数字化X线成像的原理及技术分析 a

数字化X线成像的原理及技术分析
范晓东
【摘要】 随着医疗技术的发展，数字化技术正给医学影响领域带来革命性的变化，很多医院的放射科正在实现由传统胶片向数字化影像系统的转变，数字化x线成像技术是指把X线透射图像数字化进行图像处理，再变换成模拟图像显示的一种x线设备，使人们使用比先前低的X线辐射剂量获得满足诊断的图像成为可能。本文对数字化x线成像原理进行了叙述，通过对技术、主要性能及应用特点分析，可对使用者选购提供一定的参考作用。
【关键词】数字化X线成像；原理；技术分析

2l世纪是数字化时代，数字化x线成像技术也随之飞速地发展。自上世纪7O年代电脑放射成像(CR)技术发明以来，经过30多年的发展，数字x线成像技术已经日趋成熟。最近几年来随着半导体技术和电脑技术的飞速发展，数字x线成像技术(DR)技术开始已广泛应用于临床。目前数字化影像设备如CT、MR、DSA、SPECT、数字胃肠以及数字乳腺等大量数字化影像设备，已形成数字化影像的发展趋势。x线摄片作为最基本、普及、方便、廉价的影像诊断技术，由于空间分辨率要求最高，对影像探测器的技术要求高，数字化不易，但随着技术障碍的克服和科研进展，现在也逐渐开始和推广数字化? 。
1 数字化成像技术
自1895年伦琴发现X射线以来，X线已成功应用于医学诊断和医学治疗中。传统的x线透视是将穿透人体后的x线转变为有明暗图形变化的荧光图像，成像过程是基于光化学理论。目前，常规x线诊断的数字化成像技术有：基于胶片扫描技术的x线胶片数字化扫描仪系统、基于II—TV系统的间接数字化系统、基于电脑X线摄像技术的CR系统、基于线扫描数字化技术的DR系统、基于非晶硅平板探测器的DR系统和基于非晶硒平板探测器的DDR系统、基于荧光平板+CCD的DR系统等。本文对DR技术及其性能进行
探讨。
2 DR的原理
DR的原理是将通过人体的x线影像信息转换成数字信号，该数字化的信号经转换器转换，在荧屏上可显示出人眼可见的灰阶图像，可供直接观察分析。在比较恰当的观察角度可将满意的图像经打印记录在胶片上，也可以将图像信息由磁盘或者光盘储存并进行传输 。DR从x线曝光到图像的显示由设备自动完成，患者经过X线曝光后，无需其他人力投入和处理，直接和快速地在显示器上观察到图像。
3 DR的分类
DR分直接数字x线摄影(Direct DR，DDR)、间接数字x线摄影(Indirect DR，IDR)和线扫描技术。
3．1 DDR DDR指采用一维或二维X线探测器直接将x线转换为电信号再形成数字信号的方法，一维探测器有多丝正比室、气体电离室等，采用扇形平面x线来进行扫描投影，再经放大合成为二维影像，二维探测器有将x线直接转换为数字信号的非晶态硒平板探测器(Flat paneldetector，FPD)，也有先经闪烁发光晶体转换为可见光，再转换为数字化电信号的非晶态硅平板探测器，平板探测器暗盒内含A／D转换。从外部看，X线经探测器暗盒直接输出数字信号，另外，用X线电荷耦合器件也能直接把X线转换为数字信号。DDR主要有三种探测器：气体电离室探测器、非晶态硒型平板探测器、非晶态硅型平板探测器。
3．2 IDR IDR指x线影像经x线胶片或影像增强器，电视(I．I—TV)成像链先获得X线信息的模拟影像，再转换为数字信号的方法。
3．3 线扫描技术 目前，国内市场上的线扫描数字化摄像设备只有北京航天部二院中兴医疗公司的LDRD(Lose Dose Di．rectly Digital Radiographic Device)系列产品。LDRD系列x线机利用直接数字化探测器进行线扫描曝光成像，其探测器由早先的MWPC向多电离室(Multi ION Chamber，MIC)、光电探测器(Photo Diode Array Detector，PDA)发展，现在则利用线阵列CCD+荧光晶体技术，CCD与荧光晶体之间直接耦合_3]，理论上不存在光损失，因此探测器的可靠性和分辨率在不断提高，成本在不断的降低。
4 DR的优点 l5
