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1、CR检查技术(2)来源：技术网 发布时间：2009-09-14 21:49:42 查看次数： CR检查技术(1)ytniu二、CR成像的基本原理（一）CR图像的形成过程 1CR图像的形成过程 （1）利用传统X线设备曝光，X线穿透被照体后与暗盒内的IP发生作用，形成潜影。 （2）潜影由激光扫描进行读取，IP被激光激励后，以紫外线形式释放出存储的能量。 （3）发出的荧光被集光器收集后送到光电倍增管，由光电倍增管将其转换成电信号。（4）经A/D转换成数字信号完成图像信息读取与数字化。（5）数字信号被送入计算机的数字图像处理系统，最终形成屏幕上的可见图像并被储存。 2CR系统的工作流程 （1）信息采集
2、（acquisition of information） 传统的X线摄影是以X线胶片为接收介质，接受X线曝光后，经显影、定影后形成图像，其所获得的图像是一幅模拟图像，无法作任何后处理。CR系统采用成像板来接受X线形成的模拟信息，然后通过模/数转换实现了数字化图像的输出，从而使传统的X线图像能够被后处理以及存储和传输。（2）信息转换（transformation of information） 是指存储在IP上的X线模拟信息转化为数字化信息的过程。CR的信息转换主要由激光阅读器、光电倍增管和模数转换器完成。IP在X线照射时受到第一次激发产生的连续的、模拟的信息，在激光阅读仪的激光扫描中产生第二次
3、激发，并产生荧光（荧光的强弱与第一次激发的能量呈线性正相关）。该荧光经高效光导采集器采集，进入光电倍增管变为相应强弱的电信号，由倍增管增幅放大后，再由模数转换器转换为数字信号。（3）信息处理（processing of information） 是指用不同的相关的后处理技术，根据诊断的需要实施对图像的处理，从而达到图像质量的最优化。CR的常用处理技术有谐调处理技术、空间频率处理技术和减影处理技术。（4）信息的存储与输出（archiving and output of information） 在CR系统中，扫描IP后所获得的信息可被存储和打印。图像信息一般被存储在光盘中，可随时刻录和读取。一盘
4、容量为2G的可读写光盘，可存5000幅CR图像（压缩比为1:20，平均每幅图像的大小是4M）并能长期保存。CR系统本身有一个内部网络，可实现系统内的传输（包括打印输出和存储刻录输出），如与PACS(picture archiving and communication system, PACS)系统连接，还可与PACS系统进行信息交换。（二）CR成像的基本原理 1CR图像采集某些物质在第一次受到光照射时，能将一次激发光所携带的信息储存下来，当再次受到光照射时，能发出与一次激发光所携带信息相关的荧光，这种现象被称之为激励发光（PSL）。一般的PSL物质的荧光非常微弱，无法作为成像介质。通过研究发
5、现，掺杂2价铕离子的氟卤化钡结晶，在已知的PSL物质中光激励发光作用最强，因此被选作IP的发光材料。 通过照射后光激励发光荧光体晶体结构中，存储荧光的同时也存储吸收的X线能量，所以有时光激励发光物质又称作“存储”荧光体。在光激励发光过程中，利用适当波长和附加可见光能量的激励，这种俘获的能量能够被释放出来。PSL的发光原理是当掺杂2价铕离子的氟卤化钡晶体被X线照射或紫外线长时间照射后，会形成F心，F心是晶体的一种点缺陷（晶体中周期性被破坏的格点），是一个X晶格空位上加上一个被束缚在其库仑场的电子（捕获电子），能吸收特定波长的可见光。掺杂2价铕离子能置换氟卤化钡晶体的钡离子而形成发光中心。同时，当
