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计算机X线摄影(CR)简介
  • 影像学
  • 2013-06-07 13:54:54
  • 来源: 谢富强
  • CR也称为间接数字化X线成像技术,是用存储屏记录X线影像,通过激光扫描使存储信号转换成光信号,此光信号经光电倍增管转换成电信号,再经A/D转换后,输入计算机处理,形成高质量的数字图像。

    计算机X线摄影(computed radiography,CR)是使用可记录并由激光读出X线影像信息的成像板(imaging plate,IP)为载体,经X线曝光及信息读出处理,形成数字影像的一种摄影技术。CR在上世纪80年代初开始应用于人医临床,实现了普通X线摄影的数字化,是普通X线摄影方式的一次革命。进入21世纪之后,CR开始应用于国内小动物兽医临床,经过最近几年的发展,正逐渐成为国内小动物兽医临床的主流设备。鉴于国内临床医生目前对CR技术尚缺乏系统了解,本文对CR技术的设备组成、成像原理、基本操作、注意事项及优缺点做一系统介绍。

    1.CR系统的组成

    CR系统由成像板(IP)、CR阅读器、图像采集、影像后处理工作站和存储装置等组成。CR系统所用的X线机与传统的X线机相同。

    1.1 IP

    IP是CR系统的关键元件,是采集X线信息的介质,相当于传统屏-片X线摄影的屏片组合,以潜影的形式记忆X线图像。IP由保护层、荧光层、支持层(基板)和背衬层(背面保护层)组成。荧光层为光可激发存贮荧光体(PSP),受到X线激发照射时,能将其所携带的信息贮存下来(形成潜影),当再次受到二次激发光照射时,能发出与第一次激发所携带信息相关的荧光,经CR阅读器处理形成可见影。

    IP按用途分为高分辨率型和普通型,前者多用于乳腺摄影,后者多用于常规摄影。按支持层类型分为硬板和软板;软板可弯曲,适配的阅读器结构简单、扫描速度快;硬板不能弯曲、耐使用,其阅读器的传输结构和工作原理不同于软板,引起的伪影少。按读取方式分为单面阅读型和双面阅读型,后者提高了信噪比,曝光量可减少25~30%。要正确认识和了解所用IP的类型,对正确选择曝光条件、提高影像质量具有重要意义。

    1.2 CR阅读器

    CR阅读器可以自动从放置到读取通道内的IP暗盒取出IP,并通过激光扫描获取IP记录的被检体信息后重建数字影像,经简单的影像处理后向影像后处理工作站输出影像数据。CR阅读器在获取IP信息后再对IP进行擦除处理,以便IP重复使用。

    CR阅读器的激光扫描有点激光扫描和线激光扫描两种。目前所用的CR扫描器大都是采用点激光扫描,存在两个缺点,其一是点扫描装置由离散的部件组成,不能集成为紧凑的扫描头,制成的CR阅读器相对较大;其二是点扫描装置受制于IP光激励发光信号的衰减常数,扫描缓慢。但对成像质量而言,二者无明显差别,线激光扫描装置相当于或稍好于点激光扫描装置。

    1.3 影像后处理工作站

    具有影像处理软件,提供不同解剖成像部位的多种预设影像处理模式,实现影像的最优化处理和显示,并进行影像数据的存储和传输。同时,可以对数字影像做各种相关的后处理。

    1.4 存储装置

    在CR系统内,CR读取后并经后处理储存的图像暂存于计算机内存。无论是要释放计算机内存还是要长期保存病例,都必须对处理好的影像进行存储备份。

    影像存储备份分硬备份和软备份两种方式。硬备份是指将处理好的图像通过激光打印机打印成胶片备份,交由患者或患病动物主人留存;软备份是目前医院使用的主要备份方式,采用光盘、磁光盘和磁盘阵列等方式将影像储存起来,可做病例的长期记录,其数据信息不易丢失、占据空间少、检索查询方便快捷等。随着计算机技术的发展,刻录产品与光储介质的成本大幅下降,远低于激光打印机成本,所以很多动物医院对动物主人的留存备份也为软备份,即光盘取代胶片,实现了电子影像病例。

    2.CR系统的操作步骤

    CR系统的生产厂家很多,各机型虽各有特点,但操作步骤基本相同,下面以柯尼卡美能达生产的REGIUS MODEL110型CR为例进行说明:

