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1、第四章-数字X线成像数字图像的特点从应用角度分析，数字图像与模拟图像相比具有其自身的特点：1密度分辨力高 屏-片系统的密度分辨力只能到达26灰阶，数字图像的密度分辨力可到达210l2灰阶。2可进展后图像处理 只要保存原始数据，就可以根据诊断需要，有针对性的对图像进展处理，以到达改善图像质量，增加诊断信息，进步诊断准确性的目的。3可以高保真地存储、调阅、传输或拷贝 数字图像可以存储于磁盘、磁带、光盘及各种记忆卡中，并可随时进展调阅、传输。2023/4/1622023/4/163一、数字图像概念数字图像：将一幅图像空间位置分成有限个像素的小区域，每个像素中的灰度平均值用一个整数来表示，这种图像信息
2、便是数字信号，图像信息为数字信号的图像就是数字图像。2023/4/164数字图像与图像矩阵、灰度级数的关系图像矩阵 图像矩阵中的行与列的数目一般都是2 的倍数。一幅图像中包含的像素数目等于图像矩阵行数与列数的乘积。2023/4/165灰度级数 A/D 转换器将连续变化的灰度值转化为一系列离散的整数灰度值，量化后的整数灰度值又称为灰度级gray level或灰阶。每个像素的灰度精度范围从l 位2 个灰度级到12 位4096 个灰度级2023/4/166二、数字图像有关的根本概念1体素voxel 代表一定厚度的三维空间的人体体积单元。是一个三维的概念。2像素pixel 组成数字图像的根本单元。是一
3、个二维概念，是体素在成像平面的表现。3像素值 是像素的灰度值或强度值，一个像素只具有一个灰度值。4矩阵matrix 像素组成的横成行、纵成列的数字方阵。5模/数转换analog/data,A/D)模拟信号转换成数字信号并赋予相应量级，该元件称ADC。2023/4/1676窗口技术window technology 选择适当的窗宽床位来观察图像，使病变部位明晰的显示出来。7空间分辩力spatial resolution 是指图像能分辨相邻两点的才能，常用能分辨两个点间的最小间隔 来表示。又称几何分辨力。8密度分辩力density resolution 图像中可识别低密度差异的最小极限，即对细微密
4、度差异的分辨才能数字图像灰度精度的范围。又称为图像的灰度分辨力或比照度分辨力。9噪声noise 影像上观察到的亮度程度随机出现的波动，是统计学而不是检测性的。10.信噪比SNR 信号强度与噪声强度之比。2023/4/168三、数字图像的形成1图像数据采集 是通过各种接收器件模拟信号转换成数字信号，包括抽样sampling)和量化(quantization)：1分割：是将图像分割成假设干个小单元(空间取样)处理以下图a2采样：对一幅图像采样时该图像中像素的每一个亮点被采样，亮点的光强度通过光电倍增管转换成电信号模拟信号以下图b3量化：连续的灰度值变成离散的有限个等级的数字量。每一个被采样像素的亮
5、度值都取整数，为该点灰度值，并准确地对应于像素点。整数表示的电子信号取决于原始信号的强度，并且与原始信号的强度成正比。2023/4/1692023/4/16102信号处理 计算机承受数据采集系统的数字信号后，立即进展数据处理：根据需要采取放大、滤波或降噪等处理方法，并将像素的位置信息与强度信息结合，重建出一幅图像。3图像显示 计算机将信号处理后重建的图像输出至监视器屏幕上显示。同时，将所承受到的图像数据进展存储，以备随时调用、显示或重建。2023/4/1611四、数字图像的根本处理1图像增强 图像增强是增强图像中某些有用信息，削弱或去除无用信息。如：增强图像比照度、进步信噪比、强调组织边缘等。
