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DSA成像技术 医学影像技术学教研室赵英红 概论 DSA的产生与发展数字减影血管造影 digitalsubtractionangiography DSA 是80年代出现的一项医学影像新技术 是电子计算机与常规X线血管造影相结合的一种新的检查方法 1895年11月8日伦琴发现了X线 几周后有人就在尸体上进行了手的动脉血管造影的实验研究1923年首次在人体上做了血管造影检查1931年Forsmann报告了心脏的X线造影20世纪30年代中期 一些学者报告了经腰部穿刺施行主动脉 颈动脉及周围血管造影的方法20世纪50年代初期 Seldinger对动脉插管的方法改进 时至今日 动脉插管仍沿用此法 概论 DSA的产生与发展1978年Wisconsin大学首先设计出了数字视频影像处理器 1980年2月Wisconsin大学进行了10例病人DSA检查 1980年3月在Wisconsin大学安装了商用原型机 1980年11月在北美放射学会议上展示了三种商用机装置 此后许多国家加强了对DSA的进一步研究 在机器性能 成像方式 方法和速度 图像的存取 处理与显示 组织器官的形态和功能的定性定量分析 自动化和智能化程度等方面取得了明显的进展 Advantx LCV DLX Advantx LCV DLX整机图 手术室为无菌操作C臂摄像管及影像监视器 数字减影血管造影 DSA可移动的手术床 DSA的应用评价 DSA检查是电子计算机与常血管造影技术结合的产物 1 外周与中心静脉注射对比剂 2 DSA与传统的心血管造影 3 动脉DSA与静脉DSA 4 新的DSA检查方法 5 DSA的发展方向 DSA系统的组成及特性 1 X线的发生装置 球管 高压发生器 X线控制器 附件等 2 图像检测装置 光栅 影像增强器 光学系统 X线电视摄像机 CCD 数字平板探测器 3 DSA图像显示 模 数转换器 数字逻辑运算 数 模转换器 4 DSA图像处理 对数变换处理 时间滤波处理 对比度增强处理 5 高压注射器 结构 流率型 工作原理 旋转阳极X线管的结构 旋转阳极X线管的电子轰击面示意图 旋转阳极X线管阳极的结构 旋转阳极球管的组成 1 具有阴极用以发射子 2 阳极受电子轰击而辐射x线 3 在阴极和阳极之间加上高电压使电子产生高速运动 4 管内保持高真空度 使电子运动不受阻力 10 6mmhg 阳极组成 靶面 转子 转轴 轴承套 旋转阳极应具备的条件 1 原子序数高 熔点高 散热系数高 蒸发压力低 2 阳极的倾角10121617 3 99 8 以上都转化为热能 阳极特点 1 结构复杂 造价高 瞬时负载功率大 暴光时间短 有效焦点面积小 转速高 9000 10000 分 2 配有制动电路使高速旋转的阳极在短时间内停下来 给一反向电压 3 电子穿入靶内一定的深度为 10kvp电子穿透的深度为50微米 临床应用 阳极效应 足跟效应 钨的原子序数较高 z 74 熔点高3370度 但在1100度时容易形成再结晶 靶面形成龟裂 蒸发压力低3x10mmhg 钨的导率差 0 4 而铜的导热率很高 0 9 很接近银的标准导热率 1 故以铜为阳极制成主体 钨为靶面制成的球阳极较好 西门子最近宣布的 无热容量 电子束控球管 散热率为1muh s 热容量为 6 7mhu 球管的冷却曲线 水冷机 DSA球管 栅控 球管内栅控 保证波形 mA 起辉 余辉 成像脉冲 Time 传统脉冲透视 成像脉冲 栅控透视 消除软射线的起晖 余晖效应 球管内栅控 X ray Anode GridSwitch Cathode 冷却油直接进入阳极靶面 2 4MHUMRC球管 11000W散热率 MRC球管 透心凉 冷却 高压波形的影响 单相全波高压整流电路 三相六峰整流 脉动率为13 20 三相十二峰整流 相位差30度脉动率2 3 滤过补赏 缩光器 定位及存储 固定滤线器及剂量强度 增强管的原理结构 医用X线电视方框图 可变视野增强管 高压注射器 DSA图像处理 一副理想的减影图像的获得 常常需要经过一系列的处理 时间滤波处理 对数变换处理 对比度增强处理 A mask像 B 为造影像C 为减影像D 为对比度增强后的减影像 DSA的成像愿理 数字减影血管造影是通过计算机技术将血管影像上重叠的骨及软组织消除 突出血管的一种技术 DSA的基本原理 1 常规DSA的原理 2 数字平板探测器的工作原理 数字减影血管造影原理图 DSA是将未造影的图像和造影图像 