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三十年数字化X线摄影发展史

文章来源:器械之家X线设备作为全球应用最为广泛的X光检查设备,从诞生之日起便在全球范围内得到广泛的应用。从欧洲到美国,X光摄影技术在医学领域得到了广泛的普及应用,并成为现代医学影像检查的基础。从清末西门子为中国末代皇帝首次实行X光影像检查到今天,X光检查已经成为中国广大医疗机构的标准配置,覆盖了国内最基层的社区服务中心与乡镇卫生院。回顾X线摄影技术发展的二十年,以及展望X线摄影技术的未来十年,我们可以清晰地看到如下脉络:年间接数字化时代——年直接数字化时代(CCD)——年平板数字化时代(CSI)——年动态数字化时代——年三维数字化时代——年功能成像时代——年能谱数字化时代。

间接数字化X线摄影时代

千禧年标志着整个时代进入一种从模拟化到数字化的技术世界,数字化技术成为年最为热烈且广泛发展的技术。在X光机设备上,影像板作为探测器工具,开启了间接数字化X线摄影时代,即我们称之为的CR(ComputedRadiography)时代。其原理主要是通过一个可反复读取的成像板(IP板)来替代胶片和增感屏。曝光后,IP板上生成潜影,将IP板放入CR扫描仪,用激光束对IP板进行扫描,读取信息,经模/数转换后生成数字影像。CR相对于之前的胶片摄影来说,也是一次巨大的技术飞跃,临床优势明显。比如,胶片需要多次采集,而CR仅需要一次曝光即可完成影像采集;CR无需暗室,扫描时间短,一般在1分钟之内就可以完成采集等。但相对于DR摄影来说,CR本质上仍属于一个过渡阶段的产品,其间接转换的技术处理方式与直接转换方式相比在摄片效率、影像质量以及图像的后处理上仍然处于劣势,这也预示着直接数字化X线摄影(DR)时代的到来。(点击图片可放大观看)

直接数字化X线摄影时代(CCD-DR)

年,基于CCD探测器获得了快速发展,开启了直接数字化X线摄影的序幕。CCD的基本原理是:X线透过人体被检部位后,经滤线栅滤除散射线到达荧光板,将X线图像转换成荧光图像,荧光经透镜反射后,通过镜头聚焦将可见光投射到CCD芯片上,CCD芯片再将可见光转换为电信号,最终获得数字化图像。相对于CR来说,CCD-DR具有更快的成像速度、更便捷的操作、更高的成像分辨率等显著优点,迅速在国内得到广泛应用,包括安健科技、万东医疗在内的国内数字化X线设备著名厂商纷纷推出基于CCD的DR设备。安健科技更是凭借着CCD领域的技术优势,成功推出自主研制的CCD探测器,一跃成为国内数字化X线设备核心部件商,为当时诸多数字化X线整机厂商提供CCD探测器部件。虽然CCD-DR相较于CR成像,具有飞跃性优势。但由于CCD在数字化成像上,需要将X线图像转换成荧光图像,荧光经透镜反射后,通过镜头聚焦将可见光投射到CCD芯片上,CCD芯片再将可见光转换为电信号,最终获得数字化图像。在这个过程中,X光的信号转换机制较长,转换效率无法发挥到更高水平,在影像的空间分辨率与密度分辨率上无法达到更高台阶,仍然属于一种“间接”性质的直接数字化X线成像。不过,直接数字化X线成像技术继续快速发展,一种新型探测器材料的数字化X线成像技术呼之即出。

平板直接数字化X线成像时代

年,基于非晶硅平板探测器的直接数字化成像X线机在行业内获得快速发展,平板DR昭示着数字化X线机的未来发展方向。平板数字化X线机主要由X线发生器(球管)、平板探测器、采集工作站(采像处理计算机/后处理工作站)、机械装置等四部分组成。其工作原理是:X线穿过人体投射到探测器上,然后探测器将X线影像信息直接转化为数字影像信息并同步传输到采集工作站上,最后利用工作站的医用专业软件进行图像后处理。直接数字化X线摄影技术的关键在于探测器技术的发展,其主要是通过入射X线光子在硒层中产生电子-空穴对,在顶层电极和集电矩阵间外加高电压电场的作用下,电子和空穴向反方向移动,形成信号电流,被相应单元的接受电极所收集,形成信号电荷,每个像素都有一个场效应管,起开关作用,在读取控制信号的作用下,依次读出并经放大后被同步转换成数字图像信号。平板数字化X线机具有动态范围广、曝光宽容度宽的特点,因而允许摄影中的技术误差,即使在一些曝光条件难以掌握的部位,也能获得很好的图像。由于采用了直接数字化,拍摄的X光片信息量大大丰富,可以根据临床需要进行各种图像后处理,如各种图像滤波、窗宽窗位调节、放大漫游、图像拼接以及距离、面积、密度测量等丰富的功能,为影像诊断中的细节观察、前后对比、定量分析提供技术支持,改变了以往X光平片固定影像的局限性,提供了大量临床诊断信息。由于其大尺寸、多像素成像板的贡献,大大提高了X光胶片的清晰度及细节分辨率,成像综合水平远远超过普通X光平片;同时有助于实现普通X线摄影图像的数字化存储和远距离调阅、交流等方便应用。平板数字化X线机由此得到了广泛普及,包括安健科技、万东医疗、联影医疗、东软医疗在内的诸多国内数字化X线机厂商纷纷采用平板DR,随着各省大规模数字化X线机集中采购的推行,平板DR成为集采标准,获得了大范围应用。

动态数字化X线摄影

平板数字化X线机的广泛普及,让DR作为影像初诊设备在全球范围内得到快速发展,相较于CT而言,数字化X线摄影具备剂量低、检查时间短、依从性高、图像清晰度高、价格低等特点和优势,但同时也暴露出其本身的致命性缺陷。数字化X线摄影主要基于二维解剖平面成像,在诸多部位的成像上受到重叠影像影响,难以对病灶进行精准的定位与评估。以胸片为例,由于胸部纵膈心影重叠以及膈下肋骨重叠,极易导致漏诊与误诊的发生。此外,由于受到被照物的影响,诸如呼吸以及受检查的运动等因素,影像质量难以控制,由此,一种新的数字化X线摄影技术开始出现:动态数字化X线摄影技术,简称为动态DR。动态DR相较于常规数字化X线摄影,能极大地提升X线影像质量控制效果,同时对于诸多部位的摄片诊断能提供运功功能的视角和评估参考,进一步提升筛查与诊断的精准性。动态DR作为X线摄影技术,在临床中具备广泛的应用价值与优势。举例来说,动态DR在胸部影像诊断中具有可视化功能,可在任意转动体位时,结合呼吸运动,排除胸部骨骼、心影和肺门大血管重叠或遮盖。多角度动态观察胸廓、肋骨、心影、膈肌,以及胸腔病变、肺部病变、纵膈病变在呼吸运动状态下的变化,在各种管路位置的提示及治疗效果评估方面也能满足临床需要。目前,动态数字化X线摄影技术趋势已经成为行业普遍共识,可以预见的是,随着这项技术的进一步发展,动态数字化X线摄影有望全面取代常规静态摄影,从根本上改变普通数字化X线摄影漏诊与误诊的临床弊端,极大提升DR初筛的准确性。来自动态数字化X线摄影技术专题网站

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