影像技术学第六章.ppt

影像技术学,南京医科大学第二附属医院 放射科 田俊E-mail:,第六章 数字X线摄影技术,信息时代就是计算机化的时代，它基于一种海量存储、高速传输网络、高性能工作站及有效的科学管理。医学影像的数字化主要是指医学影像以数字方式采集、传输信息，使采集的影像数据得以直接利用计算机强大的高速运算处理能力，且方便、快速地传输、显示、存储，为临床的诊断、治疗、研究提供极其重要的信息。医学影像数字化和艺术类图像数字化、计算机辅助工业造型设计（CAD）等其他领域的图像数字化原理是类似的，在方法上也没有本质的差别。但作为医学影像技术最终目的是要有助于早期诊断、及时治疗，对病人微创或无创，使病人尽早康复。因此，对于医学影像，通过数字化技术提高它的可视性、可懂性，并能进行影像的修复、优化，感兴趣区域的测量与统计，信息的保存与传输，所有这些都是为了研究人的正常解剖生理，有效地发现异常病灶提供可靠的科学依据，这是医学影像数字化的根本目的。,影像数字化研究始于20世纪40年代，50年代末到60年代末广泛采用计算机模拟实验的方法研究静止图像和数字图像的传输，初步实现了可视电话，数字图像的理论研究相当深入。随着数字集成电路器件快速发展和其他硬件系统的逐步研制成功，为20世纪70年代的医学影像数字化技术的突破提供了软硬件的基础条件。1972年的CT机的问世和80年代出现的MRI和DSA，成为医学影像科学技术发展史上革命性的里程碑，也是数字化技术在医学影像中应用的典型范例。,第一节 数字X线成像基础知识一、模拟影像与数字影像模拟影像：以普通X线照片为典型代表，它由像素点的空间排列组合而构成照片上的影像，照片上点与点之间是连续的，没有间隔，所以影像的密度是空间位置的连续函数。另外具体到任何一个像素点的密度大小变化，也是一个连续变化的函数。因此模拟影像能够非常真实地反映出影像信息的二维空间分布状态。数字影像：是通过不同成像方式检测信息，按照一定的数据结构经计算机重建影像；或者是将已经形成的模拟影像通过某种手段将其分解成一定数量的微小区域，每个区域成为一个像素，将像素中灰度的平均值取整数值；因此数字影像是由许多不同密度的点（实为小区域）组成，点和点之间的密度是离散的，并且每一个点的密度值也不连续，为离散的变化量。,数字影像的优势：1.数字图像的密度分辨力高 数字图像可通过变化窗宽、窗位、转换曲线等技术，可以使全部灰阶分段得到充分显示。2.数字图像可以进行后处理 图像后处理使数字图像的最大特点。可根据诊断要求，通过软件功能对图像进行处理。,阻塞性肺不张,3.可以高保真地存储、调阅、传输或拷贝。影像数据的存储和传输是PACS建立的最重要 部分，是实现联网、远程会诊、实现无胶片化的基础。,三、数字化影像的形成,被照体,模拟信号,数字信号,图像处理,数字影像,数字化,1.图像数据采集借助探测器、CCD摄像管、探头、IP板、硒探测器等各种辐射接收器件，通过曝光或扫描等形式后将收集到的模拟信号经A/D转换器（模数转换器）转换成数字信号。共计三个步骤1）标本分割（标本化）就是把图像分割成若干个相等的小单元。它是一个图像行和列格栅化（矩阵的过程），矩阵大小通常决定了像素的数量。行和列对像素而言又起到识别和定位的作用。2）像素采样 一副图像被分割后，要对该图像中每一个像素所表现的两点进行亮度采样，每一像素的光量子通过探测器（光电倍增管）转换成相应大小的电信号（模拟信号）。3）灰度量化（量子化）把模拟信号连续变化的灰度值转换成数值上离散的有限个等级的整数量。灰度值的总和称为灰阶。图像可以由灰阶中任何一个灰度值组成。,2.图像处理及输出,计算机接收数据采集系统的数字信号,根据需要选用某种图像处理技术，立即进行相应的图象数据处理，从而重建图像。,将接收到的图像数据进行存储，以备随时调用、显示或重建。,三、数字摄影中的常用概念1.像素与体素像素：是构成影像矩阵的基本单元，也就是代表影像矩阵中的一个小方格。