扫描式数字X射线胸部摄影系统的研制

　  数字化放射摄影(简称DR)为一个比较宽泛的概念,指能够在计算机中用数字化方法对图像进行处理、存储、显示等的技术,包括数字平板照相、CCD照相等各种技术[1]。从本质来看,不同的数字化方法,就是X射线传感器(或介质)的不同[2]。本文所述扫描式数字X射线摄影系统,使用固体线阵探测器、采用扫描摄影方式,属DR范畴,除具有DR系统的一般优点外,还具有散射射线影响小(低本底)、低剂量和低成本三大优点。

1　系统构成

整个系统各部分的逻辑结构如图1所示。

1)X射线球管的参数指标为:双焦点0.6/1.5mm,热容量200kHU,最高峰值电压125kV。典型工作条件为:电压70kV、电流20mA。

2)探测器采用基于闪烁体-二极管结构的固体线阵探测器,灵敏单元(像素点)尺寸为0.4犿犿,探测器灵敏单元数为1024,其理论空间分辨率为1.25LP/mm。

3)计算机主机部分采用数据采集卡与探测器数据接口连接,通过串口对探测器进行校准、采集等控制。并配有系统软件,以完成计算机对整个扫描系统的控制和管理。

4)系统机械传动装置为立式台架设计,球管和探测器分别固定在横臂两端,横臂沿立臂升降,以达到扫描同步的目的。图2给出了球管和探测器的相对位置。焦点到探测器距离为1.2m,胸片尺寸为14英寸×17英寸。

2　工作原理

曝光控制由高压控制台、曝光与图像采集同步、计算机主机三部分构成。通过高压控制台可以调节曝光的电压值、电流值、曝光时间。曝光与图像采集同步的实现方法为:按下手闸,球管加载高压的同时,通过X射线高压发生器的数字接口输出相应信号给探测器,探测器收到该信号后开始按行采集数据,并发信号给处于伺服状态的主机系统,主机系统利用采集卡采集探测器的行数据,从而完成一行数据采集。整个曝光过程中,球管和探测器随横臂同时向下运动,扫过病人胸部,从而获得多行数据,然后由计算机重组行数据为二维胸部摄影图像,显示在监视器上。

机械装置的运行速度与行采集速度的同步由主机系统通过系统软件和步进电机运转频率两者进行匹配设置,即扫描速度可根据实际情况进行适当的调整。目前典型的扫描速度为25cm/s,14英寸×17英寸胸片的扫描时间为1.73s。

3　系统性能分析

3.1　高对比度分辨率

进行高度比度测量的曝光工作条件为:电压70kV、电流20mA。图3所示为使用RMI141网状线对卡的实测图像。从图中可见16、20、24、30、35区域均可分辨出网格,40区域能清晰分辩出竖向网格。网格分辨率定义为:每英寸长度内的网格数目。以30为例:折算为线对分辨率为30/25.4=1.18LP/mm。