外文翻译-DR 和CR 技术上的最新进展（含PDF英文原文）.doc

以上英文原文为PDF格式，下载后双击即可打开另存毕业设计文献翻译与原文 题 目： DR 和CR: 技术上的最新进展 学 院： 测试与光电工程学院专业名称： 测控技术与仪器班级学号： 学生姓名： 指导教师： 二OO五 年 四 月 DR 和CR: 技术上的最新进展摘要经过一些最初的犹豫后，如今在绝大多数机构中实现了从传统的模拟到数字广播的图形技术过渡。数字最终战胜常规技术与它毫无疑问的优势有关，即更注重于图像存档和通信系统中的图像质量和改进后的图像处理技术。CR代表旧的系统，是拥有几十年历史的成熟技术，它经历了一些重要的相对于剂量效率和工作流程的效率的最新改进，稳固了它的地位。它代表了一种非常通用的，在经济上有吸引力的系统，该系统同样适合于集成的系统，以及用于基于晶圆盒的成像技术。DR系统提供更高级的图像质量和于基其高效率的对于减少剂量更现实的选择。虽然很长一段时间在市场上只集成系统是适用的，但是移动DR系统最近也得以实现。而在接下来的几年，DR和CR系统很有可能将共存，CR系统从长期的角度来看，将取决于进一步的相对于剂量效率和信号噪声特性的创新，同时DR系统的经济方面和移动系统的更广泛的可用性将发挥作用。1. 介绍 自推出以来，近30年来，在大多数机构中数字X射线成像已经成为标准技术。虽然其他技术，如因为它们的引入计算机断层扫描或核磁共振成像成为数字技术，而投影射线照相使从模拟到数字技术的转变变得十分晚。数字最终战胜常规技术与它毫无疑问的优势有关，即更注重于图像存档和通信系统中的图像质量和改进后的图像处理技术。以下介绍的目的是使读者熟悉目前的各种技术，总结在检测技术的最新进展，并讨论在临床实践的方面。在剂量与图像质量之间的关系上，辐射剂量的控制在数字X射线成像与先进的图像处理这个问题将会在文章单独上进行讨论。2. 检测系统 对于图像质量，设备的处理和成本，检测器系统的物理性质转化为各种优点和缺点。检测器系统的不同方面在于图象接收材料，读出处理和数据处理。进展的发生不仅与引入新的检测器系统有关，而且与现有技术中的剂量效率和空间分辨率方面进一步改进有关。它不再仅仅是以计算机X线摄影，CR，或者直接摄片，DR在全球范围传播，而是当比较系统的性能时，考虑特定技术的产生。2.1计算机X线摄影CR（存储荧光X线摄影）计算机X线摄影，CR，是将加以介绍的第一个数字广播图形技术。 CR系统基于成像板，它类似于从射线照相的常规屏幕的放大屏幕。相对于从常规射线照相的屏幕上，此存储荧光成像板保留了稍后通过读出激光检索由刺激产生的潜像的信息入射光子。图像板在一侧涂有一层光激励磷光体材料，它由一薄层嵌入在粘合剂中的结晶荧光体。最常见的荧光体材料是BaFX：铕2+其中X代表溴或碘原子。曝光的图像板的X射线光子的激发的荧光体层内的电子并捕获他们在亚稳定态。这种高能电子的潜像可以通过一个薄薄地聚焦激光束释放他们从亚稳状态俘获的电子而被读出。当返回到其基态时，电子发射的光可被捕获并数字化。 光的量与照射到板的X射线束的强度成比例。激光发射经由光导收集，由一个光电倍增管转换为电子电流，对数放大，过滤并最后用12或16位数字化CR系统的比特模拟到数字。第一版本的CR系统在相似的临床表现上相比屏幕拍片需要更多的剂量。 但是，当降低图像质量是可以接受的时候，这些系统已经允许灵活使用的辐射剂量与剂量大幅减少的情况。探测器材料和读出技术在过去几十年来进行了不断完善，这大大提高了效率，剂量和几何分辨率。与最近的创新，如双读出技术或针状结晶探测器，剂量效率大幅度改善变得可用。剂量效率已接近了直接放射成像系统，并且比其好400个速度级。2.1.1针状结晶CR/ CR渠道针状结晶探测器使用一种更有效的X射线吸收材料（溴化铯：铕2+）和代替小无定形晶体，该材料的结构是针状的列。其结果是降低了发射的荧光的侧向散射：光被有效地捕捉并进入各针状晶体。光道允许增加检测器的厚度，这反过来又增加了X射线吸收剂量和效率没有松动几何分辨率4。在存储荧光板的设计中，所述荧光体的厚度决定灵敏度和锐度之间的平衡。