二维概念 体素：X线影像实际上是包含人体某一部位的一定厚度信息的二维图像，我们将其代表一定厚度的三维空间的体积单元称为体素。三维概念2.数字矩阵 是一个数学概念，它表示一个横成行、纵成列的数字集合，是由二维（n行和m列）排列成的像素组合，一个像素就是坐标中的一个点（x,y）。3.灰阶 指照片或显示器上所呈现的黑白图像上各像素表现的不同深度的灰色。把白色与黑色之间分成若干级，称为“灰度等级”，表现的亮度（或灰度）信号的等级差别称为灰阶。4.图像重建 将原始图像数据经计算得到二维或三维显示数据的过程称为图像重建。重建后的图像可经过显示装置或介质显示。,四、影像的数据量矩阵大小、灰度级数决定了影像的数据量，并影响影像质量和传送、存储。1.矩阵大小与图像的关系矩阵大小的原则必须保证数字图像能不失真地反映原始图像信息。观察野（Field of View）像素数量*像素大小在空间分辨力相同的条件下，观察野（FOV）越大所需要的像素越多，图像的矩阵也越大；如图像矩阵大小固定，FOV增加时，像素的尺寸就增大，图像的空间分辨力就降低；为了获得图像更多的细节和更高的分辨力，我们需要大的像素矩阵和小的像素尺寸。占据计算机的存储空间，图像处理时间延长。,2.灰度级数与数字图像之间的关系灰度级数用二进制表示，量化后灰度级数的数量由2n决定。例如：一幅影像中的密度为0.23.0，其密度范围为2.8，若用8bit量化，28=256,即为0255灰阶，每一灰阶密度差为2.8/2560.01，若用4bit量化，24=16,即为015灰阶，每一灰阶的密度差为2.8/160.18。结论：用尽可能多的图像灰度的量化级数来精确表示原来的灰度，有利于保持图像的不失真，但过高的灰度级数会占据大量计算机存储空间。3.数字影像数据量的计算数字影像数据量横向像素数m纵向像素数n灰阶数b,五、信噪比与分辨力信噪比（SNR）为信号强度与噪声强度之比值。是评价影像质量的重要指标。SNR越大，影像质量越好，反之，则差。1.时间分辨力 又称动态分辨力，是指成像系统对运动部位成像的瞬间显示能力。时间分辨力越高，对动态组织器官的成像显示能力越强，影像越清晰。2.密度分辨力 又称低对比度分辨力，是从影像中所能辨认密度差别的最小极限，是对影像细微密度差别的辨别能力。常以百分比表示（）。3.空间分辨力 又称高对比度分辨力，是在高对比条件下从影像中可辨认的组织几何尺寸的最小极限，是对影像空间细微结构的辨别能力。它是表示一副图像质量的量化指标，常以毫米（mm）、单位距离内的线对数（LP/mm）或单位距离内的像素数（pixels/mm）等来表示。,六、常用数字图像处理技术1.对比度增强 逐点修改输入图像中每个像素的灰度，而各像素的位置不变，进行输入和输出图像像素间一对一的运算。该技术主要用来扩大图像的灰度范围，尤其是突出感兴趣的灰度范围，使图像的质量有所改善。2.图像平滑技术 此技术可以降低噪声，提高图像质量，其缺点是使图像的边缘轮廓变得模糊。3.图像锐化 由于X线散射、患者的轻微颤动会产生影像模糊，锐化处理能增强图像轮廓，使图像看起来比较清晰，其缺点使噪声成分也同时增加。4.兴趣区定量估值 1）用不同的灰度级或颜色来显示图像的量值；2）兴趣区的显示和测量；3）兴趣区的距离、角度、几何尺寸测量；4）部分图像区域的放大和旋转；5）特征提取和分类、病变部分的识别和定量分析等。,第二节 计算机X线摄影,一、CR成像原理（一）CR系统的组成X线机、IP板、影像阅读处理器、后处理工作站、存储装置,1.X线机 可用传统X线机，不需单独配置。2.成像板（imaging plate,IP）为CR成像系统关键元件。入射到IP的X线量子被IP的成像层内的荧光颗粒吸收，释放出电子，其中一部分电子散布在成像层内呈半稳态，形成潜影（信息记录）；当用激光照射已经形成的潜影时，半稳态的电子转变为光量子，发生光激发发光（photo stimulated luminescence,PSL）现象，光量子随即由光电倍增管检测到，并被转化为电信号，这些代表模拟信号的电信号再经模/数（A/D）转换器转换为数字信号（信息读出）。