医用数字X线摄影系统

医用数字X线摄影系统（精选7篇）

医用数字X线摄影系统 篇1

0前言

随着医院数字化的迅速发展, 数字化X线摄影在医院得到了广泛应用。数字X线摄影设备主要有计算机X线摄影 (CR) 系统和数字X线摄影 (DR) 系统。但是, CR、DR设备的生产厂家众多, 有进口的, 也有国产的, 型号、配置不统一;有的DR设备是用普通X线机改装而成, 这些设备的性能质量参差不齐, 对于他们能否满足临床诊断要求, 我国没有统一的评价技术标准。目前的检测方法不统一, 技术依据也不完整, 给医院对这些设备的管理和质控造成一定难度, 同时对临床影像诊断的正确性也有一定的影响。因此, 必须要有统一的检测技术标准, 对数字化摄影设备的性能进行检测或检定, 以保证影像质量。江苏省计量科学研究院、江苏省人民医院等单位进行了大量的科学试验, 制订了一套切实可行的检测方法, 为CR、DR设备的性能检测提供了统一的技术标准。经国家质量监督检验检疫总局批准, 医用数字摄影 (CR、DR) 系统X线辐射源国家计量检定规程 (JJG 1078-2012) [1]于2012年9月18日开始实施, 做为CR、DR设备的计量检定和质量控制的技术依据。

1 性能检测和质控思路

CR、DR系统的性能检测和质量控制必须参照设备的技术性能指标和医院的实际使用情况, 其内容应考虑临床需求和可操作性。经过调研, 检测内容以X线辐射源和图像质量为主, 主要检测项目有辐射输出的空气比释动能、辐射输出的重复性、辐射输出的质、X线管电压、空间分辨力、低对比度分辨力、影像均匀性和光野与照射野一致性[2,3,4,5,6,7]。

2 检测设备

各种型号的CR、DR设备;诊断水平剂量计、测量半值层用铝片、低对比度分辨力模体、衰减模体、分辨力测试卡、影像综合测试卡和透射式黑白密度计等。

3 检测方法

3.1 辐射输出的空气比释动能

将诊断水平剂量计探测器置于X射线照射野中心, 选最大照射野, 设置焦点到探测器中心的距离为100 cm, 选管电压70 k V、10 m As条件曝光。

在上述条件下, 重复测量3次以上, 取其平均值, 按公式 (1) 计算空气比释动能 (单位为m Gy) :

式中:——诊断水平剂量计测量3次的平均值 (m Gy) ;

——电离室或半导体探测器空气比释动能的校准因子;

——非密封电离室型探测器温度、气压修正。按公式 (2) 计算:

式中:t——检定时室内温度 (℃) ;p——检定时大气压 (k Pa) 。

3.2 辐射输出的重复性

在上述规定条件下, 用诊断水平剂量计重复测量10次, 重复性V用公式 (3) 计算:

式中:——空气比释动能测量值;——空气比释动能测量值的平均值。

3.3 辐射输出的质 (HVL)

将诊断水平剂量计探测器置于X射线照射野的中心, 探测器的中心轴与射线束垂直。X射线管不设有附加过滤功能, 需将管电压调至70 k V, 选择合适的m As。X射线管焦点到探测器的距离约为60 cm, 吸收片到X射线管焦点的距离为30~40 cm。辐射输出的质测量示意图, 见图1。

测量未加吸收片和加不同厚度的吸收片时的空气比释动能率。用作图法或计算法求出空气比释动能率降到初始值 (无吸收片) 一半时的吸收片厚度, 即为该辐射的质。

辐射输出的质 (HVL) 也可采用经校准的半值层测量仪直接测量。

注:1—X射线管, 2—吸收片 (标准铝片或半价层测量仪) , 3—X射线束, 4—电离室型探测器。

3.4 X射线管电压

将非介入k V表探测器置于X射线照射野中心, 射线束轴与探测器截面垂直。选择常用的管电压值, 至少重复测量3次, 取其平均值, 按公式 (4) 计算相对偏差:

式中:——X射线管电压的标称值 (k V) ;——测量的X射线管电压的平均值 (k V) 。

3.5 空间分辨力

使用空间分辨力测试卡, 栅条铅挡量为0.1mm Pb, 最大线对≥50 Lp/cm。衰减模体的材料为纯度≥99%的铝, 厚度为 (20±0.05) mm。

3.5.1 CR系统

将IP放置在照射野中, 射线束与IP表面垂直。选常用规格的IP, 将分辨力测试卡放置在IP中间区, 再将衰减模体放置于照射野中, 并覆盖整个照射野。

设置SID为100 cm或180 cm, 选管电压70 k V或80k V、适当m As曝光, 曝光后将IP在影像读出器上进行扫描显像, 直接读取可分辨的线对值。

3.5.2 DR系统

调整影像探测器输入面与射线束垂直。将分辨力测试卡放置在照射野的中心位置, 尽量靠近影像探测器输入面, 再将衰减模体放置于照射野中, 并覆盖整个照射野。

设置SID为100cm或180cm, 选管电压70k V或80k V, 用适当的m As曝光, 调整窗宽与窗位使影像显示最佳, 在显示器上直接读取可分辨的线对值。

3.6 低对比度分辨力

用低对比度分辨力模体, 模体由纯度≥99%的铝制成, 厚度 (20±0.05) mm, 模体上圆孔直径为1.0 cm, 孔深的偏差不超过±0.02 mm。具体参数见表1。

3.6.1 CR系统

选常用规格的IP, 将低对比度分辨力模体放置在IP暗盒中间区, 模体表面与射线束垂直, 并处在照射野的中心位置, SID为100 cm或180 cm, 选管电压70 k V或80 k V、用适当的m As或自动模式条件下曝光, 将曝光后的IP在影像读出器上进行扫描显像。可分辨的最小低对比度圆孔对应的百分比即为低对比度分辨力。

3.6.2 DR系统

将低对比度分辨力模体放置在影像探测器输入面, 探测器与射线束垂直, 并处在照射野的中心位置, SID为100 cm或180 cm, 选管电压70 k V或80 k V, 用适当的m As或自动模式条件下曝光, 调整窗宽与窗位使影像显示最佳。可分辨的最小低对比度圆孔对应的百分比即为低对比度分辨力。

3.7 影像均匀性

使用影像综合测试卡, 标尺分度值≤2mm, 具有边界及中心影像均匀性测试点。

设置SID为100 cm或180 cm, 管电压50 k V或80 k V, 用适当的m As或自动曝光条件, 将影像综合测试卡放置在IP或影像探测器的中心, 并与射线束垂直, 进行曝光。读取所显示图像边界及中心的感兴趣区 (ROI) 信号强度值, ROI的面积≥50 mm2, 并按公式 (5) 计算影像均匀性:

式中:为边界及中心信号强度或光密度值的实验标准差;为边界及中心信号强度或光密度值的平均值。

如果图像处理软件无法测量感兴趣区的信号强度值, 则可用黑白密度计直接测量胶片边界及中心均匀性测试点光密度值, 计算同公式 (5) 。

3.8 光野与照射野一致性

选常用的照射野, 调整SID为100 cm或180 cm, 将数字影像综合测试卡放置在IP或影像探测器的中心, 并与射线束垂直, 开启准直器定位灯, 调整光野与测试卡四周边界使之与视野刻线相重合, 在管电压50 k V或80 k V、适当的m As条件下进行曝光, 曝光后从所显示的影像上读取光野与照射野之间的偏差。

