辐射成像中射线源低频震动对图像影响的研究
低频振动的超声-磁电成像方法研究
低频振动的超声-磁电成像方法研究李芳芳;张旭东;陈思平;陈昕【摘要】本研究提出了低频振动的超声-磁电成像方法,是一种将超声成像与磁电成像相结合的双模成像法,可以同时获得组织的力学和电学信息.其基本原理为将生物体组织置于静磁场中,用低频振动激励组织内部使其发生振动,通过超声脉冲-回波法检测剪切波,可以获得组织内部的弹性结构;通过对表面电信号的检测,可以获取组织电导率信息.实验采用标准仿体和铜丝进行了验证性实验,实验结果表明该实验平台具有可行性与适用性.在此实验平台上对自制体模进行了初步探索,结果表明可以实现对自制体模的弹性和电导率的同步检测.%To propose a new ultrasonic -magnetoelectric imaging method with low frequency vibration , which is a dual modal func-tional imaging method combining acoustic and magneto -electric imaging methods .The basic principle of this method is to place a bio-logical tissue in a static magnetic field , and excite the tissue by a low frequency vibration to produce internal vibration .The elastic in-formation of the tissue can be obtained by detecting the shear wave by ultrasonic pulse echo method .The electrical conductivity infor-mation can be obtained by detecting the surface electrical signals .A test experiment was carried out using the QA phantom and copper wire.The experimental results showed that the experimental platform had feasibility and applicability .Then some preliminary experi-ments were performed which synchronously detected the elasticity and conductivity edge of the custom -made phantom .【期刊名称】《生物医学工程研究》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】5页(P291-295)【关键词】低频振动;超声-磁电成像;双模;弹性;剪切波;电信号;电导率【作者】李芳芳;张旭东;陈思平;陈昕【作者单位】深圳大学医学部生物医学工程学院,深圳518060;深圳大学医学部生物医学工程学院,深圳518060;深圳大学医学部生物医学工程学院,深圳518060;医学超声关键技术国家地方联合工程实验室,深圳518060;广东省生物医学信息检测与超声成像重点实验室,深圳518060;深圳大学医学部生物医学工程学院,深圳518060;医学超声关键技术国家地方联合工程实验室,深圳518060;广东省生物医学信息检测与超声成像重点实验室,深圳518060【正文语种】中文【中图分类】R318;TB5591 引言肿瘤发展过程中,细胞外基质发生变化,导致组织变硬(力学信息)。
滤波器在磁共振像处理中的应用研究
滤波器在磁共振像处理中的应用研究磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)技术作为一种非侵入性的医学成像技术,已经在临床诊断和科学研究中得到广泛应用。
然而,由于各种原因导致的噪声和伪影影响了磁共振成像的图像质量,使得对病灶的检测和诊断受到限制。
为了解决这一问题,滤波器作为一种信号处理方法应运而生,并在磁共振像处理中发挥着重要的作用。
滤波器是一种可以选择性地通过或抑制某些频率成分的信号处理器件。
其在磁共振像处理中的应用主要包括噪声抑制、伪影消除和图像增强等方面。
首先,滤波器在磁共振成像中的噪声抑制起到了重要的作用。
磁共振成像过程中,由于各种原因导致的信号干扰会引入噪声,影响图像的清晰度和对比度。
滤波器可以通过选择性地抑制或减小噪声频率成分,提高图像的质量。
例如,常用的低通滤波器可以抑制高频噪声,使得图像更加平滑;而带通滤波器可以选择性地减小特定频率范围内的噪声,从而保留更多有用的图像信息。
其次,滤波器在磁共振成像中的伪影消除方面也发挥了关键的作用。
由于磁共振成像的特殊性质,常常会出现各种伪影,如磁化传递伪影、化学位移伪影等。
这些伪影降低了图像的准确性和可靠性。
滤波器可以通过选择性地削弱或抑制伪影频率成分,减轻伪影对图像的影响,提高图像的清晰度和可视化效果。
例如,空间滤波器可以通过对图像中特定区域进行滤波处理,消除由于磁化传递引起的伪影;而频域滤波器可以通过选择性地抑制特定频率成分,减小化学位移伪影。
此外,滤波器还可以在磁共振成像中起到图像增强的作用。
磁共振成像所获取的图像可能因为扫描参数或人体组织的差异等原因,导致图像的对比度不足或细节不清晰。
滤波器可以通过选择性地增强或减小某些频率成分,使得图像的对比度和细节得到改善,提高图像的可视化效果和诊断能力。
随着磁共振成像技术的不断发展和滤波器的改进,滤波器在磁共振像处理中的应用也不断得到完善。
目前,各种滤波器的组合和优化算法已经应用于磁共振成像中,进一步提高了图像的质量和诊断的准确性。
核磁共振成像新技术及其应用
功能成像技术通过测量组织代谢和生理功能的变化,提供了更全面的疾病信息。
详细描述
功能成像技术利用核磁共振信号的变化来测量组织代谢和生理功能的变化。例如,通过测量脑部血流 灌注和代谢物浓度的变化,可以了解大脑的功能状态和疾病进展。这种技术在神经科学、肿瘤学等领 域具有广泛的应用价值。
分子成像技术
核磁共振原理
核磁共振成像技术基于原子核的自旋磁矩进行研究,通过外加磁场使自旋磁矩 发生偏转,然后施加射频脉冲激发原子核发生共振,最终通过检测共振信号进 行成像。
核磁共振信号的产生
在外加磁场的作用下,原子核发生能级分裂,当施加射频脉冲时,低能级上的 原子核吸收能量跃迁到高能级上,然后返回低能级时释放出能量,这些能量可 以被检测器接收并转化为图像。
心血管疾病的诊断
总结词
核磁共振成像新技术在心血管疾病的诊 断中具有重要价值,能够提供高分辨率 的心血管图像,帮助医生准确判断病变 位置和程度。
VS
详细描述
核磁共振成像能够清晰地显示心脏结构和 血管状况,对于冠心病、心肌病、心瓣膜 病等心血管疾病的诊断具有重要帮助。新 技术如血流灌注成像、心肌延迟强化成像 等能够更准确地检测病变,提高诊断的准 确率。
总结词
分子成像技术通过检测生物分子变化,为疾病的早期诊断和药物研发提供了有力支持。
详细描述
分子成像技术利用核磁共振信号检测生物分子如蛋白质、核酸等的变化。这种技术在肿 瘤、神经退行性疾病等疾病的早期诊断和药物研发中具有重要应用价值。通过检测生物 分子的变化,可以了解疾病的发病机制和药物的作用机制,为疾病的精准治疗提供有力
支持。
CHAPTER
03
核磁共振成像新技术在医学中 的应用
神经系统疾病的诊断
射线照相灵敏度的影响因素
不紧贴散射大。不清晰度大 前后屏与胶片不贴紧影响>前屏与胶片不贴紧 影响>后屏与胶片不贴紧影响; 前屏与胶片间距0.1 mm,Ui增大一倍;
第三章
射线照相灵敏度的影响因素
33
几何不清晰度构成黑度过渡区直线部分,而固有不清 晰度则使黑度过渡区产生趾部和肩部。 射线照相不清晰度可以用铂-钨双丝像质计测定。 提高清晰度的方法是设法减小二者之中影响较大的; 对于中低能X射线照相,Ui很小,Ug成为主要影响因素 ; 对于Co60、γ源照相,Ui值较大,是主要影响因素。 为了提高清晰度尽量减少Ug,使之不超过Ui。对于裂 纹宜选Ug=Ui,必要时通过改变几何条件使Ug=Ui/2。
