【平时工作多接触多观察】第七章第2节：CR与DR设备

第七章 医学影像设备

第二节 CR与DR设备 

历年考点串讲

常考的细节有

1.普通型CR专用型CR的各种特点。

2. CR设备的组件。

3. 影像阅读器工作流程。

4. CR的特点及缺点。

5. DR探测器分类。

6. DR的成像方式。

7. DR设备的基本构成。

8. DR探测器的结构。

9. DR非晶硒平板探测器与非晶硅平板探测器不同点。

10. DR优势和特点。

—、CR设备基本构造及其特性

（一）CR的分类

按使用与结构的不同分为普通型（暗盒式）与专用型（无暗盒式）两大类。

1.普通型CR

分为柜式与台式阅读器两大类。

柜式阅读器又可分为单槽（或单通道）和多槽（或多通道）。单槽阅读器只有一个进出口通道，即一个槽口，一次插入一个影像板（IP），读取图像后从原槽口退出，才能插入下一个IP板进行读取。而多槽阅读器可同时插入多块IP板，系统自动逐个读取IP板。台式阅读器为桌面式简易阅读器，只有一个槽口。

2.专用型CR

（一体化CR）一般采用IP板与摄影床或摄影架进行一体化设计，形成固定组合，所以分为卧式CR和立式CR。IP板固定在暗盒槽内，随设备一起移动。IP板接受曝光后，自动读取图像，传向图像工作站，省去暗盒取放暗盒槽、插入阅读器动作，效率提高，适合专科或大型医院，可单一应对大批量同类型检查，如体检胸部照片检查。

（二）CR设备结构

CR为X线机与计算机数字图像处理系统的集合，组件主要包括4个相对独立的单元，即X线发生单元（普通X线机）、X线采集单元（影像记录板）、图像读出单元（影像阅读器）、信息/图像处理单元（图像工作站）。

影像记录板（IP）

是CR成像系统的关键元件，作为记录人体影像信息、实现模拟信息转化为数字信息的载体，代替了传统的屏-片系统。它适用于固定式X线机和移动式床边X线机，可用于普通的X线摄影和造影检查，具有很大的灵活性和多用性。

IP从外观上看就像一块单面增感屏，它由表面保护层、光激励荧光物质层、基板层和背面保护层组成。

影像板根据可否弯曲分为刚性板和柔性板两种类型。

柔性板使用弹性荧光涂层，影像板也变得轻巧柔软，可随意弯曲。柔性影像板简化了影像板扫描仪的传输系统，结构简单，扫描速度较快，设备体积较小。

刚性板不能弯曲，阅读仪的传输结构和工作原理不同于前者，损坏概率小，寿命长，影像板引起的伪影少。

IP的规格尺寸与常规胶片一致，一般有35cm×43cm（14英寸×17英寸）、35cm×35cm（14英寸×14英寸）、25cm×30cm（10英寸×12英寸）和20cm×25cm（8英寸×10英寸）四种规格。根据不同种类的摄影技术，IP可分为标准型（ST）、高分辨型（HR）、减影型及多层体层摄影型。

1.影像阅读器

CR激光阅读器使用逐点取读技术，激光束按照一定的模式扫描整个荧光屏表面，测量屏上每一点的发射光并将其转换为电子信号，通过采样和量化成数字图像。

CR阅读器装置分为暗盒型和无暗盒型两种。

探测器型阅读装置的CR需要探测器作为载体装载IP，经历曝光和激光扫描的过程，系统所用的X线机与传统的X线机兼容，不需要单独配置。无探测型CR系统的IP曝光和阅读装置组合为一体，图像向工作站传输的整个过程都是自动完成，需要配置单独的X线发生装置。 

临床使用的大多数CR系统是探测器型阅读装置，工作流程也与传统屏-片系统基本相同，经过X线曝光后的探测器插入CR系统的读出装置，IP被自动取出，由激光束扫描，读出潜影信息，然后经过强光照射消除IP上的潜影，又自动送回到探测器中，供摄影反复使用。

3.信息/图像处理单元

信息/影像处理工作站是一个数字处理终端，具有获取病人信息、显示图像、处理图像、发送图像、存储图像、胶片打印、质量控制等功能。

图像处理是影像处理工作站的核心功能，计算机配置有专业的数字重建板，负责处理从IP板传递过来的数字信息，经重新计算和排列，形成X线摄影数字图像，可行放大、裁切、空间频率、减影等操作处理。

