CR成像过程与图像质量分析

2022-09-10

传统X线成像用胶片记录影像信息,经暗室处理后才能得到一幅图像;其过程繁多、复杂并有化学污染,且图像为模拟图像,不能进行图像后处理,在图像的复制、存储、传输等方面存在诸多不便。计算机X线摄影(computed radiography,缩写为CR)是微电子技术与计算机技术紧密结合并应用与医学的一种成像技术,其较高的量子检出率、宽广的动态范围、强大的图像后处理功能,使传统X线检查方式融入了数字化时代,焕发出新的生机与活力。

1 CR成像过程

第一环节:影像信息的采集。影像板(imaging plate,缩写为IP)内含有特殊的荧光物质(即PSL物质),穿过人体X线,由IP板接收,PSL物质可将X线信息以潜影的形式存储下来。第二环节:影像信息的读取。存储于IP板内的潜影系模拟信号,借助读取装置可将模拟信号转换为数字信号。具体过程是:IP板在高精度电动机的带动下匀速运动,与此同时,激光束对IP板进行精确扫描,IP板内的PSL物质接受激光的照射,可将其贮存的影像信息以荧光的形式成比例释放,释放出的荧光经光电倍增管转化为强弱不同的电信号,将电信号进一步放大后,由A/D转换器转换为数字信号。第三环节:影像信息处理。读取后的数字信号可通过计算机进行图像后处理,获得符合临床诊断需要的图像。第四环节:影像信息再现与记录。经计算机处理的图像仍以数字形式表达,尚需转换为人眼可以识别的影像,可通过显示器显示或将图像拍摄于胶片,由胶片记录;亦可用硬盘,光盘等载体存储。

2 影响图像质量的分析

穿过人体的X线经过采集、读取形成了数字图像,是影响图像质量的主要环节。必须说明的是,图像每经过一个环节,信息量就会或多或少的丢失,图像质量也将变差。

2.1 第一环节中影响图像质量的主要因素有

(1)入射的X线量。入射的X线量越大,X线量子噪声越小,信噪比越大,图像质量越好;X线量过低时,IP板接受X线量少,激发后检测的X线图像出现密度不均的噪声斑点[1]。(2)PSL物质的特性。PSL物质吸收X线效率越高,形成潜影的几率越大,读取时形成图像的可能性越大,图像质量越好。

2.2 第二环节中影响图像质量的主要因素有

(1)读取时的激光束直径。激光束直径越小,激发IP板时,PSL物质释放荧光的散射程度越小,图像质量越好。(2)电动机的机械运动电动机带动IP板运动稳定性越好,激光束扫描IP板的精确度越高,获取的信息越完整,越有利于形成高质量的图像。(3)PSL物质的二次发光量和光电倍增管的转换效率。二次发光量的强弱和光电倍增管的转换效率的大小从根本上说取决于入射的X线量。入射的X线量越大,当PSL物质接受激光照射,其贮存的潜影以荧光的形式将成比例释放,图像的信噪比越大,图像质量越好;光电倍增管的转换效率亦然。(4)A/D转换器的影响。模拟信号转换为数字信号必须经过采样和量化。采样足够多,采样频率足够高,才不致于影响图像质量。这并不意味着采样越多越好。采样越多,得到的数据越多,处理数据的时间越长。采样要保证不能影响人眼的分辨能力。

3 提高图像质量的措施

对一台CR设备来说,影响图像质量的因素可大致归结为可变因素和不变因素两大类。

3.1 可变因素

在CR成像的各环节中,影响图像质量经常变动的因素有(1)X线量子噪声:X线量子噪声与入射的X线量成反比,适当的增加曝光剂量,有助于减少量子噪声,提高信噪比,改善图像质量。(2)PSL物质老化:IP板使用寿命与日常的使用及维护情况紧密相关[2]。定期维护、保养IP板,在延长IP板寿命的同时也提高了图像质量。(3)记忆性潜影:及时调整曝光剂量或更换真空管,以提高图像质量[3]。(4)IP板使用及维护:定期检查、清洁IP板,可减少伪影出现的几率[2]。

3.2 不变因素

CR成像环节中,读取装置的光电转换特性(包括激光束直径、电动机的传动、PSL物质的二次发光量、光电倍增管的转换效率、A/D转换器的取样量化)、显示器、激光相机及胶片的性能等,属于不常变动的因素。不常变动,不是说一成不变。仪器设备都有一定的使用寿命,超期使用必然导致图像质量下降。在不变因素中,要想提高图像质量,需提高CR成像各环节硬件设备的性能。