数字X线摄影系统

数字X线摄影系统 X线影像系统的三次革命 1896年直接荧光成像伦琴发现X线激发荧光直接成像直接荧光成像效率较低 数字X线摄影系统 X线影像系统的三次革命 1957年影像增强器间接成像影像增强器大大提高图像的亮度影像增强器增加X线的利用率 数字X线摄影系统 X线影像系统的三次革命 1999年数字平板探测器具有极高的X线利用率减少了引起信号衰减和变形的中间环节直接产生数字信号 数字X线摄影系统 数字平板探测器的应用 减少了影像链中的中间环节 从而减少了信号的衰减 变形和噪声的产生 图像质量大大提高 一 间接X线数字摄影装置 IDR 影像监视器 影像接收器 数据采集器 影像处理器 存储器 X线机 系统控制器 IDR系统结构框图 一 间接X线数字摄影装置 IDR X线 X线 影像增强器 计算机处理系统 电视摄像管CCD或真空摄像管 电视信号处理A D转换 图像板 数字信号 显示 打印 球管 人体 一 间接X线数字摄影装置 IDR CCD摄像机在提高空间分辨力 改善信噪比和减少伪影等方面均有长足的进步 取代了真空摄像管 这种系统的主要缺陷 由子I I和摄像管中的光散射和电子散射 引入了附加的对比度损失 电视摄像管的动态范围小 不能发现微小的组织差异 I I的视野小 边缘和中心分辨力不一致 二 直接X线数字摄影装置 DDR DDR指采用一维或二维X线探测器直接把X线转换为模拟电信号进行数字化的方法 不同于先获得模拟图像 再对模拟图像进行数字化的方法 平板型探侧器 flatpaneldetector FPD DDR 二 直接X线数字摄影装置 DDR 二 直接X线数字摄影装置 DDR 二 直接X线数字摄影装置 DDR GECONFIDENTIAL 12 0 100 200 300 400 500 600 1998 1999 2000 2001 2002 全球拍片机市场情况 DR的应用前景 普通拍片CRDR US Millions DR将成为主要的摄片方式 DR市场的发展趋势 从2002到2005 市场将增长五倍 工作效率三倍于CR或普通摄片 DR提高图像质量和工作效率 6 20min CR检查 7 30min 较少的重复 病人进检查室 传统胶片检查 1 30 1 00 2 30 30 20 30 8 重复率 工作流程的革命 检查速度提高三倍 降低了废片率 第一次曝光 最后一次曝光 洗出第一次片 洗出最后次片 质量控制 病人离开 病人进检查室 第一次曝光 最后一次曝光 取出IP板 扫描和处理 质量控制 病人离开 1 30 1 00 20 30 30 3 40 三 DDR使用的探测器 1 气体电离室探测器 由许多单元组成一行的阵列 每个单元构成一个像素 其间充以特定成分的惰性气体 如氙气 收集极是一组蚀刻在印刷电路板上的金属丝 每个收集极金属丝都与一个放大器相连 三 DDR使用的探测器 非晶态硒型平板探测器 主要由集电矩阵 硒层 电介层 顶层电极和保护层等构成 集电矩阵由按阵元方式排列的薄膜晶体管 thin filmtransistor TFT 组成 非晶态硒层涂覆在集电矩阵上 它对X线敏感 并有很高的解像能力 非晶态硒型平板探测器 偏压 入射X线光子 非晶态硒 储能电容 场效应管 输出信号 读出控制 三 DDR使用的探测器 非晶态硅型FPD 是一种半导体探测器 把掺坨的碘化铯闪烁发光晶体层覆盖在光电二极管矩阵上 每个光电管就是一个像素 由薄膜非晶态氢化硅制成 完全封装的非晶体硅数字平板 有效接受面接41cm 41cm 碘化铯闪烁体吸收X线光子并转换成可见光 低噪声的光电二极管矩阵吸收可见光并将其转换成电荷 每个光电二级管代表一个象素或者图像单元 每个象素的电荷由低噪声的电路读出并转换成数字信号送往图像处理器 工作原理 非晶体硅数字平板探测器 低噪声优化设计 探测器闪烁体 碘化铯 CsI 针状晶体 直径5 10 m X线光子 碘化铯针状晶体导引可见光光子 防止散射 非晶体硅数字平板探测器 碘化铯针状晶体导引的可见光光子 5 10 mCsI针状晶体 反射层提高X光的利用率 非晶体硅数字平板探测器 探测器反射层 四 DDR与CR的比较 DDR的图像清晰度优于CR 主要由像素尺寸决定DDR的噪声源比CR少 没有二次激励过程引人的噪声 DDR的拍片速度快于CR直接出片 DDR的X线转换效率高 而CR利用潜影成像 信号随时间而减 曝光剂量比DDR高 四 DDR与CR的比较 DDR探测器寿命长 可用10年 CR的IP可用l年 DDR有升级为透视的能力 但不能应用于常规X线机 CR不能透视 但能与原有的X线摄影设备匹配工作 取消洗片机 五 DDR存在的问题 大面积TFT在工业生产中存在较大难度 36cm 43cm的平面矩阵需用4块18cm 21 5cm的小平面矩阵拼接而成 虽在时间分辨力上优于CR 但不能适应快速连续摄影的X线造影检查 因此 提高读出和建像速度是主攻方向之一 临床功能的开发应用 DR进入功能化时代 第二代功能DR TissueEqualization 组织均衡 DualEnergySubtraction 能量减影 CAD ComputerAidedDetection 计算机辅助诊断 DR的高级临床应用功能 第二代功能DR 组织均衡功能 提高了脊椎和心脏后部组织的显示 FDAApproved TissueEqualization 组织均衡功能 组织均衡功能使整个视野同样清晰 TissueEqualization 更清晰地显示锥体 尤其C7 T1图像减少颈椎的摄片量增加病员流通量 FDAApproved 第二代功能DR 29 多重分解然后加全处理得到全视野均衡的图像 重建反转滤波加权 分解滤波减影 原始图像 处理后的图像 TissueEqualization 组织均衡功能 FDAApproved 第二代功能DR 组织分割 优化处理 标准DR图像 