【考很多】第十一章第2节：激光成像

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第十一章 医学图像打印技术

第二节 激光成像

常考细节：

1．干式激光胶片的特点：

分辨率高（银源粒径很小，只有0.01～0.05μm）、感光度高（有望超过传统银盐照相材料的2～5倍）、加工过程耗能低（只有传统显影方法的20％左右）、形成的图像稳定、含银量低（比传统银盐照相材料低30％～40％）。

2．气体氦氖激光器

具有衰减慢，性能稳定等优点，氨氖激光胶片感色相对光谱高峰在633nm。

红外激光发生器具有电注入、调制速率高、体积小、寿命长、直接调制输出方便、抗震性能好等特点。

红外激光胶片感色相对光谱在730～830nm。

3．最先应用于激光相机的是气体氦氖激光器。

4．干式相机所采用的成像技术主要有三种：

激光热成像技术、直接热敏成像技术、热升华成像技术。

5．干式激光打印机的光源为激光束，激光束的强度可以由调节器调整，调节器受数字信号控制。

6．干银胶片所形成最初的潜影是靠少量的对光线敏感的卤化银，而形成最终影像的大部分银源则是非感光的有机酸银盐。

7．激光打印机完成“幅式打印”依靠的是高精度电机。

激光即为“辐射光子激发发光放大”的缩写词。

1984年世界上第一台使用激光成像技术的医用激光打印机问世，开创了图像精确打印和数字排版的图像打印新时代，是目前医院图像打印的主要设备。

—、激光成像技术

激光成像技术是把各图像的像素灰阶值输入到存储器中，直接控制激光束对各像素单元的曝光，在专用激光成像胶片上成像。

把数字图像经主机排版形成一个图像集合拼版，并以数字矩阵方式排列，矩阵中每个点都以数字的形式送到存储器中，代表原始像素不同的灰度值。

这种灰度值经打印机主控计算程序转换成激光强度值，通过激光调整器调整激光束相应强度，再通过光学系统聚焦逐行投射到胶片上，使胶片上对应点银盐因吸收光而产生潜影。

潜影经冲印或者加热后将原始图像还原成可见影像。

激光打印技术将原始的数字信号直接表达为胶片图像，避免了信号衰减、细节失真等信息损耗现象，克服了光学和荧屏的畸变引入的噪声，以独特的点阵及差值计算和灵活多变的成像尺寸，提供了高质量的医学影像信息，