第三章
射线照相灵敏度的影响因素
25
阶边影像的射线照相不清晰度
第三章
射线照相灵敏度的影响因素
26
2.射线照相不清晰度 射线照相不清晰度越小,影像的轮廓越清晰, 射线照相的清晰度越高,常用射线照相不清晰度 描述射线照相清晰度。 正常情况下,构成射线照相不清晰度主要两个 方面因素:几何不清晰度 Ug 与固有不清晰度 Ui 叠 加。 常用:平方和求根法:U=(Ug2 + Ui2)1/2
第三章
射线照相灵敏度的影响因素
12
3.1.2 底片对比度
1)组成:主因对比度和胶片对比度。 a.主因对比度:就是存在厚度差△T部位到达胶片形 成黑度与其无厚度差到达胶片形成的黑度差。 主因对比度公式:△I/I=μ△T/(1+n) b. 胶片对比度:不同类型的胶片即使照相条件 相同也会有不同的黑度差。 胶片对比度公式:G= △D/ △lgE 即 △D=G* △ lgE 综合主因对比度和胶片对比度公式推出: 射线照相对比度公式:△D=0.434G*μ△T/(1+n)
医用物理学第四版习题答案
医用物理学第四版习题答案医用物理学是一门涉及医学和物理学的交叉学科,旨在研究和应用物理学原理和技术来解决医学领域的问题。
而《医用物理学第四版》是一本经典的教材,为学习和研究医用物理学提供了重要的参考资料。
本文将针对该教材中的习题进行解答,探讨其中涉及的一些重要概念和原理。
第一章习题:1. 什么是医用物理学?医用物理学是一门研究和应用物理学原理和技术来解决医学领域问题的学科。
它涉及到医学成像、辐射治疗、生物物理学等方面。
2. 为什么医用物理学对医学领域至关重要?医用物理学提供了一种理论和技术基础,使医学领域能够进行准确的诊断和治疗。
它可以帮助医生更好地了解人体结构和功能,提高诊断的准确性和治疗的效果。
3. 医用物理学的研究内容包括哪些方面?医用物理学的研究内容包括医学成像、辐射治疗、生物物理学等方面。
其中医学成像是医用物理学的重要分支,包括X射线成像、核磁共振成像、超声成像等。
第二章习题:1. X射线成像的原理是什么?X射线成像是利用X射线的穿透性质和被不同组织吸收的差异来获取人体内部结构的影像。
通过将X射线通过人体,再通过探测器进行接收和处理,最终生成可视化的影像。
2. 核磁共振成像的原理是什么?核磁共振成像利用原子核在外加磁场和射频脉冲作用下的共振现象来获取人体内部结构的影像。
通过对人体施加强大的静态磁场和射频脉冲,使原子核发生共振,然后通过接收和处理信号来生成影像。
第三章习题:1. 辐射治疗的原理是什么?辐射治疗是利用高能射线(如X射线、γ射线)对肿瘤组织进行照射,破坏肿瘤细胞的生长和分裂能力,从而达到治疗目的。
辐射治疗可以通过直接破坏肿瘤细胞的DNA,或者通过诱导肿瘤细胞凋亡来实现。
2. 辐射治疗的剂量如何确定?辐射治疗的剂量是根据肿瘤的类型、位置、大小以及患者的身体状况等因素来确定的。
通常使用剂量计算模型来估算剂量,然后根据患者的具体情况进行调整。
第四章习题:1. 生物物理学的研究内容包括哪些方面?生物物理学是研究生物系统中的物理现象和过程的学科。
X 射线数字成像检测技术图像灵敏度影响因素
X 射线数字成像检测技术图像灵敏度影响因素发表时间:2020-09-24T11:03:21.990Z 来源:《科学与技术》2020年14期作者:杨绍辉郝兵吕益良丁卫良许珊珊[导读] 探讨了X射线数字成像检测技术优点、射线衰减规律、图像灵敏度,杨绍辉,郝兵,吕益良,丁卫良,许珊珊洛阳中信成像智能科技有限公司,河南洛阳 471000摘要: 探讨了X射线数字成像检测技术优点、射线衰减规律、图像灵敏度,以及图像灵敏度的影响因素分析,为X射线数字成像检测技术系统选型和在实际检测应用中的参数选择提供建议。
关键词:X射线数字成像检测技术; 射线衰减规律; 图像灵敏度;X射线数字成像检测技术指使用X射线敏感设备直接检测穿透检测工件的X射线,然后通过光学技术、电子技术和数字图像处理技术将图像传输在显示设备上,不使用传统X射线胶片。
随着计算机技术的发展,功能强大的图像处理软件和X射线数字成像探测器不断涌现,X 射线数字成像检测技术已经广泛应用于工业产品的无损检测。
作为一项很有发展前途的无损检测技术,无材料消耗、高效性、储存方便、低成本和数字图像可交换性等特点,逐渐成为开发和研究的方向。
广泛应用于航天、航空、军工、压力容器、汽车、长输管线、电子电力等行业,为国民经济建设作出了重大贡献。
1 X射线数字成像检测技术的主要优点有:1.1数字图像处理技术可以对获得的数字图像进行各种有效的处理,使得图像质量达到检测评价要求。
1.2数字图像的动态范围较大,在获得X射线数字成像检测图像后,可以对数字图像做各种灰度变换处理。
1.3在X射线数字成像系统中,X射线能量利用率高,可以有效的减少检测时射线的照射剂量,只要检测图像的信噪比达到要求,可以使用比较低的照射剂量,在图像显示的过程中可以通过灰度调节将损失的对比度调整过来。
1.4获得图像的时间短,可达 10 帧/秒。
1.5随着计算机网络的发展,数字图像的通信已经非常容易实现.在检测时,将不同的X射线数字成像设备连在一起,可以方便地在无损检测机构的各个部门之间或者在不同单位之间相互传送,以便检测人员再评价时中使用,大量的数字图像可以由计算机海量存储器来保存。
射线照相质量的影响因素
(b)底片黑度 对于非增感型胶片,梯度与黑度关系曲线为 一次曲线(近似直线),为近似正比关系。所以 随着黑度增大,梯度也同时增大。图2-49。底 片黑度与梯度关系数据见上表。 为保证对比度,常常对底片的最小黑度提出 限制。4730标准规定黑度不得小于1.5(A级)。 为提高对比度,可取较高的黑度值。 由此带来的 问题是宽容度降低,黑度超过观 片灯的能力范围。且要求曝光时间可能延长。
3.1.3 清晰度
阶边影像的射线照相不清晰度
对于图示的台阶试块,理论上底片上的理想影像 由AO部分形成的高黑度均匀区与OB部分形成的 低黑度区两部分黑度区域组成,交界处应该是突 变的,不连续的,如图 a 所示;但实际底片上的 黑度变化不是突变的。实际的“阶边”影像是模糊 的,黑度变化如图b所示,存在一个过渡区。c为 b的放大图,由c可见过渡区不是单纯的直线,而 是存在一个趾部和肩部。把黑度在该区域的变化 绘制成曲线,称之为 “ 黑度分布曲线 ” 或 “ 不清晰 度曲线 ” 。黑度变化区域越大,轮廓越模糊,所 以定义该黑度变化区域的宽度为射线照相不清晰 度U。
影响因素: b:缺陷到胶片的距离: b↑→Ug↑→灵敏度↓ df:源的大小:df↑→Ug↑→灵敏度↓ F:焦距:F↑→Ug↓→灵敏度↑ L1:源到工件表面的距离: L1↑→Ug↓→灵敏度↑ L2:工件表面到胶片的距离(L2=b) L2↑→Ug↑→灵敏度↓
总而言之: 几何不清晰度与焦点尺寸和工件厚度成正比,而 与焦点至工件表面的距离成反比。在焦点尺寸和 工件厚度确定的情况下,为得到较小的几何不清 晰度,透照时则需取较大的焦距值,但由于射线 强度与距离平方成反比(平方反比关系),为保 证底片黑度不变,在增大焦距的同时必须延长曝 光时间或提高管电压,所以对此要综合权衡考虑。 而且延长曝光时间和提高管电压会有负面影响。
第四章 SAR图像基本处理技术
1.基于点目标的图像质量评价
• 对SAR图像的质量评价最经常使用的参数,是从SAR对点目标的脉冲 响应形状的描述得到的。点目标的尺寸一般远小于分辨单元尺寸,但 点目标的回波在图像上会有超过一个像元大小的扰动范围。对于典型 的雷达模型,其脉冲响应函数为:
z
=
sin
c⎜⎜⎝⎛
x ρx
⎟⎟⎠⎞ ⋅sin
c⎜⎜⎝⎛
第四章 SAR图像基本处理技术
主要内容
• 辐射校正 • 滤波与边缘检测 • 几何校正
1
2
极化SAR水文应用:积雪制图图
3
• 早期的合成孔径雷达,作为一种主动微波遥感传感器,提 供的大多是未经校准过的SAR图像。随着新一代SAR传感 器的不断涌现,促使SAR从定性遥感走向定量遥感的新阶 段。其主要需求是对来自不同遥感器的数据进行定量比 较、从后向散射测量中通过合适的模型抽取地球物理参 数、完成大面积上的多个暂态现象的研究、对不同地形和 不同入射角的后向散射测量建立数据库等。这必须使用校 正过的SAR数据产品。
