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直接數字化放射攝影係統(DR)發展及技術

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直接數字化放射攝影係統(DR)發展及技術

發布日期:2018-03-27 作者:南通香蕉视频app污破解版在线電子有限公司 點擊:

直接數字化放射攝影係統(DR)發展及技術 

  依據探測器的構成材料和工作原理,DR主要分為三大技術:CCD、一線掃描、非晶體平板 (非晶硒、非晶矽+碘化銫/非晶矽+氧化釓)。


一、CCD:由於物理局限性,專家們普遍認為大麵積平板采像 CCD 技術不勝任,而且CCD設備在圖像質量上較非晶矽/硒平板設備有一定差距,但是相對有價格優勢;世界上還有幾個廠家用此技術如 Swissray。


二、一線掃描:也稱一維線掃描技術,由俄羅斯科學院核物理研究所發明,也就是國內中興航天在生產的DR;有受照劑量低、設備造價相對平板技術更低廉的優點,但也存在成像時間長(數秒)、空間分辨率低(剛推出時是1mm/lp)以及X線使用效率低的致命缺陷;成像質量較差而且病人會接受大量不必要的輻射。


三、非晶平板:非晶硒/非晶矽;主要由非晶硒層(a-Se)/非晶矽層(a-Si)加薄膜半導體陣列 (TFT)構成。

1.a-Si (非晶矽平板探測器) -- 兩步數字轉換技術,X-光子先變成可見光然後用光電管探測而轉化為數字信號。主流廠商包括飛利浦、西門子、 GE等。因為塗層技術不同又分為非晶矽+碘化銫平板和非晶矽+氧化釓平板。

2.a-Se (非晶硒平板探測器) -- 一種所謂直接探測技術,X-光子在硒塗料層變成電信號被探測而直接轉化為數字信號。目前世界上隻有美國Hologic公司擁有此技術的核心,柯達,國內友通等廠家的DR就使用這種探測器。

DR的技術進步是緊緊與影像板技術的發展相聯係的。平板的技術發展體現在兩個方麵:尺寸的大小及動態反應時間。碘化銫/非晶矽型平板在這兩方麵都具有其他技術不可比擬的優勢,是目前最成熟最主流的技術,目前世界上主要領先廠家都用這種技術。


*碘化銫/非晶矽 ( CsI ) + a-Si + TFT : X 射線入射到 CsI 閃爍發光晶體層時,X 射線光子能量轉化為可見光子發射,可見光激發光電二極管產生電流,這電流就在光電二極管自身的電容上積分形成儲存電荷;每個象素的儲存電荷量和與之對應範圍內的入射 X 射線光子能量與數量成正比;成像速度、影像質量、工作效率等綜合水平教高。


*氧化釓/非晶矽(Gd2O2S) + a-Si + TFT :工作過程與上相似,隻是碘化銫被氧化釓取代;由於技術原因其原始圖像為12 Bit/4096灰階,A/D轉換為14Bit;工藝成本較低,但綜合技術水平比碘化銫板差。


*非晶硒a-Se+TFT:入射的X 射線光子在硒層中產生電子空穴對,在外加偏壓電場作用下,電子和空穴對向相反的方向移動形成電流,電流在薄膜晶體管中積分成為儲存電荷;每一個晶體管的儲存電荷量對應於入射的 X 射線光子的能量與數量;工藝成本較低,但對入射X線吸收不佳,成像速度及穩定性等綜合技術水平較非晶矽平板差。

目前,世界相關專家普遍認可成熟的非晶矽+碘化銫平板探測器技術; Trixell公司生產的平板探測器,因其穩定優秀的成像特質和良好的環境適應性成為DR設備的首選;由於采用世界最佳的平板探測器技術,輔以高質量球管和出色機械性能,加上功能強大的專業級後處理工作站,飛利浦/西門子成為世界公認的DR係統頂級品牌。

1、探測器:對於直接數字化X射線攝影技術來講,決定其圖像質量不僅僅是平板所采用的技術類型,同時還有平板的DQE、采集矩陣、采集灰階、空間分辨率、最小像素尺寸等重要因素,每個因素都很重要;在相同的圖像尺寸時,采集矩陣越大,像素尺寸越小,圖像分辨率越高,細小組織結構才能更好顯示。

(1)材料/技術類型:碘化銫/非晶矽為主流;其中以Trixell平板為最佳。

(2)有效尺寸:主流為17×17in或14×17in;17×17in可滿足99%的病人包擴體胖病人,可一次暴光成像;而14×17in有23%的病人不能滿足,需二次曝光,增加病人射線損傷, 增加技術人員工作強度。