具有分辨率高（320 ～ 600dpi）、密度大（Dmax3.6）、灰度级多（最多65536级）的优点，是图像打印史上一次质的飞跃。

二、激光胶片

（一）激光胶片的分类及结构

激光胶片按照是否需要冲印分为湿式激光胶片和干式激光胶片。

湿式激光胶片是指必须通过显、定影等暗室处理技术进行冲印方可显像的激光胶片，干式激光胶片则不需要使用暗室技术冲印，感光和显影在一个流程完成。

按照胶片感应的激光类型分为氦氖激光胶片与红外激光胶片。

气体氦氖激光器具有衰减慢，性能稳定等优点，氦氖激光胶片感色相对光谱高峰在633nm（DuPont氦氖激光胶片在350～500nm也敏感）。

红外激光发生器具有电注入、调制速率高、体积小、寿命长、直接调制输出方便、抗震性能好等特点。红外激光胶片感色相对光谱在730～830nm。

1.激光胶片的结构：

激光胶片一般分5层，分别为保护层、乳剂层（也称感光层）、结合层（又称底层）、片基层、防光晕层。

保护层：

胶片表面的特殊透明胶质材料，可以防止胶片划伤和操作污染，避免在输片过程中卡片、贴片和静电产生。

乳剂层（感光成像层）：

是激光胶片的主要组成部分，主要由，溴化银碘化银、激光增光染料和明胶组成。

与传统卤化银胶片比较有如下特点：

单分散卤化银乳剂量呈八面晶型， （乳剂厚度约0.00625毫米，乳剂密度在0.1 ～ 0.2之间）；

调配不同的增感染料，使胶片适应不同的激光光谱；

采用浓缩乳剂、低胶银比和薄层挤压涂布技术，以适应高温快显特点；

乳剂层适量加入了防静电剂、防腐蚀剂、防灰雾剂和坚膜剂等成分。

结合层：

使乳剂层牢固地黏附在片基上的一层黏性很强的胶体，以防感光成像层在加工时脱落。

片基：

激光胶片感光成像层的支持体，选用聚酯片基，有透明（白色）和淡蓝色两种色调之分

防反射层：

在片基的底面涂有一层深色的吸光物质，以吸收产生光渗现象的光线，防止光反射对乳剂的再曝光，提高影像清晰度。

3.激光胶片特点相对湿式胶片，干式胶片有更多特点：

(1)分辨率高：

由于干银胶片形成最终影像的银源粒子的粒径很小，一般只有0.01～0.05μm，这远远＜传统的卤化银感光材料中微晶体的粒径尺寸。

因此，在明显低含银量的情况下，干银胶片仍然具有很高的成像光学密度和影像分辨率。

(2)感光度高：

干银胶片虽然含银量比较低，但是在感光度提高上却具有很大的潜力，有望超过传统银盐照相材料的2～5倍。

(3)加工过程耗能低：

干银胶片在显影加工过程中所消耗的能量较低，一般只有传统的湿式显影方法的20%左右，有利于节省能源。

(4)形成的影像稳定：

在适当的保存条件下，干银胶片的影像制成品，可以完好无损地进行长时间的保存，有利于影像信息的长期保存。

(5)含银量低：

干银胶片只是通过少量的卤化银感光形成潜影，而最终形成的影像则靠的是一些粒径极小的，而遮盖力很高的非感光的银源物质。

干银胶片比传统的银盐照相材料耗银量低，一般低30%～40%。

(6)显影加工过程无污染：

干银胶片在显影加工时，无须使用或者添加任何的化学加工药品，也没有污水和其他有害物质的排放，有利于对环境的保护。

(7)成本低：

干银胶片不仅制造成本低，而且加工成本也低，因此有较高的产品附加值。 

(二)激光胶片的显像原理

1.湿式胶片的成像过程

当胶片被激光扫描后，激光光子进入了胶片的感光层将银离子变成金属银原子而形成潜影。

胶片接受激光扫描后产生的感光效应，是光电吸收产生的光电子造成的。

一个高能量的激光光子，能与胶片敏感层中的银离子作用，可以在多个颗粒的感光中心产生上万个银原子，形成显影中心，即为潜影。

此后，将胶片置于显影液中，因为显影中心呈电中性，显影剂很容易突破其周围的双电层结构，发生快速氧化还原反应，将潜影还原成金属银。

由于金属银具有吸光阻光作用，产生致黑的光学密度，不同大小的密度就构成了可见的影像。

而未曝光区域的银离子因为不是中性结构，显影剂无法进入，基本不发生氧化还原反应，没有金属银出现，也就没有影像出现。

理论上讲，曝光后的胶片中银离子大致分成3种形态存在于敏感层之中：感光充分的金属银颗粒、感光不足的混合金属银颗粒、未感光的银离子，这是成像后显示不同灰阶的关键。

显影处理后的胶片立即转入定影程序，把未经曝光的银离子清离出胶片，否则胶片见光后还会发生反应产生变色，定影处理后还再经过水洗程序，除去残留的显影定影药液，最后经干燥处理，整个影像还原处理过程完成，获得稳定的具有不同灰阶层次图像的胶片。