内定标技术的重点在于完成时间上系统漂移的相对测量,要进行SAR的绝对系 统校准必须采用外定标技术。
SAR天 线
高功率 放大器
射线数字成像检测系统不均匀性分析与校正
射线数字成像检测系统不均匀性分析与校正第32卷第5期2005年5月光电工程Opto-ElectronicEngineering,,01.32.NO.5May,2005文章编号:1003—501X(2005)05—0042—04射线数字成像检测系统不均匀性分析与校正程耀瑜,李永红,张丕壮,郭洁(仪器科学与动态测试教育部重点实验室(中北大学),山西太原030051)摘要:图像高低频畸变(即不均匀)会导致射线数字检测系统检测灵敏度的下降和误判,而造成畸变的原因是系统中射线源强度分布不均匀,闪烁体屏发光不均匀,镜头渐晕,科学级CCD暗电流和光响应不均匀.在此分析的基础上提出了一种校正方法,该方法利用实验得出校正矩阵,通过软件校正,先校正CCD暗电流和光响应不均匀性,再对其它三个因素合并校正.在便携式x射线源下,对三号透度计在l5mm均匀钢板上的图像进行了校正实验,结果表明,灵敏度由校_rE前的l67%提高到1.33%,图像不均匀性得到明显改善,空间分辨力大于35lp/mm.系统具有检测灵敏度高(1.5%)和适应射线能量范围大(50keV-15MeV)的优点.关键词:射线数字成像;非均匀性校正;CCD相机;暗电流中图分类号:TH76文献标识码:AAnalysisandcorrectionfornon-uniformityofadigitalradiographicapparatusCHENGY ao-yu,LIY ong-hong,ZHANGPi-zhuang,GUOJie(Ke),LaboratoryofInstrumentScienceandnamicMeasurement, NorthUniversityofChina,Taiyuan030051,China)Abstract:Highandlowfrequencyaberration(i.e.,non-uniformity)ofanimagewillleadtored uction ofinspectionsensitivityandfalseconclusionforadigitalradiographicapparatus.Reasonsfor inducingaberrationscomefromnon-uniformityofradiographicsourceintensitydistribution,light non.uniformityofscintillatorscreen,lensvignetfiag,darkcurrentandlightresponsenon.unif ormityofscientificgradeCCDcamera.Basedontheanalysis,acorrectionmethodisproposed,bywhic ha correctionmatrixisobtainedbyexperimentsandimageiscorrectedthroughsoftware,theCC Ddarkcurrentandlightresponsenon-uniformityarefirstlycorrected,threeotherfactorsthenbycoal itioncorrection.TheafterandbeforecorrectionimagesofNo.3transmissometer(GB4730)attach edon15mmuniformitysteelplategainedbyportableX-raysourcearegiven.Theresultsshowthatthesens itivityhasbeenimprovedfrom1.67%beforecorrectionto1.33%andtheimagenon.uniformityhasb eenobviouslyimprovedwithaspatialresolutionmorethan3.51p/rnm.Thesystemhasadvantage sofhighinspectingsensitivity(1.5%)andsupportinglargerayenergyrange(50keV-15MeV). Keywords:Digitalradiographicimaging;Non—uniformitycorrection;CCDcameras;Darkcurrents1基于科学级CCD相机的工业射线成像系统简介在射线无损检测领域,数字图像射线检测技术是新技术和发展趋势.目前,应用和研究较多的是基于影像增强器和CCD相机或平板式探测器组成的数字成像系统.这两种系统主要用于低能x射线源(450kV收稿日期:200408—25:收到修改稿日期:?0()50卜l?基金项目:山西省科技攻关项目(99102I)作者简介:程耀瑜(1966一),男(汉族),山西平遥人,副教授.博士,主要从事无损检测信息处理技术研究和系统开发工作.E—mail:chengyaoyu66@I63COIll.程耀瑜等:射线数字成像检测系统不均匀性分析与校正43射线源以下)检测系统,前一种系统成像质量较差且对x射线源要求高,后一种价格高.为了解决大中型构件下高能x射线(大于1MeV)数字成像以及为工业领域提供价格较低的高性能数字成像系统,作者提出并研制了一种新型的基于单晶闪烁体转换屏和科学级制冷CCD相机为主的开放式射线数字成像系统…,系统组成方框图如图1所示,详见参考文献【2】.(国外采用光锥直接耦合到工业CCD相机的方法).闪烁体转换屏的作用是把透过被检工件后的射线分布转换为携带了工件内部信息的可见光图像,反射镜(45.反射镜)的目的是把可见光图像反射到CCD相机中,而透过转换屏的残余射线能够直线穿过反射镜,避免射线对相机的损害和引起图像噪声.由于转换后的图像为微光图像,采用动态范围大,噪声小,像元多且一致性好的制冷科学级CCD相机长时间曝光的方法获取图像,即慢扫描成像,该方法类似胶片成像(时间比胶片成像短).和射线图像增强器成像系统相比,可大大减小射线起伏和电子增强组成的图像噪声.而且该系统可在低能,高能x射线及丫射线下使用,扩大了应用范围,且具有价格低,性能指标高的优点.2系统成像不均匀性影响因素分析系统研制成功后,通过实验可知,本系统原始成像质量ScintillationI-JRenect.rComputerandimagey,creellIprocesssystemI}LenslandscientificgradeCCDcanleraL—_-j图1射线数字成像仪组成方框图Fig.1Illustrationofthedigitalradiographicapparatus并不很高,如图2是均匀钢板的图像,从图像上可看出本应灰度均匀的图像,却出现具有高频和低频性质的噪声,这种图像畸变会造成检测灵敏度下降和误判.经过仔细分析和大量实验,主要有以下几种因素.2.1射线源强度分布的不均匀射线源输出射线是锥束,中心强度大,周围强度小,对于固定的射线源,其分布是固定的,所以可以校正,它表现为低频不均匀性,使中心图像亮度高于周围亮度,影响程度与射线源及成像几何条件有关.2.2射线转换屏射线晌应的不均性通过对射线转换屏多方面因素的考虑和调研,转换屏采用csI(T1)单晶闪烁体….射线转换屏是成像的一个关键部件,其成像特性与工艺,射线硬度等有关,但其不均匀性是工艺本身固有的,所谓不均匀性是指转换屏不同位置对相同强度的射线的响应效率的差异性.图2中呈现出的一种斑状亮块(或暗块)和线状亮线(或暗线)就是由于屏制造时掺铊不均匀图2均匀钢板的成像图Fig.2h'nageofauniformsteelplate及工艺缺陷造成的,成像后图像特性是固定的,所以只要屏和CCD相对位置不变,可以校正.2.3光学系统渐晕效应光学系统主要包括45.反射镜和镜头.反射镜是平面镜,所以其插入光路不会加大物镜的渐晕.物镜会造成渐晕效应,即在物面亮度均匀的情况下,成像后轴上点亮度最大,越远离轴区域成像亮度越低,称为"光晕"或"渐晕",这是几何光学成像的基本知识,主要是镜头本身的参数决定的.