4 结果

对多种品牌、多种型号的CR、DR设备进行了实验测试, 由于数据量较大, 本文仅例举了几种品牌 (没有注明) DR系统检测数据的平均值, 见表2。

本研究对检测结果进行统计、分析、研究, 并参考有关技术标准, 制定了医用数字X线摄影系统检定规程初稿, 在全国电离辐射计量技术委员会的组织下, 召开了专家审定会, 对初稿进行了认真的讨论和修改, 最终确定了医用数字X线摄影系统的检测方法和性能技术指标。从全国实施的情况看, 检定规程能客观地反映CR、DR系统的计量性能, 可以作为CR、DR设备的计量检定和质量控制的技术依据。

4.1 辐射输出的空气比释动能

在规定的条件下, 空气比释动能应≤10 m Gy。

4.2 辐射输出的重复性

在常规工作条件下, 辐射输出的空气比释动能重复性≤10%。

4.3 辐射输出的质

管电压70 k V时, 半值层应≥2.1 mm Al。

4.4 X射线管电压

X射线管电压的相对偏差<±10%。

4.5 空间分辨力

空间分辨力≥20 Lp/cm。

4.6 低对比度分辨力

低对比度分辨力<2.2%。

4.7 影像均匀性

影像均匀性<2.2%。

4.8 光野与照射野一致性

光野与照射野之间的偏差每边不应超过所选SID的±1%。

5 结束语

对医用数字X线摄影系统进行性能检测和质量控制, 是为了保证系统的各项性能指标在正常范围内和影像的最优化。所以, CR、DR系统的各项性能指标必须满足上述要求, 否则可能会影响到临床的使用和诊断的正确性[8,9]。要获得高质量的X线影像, CR或DR系统必须要有良好的工作状态。为此, 要对设备定期进行性能检测和质量控制, 一旦发现问题及时维修或保养, 检测合格后方能使用。同时, 操作人员能否正确、合理的使用CR或DR系统也非常关键, 如能否摆好正确的解剖体位, 能否选择合适的SID和照射野, 更重要的是选择适宜的曝光条件来保证图像的质量。

摘要：目的 为解决医用数字X线摄影系统的性能检测和质量控制问题, 研究一套切实可行的检测方案。方法 采用诊断水平剂量计探测器、非介入kV表的探测器、空间分辨力测试卡、低对比度分辨力模体、衰减模体及数字影像综合测试卡对医用数字X线摄影系统的参数进行测试。结果 通过对实验数据进行分析, 确定性能指标和检测方案。结论 该医用数字X线摄影系统的性能检测方案, 可以保证系统的技术性能和影像质量。

关键词：医用数字X线摄影系统,剂量计,非介入kV表,空间分辨力测试卡,低对比度分辨力模体,衰减模体

参考文献

[1]JJG 1078-2012, 医用数字X线摄影 (CR、DR) 系统X射线辐射源[S].北京:中国质检出版社, 2012.

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[3]JJF 1035-2006, 电离辐射计量术语及定义[S].北京:中国计量出版社, 2007.

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[5]GBZ 187-2007, 计算机X射线摄影 (CR) 质量控制检测规范[S].北京:人民卫生出版社, 2007.

[6]YY/T 0741-2009, 数字化医用X射线摄影系统专用技术条件[S].北京:中国标准出版社, 2009.

[7]AAPM REPORT NO.93.Acceptance Testing and Quality Control of Photosti-mulable Storage Phosphor Imaging Systems[S].American Association of Physicists in Medic-ine, 2006.

[8]王志伟.临床实验室仪器设备的校准及校准验证[J].中国医疗设备, 2012, 27 (6) :66-68.

[9]曾国全, 孙厚长, 闻彩云, 等.基于高频X线机的DR升级系统的应用[J].生物医学工程学进展, 2008, (3) :179-180.

医用数字X线摄影系统 篇2

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析我院于2012 年1 月~2014 年12 月对86 例患者进行胸部X线射片, 并且进行图像处理, 其中男49 例, 女37 例, 年龄21~68 岁, 比较对患者进行DR摄像处理后图像质量。

1.2 图像处理方法

1.2.1 图像校正

DR图像具有动态校正及静态误差校正两种类型。 (1) 动态误差校正:在采集校准参考图的同时, 为有效降低或提出随机噪音的影响, 多数情况将采用多幅图互相叠加后出现的取平均值算法, 因为所有射线条件下获得的图像均包含暗场图像所代表的偏差误差成分, 因而任意两幅图进行相加减后, 就是其对应的射线剂量差值于各像元的实际响应; (2) 静态误差校正:静态误差时一种由X线光场剂量及分布无关的误差, 该种误差中的瑕疵像元噪声由于部分点将伴随入射X线的变化而较为特殊, 对其的校正多采用领域选择性平均法, 于传感器阵列的边缘, 各像元包含8 个临近像元, 拍摄过程中人体部位处于平板中部。

1.2.2 图像拼接

(1) 图像配准:DR系统摄录的图像经几何变化从而投影至另一幅图中为图像配准。图像配准包含有以下方法:a基于区域图像配准该配准方法在进行配准运算时采集的是直接图像素值, 计算过程相对较为简单, 方便实现, 但计算量较为庞大, 且对图像噪音的适应能力不强;b基于不同区域的图像配准该配准通过利用傅里叶变化实现将图像由时域转变为频域, 图像配准采用傅里叶谱;c给予特点的图像配准该配准方法可更好的消除图像畸变及噪声所产生的不利影响。 (2) 图像融合:是一种为有效消除两幅图像在融合过程中所产生的亮度差值的有效方法, 通过将已经配准好的图像合并一幅图, 从而促使两幅图原有的中谍区域亮度逐渐向各自内部变化。融合的方法主要包含:a直接平均法对配准后的两幅图中的重叠区所对应的像素点灰度值进行直接叠加后计算平均, 其相当对于一幅图像进行了一次有效的低通波过滤;b中值滤波法对于配准后的图像中带有互相重叠的地方进行中值滤波, 可在相应的条件下克服由于直接平均法所引发的图像细节不清晰的现象, 但对于拼接后的图像仍旧有明显的拼接缝隙可能;c加权平均法于每幅图像中, 像素在距离图像中心较近的地方将获得较高的权值, 然而距离较远的权值较低, 经该方法可促使图像内容实现平滑过渡, 清除由于拼接过程中的痕迹;d加权中值滤波法该方法对重叠区域进行加权, 后对中值实施滤波处理, 进而有效消除拼接痕迹, 但亦可一定程度上引发图像处理不清晰。

1.2.3 图像前景处理

图像经由二值化处理后, 仍旧需要进一步确定X线照射的视野, 即图像的曝光区域, 通常情况下该区域为规则的矩形区域, 因而我们多采取逐行扫描方法进一步寻找矩形的四条边, 由于矩形的中心始终为平板探测器的中心区域, 因而矩形区域是上下、左右所构成的区域, 仅需要寻找矩形区域的上行、下行、左列及右列的位置即可。