IP是记录影像信息的载体，可重复使用2-3万次。,3.影像阅读处理器（1）在阅读或储存IP信息之前预先要输入病人的相关信息如：姓名、性别、年龄、病人的编号等和确定欲选用的扫描方式。（2）影像阅读处理器将IP从暗盒中取出，并送入激光扫描装置，直到扫描仪准备好。（3）阅读IP的信息，产生数字影像，进行影像处理并向激光打印机等终端设备输出影像数据。,4.后处理工作站的作用后处理工作站能进行影像的谐调处理、空间频率处理和减影处理等，并显示经处理前、后的影像。影像经过后处理能提高诊断的准确性并扩大诊断范围。5.存储装置采用磁带、磁光盘、硬盘、激光打印胶片等方式将数据（影像）存贮起来。光盘的储存方式大大地减小了影像储存的空间。用一张2G容量的5英寸光盘，可以存储800幅CR影像，若采用不可逆数字压缩技术可使存储量达到7500幅。一张磁盘（2G）可存储2：1压缩的影像1000 幅。,（二）CR系统成像的基本原理1.信息采集 影像不直接记录在胶片上，而是通过涂在IP上的光激励发光（PSL）物质来完成影像信息的采集。X线透过被照体后与IP发生作用，将透过人体的模拟信息储存形成潜影，为影像的进一步数字化成像创造条件。2.信息转换（读取）PSL物质中贮存的潜影是模拟信号，要通过激光扫描读出装置将其读出并转换呈数字信号。IP被激光激励后，以蓝紫色光的形式释放出IP内储存的能量。IP的荧光体被第二次激发后发出光激励发光（PSL）产生荧光的强度与第一次激发时所接收的X线能量成正比（即呈线性关系）。该荧光体二次激发的光被沿着激光扫描线设置的高效集光器采集并导入光电倍增管，光电倍增管再将接收到的光信号转换成为相应强弱的电信号，继而电信号被馈入模/数（A/D）转换器转换成数字信号。,3.信息的处理对数字图像进行处理。包括：谐调处理、空间频率处理和减影处理。4.信息的存储与输出 数字信号形成的数字影像可储存于磁带、磁光盘或通过激光打印储存于激光胶片上。影像读取完成后，IP残存的影像数据可通过施于强光消除，IP可以重复使用。,（三）CR系统的成像介质1.成像板（IP）IP是成像系统的关键部件，代替传统的屏片系统。与传统胶片相比，具有重复使用的特点，可重复使用2-3万次，但没有显示影像的功能。组成：表面保护层、成像层、支持层和被衬层。,（1）表面保护层 通常由一层非常薄的聚酯树脂类纤维制成，具有耐弯曲、耐磨、透光率高等特点。作用：保护PSL物质层在使用中不受损伤，保护荧光层不受外界温度、湿度和辐射的影响。（2）成像层（辉尽性荧光物质层）光激励发光（PSL）：有些物质在受到第一次激发光照射时，可将第一次激发光所携带的信息贮存下来，当该物质再次受激发时也可释放出与初次激发所接收的信息相应的荧光现象，该现象称为光激励发光（photo stimulated luminescence,PSL）。我们把产生该现象的物质称为辉尽性荧光物质。PSL物质的荧光非常微弱，但通过研究发现，氟卤化钡晶体在已知的PSL物质中产生光激励发光现象最强，因此在IP的成像层内采用含有二价铕离子（Eu2）的氟卤化钡晶体作为辉尽性荧光物质。其晶体颗粒平均尺寸为4-7，晶体直径越大，PSL现象越强，但影像清晰度随之降低。,（3）支持层（基板）用聚酯树脂纤维胶制而成，厚200-300。具有很好的平面性、适度的柔韧性和良好的机械强度。作用：保护成像层免受外力损伤。（4）背面保护层：材料同表面保护层相同。作用：避免IP在使用中的摩擦损伤。2.成像板的类型与规格,成像板,普通摄影型,乳腺摄影型,尺寸：810，1012，1414，1417,尺寸：810,3.成像板的特性（1）各种尺寸的IP信息容量及空间分辨力。（2）发射光谱与激发光谱发射光谱：第一次激发IP的X线光谱的PSL峰值为390-400nm（此波长的荧光强度最大），在该峰值处光电倍增管的信息检出率最高。