1、数字数字X线摄影系统线摄影系统X线影像系统的三次革命线影像系统的三次革命荧光体荧光体FilmLightX-Ray模拟图像模拟图像TubeX-Ray1896年年 直接荧光成像直接荧光成像 伦琴发现伦琴发现X线激发荧光直接成像线激发荧光直接成像 直接荧光成像效率较低直接荧光成像效率较低1数字数字X线摄影系统线摄影系统X线影像系统的三次革命线影像系统的三次革命1957年年 影像增强器间接成像影像增强器间接成像 影像增强器大大提高图像的亮度影像增强器大大提高图像的亮度 影像增强器增加影像增强器增加X线的利用率线的利用率电子电子影像增强器影像增强器电视摄像管电视摄像管X-Ray模拟图像模拟图像Light
2、TubeX-Ray2数字数字X线摄影系统线摄影系统X线影像系统的三次革命线影像系统的三次革命1999年年 数字平板探测器数字平板探测器 具有极高的具有极高的X线利用率线利用率 减少了引起信号衰减和变形的中间环节减少了引起信号衰减和变形的中间环节 直接产生数字信号直接产生数字信号探测器探测器TubeX-RayX-Ray数字图像数字图像3数字数字X线摄影系统线摄影系统数字平板探测器的应用，减少了影像链中的数字平板探测器的应用，减少了影像链中的中间环节，从而减少了信号的衰减，变形和中间环节，从而减少了信号的衰减，变形和噪声的产生，图像质量大大提高噪声的产生，图像质量大大提高4一、间接一、间接X线数字
3、摄影装置线数字摄影装置(IDR)影像监视器影像接收器数据采集器影像处理器存储器X线机系统控制器IDR系统结构框图系统结构框图5一、间接一、间接X线数字摄影装置线数字摄影装置(IDR)X线线X线线影像增强器影像增强器计算机处理系统计算机处理系统电视摄像管电视摄像管CCD或真空或真空摄像管摄像管电视信号处理电视信号处理 A/D 转换转换(图像板图像板)数字信号数字信号显示显示打印打印球管球管人体人体6一、间接一、间接X线数字摄影装置（线数字摄影装置（IDR） CCD摄像机在提高空间分辨力、改善信噪比摄像机在提高空间分辨力、改善信噪比和减少伪影等方面均有长足的进步，取代了和减少伪影等方面均有长足的进
4、步，取代了真空摄像管真空摄像管 这种系统的主要缺陷：这种系统的主要缺陷：由子由子I.I和摄像管中的光散射和电子散射，和摄像管中的光散射和电子散射， 引入了附加的对比度损失；引入了附加的对比度损失；电视摄像管的动态范围小，不能发现微小电视摄像管的动态范围小，不能发现微小 的组织差异；的组织差异；I. I的视野小，边缘和中心分辨力不一致的视野小，边缘和中心分辨力不一致 7二、直接二、直接X线数字摄影装置线数字摄影装置(DDR)v DDR指采用一维或二维指采用一维或二维X线探测器直接线探测器直接把把X线转换为模拟电信号进行数字化的线转换为模拟电信号进行数字化的方法，不同于先获得模拟图像，再对模方法，
5、不同于先获得模拟图像，再对模拟图像进行数字化的方法。拟图像进行数字化的方法。v 平板型探侧器平板型探侧器 （flat panel detector,FPD）DDR。 8二、直接二、直接X线数字摄影装置线数字摄影装置(DDR)3_1_1_multispac.mpg9二、直接二、直接X线数字摄影装置线数字摄影装置(DDR)3_1_1_multispac.mpg10二、直接二、直接X线数字摄影装置线数字摄影装置(DDR)3_1_1_multispac.mpg11GE CONFIDENTIAL12$0$100$200$300$400$500$60019981999200020012002全球拍片机市场
6、情况全球拍片机市场情况DR的应用前景的应用前景普通拍片普通拍片CRDRUS $ MillionsDR将成为主要的摄片方式将成为主要的摄片方式Digital RAD market Growth01000200030004000500060000102030405YearsUnits0.0200.0400.0600.0800.01000.01200.01400.01600.01800.0$MMarket Unit volumeRev. $MDR市场的发展趋势市场的发展趋势从从 2002 到到 2005，市场将增长五倍，市场将增长五倍工作效率三倍于工作效率三倍于CR或普通摄片或普通摄片DR提高图像质