1.2.4 图像增强

钝化蒙片法可对图像进行高通滤波以提升原图像中高频分量的比重, 进而更好地增强图像的边缘及细节, 传统的钝化蒙片法首先对图像进行低通滤波获取一幅模糊的图像, 后经该图像减去模糊图像。但该方法具有两个缺陷: (1) 对噪声非常敏感, 当图像存在一定噪声时, 获得的增强图像可出现比较明显的不期望性扭曲; (2) 该图像有较大的对比度获取更大的增强作用, 但对于原本的对比度具有较弱的增强作用, 可能引发图像整体增强后出现过多的伪影。该项技术利用一种图像增强后获得图像增强叠加显示图像, 给予一定的叠加图像的乘积因子, 获得图像的整体性效果, 为更好的获得细节增强图像, 选择一种经由原图像中采样后进行高通滤波, 采用差值的方式将处理后的图像转变为原有的图像尺寸。

2 结果

86 例患者的DR图像采集均十分顺利, 图像质量评定一级72 例, 二级14 例, 未出现三级图像, 完全符合临床诊断需求。

3 小结

DR系统成像无中间能量转换过程, 经X射线抵达接收装置后将直接转换为数字信号供计算机采集, 因而极大地减少了由于中间环节所带来的不利影响, 提升了X线的转换效率, 同时DR系统更高的分辨率、更快的成像速度、更低的X线辐射剂量、优异的图像质量及强大的后处理功能充分体现了DR的优势[3]。临床影像医师应认真掌握图像校正、图像拼接、图像前景处理及图像增强技巧, 更好地提升X线质量, 服务于临床诊断及随访。

参考文献

[1]王晓华, 刘东声, 宣晓, 等.数字化胸片处理参数对接尘者数字化X线胸片图像的影响[J].中华劳动卫生职业病杂志, 2013, 31 (5) :351-355.

[2]林创鲁, 程韬波, 周松斌, 等.数字化X线医学图像增强处理器研究[J].现代制造工程, 2011, (4) :84-87.

医用数字X线设备DR和CR 篇3

随着数字化信息技术和网络技术的迅猛发展,医学影像技术也发生日新月异的改变。越来越多的医院开始采用数字化设备取代传统X线机摄影。计算机放射摄影CR(Computed Radiography)和数字化放射摄影DR (Digital Radiography)技术是医学放射学科推动数字化和网络化进程的一个重要手段。

传统的X线成像是经X线投照,将影像信息记录在胶片上,在显定影处理后,影像才能在照片上显示。传统胶片X光机成像过程是基于光化学理论,数字X光机则基于光电子学理论。X光胶片采用卤化银为主要的感光材料,感光乳剂中卤化银颗粒大小和颗粒度是最重要的参数之一。数字化X线成像则不同,而是将投照后的X线转换成光电信号,经过计算机数字图像处理,在荧屏上显示黑白灰阶影像。目前放射学科常用的数字化X线影像有2种:计算机X线摄影CR和直接数字化X线摄影DR。

1 CR的成像

CR成像原理是用影像板IP (Imaging Panel)替代传统的胶片增感屏,用存储介质记录X线影像,通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是信号,经A/D转换后,输入计算机处理,成为高质量的数字图像。

1.1 CR的成像过程

CR的成像要经过影像信息的记录、读取、处理和显示等步骤。

1.1.1 影像信息的记录

用一种含有微量元素铕(Eu2+)的钡氟溴化合物结晶制成的IP代替X线胶片,接受透过人体的X线,使IP感光,形成潜影。X线影像信息由IP记录。IP可重复使用千余次。

1.1.2 影像信息的读取

IP上的潜影用激光扫描系统读取,并转换成数字信号。激光束对匀速移动的IP整体进行精确而均匀的扫描。在IP上由激光激发出的辉尽性荧光,由自动跟踪的集光器收集,复经光电转换器转换成电信号,放大后,由模拟数字转换器转换成数字化影像信息。由IP扫描后,则可得到一个数字化图像[1]。

1.1.3 影像信息的处理

影像的数字化信号经图像处理系统处理,可以在一定范围内任意改变图像的特性。这是CR优于X线照片之处,X线照片上的影像特性是不能改变的。图像处理主要功能有:灰阶处理、窗位处理、数字减影血管造影处理和X线吸收率减影处理等。

1.1.4 灰阶处理

通过图像处理系统的调整,可使数字信号转换为黑白影像对比,在人眼能辨别的范围内进行选择,以达到最佳的视觉效果。这有利于观察不同的组织结构。例如胸部可得到两张分别显示肺和纵隔最佳图像。

1.1.5 窗位处理

以某一数字信号为0,即中心,使一定灰阶范围内的组织结构,以其对X线吸收率的差别,得到最佳的显示,同时可对这些数字信号进行增强处理。窗位处理可提高影像对比,有利于显示组织结构。

1.1.6 数字减影血管造影处理

选择血管造影一系列CR图像中的一帧为负片行数字减影处理,可得到DSA图像。

1.1.7 影像的显示与存储

数字化图像经数字或模拟转换器转换,于荧屏上显示出人眼可见的灰阶图像。荧屏上图像可供观察分析,还可用多帧光学照相机摄于胶片上,用激光照相机可把影像的数字化信号直接记录在胶片上,可提高图像质量。激光照相机同自动洗片机联成一体,可减少操作程序[2]。

1.2 CR的技术特点

CR的图像处理系统可调节对比,故能达到最佳的视觉效果;摄照条件的宽容范围较大;患者接受的X线量减少。图像信息可由磁盘或光盘储存并进行传输。

CR拥有标准DICOM-医用数字通信协议传输、DICOM存储、DICOM打印,使连接RIS-放射信息系统和HIS-医院信息系统非常方便,使PACS图像存档和通信系统可行,为医院联网提供更宽广的数字平台。CR的价格适中,可以在现有的X线设备不做任何改装的情况下与其直接匹配使用,使机器升级换代,还可以多台机器共用一套CR系统,使用灵活,经济有效[3,4]。

2 DR的成像

1986年在布鲁塞尔召开的第15届国际放射学会上,首次提出数字化放射摄影(Digital Radiography,DR)的物理学概念及临床应用报告。DR是直接数字化X射线摄影系统,是由电子暗盒、扫描控制器、系统控制器、影像监视器等组成,是直接将X线光子通过电子暗盒转换为数字化图像,是一种广义上的直接数字化X线摄影。

2.1 DR的成像原理

DR是一种X线直接转换技术,它利用硒作为X线检测器,成像环节少。它是指在专用的计算机控制下,直接读取感应介质记录到的X线影像信息,并以数字化图像方式重放和记录。DR是影像增强器式的数字化摄影,即由影像增强器、光电摄影管、CCD、监视器、A/D转换器件组成,这种成像方式并非是直接的数字化。近几年来发展起来的直接数字化放射摄影称为DDR,但人们习惯称为DR。DR由于探测器技术的不同可分为3种平板探测器技术。

2.1.1 直接平板探测非晶硒技术

(Direct Radiography Detector DRD)探测器成板状,它把X线能量直接转变成数字信号,用晶态硒涂覆于薄膜晶体管陈列上,每个基本像素单元在控制电路的触发下,像素储存电荷按顺序传到外围读出电路,经14bitA/D转换,直接输出数字化信号。

2.1.2 间接转换平板探测器技术

(Flat Panel Detector FPD)所谓间接转换是指X线先于碘化铯闪烁发光晶体作用变成荧光,然后通过有源陈列检测并输出信号。有源陈列中对应于每一像素,有一非晶硅光敏二板管。非晶硅薄膜晶体管开关,通过电子线路将开关选通信号读出,经14bitA/D转换后形成数字化电信号。