(三)CR优势与CR特性

1.CR的优势

1.X线的曝光量比常规X线摄影有一定程度的降低。

2.IP替代胶片可重复使用，且IP潜影存储时间比较长(高达8小时)，对野外与床旁X线摄影更为有利。

3.可与原有的X线摄影设备匹配使用，实现普通X线摄影数字化，其成本低，便于普及和推广应用。

4.取消暗室，实现全明室化操作，彻底改善了工作人员的工作环境。

5.具有多种后处理技术，如谐调处理、空间频率处理、时间减影、体层伪影抑制、动态范围控制等。

6.具有多种后处理功能，如测量(大小、面积、密度)、局部放大、对比度转换、对比度反转、影像边缘增强及减影等。

7.显示的信息易被诊断医生阅读、理解，图像质量更加满足诊断要求。

8.数字化存储，可进入网络系统，节省部分甚至全部胶片，也可节约保存图像胶片库占有的空间及经费。

9.实现数据库管理，有利于查询、统计和比较，实现图像资料共享。

2.CR的特点

(1)灵敏度较高：即使是采集较弱的信号，也不会被噪声所掩盖，能获得较好的图像。

(2)具有很高的线性度：在CR系统中，在1：10-4，的范围内具有良好的线性，其线性度＜1%。

(3)动态范围大：系统能够同时检测到极强和极弱的信号。它的另一特点是能把一定强度的，图像信号分得更细，使图像显示出更丰富的层次。

(4)识别性能优越：CR系统装有曝光数据识别技术和直方图分析，能更加准确地扫描出图像信息，显示出高质量图像。

(5)CR系统曝光宽容度较大：CR系统可在成像板获取的信息基础上自动调节光激励发光的量及放大增益。在一定的范围内，可对摄影的物体以任何X线曝光剂量获取稳定的、最适宜的图像密度及高质量的图像。这样可以最大限度地减少患者重拍率。

(6)CR系统的缺陷

主要有两点，其一是操作程序烦琐，比传统屏/片系统步骤还要多，技术人员工作量大；其二是时间分辨率低，不能实现动态X线摄影。

二、DR设备基本构造及其特性

(―)DR的分类

按X线曝光方式分类，DR系统按曝光方式分为面成像技术和线扫描成像技术，这两种技术的主要差别是在探测器采集方式上的不相同。

（1）面曝光成像方式：

面成像技术的主要特点是探测器的设计采用大面积的面阵探测器，也称为平板探测器（FPD）；面成像技术的另一特点是在X线曝光的瞬间，一次性的同时采集到被检人体区域信息。

目前，这种方式包含非晶硅、非晶硒等平板探测器、CCD探测器三种成像板。

（2）线曝光成像方式：

线扫描成像技术采用线阵成像的方法。X线曝光时，X线照射野呈扇形方式垂直于人体，并沿人体长轴方向，以匀速扫描方式通过人体检查区域。线阵探测器与X线管同步移动，透过人体的X线按照时间顺序连续不断地被线阵探测器采集，然后经过数字转换和处理，传送到计算机进行数据重建，形成数字化X线图像。

目前，使用线曝光方式的探测器主要有多丝正比电离室气体探测器、闪烁晶体/光电二极管线阵探测器和固态半导体/CMOS线阵探测器。

按能量转换方式分类：

DR最常用的分类方法依照X线探测器能量转换方式进行分类，主要有直接转换方式和间接转换方式两种。

（1）直接转换方式：直接数字X线摄影是光导半导体材料采集到X线光子后，直接将X线强度分布转换为可测量的电信号。目前常用的光导半导体材料为非晶硒，碘化铅，碘化汞，碲砷镉，溴化铊，碲化镉和碲锌镉。目前已使用的主要为非晶硒平板探测器和碲化镉和碲锌镉线阵探测器。

（2）间接转换方式：间接数字X线摄影先由某种闪烁发光晶体物质吸收X线光子能量后以可见荧光的形式将能量释放出来，经空间电路传递，由光电二极管采集。转换后获得可测量的电信号。其发光晶体物质主要有碘化铯和氧化钆。已经用在X线探测器上的主要有非晶硅平板探测器，电荷耦合器件探测器，互补型金属氧化物半导体探测器等。

（二）DR设备的基本构成

DR设备是一种高度集成化的成像设备。组件主要包括5个相对独立的单元，即X线发生单元、X线采集单元、摄影架/床单元、信息图像处理单元。

1.X线发生单元

是传统X线机的延续，由于X线探测器提高了X线利用率，DR所采用的X线发生器的功率可适当降低。

2.X线采集单元

X线探测器是数字化X线机的核心部件。在目前临床使用的DR设备中，不同类型的X线探测器采用不同的工作原理，负责完成X线信息采集，能量转换、量化，信息传输等成像过程。