(3)像素矩陣:主流為2.5K×3K或3K×3K。

(4)像素尺寸:143μm/200μm;像素尺寸大小直接影響圖像細膩度。

(5)空間分辨率:決定因素是探測器的尺寸和量子噪聲,這從物理意義上是決定因素 (當然從軟件上可以內插算法得到更小的像素數,但這不是真實的像的信號,是推算的結果);此外,射線的質量是一個不可忽視的因數。所有平板中Trixell平板尺寸最大,量子噪聲最小。

(6)灰階:主流是14 Bit/16,384灰階,隻有Canon等少數公司的探測板為原始圖像為12 Bit/4096灰階,A/D轉換為14Bit。

(7)探測量子效率(DQE):是輸入信號轉導成輸出信號的效率,高探測量子效率是潛在劑量降低的基礎。數字平板探測板都具有的特性是相對於屏-片X線攝影都有較高的DQE。同等放射劑量下,非晶硒的DQE比非晶矽的低;非晶矽探測板在劑量降低上優於非晶硒探測板。

(8)外接裝置:是否需要水冷裝置或其他裝置

2、球管:射線質量和壽命;

(1)焦點

(2)熱容量

(3)高速旋轉、陽級轉速

(4)束光器

3、高壓發生器:

(1)功率、頻率

(2)輸出範圍

(3)KV 調節

(4)最短曝光時間

4、控製台:

(1)自動曝光控製、解剖部位攝影:一般都有。

(2)工作站屏幕:19in為主流;17in逐漸淘汰。

(3)操作係統:個人電腦級Windows係統或專業服務器級UNIX係統;對電腦稍有了解的人都明白,後者比前者有不可比擬的穩定性、高處理能力。

(4)硬盤:一般60~80G;有普通IDE硬盤和高速SCSI硬盤之分;後者有最快的響應速度和最長的壽命,尤其是涉及圖像處理時更能顯示出多通道高速度的優勢。

(5)曝光到診斷圖像顯示時間:一般要求≤10s,少數能夠達到5s以內;檢驗工作台計算機係統工作能力的一個很重要的指標。

(6)圖像質量控製功能:或好或壞一般都有此功能。

(7)圖像處理軟件及升級:商家一般都提供在使用期限內免費升級服務;廠商針對醫療診斷實際需求而獨家開發的圖像處理軟件尤顯重要,也是判斷DR設備檔次高低的重要依據之一。

(8)DICOM3.0及功能:一般都有。

(9)外儲設備:光盤刻錄DVD或CD-RW。

(10)圖像輸出:以數字形式輸出到相機及PACS係統

(11)網絡傳輸速度:100m/ms或1000m/ms;後者有更快的傳輸速率。

5、球管支架及診斷床:要求人性化設計和符合臨床需要。

(1)球管支架

(2)球管旋轉

(3)自動電磁鎖定及角度和距離顯示功能

(4)診斷床要求

(5)濾線柵

6、售後服務:

(1)免費維修:整機一般一年保修。

(2)探測器保修:一般為二年保修。

(3)PACS係統連接及連接所需相關軟、硬件:一般免費提供。

(4)操作維修手冊:要求詳盡。

(5)現場應用和維修培訓服務:一般免費提供。

(6)開機率:一般要求95%以上。

(7)售後服務響應時間和保修期後維修年限:一般要求接維修通知後24小時內到達故障現場;保修期後提供超過10年的維修服務。

7、放射線安全防護

要求符合國際放射線安全防護標準,具有放射線安全防護檢測證書或美國FDA或歐共體權威機構的認證;雖然市場上所有設備都有相關認證,但不同的平板技術和球管在這一點上相差懸殊,其中PHILIPS為最佳,是所有DR產品中曝光劑量最低的,能夠給患者及工作人員最大限度保護。 


(三)DR係統設備的選購原則 


一、整體評價原則:DR的真正使命,是在保證影像質量的前提下,通過對平片工作流程的改變得到的革命性的高效率;用戶對設備的評價,也應該基於此,考慮設備的可維護性,故障率、價格、總體成本及後期成本等實際因素。作為一台係統設備,需要綜合整體評價,不為廠商標榜的某部件或某指標或某名詞而迷惑;要綜合考慮影像質量、工作效率、使用成本、售後服務等方麵。 