2.1.3 转换平板探测器

它是利用几百个性能一致的CCD摄像机整齐排列在同一平面上,其前方是一幅荧光屏,X线摄入荧光屏发出影像,每一CCD摄像机摄取一定范围荧光影像并转换成数字信号。由计算机处理将图像拼接成完整图像。

2.2 DR的技术特点

DR系统能够显著提高图像质量,降低受照射的X线剂量,由于DR系统具有较高的量子检测效率,可以显著降低受照射的X线剂量。数字化X线机形成的数字化图像比传统胶片成像所需的X射线计量要少,因而它能用较低的X线剂量得到高清晰的图像,同时也使患者减少受X射线辐射的危害。DR系统在曝光后5s左右即可以预览原始图像,再经过处理后,转到PACS系统,即可以提供给医生在工作站诊断图像,成像快捷,大大减少患者等待时间,DR做到节省人力、物力,提高工作效率[5,6]。

3 CR与DR的比较[7,8]

DR的图像清晰度比CR图像高,主要是由像素尺寸决定。DR的拍片速度明显快于CR,拍片间隔为5s,直接出片,CR拍片间隔Imin以上,从拍片到胶片显像需3min。CR可与原有的X线机兼容使用,DR则不能。DR系统能直接获取数字图像数据,而CR系统是利用残留的潜像来生成图像,并且随着时间的推移,信号存在衰减。DR的噪声源比CR少,DR的信噪比比CR高。从工作效率上来讲DR优于CR,因为免去暗盒的传送与放置,节省劳动力,提高工作效率。

DR可以实现相应的曝光功能而使病人受到较低的辐射剂量[9]。DR探测器寿命长,可用十年以上,CR的IP板只能用一年左右。DR是直接转换技术,集成的DICOM3.0标准协议使DR的网络集成特性更强。

综上所述,CR和DR比传统的屏片摄影,无论在X线剂量、宽容度、对比分辨率、出片时间及后处理等工作都具有优势。由于CR、DR等数字X线设备的出现,取消存储胶片的麻烦,并可以方便地接入PACS系统,实现图像信息联网,便于传输、存储和诊断,促进远程放射学科的发展。

摘要：医学影像技术随着数字化信息的发展也出现一些先进的数字影像设备,其中数字化放射摄影DR和计算机放射摄影CR是具有代表性的影像设备,本文着重介绍2种设备的成像原理及设备技术特点,并对DR和CR进行比较。DR等数字X线设备的出现,取消存储胶片的繁琐,便于传输、存储和远程诊断,促进远程放射学科的发展。

关键词：数字化,CR,DR,X线成像

参考文献

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[3] 陈志辉等.X线平片信息数字化技术[J],医疗设备信息,2004,(9) :39-41

[4] 王凤鸣,李国雄.X线数字成像设备[J],医疗装备,2002,(6) :3-4

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[8] 杨凯.常规X线图像数字化成像技术CR与DR的比较[J],中国临床医学影像杂志,2003,(3) :74-75

数字X线摄影技术现状 篇4

数字X线摄影(Digital Radiography,DR)是在计算机X线摄影(Computed Radiography,CR)基础上发展而来是X线摄影与计算机技术相结合的产物,具有强大的图像后处理功能,动态范围大、信息量多、成像速度快、工作效率高[1]。它采用探测器(成像板)将X线摄影直接转换为数字图像并存储,在工作站上可以根据临床需要进行各种后处理,显示器上的图像可直接供医师诊断、会诊、打印报告等。图像可经激光相机打印照片,也可以刻录光盘进行长期保存,如经PACS系统图像还可异地传输和远程会诊[2]。DR在国外是20世纪90年代后期用于临床,国内在2000年前后安装使用。

1 数字X线摄影系统的分类

依据构成探测器的材料和工作原理,数字X线摄影技术可分为:非晶体平板探测器成像方式(非晶硒、非晶硅+碘化铯/非晶硅+氧化钆)、CCD探测器方式和多丝正比狭缝线扫描探测器方式3类[3]。

2 数字X线摄影系统的结构原理

数字X线摄影系统由探测器、控制器、X线机、工作站外加激光像机等组成。

2.1 探测器

(1)非晶体平板探测器方式:第一种是非晶硒平板探测器。为直接探测技术,入射的X射线光子在硒层中产生电子空穴对,在外加偏压电场作用下变成电信号,电流在薄膜晶体管中积分成为储存电荷。每1个晶体管的储存电荷量对应于入射的X射线光子的能量与数量,被探测而直接转化为数字信号[4]。探测器由保护层、表面电极层、介质层、硒层集电矩阵及转换器和电源等组成,硒具有很好的解像力,对X线较敏感,量子检出效率高,集电矩阵由二维排列的薄膜晶体管(TFT)组成,TFT像元的大小直接决定图像的空间分辨率,目前像素尺寸为139μm×139μm和150μm×150μm,分辨力相当于3.6LP mm,有效面积14英寸×17英寸和14英寸×17英寸,像素灰度级最大能达到4096,X线曝光后直接显示图像时间为5~7s。第二种是非晶硅+碘化铯/非晶硅+氧化钆。荧光材料层为掺铊的碘化铯/氧化钆闪烁发光晶体成针状结构排列,探测器阵列层由光电二极管矩阵和起开关作用的TFT组成,每个光电二极管对应于1个像素,当X线入射到闪烁晶体层时,被转换为可见光,再由光电二极管矩阵转换成电信号,每个像素的储存电荷量与入射X线量成正比。目前像素尺寸有143μm×143μm,160um×160μm和200μm×200μm,分辨率最高可达3.5LP/mm,像素灰度级也是4096,曝光后3~5s显示图像。

(2)CCD方式:一种是拼接式探测器,由多块CCD拼接而成探测器,曝光后5s显示图像,像素尺寸为160μm×160μm,这种探测器的成本相对较低。第二种是间接转换方式,这种成像方式其前面的荧光屏受X线照射后发出可见光,经光学反光镜传导致CCD接受器,再由CCD系统将可见光图像转换成电信号,空间分辨力能达到2.8Lp/mm至3.0Lp/mm,曝光后10s显示图像。由于物理局限性CCD不适合大面积平板采像,而且在图像质量上较非晶体平板探测器有一定差距[5]。

(3)多丝正比狭缝扫描方式:由俄罗斯和中国科学家研究发明,有辐射剂量低、设备造价低廉的优点。主要由X线管,水平狭缝准直板,多丝正比室,机械扫描装置和图像存储与处理器组成,分辨力也能达到3.0Lp/mm,但是拍摄一幅图像时间较长[6]。

2.2 控制器(图像采集处理操作台)

主要由操作控制计算机、阵列扫描控制器、调制解调器、图像处理器、接口电路、显示器、UPS电源、键盘、鼠标和条码认读器等组成。常见功能:(1)病人资料的输入与传输。(2)设置摄影位置和X线曝光参数。(3)图像的获取与处理,进行图像预调。(4)数字图像管理、设定图像输出和打印,运用DICOM3.0接口进行传递数据,删除或保护病人资料。(5)机器维护和故障自动诊断等。(6)有的机器控制台兼做工作站使用,具有工作站图像后处理功能[7]。