6、2图像运算 图像运算分为代数运算和几何运算。图像代数运算是指对两幅或两幅以上的图像进展加、减、乘、除运算，处理的根本单位是像素，通过运算改变像素灰度值，但不改变像素之间的相对位置关系。图像几何运算是指对图像进展缩放、平移、旋转、错切、镜像等改变像素相对位置的处理。2023/4/16123图像变换 图像变换是指将图像转换到频率域或其他非空间域的变换域中进展处理。4图像分割 图像分割是按照某种原那么将图像分成假设干个有意义的部分，使得每一部分都符合某种一致性要求。5三维重建 三维图像重建是指利用获得的连续二维断层图像信息，按照体绘制、面绘制等运算方法，重建出反映组织三维信息的三维影像。2023/4
7、/1613第二节 计算机X 线摄影计算机X 线摄影CR是使用可记录并由激光读出X 线影像信息的成像板IP作为载体，经X 线曝光及信息读出处理，形成数字式平片影像。CR 系统中入射到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，其中一部分电子分布在成像层内呈半稳定状态，形成潜影信息记录；当用激光照射已形成的潜影时，半稳定状态的电子转变为光量子，发生光鼓励发光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，再经A/D 转换器转换为数字信号信息读出；然后数字信号被传送到存储与显示元件中作进一步处理与显示信息的处理与记录。2023/4/16142023/4/1615一、C
8、R 系统特点CR 系统的优点：1IP 可重复使用 2具有多种处理技术 3灵敏度高 具有较高的空间分辨力4具有高的线性度 5动态范围大 6宽容度大 7高度的识别性 8可数字化存储2023/4/1616CR 系统的缺点：1时间分辨力较差 不能满足动态器官构造的显示；2空间分辨力不如常规的X 线照片。2023/4/1617二、成像板成像板IP构造：IP 由保护层、PSL 物质层、基板等组成。2023/4/16182特性 IP 的固有特征是X 线辐射剂量与激光束激发的PSL 强度之间的在1:104范围内是线性的，该线性关系使CR 系统具有高的敏感性和宽的动态范围。IP 可以重复使用，在IP 再次使用前
9、，应当用强光照射，消除可能存在的潜影。在使用中，应注意防止IP 出现擦伤。由于IP 中的荧光物质对放射线、紫外线的敏感度远高于普通X 线胶片，因此摄影前、后的IP都要屏蔽。摄影后的IP 上的潜影会因光的照射而消褪，所以必须避光。避光不良或漏光的IP 上的图像会因贮存的影像信息量减少而变得发白，这与普通胶片正好相反。2023/4/1619三、CR 成像根本原理CR 系统成像可用四象限理论来描绘其成像根本原理。1影像信息采集第一象限 CR 系统的影像是通过一种涂在IP 上的特殊物质-光鼓励发光物质来完成影像信息的采集，光鼓励发光PSL的强度与二次激发光激光的波长有关。2023/4/16202影像信
10、息读取第二象限 贮存在PSL 物质中的影像信息是以模拟信号的形式记录下来的，要将其读出并转换成数字信号，需使用激光扫描读出装置称光鼓励发光扫描仪或PSL 扫描仪。2023/4/16213影像信息处理第三象限 由第二象限输入的信息经影像处理装置IPC处理，显示出适用于诊断的影像，显示的特征是可以独立控制的，可根据诊断要求施行各种处理。如动态范围压缩处理、谐调处理、空间频率处理、减影处理等，能在较大的范围内改变影像特性。4影像再现第四象限 馈入影像记录装置IRC的影像信号重新被转换为光学信号以获得X 线照片。第四象限决定了CR 系统中输出的X 线照片的特性曲线。四象限理论中，第一象限涉及IP 的固
11、有特性，在系统运行中是不能调节的，第二至四象限那么在系统运行中可充分调节，施行影像处理功能。2023/4/16222023/4/1623四、CR 系统的图像处理CR 系统中施行图像处理功能分为三个主要环节：第一个环节是与系统的检测功能有关的处理，即第二象限功能。该处理环节称为曝光数据识别EDR。第二个环节是与显示的影像特征有关的处理，即第三象限功能。这一环节的功能在于通过各种特定处理如谐调处理、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。第三个环节是与影像信息的存储与传输功能有关的处理，即第四象限功能。这个功能是获得质量优良的照片记录，并在不衰减影像质量的前提
