【技考07】专业知识-数字X线摄影成像原理与乳腺摄影

数字X线摄影成像原理

CR成像原理

    1.工作流程：①信息采集 成像板IP板②信息转换 指的是将存储在IP板上的模拟信息转化为数字信息的过程。主要由激光阅读仪、光电倍增管和模数转换器组成③信息处理 CR常用处理技术包括谐调处理技术、空间频率处理技术和减影处理技术④信息存储与输出。

    2.成像原理：IP板代替了常规X线摄影的胶片，成为影像记录的载体。曝光后IP板中的光激励荧光体PSP由于吸收X线发生电离形成潜影，放入读取装置后，经低能量高度聚焦的红色激光扫描，一种较高能量、低强度的蓝色光激励发光PSL信号被释放导入光电倍增管，光电倍增管将接受的光信号转为电信号，并经模数转换器转换成数字，通过采样和量化，以数字影像矩阵方式存储。

最常用的激光是氦氖激光（波长633nm）和二极管激光（波长680nm）。

3.相关概念

    ①扫描方向 又称激光扫描方向或快速扫描方向，指的是激光束偏转路径的方向②慢扫描方向 又称屏扫描方向或幅扫描方向，指的是IP板的传送方向③激励发光信号的衰减 激励发光信号衰减时间常数约0.8ms，这是限制读出时间的主要因素，也制约了激光束横越荧光体板的扫描速度④模数转换速率 在CR系统读取中，模数转换器转换光电倍增管信号的速率远大于激光的快速扫描速率⑤自发荧光消退 曝光后IP板中形成的潜影即便未读取，信号也会呈指数规律逐渐消退，称自发荧光消退。曝光后10分钟到8小时内会损失25%存储信号，此后衰减变慢。

4.四象限理论

    ①CR系统通过曝光数据识别器EDR可对一定范围内的曝光过度或不足进行调节。

    ②高野正雄将CR系统影像处理的运行原理归纳为四象限理论，EDR的功能和CR系统工作原理可以用四象限理论进行描述。

    第一象限：IP的固有特征，即X线辐射剂量与激光束激发IP的光激励发光PSL强度之间的关系，两者在1:10⁴范围是线性的，该线性关系使CR具有高敏感性和宽动态范围。

    第二象限：影像阅读装置IRD的光激励发光信号与数字输出信号之间的关系

    第三象限：影像处理装置IPC显示出影像

    第四象限：影像记录装置IRC 第四象限决定了CR系统中输出的X线照片的线性曲线和常规X线照片的特性曲线不同。

    上述四象限，第一象限不可调节，其余可调。

5.曝光指示器

    曝光指数只是IP上照射量的估算值，而不是绝对值。曝光指示值不仅受kV影响，也受IP对X线衰减与吸收程度不同的影响。

    ①Fuji系统使用感度值来实现对入射照射量的评估，分自动模式、半自动模式和固定感度模式②Kodak系统使用的曝光指数与IP板上平均入射照射量的指数值成正比    ③AGFA系统使用IgM的曝光指示值④Konica系统通过公式计算。

生产商通常是以在IP板上产生1mR的照射量为基础目标照射量。

所有CR系统曝光指数的稳定性主要依赖于kV和滤过。

DR成像原理

    1.1986年布鲁塞尔第15届国际放射学术会议上首次提出了数字化X线摄影DR的物理学概念。

    2.直接转换式平板探测器

    一是直接转换，即使用非晶硒光导半导材料，非晶硒俘获X线光子后，直接将接受的X线光子转换为电信号；二是平板，即探测器单元阵列采用薄膜晶体管TFT技术，外形类似平板状。而多丝正比电离室探测器虽属直接探测器，但不属于平板探测器。

    3.间接转换式平板探测器

    间接转换型指的是在将X线影像信息转换为电子信号过程中，中间需要经过光电转换之后再转为电信号。属于此类的有：非晶硅平板探测器和闪烁体+CCD阵列探测器，而后者因外形非平板状，不属于平板探测器。

    成像原理：在探测器顶层的碘化铯CsI闪烁晶体接受X线照射后，将入射的X线光子转换为可见光，再激发非晶硅二极管阵列，转换为电信号。

    4.非晶硒平板探测器评价：①非晶硒FPD最大优点是直接转换，无中间环节，因此避免了信号的丢失和噪声的增加，提高空间分辨力②非晶硒光导材料MTF和DQE高，空间分辨率可达3-6LP/mm，动态范围可达10⁴-10⁵，层次丰富，质量好③非晶硒吸收效率高，1:10⁴范围是线性的，曝光宽容度大④非晶硒FPD环境要求高，需要较高的偏置电压，刷新速度慢，动态摄影受限⑤大面积TFT生产工艺复杂。

    5.非晶硅FPD评价：①与非晶硒FPD临床应用基本相同②与非晶硒FPD相比，一定程度上降低了线感度和空间分辨率③非晶硅抗辐射能力强，是理想的探测器材料，且在获取高质量动态影像方面具有优势。

DR设备使用最多的是非晶硒和非晶硅FPD。

    6.数字合成体层成像原理

    基本概念：

    ①曝光角 指的是体层摄影X线曝光过程中，中心线以转动支点为顶点形成的夹角，或曝光期间连杆摆过的角度。

    ②体层厚度 体层摄影照片上最后成像的是指定层附近一薄层组织的X线像，该薄层组织的厚度称为体层厚度。指定层外一定距离的组织，其被抹除的程度与曝光角有关。

    数字合成体层成像的临床应用特点：

    ①一次体层运动可回顾性重建任意多层面的体层图像②可行重力负荷下立位体层摄影③不产生金属伪影④辐射剂量相对小⑤显示器上可进行多层面连续观察。

乳腺摄影成像原理

模拟乳腺摄影原理

    1.随管电压的降低，物质对X线的吸收变为康普顿吸收逐渐减少，光电吸收增加。光电吸收中，光电吸收系数与原子序数Z的4次方成正比。

    ①人体组织的物理特性（厚度和密度）和化学特性（Z）是形成照片对比度的基础②射线对比度的大小取决于系吸收系数μ之差③低管电压，对比增强；高管电压，对比降低④X线波长在0.062-0.093nm范围时，脂肪与肌肉对比度最大。

    2.乳腺摄影原理：乳腺摄影使用钼靶X线机，管电压20-40kV。当管电压在35kV时，钼能产生K系特征辐射即标识辐射，波长为0.063nm，此时脂肪与肌肉对比度最大。

    K系特征辐射是钼靶产生全部辐射的最强部分，范围较窄，波长恒定，单色性强。

    为保证乳腺摄影的成像质量，还应注意：

    ①焦点0.5mm以下②暗盒采用吸收系数小的材料制成③增感屏荧光体可吸收软射线，颗粒细，且为单面后屏④选用单乳剂、γ值大的专用乳腺胶片⑤窗口滤过0.03钼/0.025铑⑥滤线栅选用80LP/cm超密纹栅或高穿透单元滤线栅HTC⑦加压技术。

    数字乳腺摄影

    乳腺DR设备常用非晶硒、非晶硅FPD，应用过程中需要注意：

    ①DR乳腺摄影可用较低X线剂量产生较好的图像质量，尤其是致密型乳腺，双靶X线管就基于此目的②乳腺钙化灶可小至100-200um，平板探测器的像素尺寸范围应在50-100um③乳腺图像可分辨3100个灰度水平，系统应提供14bit动态范围④自动曝光控制AEC⑤直接转换的DQE较间接转换高。