2.3 工作站

图像处理工作站基本配置:即为1台普通台式电脑加数字图像后处理软件,20寸医用平面显示器,图像传输采用DICOM3.0标准协议。基本功能:(1)图像的接收支持10~16bit采集。(2)图像存储支持信息压缩。(3)图像显示与处理:窗宽窗位、组织均衡、边缘增强、平滑处理、黑白反转、位置旋转、放大缩小、图像降躁、各种测量、文字标记等。(4)打印照片、支持多幅打印。(5)刻录光盘。(6)打印诊断报告和资料管理[8]。

2.4 X线机

数字摄影系统都为中高频X线机,通常为30kHz以上,500~800mA,40~150kV,焦点大小0.6/1.2。有手动和自动曝光控制方式,多功能摄影架或使用吊管与平床和立位摄影架方式,焦板距在100~200cm之间任意可调[9],Buky最好能旋转角度以适应不同摄影位置,滤线器有固定式也有活动式应注意栅比和栅密度及半径,另外个别公司生产的机器,可以根据摄影位置不同滤线栅半径不一样进行更换。

2.5 激光像机

激光像机是现代医学成像系统中较为先进的硬拷贝技术,有干式和湿式、有氦氖和红外激光相机之分,基本结构主要由激光发生器、调光器、信号处理器、光学扫描器、供片库和胶片传输系统所组成。干式机胶片经扫描后传送至加热区直接显示出图像而不需水洗,湿式打印机经激光扫描后的胶片需经洗片机显影定影等水处理。无论干式还是湿式打印机在控制面板上都可显示机器的各种运转状态,可调节打印密度和对比度,胶片质量自动控制,机器故障代码等。机器的运转和胶片的保存都有严格的湿度和温度要求,尤其是干式胶片温度过高或接近有效期时打印出的照片会因灰雾较大而影响照片质量[10]。

3 数字X线摄影的特殊功能

3.1 数字能量减影摄影

X线摄影在线束穿过人体组织的过程中,发生光电吸收效应和康普顿散射效应而衰减。能量减影是利用骨与软组织对X线光子的能量衰减方式不同,以及不同原子量的物质的光电吸收效应的差别,将在对不同能量的X线束的衰减强度的变化中反映出来,将2种效应的信息进行分离,选择性地去除骨或软组织的衰减信息,得出能够体现软组织和骨组织的特性图像[11]。能量减影的本质是采用2种不同的曝光条件,即病人1次屏气200ms内80kVp和120kVp对同一物质进行分次曝光,分别得到较低密度和较高密度物质的单独影像。目前主要应用在胸部,能得出正常的胸片、软组织像和骨骼3幅图像[12]。

3.2 数字图像拼接摄影

数字摄影图像拼接分大面积照射野和狭缝照射野分段摄影2种方式,经后处理工作站拼接软件处理成连续的1幅完整图像。狭缝X线接近平行垂直射入探测器,投影失真率小,图像拼接后更加真实。如拼接摄影成像时标准距离150cm,球管和探测板平行运动速度分慢速和快速,曝光射野狭缝上下高度分别是40mm和60mm,左右宽度任意可调,而且2次曝光射野上下有10mm重合。临床常用于全脊柱和全下肢摄影,为术前测量、定位提供的影像依据更精确、更直观[13]。

3.3 数字融合体层摄影

数字融合体层摄影是以传统X线体层摄影几何原理为基础,并结合现代计算机图像处理技术的新型体层成像方法。传统X线体层摄影是选择好角度后1次曝光轨迹得到一层纵断面像,而数字融合体层摄影是1次采集数个不同投影角度的投影数据,计算机进行图像重建处理,1次曝光轨迹得到数十层纵断面合成图像,体层间隔最小可到0.5mm。数字融合体层成像与传统体层摄影相比辐射剂量大为减少,体层间隔可任意选择[14]。

4 数字摄影系统的质量控制

4.1 DR系统设备的质量检测

目前常用CR、DR质量控制检测模体检测,在设备安装验收及每年定期维护检测时使用,评价检测指标有:空间分辨率、密度分辨率、动态范围、均匀性、可见光野与X线野和空间距离准确性。

4.2 适宜的X线剂量控制

数字摄影X线曝光剂量的大小,大都是与屏胶系统X线曝光剂量比较。但是探测器及处理图像的软件不同,滤线器栅比也不一样,应根据具体的设备参数而全面考虑。原则是保持图像信息量足够大的情况下尽量减小曝光剂量,选择X线曝光量的低谷点接受适当的噪声。图像噪声主要是X线量子噪声、设备电子噪声、干扰噪声等。常用解决办法:(1)图像处理软件算法,用降噪功能处理。(2)窗宽窗位的合理调节。(3)适当增加仟伏或X线剂量。虽然数字摄影DQE高和曝光宽容度大,出于对病人的防护和延长机器寿命,图像质量满足诊断要求的情况下,曝光剂量还是越小越好[15]。

4.3 全方位的质量控制

要保证位置正确、剂量合适、细节清楚、图像真实、取得美观优质的数字摄影照片,整个成像链全过程每个环节都应做到最佳,如果某一环节没有处理好,那么最后影像质量的优劣就以这个最差的环节为基准,其他环节做的再好也不起作用,所以整个成像链的统调匹配至关重要。X线机的摄影参数,控制台上原始图像的确认,工作站上图像的后期处理,激光相机的密度与对比度和线性曲线的调节,胶片特性与药液显影效力和新旧药液等都应全方位协调控制,才能保证最佳的照片质量[16]。

5 数字X线摄影之不足

(1)照片与实物大小不能1比1(1:1)。X线摄影随着焦-肢距和肢-片距(肢-板距)的不同,摄影物体放大比率也不一样。实物测量和X线摄影发现,数字化摄影工作站上的测量偏差较大,而且胶片规格大小不一,给临床手术测量带来不便[17]。(2)有的DR机只有1块滤线器固定在机器内,不能根据摄影部位的厚薄选择,如肩关节、膝关节及18cm以下部位可不用滤线器摄影。(3)各公司DR曝光指数不统一无可比性,每次曝光后机器自动显示该数值以表示射线剂量大小,有的机器曝光后图像上能显示kV和mAs,有的机器曝光后图像上不能显示这些信息。(4)探测器曝光开口时间一般是0.5~1s,此时间常规部位摄影都不会超过,但有些特殊部位的摄影需长时间曝光,如胸骨正位摄影0.5~1s的时间就不能满足要求。(5)数字融合体层与CT相比还不能多方位成像,数字断层图像只是垂直于X线方向的单一平面,而且由于探测器动态特性的限制,采样率会受到一定的影响,同时还有取样位置的像素移动及配准与叠加的问题,密度分辨率不如CT高。(6)数字摄影系统无论操作台还是后处理工作站,都无图像倾斜校正功能,只有90°和180°旋转,没有小角度30°或45°等旋转。(7)各厂家图像处理软件不尽相同,追求锐化、边缘增强等会使骨骼金属物周围阴影明显,影响骨折恢复期骨痂的显示,软件过度处理看不到胸部云雾状阴影。(8)探测器拼接及坏点增多问题,早期的探测板大都是4拼接,现在还常见到2拼接。曝光参数低时拼接处缝隙明显,像素坏点增多后集聚在一起肉眼能识别时就影响诊断。(9)一些需球管调整角度摄影的部位不如CR灵活方便,探测器的整体结构尺寸大而厚,都是固定于胸片架或摄影床下面,如胸骨正位摄影、髋关节侧位和跟骨轴位调整球管角度极为不便,不如CR暗盒灵活。(10)现阶段数字图像处理都是专业软件,各公司技术是不公开的。图像不能用U盘考到普通电脑上观看,异地专家会诊还不够方便。