6、掺杂2价铕离子的氟卤化钡晶体受到X线照射，产生电离形成电子空穴对，空穴被PSL络合体俘获（空穴究竟被什么离子俘获目前尚未完全明了），电子则被已形成的X空位捕获，形成亚稳态的F心，该过程同时也存储了X线的能量。此后，当采用特定波长的光（二次激发光）照射该激活的、掺杂2价铕离子的氟卤化钡晶体时，F心吸收二次激发光，将捕获的电子释放，并把能量转移给2价铕离子（转移途经目前尚未明了），2价铕离子向低能态跃迁发出荧光。2. CR图像的读取 2.1 激励和发射积存在已曝光BaFBr:Eu2+荧光体中的“电子”潜影与激活的PLS（F中心）相对应，局部的电子数量与整个曝光范围的入射X线量呈正比，一般超过100
7、00比1（是曝光量的4个数量级）。Eu3+-F中心复合物的激励和存储电子的释放需要2eV以上的能量，常采用氦氖（l=633nm）和“二极管”（ l=680nm）高度聚焦激光源。按照vonSeggern的理论，在荧光体矩阵中可能出现两种能量轨迹，一种是无逸脱返回F中心位置，或者是“开隧道”到临近的Eu3+复合物。后者更有可能发生，这时电子进入中间能态并释放出非可见光的辐射“声子”。一个3eV能量的可见光光子立即跟随此电子经过Eu3+复合物的电子轨道落入更稳定的Eu2+能级。 2.2 读出过程（1）激光扫描存储在PSL物质中的信息是模拟信号，要将其读出并转换为数字信号，必须借助激光扫描仪，或称光激
8、励发光扫描仪。由氦氖或二极管激光扫描仪发出的激光束，经由几个光学组件后对成像板进行扫描。首先，激光束分割器将激光的一部分输出到监视器，通过使用参照探测器来补偿强度的涨落（由于被激励可见光的强度取决于激励激光源的强度）。激光束的大部分能量被扫描镜（旋转多角反射镜或摆动式平面反射镜）反射，通过光学滤过器、遮光器和透镜装置，提供了一个同步的扫描激光束。为了保持恒定的聚焦和在成像板上的线性扫描速度，激光束经过了一个f-q透镜到达一个静止镜面（一般是圆柱状和平面镜面的组合）。激光点在荧光体上的分布调整为一个直径为1/e2的高斯分布，其直径在大多数阅读系统中约为100mm。激光束横越荧光体板速度的调整，要
9、根据激励后发光信号的衰减时间常数来确定（BaFBr:Eu2+约为0.8ms），这是一个限制读出时间的主要因素。激光束能量决定着存储能量的释放，影响着扫描时间、荧光滞后效果和残余信号。较高的激光能量可以释放更多的俘获电子，但后果是由于在荧光体层中激光束深度的增加和被激发可见光的扩散，引起空间分辨率降低。到达扫描线的终点时，激光束折回起点。成像板同步移动，传输速度经过调整使激光束的下次扫描从另一行扫描线开始。成像板的移动距离等于沿快速扫描方向的有效采样间隔，从而确保采样尺寸在X和Y方向上相等。扫描方向、激光扫描方向、或者快速扫描方向都是指沿激光束偏转路径的方向，慢扫描、屏扫描、或者副扫描方向是指成
10、像板传送方向。屏的传送速度根据给定屏的尺寸来选择，使扫描和副扫描方向上的有效采样尺寸相同。激光点在成像接受器表面的直径是1/e2，从而给两个方向上的空间分辨率强加了上限。激光经过成像板时PSL的强度正比于这个区域吸收的X线能量。读出过程结束后，残存的潜影信号保留在成像板中。在投入下一次重复使用之前，需要用高强度的光源对屏进行擦除。除非是极度曝光过度，在擦除过程中，几乎所有的残存俘获电子都能有效去除。在有些系统中，屏的擦除是与整体曝光量相关联的过程，由此较大的曝光量需要较长的擦除周期。（2）PSL信号的探测和转换 PSL可从成像板的各个方向发射，光学采集系统捕获部分发射的可见光，并将其引入一个或
11、数个光电倍增管（PMT）的光电阴极。光电阴极材料的探测敏感度与PSL的波长（例如400nm）相匹配。从光电阴极发射出的光电子经过一系列PMT倍增电极的加速和放大，增益（探测器的感度）的改变可通过调整倍增电极的电压来实现，因此可以获得有用输出电流以满足合适图像质量的曝光量。PMT输出信号的动态范围比成像板高得多，在整个宽曝光范围上获得高信号增益。可见光强度相对于入射曝光量的改变在1-10000或“四个数量级放大”的范围内呈线性。输出信号的数字化需要最小和最大信号范围的确认，因为大多数临床使用曝光量在100-400动态范围内改变。在某些CR阅读仪中，激光的扫描读取是先采用一束低能量的激光预扫描已曝