研究发现，剂量效率和几何分辨率之间的最佳折衷厚度是为250？米为一个通用的粉末荧光体板中的荧光体层构成。为针状结晶磷光体板，最佳厚度可以增加到600-800？米，其导致显着改善的折扣剂量效率。荧光体的几何填料可以提高到约针状结晶系统90。与此相比，约70的填充密度为一个标准粉末荧光板，其中，所述无定形荧光体晶体悬浮在粘合剂1。以剂量效率是在数量级为现代直接放射成像系统4,5的相同的顺序增加的厚度的荧光体层的和的荧光体的结果更致密的包装（图1和2）。2.1.2双面读出在标准的CR，该潜象由一个激光器，扫描成像板的表面上读出。收集的激光刺激磷光仅从一侧，但是，结果有约30的潜在信号的损失：扫描激光束穿透磷光层将失去能力,这将导致更少的激活电子困在深水域的磷光层。此外,磷光光需要避免磷光层和表面被衰减。新类磷水晶透明激光和磷光光可以解决这个问题。另外，如果在载体材料也是透光的，荧光板可以从双方读取，这将进一步提高读出效率。这样的“双面读出”系统有两个光学子系统来引导和收集所发射的光，其中包括耦合到光电倍增管的两个分开光导。将所得的两电信号被数字化，并随后结合。其结果是一个改进的信号，信噪比为给定的吸收辐射检测器内的6 .双面读出不影响空间分辨率，因为光的散射量保持不变。文献报道，双读出增加图像板的分数X射线吸收效率50。物理和临床评价证实在图像质量6,7大幅增加。2.1.3行扫描CR阅读器标准单面读出和双面读出采用点扫描机构使用激光，按顺序地址上顺序地成像板的每个像素位置。为了增加读出速度和读出效率的行机制引入其中像素使整个行被同时读出：它使用一个扫描头，它由固态激光二极管线性阵列的磷光刺激即结合的固态光电二极管，用于捕获所发射的光的数组。光采集和检测系统由专门设计的光学器件和多个线性的，不对称的电荷耦合器件（CCD）组成。在一个专门的线扫描CR读取器中，读出时间可以减少到小于10秒，与吞吐量240板/小时相比，50-80板/小时与传统的单盒读取器或100-150plates / h的常规读者纸盒堆放设施。它必须指出的是，该扫描头的设计可以在各种配置和各种临床应用。针晶检测器也使用该行扫描的方式读出。2.1.4. CR系统配置早期的CR系统曾是一个盒为基础，需要具体的读出单元的。这些读出装置的规模不断下降并且越来越实惠。盒为基础的系统仍然在广泛使用，例如在密集单元。虽然这些系统是非常灵活，便宜的，但是磨损和荧光体板的撕裂成为一个问题。针状结晶探测器也可用于以盒为基础的系统。图1. 前胸部X光片在骨髓移植后的患者：图像与得到的粉末的CR（a）和具有针状晶体的CR，后者与剂量减少50：注意至少相当于减少剂量下显示的纵隔结构（b）。图2与膝关节病人用粉末CR（相当于采集剂量，加速400）和相同剂量下获得的针晶的CR（b）获得的患者的射线照片：注意优良信噪比的（b）。CR系统已经集成在专用的胸站或巴基单位并要求与盒提供自动验票。读出和针晶探测器都没有任何人工干预，也可用于这些系统。扫描技术可以被集成在可用于快速成像的X射线盒：荧光板可以在曝光后立即进行读出，并在整个磁带盒有一个类似的大小的移动直接摄片磁带。2.2 硒鼓在过去，市场上一个专门的胸部支架是由一个覆盖有硒层和电荷计的鼓读出的。它可以把空气间隙和一个可选的网格散射减少。 “Thoravision”为代表的直立胸片一个固定的单位，不能在一个ICU病房使用。自推出直接放射成像（DR）系统，硒鼓系统不经常使用，但一些机构仍然在使用，在剂量水平相当于一个400的速度传统的胶片屏幕系统通常会产生高品质的胸片。 图3模拟结节的四个区域和CR-单通道独处获得模拟微结节间质性标记读出（a）中，双CR读出的（b），DR（Si-TFT）（c）和DR（50的剂量减少，d）。需要注意的卓越品质（b）在（a）和（b）和（c）同等质量（Si TFT的更高的剂量效率）。2.3.直接放射成像DR（平板探测器系统）放射线照相平板检测器，用于直接射线照相的特征在于直接读取被沉积在一块玻璃该电子元件的外基质制成薄层的无定形硅薄膜晶体管。 该TFT层加有X射线吸收介质。根据已用的材料，有两种类型的DR检测器：（a）探测器使用的闪烁体（碘化铯=碘化铯或氧硫化）和光敏光电二极管叫做间接转换TFT探测器或光电直系统。