數(shù)字X線攝影系統(tǒng)

數(shù)字X線攝影系統(tǒng)X線影像系統(tǒng)的三次革命熒光體FilmLightX-Ray模擬圖像TubeX-Ray1896年直接熒光成像倫琴發(fā)現(xiàn)X線激發(fā)熒光直接成像直接熒光成像效率較低.數(shù)字X線攝影系統(tǒng)X線影像系統(tǒng)的三次革命1957年影像增強(qiáng)器間接成像影像增強(qiáng)器大大提高圖像的亮度影像增強(qiáng)器增加X(jué)線的利用率電子影像增強(qiáng)器電視攝像管X-Ray模擬圖像LightTubeX-Ray.數(shù)字X線攝影系統(tǒng)X線影像系統(tǒng)的三次革命1999年數(shù)字平板探測(cè)器具有極高的X線利用率減少了引起信號(hào)衰減和變形的中間環(huán)節(jié)直接產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)探測(cè)器TubeX-RayX-Ray數(shù)字圖像.數(shù)字X線攝影系統(tǒng)數(shù)字平板探測(cè)器的應(yīng)用，減少了影像鏈中的中間環(huán)節(jié)，從而減少了信號(hào)的衰減，變形和噪聲的產(chǎn)生，圖像質(zhì)量大大提高.一、間接X(jué)線數(shù)字?jǐn)z影裝置(IDR)影像監(jiān)視器影像接收器數(shù)據(jù)采集器影像處理器存儲(chǔ)器X線機(jī)系統(tǒng)控制器IDR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖.一、間接X(jué)線數(shù)字?jǐn)z影裝置(IDR)X線X線影像增強(qiáng)器計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)電視攝像管CCD或真空攝像管電視信號(hào)處理A/D轉(zhuǎn)換(圖像板)數(shù)字信號(hào)顯示打印球管人體.一、間接X(jué)線數(shù)字?jǐn)z影裝置（IDR）CCD攝像機(jī)在提高空間分辨力、改善信噪比和減少偽影等方面均有長(zhǎng)足的進(jìn)步，取代了真空攝像管．這種系統(tǒng)的主要缺陷：１．由子I.I和攝像管中的光散射和電子散射，引入了附加的對(duì)比度損失；２．電視攝像管的動(dòng)態(tài)范圍小，不能發(fā)現(xiàn)微小的組織差異；３．I.I的視野小，邊緣和中心分辨力不一致．

.二、直接X(jué)線數(shù)字?jǐn)z影裝置(DDR)DDR指采用一維或二維X線探測(cè)器直接把X線轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的方法，不同于先獲得模擬圖像，再對(duì)模擬圖像進(jìn)行數(shù)字化的方法。平板型探側(cè)器（flatpaneldetector,FPD）DDR。

.二、直接X(jué)線數(shù)字?jǐn)z影裝置(DDR).二、直接X(jué)線數(shù)字?jǐn)z影裝置(DDR).二、直接X(jué)線數(shù)字?jǐn)z影裝置(DDR).$0$100$200$300$400$500$60019981999200020012002全球拍片機(jī)市場(chǎng)情況DR的應(yīng)用前景普通拍片CRDRUS$MillionsDR將成為主要的攝片方式DR市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)從2002到2005，市場(chǎng)將增長(zhǎng)五倍12.工作效率三倍于CR或普通攝片DR提高圖像質(zhì)量和工作效率.6:20minCR檢查7:30min較少的重復(fù)病人進(jìn)檢查室傳統(tǒng)膠片檢查1:301:002:30:30:20:308%重復(fù)率工作流程的革命病人進(jìn)檢查室第一次曝光和質(zhì)控最后一次曝光質(zhì)控病人離開1:30:45:302:45min最少重復(fù)DR檢查檢查速度提高三倍，降低了廢片率第一次曝光最后一次曝光洗出第一次片洗出最后次片質(zhì)量控制病人離開病人進(jìn)檢查室第一次曝光最后一次曝光取出IP板掃描和處理質(zhì)量控制病人離開1:301:00:20:30:303:40.三、DDR使用的探測(cè)器

1．氣體電離室探測(cè)器：由許多單元組成一行的陣列，每個(gè)單元構(gòu)成一個(gè)像素，其間充以特定成分的惰性氣體，如氙氣．收集極是一組蝕刻在印刷電路板上的金屬絲，每個(gè)收集極金屬絲都與一個(gè)放大器相連。.三、DDR使用的探測(cè)器

２．非晶態(tài)硒型平板探測(cè)器：主要由集電矩陣、硒層、電介層、頂層電極和保護(hù)層等構(gòu)成．集電矩陣由按陣元方式排列的薄膜晶體管（thin-filmtransistor,TFT)組成，非晶態(tài)硒層涂覆在集電矩陣上，它對(duì)X線敏感，并有很高的解像能力。.非晶態(tài)硒型平板探測(cè)器偏壓入射X線光子非晶態(tài)硒儲(chǔ)能電容場(chǎng)效應(yīng)管輸出信號(hào)讀出控制+—+—+—+—.三、DDR使用的探測(cè)器

