X射線機(jī)----數(shù)字x射線成像裝置

        隨著電子學(xué)、光學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，數(shù)字化醫(yī)學(xué)影像裝置迅猛發(fā)展。傳統(tǒng)X射 線攝影已逐漸顯現(xiàn)出弊端。傳統(tǒng)X射線攝影所需X射線膠片，需經(jīng)暗室沖洗，程序復(fù)雜，不利于質(zhì)量控制；膠片管理難度大且較煩瑣，占用空間大，所需經(jīng)費(fèi)較多，查詢資料速度慢，圖 像傳遞耗時(shí)、效率低；圖像灰階度分辨力低，不能用計(jì)算機(jī)處理，不便于儲(chǔ)存和傳輸、遠(yuǎn)程會(huì)診及資源共享；X射線攝影曝光量相對(duì)較大，圖像質(zhì)量不能更改，當(dāng)質(zhì)量達(dá)不剄診斷要求時(shí)需重拍，致成本增加；膠片的丟失、片損和變質(zhì)所引起的醫(yī)學(xué)信息丟失是無法解決的問題。 數(shù)字X射線成像裝置克服了常規(guī)X射線成像的不足，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行后處理為實(shí)現(xiàn)影像進(jìn)人信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供了可能。由此．計(jì)算機(jī)X射線攝影，醫(yī)學(xué)影像計(jì)算機(jī)化和PACS正是基于這種醫(yī)學(xué)影像的發(fā)展方向應(yīng)運(yùn)而生。 數(shù)字X射線成像裝置是指把X射線網(wǎng)像進(jìn)行數(shù)字化圖像處理，進(jìn)行閉像顯示的X射線裝 置。根據(jù)成像原理不同，這類裝置可分為計(jì)算機(jī)X射線攝影(computed radiography，CR)、數(shù)字 熒光X射線攝影(digital fluorography．DF)和數(shù)字化攝影(digital radiography，DR)裝置三種。

        1．計(jì)算機(jī)X射線攝影 早由日本富士公司于20世紀(jì)70年代研制．80年代推出，90年代上市的計(jì)算機(jī)X射線攝影系統(tǒng)，捌l CR成像系統(tǒng)，是將通過被檢者的X射線信息潛像記錄在成像板(imaging plate，IP)中，通過激光對(duì)IP進(jìn)行掃描，輸出光信號(hào)，以光電倍增管 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息輸入計(jì)算機(jī)處理，形成數(shù)字化的X射線網(wǎng)像，如圖5-12所示。CR成像是將X光影像通過IP再轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖像，所以也是間接數(shù)字化X射線成像。IP可以重復(fù)使用，但沒有影像顯示功能。

        (l) IP原理：IP結(jié)構(gòu)如圖5-13所示。射人IP的X射線量子被IP熒光層內(nèi)的PSI.熒 光體吸收，釋放出電子。其中部分電子散布在熒光體內(nèi)呈半穩(wěn)定態(tài)，形成潛影，完成X射線信息的采集和存儲(chǔ)。當(dāng)用激光來掃描（二次激發(fā)）已有潛影的IP時(shí)，半穩(wěn)態(tài)的電子轉(zhuǎn)換成光量子，即發(fā)生光激勵(lì)發(fā)光現(xiàn)象（簡(jiǎn)稱光致發(fā)光現(xiàn)象）。產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度與次激發(fā)時(shí)X射 線的能量精確地成正比，完成光學(xué)影像的讀出。IP的輸出信號(hào)還需由讀取裝置繼續(xù)完成光電轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像處理后，形成數(shù)字影像。 
        IP在再次使用時(shí)，需要重作一次光照射，以消除可能存在的任何潛影。由于IP上的熒 光物質(zhì)對(duì)X射線的敏感度高于普通X射線膠片，要求很好地屏蔽。 
        (2)讀取裝置：CR系統(tǒng)的讀取裝置可分為暗盒型和無暗盒型。暗盒型讀取裝置是將IP置人與常規(guī)X射線攝影暗盒類似的盒內(nèi)，它可以代替常規(guī)攝影暗盒在任何X射線機(jī)上使用。而無暗盒型讀取裝置配備在專用機(jī)器上，常規(guī)X射線攝影設(shè)備不能配備此裝置。配備此裝置的機(jī)器集投照、讀取于一體，有立式和臥式兩種形式。IP在X射線曝光后直接被傳送到激光掃描和潛影消除部分處理，供重復(fù)使用。