组织均衡图像 FDAApproved TissueEqualization 组织均衡功能 第二代功能DR TissueEqualization NOTissueEqualization TissueEqualization 组织均衡功能 第二代功能DR TissueEqualization 组织均衡 DualEnergySubtraction 能量减影 CAD ComputerAidedDetection 计算机辅助诊断 DR的高级临床应用功能 第二代功能DR 一次采集 两次曝光 三幅图像 骨肉分离 标准胸片 软组织 骨组织 Dual EnergySubtraction双能量减影 第二代功能DR Dual EnergySubtraction双能量减影 在200ms时间内一次性采集高能和低能图像 减少呼吸伪影 提供3种图像 标准胸片 软组织 骨组织软组织图像 去除肋骨 使肺部结节得到更好显现高密度组织图像 鉴别钙化的结节 良性 肺癌检测的敏感性提高10 肺癌检测的特异性提高20 骨肉分离 分别观察骨组织和软组织 FDAApproved 第二代功能DR 能量减影 病例1 第二代功能DR 能量减影 病例2 第二代功能DR 平板读出时间0 13S 其他数字平板探测器的读出时间至少1 25S 甚至达15秒以上DR能量减影 断面三维合成及图像拼接技术的基础血管机连续采集成像的基础 非晶体硅数字平板探测器 能量减影的技术基础 短时间 0 2秒 内连续曝光 消除减影图像的运动伪影 TissueEqualization 组织均衡 DualEnergySubtraction 能量减影 CAD ComputerAidedDetection 计算机辅助诊断 DR的高级临床应用功能 第二代功能DR Severalstudieshaveshownthattheobservervariabilityisthemainreasonformissedcancerinmammographyandchestx ray CADaddressesthisweaknessindiagnosticx raybymarkingareasinthex raywithhighprobabilityforamalignelesion thushelpingthereviewertoinceaseher hisdetectionrate CAD 计算机辅助诊断 第二代功能DR 30secondsforCADresults 5DRdevicessupportedwithnodelays 5acquisitiondevices DICOMNetwork CADProcessor 80MBdatatransferredin8sec 5LATImagesDeleted CADProcessing PA APqueuedforprocessing 30secondsperimage ImagesqueuedfortransfertoPACS 病例 10mm癌结节 血管 CAD提示 第二代功能DR CT证实 10mm癌结节 第二代功能DR CAD系统提供更多的有关病变的性质 部位 和范围的信息 Courtesy UniversityofChicago Courtesy UniversityofChicago 肺癌 肺间质病变 CAD 计算机辅助诊断 第二代功能DR Tomosynthesis 断面三维合成 TemporalSubtraction 时间减影 ImagePasting 图像拼接 BoneMineralDensitometry 骨密度 GEDR的高级临床应用 第三代多功能DR Tomosynthesis 断面三维合成 将一系列低剂量的断面图像重建成三维图像球管纵向移动成角5 15 层厚 1 2cm快速采集图像 第三代多功能DR Tomosynthesis 断面三维合成 临床意义分离重叠的组织结构多层面显示提高肺癌检出的敏感性和特异性10 提高病人流通量25 代替CT和MR的部分检查低剂量的三维立体重建显示 类似CT但低X线剂量的断层重建 CourtesyofDr Dobbins DukeUniversityandDr Webber WakeForestUniversity 第三代多功能DR Tomosynthesis 断面三维合成 TemporalSubtraction 时间减影 ImagePasting 图像拼接 BoneMineralDensitometry 骨密度检测 GEDR的高级临床应用 第三代多功能DR 当前的图像 过去的图像 区别 第三代多功能DR TemporalSubtraction 时间减影 ImagesarecourtesyofMDAndersonCancerCenterandprocessedbyU Chicago 气胸 渗出和结节 肺炎 采集 配准 减影 间质性疾病 当前的胸部图像 过去的胸部图像 TemporalSubtraction 时间减影 第三代多功能DR Tomosynthesis 断面三维合成 TemporalSubtraction 时间减影 ImagePasting 图像拼接 BoneMineralDensitometry 骨密度检测 GEDR的高级临床应用 第三代多功能DR 临床意义精确测量脊柱侧弯的角度和长度减少对儿科病人的X 线辐射急诊外科对多发性骨折的快速检查 Imagepasting 图像拼接 方法床体自动移行图像自动拼接 Tomosynthesis 断面三维合成 TemporalSubtraction 时间减影 ImagePasting 图像拼接 BoneMineralDensitometry 骨密度检测 GEDR的高级临床应用 第三代多功能DR BoneMineralDensitometry BMD 骨密度测量 BMDreportgenerat