醫(yī)用X線機數(shù)字與膠片成像原理的對比

1、醫(yī)用X線機數(shù)字與膠片成像原理的對比【摘要】傳統(tǒng)膠片X光機成像過程是基于光化學(xué)理論，數(shù)字X光機則基于光電子學(xué)理論。X光膠片采用鹵化銀為主要的感光材料，因為被攝體的影像是由鹵化銀還原成顆粒狀銀所構(gòu)成。數(shù)字X線成像設(shè)備是指把X線透射圖像數(shù)字化并進行圖像處理后，再變換成模擬圖像顯示的一種X線設(shè)備?！娟P(guān)鍵詞】計算機X線攝影（CR） 數(shù)字X線攝影（DR） 成像原理【正文】一 傳統(tǒng)X光膠片成像原理傳統(tǒng)膠片X光機成像過程是基于光化學(xué)理論，數(shù)字X光機則基于光電子學(xué)理論。X光膠片采用鹵化銀為主要的感光材料，感光乳劑中鹵化銀顆粒大小和顆粒度是最重要的參數(shù)之一。因為被攝體的影像是由鹵化銀還原成顆粒狀銀所構(gòu)成。在感光過

2、程中，鹵化銀顆粒是單個地起作用的，每個顆粒形成潛影的一個顯影單位。在正常曝光范圍內(nèi)，可顯影的顆粒數(shù)目隨著曝光量的增加而增加。感光層中鹵化銀顆粒最小的直徑僅有50nm，大部分顆粒在01-4m之間。鹵化銀顆粒大易感光，鹵化銀顆粒小不易感光。鹵化銀顆粒小的膠片感光度小，反之則大；鹵化銀顆粒越小分辨率和質(zhì)感越好。在X光膠片的制備過程中，故意加入雜質(zhì)并使非常小而均勻的雜質(zhì)顆粒與鹵化銀感光乳劑非常均勻地涂布在膠片上，越均勻膠片質(zhì)量越好，越均勻感光中心分布就越均勻，圖像的分辨率和質(zhì)感越好。鹵化銀的晶體結(jié)構(gòu)為正六方體。這樣的理想結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，沒有光敏性，也就是不會被感光。只有具有缺陷的點陣結(jié)構(gòu)排列才能造成晶體

3、結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，而這些成為感光中心的薄弱環(huán)節(jié)才使鹵化銀晶體具有感光性。膠片感光層曝光時，光量子作用于鹵化銀晶體上，鹵離子首先吸收光量子，釋放出一個自由電子后變成鹵原子，鹵原子組成鹵分子后離開晶體晶格結(jié)構(gòu)被明膠吸收，自由電子則迅速移向感光中心并固定下來。這樣感光中心便成了吸附很多電子的負電場帶電體。晶體內(nèi)的晶格間銀離子在電場作用下被引向電場，銀離子反過來俘獲聚集在感光中心的電子，結(jié)果被還原成銀原子。還原后的金屬銀原子也被固定在該感光中心上，從而使感光中心進一步擴大，擴大了的感光中心又不斷地俘獲光解出來的電子，周而復(fù)始，感光中心不斷長大，達到一定程度就曝光合適，這時的感光中心形成的顯影中心構(gòu)成影像

4、的潛影核，潛影則是由無數(shù)顯影中心構(gòu)成并經(jīng)過后期化學(xué)顯影和定影過程形成我們需要的影像。二. 數(shù)字X線成像原理數(shù)字X線成像設(shè)備是指把X線透射圖像數(shù)字化并進行圖像處理后，再變換成模擬圖像顯示的一種X線設(shè)備。根據(jù)成像原理的不同，這類設(shè)備可分為計算機X線攝影（Computed radiography，CR）系統(tǒng)、數(shù)字減影血管造影（DSA）系統(tǒng)、數(shù)字X線攝影（Digital radiography， DR）系統(tǒng)。CR是用存儲介質(zhì)記錄X線影像，通過激光掃描使存儲信號轉(zhuǎn)換成光信號，再用光電倍增管轉(zhuǎn)換成是信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，輸入計算機處理，成為高質(zhì)量的數(shù)字圖像。DR分直接數(shù)字X線攝影（Direct DR， D