当荧光体再次被激发时将以此波长再次被释放出来。激发光谱：在荧光体内作为发光中心的少量铕离子，产生的光激发发光的光谱为蓝紫光范围，发光的强度依赖于IP发射光谱的波长而改变。为了能最有效地激发荧光体产生PSL现象，第二次激发IP产生的是波长为600nm的红光。发射光谱与激发光谱的峰值间须有一定的差别，以保证二者在光学上的不一致性。PSL的强度与二次激发光的功率有关，在一定范围内，PSL强度随二次激发光的功率增大而增大。,（3）IP的时间响应特性很好定义：IP发射荧光强度衰减与时间的关系称为“IP的时间相应特性”。理想的时间响应：当被X线激活的PSL物质受到二次激发光光照射时，能立即产生PSL，一旦停止照射，PSL立即消失。实际的时间响应：当停止二次用红光激发光激励荧光体时，荧光体发射的荧光是逐渐衰减直至消失。光发射寿命期：荧光体被二次激发后，其发射荧光的强度达到初始值的1/e（e2.718）时所用的时间。（4）IP的动态范围较大IP发射荧光的强度依赖于第一次激发的X线强度。IP可精确检测到组织间极小的X线吸收差异。,（5）IP存储信息的消退定义：X线激发IP后，模拟影像被存储在荧光体内。在读出前的存储期间，荧光体俘获的部分光电子将会逃逸，从而使在第二次激发时荧光体发出的PSL强度减弱，这种现象叫做IP存储信息的消退。随时间的延长、存储温度的升高。消退现象将会加速。（6）天然辐射对IP的影响IP不仅对X线敏感，对其他形式的电磁波也敏感，如紫外线、射线及粒子射线等。IP又是高敏感的光敏材料，可受到来自墙壁、建筑物固定装置的天然放射性元素、宇宙射线及一些自身含有微量放射元素物质的影响。,4.IP工作过程五个步骤（1）将IP置于暗盒内，利用X线曝光，X线透过被照体后，含有人体结构信息的X线与IP发生作用，以模拟信号的形式构成潜影，存储于荧光体层中。（2）利用激光扫描将潜影读出，IP被激励后以蓝紫光的形式释放出存储的能量，即PSL。（3）集光器收集IP被二次激发的光，并送入光电倍增管将发射光转变成相应强弱的电信号，电信号再经A/D转换器转换为数字信号进行存储，并根据诊断的特殊需要可进行影像的各种后处理。（4）存储在计算机中的数字信号经D/A转换器转换为电信号在计算机屏幕上重建为可见影像。（5）影像读取过程结束，IP残余的影像数据可通过施于强光来消除，IP得以重复使用。CR机自动进行。,短暂的思维放松，有利于下面的学习,二、CR的影像处理系统包括：动态范围的控制、谐调处理、空间频率处理、减影处理以及影像的贮存与输出（一）四象限理论第一象限：IP的固有特征，反映X线剂量与IP的PSL强度之间的关系。第二象限：曝光数据识别器（exposure data recognizer,EDR）功能。表示输入到影像阅读装置（image reader device,IRD）的信号和输出的信号之间的关系。第一象限和第二象限的IP特性与第二象限中的自动设定机制（成像与显示特征）是分别独立控制的。读出的影像被馈送到第三象限的影像处理装置中。,四象限,第三象限：表示影像处理装置（image processor controller,IPC）。由于第二象限形成了数字影像，所以可以通过影像处理装置（image processor controller，IPC）进行各种处理，显示出适用于诊断的影像，显示特征是可以独立控制的。也可根据诊断要求进行动态范围压缩处理、谐调处理、空间频率处理和减影处理。第四象限：表示影像记录装置（image recorder controller，IRC）。馈入IRC影像信号转换为光学信号得X线照片。IRC对CR使用的胶片特性曲线自动实施补偿，使相对于曝光曲线的影像密度是线性的。第四象限决定CR中输出的X线胶片特性曲线。是依据X线剂量和成像范围自动改变的。常用：荧光屏显示，多幅照相机、激光照相机将影像信号记录下来；存储(磁盘、光盘)与传输。,CR系统影像处理的四象限理论,（二）影像处理过程1.