第三章 数字化X线机原理
数字化x射线原理
数字化x射线原理
数字化X射线原理（简介）：
X射线数字化是一种先进的医学成像技术，它基于X射线的
特性和数字化技术的应用。
该技术通过将患者的身体部位暴露于X射线源下，并将通过患者身体部位传递的X射线转换成
数字信号，然后使用计算机软件分析和处理这些数字信号，从而产生高分辨率的X射线图像。
数字化X射线的原理是基于X射线的穿透力和组织吸收的不同。
当X射线穿过不同密度和不同厚度的组织时，它们与组
织中的原子相互作用并被吸收。
通过调整X射线源的强度和
电压，可以增加或降低穿透力，并在数字化X射线过程中实
现对不同组织的差异化成像。
在数字化X射线中，X射线通过患者的身体后，它们会被放
置在探测器上，例如直接放置在X射线胶片或使用数字平板
探测器。
该探测器将X射线转化为电信号，并通过模拟到数
字转换器（ADC）将其转换为数字信号，然后传输到计算机
进行处理。
计算机软件使用专门的算法来处理和增强数字图像，从而提高图像的质量和清晰度。
数字化X射线的优点包括操作速度快、图像可重复性好、可以进行数字存储和传输、可以进行远程诊断和分享，以及可以应用计算机辅助诊断技术等。
总之，数字化X射线利用X射线的特性和数字技术的应用，
实现了对患者身体部位的高清晰度成像。
这一技术在医学诊断和治疗中广泛应用，并不断取得技术进步和发展。
X线机结构和原理
X线机结构和原理X线机是一种用于产生和利用X射线的设备。
它主要由X射线发生器、X射线探测器和控制系统组成。
X线机结构和原理是通过高速电子与物质相互作用，产生X射线，并利用X射线的特性进行成像和检测。
1.X射线发生器：X射线发生器是整个X线机的关键部分，它能够产生高能量的电子束，使其与物质相互作用产生X射线。
一般而言，X射线发生器主要由高压发生装置、阳极和阴极组成。
高压发生装置通过高压电源产生足够高的电压，使电子在强电场的驱动下加速，形成高速电子束。
该电子束由阳极和阴极之间的压差加速到足够高的速度。
2.X射线探测器：X射线探测器是用来接收和检测被物体吸收或散射的X射线，并将其转换为电信号的装置。
常用的X射线探测器包括电离室、闪烁晶体、数字平板探测器和CCD等。
电离室是一种利用X射线使空气电离并形成电流的探测器。
它主要由两个电极和一个感应装置组成，当X射线通过电离室时，它会使其内部的气体电离，形成电子和离子。
这些电子和离子之间的电流被测量，从而获得X射线信号。
闪烁晶体是一种利用X射线激发晶体中的荧光效应来检测X射线的探测器。
当X射线通过晶体时，它激发了晶格中的原子或分子，使其转移到激发态。
当这些原子或分子返回基态时，会发出特定波长的荧光，该荧光被光电倍增管等装置接收并转化为电信号。
数字平板探测器是一种利用硅探测器或其他半导体材料检测X射线的探测器。
它可以将X射线直接转化为电信号，并通过信号处理系统进行数字化和成像处理。
CCD（Charge-Coupled Device）是一种光学传感器，用于接收和转换光信号为电信号。
它可以将X射线通过荧光屏、透射装置等转化为可见光信号，然后通过光电转换器将光信号转换为电信号。
3.控制系统：控制系统用于控制X射线发生器和X射线探测器的工作，实现对X射线的产生和接收过程的控制。
它主要包括高压电源、低压电源、控制器、数字信号处理器等。
高压电源用于提供高压，使X射线发生器中产生的电子束加速到足够高的速度。
第三章数字X线成像设备
第三章数字X线成像设备虽然新型的医学影像设备不时出现，传统的Ｘ线摄影还是惯例反省的主流方式，目前70％以上的诊断用Ｘ线影像仍是采用增感屏／胶片方式摄取的，不能进人PACS〔图象的存储、传输系统〕。
因此，使惯例Ｘ线影像数字化或记载在胶片上的信息数字化，对完成医学影像信息管理的现代化和适用化具有重要意义。
