淺談X線數(shù)字化攝影

1、    淺談X線數(shù)字化攝影            作者：閻建偉時(shí)間：2007-11-22 12:24:00                     【摘要】  計(jì)算機(jī)X線攝影(CR)和數(shù)字化放射攝影(DR)的問(wèn)世，實(shí)現(xiàn)了X線攝影的

2、數(shù)字化。本文對(duì)CR和DR成像原理各自特點(diǎn)和兩者之間的差異進(jìn)行探討。 【關(guān)鍵詞】  計(jì)算機(jī)X線攝影 數(shù)字化放射攝影 各自特點(diǎn)    20世紀(jì)80年代計(jì)算機(jī)X線攝影(CR)問(wèn)世，開(kāi)創(chuàng)了X線攝影實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的先河，由于CR技術(shù)不是真正意義上的直接X(jué)線攝影數(shù)字化，人們利用現(xiàn)代飛速發(fā)展的晶體管制作技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)研制了數(shù)字化放射攝影(DR)，從而改變了傳統(tǒng)的用膠片記錄X線影像，屏/片成像。1  CR成像原理    它用影像板IP（Imaging Panel）替代傳統(tǒng)的膠片/增感屏，再把儲(chǔ)存于IP上的X線信號(hào)用激光掃描轉(zhuǎn)換成

3、電信號(hào)并進(jìn)行數(shù)字圖像處理的成像技術(shù)。1.1  IP的功能及使用方法 IP是CR系統(tǒng)中傳遞攝影圖像的媒介，它由支撐體、光致發(fā)光物質(zhì)和保護(hù)層組成，裝在特殊的暗盒中，使用方法和普通膠片一樣，只是攝影完畢不用沖洗，直接送給圖像讀取機(jī)閱讀圖像。目前的IP有柔性板和剛性板兩種類型，柔性板較為普遍，缺點(diǎn)是閱讀圖像時(shí)易造成劃傷，剛性板只有少數(shù)廠家能生產(chǎn)，它能有效地解決劃傷問(wèn)題。攝影時(shí)，IP板中的熒光物質(zhì)與穿過(guò)人體的X線信號(hào)發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)（一次激發(fā)），將X線潛影像存儲(chǔ)在二維平面上，攝影后的IP被送進(jìn)圖像讀取機(jī)后，圖像讀取機(jī)就會(huì)以點(diǎn)狀光束對(duì)它進(jìn)行全面掃描（二次激發(fā)），使存儲(chǔ)于各點(diǎn)上的X線信號(hào)發(fā)

4、光，再以讀取機(jī)的光導(dǎo)管將其收集并導(dǎo)入光電倍增管，光電倍增管根據(jù)入射光的強(qiáng)弱發(fā)出相應(yīng)電子，從而把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后送給圖像處理工作站對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理。IP是可以重復(fù)使用的，圖像讀取完后，IP被送到一組強(qiáng)光燈下照射，把IP上的所有潛影全部清除，然后送入暗盒以備下一次使用?？芍貜?fù)使用2萬(wàn)次。    由于IP的感光特性曲線是直線，因此靈敏度高，感光范圍寬，感光速度可以調(diào)節(jié)，節(jié)省曝光條件。    CR系統(tǒng)中的圖像處理工作站可以對(duì)圖像進(jìn)行自動(dòng)感光調(diào)節(jié)、圖像的層次處理、頻率處理、減影處理等。在X線劑量過(guò)多或過(guò)少的情況下，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)感光度，

5、能使CPI圖像控制在要求的密度范圍內(nèi)，進(jìn)行幾種功能處理，提高圖像質(zhì)量，滿足各種不同的診斷需要。1.2  CR的特點(diǎn) 多年來(lái)，很多公司已先后推出了幾代產(chǎn)品。曾有人預(yù)言以FPD為載體的DR會(huì)一舉取代CR，但在RSNA 2 000上，很多大型影像設(shè)備制造廠、膠片生產(chǎn)廠家均有新型的CR登場(chǎng)，這充分說(shuō)明CR有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。    IP的靈敏度高、感光范圍寬，可以在增加攝影條件寬容度的同時(shí)，減少攝影劑量，使用CR的攝影條件可為傳統(tǒng)攝影條件的1/21/5；CR的數(shù)字圖像處理功能可以大大提高圖像質(zhì)量，使其擁有更加豐富、細(xì)膩的診斷信息。  &

