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1、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” 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 Pla
2、te，IP） 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,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
3、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 PSL荧光强度潜影电荷,3、PSL发光,（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。 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 P
4、SL发光强度一次激发光强度（X线光子） 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）,一次激发光（X线光子）,二次激发光（读取激光）,潜影,（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,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em（此波长荧光，强度最大）
5、，波长约为390400nm 二次激发光中的最大激发波长ex（此波长激发出的PSL荧光，强度最大）约为600nm,em（携带X线影像信息）与ex距离较远，易于区分，在读取信号时将形成良好信噪比S/N,氟卤化钡的发射光谱与激发光谱,em,ex,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,（3）PSL发光时间,停止对
6、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0.8s，满足CR系统快速读取图像的要求,（4）PSL物质的甄选,掺杂2价铕离子的氟卤化钡晶体(BaFX：EuXCl、Br、I） PSL发射光谱波长390400nm 激发光谱（激起光）波长600nm 发光时间0.8s 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0.3s 信噪比更高，读取时间更短，体积更小,
7、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,6、环境因素对IP的干扰,IP对所
8、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 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
9、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、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,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，
10、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,2、激光照相机工作原理,胶片在传送系统控制下朝
11、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）激起光照射IPPSL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
12、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） 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）,（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。,3、CR常用后处理技术,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。,（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，突出显示感兴趣的组织。,（3）减影处理： 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）
13、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,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,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
14、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,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
15、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,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/mm8bit/像素 6.7像素/mm7bit/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 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
16、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,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4.05.0LP/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。,2、读出装置方面 采用高速高分辨的激光扫描系统和放大系统，采用高速且性能良好的机械传送系统，提高扫描读出IP板的速度 另外，还必须有高速与性能稳定的图像处理和存储系统，如IP处理速度提高到110幅/小时以上（1417英寸IP板）,3、软件方面 各厂家在图像处理软件上下了很多功