12、光的成像板，确定有用的曝光范围。然后调整PMT的增益（增加或降低），在正式扫描时以高能量对PSL进行扫描数字化。绝大多数系统中，PMT放大器的曝光范围敏感度被预调整为2.58109C/kg（0.01mR）至2.58105C/kg（100mR）。 PSL信号被检测后，大多数PSP阅读系统是采用模拟对数放大器或“平方根”放大器对PMT输出信号进行放大。对数转换为入射X线曝光量和输出信号幅度提供一种线性关系，平方根放大为量子噪声与曝光量提供线性关系。无论哪种情况，信号的总体动态范围被压缩以保护在整个有限离散灰阶数量上的数字化精度。（3）数字化 数字化是将模拟信号转换成离散数字值的一个两步过程，信号必
13、须被采样和量化。采样确定了CR接受器上特定区域中PSL信号的位置和尺寸，量化则确定了在采样区域内信号幅度的平均值。PMT的输出在特定的时间频率和激光扫描速率下测量，然后根据信号的幅度和数值的总量，将其量化为离散整数。模数转换器（analog to digital converter，ADC）转换PMT信号的速率远大于激光的快速扫描速率（大约快出2000倍）。特定信号在扫描线上某一物理位置的编码时间与像素时钟相匹配，因此，在扫描方向上，ADC采样速率与快速扫描（线）速率间的比率决定着像素大小。副扫描方向上，成像板的传输速度与快速扫描像素尺寸相匹配，以使得扫描线的宽度等同于像素的长度（ “正方形”
14、像素）。像素尺寸根据接受器的尺寸一般在100200mm。由于来自PMT的模拟输出在最小和最大电压之间具有无限范围的可能值，所以ADC要将此信号分解成一系列离散的整数值（模拟到数字单位）以完成信号幅度的编码。用于近似模拟信号的“位”数，或者“像素浓度”决定了整数值的数量。PSP系统一般有10、12或16位ADC，故可有210=1024、212=4096或216=65536个数值来表达模拟信号幅度。（三）图像识别和四象限理论 CR系统应用数字成像处理技术，把从IP上读取的X线图像数据变换为能进行诊断的数字图像，这些图像数据能够在CRT上显示，也可由胶片记录。当X线采集条件不理想时，如过度曝光或曝光
15、不足，CR系统也能通过处理成为具有理想密度和对比度的图像，实施该功能的装置被称为曝光数据识别器（exposure data recognizer，EDR。富士CR系统）或分割算法（segmentation。柯达CR系统）。EDR结合先进的图像识别技术，诸如：分割曝光识别、曝光野识别和直方图分析，能很好地把握图像的质量。 1EDR的基本原理 EDR是利用每种成像采集菜单（成像部位和摄影技术）中X线图像的密度和对比度，以EDR独特的方式处理的。EDR处理数据来自IP和成像菜单，在成像分割模式和曝光野的范围被识别后，就获得了每一幅图像的密度直方图。对于不同的成像区域和采集菜单，直方图都有不同的对应类
16、型。基于这种特性，可探测有效成像数据的最小值S1和最大值S2来决定阅读条件，从而获得与原图像一致的密度和对比度。一般，阅读条件由两个参数决定，阅读的灵敏度与宽容度，更具体地说是光电倍增管的灵敏度和放大器的增益。经调整后，可得到有利于处理和储存的理想图像数据。 EDR的功能在CR系统中的应用原理可归纳为四个象限来描述。 （1）第一象限 第一象限表示了IP的一个固有特征。即入射的X线剂量与IP的光激励发光强度之间的关系。第一象限也显示了IP的动态范围（1:104）和IP响应的线性形态（直线，在1:104范围内）。由此奠定了CR系统的高度敏感性和大的动态范围。（2）第二象限 表示EDR的处理功能。该过程描述了输入到图像阅读装置（image reading device
