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1、X线数字化影像技术的发展与思考【摘要】 X线数字化影像技术对实现医学影像现代化具有重要意义。比较3种数字化影像技术的基本原理、成像性能、影像特点及差别，对未来数字化技术发展做出探讨。? /2/view-13090266.htm【关键词】 X线；数字化影像；发展?The technique eevelopment and thought of the X-ray digital imagingLU De-wei,SU Wei,DENG Kun-fang.The Second People,s Hospital of Yunnan ProvinceMedicalEquipment, Yannan
2、Kunming650021，China?【Abstract】 The X-ray digital imaging is very importont for achieveing modern medical imaging. The imaging performance and difference between with three digital technologics are comparativety analyzd and evaluated by using principle imaging characteristic and approaching the techn
3、ique development in the future.?【Key words】 X-ray;digitalimaging;development?1895年伦琴发现X线并应用于医学诊断，至今已有100多年的历史，在这期间随着各类技术的发展，医用X线机得到不断地改进和完善。传统X线摄影仍采用增感屏-胶片方式，得到模拟图像，难于适应当今高速发展的现代化医院建设的需要。近几十年来，新技术和新材料的出现和应用，使放射科从传统的X线摄影工作方式进入数字化革命成像时代。X线数字化影像技术应用于临床，丰富了形态医学诊断的信息、层次，逐步改变了传统放射技术，并与快速发展的计算机、网络技术融合，极大提高
4、了医学影像的质量，与传统X线胶片成像对比，优势十分明显。?A、影像质量直线性-宽容度大有限胶片宽容度连续灰阶范围较广，可调节反差连续灰阶，固定反差23.6 mm/线对，空间分辨力较低，散射光少，大幅度地克服了头锐，其对比度、分辨力高59 mm/线对，空间分辨力高，但散射光使胶片的感光范围发散，导致锐度下降影像质量稳定在同一水平胶片质量取决于胶片、屏曝光参数及冲洗条件计算机工作站，影像可重新再处理影像不能重新再处理对X线能量的利用率高，辐射剂量小，比传统方式降低30%70%辐射剂量高，对X线能量的利用率低B、操作效率及方便程度全明室操作，降低差错率需要暗室设备，在暗室操作减低重照率及辐射量不能避
5、免的重照率强大的后处理功能，可调整反差，弥补因投照条件不准确造成的质量缺陷有限反差及影像质量C、存储及传输通讯数字影像存储，节省空间，无胶片化胶片储存，需要较大空间影像可以网络和胶片传递影像只能胶片传递1 X线数字化影像的标准?X线数字化影像的实质是将穿过人体的呈连续缓慢变化的X线密度通过直接或间接的方式转换为数字化影像存储和处理，并在线地为网络用户所使用。作为数字影像的形成要经过三个步骤，即影像数据采集；对实时信号的快速处理（图像重建）；影像传输、存储和记录。?整个系统需要的硬件包括：影像设备、存储设备、网络传输设备、显示设备。?2 目前实现X线数字化影像的几种技术?2.1 胶片录入法这是最