类似的CR技术，所吸收的辐射被传递到在所述的碘化铯层的光信号。然而，根据该针型结构有沿硅元件的光仅有极小散射。 CSI-TFT系统被广泛应用于胸部和骨骼造影，并且还适合于实时显示。近来也是移动DR单位面世，适合在临床使用：他们使用的柔性衬底的玻璃，使检测器更强大。（b）在直接转换系统中，检测器元件由由非晶硒（或其他半导体材料）的冷凝器元素沉积在TFT阵列上的。吸收的X射线能量直接转换成电荷，避免一个闪烁体的中间步骤，以提供转化为可见光。这些系统由于以产生持久的潜像的倾向不适合于实时成像。它们大多应用在乳房X线照相装置，因为它们提供了高剂量的效率需要在乳腺摄影的高频率范围。 DR系统已经打上了标准CR优势。然而，相比于大多数现代的CR单元，对于图像质量和工作流的组织的差异变得更突出。（a）DR具有显着较高的剂量效率相比标准CR系统。然而，相比双读出CR和针状结晶的CR，在剂量要求方面差变得更小（图3和4）。（b）DR（CSI / TFT）系统是适合于高帧速率（可达到30 /秒）使其也适用于荧光透视的应用程序。（c）在一个系统中读出并处理通过整合采集，吞吐量和工作流程可以被优化。集成系统可适用于CR和DR。当CR被用作磁带盒为基础的系统，例如，在临床，这些优势（例如，即时提供预读，没有磁带处理）的改善。2.4 基于CCD和CMOS的探测器电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体器件（CMOS）最初的较低剂量效率无法与DR或CR 系统竞争。它们也使用闪烁荧光作为吸收介质;发射的光被引导到多个CCD或形成的X光片的CMOS摄像机。各种光学装置包括透镜或光纤锥度被用于荧光体层之间和大多数相对小的摄像机之间的耦合光。因为只有一小部分可以由照相机捕获，图像形成为相对于效率较低信号-噪声。这种限制在临床应用更为明显，比那只需要一个小的区域检测骨骼部位成像更需要一个大的区域（如胸部）。最近的发展通过使用较大的传感器和提高荧光体的效率，从而使得这些系统也明显提高耦合效率适用于高质量的胸部和大面积骨骼造影。 2.5吸入式扫描技术槽扫描技术通过照射体为滑动狭缝光束而不是照射全身一次提供了极好的分散抑制。增加了信噪比，通过减少散射，得到有效地补偿了2.5倍低固有量子检测CCD技术的效率（DQE）。CCD扫描技术不需要缩小时隙：一个碘化铯闪烁器耦合到CCD的线性阵列，涵盖了用于扫描胸部整体槽中。在八个数字胸口系统的比较研究中，CCD插槽扫描技术进行双重扫描。尽管碘化铯-DR系统减少了75的剂量，CCD扫描插槽降低为50，它们都是优于标准的CR系统。在CCD技术对纵隔的优点尤为突出。虽然这些系统提供出色的图像质量，在合理的剂量，他们没有找到一个广阔的国际应用，大多数更倾向于对特定硬制品要求的事实即他们是完全服从胸部影像学检查。图4 为接下来的研究从同一病人获得的胸部图像。在同一剂量下DR (CsI-TFT, a) 比 CR ( b)具有更好的图像质量。3.决定图像质量物理特性来描述一个检测系统重要的工具，最终决定图像质量的物理性能动态范围空间分辨率剂量效率 动态范围被定义为“入射剂量值的范围，可以由检测器被容纳并有助于记录图像信息”。在屏片摄影的动态范围是由该胶片的X射线照相响应定义。在数字射线照相（CR和DR），被检测器介质捕捉的最大信号的能力和它的读出机制确定的最小信号的能力由图象噪声和系统的灰度鉴别能力限定。数字射线照相（CR和DR）的动态范围大约比常规胶片高400倍宽，意味着数字系统可以在更大范围内的入口剂量中获得的图像信息。这只能需要通过从数字信号转换期间自动将灰度值的信号归一来实现所获取的数据这一个过程。同时更宽的动态范围和信号归一化，使得图像密度独立于采集剂量和屈服一个更高的相对密度和对比度恒定的图像质量。图像检测器的空间分辨率是“以解决两个（或更多）的高对比度图像的功能作为独立的实体所需的最小空间分离的大小。空间分辨率受多种因素影响，如检测器介质本身（例如，针引导的CR对粉末的结晶），该检测器厚度（标准与高分辨率的CR），激光束的尺寸，前，后过程和最后的像素大小。 