对射线成像的影响和2.1的锥形射线情况相类似,所以图像中心亮,边上暗的现象是由这两方面综合的结果.2.4科学级CCD相机不一致性分析为了节约成本和满足射线检测长线传输图像的要求,本系统中的科学级CCD相机是作者在购买科学级CCD基础上研制的,但具有通用性.2.4.1CCD暗电流的不一致性6050403020l00200400600800l0O0pixie图3暗电流图像第300行的灰度曲线Fig.3DarksignalimagegrayseaIecurve0f300'uline由于本系统需较长时间曝光(一般为几十秒以上),CCD暗电流的作用必须考虑.CCD暗电流指在无光照情况下,积分一定时间后产生的载流子形成的暗信号,暗电流是器件本身产生的,大小与CCD及芯片温度有密切关系,所以相机采用制冷到一2O℃到一40~C左右温度工作.从影响成像质量来说,主要关心的是暗电流的不一致性,即各个像元之间在相同积分时间内形成的暗电荷的不一致性.由于CCD制作工艺44光电工程第32卷第5期的限制,使各个像元特性有所区别,理论和实践可知,暗电荷的不一致性表现为"固定尖峰噪声"特性,即有些像元的暗电流特别大,在图像上表现为"白点"噪声(即高频噪声),如图3所示是多幅叠加平均后的暗电流图像中第300行的灰度图(叠加平均的目的是大大减小随机噪声).通过理论和实验分析可知,暗电流不一致性是固定的,所以可以校正.2.4.2CCD像元光响应不一致性分析像元光响应不一致性是指在均匀光照下,各个像元响应灵敏度的不均匀程度.尽管科学级CCD在工艺上控制响应不一致性,但在高精度成像中,由干这种不一致性可能淹没信息.它是CCD的重要指标,造成不一致性的原因是CCD制造工艺.一般定义为:在均匀光照下,平均输出电压等于1/2饱和电压时,则不一致性用(1)式衡量c%)=±AV㈩式中n为有效像元数,为第i个像元所对应的输出电压,,,为n个像元(即所有像元)输出电压的算术平均值,通常取和Vi中绝对值最大者进行计算,以表示该器件的最大不一致性.实验证明不一致性表现为高频和低频噪声.2.5随机噪声与散射线对CCD造成的噪声影响本系统中图像的随机噪声,主要是由干电路随机噪声造成的,包括CCD读出电路,信号处理电路,A/D转换电路等,这种噪声是随机的,可通过多幅迭加的方法减小.尽管系统中采用45.反射镜及CCD相机射线屏蔽保护,但不可避免地会有一些散射线照射到CCD上,通过理论和实验分析可知,这样会造成"白点"的随机噪声,而且影响严重,甚至会损坏CCD,这种噪声没有规律且危害大,所以仍然需从系统结构和屏蔽上想办法.3系统不均匀性校正方法研究和校正结果3.1校正方法图像以矩阵形式表示,从数学角度看,暗电流是加性的,而其它是乘性的.造成一幅图像的不一致性有随机噪声,CCD暗电流和光响应不一致性,镜头渐晕,屏的不一致性,射线源的射线分布不一致性几种主要原因.除第一种外,其余几种有固定特性,对固定的系统可利用实验方法得出校正矩阵,然后可利用软件校正方法减小不均匀性噪声.需要研究校正方法和顺序问题.3.1.1首先考虑随机噪声散射线造成的噪声危害很大,需在结构和屏蔽上想办法减小,无法用软件校正,以下校正认为已经不存在散射线噪声.电路随机噪声采用多幅迭加平均的方法减小,所以无论是求暗电流校正矩阵,还是其他校正矩阵,首先是要在尽可能减小电路随机噪声下求之.3.1.2CCD暗电流不一致性校正每一幅图像都包含暗电流图像,暗电流与镜头,屏,射线源无关,所以首先应校正暗电流.多幅相同时间内的暗电流图像(盖上镜头)叠加平均得到的图像矩阵除以曝光时间就可认为是单位时间暗电流校正矩阵,记为矩阵.在光照下t时间获取的图像减去?,就得到暗电流校正后的图像. 3.1.3CCD光响应不均匀性的校正矩阵在获取CCD光响应不均匀性图像时,不能有镜头,屏,射线源的影响,所以要去掉镜头,用均匀光照射获取Ⅳ幅图像平均,然后进行暗电流校正后得到Q(i√),归一化就可获得光响应不一致性校正矩阵为H(ij)=Q(ij)/q,其中q为图像Q(i,j)各像元平均灰度值,用日表示光响应不一致性校正矩阵.3.1.4其他三个因素合并校正镜头渐晕与屏的远近有关,屏的不均匀性与射线能量(硬度)有一定的关系,射线源造成的不均匀与射线源和屏的相对位置及射线源本身都有关,当系统确定后,三个因素的影响和相互关系就确定了.为了简单和具有通用性,可在系统确定后,求得三个因素合并校正矩阵.固定系统,获得t 时间的Jv幅图像,首先求得叠加平均后的图像Jp,,然后进行CCD暗电流和光响应不一致性校正,得到图像2005年5月程耀瑜等:射线数字成像检测系统不均匀性分析与校正45P2=(PI?M-t)xI/H,设P2是FIXm的矩阵,矩阵各像元的平均值为a,则三个因素合并校正矩阵为E=PJa.3.2系统校正结果和性能指标从以上分析可知:除暗电流是"加性"外,其它是"乘性"的.要获取CCD暗电流校正矩阵,再获取CCD光响应不一致性校正矩阵H,镜头,屏,射线源造成的因素必须在系统几何关系完全确定后,获取多幅图像计算而得到合并后的矫正矩阵E.对一幅任意获取的曝光时间为,的图像A,综合校正后的图像A'为:A'=(A—M?,)×(1/H)x(1/E).采用以上方法,对用3005型国产便携式x射线源和作者研制的成像仪组成的检测系统进行了大量实验,得出了各个校正矩阵,为了验证校正方法的效果,对三号透度计在15rnm均匀钢板上的图像进行了校正.图4是校正前后的对比图,可明显看出校正后的图像不均匀性大大减小了,以校正前看到第3根,校正后看到第4根计算,相对灵敏度由校正前的1.67%提高到1.33%,而且图像不均匀性得到明显改善.4结论在获取校正矩阵时.首先在系统建成前,(a)(b)图4透度计在均匀钢板上校正前后的图像(a)校正前-(b)校正后Fig.4Thebeforeandaftercorrectionimagesoftransmissometeronsteelplate(a)Beforecorrection;(b)Aftercorrection由科学级CCD相机和单晶转换屏研制的射线成像系统有很多优点(特别是可用在便携式x射线源成像和高能加速器下成像).但系统中射线在转换屏上分布不均匀,转换屏响应不均匀,CCD本身暗电流和光响应不均匀,镜头渐晕这些因素影响了戍像的质量,而这些因素是可通过软件校正的.作者提出了利用实验方法获得各环节校正矩阵并通过软件进行校正的方法,然后分析了校正顺序.通过校正,不均匀性基本消除了,系统性能指标明显改善.使系统空间分辨力大于 3.51p/mm,透度灵敏度优于1.5%,明显好于由图像增强器构成的系统,适合于静态构件的高精度射线实时成像无损检测.已用于军工产品的检测和锅炉焊管的焊缝在线探伤.加快成像速度有待于进一步研究.参考文献:I1]程耀瑜.韩焱.潘德恒,等.高,低能x射线数字戍像内视舣的研制I-l】.仪器仪表.2002.23(6):579-583.CHENGY aoyu.HANY an,PANDeheng,eta1.theDevelopmentofInspectorforHighandLo wEnergyXRayDigitalRadiography[J].ChineseJournalOfScientificInstrument,2002,23(6):579—583.【2】胡鸥,侯卓,程耀瑜,等.射线数字成像检测仪的光电系统设计【J1_光电工程,2004,3l(2):48—50.HUY an,HOUZhuo,CHENGY ao—yu,eta1.DesignofAnElectro—OpticalSystemforDigitalRadiographicApparatus[J].Opto-ElectronicEngineering,2004.3l(2):48—50.[31NAGARKARVV.GORDONJS,D—basedhighresolutiondigitalradiographysystemfornondestructiveevaluation[J].IEEETrans.Nuc1.Sci,I997,44(3):885—889.【4】蔡文贵.CCD技术及应用【M】.北京:tq-m业出版社,1992. DTechnologyandApplication[M].Bering:ElectronIndustryPublishingC ompany,1992.。
辐射成像中射线源低频震动对图像影响的研究
