简介：X线机CRDRCT原理

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1、简介： X线机原理，CR、DR机和CT机原理,一、X线机的原理,X-ray概论：,X-ray 是由德国伦琴教授在1895年所发现。这种由克鲁克斯管发出能穿透物体的辐射线，在电磁光谱上能量较可见光强波长较短，频率较高，相类似之辐射线有宇宙射线等。目前X线诊断常用的X线波长范围为0.0080.031nm（相当于40150kv时）。,利用高速电子撞击金属靶面产生 X射线的真空电子器件，称X光管。分为充气管和真空管两类。,充气管： 1895 年 W.K.伦琴在进行克鲁克斯管实验时发现了 X射线 。克鲁克斯管就是最早的充气X射线管 ，其功率小 、寿命短、控制困难，现已很少应用。,真空管： 1913年 W

2、.D.库利吉发明了真空X线管。管内真空度不低于10-4帕。阴极为直热式螺旋钨丝，阳极为铜块端面镶嵌的金属靶。阴极发射出的电子经高压加速后撞击靶面产生X射线。以后经过许多改进，至今仍在应用。,X光管：,接通电源,使X线管灯丝加热产生自由电子云,提供高压电产生电势差，使电子以高速由阴极向阳极行进，撞击阳极钨靶原子。,1%产生X线，99%转换为热能,X线的产生, 穿透作用 X、CT的基本原理 荧光作用 可以使荧光物质发出可见光（透视摄影 基础） 电离作用 半导体及惰性气体发生电离（）,X线的基本特性,（一）物理特性, 感光作用 使光敏物质感光（胶片）,（二）化学特性,（三）生物效应,使生物体发生变异

3、及破坏 （防护及放射治疗）,X线的质与量,X-ray的质： 是指X射线的穿透能力，它取决射线的波长。通过调整电压( kVp) 可以改变X射线的波长亦即改变射线的穿透能力,X-ray的量： 表示单位时间内通过与射线垂直方向上的单位面积的光子数的多少。由球管灯丝的电子数决定,调整球管的灯丝电流和曝光时间可以改变射线的量,通常用mAs表示。,X线成像原理,X线成像是基于人体内不同结构的脏器对X线吸收的差别。一束能量均匀的X线投射到人体的不同部位，由于各部位对X线吸收的不同，透过人体各部位的X线强度亦不同，最后投影到一个检测平面上，即形成一幅人体的X线透射图像。,X线机的基本硬件配置,球管,高压发生器

4、,提供电力给球管以及控制mA KV sec变化,限束器,是一种安装在x线管输出窗前方的机电型光学装置，内有可调间隙的铅板,主要作用是： 控制x线适当照射野 减少散射线 指示照射野中心,滤线栅,是x线摄影中减少散射辐射的装置，由薄铅条按一定密度排列构成，铅条间隙与射线平行,f0,栅焦距（ f0) :铅条汇聚到栅板的垂直距离 栅格比（ R) :铅条的高度与间距之比，比值越大滤线的效果越好。 栅密度（ N) :单位距离内铅条的数量 N=1/C越大滤线的效果越好。,C,影像增强器（image Intensifier),X-ray,输入屏上涂有一层荧光粉（CsI）将X-ray转化为可见光,CCD（电荷藕

5、合器件）,一种用于探测光的硅片，由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化，实现存储和传递电荷信息的固态电子器件，比传统的底片更能敏感的探测到光的变化。,X线机成像过程,IP板 CR,高压发生器,成像单元,球管,束光器,照射目标,I.I RF,成像板 DR,暗盒 胶片,二、CR系统原理,CR的定义： Computed Radiography，即“计算机X线摄影”：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。,CR的意义： 首次将传统屏片系统X线摄影数字化，所得数字化图像可以进行后处理，并且易于查询、检索、储存、传输和打

6、印等。,CR的组成： 影像板：记录X线形成的潜影。 读取装置：将潜影转变为数字信号。 后处理工作站：将数字信号还原成图像并进行后处理。,CR的工作流程图,IP是CR成像的关键器件，是X线影像的记录载体，取代传统X线摄影中的增感屏+胶片，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。,影像板（IP）,基本结构： A、外层保护层：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、磷光层：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、基底层：保护荧光层免受外力的损伤。,IP暗盒剖面示意图,磷光层(含磷颗粒),外层保

7、护层,基底层,暗盒,暗盒,IP成像原理,入射X光子被荧光层内的荧光体吸收，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 潜影电荷数量与入射光子能量成正比 当用激光扫描已有潜影的IP时，IP表现出PSL（光激励发光/光致发光）现象，完成X线影像信息的读取 PSL（光激励发光）荧光强度与潜影电荷数量成正比,PSL发光,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。,一次激发光（X线光子）,二次激发光（读取激光）,潜影,这就是光激励发光（photostimulated lu

8、minescence，PSL，光致发光），这种物质就称为PSL物质；发光强度与X线光子能量成正比。,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 。,IP信息的擦除,二次激发过的IP需用强光照射（约200W的强光灯），擦除IP上残存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。 对于暗盒式IP，可见光被屏蔽，必须将IP插入到读取装置中，用强光自动

9、擦除。,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在启用前必须先用强光照射以消除环境干扰。,读出装置,1、高精度步进电机带动IP匀速移动。 2、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，依次逐行对IP进行精确均匀地扫描。 3、IP上所释放的PSL荧光被集光器收集，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信号。,CR系统影像读取原理图,影响CR影像质量的因素,CR影像的空间分辨力： 取决于PSL晶体的颗粒度和读取装置的电、光学特性。 PSL结晶体尺寸越小，发光效率越高，图像空间分辨力越高。激光束点直径越