３．非晶態(tài)硅型FPD：是一種半導(dǎo)體探測(cè)器。把摻坨的碘化銫閃爍發(fā)光晶體層覆蓋在光電二極管矩陣上，每個(gè)光電管就是一個(gè)像素，由薄膜非晶態(tài)氫化硅制成．完全封裝的非晶體硅數(shù)字平板有效接受面接41cm×41cm.X線光子碘化銫(CsI)碘化銫閃爍體吸收X線光子并轉(zhuǎn)換成可見光可見光無(wú)定型硅(光電二極管/晶體管矩陣)低噪聲的光電二極管矩陣吸收可見光并將其轉(zhuǎn)換成電荷...每個(gè)光電二級(jí)管代表一個(gè)象素或者圖像單元...數(shù)字信號(hào)電子讀出電路每個(gè)象素的電荷由低噪聲的電路讀出并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送往圖像處理器工作原理非晶體硅數(shù)字平板探測(cè)器…低噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì).探測(cè)器閃爍體碘化銫(CsI)針狀晶體（

直徑5－10μm）X線光子可見光光子由碘化銫針狀晶體引導(dǎo)碘化銫針狀晶體導(dǎo)引可見光光子，防止散射非晶體硅數(shù)字平板探測(cè)器.X線光子碘化銫針狀晶體導(dǎo)引的可見光光子反射層5－10μmCsI針狀晶體反射層提高X光的利用率非晶體硅數(shù)字平板探測(cè)器探測(cè)器反射層.四、DDR與CR的比較

１．DDR的圖像清晰度優(yōu)于CR，主要由像素尺寸決定DDR的噪聲源比

CR少。２．沒(méi)有二次激勵(lì)過(guò)程引人的噪聲。３．DDR的拍片速度快于CR直接出片４．DDR的X線轉(zhuǎn)換效率高；而CR利用潛影成像，信號(hào)隨時(shí)間而減．曝光劑量比DDR高。.四、DDR與CR的比較

５．DDR探測(cè)器壽命長(zhǎng)，可用10年，CR的IP可用l年。６．DDR有升級(jí)為透視的能力，但不能應(yīng)用于常規(guī)X線機(jī)，CR不能透視，但能與原有的X線攝影設(shè)備匹配工作，取消洗片機(jī)。.五、DDR存在的問(wèn)題大面積TFT在工業(yè)生產(chǎn)中存在較大難度，36cm×43cm的平面矩陣需用4塊18cm×21.5cm的小平面矩陣拼接而成。雖在時(shí)間分辨力上優(yōu)于CR，但不能適應(yīng)快速連續(xù)攝影的X線造影檢查．因此，提高讀出和建像速度是主攻方向之一。.臨床功能的開發(fā)應(yīng)用－DR進(jìn)入功能化時(shí)代第二代功能DR.TissueEqualization(組織均衡）DualEnergySubtraction(能量減影）CAD---ComputerAidedDetection(計(jì)算機(jī)輔助診斷)

DR的高級(jí)臨床應(yīng)用功能第二代功能DR.組織均衡功能標(biāo)準(zhǔn)圖像的處理組織均衡圖像的處理標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行窗寬/窗位處理提高了脊椎和心臟后部組織的顯示FDAApproved.TissueEqualization(組織均衡功能）組織均衡功能使整個(gè)視野同樣清晰Spine,DiaphragmLung,SkinLineSoftTissue

ImageBrightnessX-rayDetectedFilmLookDenseBreastSkinLineTypicalBreastMassSpine,DiaphragmLung,SkinLineSoftTissueTissueEqualization

更清晰地顯示錐體，尤其C7—T1圖像減少頸椎的攝片量增加病員流通量FDAApproved第二代功能DR.多重分解然后加全處理得到全視野均衡的圖像重建反轉(zhuǎn)濾波加權(quán)…分解濾波減影…...AnA1A2原始圖像處理后的圖像TissueEqualization(組織均衡功能）FDAApproved第二代功能DR29組織分割優(yōu)化處理密度組織處理標(biāo)準(zhǔn)DR圖像組織均衡圖像+Spine,DiaphragmLungSoftTissueFDAApprovedTissueEqualization(組織均衡功能）第二代功能DR.TissueEqualizationNOTissueEqualizationTissueEqualization(組織均衡功能）第二代功能DR.TissueEqualization(組織均衡）DualEnergySubtraction(能量減影）CAD---ComputerAidedDetection(計(jì)算機(jī)輔助診斷)