7、量和工作效率提高图像质量和工作效率136:20 minCR检查检查7:30 min较少的重复较少的重复 病人进病人进 检查室检查室传统胶片检查传统胶片检查1:301:002:30:30:20:308% 重复率重复率工作流程的革命工作流程的革命病人进病人进检查室检查室第一次曝第一次曝光和质控光和质控最后一次最后一次曝光质控曝光质控病人离开病人离开1:30:45:302:45 min最少重复最少重复DR检查检查检查速度提高三倍，降低了废片率检查速度提高三倍，降低了废片率第一次第一次曝光曝光最后一最后一次曝光次曝光洗出第洗出第一次片一次片洗出最洗出最后次片后次片质量质量控制控制病人病人离开离开 病人
8、进病人进 检查室检查室第一次第一次曝光曝光最后一最后一次曝光次曝光取出取出IP板板扫描扫描和处理和处理质量质量控制控制病人病人离开离开1:301:00:20:30:303:4014三、三、DDR使用的探测器使用的探测器3_1_1_multispac.mpg 1气体电离室探测器：气体电离室探测器：由许多由许多单元组成一行的阵列，每个单元单元组成一行的阵列，每个单元构成一个像素，其间充以特定成构成一个像素，其间充以特定成分的分的惰性气体惰性气体，如氙气收集极，如氙气收集极是一组蚀刻在印刷电路板上的金是一组蚀刻在印刷电路板上的金属丝，每个收集极金属丝都与一属丝，每个收集极金属丝都与一个放大器相连。个
9、放大器相连。15三、三、DDR使用的探测器使用的探测器3_1_1_multispac.mpg 非晶态硒型平板探测器：非晶态硒型平板探测器：主主要由要由集电矩阵、硒层、电介层、集电矩阵、硒层、电介层、顶层电极和保护层顶层电极和保护层等构成集电等构成集电矩阵由按阵元方式排列的薄膜晶矩阵由按阵元方式排列的薄膜晶体管（体管（thin-film transistor, TFT)组成，非晶态硒层涂覆在集电矩组成，非晶态硒层涂覆在集电矩阵上，它对阵上，它对X线敏感，并有很高线敏感，并有很高的解像能力。的解像能力。16非晶态硒型平板探测器非晶态硒型平板探测器偏压偏压入射入射X线光子线光子非晶态硒非晶态硒储能电
10、容储能电容场效应管场效应管输出信号输出信号读出控制读出控制+17三、三、DDR使用的探测器使用的探测器3_1_1_multispac.mpg 非晶态硅型非晶态硅型FPD：是一种半是一种半导体探测器。把掺坨的碘化铯导体探测器。把掺坨的碘化铯闪闪烁发光晶体烁发光晶体层覆盖在光电二极管层覆盖在光电二极管矩阵上，每个光电管就是一个像矩阵上，每个光电管就是一个像素，由薄膜非晶态氢化硅制成素，由薄膜非晶态氢化硅制成完全封装的非晶体硅数字平板完全封装的非晶体硅数字平板有效接受面接41cm41 cm18X线光子线光子碘化铯碘化铯 (CsI)碘化铯闪烁体吸收碘化铯闪烁体吸收X线光子线光子并转换成可见光并转换成可
11、见光可见光可见光无定型硅无定型硅(光电二极管光电二极管/晶体管矩阵晶体管矩阵)低噪声的光电二极管矩阵吸收低噪声的光电二极管矩阵吸收可见光并将其转换成电荷可见光并将其转换成电荷. 每每个光电二级管代表一个象素或个光电二级管代表一个象素或者图像单元者图像单元.数字信号数字信号电子电子读出电路读出电路每个象素的电荷由低噪声的电每个象素的电荷由低噪声的电路读出并转换成数字信号送往路读出并转换成数字信号送往图像处理器图像处理器工作原理工作原理非晶体硅数字平板探测器非晶体硅数字平板探测器低噪声优化设计低噪声优化设计19探测器闪烁体探测器闪烁体碘化铯碘化铯(CsI) 针状晶体（针状晶体（ 直径直径510m
12、）X 线光子线光子可见光光子由可见光光子由碘化铯针状晶碘化铯针状晶体引导体引导碘化铯针状晶体导引可见光光子，防止散射碘化铯针状晶体导引可见光光子，防止散射非晶体硅数字平板探测器非晶体硅数字平板探测器20X 线光子线光子碘化铯针状晶碘化铯针状晶体导引的可见体导引的可见光光子光光子反射层反射层510m CsI 针状晶体针状晶体反射层提高反射层提高X光的利用率光的利用率非晶体硅数字平板探测器非晶体硅数字平板探测器探测器反射层探测器反射层21四、四、 DDR与与CR的比较的比较 DDR的的图像清晰度优于图像清晰度优于CR，主要，主要 由像素尺寸决定由像素尺寸决定DDR的噪声源比的噪声源比 CR少。少。