第35卷第3期原子能科学技术Vol.35,No.3 2001年5月Atomic Energy Science and Technology May2001文章编号:100026931(2001)0320223206辐射成像中射线源低频震动对图像影响的研究苗积臣,吴志芳,刘锡明(清华大学核能技术设计研究院,北京 102201)摘要:对一种大型辐射成像系统———TCM2SCAN系统成像过程中射线源震动的影响进行建模,从理论上对这种影响进行分析,得出射线源震动给图像带来的噪声是乘法性噪声,并确定了噪声的频谱特性。
同时设计了验证噪声特性的实验,理论与实验符合较好。
在此基础上设计了消除这种噪声的方法。
关键词:辐射成像;TCM2SCAN系统;放射源震动;同态滤波中图分类号:TL8;TN911172 文献标识码:A采用线探测器阵列进行二维成像的辐射成像技术是一种重要的无损检测技术。
它通过探测器阵列和被检客体的相对移动产生被检客体每一断面的线投影,从而生成二维图像。
产生相对移动有两种方式:一是射线源与探测器阵列不动,被检客体移动;二是被检客体不动,射线源与探测器阵列移动。
在某些情况下,被检客体不便移动或移动困难,这时,方式二有很大的优越性。
但射线源和探测器在移动过程中受到多种激励,二者可能发生低频的相对震动,对图像产生不利影响。
本工作通过一实际的大型辐射成像系统对这种影响进行研究。
1 射线源低频震动对图像影响的理论分析车载式60Co集装箱检测系统(简称TCM2SCAN系统)是利用γ射线探伤机进行集装箱检测的大型数字辐射成像系统[1]。
在该系统中,被检客体不动,射线源与探测器阵列移动,其检测部分的结构示于图1。
研究发现,探测器门架(图1中2、4)震动频率集中在第一阶本征频率处(约2Hz),高频震动的幅度很小,对图像的影响亦小。
在TCM2SCAN系统中,γ射线通过前后准直器缝隙到达探测器,射线源的震动将影响前收稿日期:2000201207;修回日期:2000210210基金项目:国家“九五”攻关项目(962B12201201)作者简介:苗积臣(1975—),男,山东平度人,在读博士研究生,核技术及应用专业后准直器缝的对准情况(前准直器安装在射线源部分,随射线源的震动而震动),从而影响探测器所能接收的射线的强度。
同步辐射红外谱学和显微成像技术及应用
氢键效应
在有些化合物中存在分子间氢键或分子内氢键,氢键的存在 使红外光谱发生变化的现象称为氢键效应。
物质的状态以及溶剂的影响
气态: 相互作用很弱,可观察到伴随振动光谱的转动精细结构 液态和固态:相互作用较强,导致吸收带频率、强度和形状有 较大改变 极性溶剂:溶质分子的极性基团的伸缩振动频率随溶剂极性的 增加而向低波数方向移动,并且强度增大
¾实验技术和数据分析
测试方法 样品准备技术 数据分析
¾应用举例
凝聚态物理 生命科学 材料科学和化学 地学 新技术
William Herschel
The discovery of infrared light
In 1800, Herschel studied the spectrum of sunlight with a prism. He measured the temperature of each color, and found the highest temperature was just beyond the red, what we now call the infrared (‘below the red’).
R+T=1
Refractive index (n): Absorption coefficient (α) α = - d I * d z / I (z); Beer’s law:
I ( z ) = I 0 e −αz
α is strong function of frequency
T = (1 − R1 )e −α ⋅l (1 − R2 ) = (1 − R ) 2 e −α ⋅l
¾Atoms vibrate with frequencies in the IR range ¾Chemical Analysis: Match spectra to known databases
提高影像质量与降低辐射剂量并重
作者:王敏杰,左长京,沈倩瑾,郭波【关键词】影像质量近年来,随着影像设备的不断发展 ,x线影像在临床诊断和治疗上的应用越来越广泛,同时人们也就如何提高影像质量做了许多研究。
可以说,今天的x线影像质量在10年前甚至是5 a前是无法比拟的,或者说是没法想象得到的。
就这一点而言,影像技术的高速发展的确给病人以至于为人类的健康作出了巨大的贡献。
但在我们享受高质量影像带来利益的同时,随之而来的辐射带给我们的危害也与日俱增。
就ct而言,发展至今的多层ct,由于采用了一系列新技术,如机架采用了最佳的几何学设计,同时采用稀土陶瓷材料的探测器,大大提高了光电转换率以及电子束滤过技术的运用,就获得单幅图像而言,病人所接受的辐射剂量有较大的下降。
但是,由于多层ct扫描时采集层厚很薄,且每次扫描覆盖的范围通常比单层螺旋ct大,以及采集中的剂量效率等因素,以致病人实际接受的辐射剂量会明显增加而不是降低。
同时,由于发展至今的多层螺旋ct其完成某一靶器官的扫描仅需极短的几秒钟,在临床运用中对部分器官增强后的多层扫描已被各大医院作为常规,这就使得完成某一器官ct检查受检者接受的剂量大幅增加。
对于数字摄影的cr、dr,由于其有极大的曝光宽容度,过度的曝光仍然能得到较好的影像,致使理论上cr、dr应用后能大幅度降低受检者辐射剂量这一理论推论大打折扣。
另一方面,为了片面追求“漂亮”的图像,部分人员不惜增加曝光条件,增加曝光或扫描次数或无限制的减薄扫描层厚,一时间“漂亮”图像成了诊断高质量的象征,甚至也成了部分人员心目中开展qa、qc所取得的成绩。
当然,对辐射危害或对正确选择曝光或扫描条件知识不够,也是造成x线不合理运用的一个因素。
在此严峻的形势面前,作为x线设备生产厂家或使用者的我们各能做些什么呢?x线影像设备生产厂商,在提高图像质量,降低辐射剂量方面做了大量的工作。
1 改进技术的特点1.1 性能更佳的探测器如西门子在64层ct上采用的光电反应快,余辉小的稀土陶瓷材料ufctm。
X射线图像处理中的噪声抑制技术研究
X射线图像处理中的噪声抑制技术研究在医学影像学领域中,X射线图像是一种常见的诊断工具,可以通过X射线技术获取人体内部的结构信息,以帮助医生分析疾病的发展状况。
然而,在X射线图像处理过程中,常常会出现噪声,这会对图像的质量造成影响,进而影响医生诊断。
因此,对于X射线图像噪声的抑制技术研究显得尤为重要。
一、X射线图像噪声的产生原因在X射线图像处理过程中,噪声主要是由于图像采集设备的电子元件和背景辐射等因素引起的。
具体而言,噪声包括系统噪声和随机噪声。
系统噪声通常是由于电子元件的非理想性能或故障引起的,而随机噪声则是由于光子在受检物体内的随机强度变化引起的。
二、常见的X射线图像噪声抑制技术1. 平滑滤波法平滑滤波法是一种基于卷积操作的低通滤波方法,其主要思想是通过去除图像高频部分来消除噪声。
具体而言,平滑滤波法将邻域内像素值的平均值作为中心像素的新值,并使用滤波器将像素值平滑化。
这种方法可以有效的抑制一些低频噪声。
2. 中值滤波法中值滤波法是一种基于排序的滤波技术,可以去除一些极端值和随机噪声。
该方法将中心像素周围的数值进行排序,选取中间值作为中心像素新值。
这种方法可以有效的去除高斯噪声、脉冲噪声等随机性噪声。
3. 小波变换法小波变换是一种数学变换方法,可以将信号分解成不同频段的分量,从而实现噪声的抑制。
在X射线图像中,小波变换首先将图像分解成低频、高频、水平、垂直等多个子带图像,然后通过对不同子带图像的处理来去除噪声。
尤其适用于去除低频噪声。
4. 块效应消除法块效应消除法是一种针对图像分块处理的方法,可以消除块间的噪声差异。
该方法将整个图像分为若干个块,然后对每个块进行噪声分析和均衡处理。
这种方法可以去除图像中的非均匀性噪声。
三、噪声抑制技术的选择不同的噪声抑制技术适用于不同类型的噪声。
因此,在选择噪声抑制技术时,需要考虑噪声类型和所需的处理效果。
例如,针对随机性噪声,中值滤波法和小波变换法效果较好;而针对系统性噪声,块效应消除法和平滑滤波法效果较好。
分析电磁辐射与频率的关系
分析电磁辐射与频率的关系电磁辐射与频率的关系是一个复杂而又深入的话题。