6 数字X线摄影的进展

(1)像素面积更小、分辨率更高的探测板已用于乳腺机,目前最小像素可到50μm[18]。

(2)高敏感度、低射线量、高解像力的探测器处在研发阶段,可减少辐射剂量。

(3)大面积动态探测器的刷新时间已达到30帧/s,既可透视也可摄影[19]。

(4)移动床边DR临床逐渐普及,无线DR也已用于临床。

数字X线摄影在临床的应用 篇5

1 D R的结构

DR是由探测器接收X线信息再转换成数字信息, 并立即显示在监视器上的一种摄影方式, 其核心部件是平板探测器[1], 在曝光后几秒钟即可显示影像。系统本身为全固定化结构, 无任何机械运动, 无易损、易耗品。

2 D R的优点

2.1 密度分辨率高, 可达212~214.

人眼只能分辨25灰阶, 照片和屏幕的灰阶显示受到人眼分辨能力的限制。数字影像可变化窗宽、窗位, 转换曲线, 使全部灰阶分段、分时充分显示, 从而使密度分辨力得以提高, 扩大了信息量。

2.2 动态范围大, 传统屏-片X线摄影系统的最大缺点是其影像形成的动态范围有限 (<102) 。

例如在胸部摄影, 肺野和纵隔有较大吸收差别, 在同一图像上限制了所有组织的能见性。而数字摄影的动态范围很大, 约在104~106之间, 可为后处理留有空间, 减少重复检查。

2.3 数字影像后处理功能强大, 包括:

对比度、亮度、黑白反转、双能量减影、测量功能以及窗宽、窗位调整、三维重建等技术, 极大地提高了图像质量, 为诊断准确率的提高提供了有力的保障。

2.4

DR系统操作简便、快捷、省时省力, 使用工作站, 可与网络联网, 进行网络传输和远程会诊。

2.5

对数字图像采用信息化管理, 取代了传统的管理模式, 便于图像的保存和借阅。如采用影像归档和通信系统 (PACS) , 将更加有利于数字图像的存储和传输。

3 D R的临床应用

3.1 DR在胸部的应用

3.1.1 肺炎

采用高对比处理技术显示肺野, 可见炎性密度增高影像, 界限清楚, 通过黑白反转技术, 可显示炎性病灶周围有无异常血管团存在, 进而与肺癌鉴别[2]。

3.1.2 肺癌

通常采用高对比和影像黑白反转技术, 可见软组织团块, 界限清晰, 边缘毛糙, 病灶中心及周围有血管聚集, 可推断为肿瘤性病变。

3.1.3 软组织

使用低对比处理和空间频率增强处理, 可将软组织清晰地显示出来, 多用于胸壁软组织内异物、钙化、皮下气肿, 软组织内肿物及纵隔的显示, 使心脏、大血管及胸壁等部位结构较易区分出来。

3.2 DR在头颈部的应用

3.2.1 头颅创伤

通常采用层次处理与频率增强两种不同的处理方式, 能产生明显的边缘增强效果, 颅骨线样骨折, 鼻骨骨折显示清晰锐利。

3.2.2 耳部

内耳微细结构的分辨力要求明显高于其他部位。可通过对DR窗宽、窗位调整, 提高亮度及对比度。

3.2.3 鼻窦病变

通过空间频率处理, 使图像边缘锐利度增加, 更准确地判断有无窦壁骨质破坏, 通过窗宽、窗位调整观察窦腔与眼眶密度对比[2]。

3.3 DR在骨骼、肌肉系统中的应用

对骨骼、肌肉系统的检查, DR的曝光量仅为普通X线的10%~30%, 用低对比度和高亮度处理, 使软组织结构显示更加清晰, 可清楚显示关节囊、关节间隙、皮肤、韧带、软组织内肿块的边界, 用高对比度和低亮度处理技术可明确骨皮质、骨小梁有无骨折。

3.4 DR在泌尿系统的应用

DR系统对泌尿系统的检查, 可增强结石与微小钙化的显示能力, 可增加软组织的分辨力, 尤其使用双能量减影技术可减去膈下肋骨和胸腰椎的影像, 使图像更加完美, 便于诊断。

3.5 对重症患者及婴幼儿的应用

此类患者因在临床检查中很难配合, 故传统X线检查难度较大, 且图像质量较差[3]。利用DR系统高千伏, 短时间 (以ms为单位) 的曝光方式, 图像采集速度快, 以及强大的图像后处理功能, 可确保满意的图像质量, 减少患者的重复检查。

参考文献

[1]袁聿德.医学影像检查技术[M].北京:人民卫生出版社, 2002:115.

[2]巴特尔, 刘博, 曹佳宁.DR摄影技术的应用[J].医用放射技术杂志, 2006, 25 (3) :51-52.

医用数字X线摄影系统 篇6

1 资料与方法

1.1 临床资料

本研究资料对象来自于2009年11月~2012年11月在我院进行诊断的肺部小结节病灶患者50例资料, 其中男31例, 女19例, 年龄31~66 (48.98±17.80) 岁, 统计资料入选标准:所有患者临床均确诊肺部非钙化结节, 其中有10例患者为多发性结节患者, 结节直径为<1cm者18例, 肺部隐蔽部位结节有46个 (60.4%) , 所有结节按照位置分类:位于左肺上叶的有13个, 左肺下叶19个, 右肺上叶11个, 右肺中叶6个, 右肺下叶15个。所有资料按照采取的X线摄影方法进行分组:传统X线摄影的20例资料为对照组, 数字化的X线摄影的30例为观察组, 两组患者一般病例资料 (平均年龄、性别比例等) 经统计学t检验表明无显著性差异, 说明两组患者在不同的X线方法摄影下的分析结果具有可比性。

1.2 拍摄方法

采用的DR系统来自于GE公司的数字化摄片机器, 使用的PACS系统和RIS系统都是上海带嘉公司研发, 对DR的读取在分辨率为2000×2000的高分辨率显示器上进行, 传统的X线摄影常规自动胸片机器进行拍摄。

1.3 统计学方法

本研究统计资料所得数据录入SPSS 17.0统计学软件包中进行统计学分析, t检验方法对组间检测结果进行比较, 以a=0.05为检验指标, 双边检测方法比较组间检测结果差异性是否具有统计学意义。

2 结果

采用数字化X线摄影方法进行检查的观察组Az=0.679× (0.561~0.779) ;标准差数值为0.055, 采用传统X线摄影方法进行检查的对照组Az=0.744× (0.565~0.899) ;标准差数值为0.115, 两组Az值数据结果的差异性具有统计学意义 (t=4.4459, P<0.05) 。

在对隐蔽部位的肺结节的观察结果, 数字化X线摄影结果的Az值显著大于传统X线摄影方法进行检查的对照组Az值 (P<0.05) , 两组患者比较的部分影响图结果如下图1和图2。

