X线机数字化及PACS网络等基础知识探讨.ppt
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1、CRCR、DRDR、影增、影增、影增、影增TVTV以及图像工作站以及图像工作站以及图像工作站以及图像工作站赵贵生南京威达天宇医疗器械有限公司南京威达天宇医疗器械有限公司 研发部研发部基础知识的探讨与分析基础知识的探讨与分析研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题自我介绍自我介绍 赵贵生赵贵生 研发工程师研发工程师/技术主管技术主管 毕业于河北医科大学。一直专注于医用X射线机及相关产品的理论研究与产品研发。目前主要负责市场新技术调研及产品控保系统的研发设计:主控程序的开发、触摸屏程序的开发、主控电路板的设计与制作、新机型的调试与测评等。交流交流QQ:849516784(机器人(机器人X线
2、机)机)交流邮箱交流邮箱 2研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题主要内容主要内容X线设备发展史1CR2DR3影像增强器TV系统4院行局域网络及图像工作站53研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题1.1 医学影像设备分类医学影像设备分类影像设备分类影像设备分类核医学核医学超声超声MRI其他如光学窥镜等其他如光学窥镜等X线设备线设备常规X线设备数字X线设备 CT CR DR1234研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题 X线设备发展史v 1895年11月8日,德国物理学家伦琴(Withelm Conrad Roentgen,18451923)发现X线。v 1896年
3、,德国西门子公司研制出世界上第一只X线管。(下图为1896年伦琴首次拍摄到他妻子手的X线照片,其无名指上戴着一枚戒指。)第一张第一张X光照片光照片5研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题 X线设备发展史1913年年1929年年60年代年代2003年年由早期的充气管到真空管的发展,提高了X线量的可控性从固定阳极发展到旋转阳极,提高了X线管的输出功率和图像质量高速旋转阳极和复合材料阳极靶面的开发应用,进一步提高了X线管的输出功率和连续使用能力整管旋转、阳极盘直接油冷却、电子束定位方式,使X线管连续使用能力提高到一个更高水平X线机的发展:线机的发展:1、X线管(X-ray tube)经历了
4、四次重大发展:6研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题 2、X线机的高压部分:早期使用感应线圈供电,裸高压线、裸X线管方式。1910年发展为工频升压真空管高压整流方式。1928年制成高压电缆,X线机发展到防电击、防辐射方式。上世纪六七十年代,自动控制、程序控制技术应用到X线机,大型X线机变得十分复杂、庞大,但总体上仍属于电工元器件产品。1982年,采用逆变方式的X线高压发生装置实用化,逆变频率不断提高,加之计算机技术的应用计算机技术的应用,X线高压发生系统进入完全电子产品时代,系统又经历了由繁到简、脱胎换骨的进化。X线设备发展史7研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题 19
5、51年出现了影像增强器(image intensifier,),使电视技术引入了X线领域X线电视系统(X-ray television,X-TV)。1961年隔室操作多功能检查床出现,20世纪70年代后得到广泛应用,胃肠透视检查进入遥控时代。20世纪60年代到20世纪90年代动态器官检查的影像记录手段是心血管专用机的主要记录方式。21世纪初,平板探测器(flat panel detector,FPD)广泛应用于采集动态和静态图像。X线设备发展史8研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题3,数字化:u CR利用成像板(image plate,IP)采集X线摄影信息(1982年),经计算机
6、处理后获得图像。u DR利用平板探测器采集信息(1997年),经计算机处后获得图像。u DSA诞生于1980年。数字化的DSA可使医生实时观察、记录心血管造影结果,不必等待快速换片机的照片冲洗,更不必等待复杂的电影胶片冲洗过程。这对心血管造影是十分可贵的。FPD的应用使心血管专用X线机得到了进一步简化和提升。v 数字存储媒介的发展为数字影像的存储提供了方便。软盘、硬盘、磁光盘、光盘都在影像设备中得到了广泛应用。v PACS是为医学图像存储、传输开发的专用系统。v 数字图像还可通过局域网、广域网传向外院、外地。X线设备发展史9研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题10研发部技术探讨与分
