数字Ｘ线成像设备综述

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数字ｘ线成像设备综述
尽管数字化的医疗设备不断出现，传统的x线摄影还是常规检查的主流方式，目前70％以上的诊断用ｘ线影像仍是采用增感屏／胶片方式摄取的，不能进入PACS。因此，使常规x线影像数字化或记录在胶片上的信息数字化，对实现医院信息化建设具有十分重要的意义。
一、数字x线成像设备的发展
数字x线成像设备是指把x线透射影像数字化并进行图像处理后，再变换成模拟图像显示的一种x线设备。根据成像原理的不同，这类设备可分为计算机x线摄影(computed  radiography,cr)、数字荧光x线摄影（digital  fluorography,  df）和数字x线摄影（digital  radiography,dr)等系统。
cr是用存储屏记录x线影像，通过激光扫描使存储信号转换成光信号，再用光电倍增管转换成电信号，然后经a/d转换后，输入计算机处理，成为高质量的数字图像。df是x线被影像增强器接收后，经x线电视系统转换为模拟视频信号，再用a/d转换器变换为数字图像信号。dr可分为直接数字x线摄影(directdr,ddr)和间接数字x线（indirectdr,idr)。ddr是指采用x线探测器直接将x线影像转化为数字图像的方法；dr是指由i.i-tv或胶片先获得模拟的x线影像，再转换成数字图像的方法，前者的成像原理与df相同，后者是利用数字化扫描仪把胶片上记录的模拟信息数字化。
根据x线束的形状又可分为锥形、扇形和笔形束等成像法。cr和df属于锥形成像。ddr由于探测器的种类有一维和二维探测器，成像方式各异；一维探测器采用扇形平面或笔形x线束进行扫描投影，二维探测器则采用锥形照射。如图5-1所示。








图5-1  x线束形状和成像方式

自从1972年x线ct问世后，医学影像领域出现了数字化浪潮，但传统x线影像的数字化最晚。1979年出现飞点扫描的dr系统，1980年在北美放射学会(rsna）的产品展览会上dr和df的展品引起了全世界的关注，从此，以dsa系统为代表的df得到了高速发展，1982年又研制出cr系统。20世纪80年代中期，各国厂商竞相开发dr和cr；20世纪90年代又大力研制直接dr的探测器，推出了一些实用的ddr设备。
数字x线成像与传统的增感屏-胶片成像相比，有许多优点：
1.对比度分辨率高对低对比度的物体具有良好的检测能力，动态范围可达104，量化深度可达16bit；而屏-胶系统成像的动态范围约102，量化深度约6bit。
2.辐射剂量小拍摄胸片时约需7.7×10-7～12.9×10-7c/kg(3～5mr)的辐射量，比常规方式降低了30%～70%。这是因为数字成像系统对x线能量的利用率高，其量子检出效率(detective  quantum efficiency,dqe)可达60%以上。
3.成像质量高能用计算机进行图像后处理，更精细地观察感兴趣的细节。一些具有广阔应用前景的新技术（如三维、双能量等x线成像技术）都是以数字成像技术为前提的。
4.可利用大容量的光盘存储数字图像，消除用胶片记录x线影像带来的种种不便，并能进入pacs，实施联网，更高效、低耗、省时间、省空间地实现图像的储存、传输和诊断。
虽然数字x线成像的空间分辨率不如胶片，约为2～4lp/mm，但散射光使胶片的感光范围发散，导致锐利度（与空间分辨率有关）下降。数字x线成像使用的探测器采取特殊技术减少了漫射，大幅度地克服了失锐，其对比度分辨率高，所以，在实际应用中可满足绝大多数的诊断需要。
综上所述，数字x线成像设备的发展对远程放射学系统的发展具有决定性的影响，这些设备在21世纪将成为大中型医院放射科的主导设备，因此具有广阔的发展前景。
二、影像信号的数字化
传统x线摄影的影像具有从白色到黑色这样一个连续的灰阶范围，它是x线透过人体内部器官的投影，像素的亮度也是连续变化，可取亮度最大和最小值之间的任意值。这种亮度或灰度可连续变化的影像是模拟影像，不能直接进行计算机处理。
（一）数字图像
在crt上显示的图像信号都是模拟信号，信号的幅值随时间作连续变化。按一定的时间间隔读取模拟信号瞬时的幅值，称为把信号离散化或采样。把离散信号的时间变量和幅值都用若干位二进制数来表示，称为信号的量化。把模拟信号离散化和量化就实现了信号的数字化。数字信号具有抗干扰性强，且能计算机处理等优点。
数字图像显示为二维点阵或矩阵，一幅图像中包含的每个点或矩阵中的小单元叫像素，是构成数字图像的最小元素。像素的数目等于矩阵的行数和列数的乘积。x线图像的矩阵一般是正方矩阵，即行数和列数相等，常用的矩阵有256×256、512×512、1024×1024。
（二）数据采集系统的主要部件
a/d转换器是实现x线图像数字化的关键部件，它把模拟图像信号分解成彼此分离的信息，把图像的连续灰度分离为不连续的灰阶，并赋予每个灰阶相应的二进制数字。a/d转换器的位数越多，数字化的精度相应地也就越高，8位a/d有256级灰阶，10位a/d有1024级灰阶。
数字图像信号只有经过d/a转换器变换成模拟图像信号后才能在监视器上显示，d/a转换器把以数字表示的像素灰阶转换为视频信号电平，形成不同亮度的像素。
数字图像的空间分辨率取决于像素的尺寸与a/d转换器的采样时<