本章着重论述数字Ｘ线成像设备的基本结构、功用和运用特点等外容。
第一节概述一、数字Ｘ线成像设备的开展数字Ｘ线成像设备是指把Ｘ线透射影像数字化并停止图像处置后，再变换成模拟图像显示的一种Ｘ线设备。
依据成像原理的不同，这类设备可分为计算机Ｘ线摄影〔ＣＲ〕系统、数字荧光ｘ线摄影〔ＤＦ〕系统和数字Ｘ线摄影〔ＤＲ〕系统。
ＣＲ是用存储屏记载Ｘ线影像，经过激光扫描使存储信号转换成光信号，再用光电倍增管转换成电信号，然后经A/D转换后，输人计算机处置，成为高质量的数字图像。
ＤＦ是Ｘ线被影像增强器接纳后，经Ｘ线电视系统转换为模拟视频信号，再用A/D转换器变换为数字图像信号。
ＤＲ可分为直接数字X线摄影〔ＤＤＲ〕和直接数字X线摄影〔ＩＤＲ〕。
ＤＤＲ是指采用X线探测器直接将X线影像转化为数字图像的方法IDR是指由I．Ｉ－ＴＶ电视系统或胶片先取得模拟的Ｘ线影像，再转换成数字图像的方法，前者的成像原理与ＤＦ相反，后者是应用数字化扫描仪把胶片上记载的模拟信息数字化。
依据Ｘ线束的外形又可分为锥构成像法、扇形和笔形束成像法。
ＣＲ和ＤＦ属于锥构成像。
ＤＤＲ由于探测器的种类有一维探测器和二维探测器，成像方式各异；一维探测器采用扇形平面Ｘ线束或笔形Ｘ线束停止扫描投影，二维探测器那么采用锥形照射。
如图３－１所示。
自从１９７２年Ｘ线CT问世后，医学影像范围出现了数字化浪潮，但传统Ｘ线影像的数字化最晚。
１９７９年出现飞点扫描的ＤＲ系统，１９８０年在北美放射学会的产品展览会上ＤＲ和ＤＦ的展品惹起了全世界的关注，从此，以ＤＳＡ系统为代表的DF失掉了高速开展，１９８２年又研制出ＣＲ系统。
《数字化x射线成像》课件
数字化X射线成像可以覆盖更大 的动态范围，从而捕捉到更多 细节信息。
易于存储和传输
数字化格式的图像方便存储， 并且可以通过网络进行远程传 输，便于医生异地诊断。
低辐射剂量
相对于传统X射线，数字化X射 线成像技术通常使用较低的辐 射剂量，减少对患者的潜在伤
害。
挑战与问题
设备成本高 技术更新快 操作技能要求高 数据安全风险
射辐射的影响。
实时监测设备
医疗机构应配备辐射剂量监测设 备，对工作人员和患者的辐射剂 量进行实时监测，确保在安全范
围内操作。
辐射安全管理与培训
01
安全管理规定
医疗机构应制定辐射安全管理规定，明确各岗位人员的职责和工作要求
，确保操作规范、安全可靠。
02 03
培训计划
医疗机构应对从事数字化X射线成像的工作人员进行专业培训，提高其 操作技能和安全意识，确保工作人员能够熟练掌握各种防护措施和应对 突发情况的处置能力。
解决方案与未来发展
加强技术培训
为医生提供数字化X射线成像技术的培训 课程，提高他们的专业知识和操作技能。
A 降低设备成本
通过技术创新和规模化生产，降低 数字化X射线成像设备的成本，使其
更广泛地应用于医疗机构。
B
C
D
持续研发与创新
鼓励科研机构和企业持续研发数字化X射 线成像技术，提高图像质量、降低辐射剂 量，并拓展其在其他领域的应用。
近年来，随着平板探测器技术的成熟 ，数字化X射线成像在清晰度、分辨 率和便携性等方面得到显著提升。
数字化进程
随着计算机技术的进步，20世纪80年 代开始出现数字化X射线设备，逐步 取代传统胶片式X射线机。
技术原理及应用领域
浅谈医用数字化X射线机原理及故障分析
到正 常工 作信 号 ，这为 检修带 来相 当难度 。故障检 测 ：首先 测 量 灯 丝 逆 变 器 直 流供 电 为 ３ １ ５ Ｖ（ 正 常） ，灯 丝 本 身 、高 压 电缆 及 灯 丝 变 压 器 均 正 常 。 测逆 变板 上 灯 丝 变 压 器 初 级 输 入 无 电 压 ，因此 用 ４ ０ ＭＨｚ 频率示 波器 接 到灯 丝 逆 变触 发 脉 冲输 入端 ，