电磁辐射是指电磁波在空间中传播的现象,而频率是电磁波的振动次数,是电磁波的重要特征之一。
本文将从几个角度来分析电磁辐射与频率之间的关系。
首先,我们可以从理论上来理解电磁辐射与频率的关系。
根据物理学的基本原理,电磁辐射是由电场和磁场的相互作用而产生的。
频率则是指电磁波的振动次数,也就是电场和磁场的振动速度。
因此,频率越高,电磁辐射的能量也越高。
其次,从实际应用的角度来看,不同频率的电磁辐射对人类生活和健康有着不同的影响。
低频电磁辐射主要来自于电力设备和通信设备,如电力线、家用电器和移动通信。
这些辐射的频率相对较低,对人体的影响相对较小,但长期暴露在高强度低频电磁辐射环境下可能引起头痛、嗜睡、失眠等症状,并且可能对生殖系统和神经系统产生潜在的影响。
而高频电磁辐射主要来自于电视、手机、微波炉等设备。
这些设备的辐射频率相对较高,能量也相对较强。
长时间暴露在高频辐射环境下可能对人体健康产生更严重的影响,如肌肉疼痛、头晕、心跳加快等。
有些研究还表明,长期暴露在高频电磁辐射下可能增加患癌症的风险,但这方面的研究结果尚无定论。
另外,频率也与电磁波的传播性质有关。
根据电磁波的频率不同,可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同波段。
无线电波和微波频率较低,能够穿透墙壁和建筑物,因此在通信和雷达等领域有广泛应用。
而紫外线、X射线和γ射线频率较高,能量较强,对物质有较强的穿透力,因此在医学成像和材料检测等方面有重要应用。
总的来说,电磁辐射与频率之间存在着密切的关系。
频率越高,辐射的能量也越高,对人体生活和健康的影响也越大。
而不同频率的电磁波在应用上也有着不同的特点和用途。
因此,在使用电子设备和无线通信时,我们应当合理使用,减少不必要的暴露,并采取有效的防护措施,以保护自己和他人的身体健康。
结语:电磁辐射与频率的关系是一个涉及到生活和健康的重要问题,需要我们加强研究和了解。
中子照相RFQ用高频系统设计与实验研究的开题报告
中子照相RFQ用高频系统设计与实验研究的开题报告一、选题背景和意义中子辐照技术在许多领域都有广泛应用,如核工程、医学、生物学等。
然而,中子源的获得和加速技术的限制导致中子照相成像技术的发展受到限制。
与此相反,以线性加速器为代表的电子加速器在研究与应用中均有广泛的应用,尤其在医学成像领域。
因此,电子线性加速器被广泛用于中子辐射的产生和中子照相成像,即中子照相RFQ(Radio-Frequency Quadrupole)。
中子照相RFQ需要较高的射频功率和稳定性,基本上可以满足扫描和成像需求。
把中子通过RFQ加速到相应能量进而进行照相成像,这个过程包含了高频系统的设计与调试。
因此,中子照相RFQ用高频系统设计与实验研究的开展,对提高中子成像技术水平,促进中子成像在医学和核工程中的应用具有重要意义。
二、研究内容和研究方法本课题的研究内容是中子照相RFQ的高频系统设计与实验研究,重点包括以下内容:1. 中子照相RFQ加速过程中高频系统的参数设计与优化,如中子的频率、功率、波形等参数的分析与确定。
2. 应用高频电子学理论与技术,设计中子照相RFQ高频系统并进行实验研究,研究其稳定性。
3. 对研究得到的结果进行理论分析和实验验证,得到中子照相RFQ 的高频系统参数设定及优化方案。
研究方法主要包括:1. 对中子照相RFQ高频系统的性能要求进行详细分析。
2. 应用高频电子学理论和技术,进行中子照相RFQ高频系统的设计与模拟。
3. 在设计符合参数要求的高频系统后,进行实验研究,并对实验结果进行分析和总结。
4. 对实验结果进行验证和优化,进一步完善中子照相RFQ高频系统的设计方案。
三、预期结果和研究意义预期实现中子照相RFQ高频系统性能稳定,加速效果优秀。
本课题的研究成果将为基于线性加速器的中子辐射源和中子成像成果的实际应用提供坚实基础。
其结果将为中子成像的高效成像提供技术保障,同时为中子照相RFQ高频系统在医学、核工程等领域的应用奠定基础。
射线照相质量的影响因素讲课文档
MeV)
3)底片黑 面至胶片距
3)散射比
度D
离 L2
n=Is/Ip
1)射线的质μ (或λ、KV、 MeV)
2)增感屏种类 (Pb、Au、Sb 等)
3)屏一片贴紧程 度
1)胶片系统(胶片 型号、增感屏、冲 洗条件)
2)射线的质μ(或λ、 KV、MeV)
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1)不同类型的胶片具有不同的梯度
通常,非增感胶片的梯度比增感型胶片的梯度 大。非增感型胶片中,不同种类的胶片有时梯度也 不一样,要想提高对比度,可以选择梯度较大的胶
片。(梯度:T1>T2>T3>T4)
若要增大G值,可选用G值更高的微粒胶片;由于
非增感胶片G值和黑度成正比,也可通过提高底片 黑度增大G值。但高G值的微粒胶片感光速度往往较
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4、射线照相对比度公式推导 : 主因对比度公式:I T
I 1n 式中:△I——因试件中存在厚度为△T的缺陷而引起的一次透射射线强度之差
(△ I = I ′p—Ip); I—无缺陷处的射线总强度,包括一次透射射线和散射线(I = I p+ I s);
μ—试件材料的线衰减系数;
△T—缺陷在射线透照方向上的尺寸;
I1 t
I1
I
I
ln(1 I )
G
I
ln10
由近似公式ln(1+x)≈x ,得:
DG II0.43*G 4* I
2.3
I
将主因对比度公式
I 代T人得
I 1n
D0.43*4 G** T
(1n)
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D0.43•4 G•• T
(1n)
• 射线底片的对比度△D是主因对比度 和胶片对 比度G共同作用的结果 。
超声弹性成像技术研究现状
超声弹性成像技术研究现状李斌;李德来;杨金耀;张琼【摘要】超声弹性成像(ultrasound elastography,UE)是以软组织的弹性参量为对象的一种新的成像技术,它弥补了传统超声成像技术不能提供生态学特性的不足,拓宽了超声图像在肿瘤探测及扩散疾病成像方面的应用,具有非常重要的临床应用价值.本文详细介绍了超声弹性成像技术的实现原理、研究现状以及常用的临床衡量指标,如对比度传输率、应变滤波器、时间延时等,并对其发展做出展望.%Ultrasound elastography is a new medical imaging technology taking the information of tissue elasticity as object. It compensates for the deficiency and broadens the application of the conventional media ultrasound imaging. Therefore, it is of significant clinical value. This review introduces in detail the principle and technology of the ultrasound elastography, the research status of ultrasound elastography and the common quality measure index.【期刊名称】《北京生物医学工程》【年(卷),期】2017(036)005【总页数】5页(P535-539)【关键词】超声弹性成像;应变;弹性;应变滤波器;时间延迟【作者】李斌;李德来;杨金耀;张琼【作者单位】汕头市超声仪器研究所有限公司广东汕头515041;汕头市超声仪器研究所有限公司广东汕头515041;汕头市超声仪器研究所有限公司广东汕头515041;汕头大学医学院广东汕头 515063【正文语种】中文【中图分类】R318.04医学超声成像由于其具有实时、无辐射、价格低等优点,已经成为主流的医学成像手段之一。
X射线实时成像系统分辨率及其影响因素
X射线实时成像系统分辨率及其影响因素X射线实时成像系统分辨率及其影响因素X射线实时成像系统是一种广泛应用于医学、安全检查和材料研究等领域的重要工具。