1、影像質量:高質量高穩定的成像質量是香蕉视频app污片在线观看購置DR設備的初衷之一,也是提高診療水平的物理基礎;涉及放射影像的失真度、信噪比、分辯率、清晰度、細節顯示等方麵;主要由平板技術、球管射線質量、計算機及圖像軟件處理能力決定;其中平板技術是核心因素(材料類型、有效尺寸、像素矩陣、像素大小、灰階、DQE、空間分辨率、穩定性等)。

2、工作效率:降低勞動強度、改變普放工作流程以提高效率是DR的最主要功能之一,更是購置此類設備的重要參考依據;涉及動態範圍、成像速度、數據傳輸/處理速度等很多方麵;因為省略了許多不必要的工作程序,正常產出率應該是傳統屏/膠係統的2~3倍。

3、使用成本:最大的成本就是平板的維護使用成本;非晶硒平板的技術不成熟導致其平板報廢率太高,維護成本昂貴;成像時間也較長,期間有太多的信息損耗,時間成本也較高。

4、售後服務:要求及時、完備;購置前一定要考慮其技術及品牌差異帶來的售後服務質量差異;要盡可能地選擇世界公認的大廠商主流成熟產品;非晶硒設備由於其技術的不成熟導致高維修頻率是購置前必須考慮的因素。

二、實際需求:不被廠商所描繪或標榜的某部件的優異性能/某出色技術指標/某獨有應用等迷惑,要以滿足本院本科室實際需求為出發點,綜合考慮設備的整體性能和圖像質量及使用成本、售後服務等。

1、如果你們是當地較大規模的醫院,病人流量很大,購買設備一向看重名牌品牌,技術上也傾向領先或超前的產品,那麽建議飛利浦雙板、西門子雙板二者選一(當然這兩個牌子的單板DR也是首選)。飛利浦全係列、西門子大部分都是使用Trixell 4600平板(17×17″碘化銫/非晶矽平板),是公認的頂級產品。

2、如果你們醫院對設備價格相對敏感,但對技術方麵又有一定追求,不妨考慮GE,還可以考慮除飛利浦、西門子之外其他使用碘化銫/非晶矽平板的廠家,如北京萬東、上海中科、美國長青等。GE的板子也是碘化銫/非晶矽平板,14×17″,但不是Trixell的而是GE購買某工業板技術而自產的;其主要缺點是因板子發熱量高,須水冷,故障率、量子噪聲也會因此升高。

3、如果不是很在乎細節,隻要平板DR即可,廉價最重要,那麽佳能板(即硫氧化軋/非晶矽板)、非晶硒板也是很好的選擇。采用佳能板的有日本各品牌(東芝、島津等)、西門子部分型號;佳能板的缺點是參數稍低(圖像稍差),優點是輕,所以床邊型DR機一般用它。采用非晶硒板的廠家也很多:安科、柯達等;非晶硒板的缺點是返修率奇高,但成本比碘化銫/非晶矽板低些。

4、如果醫院對性價比要求很高,那麽強烈建議CCD-DR。所有類型DR當中,毋庸置疑,CCD-DR價格是最低的。CCD-DR的缺點主要有兩個:圖像存在幾何失真(因有光學係統存在),此外攝片時X線劑量較高。最大的優點就是便宜。在不願花太多錢又希望買DR的情況下,CCD-DR必作首選。生產CCD-DR的廠家有北京萬東、Swissray、IMIX等。

二、追求最高性價比:低價格高質量是用戶的最高追求。

三、 盡量選購專業大廠商的產品和服務,並進行前期調研考察。 


(四)DR係統設備市場各廠商及產品評價 


第一檔次:飛利浦全係列DR、西門子高端DR(采用Trixell平板的為高端產品,為了細分市場需要西門子還有采用Canon平板的低端產品);是世界公認的DR大廠極品,平板技術、球管質量、機械性能、工作站處理能力等綜合水平最高,圖像質量、工作效率、使用成本、售後服務俱佳。

第二檔次:GE全係列DR;其碘化銫/非晶矽平板是收購某工業板技術改為醫用,有效尺寸略小為14×17″,像素尺寸、分辨率等技術指標也低,成像質量也差一些;平板發熱量巨高,有損圖像質量。

第三檔次:其他使用碘化銫/非晶矽平板的DR產品,有泛太、長青、萬東等;作為DR設備最主要部件,他們所用平板技術還是很好的,這也是列為第三檔次的最主要原因;但由於其球管質量不高、機械性能不佳、操作及後處理工作站的水平低下等原因,他們的綜合表現與前兩檔次無法同台較量。

