数字X线摄影系统.ppt

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1、数字X线摄影系统,X线影像系统的三次革命,1896年 直接荧光成像 伦琴发现X线激发荧光直接成像 直接荧光成像效率较低,数字X线摄影系统,X线影像系统的三次革命,1957年 影像增强器间接成像 影像增强器大大提高图像的亮度 影像增强器增加X线的利用率,数字X线摄影系统,X线影像系统的三次革命,1999年 数字平板探测器 具有极高的X线利用率 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,数字X线摄影系统,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，变形和噪声的产生，图像质量大大提高,一、间接X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

2、理器,存 储 器,X线机,系统控制器,IDR系统结构框图,一、间接X线数字摄影装置(IDR),X线,X线,影像增强器,计算机处理系统,电视摄像管CCD或真空摄像管,电视信号处理 A/D 转换 (图像板),数字信号,显示,打印,球管,人体,一、间接X线数字摄影装置（IDR）,CCD摄像机在提高空间分辨力、改善信噪比和减少伪影等方面均有长足的进步，取代了真空摄像管 这种系统的主要缺陷： 由子I.I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； 电视摄像管的动态范围小，不能发现微小 的组织差异； I. I的视野小，边缘和中心分辨力不一致,二、直接X线数字摄影装置(DDR),DDR指采用一维

3、或二维X线探测器直接把X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，再对模拟图像进行数字化的方法。 平板型探侧器 （flat panel detector,FPD）DDR。,二、直接X线数字摄影装置(DDR),二、直接X线数字摄影装置(DDR),二、直接X线数字摄影装置(DDR),GE CONFIDENTIAL,12,$0,$100,$200,$300,$400,$500,$600,1998,1999,2000,2001,2002,全球拍片机市场情况,DR的应用前景,普通拍片 CR DR,US $ Millions,DR将成为主要的摄片方式,DR市场的发展趋势,从 2002 到

4、2005，市场将增长五倍,工作效率三倍于CR或普通摄片,DR提高图像质量和工作效率,6:20 min,CR检查,7:30 min,较少的重复,病人进 检查室,传统胶片检查,1:30,1:00,2:30,:30,:20,:30,8% 重复率,工作流程的革命,检查速度提高三倍，降低了废片率,第一次 曝光,最后一 次曝光,洗出第 一次片,洗出最 后次片,质量 控制,病人 离开,病人进 检查室,第一次 曝光,最后一 次曝光,取出 IP板,扫描 和处理,质量 控制,病人 离开,1:30,1:00,:20,:30,:30,3:40,三、DDR使用的探测器,1气体电离室探测器：由许多单元组成一行的阵列，每个

5、单元构成一个像素，其间充以特定成分的惰性气体，如氙气收集极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个放大器相连。,三、DDR使用的探测器,非晶态硒型平板探测器：主要由集电矩阵、硒层、电介层、顶层电极和保护层等构成集电矩阵由按阵元方式排列的薄膜晶体管（thin-film transistor, TFT)组成，非晶态硒层涂覆在集电矩阵上，它对X线敏感，并有很高的解像能力。,非晶态硒型平板探测器,偏压,入射X线光子,非晶态硒,储能电容,场效应管,输出信号,读出控制,+,+,+,+,三、DDR使用的探测器,非晶态硅型FPD：是一种半导体探测器。把掺坨的碘化铯闪烁发光晶体层覆盖在光电二极

6、管矩阵上，每个光电管就是一个像素，由薄膜非晶态氢化硅制成,完全封装的非晶体硅数字平板,有效接受面接41cm41 cm,碘化铯闪烁体吸收X线光子并转换成可见光,低噪声的光电二极管矩阵吸收可见光并将其转换成电荷. 每个光电二级管代表一个象素或者图像单元.,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图像处理器,工作原理,非晶体硅数字平板探测器,低噪声优化设计,探测器闪烁体,碘化铯(CsI) 针状晶体（ 直径510m ）,X 线光子,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,碘化铯针状晶体导引的可见光光子,510m CsI 针状晶体,反射层提高X光的利用率,非晶体硅数字

7、平板探测器,探测器反射层,四、 DDR与CR的比较, DDR的图像清晰度优于CR，主要 由像素尺寸决定DDR的噪声源比 CR少。 没有二次激励过程引人的噪声。 DDR的拍片速度快于CR直接出片 DDR的X线转换效率高；而CR 利 用潜影成像，信号随时间而减曝 光剂量比DDR高。,四、 DDR与CR的比较,DDR探测器寿命长，可用10年， CR的IP可用l年。 DDR有升级为透视的能力，但 不能应用于常规X线机，CR不 能透视，但能与原有的X线摄影 设备匹配工作，取消洗片机。,五、 DDR存在的问题,大面积TFT在工业生产中存在较大难度，36cm43cm的平面矩阵需用4块18cm21.5cm的小

8、平面矩阵拼接而成。虽在时间分辨力上优于CR，但不能适应快速连续摄影的X线造影检查因此，提高读出和建像速度是主攻方向之一。,临床功能的开发应用 DR进入功能化时代,第二代功能DR,Tissue Equalization(组织均衡） Dual Energy Subtraction (能量减影） CAD-Computer Aided Detection (计算机辅助诊断),DR的高级临床应用功能,第二代功能DR,组织均衡功能,提高了脊椎和心脏后部组织的显示,FDA Approved,Tissue Equalization(组织均衡功能）,组织均衡功能使整个视野同样清晰,Tissue Equaliza