        (3)計(jì)算機(jī)圖像處理：常規(guī)X射線照片的影像特性是由照相條件、增感屏及膠片決定 的，不能加以改變。CR系統(tǒng)則不同，由于使用高精度掃描及讀出的數(shù)字信號(hào)可通過計(jì)算機(jī) 進(jìn)行圖像后處理，所以能夠在大范圍內(nèi)改變影像特性，終得到穩(wěn)定、高質(zhì)量的影像。

        (4)激光照相機(jī)：因診斷、閱片的需要，常用激光照相機(jī)把數(shù)字X射線影像記錄在專用 膠片上，該專用膠片對(duì)特定波瞄的激光具有較高的敏感度。激光照相機(jī)的主要特點(diǎn)：①數(shù)字 化：灰階密度調(diào)整范圍8-12bit，可提供256-4096級(jí)灰度，分辨率高、曝光寬度大。②影像放大（或縮?。┘夹g(shù)：采用內(nèi)插法，影像放大后像素?cái)?shù)目保持不變。因此放大后的影像保留了原影像的所有細(xì)節(jié)。③自動(dòng)窗口技術(shù)：窗口的技術(shù)參數(shù)由計(jì)算機(jī)算出后存儲(chǔ)在激光照相機(jī)內(nèi)。④多幅照相：根據(jù)成像設(shè)備顯示的影像，選擇和排列多幅影像數(shù)據(jù)存人大容量存儲(chǔ)器，然后一次打印成像，形成多幅影像。⑤激光照相機(jī)始終保持標(biāo)準(zhǔn)的影像密度：內(nèi)置密度計(jì)，可在打印前重檢每幅影像，并自動(dòng)調(diào)整反差、密度等。機(jī)內(nèi)提供10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)灰階密度值，用于測(cè)試影像密度；存儲(chǔ)多組膠片特性曲線，以備更換膠片或例整顯影條件時(shí)選用。 綜上所述，CR具有常規(guī)X射線攝影方式不具備的各種處理功能，保證獲得良好的影像質(zhì)量；可與原有的X射線成像設(shè)備匹配工作；曝光劑量顯著降低，可為常規(guī)X射線攝影劑量的1/10-1/5;具有影像數(shù)字化帶來的各種優(yōu)點(diǎn)。 2數(shù)字熒光X射線攝影 DF沿用影像增疆管一電視系統(tǒng)(I. I-TVs)，即X射線曝光后 經(jīng)I I-TVs形成亮度增強(qiáng)的熒光影像，CCD或真空攝像管將熒光影像轉(zhuǎn)換成視頻電信號(hào)，

        再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后形成數(shù)字圖像信號(hào)，南計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息儲(chǔ)存、后處理等過程（阿5—14）。此種方式也稱為間接數(shù)字化攝影(indirect digital radiography，IDR)，DSA也屬于此類裝置，成像原理基本相同，只是圖像要作減影處理。 
        3.數(shù)字化攝影數(shù)字化攝影系統(tǒng)是通過平板檢測(cè)器( flat panel detector，F(xiàn)PD)技術(shù)將X射線影像直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字影像，所以這種方法屬于直接數(shù)字化X射線成像( direct digitalradiography，DDR)。DDR早由美國Sterling公司開發(fā)并投入市場(chǎng)。其檢測(cè)器呈板形，稱 為平板探測(cè)器，周定于立式胸片架或平床的濾線器中，外形與普通X射線設(shè)備無任何區(qū)別。 在曝光后幾秒即可顯示斟像，無需暗盒。和傳統(tǒng)X射線成像相比，具有成像快、圖像質(zhì)量 高、易于保存和檢索、運(yùn)行成本低等諸多優(yōu)勢(shì)。DR系統(tǒng)框圖如網(wǎng)5-15所示。

