数字化线进展

数字化线进展第1页，共36页，2023年，2月20日，星期六伦琴时代X线成像的医学应用近代X线医学成像技术的重要发展现代数字化X线成像技术的发展历程数字X线成像技术在临床医学的应用及前景受到关注的几个前瞻性要点第2页，共36页，2023年，2月20日，星期六Roentgen于1895年拍摄的世界首张X线片。1896年拍摄的X线照片为10～30分钟的曝光时间，头颅骨或骨盆需要几小时。例如1895年伦琴为自己妻子拍摄的手的照片大约曝光15分钟。基于这种长的曝光时间，做腹部检查的病人为消除运动，每次需屏息20～30秒钟，X线技术人员不得不在病人深吸气后接通电源，呼气时停止曝光。第3页，共36页，2023年，2月20日，星期六增感屏的应用由于增感屏的应用，使得X线曝光时间大大缩短，患者吸收剂量大幅度减少。早期的胸部X线摄影的曝光时间需要10秒以上，患者需要训练憋气。腹部X线曝光甚至达到数分钟。1903年，得益于高输出X光机和增感屏技术，手的曝光时间只需5秒到2分钟，头颅骨需1分钟至15分钟。1909年推出能进行1/100秒曝光的X线发生器。1912年用更加先进的设备，腹部曝光仅需3秒钟，如“闪一下光”一样短暂。现代X光机使用的增感屏和大功率X线管使胸片摄影时间缩短到数十毫秒。第4页，共36页，2023年，2月20日，星期六GustaveBucky在1913发明了铅条式的滤线栅采用紧密排列的铅条来吸收散射线，使得胸部和腹部等厚体位摄影清晰度提高。由于滤线栅的使用，不得不提高患者的入射剂量。通过消除大部分二次射线和散射线，Potter-Bucky滤线板的使用，大大地提高了X线影像的质量。Potter后来回忆到，当一位放射专家看到用新的滤线栅拍摄的清晰的照片时，生气的把照片退回并指责道：“你们已经对这些底片做修饰。”这位放射专家不敢相信这么清晰的底片会是用X线管直接拍摄出来的。第5页，共36页，2023年，2月20日，星期六旋转阳极X线管的发明和应用旋转阳极X线管的研制成功使X线输出剂量大幅度提高，管电流可以达到1000毫安以上，管电压达到150千伏，管套热容量达到2MHU以上，满足了心血管的运动物体成像需要，并且使计算机断层摄影技术成为可能。第6页，共36页，2023年，2月20日，星期六准直器的发明和应用放射学发展的早期，散射线对X线片影像质量及病人健康的影响没有被人们认识到，1935年，波兰的医学博士Januszkiewiz因发明用限束器来限制X线束，减少了二次射线对图像的影响，降低了影像的灰雾，提高了图像对比度，减小了散射辐射对患者的伤害，因此获得了发明专利。第7页，共36页，2023年，2月20日，星期六高频高压发生器的应用高频高压发生器可以将网电源工频交流电整流成直流，经过高频逆变器将直流转换成高频交流电，升压后整流成纹波很小的直流高压电，使X线中的软射线成分降低，并可以满足高速脉冲曝光应用，输出功率大大提高。第8页，共36页，2023年，2月20日，星期六影像增强器和CCD摄像机的应用影像增强器的应用取代了早期的荧光屏透视，降低了透视剂量，提高了量子效率和空间分辨率。CCD摄像机使动态图像得到广泛应用，包括血管造影和DSA、消化道、泌尿道造影等技术。第9页，共36页，2023年，2月20日，星期六帧转移CCD摄像机的应用帧转移CCD摄像机分为感光像素区域和帧转移区域，可以在X线曝光的时间窗口内同时完成图像积累和图像读出两个过程。为血管造影术和动态透视摄影提供了优质图像。第10页，共36页，2023年，2月20日，星期六CR技术应用CR技术将传统X光胶片的屏片结构逐步取代，是早期数字化的技术，目前在欧美和日本大量使用。由于中国传统X光胶片在CR技术成熟阶段还没有来得及大量普及，DR技术就已经在国际上大受推崇，使得中国的DR数字化成像技术直接取代屏片结构。目前DR的普及速度超过了CR的普及速度。第11页，共36页，2023年，2月20日，星期六TFT-CsI探测器原理采用CsI闪烁屏和TFT光电二极管阵列组成的X线探测器是目前DR成像技术的主流技术，也是应用最广，最为成功的技术。主要应用厂商有西门子、飞利浦、GE等公司。第12页，共36页，2023年，2月20日，星期六Se-TFT原理以Hologic为代表的厂商采用非晶硒技术制造X线探测器，目前更多地应用与乳腺X线探测器。第13页，共36页，2023年，2月20日，星期六CCD探测器原理CCD探测器是将CsI等闪烁屏的可见光通过光学传输结构在CCD传感器上成像，具有高分辨率的优点。目前国际上以4KX4K为主流产品，国内已经有厂家生产出5KX5K的高分辨率X线探测器。第14页，共36页，2023年，2月20日，星期六DR应用第15页，共36页，2023年，2月20日，星期六FPD与X线设备血管造影DSA多功能摄影装置平板乳腺X光机平板数字胃肠机第16页，共36页，2023年，2月20日，星期六FPD与X线设备---VCTParker’s加权校正容积数据重建3D反投影滤波数据转换和射线硬化校正采集第17页，共36页，2023年，2月20日，星期六体积CT的实现第18页，共36页，2023年，2月20日，星期六

