转换为电信号，并被进一步 放大，再由A/D转换器转换成数字化影像信号 不同尺寸的IP在CR读出装置中的读出时间是 相同的
（2）窗位处理： 与CT窗位处理技术类似，选择某一数字信 号数值做窗宽的中心理：
A、时间减影
选择血管造影系列图象中的若干帧作为原像 （造影像）和基像/蒙片（掩模像）行数字减影处 理，可得到CR减影图象。


优点：视野大，空间分辨力高，动态范围宽
缺点：时间分辨力差，无法实现高频采集和 实时显示
IP再次使用时，最好重作一次光照射，以消除可 能存在的任何潜影 由于IP上的荧光物质的X线灵敏度高于普通X线胶 片，故要求很好地屏蔽。（对普通光不需屏蔽） IP可重复使用达千次
三、读取装置
1、暗盒型读取装置
用于读取暗盒型IP的影像信息，配合传统 常规X线机使用
2、无暗盒读取装置
集投照、读取于一体，需专用机器，不能与常规 X线摄影设备匹配。使用无暗盒型IP。 IP在曝光后直接被送到激光扫描部分读取、潜影 消除部分擦除，以供重复使用
3、数字化过程对CR图像质量的影响 数字化采样频率决定影像空间分辨力
A/D、D/A转换位数决定影像对比度分辨力 数字化程度应与人眼的辨别力和荧光屏的 显示范围相适应 5像素/mm－－8bit/像素 6.7像素/mm－－7bit/像素
七、CR的优点和不足
能获取数字化图像：可实施图像后处理， 易于储存、检索和传输
掺杂2价铕离子的氟卤化钡晶体，PSL发光最强，选 作IP荧光材料。（发光原理不详）
（2）PSL光谱特性
一次激发光称为PSL物质的发射光谱，在CR中 即为X线光子 二次激发光称为PSL物质的激发光谱，在CR中 即为用以激发PSL发光的激光，又称为激起光
一次激发光初次照射PSL物质氟卤化钡时，其吸 收光谱在37keV处有一锐利、锯齿形的不连续吸 收，这是由于钡原子K缘所致，但此钡原子的K 缘吸收不会影响PSL荧光
起光照射IP→PSL发光（信号读取）→PSL荧光导 入光电倍增管（光电转换）→A/D转换器转换→获 得数字信号（信号读出）→送至存储与显示元件 （信号处理与记录）
X线强度∝PSL荧光强度∝数字信号
2、CR的工作流程
信息采集：X线照射在IP上形成潜影，实现模 拟信息采集。（X线管、IP） 信息转换：二次激发光扫描IP获得PSL荧光， 经光电倍增管转换成电信号，再由A/D转换器 转换，获得数字信号。（IP、读取装置、光电 倍增管、A/D转换器）
IP的种类
暗盒型IP 将IP置于类似常规X线摄影暗盒的密封盒 内，可代替常规摄影暗盒在任何X线机上曝光 成像 无暗盒型IP IP无外封装，置于专门的读取装置内，不 能在传统X线机上曝光成像
2、IP成像原理
入射X光子被荧光层内的辉尽性荧光体吸 收，释放出电子，其中部分电子散布在荧 光体内呈半稳定态，形成潜影，完成X线 影像信息的采集和存储 潜影电荷∝入射光子能量 当用激光扫描已有潜影的IP时，IP表现出 PSL光激发辉尽发光现象（光致发光）， 完成X线影像信息的读取