        平板檢測(cè)器( FPD)可分為直接和間接 兩類。 立接FPD的結(jié)構(gòu)主要是甫非晶硒層加薄膜半導(dǎo)體陣列(thin film transistor array， TFT)構(gòu)成的平板檢測(cè)器（圖5-16）。由于非錮嚯等 品硒是一種光電導(dǎo)材料，因此經(jīng)X射線曝光 后由于電導(dǎo)率的改變就形成圖像電信號(hào)，通過TFT檢測(cè)陣列，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、處理獲得數(shù)字化圖像在顯示器上顯示。 間接FPD的結(jié)構(gòu)主要是巾閃爍體或熒光體層加具有光電二極管作用的非品硅層再加TFT陣列構(gòu)成的平板檢測(cè)器（圖5-17）。此類平板的閃爍體或熒光體層經(jīng)X射線曝光后，I可 以將X射線光子轉(zhuǎn)換為可見光，而后由具有光電二極管作用的非晶硅層變?yōu)閳D像電信號(hào)， 經(jīng)過TFT陣列其后的過程則與直接FPD相似，后獲得數(shù)字圖像。 

        以上兩種類型的探測(cè)器各有優(yōu)缺點(diǎn)。非品硅型平板探測(cè)器中，閃爍體層由于晶體結(jié)構(gòu)的 關(guān)系，在傳遞信號(hào)的同時(shí)不可避免地有光散射的發(fā)生，吸收率有所下降．f旦對(duì)終圖像質(zhì)螬影響不大。其較高的量子檢測(cè)效能，可在較低劑韞x射線曝光情況下獲得高質(zhì)量的圖像。由于 成像快，可用于透視及時(shí)間減影等領(lǐng)域，大大增加了x射線檢查的使用范麗。而以硒作為光電 導(dǎo)體可以直接將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，避免散射的發(fā)生。但其對(duì)x射線吸收率較低，在低劑量條件下圖像質(zhì)量不能很好地保證。且硒層對(duì)溫度較敏感，使用條件受到限制。 平板探測(cè)器和x射線球管組成了直接數(shù)字成像的主要部分。另一部分則是操作、質(zhì)量 控制和后處理部分。大部分的工作都是由計(jì)算機(jī)承擔(dān)。 隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，DDR技術(shù)不斷成熟，更多的廠商把DDR集成到自己的影像產(chǎn)品巾，不久的將來越來越多的屏膠系統(tǒng)將為DDR所取代。