3 讨论

传统方法的胸片摄影由于技术方法具有局限性, 摄影成像后的图像灰雾度、对比度都是固定不变的, 并且可能会由于由于拍摄时的摄影条件选择不当, 再加上暗室技术不良运动等不确定因素的影响, 会大大限制传统方法的胸片摄影技术的发展, 而最新的数字化胸部影像的影像结果中灰阶动态范围大大增大, 而且图像的层次丰富, 数字化摄影的曝光条件容易掌握, 再加上摄影结束后丰富的图像后处理功能, 这些特点使该类影像系统比传统X线胸片更具优势[4,5]。

肺叶隐蔽部位在临床检测中主要是指与胸部的正常解剖结构 (例如肋骨的心影肺门结构) , 也即周边的肺野气管和支气管以及可能会被胸水遮蔽的肺野, 对患者肺部隐蔽部位的病灶的检出问题一直以来是临床胸部X线诊断的重点和难点之一, 也是诊断过程中出现漏诊现象的主要原因之一, 新的直接数字化显影技术采用高千伏摄影, 对患者胸部的密实结构和病灶穿透性能好, 并且数字话的影像灰阶动态调节范围大, 拍摄的影像学结果也能对患者的心影横膈重叠的肺纹理清晰显示, 最后, 本组资料对隐蔽部位肺结节的诊断结果也表明了数字化X线摄影在发现肺部小结节的病灶方面显著优于传统的X线摄影方法。

摘要：总结在我院进行诊断的肺部小结节病灶患者50例资料, 所有患者临床均确诊肺部非钙化结节, 所有资料按照采取的X线摄影方法进行分组:传统X线摄影的20例资料为对照组, 数字化的X线摄影的30例为观察组, 分别拍摄后用ROC曲线进行分析。结果观察组患者ROC曲线面积显著大于对照组 (P<0.05) , 观察组隐蔽部位的肺部非钙化结节显著大于对照组 (P<0.05) , 两组比较结果具有统计学差异性。数字化X线摄影在发现肺部小结节的病灶方面显著优于传统的X线摄影方法。

关键词：数字化X线摄影,传统x线摄影,肺部小结节病灶

参考文献

[1]胡晓欣, 吴斌, 谭红娜, 等.乳腺数字化X线摄影的医用专业显示器应用研究[J].中国医学计算机成像杂志, 2011, 17 (3) :273-275.

[2]侯建新, 李光民.数字化X线摄影在先天性心脏病诊断中的应用价值[J].中国全科医学, 2011, 14 (24) :2821-2822.

[3]Xu Wenxue, Guo Ailing, Wang Zhiwen.Digital radiography and con-ventional radiography in root canal treatment application comparisonof[J].Chongqing medical journal, 2011, 40 (18) :1785-1786.

[4]齐赛, 陈国栋, 王晓冰, 等.直接数字化X线摄影在健康体检人群胸部检查中的应用研究[J].中国美容医学, 2012, 21 (52) :51-52.

数字化X线摄影的发展前景 篇7

1 CR数字摄影的进展

CR数字摄影系统问世已经20多年了, 它是目前一种十分成熟的数字化X线成像技术。近年来在成像板 (IP) 结构和扫描方式方面有了重大的改进。

1.1 成像板的改进

IP是成像链中与图像质量密切相关的而且是非常重要的部件。由于新感光材料的出现, 各厂家相继在其结构上做了改进, 目前大多数用针状结构的荧光物质作为闪射体, 使得将荧光散射现象大大地降低, 灵敏度增加。因而, 所获取的图像的锐利度及细节分辨能力大为提高, 图像质量得到了明显地改善。近年有些厂家推出双面读出IP, 采用透明基板, 双面都有读出探测器, 扫描时, 双面读出器同时同步读取图像信息, 称为透明双面读出技术。该技术可使NEQ提高30%～40%。目前只有富士与爱克发使用这种技术。

1.2 扫描方式的改进

当今所使用的所有商业CR扫描器都是采用飞点扫描的原理, 它是用一束紧密聚焦的激光束激发移动存储荧光体屏 (IP) 中的潜影, 在整个屏面上每次只激励一个点, 通过适当的光学收集器、捕获从每个点发射出的光, 由光电探测器将其转换成模拟电信号, 而后, 经过取样和量化产生数字图像。产生和偏转激光束所需要的硬件以及收集和发射光并将光转换成电信号所需要的部件都需要一定的空间, 所以无定限地减小飞点扫描器物理尺寸是很难做到的, 此外, 这些分离部件还会增加成本和复杂性。

为了克服飞点扫描器的上述诸多限制, 爱克发和富士研制并推出了新的扫描技术, 该技术是一次在IP上扫描1行, 实际上, 由飞点扫描部件引起的尺寸限制已不再十分相关了, 而且在流通量和图像质量上均有很大的优势。扫描时间比飞点扫描器的扫描时间短许多, 事实上, 采用新的基于CsBr:Eu2+针状存储荧光体和新的扫描装置, 能够获得与新近的基于CsI:Tl和a-Si平面阵列平板DR系统相媲美的图像质量。

它们是第二次激发光光源与图像信息收集器为一体, 称为扫描头。图像信息收集器为CCD, 第二次激发光光源与CCD器件分别做成1×n个阵列。有两种扫描形式:一种是扫描时IP移动, 扫描头固定不动, 每次读出1行图像信息, 并直接成为数字信号。所以, 整个读出速度比飞点扫描方式快。另一种为扫描时扫描头移动 (或激光源与接收器同步移动) , IP固定不动, 每次读出1行图像信息, 爱克发采用透明IP, 第二次激发光光源与图像信息收集器分别装配在IP的对面。还有一种是富士研发的采用透明IP, 双面读出的扫描器。

1.3 后处理软件

后处理软件随着计算机技术的发展和处理算法的改进, 各厂家相继推出了许多软件, 其中最主要的是在组织均衡方面下了很大的工夫, 另外, 还有诸多专用处理软件。

组织均衡的处理软件, 它们的共同特点是:根据不同部位自动地使每幅图像最优化 (始终如一的高质量图像) , 也就是消除原曝光图像中过亮及过黑的区域, 降低细节损失, 从而提供高细节对比度、显示更佳解剖结构的、协调的图像。

1.4 系统空间分辨率进一步提高

由于IP的结构改进、阅读器扫描精度的提高、处理软件的改善, 从而使系统的空间分辨率得到了比较明显地提高。现在通用机的空间分辨率可以达到5～7 LP/mm, 乳腺可达10 LP/mm。各厂家根据不同用户和不同用途推出了不同类型的阅读器。如单通道 (单槽) 立式和台式两种;多通道 (多槽) ;卧位浮动平床式;胸部专用式等。随着新的扫描方式的出现, 在不久的将来, CR也会像平板数字化X线系统一样成为固定一体化式的各种用途的摄影装置, 与平板探测器和CCD等其他探测器数字成像系统共分天下。

2非晶硅和非晶硒平板探测器数字成像的进展

非晶硅和非晶硒平板探测器数字成像系统就探测器本身而言, 目前还没有什么新的进展, 主要是在系统结构与处理软件上有一些新的改进。从两年前的双板结构、U或C形架结构、悬吊式X线管组件和立式胸片架组合结构、遥控多功能诊视床组合结构、胸部专用式结构到新型单板多功能系统结构。

