簡述數字化X線攝片機（數字化X光機）的原理

　　據2005RSNA最新報統(tǒng)計，目前市場上DR探測器的種類10種以上，但它們在形成數字圖像的原理以及圖像質量方面存在很大差別，下面這些內容結合RSNA最新資料對目前市場上DR的不同成像原理，最終圖像質量的評價要點做一簡述。

　　一、DR系統(tǒng)的成像原理

　　按成像原理DR主要分為兩大類（1）直接數字化平板探測器技術（2）間接數字化平板探測器技術，后者又根據光電轉換方式的不同分為TFT及CCD兩種轉換方式。

　　直接數字化是指可將X射線直接轉變?yōu)楹?。閃爍體是一種吸收X線并能把能量轉換為可見光的化合物。好的閃爍體使每個X線光子可以產生許多個可見光光子，每1kV X線輸出20-50個可見光光子。閃爍體通常是由高原子序數的物質組成，高原子序數的物質有高的X線接收能力，和一個低濃度的催化劑，它直接把光譜轉換為可見光光子散射，并通過直射式的光學系統(tǒng)將X線所致可見光傳送到采集電路層，讀出各個像素（135μm）產生的信號，按16bit量化為數字信號，直接送至計算機。

　　間接數字化采用類似屏一片系統(tǒng)產生圖像所有的間接方式，在傳統(tǒng)的熒片系統(tǒng)中，X射線形成影像分兩步完成。第一步X射線經過增感屏中含有稀土元素磷的材料（比如Gd2O2S）產生可見光；第二步可見光使膠征中的溴化銀顆粒感光產生影像，由于有可見光產生，就會產生光的散射，最終降低圖像質量。間接數字化平板探測器分兩步完成工作。第一上X射線經過閃爍體（碘化銫或磷）產生可見光，第二步可見光經光電轉換由TFT或CCD轉變?yōu)殡姾?。由于工藝的改進，新一代閃爍體材料制作成“松針”狀種植在非晶硅上，比傳統(tǒng)整塊閃爍體材料產生的散射要少一些，但根本性質沒有改變，仍需產生可見光進行轉換，有可見光必然會有光的散射，必然會造成圖像質量的下降。

　　最終圖像及空間分辨率主要取決于象素的大小以及產生的數字信號的波形（singnal profile），間接數字化技術由于光的散射及噪聲過大，造成信號的波形寬大，不能產生精確的數字矩形波。直接數字化技術，由于無光的散射以及噪聲低，所以產生的數字信號波形銳利，是精確的矩形數字波（數字信號由0.1構成，產生的是矩形波）。

　　無論直接或間接數字化平板探測器，在電荷讀取方式上是共同的，即“直接讀取”，它與“直接轉換”是兩個不同的概念，因為后者是平板探測器的共性，也是為什么平板探測器數字圖像動態(tài)范圍寬的物理機制。

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　　二、數字圖像質量的客觀評價

　　從臨床影像診斷的角度來講，醫(yī)師更關心的是影像細節(jié)的微小變化，即早期診斷的確定。這些涉及到影像清晰度的評價。最初，清晰度是通過分辨率和銳利度的測定來判斷的，但這些方法都各有缺陷，不能對影像質量作院合評價。而調制傳遞涵數Modulation Transfer Function （MTF）的測定，可以客觀地對影像質量作綜合評價。

　　1962年，國際放射界“模仿”通訊工程學信息論的“頻率調制”概念，將其以時間頻率為自變量的頻率響應函數，換成以空間頻率為變量的調制傳遞函數（MTF），這一這一概念引自電子學，輸入稱為激勵，輸出稱為響應，它們之間存在著函數關系。頻率響應就是對于接受介質在某一頻率下響應特性的定量表示，其理論基礎是傅立葉變換。它廣泛應用于通訊工程和光學領域。同樣，這一概念也適用于X線成像系統(tǒng)的檢測與評價。

　　醫(yī)學影像學將其頻率定義為空間頻率，以每毫米長度上的線數對數表示（LP/mm）。調制指的是改變一個信號的幅度或強度；傳遞指的是接受介質（如屏一片系統(tǒng)）將輸入信息存儲和轉換輸出的過程，兩者之間存在著一種函數關系。信息接受介質在某一頻率下響應特定的定量表示，即為頻率響應函數。我們把不同空間頻率的響應函數統(tǒng)稱為調制傳遞函數，換句話說，MTF是在不同的空間頻率時衡量信號轉換能力的一種量化指標。

　　幾種系統(tǒng)的MTF比較：

　　（1）信息傳遞功能隨空間頻率（相當于解剖結構的細微程度）的增加而下降。

　　（2）在低空間頻率（如0.5LP/mm）或高空頻率（如4LP/mm）,幾組系統(tǒng)的傳遞函數相對接近。而在肉眼識別（診斷時所用的）能力量強的2-4LP/mm空間頻率下，幾組系統(tǒng)的傳遞函數值被拉開。

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　　2、Ddtective Quantum Efficiemcy(DQE)

　　僅在高空間分辯率下，數字比攝征機保持高的MTF值是不能得到真正的優(yōu)質圖像，因為一些細小的組織還會因圖像噪聲的影響而顯示不清，提高圖像的信噪經可以提高細小組織結構的顯示率，DQE是不同空間分辯率下衡量圖像信噪比的一種量化指標，就是指成像系統(tǒng)中輸出信噪比的平分與輸入信噪比的平方之比，可以解釋為成像系統(tǒng)中有效量子的利用率。當然，DQE越高（最高值為1，即100%利用），有效量子利用率高，輸出信息也就越高。DQE受很多因素影響。

　　在高空間頻率時，與間接平板探測器相比，膠片的MTF值較高，但兩者的DQE相比較并不是這樣，這是因為在高空間頻率下，膠片顆粒的噪聲限制了它不能灰到高DQE。這也是為什么實際中膠片的分辯率達不到其理論分辯率的原因之一。另一方面，雖然的低空間頻率時，間接平板探測器的DQE比膠片高，但在高空頻率時，其DQE值陡然下落，這是由于間接平板探測器產生光的散身造成圖像質量的下降。

　　與間接下板探測器相比，直接平板探測器的MTF與DQE值均較高。在信號無擴散情況下，DQE（及MTF）主要取決于象素大小。按照設計原理：探測器大小就小于被檢查最小物質直徑的一半。直接探測器理論上最大的Nquist頻率為3.6LP/mm。

　　總之，在相等劑量下，直接平板控測器在細微的組織結構顯示程度方面明顯高一間接平板探測器及屏一片系統(tǒng)?；蛘咴谕葓D像質量下，直接平板探測器相應組織的劑量減少2-3倍。直接數字化攝影在臨床應用，技能日趨成熟，照片質量的優(yōu)劣，直接影響放射診斷重要標準。因此，提高直接數字化圖像質量，才能保證獲取最佳影像質量