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第十章 CR 和 DR 成像理论第一节 CR计算机 X 线摄影（简称 CR），是光激励存储荧光体（Photostimulable Storage Phosphor，PSP）成像CR 利用 IP 取代传统的屏/片体系，进行病人影像的高敏感性记录尽管看上去与传统的增感屏很相似，但其功能有很大的差异，它在光激励荧光体中记录 X 线影像，并使其影像信息以电信号方式提取出来，是实现常规 X 线摄影数字化的最早成像技术一、成像原理（一）工作流程1、信息采集（acquisition of information） 传统的 X 线摄影都是以 X 线胶片为探测器，接受一次性曝光后，经冲洗形成影像，但所获得的影像始终是一种模拟影像CR 系统实现了用成像板来接受 X 线的模拟信息，然后经过模/数转换来实现影像的数字化对 IP 的曝光过程就是信息采集2、信息转换（transformation of information） 是指存储在 IP 上的模拟信息转化为数字信息的过程CR 的信息转换部分主要由激光阅读仪、光电倍增管和模/数转换器组成IP 在 X 线下受到第一次激发时储存连续的模拟信息，在激光阅读仪中进行激光扫描时受到第二次激发，而产生荧光（荧光的强弱与第一次激发时的能量精确地成比例，呈线性正相关），该荧光经高效光导器采集和导向，进入光电倍增管转换为相应强弱的电信号，然后进行增幅放大、模数转换成为数字信号。

3、信息处理（processing of information） 是指使用不同的相关技术根据诊断的需要对影像实施的处理，从而达到影像质量的最优化CR 的常用处理技术包括有谐调处理技术、空间频率处理技术和减影处理技术4、信息的存储与输出（archving and output of information） 在 CR 系统中，IP 被扫描后所获得的信息可以同时进行存储和打印影像信息一般被存储在光盘中，随刻录随读取一张存储量为 2G 的光盘（有 A、B 两面），在压缩比为 1:20的前提下，若每幅影像平均所占据的存储空间是 4M，那么，每张盘可以存图像 5000幅而且能够长久的作为网络资源保存，以供检索和查询为医学诊断提供帮助二）成像原理在 CR 成像系统中，成像板（IP）作为一种辐射接收部件替代了常规 X 线摄影用的胶片，成为影像记录的载体成像板上涂有一层“光激励荧光体（PSP）”，选用的材料必须具有“光激励发光（PSL）”的特性许多化合物具有这种特性，但适宜 X 线摄影所需要特性的却为数不多最接近 X 线摄影要求的化合物是“碱土卤化物”，如 BaFBr:Eu2+，BaF(BrI):Eu2+，BaSrFBr:Eu 2+。

微量的 Eu2+混杂物加在光激励荧光体中，以改变它的结构和物理特性微量的混杂物，也叫作活化剂，替代了晶体中的碱土，形成了发光中心曝光后的成像板，由于吸收 X 线而发生电离，在光激励荧光体的晶体中产生电子/空穴对（陷阱）一个电子/空穴对将一个 Eu2+跃迁到激发态 Eu3+，以俘获电子的形式存储的能量形成潜影，也就是说，光激励荧光体的晶体结构“陷阱” 中存储的是吸收的X 线能量，所以有时称作“存储”荧光体当 Eu3+在适当波长的附加可见光能量的激励下，再返回到基态 Eu2+时，会将俘获的能量以可见光的方式被释放出来曝光后的成像板在读取仪内，经过用低能量高度聚焦和放大的红色激光扫描，一种较高能量低强度的蓝色光激励发光（PSL）信号被释放出，它的强度与接受器中吸收的 X 线光子的数量呈正比蓝色的光激励发光（PSL）信号从红色激光中分离，导入一个或多个光电倍增管最常用的激光是 HeNe（λ=633nm ）激光和“二极管”（λ=680nm）激光，光激励发光的波长为 390nm-490nm 范围，恰好与光电倍增管（PMT）光电阴极探测敏感度的波长（400nm）相匹配光电倍增管将接收到的光信号转换成电压，电压经过增幅，输入模/数转换器转换成数字，通过釆样和量化，以数字影像矩阵的方式存储。