分别经影像增强器增强 摄像机扫描矩阵化 经模 数转换成数字化 两者相减而获得数字化图像 最后经数 模转换成减影图像 其结果是消除了造影血管以外的组织结构 突出了被造影的血管影像 阵列由纵横排列的直线相互垂直相交而成 一般纵行线数与横行线数相等 各直线之间有一定的间隔距离 呈格栅状 这种纵横排列的格栅叫矩阵 矩阵中被分割的小单元称为像素 INNOVA4100兼容机 DSA系统框图 平板探测器的发展简史 2000年由美国GE公司首先研制成功了平板探测器 推出了人们期待已久的TheInnova2000全数字化心血管显影系统 此后 RevolutionTM固态数字化探测器又相继推出了2100 3100 4100兼容机 平板的组成 平板探头由一个不定型二维阵列的硅簿模晶体管 TFT 和一个光电二极管组成与碘化铯闪光剂一并被放置与一个感光底层 然后使用与制造集成电路相类似的技术 把不定型硅各种金属和绝缘物质摆放于玻璃基底上 形成TFT和二极管等的各种连接 闪光剂附着于这些材料表面 探头侧面的指状接触器上按装有电子装置 这些电子装置向探头进行输出 也用来探测信号和把信号数字化 探头一侧的电子扫描装置可以激活TFT转换器 以读取所存储的电荷 连接探头两边的数据收集电子装置把该电荷转化为数字数值 平板探测器的结构 平板探测器的运行机制 宽带平板快速低噪声 动态范围的比较 探测器运行机制的比较 DSA的图像采集 1 DSA检查前技术参数的选择 A 确定DSA方式 B 采集时机及帧率 C mask像的选择 2 注射参数的设定 A 对比剂的用量和浓度 B 注射流率和斜率 C 注射压力 DSA的图像采集 一 DSA的信号DSA使用X线成像 经过对比剂的血管影像 在造影剂注入血管以前采集mask像 注入造影剂开始及到达兴趣区并出现最大浓度时采集造影像 也就是说分两次曝光 如果病人在曝光过程中保持体位不动 两次曝光所采集的图像唯一差别是含有造影剂的血管它们二者的差值信号就是DSA信号 在DSA中 感兴趣区的信号是造影剂的投射碘浓度 即血管的直径与该血管处血管内碘浓度的乘积 随着两者的增加 DSA的差值信号也在增加 二 DSA的信号幅度 1 以时间值为X轴 视频密度值为Y轴作图 即得到时间 视频密度曲线 2 时间 视频密度曲线则间接地反映该兴趣区碘的显示过程 3 最理想的时间 密度曲线是高的脉冲峰值和窄的脉冲宽度 4 在实际中 许多工作中 许多因素影响时间 浓度曲线 5 在DSA中血管显影所需要的最低限度的碘量与血管直径成反比 DSA的影像处理 1 窗口技术 窗宽 窗位 2 再蒙片 3 像素移位 4 图像的合成或积分 5 匹配滤过与递推滤过 6 对数放大与线性放大 7 补偿滤过 8 界标 9 兴趣区处理 DSA的减影方式和成像方式 DSA的减影方式1 时间减影 常规 脉冲 超脉冲 路标连续 时间之隔差 心电图触发脉冲2 能量减影3 混合减影 DSA的成像方式1 静脉2 动脉3 动态 旋转式 步进式 遥控对比剂跟踪技术 4 最佳角度定位系统 5 3D成像系统 DSA的减影方式 时间减影是DSA的常用方式 在造影剂注入兴趣区以前 将一帧或多帧图像作mask像储存起来 并与时间顺序出现的含碘造影剂充盈逐一进行相减 这样 两帧间相同的影像部分消除了 而造影剂流过血管引起高密度的部分被突出地显示出来 因为造影和mask像两者获得的时间先后不同 故称为时间减影 旋转式血管造影 步进式血管造影 DSA图像的质量控制 影响DSA图像的质量因素1 设备结构 x线源影像增强器电视摄像系统影像处理系统和显示系统2 成像方式和操作技术 成像方式的影响操作技术的影响3 造影方法和对比剂 造影方法的影响对比剂的影响4 患者本身因素 改善DSA图像质量的措施 DSA的适应证和禁忌证 适应证 血管性疾病肿瘤性疾病心脏冠状动脉疾病血管外伤的诊断与介入治疗禁忌证 碘过敏严重的心 肝 肾功能不全严重的凝血功能障碍 有明显出血倾向 严重的动脉硬化 高热 急性感染及穿刺部位感染 恶性甲状腺功能亢进 骨髓瘤 女性月经期及妊娠三个月以内者 术前准备1 病人准备 2 器械准备 3药物准备 全身主要介入检查 心脏 冠状动脉疾病 先心病 电生理 肝脏肿瘤治疗肝活检 胸腹主动脉 肢体血管疾病 脑血管 血管瘤 动静脉畸形 颈动脉疾病 脑血栓 脊柱 椎体成型术 骨盆 泌尿系血管栓塞 骨盆疾病 DSA脑血管造影的优点 一 一次插管可任意选择1支 2支 3支及更多血管 既全脑血管造影 二 采像序列及帧率 根据循环时间 可连续追综显示 直至满意为止