第四檔次:采用佳能板的西門子低端DR、島津/東芝等日係DR;平板綜合技術水平較差,成像質量不佳;多為診斷要求不高的床邊機。

第五檔次:采用Hologic非晶硒平板的柯達、安科、友通等DR;其平板製造成本較低但由於技術不過關而導致返修率特高;Hologic公司不得已逐步退出DR係統設備銷售,柯達等以降低診斷要求為代價主攻低端中小醫院。

第六檔次:CCD平板的DR,目前生產廠商多為小型公司,由於其技術上的先天不足,其應用範圍日益萎縮,必將被淘汰;但在診所類醫療機構中還有一定市場空間。 

(五)DR係統設備的某些技術實質 

一、 某廠商的所謂能量減影

1、能量減影的本質是采用兩種不同的曝光條件對同一物質進行分次曝光,分別得到較低密度和較高密度物質的單獨影像。目前主要應用在胸部,試圖克服平片上肋骨對部分肺組織的遮擋這個缺陷。

2、能量減影的最終目的,是希望看到被肋骨做遮蓋的病變。那麽,對什麽樣的患者這樣做呢?由誰來做對患者進行兩次曝光的決定呢?一個患者從臨床醫生辦公室拿到檢查申請單,到放射科拍片,涉及到的三個角色(患者、臨床醫師、技師)都沒有這樣的預見及決定能力,也沒有這樣的權力。

3、實際上,在常規平片工作流程最後的診斷環節,診斷醫生麵臨三種可能:第一,肋骨後有軟組織病變,但看不見,醫生此時沒理由讓這樣的患者進行第二次曝光;第二,肋骨後的確沒有軟組織病變,不需要進行第二次曝光;第三,肋骨後的軟組織病變範圍超出了肋骨的寬度,在肺組織的對比下可以看見,這時,就有了必須進一步進行詳細檢查的指征,但無論從定性、定量、定位還是技術實施的可能性(該技術要求在極短時間內進行兩次曝光)看,顯然已經超出了DR能力的範圍,必須用CT及其他設備進行。

4、這個技術的提出,是受啟發於臨床上某個肺部的病變已經被CT證實為肋骨遮擋,平片沒發現。因此技術提出者認為如果去掉肋骨,病變就能夠顯示出來了。這是一種典型的回顧性思維,隻是衝著解決問題而去,卻沒注意問題發生的實際環境是否允許這樣的解決方案。

二、某廠商的所謂組織均衡

1、組織均衡是使密度差別較大的組織在同一影像上顯示;本質上就是分別在相對狹窄的灰度範圍內分別觀察低密度和高密度組織,在PACS診斷工作站上可以用調整灰度和對比度實現。這個所謂?先進技術?同前者一樣同屬文字遊戲而幾乎沒有實際應用價值。

2、對使用診斷工作站的大夫來說,在顯示器上調整灰度和對比度觀察不同密度的組織是很自然的事情。

3、對沒有診斷工作站的醫院,由於他們麵對的影像仍然是膠片,這個技術或許有用。但這個調整需要一定的時間,即使一個普通地市級醫院,技術員的工作強度已經很大,根本沒時間做這樣的事情,其他流量更大的大型醫院,實施這樣的費時的後處理,可能性幾乎沒有。

4、總之,前兩個所謂?新技術、新應用?隻是迷惑人的文字遊戲,其實質是突出自己與其他產品的區別,引起用戶的注意。DR的數字影像隻是為平片提供了進行後處理的可能;但數字平片後處理功能的開發,必須建立在一個可行及必要的基礎上。(在現有醫學影像設備上開展新技術都必須與能否最終解決臨床實際問題相結合考慮,嚴格講,在其公開宣傳以前,必須有相關的前瞻性臨床研究的證據支持。用戶必須注意這些技術的含金量。)事實上,在患者到放射科進行影像檢查的整個流程中,DR提供的平片隻是一個初步篩查的工具,提供的影像是組織重疊像,其最重要的功能仍然和傳統平片一樣。如果病變密度與正常組織差別雖然小但仍然尚能在DR片子上用肉眼分辨出來的程度,最終診斷仍然需要進一步進行CT和其他檢查。數字平片目前不能,以後也不能解決臨床上對大多數病變定量、定性、定位的要求。DR的真正使命,是在保證影像質量的前提下通過對平片工作流程的改變得到的革命性的高效率,並不是而且也不可能取代CT或其他診療設備。

