浅谈x线数字化摄影

摘要】 计算机 X 线摄影(CR) 和数字化放射摄影(DR) 的问世，实现了 X 线摄影的数字化。本文对 CR 和 DR 成像原理各自特点和两者之间的差异进行探讨。 【关键词】 计算机 X 线摄影 数字化放射摄影 各自特点20 世纪 80 年代计算机 X 线摄影 (CR)问世，开创了 X 线摄影实现数字化的先河，由于CR 技术不是真正意义上的直接 X 线摄影数字化，人们利用现代飞速发展的晶体管制作技术和计算机技术开发研制了数字化放射摄影(DR)，从而改变了传统的用胶片记录 X 线影像，屏/片成像。1 CR 成像原理它用影像板 IP（Imaging Panel）替代传统的胶片/ 增感屏，再把储存于 IP 上的 X 线信号用激光扫描转换成电信号并进行数字图像处理的成像技术。1.1 IP 的功能及使用方法 IP 是 CR 系统中传递摄影图像的媒介，它由支撑体、光致发光物质和保护层组成，装在特殊的暗盒中，使用方法和普通胶片一样，只是摄影完毕不用冲洗，直接送给图像读取机阅读图像。目前的 IP 有柔性板和刚性板两种类型，柔性板较为普遍，缺点是阅读图像时易造成划伤，刚性板只有少数厂家能生产，它能有效地解决划伤问题。摄影时，IP 板中的荧光物质与穿过人体的 X 线信号发生相应的反应（一次激发） ，将 X 线潜影像存储在二维平面上，摄影后的 IP 被送进图像读取机后，图像读取机就会以点状光束对它进行全面扫描（二次激发） ，使存储于各点上的 X 线信号发光，再以读取机的光导管将其收集并导入光电倍增管，光电倍增管根据入射光的强弱发出相应电子，从而把光信号转变成电信号，然后送给图像处理工作站对信号进行数字处理。IP 是可以重复使用的，图像读取完后，IP 被送到一组强光灯下照射，把 IP 上的所有潜影全部清除，然后送入暗盒以备下一次使用。可重复使用 2 万次。由于 IP 的感光特性曲线是直线，因此灵敏度高，感光范围宽，感光速度可以调节，节省曝光条件。CR 系统中的图像处理工作站可以对图像进行自动感光调节、图像的层次处理、频率处理、减影处理等。在 X 线剂量过多或过少的情况下，通过自动调节感光度，能使 CPI 图像控制在要求的密度范围内，进行几种功能处理，提高图像质量，满足各种不同的诊断需要。1.2 CR 的特点 多年来，很多公司已先后推出了几代产品。曾有人预言以 FPD 为载体的 DR 会一举取代 CR，但在 RSNA 2 000 上，很多大型影像设备制造厂、胶片生产厂家均有新型的 CR 登场，这充分说明 CR 有其独特的优势。IP 的灵敏度高、感光范围宽，可以在增加摄影条件宽容度的同时，减少摄影剂量，使用CR 的摄影条件可为传统摄影条件的 1/21/5；CR 的数字图像处理功能可以大大提高图像质量，使其拥有更加丰富、细腻的诊断信息。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）成为可能，为医院联网提供了数字平台。CR 的价格不是很高，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。CR 目前主要的不足是时间分辨率较差，不能满足动态器官的结构显示、CR 板的老化、划伤以及异物和斑点会造成图像质量下降；此外，CR 只适用于摄影不能用于透视。2 DR 技术1986 年布鲁塞尔召开的第 15 届国际放射学会上，首次提出了数字化放射摄影(Digital Radiography,DR)的物理学概念及临床应用报告。当时所谓的 DR 是指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。因此近几年来有很多学者认为 DR 是所有数字化放射影像的统称，把近几年来发展起来的直接数字化放射摄影称为 DDR，但习惯上人们还是称为 DR。DR由于探测器技术的不同可分为三种平板探测器技术。直接平板探测（非晶硒）技术（Direct Radiography DetectorDRD） 。探测器成板状，它把 X 线能量直接转变成数字信号（电荷改变） ，用晶态硒涂覆于薄膜晶体管（TFT）陈列上，每个薄膜晶体管单元尺寸 139 m139 m，即每毫米内有 7 个点。在常用的 1 417 胶片面积内的单元数 25 603 072，可满足几乎所有诊断要求。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 14 比特 A/D 转换，直接输出数字化信号。间接转换平板探测器（X 线闪烁体+ 非晶硅二极管）技术（Flat Panel DetectorFPD） 。所谓间接转换是指 X 线先于 CsI：T1 （掺铊的碘化铯）闪烁发光晶体（荧光屏）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（aSi ）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 14比特 A/D 转换后形成数字化电信号。每个像素尺寸为 143 m143 m，在 1 717 胶片面积内单元数为 31 203 120，与 DRD 有近似成像质量。CCD 转换平板探测器（X 线闪烁体+CCD 二极管陈列） 。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 线闪烁体） ，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。在 1 717 面积内像素可达 4 900 万个，空间分辨率可达 3.5 LP/mm。3 CR 与 DRCR、DR 技术不论影像转换过程各自不同，但最终都是以数字方式输出、成像记录和储存，但从真正直接数字化的意义上却有很大的区别。物理参数比较：量子检测效率（QDE）是表现数字化摄影系统性能的一个主要参数。QDE 只是一种相对的比较值，QDE 值高意味着该系统的 X 线转换率高，即图像的信息利用率高。CR 的相对 QDE 值为 25%左右，而 DR 的相对 QDE 值为 50%70%，高出 CR的 1 倍以上。换言之，在相同的影像质量下，所用 X 线剂量可减少一半。从其他的评价参数如信噪比（SNR） 、调制传递函数（MTF ）等都显示出 DR 优于 CR，另外，影像空间分辨率 DR 也优于 CR。技术开发与市场占有：CR 从开发研制到临床应用已近 30 a 历史。商品化也有 20 a 历史。技术开发较成熟。市场占有份额较 DR 大的多。全世界已安装 CR 预计约近 10 万台套，而DR 开发相对较晚，特别是全尺寸 DR 探测器平板的制作技术比较复杂，相对产量较低。因此许多生产厂商生产有两个或多个小面积平板铺组成全尺寸探测器平板，以减少成本。使用这样探测器，计算机在数字影像处理时将各部分影像“缝合在一起”，以消除分片连接的效果。另外，大部分专家认为基于 CCD 的探测器是一种过渡技术。平板式数字成像技术由于出色的影像质量，内在的坚固性和简洁的设计，将成为数字成像设备的首选。然而从经济投入来看 DR 投入资金较 CR 高出近两倍，因此 DR 目前尚处于市场的导入期。临床应用范围：CR 的工作流程与传统屏/ 片系统相仿，临床检查应用范围一样。由于 IP板的便携性强，它不仅在固定场所放射科应用，而且在病房、手术室、急症室都可应用。这对医院非常方便、适用。而 DR 是专机专用，加上 DR 平板脆弱，对环境要求高，只能在固定场所使用。另外，CR 可与原有的 X 线机兼容使用，DR 则不能。从工作效率上来讲DR 优于 CR,因为免去了暗盒的传送与放置，节省了劳动力，提高工作效率。DR 的特点：它的诞生大大提高了图像质量，减低了曝光剂量。有资料显示，碘化艳非拼接数字板拍片系统的 DQE（量子捕获效能）高达 60%以上（而传统的拍片系统的 DQE只有 20%左右） ，对低对比度的观察能力提高了 45%，得到相同图像质量的 X 线剂量节省达 60%以上，胸片正位的拍片剂量只需 1 mAs3 mAs 。图像的动态范围提高了 10 倍以上。DR 也有多种数字图像处理功能，经过不同方法的图像处理，可以满足各种不同的诊断需要。DR 除了跟 CR 一样能节省人力、物力，大大提高工作效率以外，由于成像环节较少等原因，DR 本身工作效率就高，有资料表明，DR 胸片系统的工作效率相当于 2.6 台普通拍片机的效率，完成胸片正侧位拍摄只需要 2.18 min，而普通的设备要 6.05 min，图像从曝光到监视器上全屏显示只需 5 s；高 DQE、低剂量和小余辉的特点可使 DR 用于心脏机做快速高效的信号采集；DR 既能用于摄影又能用于透视；可为医院联网提供数字平台（