对采集到的原始数据影像分析，确定有用影像的相关区域，按照用户选择的解剖部位程序将物体对比度转换成模仿模拟胶片的灰阶影像最后，重建出影像在监视器上显示或通过打印机打印出照片影像影像读取过程完成后，IP 的影像数据可通过施加强光照射来消除，这就使得 IP可重复使用三）相关概念解释1.扫描方向 又称激光扫描方向或称快速扫描方向，指的是沿激光束偏转路径的方向2.慢扫描方向 又称屏扫描方向或称副扫描方向，指的是成像板传送方向IP 的传送速度根据不同的 IP 尺寸来选择，使扫描和副扫描方向上的有效采样尺寸相同3.激励发光信号的衰减 当激励光停止后，光激励发光的信号即刻由强变弱直至消失，此过程称之为衰减各种荧光物质的荧光衰减时间长短，用衰减时间常数表示成像板中氟溴化钡铕（BaFBr:Eu 2+）晶体的光激励发光信号的衰减时间常数约为0.8ms这是一个限制读出时间的主要因素，它制约了激光束横越荧光体板的扫描速度4.模数转换速率 指模/数转换器在单位时间内将输入的模拟信号转换成数字信号的频率在 CR 系统读取中，模数转换器转换光电倍增管（PMT）信号的速率远大于激光的快速扫描速率，是快速扫描速度的 2000 倍，约与扫描方向的像素数相对应。

5.自发荧光消退 曝光后的成像板中已形成潜影，既便成像板未被读取，仍在暗盒内存放着，随着时间的推移，俘获的信号会呈指数规律逐渐消退，这种现象称为自发荧光消退一次曝光后，典型的成像板会在 10 分钟到 8 小时之间损失 25%的存储信号，这个时间段之后逐渐变慢信号的消退在读取时表现出曝光的不足，故要求我们在工作中对曝光后的成像板及时读取，以消除自发荧光消退的影响二、四象限理论计算机Ｘ线摄影系统应用数字成像处理技术把从 IP 上阅读到的Ｘ线影像数据变换为能进行诊断的数字图像，这些数据能够在 CRT 上显示，也可以通过胶片进行记录当Ｘ线采集条件在不理想的情况下，导致过度曝光或曝光不足，但 CR 系统能把它们变成具有理想密度和对比度的影像，实现这种功能的装置就是曝光数据识别器(Exposure Data Recognizer EDR)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来很好地控制图像的质量一)EDR 的基本原理EDR 是利用在每种成像采集菜单(成像部位和摄影技术)中Ｘ线影像的密度和对比度具有自己独特的性质来运作的，EDR 数据来自于 IP 和成像菜单，在成像分割模式和曝光野的范围被识别后，就得出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，直方图都有不同的类型相对应由于这种特性，运用有效的成像数据的最大值 S1 和最小值 S2 的探测来决定阅读条件，从而获得与原图像一致的密度和对比度阅读条件由两个参数来决定，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调整以后，将得到有利于处理和贮存的理想成像数据EDR 的功能和 CR 系统工作原理将归纳为四个象限来进行描述，如图 11-1-1 所示图 10-1 四象限理论示意图（一）第一象限涉及 IP 的固有特征，即 X 线的辐射剂量与激光束激发 IP 的光激励发光（PSL）强度之间的关系二者之间的关系在大于 1:104的范围是线性的该线性关系使 CR 系统具有高敏感性和宽动态范围二）第二象限涉及输入到影像阅读装置（image reader，IRD）的光激励发光强度（信号）与通过 EDR 决定的阅读条件所获得的数字输出信号之间的关系IRD 有一个自动设定每幅影像敏感性范围的机制，根据记录在 IP 上的成像信息（X 线剂量和动态范围）来决定影像的阅读条件图 11-1-1 中所示，例 1 的读出条件由 A 线指示，使用了较高的X 线剂量和较窄的动态范围；例 2 的读出条件由 B 线指示，使用了较低的 X 线剂量和较宽的动态范围。