三、非直接數字放射攝影(IDR)和直接數字攝影(DDR)之分

1、非直接數字放射攝影(Indirect Digital Radiography,簡稱IDR),是一種矽半導體間接采集 X-粒子技術的數字攝影技術,采用兩步數字轉換過程,X-光粒子先變成可見光然後用光電管探測到轉換為電信號。它是由Gd2O2S:Tb或Csl構成X射線的轉換屏幕,或稱為閃爍體,X射線穿過反射層到達閃爍體後,激發出可見光子;可見光傳遞下麵光電二極管,光電二極管觸發場效應三極管產生輸出信號。這些轉換過程中在物理上有或多或少的能量損失,但對X線吸收效率較高。

2、直接數字放射攝影係統(Direct Digital Radiography,簡稱DDR)是一種所謂直接X-粒子技術的數字攝影技術,X-光粒子在硒塗料層變成電信號被探測和轉換;不產生可見光,而隻是電子的傳導,可避免散射線的產生,理論上沒有光電轉換的能量損失。但由於硒層吸收X線效率較差,成像時間長,實際轉換效能並不好。

3、不論是什麽技術類型的平板都是為了獲得盡可能真實的診斷圖像;就目前可行的生產工藝水平,非晶矽間接數字轉化技術是生產平板的最佳選擇,這也是PHILIPS、SIEMENS、GE等大型醫療設備廠商采用非晶矽平板的原因;尤其是Trixell平板的獨特工藝,使其成像質量遠高於非晶硒板,也高於其他非晶矽板。(Trixell平板CsI閃爍體層由於晶體結構的關係,在信號轉換時也有少許光散射的發生,能量有少許損失,但對最終圖像質量影像不大;其較高的量子檢測效能(DQE)可在較低劑量曝光情況下獲得高質量的圖像;由於成像快,可用於透視及時間減影等領域,大大增加了X線檢查的使用範圍。)

4、放射影像的質量是由許多因素共同作用形成的,僅僅突出在單個轉換過程中能量損失多少是無法保證高質量診療圖像的,還得看實際轉換效率和最終成像質量如何,不能光看某技術的單項理論值。

5、幾乎所有世界級的專家學者都認可非晶矽板在成像質量穩定性上好於非晶硒板。

四、非晶硒平板所謂直接能量轉換而沒有能量損失

1、使用光導材料非晶硒的平板不產生可見光,而隻是電子的傳導,沒有散、折射線產生的能量損失,對提高圖像清晰度有好處。

2、理論上說,非晶硒平板沒有光電轉化過程中的能量損失,但並不代表其轉化效果出色,更不代表其成像質量高;事實上低放射劑量時其成像質量是難以滿足診療需求的;也就是說要想獲得高質量的影像非晶硒板必需很高的放射劑量;其高劑量照射的成像質量才勉強與以Trixell平板為代表的非晶矽板在低劑量時的成像質量相當。這是與降低患者和工作人員輻射傷害的環保要求背道而馳的。

3、以硒作為光電導體可以直接將光信號轉換為電信號,在理論上確實沒有可見光轉換為電子信號這一過程,避免了散射的發生;但是硒層對入射的X線吸收率很低會丟失了很多原始信息;所謂?直接轉換?的過程速度也很慢,不僅影響工作效率而且信息丟失也很嚴重;因此在低劑量條件下圖像質量無法保證,必須用很大的放射劑量才能得到有效診斷圖像。通過分析其工作過程香蕉视频app污破解版得知:所謂?非晶硒是直接轉換沒有能量損失?的說法純屬斷章取義,隻是避免了非晶矽類平板光電轉換這一過程的能量損失,但絕對不是沒有能量損失;相反由於其硒層對X線吸收率低、X光粒子轉為電子的速度慢及最終成像速度慢而導致大量信息丟失,其影像質量比非晶矽平板(尤其是Trixell平板)是有很大差距的,不得已隻能靠增加放射劑量來彌補其信息丟失過多的缺陷。另一個致命的缺點是硒層對於溫度特別敏感,穩定可用性極差,使用條件受到很大限製,而且易壞易損,返修率很高。

4、非晶硒型平板第一個缺陷是需要比其他平板高得多的放射劑量才能得到符合診斷要求的影像質量;第二個缺陷是其硒層對溫度非常敏感,穩定性差,使用條件受到很大限製,而且由於其對溫度的極度敏感導致毀損率奇高。

5、總體看非晶硒平板技術是目前還很不成熟,具體表現為需要放射劑量較高


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