X射线数字化:医疗/牙科设计注意事项

2008-10-10 15:45:52来源: EDN

X射线 

  X 射线数字化成像正在为放射诊断学带来变革。在传统的 X 射线系统中,每个组件中的信号衰退都会消耗大于 60% 的原始 X 射线信号能量。在系统的每一级,X 射线信号都将衰退一定的量,即使是为应用专门优化的独立组件也不例外。因此,一般仅有少于 40% 的原始图像信息可用于生成图像。通过为 X 射线数字化成像添加数字检测器,捕捉到大于 80% 的原始图像信息并使用各种后处理工具进一步改善画质就成为了可能。X 射线数字化技术的其它优势包括:减少患者的服药剂量、通过免除照相冲洗来缩短诊断时间、通过省去照相冲洗药剂来节约成本、图像数据处理以增强所关注的区域并抑制无关信息;可将图像数据与其它源于 RIS/HIS 的患者相关信息相结合;可通过网络连接向任何地方快速传输信息;而且只需最小的空间即可将所需的全部信息存档。X 射线数字化技术包含两种不同的方式:直接转换和间接转换。

  直接转换

  在直接转换中,平板硒检测器直接吸收 X 射线并将其转换为独立的像素电荷。在间接转换中,X 射线信号首先被转换为光信号,而后被转换为电荷。平铺 CCD(充电耦合设备)阵列和计算机体层摄影均采用间接转换技术。平铺 CCD 转换技术采用多个 CCD 元件通过光纤耦合至闪烁体平板。计算机体层摄影通过光激励平板诱捕电信号,并通过曝光产生图像数据。在两种方式中,与像素上所见的 X 射线强度成比例的电荷将存储在薄膜晶体管 (TFT) 的存储电容中。大量的此类像素均源于平板检测器 (FDP)。通过读出电子器件从 FDP 上读取电荷,并将它转换为数字数据。

  下面的方框图展示了通过直接成像以将 FDP 上的电荷转换为数字数据所需的读出电子器件。它具有两条链:采集链和偏置链。在采集链中,其前端为模拟前端,可多路复用不同的 FDP(通道)存储电容上的电荷并将这些电荷转换成电压。偏置链通过媒介偏置及门控电路为 TFT 阵列生成偏置电压。数字控制及数据调节由 FPGA 完成,FPGA 还通过高速接口(串行接口、LVDS、光学接口)对与外部图像处理单元的高速串行通信进行管理。温度传感器、DAC、放大器以及具有高输入电压容忍能力的开关稳压器是其它关键系统块。每个块都必须具有启动引脚和同步频率,以避免与采集链中的其它块串扰。FDP 像素数将决定ADC 通道的数量和 ADC 的速度。静态或动态采集同样决定 ADC 的速度。静态采集意味着要在小于 1s 的时间内采集单幅图像,而动态采集则意味着图像要以 30Hz 的速度刷新。动态采集适用于更加细致的心脏血管、荧光检查或相关应用,它们在通道数相同的情况下需要更快的数据转换。具有 2MSPS 及更高速度范围且具有绝佳 DC 性能的 ADC 可以良好地工作。

  间接转换

  对于间接转换,CCD 输出需要相关双采样 (CDS)。信号电平的复位电压和图像信号电平将通过模拟前端 (AFE) 转换成数字数据。AFE 的采样速度由 CCD 阵列中的像素数和帧速率决定。此外,AFE 会校正传感器错误,例如暗流校正、偏移电压和缺陷像素。可编程增益放大器 (PGA) 的存在与否、PGA 的线性度和可用增益范围也很重要,具体取决于信号电平。在数字化过程中,位数将决定图像的对比度。通常,需要将初始数据数字化为精确度比最终图像所需的位数高 2 至 4 位的数据。因此,如果需要 8 位的最终图像数据,则最初应数字化为 10 位以允许在图像处理过程中出现舍入误差。

  图像质量的主要衡量指标是“量子检测效率”(DQE),它结合了对比度和 SNR(信噪比),采用百分数表示。对比度越高且噪声越低,DQE 就越高。对比度是指灰度的阶数,它取决于 ADC 的输出分辨率;通常,14 位或 16 位比较适合于应用。SNR 所指示的不仅是源自 ADC 的 SNR,而且是系统的 SNR,它受 X 射线剂量、像素尺寸和所有电子组件的影响。可通过增加 X 射线剂量、增加光电二极管间距和降低电噪声来提高 SNR。增加 X 射线剂量会对患者或操作人员造成伤害。增加光电二极管间距也行不通,因为这样做会减小空间分辨率。降低源自系统内电子器件的噪声将是主要的挑战。系统中的总噪声是:信号链上所有噪声成分的平方根之和(假设这些噪声成分没有关联)。这意味着包括 ADC、运算放大器和基准在内的所有部分都必须具有超低噪声或重度过滤(如果适用)。温度稳定性是另一个重大挑战。由功耗造成的内部温度升高可能会偏移灰度级别并使图像失真,在动态采集过程中尤其如此。因此,ADC、运算放大器和基准应该具有较高的温度稳定性。

关键字:数字  检测  图像  抑制  信息

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2008/1010/article_356.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
数字
检测
图像
抑制
信息

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 医学成像 家庭消费 监护/遥测 植入式器材 临床设备 通用技术/产品 其他技术 综合资讯

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved