DR的现状与发展

2009-12-10 00:00:00 作者:juli 来源: 浏览次数:0 网友评论 0

DR,是Digital Radiograph(数字化X光照片)的缩写。随着计算机技术的不断发展,当今X光拍片已经由普通拍片机进入到了数字化的时代。市场上曾经的主流是CR(Computer Radiograph),CR同普通拍片比较,图像质量有了很大改善,但是对于医生的工作量并没有多大改进,工作流程也没有本质的提高。随着DR的出现和普及,更多的医院直接由普通拍片转变成DR,原因就在于医院看中了DR动态范围大,密度分辨率高,其可得到更多的影像细节,使医生能够看到过去在普通平片看不清或看不到的信息,发现、检出病变的能力远高于传统影像,

同时,还有着高效的工作流程的优势。正是因为DR有着这样的优势,使得众多的医疗生产商推出了各具特色的DR。

目前,依据DR的核心部件――探测器的类型,市场上的DR主要分为以下四大类:       

1、 非晶硅(a-Si)型:

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        这一类型的探测器依据闪烁体的不同,分为a-Si+CsI型和a-Si+GOS型。非晶硅型探测器的成像原理是(如图一所示):首先X线光子激发闪烁体层,使能量由光子转变成为可见光,经过光电二极管转换之后,成为电信号,再经A/D转换后变为数字信号,被计算机识别捕获,重组为数字化的图像信息。

        CsI闪烁体,采用的是特殊蒸发结晶工艺所形成的针状结构,针状结构的好处不仅在于CsI可以和象素点做到点对点的对称,同时,还可以使可见光的传播完全是一种全反射的形式,中途损失的能量几乎为零。这样,就可以在降低X线的投照剂量的情况下,仍可以得到优质的图像。而GOS(硫氧化二钆)闪烁体在制作工艺过程的方式决定了其在能量转换过程当中,并不是一种全反射的形式传导能量,因此中途会有能量损失,所以,a-Si+GOS型探测器的DQE值比较低,只有31%左右。

        数字化图像上的噪声主要由成像系统自身的本征噪声和X线量子噪声组成;成像系统自身的本征噪声与探测器温度有关,通常这是个常量;而X线量子噪声则与X线曝光剂量成反比,曝光剂量低,图像上表现出来的噪声大,当曝光剂量低到一定程度,X线量子噪声将表现为主要成分。而DQE正是衡量照射剂量和影像噪声最好的指标,其定义为探测器输出影像的信噪比与输入影像信噪比的比值,该值越大,表示所采集影像的信噪比损失越小。在这方面,法国的TRIXELL探测器比较优越,其DQE值高达65%以上。

        目前非晶硅型探测器依据热量散发的能力分为两类,一类是自然冷却(如TRIXELL探测器),即探测器在正常室温下,无需外加冷却设备,就可以把自身产生的热量散发出去,使探测器处于正常的工作范围;而另一类探测器则需要外加的水冷系统,依靠水循环把热量散发出去。现在DR厂家在软件上都设定了对探测器正常工作温度的保护限制,一旦热量散发有异常,探测器温度超出正常工作温度(此时探测器所得到的图像噪音很大,图像颗粒比较粗),系统会锁定探测器停止工作,迫使探测器降温,这样,势必会中止科室的正常工作,尤其是大流量患者的医院。

        a-Si+CsI型探测器的生产商主要是美国的GE公司和法国的TRIXELL公司。a-Si+GOS型 探测器的生产商主要是日本的佳能公司。   

        2、 非晶硒(a-Se)型:

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这一类型的探测器中没有闪烁体,采用直接转换的方式进行成像(如图二所示):即X线光子激发硒涂层的电子,在电场力的作用下,电子发生定向移动,形成电流,即电信号,之后同样经过A/D转换变成数字信号,被计算机识别捕获,重组为数字化的图像信息。