第二象限的影像处理过程 基于适当的影像读出技术，保证整个系统在一个很宽的动态范围内自动获得具有最佳密度与对比度的影像，即采用最佳阅读条件，并使之数字化。这个处理环节称为“曝光数据识别”（exposure data recognizer，EDR）。EDR的工作流程：（1）分割表示范围的识别处理；（2）曝光区域的识别处理；（3）直方图分析，在最后修正的曝光区域内，给予影像数据形成直方图。2.第三象限的影像处理 与显示的影像特征有关的处理，这一环节的功能在于通过各种特定处理（如动态范围压缩处理、谐调处理、频率处理、减影处理等）为诊断医生提供满足不同诊断要求的、具有较高诊断价值的影像。,3.第四象限的影像处理与影像信息的存储和传输功能有关的处理，这个功能是获得质量优良的照片记录，并在不降低影像质量的前提下实施影像数据的压缩，达到高效率的存储与传输。三、CR系统的影像处理,（一）动态范围控制（dynamic range control,DRC）在谐调处理和空间频率处理之前进行的，作用是对曝光不足或过度的影像用最适宜密度来显示。,为自动控制成像特性实现影像密度稳定性，即克服由于曝光过度或曝光不足产生的影像密度的不稳定性，影像读出装置建立一个自动设定每幅影像敏感性范围的机制。,1.对曝光不足影像产生一个相应的能量增加过滤蒙片，对曝光不足的区域进行能量增加；对于曝光过度的影像产生一个相应的能量减弱过滤蒙片，对曝光过度的区域进行能量减低，最终获得一个优质胶片影像。2.动态范围控制在谐调处理和空间频率处理的前期由CR完成。3.在单幅影像显示时，CR提供了较宽影像诊断范围的处理算法。使用曝光数据识别系统（EDR），胸部影像中可以清楚地描绘出纵隔内的细微结构。胃肠道双重对比造影检查的影像中，对高密度区域的动态范围控制处理有利于显示充满空气部位结构的细节。乳腺摄影中，对高密度区域的动态范围压缩处理可以良好显示临近皮肤边缘部分的结构。四肢摄影中同样可以使影像密度差别大的骨骼与软组织同时清晰地显示出来。,（二）谐调处理谐调处理（gradation processing）又称层次处理。主要改变影像对比度、调节影像整体密度。CR系统以16种谐调曲线类型（GT）作为基础，旋转量(GA)、旋转中心(GC)、移动量(GS)为调节参数，实现对对比度和光学密度的调节。1.谐调曲线类型（gradation type,GT）：是一组非线性的转换曲线，是显示灰阶范围内各段被压缩和放大程度，类似选择X线胶片的值一样，针对不同的部位有不同的配置。A 线：产生大宽容度的线性层次；BJ线：属系统性变化的非线性层次曲线，类似于屏-片系统，肩部是高密度区，足部是低密度区；KL线：血管数字减影的特别高对比度的非线性曲线；,M 线：线性黑白反转；N 线：胃肠造影专门的非线性曲线；O 线：优化骨骼的非线性曲线；P 线：优化胸部肺野区域产生的微小密度变化的影像。2.旋转中心（gradation center，GC）谐调曲线的中心密度，依照医学影像的诊断要求，设定值为0.32.64。改变GC即改变曲线的密度中心，可由正像变成负像，或相反。追求ROI最清晰的显示，首先要选择好GC，将GC置于ROI中心位置，若ROI在激光阅读完后已经达到了诊断要求，就没有必要再调整GC值。,改变旋转中心（GC）的影像效果,3.旋转量（gradation amount,GA）亦称转换灰度量，GA主要改变影像的对比度。GA有一定的范围，CR系统中，数值范围是-9.9+9.9（有的CR系统是-4+4,但不包括0）。GA大，对比度大；GA小，对比小。在实际应用中，GA是围绕着GC进行调节。4.移动量（gradation shift，GS）亦称灰度曲线平移，GS=1.441.44，利用微细调节来获得最优化密度。GS用于改变整幅影像的密度。降低GS值，曲线向右移，减小影像密度；增加GS值，曲线向左移，增加影像密度。,通过调节谐调处理技术的四个参数，可以获得适用于诊断目的的影像对比度、总体光学密度及黑白翻转。