13、没有二次激励过程引人的没有二次激励过程引人的噪声噪声。DDR的拍片的拍片速度速度快于快于CR直接出片直接出片 DDR的的X线线转换效率高转换效率高；而；而CR 利利 用潜影成像，信号随时间而减曝用潜影成像，信号随时间而减曝 光剂量比光剂量比DDR高。高。22四、四、 DDR与与CR的比较的比较 DDR探测器探测器寿命长寿命长，可用，可用10年，年， CR的的IP可用可用l年。年。DDR有升级为有升级为透视透视的能力，但的能力，但 不能应用于常规不能应用于常规X线机，线机，CR不不 能透视，但能与原有的能透视，但能与原有的X线摄影线摄影 设备匹配工作，取消洗片机。设备匹配工作，取消洗片机。 23
14、五、五、 DDR存在的问题存在的问题 大面积大面积TFT在工业生产中存在较在工业生产中存在较大大难度难度，36cm43cm的平面矩的平面矩阵需用阵需用4块块18cm21.5cm的小平的小平面矩阵拼接而成。虽在时间分辨面矩阵拼接而成。虽在时间分辨力上优于力上优于CR，但不能适应快速，但不能适应快速连续摄影的连续摄影的X线造影检查因此，线造影检查因此，提高读出和建像速度是主攻方向提高读出和建像速度是主攻方向之一。之一。 24临床功能的开发应用临床功能的开发应用 DR进入功能化时代进入功能化时代第二代功能第二代功能DR25Tissue Equalization(组织均衡）组织均衡）Dual Ener
15、gy Subtraction (能量减影）能量减影）CAD-Computer Aided Detection (计算机辅助诊断计算机辅助诊断) DR的高级临床应用功能的高级临床应用功能第二代功能第二代功能DR26组织均衡功能标准图像的处理标准图像的处理组织均衡图像的处理组织均衡图像的处理标准图像进行标准图像进行窗宽窗宽/窗位处理窗位处理提高了脊椎和心脏后部组织的显示提高了脊椎和心脏后部组织的显示FDAApproved27Tissue Equalization(组织均衡功能）组织均衡功能使整个视野同样清晰组织均衡功能使整个视野同样清晰Spine, DiaphragmLung, Skin Line
16、Soft Tissue Image BrightnessX-ray DetectedFilm LookDenseBreastSkin LineTypicalBreast MassSpine, DiaphragmLung, Skin LineSoft Tissue Tissue Equalization 更清晰地显示锥体更清晰地显示锥体，尤其，尤其C7T1图像图像 减少颈椎的摄片量减少颈椎的摄片量 增加病员流通量增加病员流通量FDAApproved第二代功能第二代功能DR2829多重分解然后加全处理得到全视野均衡的图像重建重建1.反转滤波反转滤波2.加权加权3.分解分解1.1.滤波滤波2.2.减
17、影减影3.AnA1A2原始图像原始图像处理后的图像处理后的图像Tissue Equalization(Tissue Equalization(组织均衡功能）组织均衡功能）FDAApproved第二代功能第二代功能DR组织分割组织分割优化处理优化处理密度组织密度组织处理处理标准标准DR图像图像组织均衡组织均衡图像图像+Spine, DiaphragmLungSoft Tissue FDAApprovedTissue Equalization(组织均衡功能）第二代功能第二代功能DR30Tissue EqualizationNO Tissue EqualizationTissue Equalizat
