基于CCD医用X射线数字成像系统设计

1895 年德国物理学家伦琴发现 X 射线，并给他夫人的手拍了人类史上第一张医学图像，100 多年来，X 射线照相技术在医学上得到了广泛应用，成像技术也不断发展。基于高分辨率 CCD 数字 X 射线成像系统是近年发展起来的一种新的 X 射线数字成像系统［1］，与 X 射线数字辐射成像系统( DR) 和 X 射线计算机辐射摄影系统( CR) 相比，基于高分辨率 CCD 数字X 射线成像系统具有更好的空间分辨率、动态范围、可靠性及速度。本文介绍了基于 CCD 医用 X 射线数字成像系统的组成与结构、工作原理、系统性能及实验结果。

1 系统设计

1. 1 系统组成及结构设计

基于 CCD 医用 X 射线数字成像系统由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括高频 X光机、X 射线闪烁屏、滤线栅、镜头组、CCD 相机、计算机等。其结构如图 1 所示。

1. 2 工作原理

由高频 X 光机发出的 X 射线经过人体后，闪烁屏将携带人体信息的 X 射线转换为可见光，转换后的可见光经反射镜改变光路后被大接收度、短焦距镜头组收集到 CCD 相机，CCD相机输出的数字图像送计算机显示、处理和存储。

X 射线滤线栅用于消除大部分散射线对图像的影响。

闪烁屏是本系统的核心部件之一，用于将X 射线转换为可见光。不同的闪烁体最大闪烁发射波长、光产额、闪烁衰减时间、辐射长度、辐照硬度及密度、熔点、硬度、吸潮性等物理性质都有所不同。每种闪烁晶体都有各自的优缺点，使用时需根据具体要求及应用领域选择不同的材料［2］。常用材料有稀土和钨酸钙以及针状碘化铯晶体。从性能上比较，针状碘化铯晶体最优。

反射镜用于改变可见光方向，使可见光到达镜头组和相机。这样的结构设计有利于减少对 CCD 相机的辐射损伤，增加系统的稳定性。镜头组用于收集可见光。为了保证在体积小的情况下仍有大的检查区域，要求镜头组具有大接收度和短焦距。本系统设计的镜头组口径约 100 mm。

CCD 相机是本系统的核心部件之一，用于获取成像图像。本系统选用的太空级 CCD 相机像素达 4 k ×4 k，CCD 芯片工作温度低于零下 40℃。相机具有高的转移效率、灵敏度及低噪声，有利于减少病人的辐射剂量。

1. 3 软件设计

本系统的医学图像处理软件基于 Windows平台，在 Microsoft Visual Studio 2005 和 Microsoft SQL Server 2000 环境下开发设计，用于采集、显示、处理、保存、传输图像等。医学图像处理系统包括系统管理、图像处理、病人管理、病历管理、网络通信、数据处理、系统帮助等功能模块，图像处理包括反相、调窗、局部处理、分割、裁剪、平滑、锐化、降噪、提取边缘、灰度均衡、图像相加减、图像平均、融合等功能。图 2显示了拍摄的脊椎图像和经过不同处理后的图像，包括平滑、普通和锐利三种效果，可以满足不同的医务工作者的需要。图像格式遵从 DI-COM3． 0 标准。医学图像处理软件功能齐全，操作使用简单。