10、小，读取信息量相对越多，影像质量越高。 CR影像的空间分辨力尚不如传统胶片。 CR影像的噪声： 1、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。 2、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。 3、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。 X线剂量较低时，图像噪声决定于量子噪声；X线剂量较高时，图像噪声决定于固有噪声。,CR使用注意事项,由于CR读取时会根据曝光条件、曝光范围、部位、体位等信息自动调节图像至最佳状态，因此: 1）.一块板最好只照一幅图像（正侧位用两块板照），避免因曝光条件不一样或图像重叠、图

11、像有间隔等导致的图像质量下降。 2）.选择与部位大小相适应的IP板，不要用大板照小部位，而且照射野要覆盖整块IP。 3）.扫描前输入的检查部位、体位和投照资料等要尽量准确和完整。 4）.曝光时正确定向片盒，图像扫描出来就是正向的，可以省除旋转图像的麻烦。 5）.由于IP上的图像质量随时间推移而降低，因此最好一个小时内扫描IP,IP长时间不用再次使用时，最好先行强光擦除，以消除可能存在的潜影 6）.图像质量很大程度上决定于曝光剂量，因此不要为了降低病人受照剂量而无限制地降低曝光条件。,CR的优点和不足,优点： 最后获取的是数字化图像：可进行多种图像后处理，易于储存、检索和传输。 只要曝光条件不离

12、谱，都能获得满意的图像，从而有效减少重照。 可与原有的X光机匹配工作，节省资金，少花钱即能实现图像数字化。 X线照射量动态范围大：可显示细微组织差异。 PSL物质敏感度高，所需曝光剂量低，能有效减少患者受照射量。 IP可重复使用几万次。,不足： 时间分辨力较差，难以显示动态图像 成像过程繁琐，未改变工作流程，工作效率相对传统X线摄影并没有提高，与DR更是没法比 空间分辨率不如常规的X线照片和DR,三、DR系统原理,DR的种类,非晶硅平板探测器（间接放射成像）（IDR） X线影像先转换为可见光影像，再经光电转换、A/D转换等器件转换成数字图像。主流：非晶硅（a-Si）,根据X线影像转换为数字图像

13、信号的过程不同，可分为IDR（间接放射成像）和DDR（直接放射成像）。,非晶硒平板探测器（直接放射成像）（DDR） X线影像直接转换为数字图像，无中间环节 。主流：非晶硒（a-Se）,IDR的结构和工作原理,X线影像转换为可见光影像区分IDR 与DDR类型的技术点,将可见光影像转换成模拟电信号， A/D再将把模拟电信号转换为数字信号,对数字信号进行各种图像处理,对整个系统的控制和协调,存储、记录数字图像,实时观测所采集的X线影像,产生X线,IDR图象质量比CR有较大的改善，但这种转换机制由于存在光线散射过程，必然导致图像分辨力的降低。,各种类型的IDR,（1） I.I-TV（影像增强器电视）成

14、像方式：,（2）胶片数字扫描方式：,、X线胶片数字扫描仪；、图象工作站；、高清晰度监视器；、图象处理系统软件,（3） Scintillator + Lens + CCD（闪烁晶体+光学镜头+CCD）,（4）闪烁晶体+a-Si（非晶硅薄膜） + TFT（薄膜晶体管） 、 a-Si （非晶硅薄膜）适度扩散，形成高集成的薄膜光电二极管（TFD）作为光电转换器件；薄膜晶体管（TFT）作为开关元件。 、转换效率最高，像素尺寸最小，图像质量最好。,DDR的结构和工作原理,平板探测器FPD 把X线影像直接转换为模拟电信号，A/D再将模拟电信号转换为数字信号,对数字信号进行各种图像处理,对整个系统的控制和协调

15、,存储、记录数字图像,实时观测所采集的X线影像,产生X线,数据,控制,存储,调用,（1）气体电离室探测器： 由许多单元组成阵列，每个单元构成一个像素，大小约为0.5mm0.5mm。探测器极板间充以惰性气体，X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。X线强度电离电荷输出电信号成正比。 （2）非晶态硒（a-Se）型平板探测器： 由集电矩阵、硒层、电介质、顶层电极和保护层等构成。 特点： 、依赖型平板； 、 X线吸收率较低； 、硒层厚度与有效光电子成正比， 与成像时间成反比。,DDR使用的X线探测器,DDR的特点,采用a-Se（非晶态硒）和TFT（

16、薄膜晶体管）技术将入射X射线直接转换为电信号 非常高的转换效率（DQE）：对入射到探测器表面的X线光子的吸收能力，DR平板的X线探测器的量化转换效率 极为宽广的动态范围（104 105）：是用来实现比普通数字图像技术更大曝光动态范围（即更大的明暗差别）。 很高的空间分辨率（25603072） 彻底消除散射效应，极佳的MTF （调制传输函数）特性。 MTF：是空间频率在一范围期间信号转换的一种判定，并以量化表现影像鲜明程度。调制传输函数(MTF)标志了成像系统维持物体原有对比度的能力。MTF值越高，意味着系统对原始信息的还原能力越强，所得到的图像越接近于原始图像。,IDR与DDR的优缺点,IDR： 优点： 1、转换效率高； 2、动态范围广； 3、空间分辨率高； 4、在低分辨率区X线吸收率高（原因是其原子序数高于非晶硒） 5、环境适应性强。 缺点： 1、高剂量时DQE不如非晶硒型； 2、因