18、ion(组织均衡功能）第二代功能第二代功能DR31Tissue Equalization(组织均衡）组织均衡）Dual Energy Subtraction (能量减影）能量减影）CAD-Computer Aided Detection (计算机辅助诊断计算机辅助诊断) DR的高级临床应用功能的高级临床应用功能第二代功能第二代功能DR32一次采集，两次曝光，三幅图像一次采集，两次曝光，三幅图像 “骨肉分离骨肉分离”标准胸片标准胸片软组织软组织骨组织骨组织Dual-Energy Subtraction Dual-Energy Subtraction 双能量减影双能量减影第二代功能第二代功能DR3
19、3Dual-Energy Subtraction 双能量减影在在200ms时间内一次性采集高能和低能时间内一次性采集高能和低能图像图像(减少呼吸伪影减少呼吸伪影)提供提供3 种图像种图像: 标准胸片标准胸片,软组织软组织, 骨组织骨组织软组织图像软组织图像: 去除肋骨，使肺部结节得到去除肋骨，使肺部结节得到更好显现更好显现高密度组织图像高密度组织图像: 鉴别钙化的结节鉴别钙化的结节 (良性良性)肺癌检测的敏感性提高肺癌检测的敏感性提高10肺癌检测的特异性提高肺癌检测的特异性提高20 “骨肉分离骨肉分离”，分别观察骨组织和软组织，分别观察骨组织和软组织FDAApproved第二代功能第二代功能D
20、R34能量减影 病例 1 第二代功能第二代功能DR35能量减影 病例 2 第二代功能第二代功能DR36平板读出时间0.13S，其他数字平板探测器的读出时间至少1.25S,甚至达15秒以上 DR能量减影、断面三维合 成及图像拼接技术的基础 血管机连续采集成像的基础非晶体硅数字平板探测器非晶体硅数字平板探测器能量减影的技术基础能量减影的技术基础短时间短时间(0.2秒秒)内连续曝光，消除减影图像的运动伪影内连续曝光，消除减影图像的运动伪影37Tissue Equalization(组织均衡）组织均衡）Dual Energy Subtraction (能量减影）能量减影）CAD-Computer Ai
21、ded Detection (计算机辅助诊断计算机辅助诊断) DR的高级临床应用功能的高级临床应用功能第二代功能第二代功能DR38Several studies have shown that the observer variability is the main reason for missed cancer in mammography and chest x-ray.CAD addresses this weakness in diagnostic x-ray by marking areas in the x-ray with high probability for a mali
22、gne lesion, thus helping the reviewer to incease her/his detection rate.CAD-计算机辅助诊断第二代功能第二代功能DR3930 seconds for CAD results 5 DR devices supported with no delays5 acquisition devicesDICOM NetworkCAD Processor80MB data transferred in 8 secImage #1Image #2Image #3Image #4Image #55 LAT Images DeletedCA
23、D ProcessingPA/AP queued for processing30 seconds per imageImages queued for transfer to PACS40病例病例10 mm 癌结节癌结节 血管血管CAD提示：提示：第二代功能第二代功能DR41CT证实证实10 mm 癌结节癌结节 第二代功能第二代功能DR42CAD 系统提供更多的有关病变的性质、部位、和范围的信息Courtesy: University of ChicagoCourtesy: University of Chicago肺癌肺癌肺间质病变肺间质病变CAD-计算机辅助诊断第二代功能第二代功能DR4
