医学影像技术手册
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9.2 热敏成像技术

医用非激光成像技术主要包括热敏成像和喷墨成像两种,都是干式成像技术。干式热敏成像按感热记录方式不同又分为干式助熔热敏打印机、干式升华热敏打印机和干式直升热敏打印机。第一种是通过加热使油墨带内熔点较低的油墨熔化,达到记录影像的目的;第二种是通过油墨带内的染料加热升华记录影像;第三种是常见的干式热敏打印机,它不产生油墨带的废料,分辨率和灰阶数也都优于其他两种技术。

【热敏胶片结构】

热敏胶片为单面药膜,从上向下分为5层:①保护层,含有微细的无机原料及润滑剂,有利于热敏头和胶片的润滑性,以提高图像质量;②感热层;③支持体为0.175mm厚的聚酯片基;④吸收层,起稳定作用;⑤无光层,涂有3~6µm薄膜的无光剂,使观片效果增加。

【热敏胶片显像原理】

感热层中具有显色功能的微粒胶囊和乳化物,靠黏合剂均匀分布在胶片片基层上,当热敏头对干式胶片加热后,微型胶囊的胶囊壁变成具有透过性,显色剂进入胶囊发生发色反应。当停止加热时,胶囊壁又重新变成具有非透过性而停止发色反应,胶片上根据发色的程度而记录下影像,由于常态(不加热状态)下微型胶囊不具有透过性,记录的图像可以稳定地保存。这种利用热反应微型胶囊记录影像的技术称为微型隔离技术。
为获得稳定和高质量的图像,采用了灰阶调整技术、色光调整技术和光泽度调整技术。灰阶调整技术使用了两种发色起始温度、胶囊壁碳颗粒以及不同大小的微型胶囊优化组合,以得到良好的灰阶特性。
色光调整技术通过混合6种发色剂,改变高色调碳颗粒(Tg)壁和低色调碳颗粒(Tg)壁胶囊的色光,获得从高光到暗色调光的连续性,其中的发黑剂调节了照片的黑化度,得到与银盐胶片相同的黑化效果。光泽度调整技术利用背层的吸收剂胶囊内部的散射来优化无光泽材料的颗粒大小和使用量。
干式相机的胶片对保存环境要求较高,温度在35℃、相对湿度60%保存约半年时间;而温度在30℃、相对湿度60%保存约五年,且不宜与酸、碱和有机溶剂接触,一定要避免长时间的光照。

【热敏相机结构】

热敏相机主要由开关电源系统、数据传输系统、胶片传送系统、热敏加热显影系统以及整机控制系统等部件构成。数据传输系统是热敏成像系统与CR、DR、CT, MRI或其他医疗摄影设备的数据通道,它接收摄影设备的数字图像数据,并输送到系统的存储器中。需要胶片曝光操作时,控制系统直接从存储器中将要打印的图像数据取出。
胶片传送系统包括送片盒、收片盒、辊轴、高精度电机及动力传动部件等。其功能是将要曝光的胶片从送探测器内取出,经过传动装置输送到热敏头,再把已曝光的胶片送到出片口。
控制系统是整个热敏成像系统控制中枢,负责系统各部件状态的统筹控制,主要包括热敏头的开启或关闭,热敏电阻的功率调制和高精度电机控制,以及胶片传送系统的运行等等。开关电源系统为数字胶片打印机各工作单元提供相匹配的电源供应。当胶片通过时,热力头产生的热量使其与胶片紧密接触,这样胶片产生不同密度的灰阶影像,并且采用特殊的减速机和马达组合的驱动,实现高精度、高转矩的传送。