2.干银胶片的成像过程

干银胶片经曝光，使得感光成像层中的少量的卤化银感光，从而形成潜影，再经过一定温度和一定时间的加热，在感光成像层中由非感光的银源物质形成永久的银影像。

干银胶片的成像过程实际上是一个催化过程，在干银胶片的成像层中少量的卤化银微晶体，仅在较低能量的光照下便可以形成潜影，这一点是和传统的银盐照相材料是相同的。

不同的是干银胶片经过曝光以后，由卤化银形成的潜影中心是被大量的、非感光的有机酸银的极微小的颗粒所包围着，并同与成像层中的还原剂形成催化中心。

该催化中心在加热时会促使非感光的有机酸银与还原剂发生氧化还原反应，生成永久的银影像。

干银胶片所形成的最初的潜影靠的是少量的对光线敏感的卤化银，而形成最终影像的大部分银源则靠的是非感光的有机酸银盐。

(三)胶片的管理

X线胶片的各种性能可因存放的时间及环境而改变，所以应对胶片科学管理。

（1）低温干燥下存放：

末启封的胶片存放处的温度以10～20℃、相对湿度以30%～50%为适宜。高温存储会增加胶片的灰雾度，降低清晰度。已启封的胶片应在短期内用完。

（2）避免各种光线照射：

胶片应避光保存，远离各种放射源，避免感光产生灰雾。

（3）胶片放置：

胶片在运输及储存放置过程中，均应保持竖放，避免摩擦及中压，防止，胶片弯曲，导致人工伪影。

（4）防有害气体：

胶片存放时应避免接触有挥发性的甲醛、乙醛、氨及硫化氢等，以防侵蚀胶片增加灰雾。

（5）有效期内使用：

根据片盒标明的有效期限使用胶片，勿用过期胶片。胶片过期后灰雾度大，清晰度下降。

（6）其他：

激光胶片记录信息后图像如接触酸、碱、溶剂、可塑剂等，或长时间烈日曝晒就会变质，特别是可塑剂。

三、激光打印机

（一）激光打印机的分类

1.根据激光光源分类

（1）氦-氖激光打印机：

最先应用于激光相机的是气体氦-氖激光器。气体激光器具有衰减慢、性能稳定的优点。

气体激光（氦-氖）其波长为633nm，接通激光器后至少要预热10分钟，使其达到一定温度后才能运转。

（2）红外激光打印机：

具有电注入、调制速率高、寿命长、体积小、效率高，直接调制输出方便，抗震性能较好等优点。

红外激光其波长为670～820nm，在红外线范围内，它可将成像所需的数据直接用激光束写在透明胶片上。

这两种激光器所产生的波长不一样，在临床应用时，必须选用适合的激光波长、相匹配的氦-氖胶片或红外胶片才能保证正确显影，两者不可代替使用。

2.根据是否需要冲洗胶片分类

（1）湿式激光打印机：

具有较好的成像质量，但由于成像后的胶片需要配备一套胶片冲洗设备（洗片机），经过相应的化学药液来冲洗，图像质量的影响因素较多，且污染环境。

（2）干式激光打印机：

是指在完全干燥的环境下，不需要冲洗胶片的化学药液、无需配备供水系统，无需暗室，仅需要配有数字化胶片，就能打印胶片的设备。 

湿式激光打印机一般采用氦-氖激光器，干式激光打印机一般采用红外激光器，二者的胶片不能互相替代使用。

（二）激光打印机构造

（1）湿式激光打印机：

湿式激光打印机的结构主要由六部分组成：开关电源、影像控制系统（IMS）抓片机构控制系统（PCB）、激光打印控制系统、胶片传动控制系统（MCS）、自动冲洗单元。

各部分主要功能如下

开关电源：

为激光打印机各工作单元提供相适应的工作电源。

控制系统：

激光打印机的核心，由计算机控制、负责整理主机的图像信号，根据需要进行分格排版，对图像密度、对比度进行调节等。激光打印机对传递来的图像信号要经过一系列的处理修正，包括调整图像的尺寸、大小、版面等。

激光头依据排版后的图像信号输出强弱不同的激光，从而完成对胶片的扫描过程。

图抓片机构控制系统：

负责将需要扫描的胶片抓起，送入激光扫描区。

激光打印控制系统：

湿式激光打印控制系统由激光扫描和胶片传送两部分组成。

控制电路可以把排版后的图像信号转变为激光扫描所需的光信号。

激光束经校准后按行式扫描（从左至右）在胶片上形成图像信号的潜影。

胶片传递系统在伺服系统控制的高精度电机带动下，保证在激光器进行扫描时，带动胶片在Y轴方向匀速的向前移动通过扫描区，从而完成整张胶片的扫描（打印）过程。

胶片传动控制系统：

负责胶片的整个传送过程。

自动冲洗单位：

激光打印机和自动洗片机连接在一起，使打印形成潜影后的胶片直接进入洗片机进行冲洗、而不进入收片盒。

（2）干式激光打印机：

干式激光打印机的结构主要由6部分组成即开关电源、影像控制系统（ISM）抓片机械控制系统（PCB）、激光打印控制系统、胶片传动控制系统（MCS）、胶片显影旋转加热系统。