6、#160; CR擁有標(biāo)準(zhǔn)DICOM（醫(yī)用數(shù)字通信協(xié)議）傳輸、DICOM存儲(chǔ)、DICOM打印，使連接RIS（放射信息系統(tǒng)）和His（醫(yī)院信息系統(tǒng)）非常方便，使PACS（圖像存檔和通信系統(tǒng)）成為可能，為醫(yī)院聯(lián)網(wǎng)提供了數(shù)字平臺(tái)。CR的價(jià)格不是很高，可以在現(xiàn)有的X線設(shè)備不做任何改裝的情況下與其直接匹配使用，使機(jī)器升級(jí)換代，還可以多臺(tái)機(jī)器共用一套CR系統(tǒng)，使用靈活，經(jīng)濟(jì)有效。    CR目前主要的不足是時(shí)間分辨率較差，不能滿足動(dòng)態(tài)器官的結(jié)構(gòu)顯示、CR板的老化、劃傷以及異物和斑點(diǎn)會(huì)造成圖像質(zhì)量下降；此外，CR只適用于攝影不能用于透視。2  DR技術(shù) 

7、60;  1986年布魯塞爾召開(kāi)的第15屆國(guó)際放射學(xué)會(huì)上，首次提出了數(shù)字化放射攝影(Digital Radiography,DR)的物理學(xué)概念及臨床應(yīng)用報(bào)告。當(dāng)時(shí)所謂的DR是指影像增強(qiáng)器式的數(shù)字化攝影。即由影像增強(qiáng)器、光電攝影管、CCD、監(jiān)視器、A/D轉(zhuǎn)換器件組成。這種成像方式并非是直接的數(shù)字化。因此近幾年來(lái)有很多學(xué)者認(rèn)為DR是所有數(shù)字化放射影像的統(tǒng)稱，把近幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的直接數(shù)字化放射攝影稱為DDR，但習(xí)慣上人們還是稱為DR。DR由于探測(cè)器技術(shù)的不同可分為三種平板探測(cè)器技術(shù)。    直接平板探測(cè)（非晶硒）技術(shù)（Direct Radiography De

8、tectorDRD）。探測(cè)器成板狀，它把X線能量直接轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)（電荷改變），用晶態(tài)硒涂覆于薄膜晶體管（TFT）陳列上，每個(gè)薄膜晶體管單元尺寸139 m×139 m，即每毫米內(nèi)有7個(gè)點(diǎn)。在常用的1 417膠片面積內(nèi)的單元數(shù)25 603 072，可滿足幾乎所有診斷要求。每個(gè)基本像素單元在控制電路的觸發(fā)下，像素儲(chǔ)存電荷按順序傳到外圍讀出電路，經(jīng)14比特A/D轉(zhuǎn)換，直接輸出數(shù)字化信號(hào)。    間接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器（X線閃爍體+非晶硅二極管）技術(shù)（Flat Panel DetectorFPD）。所謂間接轉(zhuǎn)換是指X線先于CsI：T1（摻鉈的碘化銫）閃爍發(fā)光晶體（熒

9、光屏）作用變成熒光，然后通過(guò)有源陳列檢測(cè)并輸出信號(hào)。有源陳列中對(duì)應(yīng)于每一像素，有一非晶硅（aSi）光敏二板管。非晶硅薄膜晶體管開(kāi)關(guān)，通過(guò)電子線路將開(kāi)關(guān)選通信號(hào)讀出，經(jīng)14比特A/D轉(zhuǎn)換后形成數(shù)字化電信號(hào)。每個(gè)像素尺寸為143 m×143 m，在1 717膠片面積內(nèi)單元數(shù)為31 203 120，與DRD有近似成像質(zhì)量。    CCD轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器（X線閃爍體+CCD二極管陳列）。它是利用幾百個(gè)性能一致的CCD攝像機(jī)整齊排列在同一平面上，其前方是一幅熒光屏（X線閃爍體），X線攝入熒光屏發(fā)出影像，每一CCD攝像機(jī)攝取一定范圍熒光影像并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。由計(jì)算機(jī)處

10、理將圖像拼接成完整圖像。在1 717面積內(nèi)像素可達(dá)4 900萬(wàn)個(gè)，空間分辨率可達(dá)3.5 LP/mm。3  CR與DR    CR、DR技術(shù)不論影像轉(zhuǎn)換過(guò)程各自不同，但最終都是以數(shù)字方式輸出、成像記錄和儲(chǔ)存，但從真正直接數(shù)字化的意義上卻有很大的區(qū)別。    物理參數(shù)比較：量子檢測(cè)效率（QDE）是表現(xiàn)數(shù)字化攝影系統(tǒng)性能的一個(gè)主要參數(shù)。QDE只是一種相對(duì)的比較值，QDE值高意味著該系統(tǒng)的X線轉(zhuǎn)換率高，即圖像的信息利用率高。CR的相對(duì)QDE值為25%左右，而DR的相對(duì)QDE值為50%70%，高出CR的1倍以上。換言之，在相同的影像質(zhì)