它能够提供高分辨率的X射线图像,以帮助人们观察和分析被研究对象的内部结构。
本文将探讨X射线实时成像系统的分辨率以及影响分辨率的因素。
一、X射线实时成像系统的分辨率X射线实时成像系统的分辨率是指其图像能够显示出的最小细节尺寸。
分辨率的高低决定了图像的清晰度和细节的可见程度。
X射线产生自物体对射线的吸收和散射,图像的分辨率取决于射线穿透物体的能力以及记录和显示系统的性能。
二、影响X射线实时成像系统分辨率的因素1. 射线源的能量和强度:射线源的能量和强度决定了射线穿透物体的能力。
能量越高、强度越大的射线能够穿透更厚的物体,从而提高分辨率。
2. 探测器的几何尺寸:探测器的几何尺寸对分辨率有直接影响。
较小的探测器可以更细致地记录射线经过物体后的强度变化,从而提高分辨率。
3. 探测器的灵敏度:探测器的灵敏度决定了其对射线的响应能力。
较高的灵敏度意味着探测器可以检测到较低强度的射线,从而提高分辨率。
4. 散射和吸收:物体对射线的散射和吸收会影响成像系统的分辨率。
散射和吸收现象越小,图像的细节就越清晰,分辨率就越高。
5. 图像处理算法:图像处理算法的质量对分辨率有影响。
优化的图像处理算法可以减少图像中的噪声和伪影,提高分辨率。
6. 成像系统的稳定性:成像系统的稳定性也会对分辨率产生影响。
稳定的系统可以减少图像中的抖动和模糊,提高分辨率。
三、提高X射线实时成像系统分辨率的方法1. 提高射线源的能量和强度:通过增加射线源的能量和强度,可以提高穿透物体的能力,从而提高分辨率。
2. 优化探测器的性能:对探测器进行改进,如减小探测器的几何尺寸、提高灵敏度等,可以提高分辨率。
3. 减少散射和吸收现象:通过优化束流控制和散射校正等措施,可以减少物体对射线的散射和吸收,提高分辨率。
X射线CT成像技术综述
X射线CT成像技术综述林羲栋中山大学化学与化学工程学院应用化学学号103400351引言x射线发现至今100余年来,其应用沿着两个不同方向在发展:一个是在医学诊断上有限制地使用透射成像方式辅助进行医学的诊断;另一个是x射线的散射,它主要被用于对物质的原子和分子结构的研究。
在人们探讨自然界物体内部信息的过程中,X射线内视技术经历了胶片照相、数字射线影像、计算机断层成像三个重要的发展阶段。
X 射线计算机断层成像技术(X-ray CT)作为一种重要的医学诊断手段和新型的无损检测技术,由于其独特的成像优势,在医学领域发挥着越来越大的作用,已成为医学诊断检测的主流技术之一。
1967-1970年间第一台临床用CT装置被英国EMI公司的工程师Housfield研制成功,CT 这项技术的问世在放射学界引起了爆炸性的轰动,被认为是继1895年伦琴发现X射线后,工程界对放射学界的又一划时代的贡献。
CT技术的发展按X射线束的形状及扫描方式不同,被公认为经历了以下5次重大的技术变革:①单束平移-旋转方式;②窄扇形束-平移旋转方式;③宽扇形束-旋转方式;④宽扇形束静止-旋转方式;⑤电子束。
[1]在医学上,螺旋锥束扫描已是CT设备的主流扫描方式。
2 X射线计算机断层扫描成像CT(computed tomography,简称CT)是一种功能齐全的病情探测仪器,利用计算机技术对被测物体断层扫描图像进行重建获得三维断层图像的扫描方式。
该扫描方式是通过单一轴面的射线穿透被测物体,根据被测物体各部分对射线的吸收与透过率不同,由计算机采集透过射线并通过三维重构成像。
2.1 CT结构一部完整的CT系统主要包括扫描部分(包括线阵排列的电子辐射探测器、高热容量调线球管、旋转机架),快速计算机硬件和先进的图像重建、显示、记录与图像处理系统及操作控制部分。
CT设备主要有以下三部分:①扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成;②计算机系统,将扫描收集到的信息数据进行贮存运算;③图像显示和存储系统,将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。
题库(B超)
第二章超声第一节超声诊断基础(考核试题)(一)A1型题、X型题(A1型题) 1、声频在20KHz以上的称为( B )。
A、次声 B、超声 C、可听声 D、不可听声 E、立体声 2、超声探头的换能作用是( E )。
A、电能转换成光和热 B、电能转换成声能 C、机械能转换成辐射 D、声能转换成超声 E、机械能转换成电能 3、人体软组织在37°C时,超声声速为( A )A、1540米/秒 B、1540英里/秒 C、1500英里/秒 D、1500米/秒 E、1500米/分 4、声阻抗为( B )。
A、组织厚度×声在组织中的速度 B、组织的密度×声在组织中的速度 C、探头频率×声在组织中的速度D、以上均不对5、轴向分辨力为(D )。
①区分平行于超声束的两个物体的能力;②区分垂直于超声束的两个物体的能力;③与深度、纵向和区域分辨力相同;④与方位、角度及横向分辨力相同。
A、① B、②C、①②D、①③E、①④ 6、横向分辨力为( D )。
①与深度、纵向和区域分辨力相同;②区分垂直于超声束的两个物体的能力;③区分平行于超声束的两个物体的能力;④与方位、角度及横向分辨力相同。
A、① B、③ C、①③ D、②④ E、③④7、用哪种探头可提高轴向分辨力( A )。
A、高频探头 B、低频探头 C、较大的探头 D、低阻尼探头 E、以上各项均可8、在两种不同介质的界面上,决定反射量的因素是( C )。
①折射系数;②超声波频率;③声特性阻抗A、① B、② C、③ D、①② E、②③ 9、频率增高时(A )。
A、分辨率增大 B、声束 C、穿透力增大 D、分辨率减少 E、声束宽不变 10、压电效应是( C )。
A、组织的密度 B、高电压加在晶体表面产生机械形变并由此产生超声 C、压电晶体受压后在其表面产生电荷D、高压电引起在晶体上的阻尼效应 E、声在组织中的速度 11、镜面反射( A )。
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第35卷第3期原子能科学技术Vol.35,No.3 2001年5月Atomic Energy Science and Technology May2001文章编号:100026931(2001)0320223206辐射成像中射线源低频震动对图像影响的研究苗积臣,吴志芳,刘锡明(清华大学核能技术设计研究院,北京 102201)摘要:对一种大型辐射成像系统———TCM2SCAN系统成像过程中射线源震动的影响进行建模,从理论上对这种影响进行分析,得出射线源震动给图像带来的噪声是乘法性噪声,并确定了噪声的频谱特性。
同时设计了验证噪声特性的实验,理论与实验符合较好。
在此基础上设计了消除这种噪声的方法。
关键词:辐射成像;TCM2SCAN系统;放射源震动;同态滤波中图分类号:TL8;TN911172 文献标识码:A采用线探测器阵列进行二维成像的辐射成像技术是一种重要的无损检测技术。
它通过探测器阵列和被检客体的相对移动产生被检客体每一断面的线投影,从而生成二维图像。
产生相对移动有两种方式:一是射线源与探测器阵列不动,被检客体移动;二是被检客体不动,射线源与探测器阵列移动。
在某些情况下,被检客体不便移动或移动困难,这时,方式二有很大的优越性。
但射线源和探测器在移动过程中受到多种激励,二者可能发生低频的相对震动,对图像产生不利影响。
本工作通过一实际的大型辐射成像系统对这种影响进行研究。
1 射线源低频震动对图像影响的理论分析车载式60Co集装箱检测系统(简称TCM2SCAN系统)是利用γ射线探伤机进行集装箱检测的大型数字辐射成像系统[1]。
在该系统中,被检客体不动,射线源与探测器阵列移动,其检测部分的结构示于图1。
研究发现,探测器门架(图1中2、4)震动频率集中在第一阶本征频率处(约2Hz),高频震动的幅度很小,对图像的影响亦小。
在TCM2SCAN系统中,γ射线通过前后准直器缝隙到达探测器,射线源的震动将影响前收稿日期:2000201207;修回日期:2000210210基金项目:国家“九五”攻关项目(962B12201201)作者简介:苗积臣(1975—),男,山东平度人,在读博士研究生,核技术及应用专业后准直器缝的对准情况(前准直器安装在射线源部分,随射线源的震动而震动),从而影响探测器所能接收的射线的强度。