        4．?dāng)?shù)字減影技術(shù)數(shù)字減影血管造影技術(shù)(digital subtraction angiography，DSA)是 常規(guī)血管造影術(shù)和電子計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。由于普通的m管圖慷重疊于很 多的解剖結(jié)構(gòu)（如骨骼、肌肉、脂肪、血管及氣腔等）的影像中，要想單獨(dú)觀察血管較為困難。 為此，早在20時(shí)紀(jì)60年代就出現(xiàn)了x射線照片減影術(shù)，主要用于腦im管造影。它是將同 部位、同體位的帆管造影片與平片進(jìn)行光學(xué)減影，從而獲得僅有血管顯示的圖像，而其他非血管結(jié)構(gòu)的背景均被消除，這種方法操作煩瑣而且對(duì)比較差。20世紀(jì)70年代以后，隨著電 子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，DSA很快被作為一種新的檢查方法引入了放射診斷。20世紀(jì)80年代初，成批的DSA系統(tǒng)被生產(chǎn)出來并投入應(yīng)用。南于它：①只需很少量的造影劑就可必立即獲得圖像；②町應(yīng)用細(xì)小直徑的導(dǎo)管進(jìn)入分支m管進(jìn)行造影•解決診斷及治療所遇到的問題；③DSA安全、痛苦小、時(shí)間短．可“在門診檢查中解決相當(dāng)一部分臨床珍斷的問題；④可以 使檢查結(jié)果定量化等優(yōu)點(diǎn)，所以DSA作為一種改進(jìn)的血管造影方法，在過去一直習(xí)慣于靠 形態(tài)學(xué)的變化來進(jìn)行判斷的放射學(xué)專家們面前展開了一個(gè)新的前景。 數(shù)字減影的原理是利用介入插管技術(shù)，對(duì)人體檢查部位，在高壓注射器的配合下，分別 獲取注人造影劑前后的X射線電視圖像，然后將這兩幅圖像相減，其余組織結(jié)構(gòu)的影像被全部消除，獲得減影后的圖像，就是血管系統(tǒng)的藏影像。圖5-18為數(shù)字減影處理過程。系統(tǒng)的基本功能是將造影劑注射前和后的兩幀用像進(jìn)行相減。造影前的圖像即不舍造影劑的I銅像稱之為基像（叉稱掩模像），廣義地說，基像不一定是造影前的陶像，基像是要從其他圖 像中減去的基準(zhǔn)圖像，所以造影過程中任一幅圖像都可以成為基像。注入造影劑后得到的 圖像稱之為造影原艨，造影原像減去基像，一幅減影的圖像就獲得了。 

        數(shù)字減影技術(shù)的實(shí)施必須借助數(shù)字化X射線機(jī)系統(tǒng)。X射線投照人體后，在影像增強(qiáng)器上形成可見光圖像，攝像機(jī)攝取可見光圈像，在攝像機(jī)中，圖像轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn) 換后，變成數(shù)字信號(hào)，然后放置在圖像處理器的幀存儲(chǔ)器中，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的特定運(yùn)算處理后，形成 數(shù)字減影圖像。一幅好的減影圖像的獲得．常常需要經(jīng)過一系列的處理，常見的處理有：①對(duì)數(shù)變換處理；②時(shí)間濾波處理；③對(duì)比度增強(qiáng)處理。DSA減影方法有多種，其依據(jù)減影過程中所涉 垃的物理學(xué)變量（時(shí)間、能量、深度等）的不同分為時(shí)間減影、能量減影、體層減影、混合減影等。

        同5-19為實(shí)際的DSA系統(tǒng)框圖，實(shí)際的DSA系統(tǒng)應(yīng)包括以下幾個(gè)部分：①射線質(zhì)量 穩(wěn)定的X射線機(jī)部分；②X射線咸像到視頻信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的圖像檢測(cè)器部分；③計(jì)算機(jī) 數(shù)字圖像處理部分；④計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)各部分及外設(shè)的控制接口部分；⑤圖像顯示、存儲(chǔ)顯示、 存儲(chǔ)、拷貝等外設(shè)部分。 數(shù)字減影技術(shù)的根本目的實(shí)際上是為了能夠更清晰地分辨人體內(nèi)的血管組織，并不只 是追求消除人體背景組織，把背景減去只不過是人們?cè)谧非笱芮逦冗^程中的一種手段 或方法。因此，數(shù)字減影處理的注意力應(yīng)該集中在如何更清晰地表現(xiàn)血管、反映血管，以利于醫(yī)生對(duì)病變的診斷。在DSA設(shè)備中，特別重視和強(qiáng)調(diào)高信噪比的信號(hào)源，只有保證原始幽像具有很高的信噪比，才能使得后顯示的減影圖像具有較高的清晰度和良好的信噪比，電才能使得數(shù)字帆管減影圖像具有較高的臨床診斷價(jià)值。