4．1 对比度分辨率高对低对比度的物体具有正常的检测能力，动态范围可达10000～100000，量化深度可达14～16bit，而荧光屏胶片成像的动态范围约100，量化深度约为6 bit。
4．2 数字化程度高平板DR系统、荧光平板．CCD DR系统数字化程度高，中间环节少，成像速度快；x线胶片数字化扫描仪系统数字化程度最低，需要洗片、扫片，作业流程繁琐，不是真正意义上的数字化。
4．3 辐射剂量小有的机器拍摄胸片时只需3～5 mR，比常规方式降低30％ ～70％ 。这是因为数字成像系统对x线能量的利用率高，其量子检出效率可达60％以上。被检查者接受的x线量较少，相对安全可靠，尤其适用于受伤的孕妇和对x线较为敏感的伤者。
4．4 成像质量高能用电脑进行图像后处理，通过调节对比，可以使不同密度的组织结构依其对x线的吸收率的差别得到最佳显示，同时也可对数字信号进行增强处理，提高影像的对比，有利于显示不同的组织结构，能更精细的观察感兴趣区的细节，且其曝光宽容量大，图像质量稳定可靠，图像清晰度高，信息层次丰富，同时具备骨窗及软组织窗功能，尤其在对骨结构、关节软骨及软组织的显示方面要优于普通的x线片。一些具有广泛应用前景的新技术都是以数字成像技术为前提的。
4．5 可多轴位、多角度观察，信息量大通常所摄的普通x光片只有正位及侧位两个轴位，其图像形成之后是不能改变的，极大地限制了对某一损伤的观察角度，影响到对某一损伤的准确把握，甚至造成漏诊和误诊。DR则弥补了这一缺点。在DR中，影像的数字化信号经图像处理系统处理，可以多轴位、多角度地观察图像，将在荧屏上观察轴位和角度满意的图像记录在胶片上，这是DR不同于普通x光片的一个重要特点。在DR中，可以将不同角度的多帧图像记录在同一张胶片上，一张和普通X光片大小的胶片上可记载多达12帧图像，这样通过DR胶片所获得的信息量及对损伤的准确判断就明显优于传统x光片。
4．6 可利用大容量的光盘存储数字影像可数字化存贮，实现无胶片化管理，消除用胶片记录X线影像带来的种种不便，并能进入PACS，实施联网，更高效、低耗、省时间、省空间的实现影像的储存、传输和诊断。
4．7 互渗性好可与其它诊断技术手段所获得的图像同时显示，互相参比，乃至合并处理。
虽然数字x线成像的空问分辨率不如胶片，约为2～4LP／mm，胶片的空间分辨率在理论上能达到5～7 LP／mm，但散射光使胶片的感光范围发散，导致锐度下降，数字x线成像实用的探测器采取特殊技术减少了漫射，大幅度的克服了失锐其对比分辨率高。所以在实际应用中可满足绝大多数的诊断需要。
5 最新进展和展望
非晶硅和非晶硒平板探测器本身的进展主要在于晶体排列结构上的改进，目前研究集中于针状或柱状结构的非晶硅和非晶硒平板探测器，可以减少光散射，提高图像的锐利度和清晰度。很多新技术的引入(如材料、结构、图像处理等)，使CCD平面数字成像技术有了长足地进步，减少了光散射，提高了图像的锐利度和清晰度，提高了灵敏度和可靠性，使获得的图像信噪比增加、分辨率提高。

DR相对CR来说在技术上具有明显的优势 辐射剂量小，图像清晰，但目前还是一个比较新的技术，价格相对于CR来说较贵。由于DR机器本身的技术含量高、曝光条件自动
测算、技术人员对DR的技术关注度不够、对成像参数的设置缺乏兴趣，对图像处理过程缺乏理解，需要在临床应用层面加以指导和加强技术培训。DR技术将会在以下的临床应用中得到扩展：及栓剂辅助诊断、远程放射学、三维体层摄影和合成、双能量减影、低剂量透视摆位、时间减影、图像无缝衔接等等。尤其是三维体层摄影和合成，廉价、快速而低辐射量，该技术可以多平面重建图像，或是三维容积重建图像，已经逐渐体现出用于胸、骨和乳腺检查的优越性 。

6 小结
随着医院标准化，正规化建设的不断推进，数字化x线成像设备的发展对远程放射学系统的发展具有决定性的影响，这些设备在21世纪将成为大中型医院放射科的主导设备，因此具有广泛的发展前景。

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