假设:1)系统准直良好,即只有前准直器缝投影(前准直器缝在后准直器的后端面上以射线源为中心的中心投影)与后准直器缝重叠部分的射线可进入探测器,其他部分不能进入探测器;2)γ射线在前准直器缝投影内均匀分布;3)前准直器缝投影震动方式是最简单的简谐震动。
根据以上假设,γ射线的强度转换成图2所示的纯几何模型,即射线强度与前准直器缝投影和后准直器缝的重叠部分(图中阴影部分)成正比。
图1 2SCAN系统检测部分结构Fig.1 The scanning part frameof TCM 2SCAN system1———检测车;2———探测器与后准直器;3———被检客体;4———射线源与前准直器图2 前后准直器缝对准模型Fig.2 The slots aligning model of collimators 设后准直器缝隙半宽度为b ,前准直器缝隙投影的半宽度为a ,其中心与后准直器缝隙中心相距c ,射线在全对齐状态下强度为I 0,在t 时刻为I (t ),前准直器缝隙投影的振幅为A ,角频率为ω,初始相位为随机变量<。
1)当前准直器缝投影的宽度不大于后准直器缝的宽度,即a ≤b 时,有I (t )=I 0〔1-c +a -b +A sin (ωt +<)2a 〕,c +A sin (ωt +<)>b -a I 0〔1-a -b -c -A sin (ωt +<)2a 〕,c +A sin (ωt +<)<a -b I 0,a -b <c +A sin (ωt +<)<b -a(1) 2)当前准直器缝投影的宽度大于后准直器缝的宽度,即a >b 时,有I (t )=I 0〔1-c +b -a +A sin (ωt +<)2b 〕,c +A sin (ωt +<)>a -b I 0〔1-b -a -c -A sin (ωt +<)2b 〕,c +A sin (ωt +<)<b -a I 0,b -a <c +A sin (ωt +<)<a -b(2) 由上面的分析可知:系统空载信号随射线源震动而呈周期性变化,由于系统结构和安装调整产生a 、b 、c 3个参数,这样,即使射线源简谐震动时对图像的影响也很复杂,在a =b 、c 不422原子能科学技术 第35卷为零的最简单情况下,式(1)、(2)简化成式(3),得:I (t )=I 0(1-|c +A sin (ωt +<)|/2a )(3) 由式(3)可知:若射线源振幅较小(A ≤c ),则I 的频谱只在ω处有一较大的频率分量;若A 略大于c ,则I 的频谱在ω和ω的倍频处均有较大分量;若A 远大于c ,则I 的频谱主要在2ω和2ω的倍频处有较大分量,在ω的奇数倍频处的分量很小。
不同A 、c 参数下式(3)的频谱示于图3(ω=0.2π,N =500,N 是采样长度,以下各图横坐标n 表示采样点,纵坐标s 表示相对幅度)。
图3 不同A 、c 参数下I (t )的频谱Fig.3 The spectra of I (t )with different coefficient A and ca ———A /c =0.5;b ———A /c =1.25;c ———A /c =2.5;d ———A /c =50由于I (t )是以ω为角频率的周期信号,因此,它只有角频率为ω的整数倍的频谱分量[2]。
设系统放大倍数为M ,门架运行速度为v ,客体的图像f (m ,n )可用下式表示:f (m ,n )=I (m ,t )exp (-∫μ(m ,t ,r )d r ),t =n/M v (4)式中:I (m ,t )为第m 路探测器单元在t 时刻接收的空载射线强度信号;μ(m ,t ,r )为t 时刻从射线源到第m 路探测器单元之间距射线源r 的物体的质量吸收系数;n 为图像的横坐标。
由式(4)可知,这种干扰在图像上增加了乘法性噪声。
2 理论分析结果的实验验证由以上理论分析可知:射线源震动将会在图像上增加式(1)、(2)所示乘法性噪声。
为验证这一结论,进行以下3个实验:1)小振幅震动下空载数据的频谱分析;2)大振幅震动下空载数据的频谱分析;3)对图4所示物体图像的频谱分析。
实验时,门架的运行速度为10cm/s (此速度下的射线源振幅非常小,需要通过激励控制射线源振幅),系统几何放大倍数为118,图像522第3期 苗积臣等:辐射成像中射线源低频震动对图像影响的研究的分辨率为1cm 。
门架的第一阶本征频率ω近似为2Hz ,所以,在射线源震动一个周期的时间内大约生成10个图像像素。
图4 成像物体(a )及其图像理论频谱(b )Fig.4 The object for image (a )and the theoretical s pectrum (b )由理论分析可知:射线源震动振幅较小时,图像中引入噪声的频谱主要集中在门架的第一阶本征频率ω处;振幅较大时,噪声频谱在ω、2ω和3ω处有较大分量。
图4中的物体具有特殊的理论频谱:低频区有两个相邻很近的峰,高频分量很小。
若射线源的震动对图像的影响是加法性的,那么,图像的DFT 频谱在ω和ω倍频频率分量处将是单峰;如果是乘法性的,根据卷积定理,时域的乘积在DF T 频域中则是频谱的圆卷积[3],图像的DF T 频谱在ω和ω倍频频率分量处将出现三峰,而在将图像取对数后的频谱中则是单峰。
图5是振幅较小时460路探测器的空载数据(共800个,图中显示前400个)和其频谱的高频部分(50~400);图6是振幅较大时460路探测器空载数据(共800个,图中显示前400个)和其频谱的高频部分(50~400);图7分别是物体所成像的高频区域频谱和取对数后的高频区域频谱(图像数据是900点,频谱取50~450)。
图5 射线源小振幅震动空载数据(a )及其频谱(b )Fig.5 The image data (a )and it ’s spectrum (b )under the tiny jounce of ray source从以上实验结果可知:射线源震动的振幅对噪声的频谱有很大影响,从峰值出现的位置(第一个较大峰k ≈74,k/N ≈01092)可知,噪声的频率分量主要集中在门架的第一阶本征频622原子能科学技术 第35卷图6 射线源大振幅震动空载数据(a )及其频谱(b )Fig.6 The image data (a )and it ’s spectrum (b )under the fierce jounce of ray source图7 图像的频谱(a )和图像取对数后的频谱(b )Fig.7 The spectrum of image (a )and the logarithm spectrum of image (b )率ω和它的倍频频率处,这与理论分析较好地吻合。
在第3项验证实验中,由于遮挡体由建筑用砖组成,系统又存在较大的统计噪声,因此,图像的频谱比较复杂。
噪声在ω处频谱分量(k 约在80~90之间)与物体图像在ω附近的频谱分量幅度相近,在ω处的频谱圆卷积现象不明显,而在2ω(k ≈166,k/2N ≈01092)处则很明显:在此频率处,图像频谱明显出现了3个峰,是由图像理论频谱与射线源震动造成的噪声的频谱的圆卷积的结果。
在将图像数据取对数后的频谱上对应的频率处图像频谱是单峰的,这有力地证明了射线源震动对图像的影响是乘法性的。
3 射线源低频震动对图像影响的消除射线源震动对图像影响的性质是乘法性的,这须采用同态滤波的方法将这种干扰滤除。
图8是第3项验证实验中图像和处理结果以及496路探测器的数据和处理结果。
采用有限冲击响应数字滤波器[4]滤除ω、2ω频率附近很窄的一段频谱。
通过滤波结果可知:同态滤波有效地滤除了各处射线源震动造成的干扰,而普通的带阻滤波器不能滤除这种干扰,从而更加证明了此干扰的乘法性。
722第3期 苗积臣等:辐射成像中射线源低频震动对图像影响的研究822原子能科学技术 第35卷图8 探测器数据和不同滤波结果Fig.8 The detector data and the results of different filter methodsa———探测器输出数据;b———普通带阻滤波结果;c———同态滤波结果4 结论理论分析和实验验证证实:射线源的震动将在图像上产生频率为射线源震动的频率整数倍的乘法性噪声,这种噪声可通过同态滤波来滤除。