【热敏头】

核心的部件是热敏头,热敏头分为厚膜头和薄膜头。干式激光相机采用适合高像质记录的薄膜头,薄膜头是在真空下对放热电阻采用蒸发而成的,它的放热电阻的阻值误差小,变化平滑,适合高质量的图像记录。热敏头的尺寸决定成像胶片的宽度,如14英寸(1英寸=2.54cm)的热敏头就可以打印14英寸×17英寸的胶片。
热敏头由放热部分、电路控制部分和放热片组成放热部分是一个玻璃制成的半圆形锥体凸起部分,在抛光膜密度为11×8条/毫米的直线上配置了3072个放热电阻和电极。在被保护套覆盖的控制电路内,安装了控制数字图像转换成灰阶图像的集成电路。放热部分由联成一体的散热片组成,工作时调节温度的恒定。
热敏头成像采用一次放热方法,高密度黑色的像素会表现成网点状,而低密度部分的像素的噪声会很明显。热分配系统是在副扫描方向把放热点分成8个使灰阶的图像从低密度到高密度之间的一个像素内有8个放热点,使获得的图像既连续又平滑。
在热分配系统中,8个放热点的每一个都能控制256个灰阶,8个放热点组合在一起,其灰阶控制能力可达到11比特(256×8=2024)。同时还采用高像质修正技术,有电阻补正、均一补正、热比率补正和清晰度补正。电阻补正主要是纠正发热电阻本身产生的误差;均一补正主要是针对电阻补正后产生的不均匀现象,采用光学阅读后分别进行补正;热比率补正主要是用于电路内电压下降的补充修正工作;清晰度补正是为达到最佳的成像结果而对图像做进一步的灰阶处理。所有这些技术的应用保证了图像质量的稳定和准确,从而满足影像诊断的需要。

【热敏相机工作原理】

直热式成像技术是一种非激光扫描的成像技术,它是将图像数据转换成电脉冲后传送到热敏头,再显现在热敏胶片上。热敏头由排成一列的微小的热电阻元件组成,热电阻元件能将电信号转变成热能。
胶片成像时,热电阻元件产生的热量传递到胶片上,胶片热敏层受热发生化学反应,使图像显现。电信号的强弱变化使热电阻元件的温度升高或降低,胶片热敏层根据受热温度的高低,产生相应的像素灰度。
这样胶片的热敏层的显影剂在温度的作用下显影,温度越高,时间越长,密度就越大,照片越黑。胶片出片的速度取决于热敏头元件的温度响应时间及能力,热敏头元件的响应能力是靠改变电压来控制的。干式热敏胶片的特点是对温度敏感,即温度越高,持续时间越长,胶片密度就越大。

【热敏相机的工作流程】

首先通过以太网络接收数字图像数据,并将图像数据存储到计算机硬盘。由计算机的影像控制系统负责把主机的图像数据进行整理,调整图像的尺寸、大小、版面,同时可对图像的对比度、密度进行调节等。
控制系统产生的信号控制打印引擎。从胶片输入盘选择合适尺寸的胶片,传送到14英寸宽的打印头电阻器线,一行接一行的直接完成数控热敏成像过程。成像完毕后,胶片由分拣器输出到指定的输出盘。相机内置密度检测调节装置,它得到的图像密度检测信息送回图像信息处理单元的计算机,如果密度检测和原始图像不符合,它会提示相机需要校准。这样就形成了一个闭环的图像质量调控体系,使相机的图像质量始终保持一致,无需手动校准,确保了影像的诊断质量。

【热升华技术原理】

通过加热头在计算机控制下对胶片进行加热,特制的银盐会在高温下完成还原反应,析出银颗粒,出现升华反应,将除银之外的其他物质蒸发掉,然后将被蒸发的物质吸附回收,以免造成新的污染。从原理上讲不产生油墨的废料,虽然减少了液体排放污染,但升华物质的气体含有重金属化合物-银盐,排放仍具有潜在危险性。
目前开发了一种全新的一次性高温成像技术,即在两层片基中夹裹一层无色银盐,成像时将胶片通过高温热头,温度在130℃以上时,银盐就会发生还原反应,将银颗粒析出。温度越高,析出的银颗粒越多,呈现在胶片上的影像密度(黑化度)也越大。由于银盐是被密封在两层透明片基当中,不会产生任何泄露,可以达到真正无公害、零排放的效果。