簡述數(shù)字化X線攝片機(jī)（數(shù)字化X光機(jī)）的原理

　　據(jù)2005RSNA最新報(bào)統(tǒng)計(jì)，目前市場上DR探測器的種類10種以上，但它們?cè)谛纬蓴?shù)字圖像的原理以及圖像質(zhì)量方面存在很大差別，下面這些內(nèi)容結(jié)合RSNA最新資料對(duì)目前市場上DR的不同成像原理，最終圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)要點(diǎn)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(shù)字化平板探測器技術(shù)（2）間接數(shù)字化平板探測器技術(shù)，后者又根據(jù)光電轉(zhuǎn)換方式的不同分為TFT及CCD兩種轉(zhuǎn)換方式。

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

　　間接數(shù)字化采用類似屏一片系統(tǒng)產(chǎn)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(jīng)過增感屏中含有稀土元素磷的材料（比如Gd2O2S）產(chǎn)生可見光；第二步可見光使膠征中的溴化銀顆粒感光產(chǎn)生影像，由于有可見光產(chǎn)生，就會(huì)產(chǎn)生光的散射，最終降低圖像質(zhì)量。間接數(shù)字化平板探測器分兩步完成工作。第一上X射線經(jīng)過閃爍體（碘化銫或磷）產(chǎn)生可見光，第二步可見光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換由TFT或CCD轉(zhuǎn)變?yōu)殡姾?。由于工藝的改進(jìn)，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(chǎn)生的散射要少一些，但根本性質(zhì)沒有改變，仍需產(chǎn)生可見光進(jìn)行轉(zhuǎn)換，有可見光必然會(huì)有光的散射，必然會(huì)造成圖像質(zhì)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(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)的波形（singnal profile），間接數(shù)字化技術(shù)由于光的散射及噪聲過大，造成信號(hào)的波形寬大，不能產(chǎn)生精確的數(shù)字矩形波。直接數(shù)字化技術(shù)，由于無光的散射以及噪聲低，所以產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)波形銳利，是精確的矩形數(shù)字波（數(shù)字信號(hào)由0.1構(gòu)成，產(chǎn)生的是矩形波）。

　　無論直接或間接數(shù)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(zhuǎn)換”是兩個(gè)不同的概念，因?yàn)楹笳呤瞧桨逄綔y器的共性，也是為什么平板探測器數(shù)字圖像動(dòng)態(tài)范圍寬的物理機(jī)制。

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　　二、數(shù)字圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)

　　從臨床影像診斷的角度來講，醫(yī)師更關(guān)心的是影像細(xì)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(píng)價(jià)。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(duì)影像質(zhì)量作院合評(píng)價(jià)。而調(diào)制傳遞涵數(shù)Modulation Transfer Function （MTF）的測定，可以客觀地對(duì)影像質(zhì)量作綜合評(píng)價(jià)。

　　1962年，國際放射界“模仿”通訊工程學(xué)信息論的“頻率調(diào)制”概念，將其以時(shí)間頻率為自變量的頻率響應(yīng)函數(shù)，換成以空間頻率為變量的調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF），這一這一概念引自電子學(xué)，輸入稱為激勵(lì)，輸出稱為響應(yīng)，它們之間存在著函數(shù)關(guān)系。頻率響應(yīng)就是對(duì)于接受介質(zhì)在某一頻率下響應(yīng)特性的定量表示，其理論基礎(chǔ)是傅立葉變換。它廣泛應(yīng)用于通訊工程和光學(xué)領(lǐng)域。同樣，這一概念也適用于X線成像系統(tǒng)的檢測與評(píng)價(jià)。

　　醫(yī)學(xué)影像學(xué)將其頻率定義為空間頻率，以每毫米長度上的線數(shù)對(duì)數(shù)表示（LP/mm）。調(diào)制指的是改變一個(gè)信號(hào)的幅度或強(qiáng)度；傳遞指的是接受介質(zhì)（如屏一片系統(tǒng)）將輸入信息存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換輸出的過程，兩者之間存在著一種函數(shù)關(guān)系。信息接受介質(zhì)在某一頻率下響應(yīng)特定的定量表示，即為頻率響應(yīng)函數(shù)。我們把不同空間頻率的響應(yīng)函數(shù)統(tǒng)稱為調(diào)制傳遞函數(shù)，換句話說，MTF是在不同的空間頻率時(shí)衡量信號(hào)轉(zhuǎn)換能力的一種量化指標(biāo)。

　　幾種系統(tǒng)的MTF比較：

　?。?）信息傳遞功能隨空間頻率（相當(dāng)于解剖結(jié)構(gòu)的細(xì)微程度）的增加而下降。

　?。?）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(shù)相對(duì)接近。而在肉眼識(shí)別（診斷時(shí)所用的）能力量強(qiáng)的2-4LP/mm空間頻率下，幾組系統(tǒng)的傳遞函數(shù)值被拉開。

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　　2、Ddtective Quantum Efficiemcy(DQE)

　　僅在高空間分辯率下，數(shù)字比攝征機(jī)保持高的MTF值是不能得到真正的優(yōu)質(zhì)圖像，因?yàn)橐恍┘?xì)小的組織還會(huì)因圖像噪聲的影響而顯示不清，提高圖像的信噪經(jīng)可以提高細(xì)小組織結(jié)構(gòu)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(biāo)，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(dāng)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(shí)，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?yàn)樵诟呖臻g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(shí)際中膠片的分辯率達(dá)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(shí)，間接平板探測器的DQE比膠片高，但在高空頻率時(shí)，其DQE值陡然下落，這是由于間接平板探測器產(chǎn)生光的散身造成圖像質(zhì)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(hào)無擴(kuò)散情況下，DQE（及MTF）主要取決于象素大小。按照設(shè)計(jì)原理：探測器大小就小于被檢查最小物質(zhì)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(xì)微的組織結(jié)構(gòu)顯示程度方面明顯高一間接平板探測器及屏一片系統(tǒng)。或者在同等圖像質(zhì)量下，直接平板探測器相應(yīng)組織的劑量減少2-3倍。直接數(shù)字化攝影在臨床應(yīng)用，技能日趨成熟，照片質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響放射診斷重要標(biāo)準(zhǔn)。因此，提高直接數(shù)字化圖像質(zhì)量，才能保證獲取最佳影像質(zhì)量