管理方法取而代之 ，可节省大量的资金和场地 。另 外 还 为 医院进 行远 程专 家会诊 和 网上 交流 提供 了极 大 的便 利 ，极 大地 提 高工作 效率 。
２ 故 障分析
现 以我 院西 门子 Ｐ ｏ ｌ ｙ ｄ ｏ ｒ ｏ ｓ ５ ０ Ｓ Ｘ线机 曾 出现 的 故 障 为例加 以说 明。 故 障 现 象 ：主 机 开 机 自 检 后 操 作 台 显 示
理 ，进而使 图像 实 现 了数 字 化 。它 的特 点 ：第 一 ，
ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ”（ 产生 错 误 码 ４ ０ ８的原 因为 ：灯 丝逆 变 器
控制 脉 冲频 率 超过 最 大值 ） 。 由此 ，大 致 可判 断 出 故 障 点应该 在灯 丝加 热 电路及其 控制 部分 。其 大小 焦点 灯丝是 由 ２个高频 逆 变 电路 提供 电压 ，其控 制
电路 主要是 １ 个 ８位 Ｃ Ｐ Ｕ及 相关 的 Ｅ Ｐ Ｒ Ｏ Ｍ 和定时
它最突出的优点是分辩率高 ，图像清晰、细腻 ，医 生可 根据 需 要 进 行 诸 如数 字减 影 等 多 种 图 像 后 处
理 ，获得理 想 的诊 断效果 。第 二 ，该设 备 在透视 状
态下 ，可实时显示数字图像 ，医生再根据患者病症
数字化X线机成像设备资料讲解
技术参数：
➢平板尺寸：17× 17，单位英寸 ➢灰度等级：14bit ➢像素：720万个像素点
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➢分辨率：3.1LP/MM ➢显示器：2K ×2K ➢曝光间隔：<6秒
平板数字探测器性能
曝光剂量更低
100000 10000 1000
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影像板(Image Plate, IP)结构
基板：聚酯树脂 类纤维制成。保 护荧光物质层免 受外力损伤，延 长IP的试用寿命 。两万次以上重 复使用。
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称为存储信息的消退。
IP消退很微弱，8h减少 25%。受时间、温度影 响。 受X线照射后，尽快读 取。
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IP的特性：天然辐射与黑斑
IP不仅对X线敏感，对其他电磁波也敏感， 如紫外线、γ射线、α射线β射线及电子 线等。 来自建筑物上固定装置、天然放射性元 素、宇宙射线、IP板上微量放射性元素。 长期存放会产生小黑斑。 使用前必须激光擦除。
数字化X线机成像设备
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第一节 概述
影像信号的数字化
数字图像
将二维图像以二维数字点阵的方式表示的图像叫 数字图像。
二维数字图像中的每一个点称为像素。像素的数 目等于行数和列数的乘积，即为图像的大小。一 般医学中的图像大小有256× 256，512× 512， 1024× 1204等。
《数字化X线机成像》课件
目录
• 数字化X线机概述 • 数字化X线机成像技术 • 数字化X线机在医学诊断中的应
用 • 数字化X线机的优势与局限性 • 安全防护与操作规范 • 案例分析
01
数字化X线机概述
定义与工作原理
定义
数字化X线机是一种利用X射线进行成像的医疗设备，能够将X射线穿透人体后形 成的图像转换为数字信号，以便进行进一步的处理和显示。
工作原理
数字化X线机通常由X射线发生器、探测器、图像处理系统和显示系统等部分组成 。X射线发生器产生X射线，探测器接收穿过人体的X射线并转换为电信号，然后 通过图像处理系统进行数字化处理，最终在显示系统上呈现为图像。
数字化X线机的历史与发展