各部分主要功能如下

开关电源、影像控制系统、抓片机构控制系统、胶片传递控制系统，这四部分功能与湿式激光打印机大体相同。

激光打印控制系统：

与湿式激光打印机不同，干式激光打印机在激光打印过程中，胶片始终处于静止状态，激光束在胶片X轴和Y轴方向上的扫描全由激光头上所附带的控制机构完成。

胶片显影旋转加热系统：

该系统将激光扫描后的胶片进行加热而使其显影，从而完成湿式激光打印机中自动洗片机的显影、定影、水洗、烘干等工作。

(三)激光打印机成像原理

1.湿式激光打印机

当激光打印机接通电源后，机器控制系统(MCS)对中央处理器(CPU)和传递系统进行自检。

自检完成后，MCS送硬件复位指令到图像管理系统(IMS)，使IMS初始化，在上述程序工作的同时洗片机的红外线加热器对显、定影液进行加热。

当Ready指示灯亮时，打印机准备完毕，可以使用。

操作者用遥控器（键盘）存贮按钮存贮每一幅图像，并向多路器（MMV）送出指令和图像数据MMV到指令后，由CPU控制输出编排器。

根据操作者的设置，将激光打印机图像编排成行、放大，然后将图像数据从数字转化成模拟信号。

当激光发生器工作正常后，图像模拟信号控制激光调制器，用以改变激光束的明暗度，通过一系列透镜聚焦和反光镜（约10个）把激光束传送到胶片上。

在此过程中，利用光敏探测器从一个固定光束分流镜中连续不断地采集信号，反馈到激光发生器，使源激光束保持稳定不变。

用旋转光束分流镜控制光束传送到胶片上使其感光，这种方式称为 轴快速扫描。与此同时，胶片在高精度电机的带动下精确地在Y轴上均匀地向前移动，完成整个胶片的"幅式打印”，这称为Y轴慢速扫描。

这样，打印机以600行/S图像数据传输速度准确地复制全部图像。胶片由供片的储存暗盒自动提供，在引导轴传送下装载在专用的打印滚简上，滚简随即转到打印位置此时，激光束按照计算机及矩阵指令，把图像像素单元pixel灰度值的数字化密度传人激光打印机存储器中，直接控制每一个像素单元的激光曝光时间进行强弱改变。

激光束通过多棱镜的旋转进行扫描打印。

在全部曝光过程中，滚筒和激光束精确地同步运动，根据主机成像装置编排的版面和图像尺寸，选择多幅照片的图像联合和排列，用操作盘来完成，进行打印。

一幅图像的矩阵像素为4k×5k，待全部图像打印完，胶片即被传输到接片盒内或传输到自显机内，自动冲洗。在自动冲洗机内经过显影定影、水洗、干燥四个步骤，就可得到一张存有图像的胶片。 

2.干式激光打印机

干式激光打印机的光源为激光束,激光束通过发散透镜系统投射到一个转动的多棱镜再折射，折射后的激光束通过聚焦透镜系统打印在胶片上。

激光束的强度可以由调节器调整，调节器受数字信号控制。

成像装置把图像的像素单元值以数字的方式输入到激光打印机的存储器中，直接控制每一个像素单元的激光曝光强度。

如果计算机按顺序输出激光束胶片位置的同期信息则可以将顺序不同的电信号作为平面影像由激光照到胶片上。胶片曝光后经加热鼓高温加热后获得照片图像。

干式激光相机的原理和湿式激光相机在激光扫描的部分都是一样的，都包括了行式打印和幅式打印的过程，只是在最后显像环节不同。

干式激光相机是将形成潜影的胶片送到加热鼓进行显影，而湿式激光相机是送到自动洗片机显影。

激光光热式成像所采用的激光二极管的优点：

非常小的光点直径(80/40μm，300/650dpi)；

激光二极管在红外区发射；

光发射源非常稳定；

精确的可调动功率光发射；

宽的动态幅度(不限制灰度级别的数量)；

激光光源寿命长；

快速的成像速度(每秒超过200万点)。

光热化打印技术是用激光束来扫描胶片，保证了影像在处理过程中的精密和一致性。

在曝光过程中打印头不接触胶片，避免了打印头和胶片摩擦产生的打印头损耗及对影像的影响。