虽然非晶硒型探测器在能量转换过程中,避免了可见光的产生,减少了部分能量损失,但是由于硒涂层对X线光子不敏感,DQE值比较低,所以,在投照剂量方面,并没有减少,相反,非晶硒型探测器需要较高的投照剂量才得到比较好的图像质量。而且,由于在象素模板与象素电极之间存在一个高电压(以确保硒涂层电子定向运动),探测器长期处于此高电压产生的电场当中,会缩短探测器的使用寿命。由于非晶硒探测器对温度比较敏感,最佳的工作温度只有几个摄氏度的允许波动范围,其图像曲线容易随温度的改变而改变,偏离允许范围越大,图像的质量就越差,所以,每周都需要做探测器的校正,每次校正需要一个小时左右。
非晶硒型探测器主要的生产厂家是美国的HOLOGIC。

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3、 CCD型:目前业内主要有多CCD(图三)和单CCD(图四)之分

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多CCD型探测器是采用多个光学镜头分别成像,然后通过软件把图像重叠的部分进行整合,得到一幅图像(如图五所示)。

CCD型DR的BUCKY需要有足够的空间进行光线的折射和反射,所以,BUCKY看起来比较笨重,没有平板探测器美观。由于CCD型探测器采用光学成像原理,在形成图像的过程中,信息转换次数较多,信息的部分丢失就在所难免。由于CCD型探测器的散热性能不高,它同样需要依靠冷却系统导出热量,目前主要依靠外加的液氮循环系统或自身配备的水循环进行冷却。

某些CCD型探测器的象素较小,这只是因为在面积一定的条件下为了增加空间分辨率,只能减小像素尺寸,增加象素的矩阵。而单位像素的面积越小,会使像素有效因子减少,像素的感光性能越低,信噪比降低,动态范围变窄。因此这种减小像素尺寸的方法不可能无限制地增大分辨率。反而会引起图像质量的恶化,最终增加了的空间分辨率又被因此带来的噪声淹没,要弥补此问题就要增加X线曝光的剂量。

4、 线性扫描:

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线性扫描不同于前三类,它的探测器比较窄,而且在拍片的过程中,探测器同束光器的遮光片保持相同的角速度进行同步运动,X线束对投照部位进行类似于一个扫描的曝光过程,需要的曝光剂量比较大。这样的一个曝光扫描过程通常需要几秒钟完成,这样的拍片速度比较慢,从而影响整个DR摄片的工作流程,不利于大流量检查的要求。

线性扫描目前主要的厂家是北京航天中兴。

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而根据临床拍片要求的不同,DR平板探测器的配备有单探测器和双探测器之分,单、双平板探测器的区分仅限于部分厂家的平板探测器DR类型,如Philips、GE、Siemens等。

目前,医疗行业中,以Philips、GE、Siemens三家的DR产品的市场占有率比较高,三家总的市场占有率达到了85%以上,而这三个厂家都有自己代表性的特色功能。

1、GE:双能量减影功能。顾名思义,双能量就是有两次能量产生的过程。那么,这个双能量减影功能到底是怎样工作的呢?GE的双能量减影,主要是利用高压发生器提供的高电压(110-130KV)和低电压(60-80KV),在200ms的间隔时间内完成连续两次曝光,从而利用高低电压产生的射线穿透力的差异,得到胸部不同的组织图像(骨窗图像和软组织窗图像),再利用软件把骨窗和软组织窗整合之后,得到一副标准的胸片。

双能量减影有它特殊的观察效果,由于它能做到“骨肉分离”(GE公司说法),可以分别观察软组织和骨组织,所以,能比较容易的观察心影、膈下肋骨骨折的情形。但在实现双能量减影的基础是以下面几个方面为代价的:由于它采用的是两次曝光,照射剂量比较大,患者受的辐射剂量比较高,而且造成球管的损耗,缩短球管的使用寿命,增加医院的维护成本;另外两次曝光的间隔时间为200ms,200ms几乎相当于正常人心跳的1/3个心动周期,那么,两次曝光的图像中的心影在计算机上的信息码不一致,在标准的胸片上显示出来的信息不能准确的体现心影及周围组织的情况。

2、Siemens: “会飞的DR”――FX,“会跑的DR”――Multix M,成为了西门子DR的代名词。FX的智能程度比较高,对于医生的工作量来说,减轻了不少;Multix M由于配备了日本佳能产的CXDI 50G便携式非晶硅(a-Si+GOS)探测器,实用性较高。