历史
传统的X线机采用胶片成像，随着 计算机技术的发展，数字化X线机 逐渐取代了传统X线机。
间接数字化X线机成像
间接数字化X线机成像技术的优点包括
高分辨率、高灵敏度、低噪声和易于存储和传输。此外，该技术还可以通过多种软件工具进行图像处 理和增强，以提高检测的准确性和可靠性。
间接数字化X线机成像技术的缺点是
成本较高，需要专业的操作和维护。此外，与传统的胶片成像相比，一些用户可能需要时间适应这种 新的成像方式。
计算机X线摄影
CR技术的优点包括
高分辨率、高灵敏度、低噪声和易于 存储和传输。此外，该技术还可以通 过多种软件工具进行图像处理和增强 ，以提高诊断的准确性和可靠性。
CR技术的缺点是
成本较高，需要专业的操作和维护。 此外，与传统的胶片成像相比，一些 医生可能需要时间适应这种新的成像 方式。
数字减影血管造影
数字化X线机可以显示肝脏和胆囊的形态，有助于诊断肝炎、肝硬化、胆囊炎、胆结石 等疾病。
数字化X线成像的原理及技术分析
数字化X线成像的原理及技术分析数字化X线成像的原理及技术分析范晓东【摘要】随着医疗技术的发展，数字化技术正给医学影响领域带来革命性的变化，很多医院的放射科正在实现由传统胶片向数字化影像系统的转变，数字化x线成像技术是指把X线透射图像数字化进行图像处理，再变换成模拟图像显示的一种x线设备，使人们使用比先前低的X线辐射剂量获得满足诊断的图像成为可能。
本文对数字化x 线成像原理进行了叙述，通过对技术、主要性能及应用特点分析，可对使用者选购提供一定的参考作用。
【关键词】数字化X线成像；原理；技术分析2l世纪是数字化时代，数字化x线成像技术也随之飞速地发展。
自上世纪7O年代电脑放射成像(CR)技术发明以来，经过30多年的发展，数字x线成像技术已经日趋成熟。
最近几年来随着半导体技术和电脑技术的飞速发展，数字x线成像技术(DR)技术开始已广泛应用于临床。
目前数字化影像设备如CT、MR、DSA、SPECT、数字胃肠以及数字乳腺等大量数字化影像设备，已形成数字化影像的发展趋势。
x 线摄片作为最基本、普及、方便、廉价的影像诊断技术，由于空间分辨率要求最高，对影像探测器的技术要求高，数字化不易，但随着技术障碍的克服和科研进展，现在也逐渐开始和推广数字化? 。
1 数字化成像技术自1895年伦琴发现X射线以来，X线已成功应用于医学诊断和医学治疗中。
传统的x线透视是将穿透人体后的x线转变为有明暗图形变化的荧光图像，成像过程是基于光化学理论。
目前，常规x线诊断的数字化成像技术有：基于胶片扫描技术的x线胶片数字化扫描仪系统、基于II—TV系统的间接数字化系统、基于电脑X线摄像技术的CR系统、基于线扫描数字化技术的DR系统、基于非晶硅平板探测器的DR 系统和基于非晶硒平板探测器的DDR系统、基于荧光平板+CCD的DR系统等。
本文对DR技术及其性能进行探讨。
2 DR的原理DR的原理是将通过人体的x线影像信息转换成数字信号，该数字化的信号经转换器转换，在荧屏上可显示出人眼可见的灰阶图像，可供直接观察分析。
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特点
辐射剂量小、成像质量高、 辐射剂量小、成像质量高、数字化媒体记录的量 大空间小、 大空间小、可实现数字图像可处理技术及远距离 传输技术
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图像读出灵敏度自动设定
为在不同X线剂量下， 为在不同 线剂量下，获得相同的图像质 线剂量下 量，采用灵敏度自动设定功能 预读程序流程
确定灵敏度
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What Does it Replace ?