在进行处理影像时，一般GT不作改变，其他三个参数以兴趣区的密度、对比度特征再做调整或不作调整。在调整过程中，先确定GC，再调整GA和GS。,（三）空间频率处理空间频率处理（spatial frequency,SFP）是系统对空间频率响应的调节，影响影像的锐利度。空间频率处理称不鲜明蒙片（unsharp masking）处理，使用一个不鲜明的影像作为蒙片影像，增加空间频率响应。一幅影像中，主要增强成分的频率由不鲜明蒙片的大小决定。使用一个大频率的蒙片，不鲜明影像在较低频率上的响应将变得较少，低频部分将被增强。反之，则将增强高频部分。,（三）空间频率处理 系统对空间频率响应特性的调节，影响影像的锐利度。空间频率处理称不鲜明蒙片（unsharp masking）处理，使用一个不鲜明的影像Qus作为蒙片影像，增加空间频率响应。一幅影像中，主要增强成分的频率由不鲜明蒙片的大小决定。使用一个大的蒙片，不鲜明影像在较低频率上的响应将变得较少，这样Q-Qus和QL的响应峰值将移向低频侧，低频成分将被增强。使用一个小的蒙片，增强高频成分。,Q为原始影像频率响应；Qus为高频信号影像（模糊）；Q-Qus为从原始影像中减掉模糊影像形成得差别信号；QL为差别信号叠加到原始信号后，使中、高频成分得到增强。,空间频率响应受三个参数控制频率等级 频率类型 频率增强程度1.频率等级（frequency rank，RN）：对空间频率范围的分级。涉及由频率处理所增强的影像频率成分的频带。RN=09，按结构尺寸设置：低频等级（03）：用于增强大结构，如软组织、肾脏和其它内部器官的轮廓；中频等级（45）：用于增强普通结构，如肺部脉管和骨骼轮廓线；高频等级（69）：用于增强小结构，如微细骨结构、肾小区等。2.频率类型（frequency type，RT）：用于调整增强系数，控制每一种组织密度的增强程度。CR系统中，共设有O、P、Q、R、S、T、U、V、W、X、Y和Z等12个类型。通常有10种RT的类型可选择。,3.频率增强程度（RE）：用于控制频率的增强程度。在CR系统中，频率增强程度值为016级。为充分显示正常组织或病变结构，往往是谐调处理和空间频率处理结合起来应用。,（四）减影处理1.时间减影：CR系统同样摄取蒙片（mask）和血管显影照片，经计算机软件功能实施减影。但不具备较高的时间分辨力日常工作中不用。主要用于骨骼和软组织的减影。,软组织3,骨骼8,低能信号Q1,软组织1,1,2,3,4,0,0,软组织像,软组织2,骨骼4,高能信号Q2,骨骼4,骨组织像,加权减影QS=2Q2-Q1,加权减影Qb=2Q1-3Q2,2.能量减影,L,四、CR系统的噪声量子噪声 固有噪声1.量子噪声X线量子噪声是指X线量子依泊松（Poisson）分布的统计学法则随即产生的波动。X线被IP吸收过程中所产生的。入射的X线剂量越大，噪声就越小，噪声与IP检测到的X线量成反比。2.固有噪声CR系统运行中产生的非X线量依赖性噪声。包括：IP的结构噪声 激光噪声 模拟电路噪声 A/D转换过程中的噪声。IP的结构噪声是最重要的噪声，是由IP中PSL物质的荧光体颗粒层内荧光体分布的随机性产生的。,五、CR系统的临床应用1.普通摄影 一台CR设备可以使多台X线机进行数字化摄影。CR的密度分辨力高于屏片系统，用于骨骼、腹部效果更好。2.床边摄影 宽容度范围大，有强大的后处理功能，提高摄影成功率。3.乳腺摄影 密度分辨力高，影像处理效果好，影像清晰。4.减影 包括时间减影和能量减影。目前临床主要使用能量减影。,第三节 数字X线摄影,概念：指在具有图像处理功能的计算机控制下，由探测器接收X线信息再转换成数字信息，并显示在监视器上或打印在胶片上的一种成像方式。关键部件：平板探测器（flat panel detector,FPD）,直接成像平板探测器,间接接成像平板探测器,CCD,根据探测器将X线转换成数字信号的方式不同可分为直接成像平板探测器和间接成像平板探测器，也有采用CCD技术。