而在特色功能上,西门子DR主要是拼接软件,可以满足全脊柱、全下肢拍片后拼接的要求。在曝光的时候,首先将照射野对准投照部位的上半部分(探测器位于投照部位之后)曝光。上半部分曝光之后,移动球管和探测器到下一部分再曝光。在整个部位曝光完成之后,通过软件将前几次曝光的图像进行拼接,从而显示出全脊柱、全下肢的图像。当然,这样图像是按比例缩小的图像,在最后打印出来的胶片上都有刻度比例尺,所以对图像诊断时,还需要依靠比例尺进行换算。在球管和探测器进行第二次(第三次)曝光时,由于球管和探测器的位置都发生了改变,在图像拼接的部位在两次曝光的投照角度不一致,会造成图像显示不一致,从而影响到拼接的吻合度。

3、Philips:近年,飞利浦DR的市场占有率成上升趋势明显,有资料显示,飞利浦DR的市场占有率已经远远超过GE加上Siemens的总和,居第一位。飞利浦DR在提高市场占有率的同时,其自身的功能也在不断的改进、提高,以满足更多医院科室的检查要求,尤其是飞利浦近年新推出的单板全功能位的DR――DigitalDiagnost VM。DigitalDiagnost VM采用了悬吊的机型,充分利用空间和平板探测器的灵活移动,实现立位、卧位的自由拍摄,满足全身部位的投照要求,是一款真正的投照无死角、满足所有临床投照位置的实用性DR。

飞利浦的DR同样有单、双探测器之分,无论是哪款DR,都具有飞利浦的特色功能。

1)、UNIQUE软件:UNIQUE软件是一款飞利浦所独有的、非常有特色的图像处理软件。这款软件的特点在于,它可以对图像进行多频分解和非线性调整,在保证图像原始信息不改变的基础上,提高图像的细节分辨率和对比度,给医生提供更多的诊断信息。任何部位的图像都可以进行UNIQUE软件的处理,在同一副图像上能清晰的显示出骨组织和软组织的细节。同时,UNIQUE软件还能很好的去除石膏、钢钉产生的伪影,清晰的观察钢钉周围骨组织的生长、愈合的情况。

2)、拼接软件:飞利浦采用了“单一焦点”曝光技术。“单一焦点”技术可以确保飞利浦DR球管在多次曝光的时候,球管的位置始终是固定的,这样所带来的好处就是拼接处部位的图像在相邻两次曝光的时候,保证了相同的X线照射角度,得到的图像信息保持一致。

现在,DR已经越来越多的被医院所接受,除了拍片检查之外,还被用于一些消化道造影、泌尿系统造影的检查。由于DR的图像清晰,细节显示好,非常利于医生的诊断,目前DR探测器由于做工工艺的限制,最大的有效面积只能最大做到17 x 17 in大小,尚不能满足全脊柱和全下肢的摄片。现在已经有厂家开始进行DR探测器有效范围改进的研发工作,以实现DR探测器更大面积的拍摄。

由于现在DR的图像是平面图像,尚不能对病变区准确定位, DR未来的一个发展方向就是实现DR的多功能化――除了DR本身检查范围外的扩展,同时集成了更多的检查功能,如现在已经实现的UNIQUE图像处理软件、拼接软件、双能量减影,在未来的DR可能会实现DR图像的立体化,即通过DR功能的扩展和延伸,对DR采集的信息进行三维重建,以提高对病变区的准确定位。

目前DR得到的图像都是静态的图像,缺乏动态图像的信息。其实,现在DR所采用的平板可以满足动态图像的采集,但是由于平板自身的象素矩阵比较大,在400万到900万象素之间,如果按静态图像的信息量来算的话,一幅胸片的图像体积大小在18-20兆之间,如果透视5秒钟,采集频率为每秒8贞的话,那总共的信息量在720-800兆之间。仅仅是短短的5秒钟就有这样大的数据量,对于主机系统来说,要处理起来速度是非常的缓慢,所以, DR未来发展的另一个方向就是提升主机对信息的处理速度,这将从根本上打破限制DR实现动态图像采集、三维重建的瓶颈。

我们相信,在今后DR的发展会越来越人性化、智能化,为医院的检查提供更多、更准确的信息。

关键词:dr现状发展

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