MAMMOGRAPHY & RADIOGRAPHY - TODAY
Phosphor X-Ray Tube X-Ray Light Film
ANALOG IMAGE
FLUOROSCOPY - TODAY
X-Ray Tube X-Ray
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影像板( 影像板(Image Plate, IP)结构 IP)结构
表面保护层：聚 表面保护层： 酯树脂类纤维制 成，能弯曲、耐 磨损、透光性好 。保护荧光层不 受外界温度、湿 度和辐射的影响 。涂布兰色滤光 层 ，提高清晰 度
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第一节 概述
几种X线图像数字化的方式 几种 线图像数字化的方式
胶片扫描系统 影像增强器+CCD+图像板 影像增强器 图像板 计算机X线摄影 计算机 线摄影(Computed Radiography, 线摄影 CR) 数字X线摄影 线摄影(Digital Radiography, DR) 数字 线摄影
图像读出灵敏度自动设定
大曝光剂量例1和小曝光剂量例 大曝光剂量例 和小曝光剂量例2 和小曝光剂量例
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图像后处理
灰阶处理 空间频率处理 动态范围压缩 减影处理 叠加处理 图像处理：调节亮 图像处理： 对比度、 度、对比度、窗宽 窗位，放大、反轉, 窗位，放大、反轉, 旋转，距离、 旋转，距离、面积 测量。 测量。 文字注释 注释。 文字注释。 更改病人资料
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CR系统的基本结构 CR系统的基本结构
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系统流程 系统流程
PC base ID Station （病人信息输入） 扫描主机
影像处理工作站
网络服务器 （PACS） 激光打印机
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第一节 概述
影像信号的数字化
数字图像
将二维图像以二维数字点阵的方式表示的图像叫 数字图像。 数字图像。 二维数字图像中的每一个点称为像素。 二维数字图像中的每一个点称为像素。像素的数 目等于行数和列数的乘积，即为图像的大小。 目等于行数和列数的乘积，即为图像的大小。一 般医学中的图像大小有256× 256，512× 般医学中的图像大小有 × ， × 512，1024× 1204等。 ， × 等 像素的黑白程度称为灰度， 像素的黑白程度称为灰度，用一个数值可以表示 灰度，这个数值的最大值称为灰阶， 灰度，这个数值的最大值称为灰阶，灰阶一般有 256级、1024级，对应地也可表示为 级 级 对应地也可表示为8bit、 、 10bit。 。
IP的特性： IP的特性：动态范围 的特性
輸出
直线性
特大宽容度 1:10000
10000 1000
1600 800 400 200 100
密度
可以精确地检 测到每一种组 织间极小X线 吸收差异
3.0
100 10
1.0 0.2
膠片 影像屏
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IP实物 IP实物
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读出装置原理
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读出装置
输出缓冲区 10个 10个暗盒
缓冲作用 出及输 缓冲作用 输出及输入各 暗盒，合供20 20个 10 个暗盒，合供20个 需等候時间 无需等候時间 每小时70张 每小时70张 阅读影像資料及病人資料 阅读影像資料及病人資料 12bit影像信息输出到: bit影像信息输出到 12bit影像信息输出到: 自动化工作站 - 自动化工作站 互动/交互处理工作站 - 互动/交互处理工作站
第三章 数字化X线机成像设备 数字化X
上海医疗器械高等专科学校 黄 勇
第一节 概述
数字化X线机成像设备的发展 数字化 线机成像设备的发展
数字化X线机成像设备是指把 线透射的影 数字化 线机成像设备是指把X线透射的影 线机成像设备是指把 像转换成数字图像的一种X线设备 线设备。 像转换成数字图像的一种 线设备。 分类
X线 线 球管 人印
电视信号处理 A/D 转换