,一、直接成像平板探测器非晶硒探测器接收透过人体的X线，直接将其转换成电信号，形成全数字影像。,非晶硒直接成像平板探测器结构（截面）,（一）直接成像平板探测器结构1.X线转换单元：用非晶硒（a-Se）为光电材料将X线转换成电子信号。2.探测器阵列单元：用薄膜晶体管(TFT)技术在一玻璃基层上组装几百万个探测元的阵列，每个探测元包括一个电容和一个TFT，对应图像的一个像素。3.高速信号处理单元：产生地址信号后激活探测阵列单元中的TFT。对这些地址信号响应读出的电子信号被放大后送到ADC。4.数字影像传输单元：对数字信号的固有特性进行补偿，将数字信号传送到主计算机。,探测器阵列单元,X-ray,X线转换单元(非晶硒),数字影像传输单元,高速信号处理单元,影 像 数 据,地 址 信 号,电容器,TFT,（二）工作原理,二、间接成像平板探测器碘化铯闪烁体利用碘化铯（CsI）闪烁体，把X线能量转换为可见光，再由光电二极管将可见光转换成电信号。与直接成像平板探测器的区别在于荧光材料层和探测元阵列层。（一）间接型平板探测器的结构玻璃基板、光电二极管、TFT阵列、晶体材料层（碘化铯）等。1.荧光体层CsI闪烁体由连续排列的针状CsI晶体构成，针柱的直径6m，外表面由重元素铊包裹，使可见光波导减少漫射。为防潮闪烁体层生长在薄铝板上，应用时铝板位于X线的入射方向，同时起反射光波的作用。闪烁体层的厚度为500600m。,荧光材料层,6m宽度的针状结构,可见 光由 CsI 的 针状 结构 导引,2.探测元阵列每个探测元包括一个非晶硅（a-Si）光电二极管和起开关作用的TFT。运行时TFT关闭，给光电二极管一个外部反向偏置电压，通过闪烁的可见光产生的电荷聚集在二极管上。读取时给TFT一个电压使其打开，电荷就会由二极管沿数据线流出，以电信号的形式“读”到信号处理单元。（二）工作原理 CsI晶体将入射的X线图像转换为可见光图像；a-Si光电二极管阵列将可见光图像转换为电荷图像，每一个像素电荷量变化与入射X线的强度成正比，同时该阵列还将空间上连续的X线图像转换为行和列的点阵式图像；在中央时序控制器控制下，行驱动电路与读取电路将电荷信号逐行取出，转换为脉冲序列并量化为数字信号。数字信号经通信接口电路传送至图像处理器，形成X线数字图像。,间接转换型平板探测器结构原理图,三、CCD技术CCD即电荷耦合器件(charge coupling device)，其作用是完成从可见光到电荷的转换。而真正将X线转换为可见光的，是碘化铯或者氧硫化钆涂层。所以称为CCD探测器是不完全准确的。CCD芯片面积有限，所以可见光必须经过光学镜组会聚才能投照到CCD上。总之，CCD探测X线成像过程中出现了可见光转换这一中间步骤，归为间接式直接数字化摄影（indirect digital radiography,IDR）。,CCD探测器工作原理,四、数字影像的优缺点（一）数字影像的优点1.密度分辨力高 可达212-14灰阶。2.动态范围大 可同时检测到极强和极弱的信号，动态范围约在104-106之间，为后处理留有空间。3.线性度高 在1:104-6的范围内具有良好的线性，非线性度小于1。4.宽容度大 可调节增益，在允许的范围内以任何X线曝光剂量获取稳定的、适宜的影像光学密度，而且获得高质量的图像。5.量子检测率（DQE）高 DQE可达到40-50。6.调制传递函数（MTF）高 尤其是间接成像平板探测器（CsI非晶硅）的像素间无散射干扰，MTF高，提高了影像质量。,DR(非晶硅+碘化铯）,DR(非晶硒）,7.数字后处理功能强大 可扩大疾病诊断范围，提高诊断的准确率。8.数字化存贮、传输 9.提高工作效率 无需搬运暗盒，减轻工作人员的劳动强度。（二）数字影像存在的问题1.时间分辨力较差 目前大多不能满足动态器官和结构的显示。2.空间分辨力不如屏片系统。,1999,2002,数字平板已经广泛应用于各类X线影像设备,