11、量下，所用X線劑量可減少一半。從其他的評(píng)價(jià)參數(shù)如信噪比（SNR）、調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）等都顯示出DR優(yōu)于CR，另外，影像空間分辨率DR也優(yōu)于CR。    技術(shù)開(kāi)發(fā)與市場(chǎng)占有：CR從開(kāi)發(fā)研制到臨床應(yīng)用已近30 a歷史。商品化也有20 a歷史。技術(shù)開(kāi)發(fā)較成熟。市場(chǎng)占有份額較DR大的多。全世界已安裝CR預(yù)計(jì)約近10萬(wàn)臺(tái)套，而DR開(kāi)發(fā)相對(duì)較晚，特別是全尺寸DR探測(cè)器平板的制作技術(shù)比較復(fù)雜，相對(duì)產(chǎn)量較低。因此許多生產(chǎn)廠商生產(chǎn)有兩個(gè)或多個(gè)小面積平板鋪組成全尺寸探測(cè)器平板，以減少成本。使用這樣探測(cè)器，計(jì)算機(jī)在數(shù)字影像處理時(shí)將各部分影像“縫合在一起”，以消除分片連接的效果。另外

12、，大部分專家認(rèn)為基于CCD的探測(cè)器是一種過(guò)渡技術(shù)。平板式數(shù)字成像技術(shù)由于出色的影像質(zhì)量，內(nèi)在的堅(jiān)固性和簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)，將成為數(shù)字成像設(shè)備的首選。然而從經(jīng)濟(jì)投入來(lái)看DR投入資金較CR高出近兩倍，因此DR目前尚處于市場(chǎng)的導(dǎo)入期。    臨床應(yīng)用范圍：CR的工作流程與傳統(tǒng)屏/片系統(tǒng)相仿，臨床檢查應(yīng)用范圍一樣。由于IP板的便攜性強(qiáng)，它不僅在固定場(chǎng)所放射科應(yīng)用，而且在病房、手術(shù)室、急癥室都可應(yīng)用。這對(duì)醫(yī)院非常方便、適用。而DR是專機(jī)專用，加上DR平板脆弱，對(duì)環(huán)境要求高，只能在固定場(chǎng)所使用。另外，CR可與原有的X線機(jī)兼容使用，DR則不能。從工作效率上來(lái)講DR優(yōu)于CR,因?yàn)槊馊チ税?/p>

13、盒的傳送與放置，節(jié)省了勞動(dòng)力，提高工作效率。    DR的特點(diǎn)：它的誕生大大提高了圖像質(zhì)量，減低了曝光劑量。有資料顯示，碘化艷非拼接數(shù)字板拍片系統(tǒng)的DQE（量子捕獲效能）高達(dá)60%以上（而傳統(tǒng)的拍片系統(tǒng)的DQE只有20%左右），對(duì)低對(duì)比度的觀察能力提高了45%，得到相同圖像質(zhì)量的X線劑量節(jié)省達(dá)60%以上，胸片正位的拍片劑量只需1 mAs3 mAs。圖像的動(dòng)態(tài)范圍提高了10倍以上。DR也有多種數(shù)字圖像處理功能，經(jīng)過(guò)不同方法的圖像處理，可以滿足各種不同的診斷需要。DR除了跟CR一樣能節(jié)省人力、物力，大大提高工作效率以外，由于成像環(huán)節(jié)較少等原因，DR本身工作效率就高，有資料表明，DR胸片系統(tǒng)的工作效率相當(dāng)于2.6臺(tái)普通拍片機(jī)的效率，完成胸片正側(cè)位拍攝只需要2.18 min，而普通的設(shè)備要6.05 min，圖像從曝光到監(jiān)視器上全屏顯示只需5 s；高DQE、低劑量和小余輝的特點(diǎn)可使DR用于心臟機(jī)做快速高效的信號(hào)采集；DR既能用于攝影又能用于透視；可為醫(yī)院聯(lián)網(wǎng)提供數(shù)字平臺(tái)（同CR）。    DR的不足：一方面DR系統(tǒng)較為固定，只能專機(jī)專用；另一方面，目前DR的價(jià)格較貴。這兩方的不足使得DR目前還不能普