5、DR）和間接數(shù)字X線攝影（Indirect DR， IDR）。DDr指采用一維或二維X線探測器直接將X線轉(zhuǎn)換為電信號再形成數(shù)字信號的方法。一維探測器有多絲正比室、氣體電離室等，采用扇形平面X線來進行掃描投影，再經(jīng)放大合成為二維影像。二維探測器有將X線直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的非晶態(tài)硒平板探測器（Flat panel detector， FPD）；也有先經(jīng)閃爍發(fā)光晶體轉(zhuǎn)換為可見光，再轉(zhuǎn)換為數(shù)字化電信號的非晶態(tài)硅平板探測器。平板探測器暗盒內(nèi)含A/D轉(zhuǎn)換，從外部看，X線經(jīng)探測器暗盒直接輸出數(shù)字信號。另外，用X線電荷耦合器件也能直接把X線轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。IDR指X線影像經(jīng)X線膠片或影像增強器電視（II-TV

6、）成像鏈先獲得X線信息的模擬影像，再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的方法。70年代末開始了數(shù)字X線攝影（DR）的研究，在II-TV系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用A/D轉(zhuǎn)換器使模擬視頻信號數(shù)字化，實現(xiàn)計算機處理。70年代末到80年代中遙DDR采用X線掃描投影成像方法，90年代中期出現(xiàn)了使用FPD的DDR。1997年STERLING，TRIXELL等公司推出了非結(jié)晶硒和非結(jié)晶硅X線探測器。非結(jié)晶硒探測器的原理是用非結(jié)晶硒涂在薄膜晶體管（TFT）陣列上，每個薄膜晶體管的單元尺寸為139*139（um），14*17英寸范圍內(nèi)單元數(shù)是2560*3027。入射的X線光子在硒層中產(chǎn)生電子、空穴對，在外加電場的作用下，電子和空穴向相反的

7、反方向運動，形成電流，電流在薄膜晶體管中積分成為儲存電荷。每一個晶體管的儲存量對應(yīng)于入射光子的能量和數(shù)量，每一個薄膜晶體管就成為一個像素。在每一個像素范圍內(nèi)還制造出一個場效應(yīng)管，它起開關(guān)作用，由控制電路觸發(fā)把像素儲存電荷按順序逐一傳送到外電路。像素信號經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換為14bit數(shù)字信號，而后又這些數(shù)據(jù)建成影像。非晶硅探測器的原理有所不同，它的像素都是由光電二極管和薄膜晶體管組成。光電二極管有非晶態(tài)氫化硅制成，它在可見光照射下產(chǎn)生電流。在光電二極管矩陣上覆蓋著一層閃爍發(fā)光晶體層，X線光子通過閃爍發(fā)光晶體層轉(zhuǎn)換為可見光光子，它激發(fā)光電二極管產(chǎn)生電流，電流在光電二極管自身電容上積分形成儲存電荷，每個像素的儲存電荷量與入射的X線光子能量成正比。在控制電路的作用下，按一定規(guī)律把各個像素的儲存電荷讀出，并形成14bit的數(shù)字信號輸出，由計算機建立圖像。由于探測器的動態(tài)范圍可達1：100000，信號讀出為14bit，而傳統(tǒng)膠片的動態(tài)范圍為1：1000，所以DR的密度分辨率高于傳統(tǒng)膠片。目前GE公司在原來基礎(chǔ)上開發(fā)出了整體的數(shù)字平板，原先的多塊拼接的非晶硅探測器上約有300um寬的盲區(qū)，物體結(jié)構(gòu)如250um*450um的鈣化灶將完全無法顯示。整體的非晶硅數(shù)字平板探測器具有很短的數(shù)據(jù)讀出時間，僅為0125秒，至少快于其他數(shù)字平板10