医学影像技术手册
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9 照片打印技术

9.1 激光成像技术

【激光的特性】 1. 方向性好

普通光源(太阳、白炽灯或荧光灯向四面八方发光,而激光的发光方向可以限制在小于几个毫弧度立体角内,这就使得在照射方向上的照度提高千万倍。

2. 亮度高

激光是当代最亮的光源,只有氢弹爆炸瞬间强烈的闪光才能与它相比拟。一台大功率激光器的输出光亮度经太阳光高出7~14个数量级。激光打孔、切割、焊接和激光外科手术就是利用了这一特性。

3. 单色性好

普通光源发出的光通常包含着各种波长,是各种颜色光的混合。太阳光包含红、橙、黄、绿青、蓝、紫七种颜色的可见光及红外光、紫外光等不可见光。而某种激光的波长,只集中在十分窄的光谱波段或频率范围内。如氦氖激光的波长为632.8nm,其波长变化范围不到万分之一纳米。

4. 相干性好

干涉是波动现象的一种属性,基于激光具有高方向性和高单色性的特性,它必然相干性极好。

【激光胶片】

氦氖激光胶片感色相对光谱高峰在633nm,红外激光胶片感色相对光谱在730~830nm。干式激光胶片为含银盐激光胶片,简称干银胶片。它在感光层中含有AgX的物质,支持体为0.175mm的聚酯片基,感光层为极微细的银盐晶体颗粒和均匀分散在一种特殊的悬浮体内的成色剂组成,感光成像涂层中包括显影剂。
干银胶片的特点:①分辨率高:干银胶片银源粒子的粒径很小,一般只有0.01~0.05µm,远远小于传统的卤化银感光材料中微晶体的尺寸。在明显低含银量的情况下,干银胶片仍具有很高的成像光学密度和影像分辨率;②感光度高:干银胶片超过传统银盐照相材料的2~5倍;③加工过程耗能低:干银胶片在显影加工过程中的耗能量只有传统显影方法的20%;④形成的影像稳定:在适当的保存条件下,干银胶片的影像可以完好无损地进行长时间的保存;⑤含银量低:干银胶片通过少量的卤化银感光形成潜影,而影像的形成则靠一些粒径极小、而遮盖力很高的非感光的银源物质。干银胶片比传统的银盐照相材料约低百分之30%~40%;⑥显影加工过程无污染:干银胶片在显影加工时,无需添加任何的化学加工药品,也没有污水和其他有害物质的排放;⑦成本低:干银胶片的制造成本和加工成本都低。

【激光胶片的显像原理】

当光-热胶片被激光扫描后,激光光子进入了胶片的感光层将银离子变成金属银原子而形成潜影,胶片接受激光扫描后产生的感光效应。一个高能量的激光光子,能与胶片敏感层中的银离子作用,在多个颗粒的感光中心产生上万个银原子。曝光后的干式胶片从120℃以上的旋转热鼓中吸收热能,进行15秒的加热处理,热能作用于所有潜影中的银原子核而显影。通过这一催化作用过程银原子变成可见的金属银,即形成带有不同密度的影像,金属银数量和曝光在胶片上的光子数成正比例。
曝光后的胶片中银离子大致分成3 种形态存在于敏感层之中:感光充分的金属银颗粒、感光不足的混合金属银颗粒、未感光的银离子,这是成像后显示不同灰阶的关键。光-热式成像没有定影程序,胶片中未曝光的银离子还残留在胶片上面。当照片贮存环境温度过高时,残留在胶片上的银离子则有可能继续变成银颗粒,也就是俗称的继续显影。阳光中的红外线强度同样可使少量的光子进入胶片感光层中,与残留银离子产生催化作用,使银离子变成金属银形成新的潜影。
干银胶片经曝光,使得感光成像层中的少量的卤化银感光,从而形成潜影,再经过一定温度和一定时间的加热,在感光成像层中由非感光的银源物质形成永久的银影像。干银胶片的成像过程实际上是一个催化过程。在干银胶片的成像层中少量的卤化银微晶体仅在较低能量的光照下便可以形成潜影,这一点是和传统的银盐照相材料是相同的。不同的是干银胶片经过曝光以后,由卤化银形成的潜影中心是被大量的、非感光的有机酸银的极微小的颗粒所包围着,并与成像层中的还原剂形成催化中心。该催化中心在加热时会促使非感光的有机酸银与还原剂发生氧化还原反应生成永久的银影像。干银胶片所形成的最初的潜影靠的是少量的对光线敏感的卤化银,而形成最终影像的大部分银源则靠的是非感光的有机酸银盐。
激光胶片使用时应注意防额外的“热源”,包括太阳光、室内光、辐射源等,避免胶片增加灰雾度。温度以20℃为宜,最低不能低于5℃,相对湿度为30%~50%左右。避免潮湿、高温、日照、放射源、不良气体等。激光胶片记录信息后图像如接触酸、碱、溶剂、可塑剂等,或长时间烈日曝晒就会变质。

【激光打印机】

医用光热式成像系统主要由数据传输系统、激光光源、激光功率调制及扫描/曝光系统、胶片传送系统、加热显影系统以及整机控制系统等部件构成。数据传输系统是光热式成像系统与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。
激光功率调制系统用于控制激光器功率,分为直接调制和间接调制两种。直接调制是直接控制半导体激光器的光功率;间接调制是半导体激光器以一个稳定的功率输出激光,然后在激光光路上加上调制器,如声光调制器等,以此来改变激光的光功率。胶片上某一点显影后的密度值与激光照射在该点时的光功率值成正比,光功率越大,密度越高;而激光的光功率值又由打印的数字图像的灰度值决定。
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激光扫描位置,再把已曝光的胶片送到加热鼓进行加热显影,最后把显影完成的胶片传送给收探测器。
控制系统是整个光热成像系统的控制中枢,负责系统各部件状态的统筹控制,主要包括激光器的开启或关闭,激光功率调制系统和扫描光学系统中的电机或振镜调节和控制,以及胶片传送系统的运行等。

【激光打印机成像原理】

相机先通过数据传输系统将图像数据接收到机器内部的存储器中,然后从探测器中取出胶片,输送到激光扫描曝光的位置,同时控制系统根据图像数据控制激光器功率以及光点在胶片上的位置,使胶片正确曝光;每扫描曝光一行后,胶片在传送系统的带动下精确地向前移动一个像素的距离,然后开始下一行的扫描直到完成整个胶片的“幅式扫描曝光”,最后胶片进入加热鼓中显影,并送至收片盒。
干式激光相机是将形成潜影的胶片送到加热鼓进行显影,而湿式激光相机是送到自动洗片机显影。光热化打印技术是用激光束来扫描胶片,保证了影像在处理过程中的精密和一致性。在曝光过程中打印头不接触胶片,避免了打印头和胶片摩擦产生的打印头损耗及对影像的影响。