由于在第一象限中 IP 性质的特性化和在第二象限的自动设定机制，成像与显示的特征是分别独立控制的读出的影像信息被馈送到第三象限的影像处理装置中三）第三象限涉及影像处理装置（image Processor,IPC）显示出适用于诊断的影像也就是说，显示的特征是可以独立控制的，可根据诊断要求施行谐调处理、空间频率处理和减影处理等，使影像能够达到最佳的显示四）第四象限涉及影像记录装置（image recorder,IRC）馈入 IRC 的影像信号重新被转换为光学信号以获得 X 线照片IRC 对 CR 系统使用的胶片特性曲线自动实施补偿，以使相对于曝光曲线的影像密度是线性的这样，第四象限决定了 CR 系统中输出的 X 线照片的特性曲线和常规 X 线照片的特性曲线不同CR 系统的特性曲线是依据 X 线剂量和成像范围自动改变的上述四象限理论中，第一象限涉及 IP 的固在特征，在系统运行中是不能调节的第二至四象限则在系统运行中可充分调节，实施影像处理功能2009 年“全国卫生专业技术资格考试指导”“放射医学技术“（33）中级《专业知识》（3）第十章 CR 和 DR 成像理论三、曝光指示器在 CR 的应用中,正确理解各种物理量的定义及物理意义,合理选择各种参数,是 CR质量控制的重要内容，曝光指示器是 CR 的选择参数之一。

PSP 系统可以在曝光不足或过度时都能提供适当的光学密度或影像灰阶输出值，这归功于大宽容度响应和将信号定标在预设输出范围的算法运用不适当技术时潜在的问题因此可能被掩盖在成像板上具有平均入射照射量指示值来验证摄影技术是否正确，这一点十分重要每一 PSP 生产商都有一种特定的方法来提供这种信息对于 Fuji 来说，采用反比于入射照射量的感度值（Sensitivity number）Kodak 提供曝光指数（Exposure Index），直接正比于照射量的对数值Agfa 提供的指示值叫做 lgM，它的值也与照射量的对数值呈正比Konica 提供的曝光指数称 REX（相对照射量）这些（或其他）相对曝光指示值主要依赖探测器上吸收的能量以及在处理过程中 PSL释放的强度，因此，能量积存和荧光体衰减都对曝光指数产生影响照射野分割和直方图分析同样影响曝光指示值同时，不恰当的使用处理算法也会使曝光指示产生变化对于所有的数字系统而言，在对被照体成像时，IP 上的照射量在整幅影像中都有所不同使用任何单一的数值来表达照射量是不可能的，即使是一个校准过的绝对曝光度量标准事实上，所有的曝光指示器都是反映 IP 板上一些特定区域的统计特征（比如均值或中位数）。

因此，我们要认识到，曝光指数只是探测器上照射量的估计值，而不是一个绝对值另外，曝光指示值随 kVp（峰值电压）的变化和 IP 的不同衰减/吸收对线束滤过作用的不同而不同熟悉和掌握由生产商提供的具体使用方法有助于进一步了解曝光指示的数值，并能够将这些值与探测器感度更好的结合，确定出最佳的校准方法1、Fuji 系统Fuji PSP 系统使用感度值来实现对入射照射量的评估，此照射量穿过被照体后到达成像板标准分辨率（standard resolution）的成像板在常规的处理条件下，在无滤过 80kVp 线束下通过以下公式得出系统的感度值：成像板上较低（高）的入射照射量会产生较低（高）的 PSL 信号（取决于直方图分析）这种情况下，需要增加（降低）信号的放大率来获得数字化的最优化信号范围根据曝光直方图的形状，放大的量值间接地由系统感度值来表达计算机算法根据不同的解剖特征描绘出不同的直方图形状，确定最大值、最小值和中位值按照上面所述对信号的放大进行调整，将中位值映射为输出范围的中点Fuji 系统常采用的两种算法包括自动模式和半自动模式自动模式是将整个图像的区域用于图像分割和直方图评估，而半自动模式则是对特定的图像区域（例如中央的 1。