12、下施行影像数据的压缩，以到达高效率的存储与传输。2023/4/16242023/4/1625一与检测功能有关的处理直方图分析五种类型：用于骨骼皮肤的显示；用于骨骼软组织的显示；用于胃肠道钡剂造影检查的显示；着重突出软组织信息的软组织显示；着重突出骨骼信息的骨骼显示。2023/4/1626二与显示功能有关的处理显示功能的处理包括：动态范围dynamic range压缩处理、谐调层次处理gradation processing、空间频率处理 spatialfrequency processing和能量减影处理 energy subtraction processing。CR 图像处理操作界面如右图
13、所示。2023/4/16271动态范围压缩处理指将原始影像信号的信息范围按照诊断的需要、用适当的进展适当的处理函数进展压缩处理，使不需要的信号被压缩掉，需要的信号清楚地显示出来。动态范围压缩处理在谐调处理与空间频率处理之前施行。2023/4/16284减影处理 是通过采用一定的技术来消除无关构造的背景影像，使需要观察的构造能更清楚地显示。CR 系统也可完成血管造影与非造影影像的减影功能。CR 系统中减影方式有：时间减影和能量减影。2023/4/1629CR 系统与DSA 设备相比有下述优点：IP 覆盖范围大，可抑制DSA 设备中影像增强管I.I视野较小的限制；IP 的空间分辨力比I.I-TV
14、系统高；IP 的动态范围宽，利于曝光区域内的构造具有明显密度差异时信息的采集；曝光剂量低。2023/4/1630五、影响CR 影像质量的因素CR 系统成像过程中，对影像质量的影响主要在于信息的采集、信息的读出、信息的处理与记录四个环节中，尤其以IP 的特征和阅读器的性能为重要。1决定系统响应性的因素1进入IP 的散射线2激光束在IP 荧光层上的散射3电子系统的响应特征2噪声 CR 系统中存在着两种噪声，即量子噪声X 线量依赖性噪声和固有噪声非X 线量依赖性噪声，量子噪声又分为X 线量子噪声和光量子噪声。2023/4/1631第三节 数字X 线摄影一、影像信息接收器一直接转换型平板探测器直接转换
15、FPD 分为非晶硒a-Se为光电材料的FPD 和多丝正比电离室型如今已很少使用。1非晶硒a-Se平板探测器1组成：a-Se FPD 由X 线转换、探测元阵列、高速信号处理和数字影像传输单元等组成。2023/4/16322023/4/16332023/4/16342成像原理：2023/4/1635二间接转换平板探测器间接转换平板探测器又分为碘化铯+非晶硅CsIa-Si和电荷藕合器件CCD摄像机两种。1CsIa-Si 平板探测器 与直接转换FPD 的区别主要在于荧光材料层和探测元阵列层。1组成：a-Si FPD 由荧光材料、探测元阵列、信号读取和信号处理单元等组成以下图2023/4/1636202
16、3/4/16372工作原理：位于探测器顶层的CsI 闪烁晶体将入射的X 线图像转换为可见光图像；位于CsI 层下的a-Si 光电二极管阵列将可见光图像转换为电荷图像，每一个像素的电荷量与入射的X 线强度成正比，同时该阵列还将空间上连续的X 线图像转换为一定数量的行和列构成的点阵式图像；在中央时序控制器的统一控制下，位于行方向的行驱动电路与位于列方向的读取电路将电荷信号逐行取出，转换为串行脉冲序列并量化为数字信号。获取的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。上述过程完成后，扫描控制器自动对探测器内的感应介质进展扫描，去除潜影。2023/4/16382CCD摄像机探测器 TV