这种新型单板多功能系统为悬吊式X线管组件和落地式多轴探测器架组合或双悬吊组合结构, 配单端固定升降浮动式平床;另一种为可移动单板探测器双向结构 (配浮动摄影床和立式胸部摄影架) , 完成单板多用, 可以实现全身各个部位的数字摄影。床旁移动平板数字X线摄影现在也可以实现了。软件方面除了常规处理软件外, 与CR一样各厂家有专用和组织均衡图像处理软件。

3 CMOS平板探测器数字成像的进展

CMOS平面探测器是Cares Built公司研制的, 像素尺寸为76 μm, 空间分辨率达到6.1LP/mm, 是目前空间分辨率最高的探测器。但系统成像速度比较慢, 生成1幅预览图像需要18 s, 生成1幅能诊断图像从曝光到处理完成需要120 s的时间, 探测器成像有效尺寸为17″×16.6″。目前国内还没有这类数字摄影系统。

CMOS平板探测器工作原理是这样的, 当X线穿过被照体时, 形成强弱不同的X线束, 该X线束入射到探测器荧光层, 产生与入射X线束相对应的荧光。由光学系统将这些荧光耦合到CMOS芯片上。再由CMOS芯片光信号转换成电信号, 并将这些电信号储存起来, 从而捕获到所需要的图像信息。所捕获到的图像信息经放大与读出电路读出并送到图像处理系统进行处理。

4 CCD数字成像的进展

CCD平面传感器成像方式是先把入射X线经闪烁器 (如荧光屏) 转换为可见光, 经反光镜反射由组合镜头或由组合镜头直接耦合到CCD芯片上, 由CCD芯片将可见光信号转换成电信号, 再由计算机把电信号变为数字信号。CCD平面数字成像技术在20世纪90年代中期就推入市场, 是一种比较成熟的技术, 但由于受诸多条件的限制, 图像质量不理想。进入21世纪后, 很多新技术的引入 (如材料、结构、图像处理等) , 使该成像技术有了长足地进步。CCD平面数字成像技术主要有以下3个方面的改进和提高:

其一是与碘化铯+非晶硅平板探测器一样, X线闪烁体采用了针状结构的碘化铯, 减少了光散射, 提高了图像的锐利度和清晰度;其二是光学组合镜的改进, 采用了航天高清晰高倍组合镜, 提高了灵敏度和可靠性;其三是采用充填系数为100%的CCD芯片, 像素尺寸减小接受面积增大, 从而使获取的图像信噪比增加、分辨率提高。

5线扫描数字成像的进展

系统由扫描机架 (有立式、遥控岛屿式、多功能及全身扫描式) , 机架上安装X射线球管、X射线探测器及前端电子学系统;X射线发生装置及电气控制系统;计算机处理系统, 包括操作工作站及医生工作站等组成。线扫描数字成像的探测器种类很多, 目前实际应用的主要有3种。

5.1 多丝正比室探测器

目前对多丝正比室探测器的制作工艺进行了改进, 改进的探测器采用微带加工工艺在绝缘板上蒸发出阳极收集极, 解决了金属丝的排列间距问题, 达到1024通道, 系统空间分辨率已达到1.6 LP/mm;采用该工艺, 阳极通道间距最小可做到35 μm, 所以已推出了2048通道的探测器, 系统空间分辨率可达到2.5～3.2 LP/mm, 并且在不久的将来会出现4096通道多线阵新型探测器, 系统空间分辨率将达到5.0～6.20 LP/mm。目前只能制作单线阵的探测器。

5.2 光电二极管探测器

光电二极管探测器是近几年研发的固态半导体探测器, 是以DRS系列为主的探测器, 其结构由X线/光转换层、读出电路组成。目前可以制作多线阵 (常用的有8线阵和16线阵) 。

5.3 CCD+CMOS探测器

与光电二极管探测器一样由X线转换层、光电转换层、读出电路 (CMOS) 3部分组成。有单线阵和多线阵 (如8线阵或16线阵) 。

6乳腺数字成像的进展

真正应用于临床乳腺X线成像方式主要有3种, 它们是胶片成像、间接数字化成像和直接数字化成像。虽然前者是作为诊断乳腺疾病的金标准, 但由于它的图像质量受诸多因素的影响, 所以终究由后两种取代。目前正在开发应用与实验研究的成像方法有如下几种。

6.1 双能量减影

由于钙化组织相对正常软组织对低能量X线吸收率要高, 而对高能量X线的吸收两者没有明显的差异, 所以这样两幅图像进行减影处理可以使软组织完全被减除掉, 从而获得钙化组织的图像信息, 有助于早期乳腺癌的诊断。

6.2 数字断层合成技术

这种断层与常规断层不同, 只是X线组件做弧形运动 (弧形角度20°～30°) , 探测器不动, 一般对感兴趣区采集8～10幅图像, 通过数据重建技术获得每一层面的图像, 每一层面只有几毫米。同时可以采用三维重建技术, 获得感兴趣区的三维图像, 从而可更好地观察到病灶与准确定位, 有助于提高乳腺疾病诊断的准确率和手术定位准确率。

6.3 基于硅微带探测器

数字乳腺成像技术硅微带探测器, 是一种采用硅半导体技术的固体探测器。它是间距非常小的P-N结半导体排, 在反向偏压作用下, P-N结的载流子被耗尽, 在耗尽区域的每一个光子反应产生一个可以被检测到的电流脉冲, 由读出电路读取其电流脉冲。读出电路是由前置放大器与鉴别器和16bit的计数器组成。当放大的信号超过鉴别器的设定的阈值时, 计数器加1, 即计数一个电流脉冲。它的电子学部分的结构与多丝正比室线扫描系统的基本相同, 图像处理系统也基本类似。

6.4 锥束乳腺成像技术

由于传统的乳腺X线摄影技术是投影在X线胶片上成像的, 因此二维图像上叠加了三维空间中不同的组织结构, 使得很难检测出来小的乳腺癌病变 (特别是尺寸<几个毫米的情况) 。为了提高乳腺癌早期检测的效率, Rochester大学的Ruola Ning教授等开展了乳腺锥束三维成像的研究。通过引入锥束CT成像技术以及平面图像检测器技术, 他们提出了一套基于平面检测器的锥束乳腺成像技术。在该研究中, 通过锥束体积CT原型系统, 他们对模型和乳腺癌的样本进行了成像分析。结果表明, 该项技术不但成功的解决了不同组织的叠加问题, 还提高了对于小的乳腺肿瘤的检测能力。更为重要的是:为检测直径小于5 mm的乳腺肿瘤, X线剂量少于传统的X线乳腺摄影技术。因此, 基于平面检测器的乳腺锥束成像技术具有很大的应用前景。

6.5 计算机辅助探测或诊断

计算机辅助探测 (诊断) CAD技术是20世纪90年代中期开始开发的新技术, 最初是将普通X线乳腺胶片上的图像借助专用图像扫描仪进行扫描并送入计算机数字化, 由计算机辅助诊断软件帮助放射学医生在乳腺图像中探寻更多的乳腺疾病信息, 它相当第二对眼睛, 当某一放射学医生做出初步判断后, 再由CAD帮助探寻, 如果计算机软件在图像的感兴区探测到任何异常时, 就在该感兴区做上标记, 放射学医生再反复观察原来胶片上图像的相应感兴区, 确定所感兴区是否有可疑病变以及是否用其他检查方式予以确诊。数字化乳腺X线摄影推出后, CAD技术得到了广泛地应用, 并成了帮助放射学医生诊断乳腺疾病的有力助手。