6、简单的一种方法，对X线机不做任何的改动，用扫描仪或数码相机将X光胶片上记录的模拟信息图像录入计算机工作站从而达到数字化处理的目的。其优点是：简单易行，投入资金少。缺点是：工作量大，没有动态图像获取及处理能力，图像清晰度取决于X光胶片本身的图像质量及扫描仪或数码相机的分辨力。对放射科历年来保存的传统胶片归档存储管理是一种较好的方法。?2.2 计算机X线摄影（Computed Radiography,CR）技术 CR是发展最早的X线数字化技术之一，实现间接获得数字化影像。目前已比较成熟。CR影像不是直接记录于传统X光胶片上，而是先记忆在IP影像板上。IP板中记忆影像的物质为PSL(光激励发光)荧光
7、层。PSL是一种特殊的荧光物质，它把第一次X照射光的信号记录下来，当再次受到激光刺激扫描时，其存储的X光影像信号会释放出来，转换成光信号，通过光电信增管转换成电信号，再经A/D转换成数字信号输入到工作站进行各种有效的处理，最终生成符合临床诊断标准的X线图像。当IP板中存储的X光影像信号被消影后，可再重复使用。其优点是：图像清晰度有较大提高，后处理软件丰富，可有效提高移动床旁摄片质量，对原有的传统X光机不作改造，有效降低投照时的放射剂量。成本较低，应用广泛、灵活性好。其缺点是：无动态图像采集功能，数台机器的IP板需要集中扫描，在患者较多的时段容易造成拥挤，摄片技师的工作强度没有得到减少。?2.3
8、 数字X线摄影（Digital Radiography,DR）技术 DR可分为直接数字X线摄影（Direct DR,DDR）和间接数字X线摄影（Indirect DR,IDR）。DDR是指采用X线探测器直接将X线图像变成电信号，再转换为数字图像的方法；IDR是利用X线机自身的成像系统把作为信息载体的X线转换为可见光，由CCD或真空摄像管转换成视频信号，再经数据采集器，如视频图像采集卡完成A/D转换后形成数字图像信号。该方法优点是：可完成实时动态图像采集、存储、回放，可以在透视和摄影两种方式下进行采集，具有实时或后处理动态减影功能，比较适合于造影检查，可以连接PACS或RIS系统，价格适中。缺点
9、是：清晰度相对较低，图像的视野相对较小，在传统X线机上要进行简单改造。?3 平板探测器DDR技术?90年代中期先后出现了使用非晶硒和非晶硅X线平板探测器的数字摄影。非晶硒平板探测器主要由集电矩阵、硒层、电介层、顶层电极和保护层等构成，封装在暗盒中。使用非晶硒在由电薄膜晶体管（TFT）按阵元方式排列组成的集电矩阵上。每个薄膜晶体管的单元尺寸为139 um139 um，成为一个采集图像的最小单元，即像素。在36 cm43 cm采集范围内的像素是25603027个。入射的X光子在硒层中产生电子-空穴对，在顶层电极和集电矩阵间外加高压电场的作用下，电子和空穴向相反方向运动，形成电流，电流在TFT的极间
10、电容储存电荷。电荷量与入射光子的能量和数量呈正比。每个TFT区域内还形成一个场效应管，它起开关作用，由控制电路触发把每个TFT储存的电荷按顺序逐一传送到外电路，经读出放大器放大后被同步转换成数字信号，而后组建成完整的影像。?非晶硅平板探测器是一种半导体探测器，主要由光电二极管矩阵、保护层等构成，封装在暗盒中。使用把掺铊的碘化铯闪烁发光晶体层覆盖在光电二极管矩阵上，每个光电二极管由薄膜非晶态氢化硅制成，就是一个像素。像素尺寸是143um143um,在43 cm43 cm的采集范围内像素有31203120个。当X线入射到碘化铯闪烁体发光晶体层时被转换为可见光光子，它激发光电二极管矩阵转换成电流，电
11、流在光电二极管自身的电容积分形成储存电荷，每个像素的储存电荷量与入射的X线量成正比。由控制电路触发扫描读出每个像素的存储电荷，经放大后输入A/D转换，最终输出数字信号，而后组建完成整个影像。? 其优点是：图像层次丰富、质量高；成像速度快，曝光几秒后即可显示图像，时间分辨率高；优化、改善了工作流程，大大降低了摄片技术的工作强度；有强大的后处理功能，可以完成动态观察，实时采集、存储。缺点是：价格昂贵，缺少灵活性，需要固定场所。?4 结果与思考?通过以上3种技术的分析对比，不难看出，CR和DR技术是目前实现影像设备数字化的较好方法。CR在不改变原有放射科设备的同时，实现了影像数字化，由于IP板便携性