（1）非晶硅型X线探测器：非晶硅平板探测器有两种基本类型，一种是以碘化铯晶体材料作为X线转换介质，另一种是以硫氧化钆作为X线能量转换介质。

探测器由X线接收器、命令处理器和外接电源组成。

探测器的结构从上到下有6层。

1）保护层：以铝板或碳板为上层面板，起到固定和保护的作用。

2）反射层：是一层白色的反光膜，作用是保证可见光在晶体内形成全反射，以减少光能损失，提高X线利用率。

3）闪烁晶体层：CsI闪烁体层的厚度为400～500/μm，其输出开口界面紧密地覆盖在微电极板表面。CsI闪烁体层的作用是吸收X线并将X线能量转换为荧光。

4）探测元阵列层：根据使用需要，制作成不同面积的非晶硅光电二极管像素矩阵，矩阵上的每个光电二极管与TFT原件作为一个像素单元。探测元阵列的作用是捕获可见荧光并转换为电信号。

5）信号处理电路层：采集信号读出电路由放大器、多路A/D转换器和相应控制电路等组成。信号处理电路读出每个像素产生的电信号，并量化为数字信号，传送到计算机进行处理。

6）支撑层：玻璃板基板为支撑层，起支撑和保护作用。

（2）非晶硒型X线探测器：

非晶硒平板探测器与非晶硅平板探测器一样也为多层结构，所不同的是非晶硒平板探测器没有荧光转换层。它的X线交互层是由光导半导体材料构成，目前常用的材料有非晶硒（a-Se）、碲锌镉（CdZnTe）、碘化铅（PbI）和碘化汞（HgI），已经商品化的探测器都是釆用非晶硒。

利用光导半导体材料俘获入射的X线光子，直接将接收到的X线转换成电信号，再由二维排列的薄膜晶体管TFT阵列将产生的电信号读出即可获得数字化的X射线影像，这种工作方式最大优点是完全克服了在非直接转换DR探测器中存在有增感屏或闪烁体中的光线散射造成的图像模糊效应，有非常高的空间分辨率。

（3）电荷耦合器件（CCD）型X线探测器：

CCD是一种模拟信号累积型图像传感器，其基本结构是MOS光敏元阵列和读出移位寄存器。釆用CCD器件作为DR探测器，其组件由大面积CsI晶体平板、反射镜面/透镜、定焦镜头、CCD芯片和相应配套的电子线路等构成。目前，CCD型DR主要有多块CCD和单块CCD两种探测器。

3.摄影架/床单元

摄影架依其机械结构类型有岛屿式，天吊（悬吊）式，U形臂式，C形臂式等，每一种类型都赋予了特定的空间运动自由度。

根据临床使用特点和用途，DR摄影架和床通常有多种组合模式：

立柱式X线管组件支架+立柱式；

悬吊式X线管组件支架+立柱式；

悬吊X线管组件支架+可升降浮动平床+立柱式；

组合可旋转U形臂，单悬吊X线管组件支架+可移动支撑立柱+专用可升降浮动平床；

双悬吊支架+专用可升降的浮动平床等。

探测器与摄影架也存在两种组合模式，可为固定式，也可为移动式（有线方式和无线方式）。

4.信息/图像处理单元

是一个数字处理终端，具有获取病人信息、显示图像、处理图像、发送图像、存储图像、胶片打印、质量控制等功能。

（三）DR优势和特点

1.工作流程快

X线曝光后几秒即可显示出数字化X线图像，整个摄影流程在15～20秒内完成，且探测器工作性能稳定，适合大流通量检查。

2.信号损伤少

X线直接转变为电信号，减少了中间环节。且X线曝光时间一般仅为数毫秒，与普通屏/片摄影系统相比，其伪影几乎可以忽略不计。

3.图像失真小

平板探测器覆盖野大（43cm*35cm或43cm*43cm），照射野与信息采集野比为1：1，影像区域没有光学缩微造成的几何失真，影像的空间位置真实。

4.辐射剂量低

平板探测器具有高量子探测效率，需要的摄影条件低，对病人是一种保护。

5.图像动态范围宽

图像具有12bit以上灰阶深度，宽动态范围为各种图像后处理技术奠定了基础，特别是对低剂量的X线的探测能力，对病变的早期诊断有重要的临床意义。

6.可动态观察

高帧速，快速的图像刷新能力使平板探测器可以达到5f/s以上的釆集速率，为图像的动态采集（如平板DSA）提供了保证。

主要不足：

1.对环境条件（温度、湿度）要求较高，容易造成不可逆的损坏，且损坏探测器不容易维修，维护成本高。

2.信号有丢失，探测器填充系数不高，资料显示有10%～40%的原始信息丢失。有的为拼板（不完整的CsI层）板拼接处有信号丢失。

3.高频信号采集能力较差。

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