第19页，共36页，2023年，2月20日，星期六X线图像的数字化及处理1.平行束CT—扇束CT–多排螺旋CT–VCT2.II+Camera+A/DDSADSI3.CR4.静态FPD—DR成像系统5.动态FPD—血管造影DSA—ConeBeamCT6.Counting-Readout技术

第20页，共36页，2023年，2月20日，星期六

第21页，共36页，2023年，2月20日，星期六第22页，共36页，2023年，2月20日，星期六第23页，共36页，2023年，2月20日，星期六国产大型平板血管造影机，具有实时DSA，旋转DSA，ConeBeamCT重建功能，与国际先进水平接近。第24页，共36页，2023年，2月20日，星期六灰度量化数字图像技术三维重建可视化融合技术虚拟内窥镜技术数字减影技术（时间减影能量减影）数字化抗散射线技术（虚拟滤线栅）图像压缩技术图像传输技术第25页，共36页，2023年，2月20日，星期六灰度量化数字图像技术第26页，共36页，2023年，2月20日，星期六三维重建（采用平板采集进行VCT重建）第27页，共36页，2023年，2月20日，星期六能量减影技术宽能谱图像低能区吸收图像高能区吸收图像双能量采集方式可以采用两次曝光技术和双层TFT中间夹重滤过的三明治采集方式。前者可以在普通TFT平板或CCD探测器上实现，后者只能在专门设计的双能平板探测器上实现。第28页，共36页，2023年，2月20日，星期六内窥镜技术通过血管造影机三维旋转完成VCT重建，并实现内窥镜可视化第29页，共36页，2023年，2月20日，星期六传统抗散射技术传统滤线栅抗散射线技术减少散射线的环节高频发生器X线管材料KV滤过程度和物质抗散射线滤线栅第30页，共36页，2023年，2月20日，星期六现代数字抗散射技术（中国学者首次在国际上提出）一种对传统滤线栅的革命性变革采用铅条制造成的一组指向焦点的栅格可以透过焦点射线，吸收非焦点射线到达成像单元的X线主要以焦点射线为主，散射线被抑制在成像单元之前没有任何物理装置焦点射线和非焦点射线同时到达成像单元通过对成像单元采集的数据处理来区分焦点射线和散射成分并对后者加以抑制第31页，共36页，2023年，2月20日，星期六数字化抗散射线技术的原理（虚拟滤线栅）上述公式表达了散射线生成的退化模型G(x,y)为最终得到全部图像信息的函数F(x,y)为初级射线图像信息S(x,y)为射线透过被测物体后产生的散射线N(x,y)是量子噪声G(x,y)=F(x,y)+S(x,y)+N(x,y)第32页，共36页，2023年，2月20日，星期六数字化抗散射线技术的原理（虚拟滤线栅）原始图像，含有焦点射线和散射线成分，图像灰雾高，对比度低。射线剂量只有用物理滤线栅的40%左右即可达到图像整体密度适中。经过虚拟滤线栅过滤的图像，抑制了散射线成分，适当提升焦点射线成分，射线剂量与无附加物理滤线栅一致。第33页，共36页，2023年，2月20日，星期六数字化抗散射线技术的原理（虚拟滤线栅）可以根据APR调整虚拟滤线栅的格比数，线密度，甚至可以调整铅当量数。不用根据SID的变化更换滤线栅，仅仅调整滤波参数即可满足散射线过滤的需要。实际应用中十分方便。数字滤线栅是未来取代传统物理滤线栅的趋势。第34页，共36页，2023年，2月20日，星期六数字化抗散射线技术的原理（虚拟滤线栅）

普通滤线栅虚拟滤线栅所需要的X线剂量患者受到的辐照量是虚拟滤线栅近3倍仅有普通滤线栅的1/3，患者受到的辐照大大降低。空间频率造成畸变无法避免因为栅格在图像上造成的干涉无空间频率畸变SID距离的要求要求严格，焦距范围很小不要求，焦距范围很大X线系统