(图像板 图像板) 图像板
计算机处理系统
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第二节 计算机X线摄影系统 计算机X
系统原理和概念
计算机X线摄影（成像）系统（ 计算机X线摄影（成像）系统（Computed Radiography，简称CR CR） Radiography，简称CR） CR是由日本富士公司于七十年代研制，八十 CR是由日本富士公司于七十年代研制， 是由日本富士公司于七十年代研制 年代推出，九十年代上市的计算机X 年代推出，九十年代上市的计算机X线摄影 系统。 系统。 CR的关键是用成像板 IP）取代X线胶片， 的关键是用成像板（ CR的关键是用成像板（IP）取代X线胶片， 摄片后由激光扫描仪读出IP板上的潜影， IP板上的潜影 摄片后由激光扫描仪读出IP板上的潜影，并 转换成数字信号传入计算机作图像处理。 转换成数字信号传入计算机作图像处理。
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输入缓冲区 10个暗盒 10个
计算机图像处理
图像处理环节
图像读出过程的处理：图像读出灵敏度自动 设定，自动获得最佳密度和对比度的图像 显示图像过程的处理：显示图像的特殊处理， 以获得较高诊断价值的图像，也称后处理 图像存储和记录过程的处理：在不影响图像 质量的基础上压缩图像，并可进行保存和传 输。还可用激光相机打印出图像。
背面保护层：材 背面保护层： 料与表面层相同 ，避免IP在使用 ，避免IP在使用 过程中的摩擦。
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影像板( 影像板(Image Plate, IP)成像原理 IP)成像原理
某些荧光物质可将第一 次被激发的信息储存下 来,当再次受激发时会释 放出与第一次信息相应 的荧光。这种现象称为 光激发发光或光致发光。 具有这一特性的物质称 为辉尽性荧光物质。成 像板(IP)采用氟卤化钡 晶体。它的激发发光现 象最强。
曝光
IP的特性： IP的特性：存储信息的消退 的特性
X线激发IP后，潜影存 储于荧光体中，在读取 前一部分电子随时间延 长将逃逸从而使第二次 激发时的荧光强度减少， 称为存储信息的消退。 IP消退很微弱，8h减少 25%。受时间、温度影 响。 受X线照射后，尽快读 取。
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IP的特性： IP的特性：发射与激发光谱 的特性
由IP受激发而释 放出的光子波长 与光强的关系称 为发射光谱。最 强波长为 390~400nm 激发激光波长与 释放光子强度的 关系称为激发光 谱。最强在 600nm左右
IP的特性： IP的特性：天然辐射与黑斑 的特性
IP不仅对X线敏感，对其他电磁波也敏感， 如紫外线、γ射线、α射线β射线及电子 线等。 来自建筑物上固定装置、天然放射性元 素、宇宙射线、IP板上微量放射性元素。 长期存放会产生小黑斑。 使用前必须激光擦除。
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第三节 数字X线摄影系统 数字X
DR系统的原理框图 系统的原理框图
平板数字探测器 （Flat Panel Detector, FPD） ）
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IP的特性： IP的特性：时间响应特征 的特性
激光激发荧光体停 止时，发射的荧光 依其发生过程的衰 减特征逐渐终止。 否则将与后面读出 的信息重叠，重而 降低影像质量。IP 的光发射寿命期为 0.8μs。
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图像的储存和记录装置
激光照相机
激光发生器 光调制器 光学扫描器 胶片传输系统 供片库
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CR特点(总结) CR特点 总结) 特点(
实现了传统X线图象的数字化； 实现了传统 线图象的数字化； 线图象的数字化 提高了图象的密度分辨率和显示能力； 提高了图象的密度分辨率和显示能力； 能实现图象后处理， 能实现图象后处理，增加了显示信息的 功能； 功能； 降低了X线曝光量 线曝光量； 降低了 线曝光量； 可以不用胶片的形式存储图片， 可以不用胶片的形式存储图片，而是以 数字形式用磁盘或光盘存储， 数字形式用磁盘或光盘存储，还能把信 息传输给PACS。 息传输给 。