CR板提供了一个采样间隔100至200微米的像素，在140和200 微米是表示需要胸和骨骼摄片大面积探测器DR系统。但是对于视觉更重要的是详细尺寸和细节对比度之间的关系，由调制传递函数（MTF）描述：越高的MTF与越小细节的成像系统将显示与视觉上可辨别的对比度。尤其是处理对MTF一个巨大的影响力;它以提高精和小细节结构的再现一侧被优化，并增加在另一侧边界不清的低反差病变的可视化。因此，它是不充分的，以着眼于单独的像素尺寸：多个研究可以表明，有2K和4K的CR系统（像素采样100和200微米），给予适当的处理对于胸部的异常之间没有诊断有关的差异。然而，对于乳房X光检查4K分辨率是目前的青睐。术语“检测量子效率”（DQE）被认为是来描述数字射线照相系统的物理性能最好的单一指标。成像系统的DQE指SNR 2之间的比率，在入口处的图像检测器（附后的图像检测器的X射线光子入射通量）和SNR 2记录的图像检测器（它是从输出计算的值数据）。理想的情况下该值将是100，但依赖于在图像探测器本身无关的噪声源的量的DQE将小于100。 DQE的值越大，越有效地检测记录的X射线图像信息。 DQE的大小受有效光束能量，检测器入口剂量水平，检测器系统本身和目标图像的频率的影响。相对于DQE，它可概括为a）标准的CR比HR-CR（高分辨率）的CR板（因子2）具有更高的DQEb）标准的CR（粉板）具有约0.25的DQE相当于一个中等/快速屏幕/胶片组合（0.2-0.3）解释了经验，即标准的CR减少剂量没有显著的图像质量的减少。c）双面读出的CR具有高出约40-50的DQE比单面读出的CR（约0.4）（参照图3）d）该新型针型结构的CR，与双面读出的CR产生在DQE的约50的改进相比，接近DR的效率e）CSI-光电二极管/ TFT DR系统中有一个约一倍DQE低于4次/毫米（例如，胸片可见）相比的A-SE / TFT DR系统频率六）硒/ TFT DR系统代表基于其优越的DQE高镜像频率对于乳腺X线摄影的卓越系统。4.图像处理 图像处理严重影响图像质量：自动化窗口能提供最佳的图象密度的独立曝光，灰度曲线的调整和频率处理的特性可以增强模拟任意胶片/屏幕系统的局部对比度，甚至选择性增加一定大小的结构或对比度。 反锐化掩模过滤是最简单的频率处理的类型，但是缺点是更强的过滤器设置会导致（边缘）影响。大多数厂商已经过渡到多频处理算法（例如，MUSICA，UNIQUE MFP）。多频处理，能够分别提高和抑制依赖于它们的对比度（振幅）的图像结构，它们的大小（空间频带）和它们的背景密度（纵隔与肺）（如图5）。结果是一个“图象协调具有可视化更透明纵隔和低对比度结构的整个胸部的改进，软组织和骨结构的骨骼造影和用于乳腺摄影高分辨率低对比度的差异的同时显示。处理的最优化的过程中，似乎或多或少定型。技术和制造商之间的差异变得非常小，似乎有一个常识被认为是一个“最佳放射线图像。一个十分的强沿解剖结构边缘的增强，例如船在肺或骨头结构要避免的，因为它们干扰放射的格式塔和产生的正常解剖结构被误诊为心源性水肿，肺间质病，溶骨病变或骨质疏松骨质破坏。近日，在处理的区域内，重点发生了巨大变化。对于精心设计的处理方案，包括双能减，时间减或层析日益可用（参见该问题的其他文章）。它们具有的目标，是以减少分心解剖噪声的图像中，以提高读者感知病理学和降低之间和内部的可变性。在计算机辅助诊断（CAD）方案分析形态学的图像特征的背景下，以提供放射科医生的需要越来越多的关注候选病变的（见这个问题的其他文章）的区域。5.软拷贝显示器在几乎完全过渡到数字广播的图形技术上，应用软与硬拷贝的讨论已完全停止。一个有效的和完整的数字部门需要使用软拷贝阅读。液晶显示器（LCD）被广泛应用，并有或多或少的阴极射线管（CRT）显示器。对于具有挑战性的高细节或低对比度的病变检测性能，如果适当地校准以下DICOM标准，多项研究没有发现这两个监视器类型之间的显著差异。液晶显示器提供更高的小光点的对比度和更大的动态范围，并且比CRT显示器对环境光更不容易受到影响，并且它们相对于工作空间的要求和寿命是有利的。