9、tion,更清晰地显示锥体，尤其C7T1图像 减少颈椎的摄片量 增加病员流通量,FDA Approved,第二代功能DR,29,多重分解然后加全处理得到全视野均衡的图像,重建 反转滤波 加权 ,分解 滤波 减影 ,.,原始图像,处理后的图像,Tissue Equalization(组织均衡功能）,FDA Approved,第二代功能DR,组织分割,优化处理,标准DR图像,组织均衡图像,FDA Approved,Tissue Equalization(组织均衡功能）,第二代功能DR,Tissue Equalization,NO Tissue Equalization,Tissue Equaliz

10、ation(组织均衡功能）,第二代功能DR,Tissue Equalization(组织均衡） Dual Energy Subtraction (能量减影） CAD-Computer Aided Detection (计算机辅助诊断),DR的高级临床应用功能,第二代功能DR,一次采集，两次曝光，三幅图像 “骨肉分离”,标准胸片,软组织,骨组织,Dual-Energy Subtraction 双能量减影,第二代功能DR,Dual-Energy Subtraction 双能量减影,在200ms时间内一次性采集高能和低能图像(减少呼吸伪影) 提供3 种图像: 标准胸片,软组织, 骨组织 软组织图像:

11、 去除肋骨，使肺部结节得到更好显现 高密度组织图像: 鉴别钙化的结节 (良性) 肺癌检测的敏感性提高10 肺癌检测的特异性提高20,“骨肉分离”，分别观察骨组织和软组织,FDA Approved,第二代功能DR,能量减影 病例 1,第二代功能DR,能量减影 病例 2,第二代功能DR,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,能量减影的技术基础,短时间(0.2秒)内连续曝光，消除减影图像的运动伪影,Tissue Equalization(组织均衡） Du

12、al Energy Subtraction (能量减影） CAD-Computer Aided Detection (计算机辅助诊断),DR的高级临床应用功能,第二代功能DR,Several 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 hig

13、h probability for a maligne lesion, thus helping the reviewer to incease her/his detection rate.,CAD-计算机辅助诊断,第二代功能DR,30 seconds for CAD results 5 DR devices supported with no delays,5 acquisition devices,DICOM Network,CAD Processor,80MB data transferred in 8 sec,5 LAT Images Deleted,CAD Processing,P

14、A/AP queued for processing,30 seconds per image,Images queued for transfer to PACS,病例,10 mm 癌结节,血管,CAD提示：,第二代功能DR,CT证实,10 mm 癌结节,第二代功能DR,CAD 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 Chicago,Courtesy: University of Chicago,肺癌,肺间质病变,CAD-计算机辅助诊断,第二代功能DR,Tomosynthesis (断面三维合成) Temporal Subtracti

15、on(时间减影） Image Pasting （图像拼接） Bone Mineral Densitometry(骨密度）.,GE DR的高级临床应用,第三代多功能DR,Tomosynthesis(断面三维合成),将一系列低剂量的断面图像重建成三维图像 球管纵向移动 成角 5 -15 层厚: 1 - 2 cm 快速采集图像,第三代多功能DR,Tomosynthesis(断面三维合成),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CT但低X线剂量的断层重建,Courtesy of Dr. D

16、obbins, Duke University and Dr. Webber, Wake Forest University,第三代多功能DR,Tomosynthesis (断面三维合成) Temporal Subtraction(时间减影） Image Pasting （图像拼接） Bone Mineral Densitometry(骨密度检测）.,GE DR的高级临床应用,第三代多功能DR,当前的图像,过去的图像,区别,第三代多功能DR,Temporal Subtraction(时间减影),Images are courtesy of MD Anderson Cancer Center a

17、nd processed by U-Chicago,气胸,渗出和结节,肺炎,采集,配准,减影,间质性疾病,当前的胸部图像,过去的胸部图像,_,Temporal Subtraction(时间减影),第三代多功能DR,Tomosynthesis (断面三维合成) Temporal Subtraction(时间减影） Image Pasting （图像拼接） Bone Mineral Densitometry(骨密度检测）.,GE DR的高级临床应用,第三代多功能DR,临床意义 精确测量脊柱侧弯 的角度和长度 减少对儿科病人的 X-线辐射 急诊外科对多发性骨折的快速检查,Image pasting

18、(图像拼接),方法 床体自动移行 图像自动拼接,Tomosynthesis (断面三维合成) Temporal Subtraction(时间减影） Image Pasting （图像拼接） Bone Mineral Densitometry(骨密度检测）.,GE DR的高级临床应用,第三代多功能DR,Bone Mineral Densitometry,BMD(骨密度测量),BMD report generation,Advanced processing and analysis,High-energy image,Low-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DR的投资回报率,第三代多功能DR,TemporalSubtraction,Dual Energy,GE RevolutionXR/d,Tissue Equalization,今天 ,明天 ,Blood Test,Computer AssistedDiagnosis,