17、 摄像机有摄像管摄像机和CCD电荷藕合器件摄像机。CCD系统和摄像管相比，在稳定性、几何准确度、信号一致性和体积方面都有优越性。但CCD 摄像机与其它X 线转换设备如影像增强器或闪烁体相匹配时，优点就不如平板探测器那么明显。CCD 摄像机阵列技术是采用近百个性能一致的CCD 摄像机整齐排列在同一平面上，它们前方一定间隔 共同的焦点上是一张荧光屏。X 线对被检体曝光时，荧光屏发出人体组织的可见光影像，每一个CCD 摄影机摄取一定范围的荧光影像，并转换成数字信号，再由计算机进展处理，将图像拼接，形成一幅完好的图像。2023/4/1639二、成像性能数字X 线成像比屏-片系统、CR 系统成像的成像性
18、能更优越，主要有三个方面。1X 线敏感度 高X 线敏感度是X 线透视的首要条件。直接转换方法的感度取决于a-Se 层的X 线吸收效率。2023/4/16402X 线响应特性在管电压80kVp，X 线管前放置20mm 铝板测量对应于X 线剂量的电子信号。电子信号在很宽的X 线曝光范围内显示出良好的线性，在X 线曝光量过高的特殊情况下到达饱和。这些优秀的X 线探测器性能在从X 线透视到摄影的宽范围内都是适用的。2023/4/16413空间分辨力2023/4/1642第四节 数字减影血管造影数字减影血管造影DSA是计算机与常规X 线血管造影相结合的一种检查方法。2023/4/16432023/4/1
19、644DSA 成像装置由影像增强器-摄像机、对数放大-A/D 转换器、存储器、影像处理机及显示装置等组成。2023/4/1645一、DSA 原理DSA 中用来数字化并相减的信号取自摄像机的输出端，它是由透过人体后的X 线强度决定的。当单能窄束X 线通过两均匀介质时，X 线射出强度IT和入射X 线强度I0之间服从指数衰减规律。2023/4/1646DSA 成像过程：摄制普通片，制成蒙片；摄制血管造影片充盈图像；将蒙片与血管造影片加权减影即得到DSA 图像。2023/4/1647二、减影方式1时间减影 DSA 的常用方式。在注入的比照剂进入ROI 之前，将一帧或多帧图像作为蒙片储存起来，并与含有比
20、照剂的造影像一一相减。时间减影又可分为常规方式、脉冲方式、超脉冲方式等。2023/4/16482能量减影 能量减影也称为双能减影dual-energy subtraction、K-缘减影。进展某ROI 血管造影时，几乎同时用两个不同的管电压获得两帧图像对其相减，由于两帧图像是由两种不同的能量摄制的，故称之为能量减影。3混合减影 混合减影是基于时间与能量两种减影方式相结合的减影方法。其根本原理是，在注入比照剂前后各使用一次能量减影，获得的注入比照剂前后能量减影像各一帧，对这两帧能量减影图像再减影一次，即得到混合减影图像。值得注意的是，经过两次减影，信号有所减少，噪声有所增大。SNR 大幅度地减少
21、。补救方法有，加大曝光量和使用滤过。2023/4/1649三、影响DSA 图像质量的因素影响DSA 图像质量的主要因素有噪声与运动伪影。1噪声 DSA 图像的噪声主要包括X 线穿过被检体时的散射噪声、摄影机的噪声、A/D 转换噪声等。其中散射噪声是最主要的噪声之一，取决于被检体厚度，被检体越厚，散射越多，噪声越大。2运动伪影 是在摄片过程中由于被检者的运动而产生的伪影。DSA 系统均有消除运动伪影的功能，以便于实现最正确匹配。但是假如运动伪影过大，那么可能使两帧图像无法匹配。运动伪影可以由受检者运动所造成，也可以由成像系统不稳定所致。此外，比照剂浓度、摄片的时间、受检者的部位、心脏的跳动、腹部的蠕动及受检者的精神状态也是影响DSA 成像质量的重要因素。2023/4/1650课堂小结CR成像的四象限理论数字图像后处理图像后处理与模拟X线成像理论的对照数字化FPD的原理DSA的原理DR新技术2023/4/1651