12、高，不仅在固定场所使用，而且在病房、手术室等场所都可使用，灵活性好。DR比CR具有更高的图像质量，更低的照射剂量，更强大的后处理功能，极大的提高了放射科工作效率。DR和CR目前由于其自身特点各有所长，目前在许多医院暂时处于一种共存的状态。?2008年RSNA(北美放射学术会议)上锐珂医疗正式推出其灵活性可与CR媲美的DRX-1无线平板式X线摄影数字成像系统，DR技术得到进一步发展。?DRX-1数字平板探测器采集范围为36 cm43 cm，像素尺寸为139 cm139 cm采用非晶硅阵列与铽激活：硫氧化扎（Gd202s:Tb）闪烁体。该闪烁体相对于沿用的CsI(Ti）闪烁体而言，克服了易潮解、抗
13、震性能差的特点，更适合移动式平板探测器。其工作原理与上述非晶体硅平板探测器相同,但与早期普遍使用的50%70%填充因数的传统非晶硅阵列数字平板探测器不同的是，它采用了100%的填充因数非晶硅阵列，可以最大限度提高对可见光子的吸收转化率，摄影时可有效的降低X线剂量。DRX-1数字无线平板探测器具有广泛的适应性，可与放射科整个系统实现无缝连接，即插即用；安全性好，兼容性强，系统稳定。可根据实际工作需要任意调整；采用点对点，无线传输方法，优化工作流程。采用可更换充电电池为平板探测器供电的模式，可以为无线传输提供保证，可以有效地克服传输电缆对探测器使用灵活性的限制，可实现全方位的摆位摄影。由于平板探测
14、器与传统应用的暗盒一致。因此，除应用性能得到提高外，还可以在不需要改动现有传统X线机的情况下，可通过系统曝射同步接口装置与X线设备实现同步控制，直接升级为数字化X线机。对于一次性购买昂贵的DR整机设备可以节省约30%的资金投入，同时也免去机房装修、改造的费用。DRX-1装机培训可在半天内完成，免去较长的安装、调试时间，当天就可以产生良好的社会效益、经济效益。?在技术参数上，无线DR探测器均优于传统DR探测器，无线DR探测器融合了DR和CR的各自的优点，创新性地提高了放射科影像检查的灵活性。?目前，放射影像学仍处于以形态学为主的阶段， X线数字化影像是一系列离散的灰度等级影像，对应不同组织、不同
15、密度上所反映出来的影像，不能够象CT检查一样，建立对应 的CT值。众所周知，CT检查的放射剂量对人体危害性很大，是普通胸片摄影的数十倍以上。如果我们将DR和CT的各自优点相融合，能否在技术上、材料上进一步改进，使我们未来的DR的影像也能拥有CT值，在不增加放射剂量的情况下既可以不损失图像质量，又可以多层重建图像，同时加以功能、代谢成像、灌注成像、频谱分析，对病变区域的组织将得到定性（良性或恶性）、定量（大小、位置）的影像分析。?新一代的DR技术给我们带来更多更好的临床应用价值。连续断层融合技术、双能减影、全景摄影等技术提高了检查定位精确性，提供更优质、更高分辨率的高清晰数字图像；缩短检查时间，减少X线曝光剂量，减少重复检查，减少误诊的几率。随着当今科学技术的不断迅猛发展，X线影像数字化技术也将得到不断提高和完善，我们期待放射医学影像学将会有更广阔的发展空间，为临床诊断提供更有价值、更丰富的选择。?参考文献?1 徐跃，黄泉荣.医学影像设备学.人民卫生出版社，2004:224-242.?2 阮兴云.医学工程实践与探索.昆明：云南科技出版社，2005:238.?3 甘泉，刘东明.CR与DR性能影像特点及其临床应用的比较.医疗卫生装备，2009.30（2）：90-91.?4 曹厚德.无线平板探测器DR进入临床应用.北京：中国医院采购指南，2009（下）：4-6.?