24、3Tomosynthesis (断面三维合成断面三维合成)Temporal Subtraction(时间减影）时间减影）Image Pasting （图像拼接）图像拼接）Bone Mineral Densitometry(骨密度）骨密度）.GE DR的高级临床应用的高级临床应用第三代多功能第三代多功能DR44Tomosynthesis(断面三维合成)将一系列低剂量的断面图将一系列低剂量的断面图像重建成三维图像像重建成三维图像球管纵向移动球管纵向移动成角成角 5 -15层厚层厚: 1 - 2 cm快速采集图像快速采集图像第三代多功能第三代多功能DR45Tomosynthesis(断面三维合成)临
25、床意义临床意义 分离重叠的组织结构 多层面显示 提高肺癌检出的敏感性和特异性10 提高病人流通量25 代替CT和MR的部分检查 低剂量的三维立体重建显示类似类似CT但低但低X线剂量的断层重建线剂量的断层重建Courtesy of Dr. Dobbins, Duke University and Dr. Webber, Wake Forest University 第三代多功能第三代多功能DR46Tomosynthesis (断面三维合成断面三维合成)Temporal Subtraction(时间减影）时间减影）Image Pasting （图像拼接）图像拼接）Bone Mineral Dens
26、itometry(骨密度检测）骨密度检测）.GE DR的高级临床应用的高级临床应用第三代多功能第三代多功能DR47当前的图像当前的图像过去的图像过去的图像区别区别第三代多功能第三代多功能DRTemporal Subtraction(时间减影)48Images are courtesy of MD Anderson Cancer Center and processed by U-Chicago气胸气胸渗出和结节渗出和结节肺炎肺炎采集采集配准配准减影减影间质性疾病间质性疾病当前的胸部图像当前的胸部图像过去的胸部图像过去的胸部图像_Temporal Subtraction(时间减影)第三代多功能第
27、三代多功能DR49Tomosynthesis (断面三维合成断面三维合成)Temporal Subtraction(时间减影）时间减影）Image Pasting （图像拼接）图像拼接）Bone Mineral Densitometry(骨密度检测）骨密度检测）.GE DR的高级临床应用的高级临床应用第三代多功能第三代多功能DR50Cobb Angle 5临床意义临床意义 精确测量脊柱侧弯精确测量脊柱侧弯 的角度和长度的角度和长度 减少对儿科病人的减少对儿科病人的 X-线辐射线辐射 急诊外科对多发性急诊外科对多发性骨折的快速检查骨折的快速检查Image pasting (图像拼接)方法方法床体
28、自动移行床体自动移行图像自动拼接图像自动拼接51Tomosynthesis (断面三维合成断面三维合成)Temporal Subtraction(时间减影）时间减影）Image Pasting （图像拼接）图像拼接）Bone Mineral Densitometry(骨密度检测）骨密度检测）.GE DR的高级临床应用的高级临床应用第三代多功能第三代多功能DR52Bone Mineral Densitometry,BMD(骨密度测量)BMD report generationAdvancedprocessing and analysisHigh-energy imageLow-energy image 拍片室内进行BMD检查 图像质量远胜于DEXA(目前 BMD的金标准) 骨质分析 骨折危险性评估 形态学测量 病人流通量增加4-5倍 BMD 提高提高DR的投资回报率的投资回报率第三代多功能第三代多功能DR53TemporalSubtractionDual EnergyGE RevolutionXR/dTissue Equalization3D TomosynthesisCobb Angle 5Image Pasting今天今天 明天明天 Blood TestComputer AssistedDiagnosis54