DR的高級(jí)臨床應(yīng)用功能第二代功能DR.一次采集，兩次曝光，三幅圖像—“骨肉分離”標(biāo)準(zhǔn)胸片軟組織骨組織Dual-EnergySubtraction雙能量減影第二代功能DR.Dual-EnergySubtraction雙能量減影在200ms時(shí)間內(nèi)一次性采集高能和低能圖像(減少呼吸偽影)提供3種圖像:標(biāo)準(zhǔn)胸片,軟組織,骨組織軟組織圖像:去除肋骨，使肺部結(jié)節(jié)得到更好顯現(xiàn)高密度組織圖像:鑒別鈣化的結(jié)節(jié)(良性)肺癌檢測(cè)的敏感性提高10％肺癌檢測(cè)的特異性提高20％“骨肉分離”，分別觀察骨組織和軟組織FDAApproved第二代功能DR.能量減影–病例1第二代功能DR.能量減影–病例2第二代功能DR.平板讀出時(shí)間0.13S，其他數(shù)字平板探測(cè)器的讀出時(shí)間至少1.25S,甚至達(dá)15秒以上

DR能量減影、斷面三維合

成及圖像拼接技術(shù)的基礎(chǔ)血管機(jī)連續(xù)采集成像的基礎(chǔ)非晶體硅數(shù)字平板探測(cè)器能量減影的技術(shù)基礎(chǔ)短時(shí)間(0.2秒)內(nèi)連續(xù)曝光，消除減影圖像的運(yùn)動(dòng)偽影.TissueEqualization(組織均衡）DualEnergySubtraction(能量減影）CAD---ComputerAidedDetection(計(jì)算機(jī)輔助診斷)

DR的高級(jí)臨床應(yīng)用功能第二代功能DR.Severalstudieshaveshownthattheobservervariabilityisthemainreasonformissedcancerinmammographyandchestx-ray.CADaddressesthisweaknessindiagnosticx-raybymarkingareasinthex-raywithhighprobabilityforamalignelesion,thushelpingthereviewertoinceaseher/hisdetectionrate.CAD-計(jì)算機(jī)輔助診斷第二代功能DR.30secondsforCADresults…5DRdevicessupportedwithnodelays5acquisitiondevicesDICOMNetworkCADProcessor80MBdatatransferredin8secImage#1Image#2Image#3Image#4Image#55LATImagesDeletedCADProcessingPA/APqueuedforprocessing30secondsperimageImagesqueuedfortransfertoPACS.病例10mm癌結(jié)節(jié)血管CAD提示：第二代功能DR.CT證實(shí)10mm癌結(jié)節(jié)第二代功能DR.CAD系統(tǒng)提供更多的有關(guān)病變的性質(zhì)、部位、和范圍的信息Courtesy:UniversityofChicagoCourtesy:UniversityofChicago肺癌肺間質(zhì)病變CAD-計(jì)算機(jī)輔助診斷第二代功能DR.Tomosynthesis(斷面三維合成)TemporalSubtraction(時(shí)間減影）ImagePasting（圖像拼接）BoneMineralDensitometry(骨密度）….GEDR的高級(jí)臨床應(yīng)用第三代多功能DR.Tomosynthesis(斷面三維合成)將一系列低劑量的斷面圖像重建成三維圖像球管縱向移動(dòng)成角5-15°層厚:1-2cm快速采集圖像第三代多功能DR.Tomosynthesis(斷面三維合成)臨床意義分離重疊的組織結(jié)構(gòu)多層面顯示提高肺癌檢出的敏感性和特異性10％提高病人流通量25％代替CT和MR的部分檢查低劑量的三維立體重建顯示類似CT但低X線劑量的斷層重建CourtesyofDr.Dobbins,DukeUniversityandDr.Webber,WakeForestUniversity第三代多功能DR.Tomosynthesis(斷面三維合成)TemporalSubtraction(時(shí)間減影）ImagePasting（圖像拼接）BoneMineralDensitometry(骨密度檢測(cè)）….GEDR的高級(jí)臨床應(yīng)用第三代多功能DR.當(dāng)前的圖像過(guò)去的圖像區(qū)別第三代多功能DRTemporalSubtraction(時(shí)間減影).ImagesarecourtesyofMDAndersonCancerCenterandprocessedbyU-Chicago氣胸滲出和結(jié)節(jié)肺炎采集配準(zhǔn)減影間質(zhì)性疾病當(dāng)前的胸部圖像過(guò)去的胸部圖像__TemporalSubtraction(時(shí)間減影)第三代多功能DR.Tomosynthesis(斷面三維合成)TemporalSubtraction(時(shí)間減影）ImagePasting（圖像拼接）BoneMineralDensitometry(骨密度檢測(cè)）….GEDR的高級(jí)臨床應(yīng)用