液晶显示器的一个限制是指，当如果要考虑多个读取器的同时使评估的图像的角度的位置可视化（例如，当被放射科医师监督居民）时，对比度分辨率急剧减小。最近在软拷贝显示的另一个趋势是增加了彩色显示器验收。彩色CRT显示器似乎是在亮度和分辨率方面不能提供足够的图像质量并且比单色CRT监视器遭受更多的眩光和反射。然而，彩色液晶显示器仅当亮度降低时通过更高级的LCD亮度响应得到补偿。使用彩色显示器具有这样的优点，也提供比成像之外其它任务的显示选项或容纳多模态的显示/多维诊断评估。液晶显示器提供更高的小光点的对比度和更大的动态范围，并且比CRT显示器对环境光更不容易受到影响，并且它们相对于工作空间的要求和寿命是有利的。液晶显示器的一个限制是指，当如果要考虑多个读取器的同时使评估的图像的角度的位置可视化（例如，当被放射科医师监督居民）时，对比度分辨率急剧减小。最近在软拷贝显示的另一个趋势是增加了彩色显示器验收。彩色CRT显示器似乎是在亮度和分辨率方面不能提供足够的图像质量并且比单色CRT监视器遭受更多的眩光和反射。然而，彩色液晶显示器仅当亮度降低时通过更高级的LCD亮度响应得到补偿。使用彩色显示器具有这样的优点，也提供比成像之外其它任务的显示选项或容纳多模态的显示/多维诊断评估。图5 有空泡病人的后-前位胸片左上叶质量：图像（a）没有（后）处理，图像（b）与多频处理的目的是同时优化纵隔的透明度和的对比肺内病变（UNIQUE，飞利浦医疗系统，德国汉堡）。液晶显示器提供更高的小光点的对比度和更大的动态范围，并且比CRT显示器对环境光更不容易受到影响，并且它们相对于工作空间的要求和寿命是有利的。液晶显示器的一个限制是指，当如果要考虑多个读取器的同时使评估的图像的角度的位置可视化（例如，当被放射科医师监督居民）时，对比度分辨率急剧减小。最近在软拷贝显示的另一个趋势是增加了彩色显示器验收。彩色CRT显示器似乎是在亮度和分辨率方面不能提供足够的图像质量并且比单色CRT监视器遭受更多的眩光和反射。然而，彩色液晶显示器仅当亮度降低时通过更高级的LCD亮度响应得到补偿。使用彩色显示器具有这样的优点，也提供比成像之外其它任务的显示选项或容纳多模态的显示/多维诊断评估。 相对简单的处理工具，例如灰度反转或窗宽和水平的调整与常规使用的软拷贝显示变得容易获得（如图6）。在我们的经验尤其利用灰度反转表示的有利工具，以增加放射注意局部边界不清，低对比度的病变（例如，肺部浸润，溶骨性病变）或不对称的吸收差异（例如，胸腔积液，肺浸润）。 必须指出的非常重要的是，复杂的加工工具，例如双核或颞减法和计算机化自动诊断（CAD）的方案成为只与软拷贝显示是可行的。要记住在图像质量控制方面，重要的是在图像显示中表示整个成像链中的一个重要的方面，并且需要足够的显示功能的检测装置和显示装置之间的最佳适配（DICOM标准），并保证定期评估。图6. 后-前胸片与CT证实在左上叶有不明确的病变，由锁骨和第一肋遮蔽：注意不对称增加密度的灰度反转图像（b）和在图像中骨结构数字减影（软视图，河畔医疗，Miamisburg，美国）（c），为相对于原始图像（a）之后。.6.总结广泛应用于数字成像的两个主要的检测器系统是基于存储荧光板计算机X射线成像的CR和固态（平板）的直接射线照相（DR）系统。 CR代表旧的系统，是距今几十年的成熟技术，经历了一些相对于剂量效率和工作流程的效率重要的最新改进，稳固了它的位置。这是一个非常通用的，经济上有吸引力的系统，同样适合于集成系统以及为磁带为基础的成像。DR系统提供卓越的图像质量和基于其高效率的剂量减少剂量现实的选择。虽然很长一段时间在市场上只适用于大吞吐量的集成系统，移动DR系统也是最近得到可试用的。而在未来几年，很可能DR和CR系统将共存，CR的长远角度看，将取决于其相对于剂量效率和信号的噪声特性进一步的创新，同时移动系统为DR经济方面和更广泛的可用性将发挥作用。参考文献1 Cowen AR, Davies AG, Kengyelics. 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