7、析专题研发部技术探讨与分析专题2.1 普通普通X射线设备射线设备一般摄片过程一般摄片过程一般摄片过程一般摄片过程X线控制操作台线控制操作台X线高压发生装置线高压发生装置病病床床暗盒暗盒X光胶片光胶片11研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题2.1 普通普通X射线设备射线设备荧光屏透视荧光屏透视荧光屏透视荧光屏透视12研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题2.2 为什么要数字化?为什么要数字化?在论及数字化问题之前,首先我们要问为什么我们需要考虑数字化在论及数字化问题之前,首先我们要问为什么我们需要考虑数字化X线影像线影像系统。系统。答案很简单:数字化影像及数据能提高诊断及工
8、作效率。答案很简单:数字化影像及数据能提高诊断及工作效率。u减少过度或过小曝光而导致的重拍及废片减少过度或过小曝光而导致的重拍及废片u影像处理可改善影像质量影像处理可改善影像质量u协助放射诊断医生作出精确的诊断协助放射诊断医生作出精确的诊断u提供准确的图像拷贝供其它医疗诊断者使用提供准确的图像拷贝供其它医疗诊断者使用胶片库数字化存储机房 集中的数字化阅片室 分散的普通阅片室 多媒体教学演示普通教学演示 数字化影像传送,显示及存储必是大势所趋。那些追求高效率、悉心数字化影像传送,显示及存储必是大势所趋。那些追求高效率、悉心关怀病人和节省长期费用而选择了关怀病人和节省长期费用而选择了PACS系统的
9、医疗机构,屏幕胶片系统系统的医疗机构,屏幕胶片系统很快将被替换。很快将被替换。13研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题图像数字化方式之一:图像数字化方式之一:胶片扫描系统胶片扫描系统扫描仪计算机X线胶片2.3.1 如何实现图像数字化如何实现图像数字化14研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题图像数字化方式之二:图像数字化方式之二:影像增强器影像增强器+CCD+图像板图像板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
10、人体人体2.3.2 如何实现图像数字化如何实现图像数字化15研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题图像数字化方式之三:图像数字化方式之三:计算机摄影计算机摄影(CR,Computed Radiography)2.3.3 如何实现图像数字化如何实现图像数字化16研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题图像数字化方式之四:图像数字化方式之四:直接数字化摄影直接数字化摄影(DR,Digital Radiography)2.3.4 如何实现图像数字化如何实现图像数字化17研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题2.4 CR登记登记摄片摄片书写书写/审核报告审核报告洗片洗片配片
11、配片胶片储存归档胶片储存归档CR扫描扫描影像处理影像处理及及储存归档储存归档激光相机打印激光相机打印胶片胶片书写书写/审核报告审核报告放射放射摄影摄影传统传统流程流程CR摄影流程摄影流程18研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题一一 CRCR系统的基本结构和工作原理系统的基本结构和工作原理 1.1.CR组成示意图如下:组成示意图如下:读出图像处理CRT显示数据存储PACS系统胶片打印其他终端X线管IP 2.4 CR19研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题成像板IP的结构示意保护层荧光(成像)层支持层背衬层标记编码柄2.4 CR可记录、并可由激光读出X线影像信息的成像板(I
12、maging Plate IP)。20研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题3.成像板的读出模式IP激光光电倍增管放大器模数转换器计算机系统2.4 CR21研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题1,影像板从,影像板从 X 光机上获得潜影光机上获得潜影2,CR系统中由激光扫描存储磷光屏的潜影信息,存储在磷光屏上的能量被释放,发出可见光系统中由激光扫描存储磷光屏的潜影信息,存储在磷光屏上的能量被释放,发出可见光3,发出的可见光被收集并转换成电信号,发出的可见光被收集并转换成电信号4,电信号经,电信号经 A/D 转换,获得初始影像转换,获得初始影像5,磷光屏经强光擦除后可重复使用