    2.1 登记

    接收X线检查申请单,输入动物主人、患病动物及X线摄影要求等信息。

    2.2 信息采集

    准备IP,按要求正确摆位并标注体位;设置X线摄影条件,曝光。

    该过程与传统屏-片X线摄影过程相同。CR虽然具有较大的宽容度(与400感素屏-片系统相比,CR是10000﹕1),但CR的后处理调节不能完全替代摄影条件的选择。就IP曝光剂量而言,CR系统使用初期需要的mAs比感绿屏-片组合稍高,在使用半年后才会逐渐降低。虽然CR系统X线摄影可降低X线剂量,但为了降低图像噪声,尤其是自然对比差的部位,要适当增加曝光剂量。

    另外,小动物X线摄影多数是在清醒状态下进行的,动物很难按照人的意愿安静地配合摆位,加之呼吸运动,所以采用CR系统后仍然需要尽可能降低曝光时间。我们的X线摄影临床实践表明,小动物胸部X线摄影的曝光时间低至0.02~0.04 s,才能尽可能避免呼吸运动性模糊。曝光剂量增加,而曝光时间降低,必然要求管电流的增大,所以目前很多动物医院(诊所)使用的小型X线机因最大管电流不足100 mA很难用CR系统弥补胸片模糊的。换句话说,CR系统不能改变因X线机容量不足所造成的影像质量低劣。

    2.3 信息转换

    IP经CR阅读器读取生成原始图像,并经强光照射擦除潜影供再次使用。原始图像经简单处理后,发送至影像后处理工作站。

    CR系统在进行读取时能把IP潜影变成具有理想密度和对比度的可见影像,实现这种功能的装置是曝光数据识别器(EDR)。IP的光激励信号强度与获得的影像输出信号之间的关系由EDR设定的阅读条件决定的。阅读条件是以临床医生多年对各部位优秀照片密度阅读经验为依据而人为设定的,目的在于提高照片密度的稳定性。若摄影时曝光量不足或过高,读取时会进行自动调整,尽量向预想设定的最佳密度和对比度影像靠近。所以,阅读条件的出厂设置是否符合临床实践要求非常重要。

    屏-片组合的规格最大为35 cm×43 cm(14 in.×17 in.),多数犬猫的单一投照部位都达不到该范围,所以在小动物X线摄影中形成了一种不正确的通俗做法,即在一次投照中尽可能涵盖更多的部位影像信息,例如胸腹部投照、全脊柱投照和整肢投照。CR的阅读条件是按照单一部位设定的,多部位共同投照时无法针对性地阅读,所以使用CR后,要严格按照CR系统设定的阅读部位投照。

    2.4 影像处理

    在后处理工作站采用的影像处理技术对影像实施处理,优化影像质量。CR图像后处理包括窗宽窗位、锐化与平滑、对比度增强、黑白反转、感兴趣区定量估值(各种测量和图像局部放大与旋转)。一般说来,以上这些图像处理程序均已固化在机器内,简单操作就可实现其功能。使用者了解了图像处理的各种功能,可根据需要来合理地选用,这将会给图像分析带来方便。

    CR后处理工作站发至各诊断终端的图像是dicom格式的,约10~20 M,所以配有独自的影像储存与传输系统(PACS)。有些医院不用PACS,将CR影像转换为jpg格式传输与储存,这种形式只能进行图片的简单处理与查看,这会造成图像信息的部分丢失,会严重限制远程诊断的能力,不能完全发挥数字影像的优势。

    2.5 影像存储

    CR图像先保存在计算机内存中,要定期(每季度或半年)对影像进行打包存储备份,既释放计算机内存,又保证病例的安全性。

    3.CR系统的优缺点

    3.1优点

    IP替代胶片可重复使用;可使用原有X线机;宽容度大,对曝光条件依赖性小,避免因曝光条件问题而重复拍片,减少了辐射;对比度分辨力高;具备多种后处理功能;数字化成像便于网络传输,实现远程会诊;便于电子病例的图像储存;环保无污染。

    3.2 缺点

    时间分别力差,不能满足动态器官和结构的显示;空间分辨力不如常规X线照片。

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    本文作者

    谢富强

    中国农业大学动物医学院副教授,中国兽医影像技术分会副理事长,小动物医..
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