13、,磷光屏经强光擦除后可重复使用22研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题 2.4 CR23研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题2.4 CR24研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题25研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题二、CRCR系统的优点及其应用价值系统的优点及其应用价值 1 1.X X线剂量:线剂量:可降低可降低X X线剂量线剂量 胸部投照:常规胸部投照:常规X X线摄影的线摄影的1/201/71/201/7 胃肠道造影:为常规胃肠道造影:为常规X X线摄影的线摄影的1/201/20 泌尿与盆腔:为泌尿与盆腔:为1/81/21/81/2 2 2
14、.可与原有的可与原有的X X线摄影设备匹配工作线摄影设备匹配工作 充分利用医院原有充分利用医院原有X X光机光机,避免资源浪费。避免资源浪费。3 3.具有多种图像后处理功能具有多种图像后处理功能 如测量(大小、面积、密度)、局部放大、对比度转换、对如测量(大小、面积、密度)、局部放大、对比度转换、对比度反转、影像边缘增强技术、多幅显示及减影等。提高影像质比度反转、影像边缘增强技术、多幅显示及减影等。提高影像质量,避免重照量,避免重照 4 4.可数字化存储可数字化存储 实现医院医学影像的数字化基础便于并入网络系统,进行图实现医院医学影像的数字化基础便于并入网络系统,进行图像存储与传输;省去胶片费
15、用及存储胶片空间。像存储与传输;省去胶片费用及存储胶片空间。2.4 CR26研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题三三、CRCR系统当前的不足及缺点系统当前的不足及缺点1 1、时间分辨力较差,不能满足动态器官和结构的显示时间分辨力较差,不能满足动态器官和结构的显示2 2、空间分辨力还稍嫌不足空间分辨力还稍嫌不足v 类似于胶片扫描仪类似于胶片扫描仪v 只能单次摄片,缺乏高级应用软件只能单次摄片,缺乏高级应用软件v 流程长,速度慢流程长,速度慢v 劳动强度高劳动强度高v 辐射剂量大辐射剂量大v IP板为消耗品板为消耗品v 科技含量低,成本较低科技含量低,成本较低2.4 CR 无论是成像方
16、式上,还是工作流程上,无论是成像方式上,还是工作流程上,CR与常规与常规X-ray系统相比系统相比均没有根本性的改变。均没有根本性的改变。CR仅仅是常规仅仅是常规X-ray的数字化,而不是数字的数字化,而不是数字化的化的X-ray。27研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题3.0 DR28研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题3.0 DR DR(digital radiography,DR)的研制及投入商业性运行,已在上个世纪90年代后期取得了成功。并根据数字化图象处理的特点,设计出了多种类型的用于X线 摄影的平板探测器 (flat panel detector FPT)。
17、医用的X线摄影平板探测器及数字化图象处理技术的出现,并与CR技术的共同存在,是普通X线摄影技术的一次革命。根据DR技术的中的采集介质的不同,可分为:1、直接数字化X线成象技术 DDR (非晶硒)2、间接 IDR (非晶硅+闪烁体)3、CCD式数字化X线成象技术 4、多丝正比室(电离室)数字化X线成象技术(multi-wire proportional chamber,MWPC)29研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题DR系统最重要的部件是平板探测器。直接系统最重要的部件是平板探测器。直接数字化数字化X线成象技术是应用了线成象技术是应用了非晶硒的光电非晶硒的光电导性导性,将,将X线能
18、量直接转化成电信号,应用线能量直接转化成电信号,应用数字化图象处理技术,形成数字化图象。数字化图象处理技术,形成数字化图象。一、直接转换技术一、直接转换技术3.1.1 DR采用采用a-Se和和TFT技术将入射技术将入射X射线射线 直接转换为电信号直接转换为电信号高转换效率高转换效率DQE宽动态范围宽动态范围高空间分辩率高空间分辩率消除散射效应,较好的消除散射效应,较好的MTF 特性特性原原 理理30研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题二、间接转换技术二、间接转换技术采用闪烁体和采用闪烁体和TFT技术技术入射入射X射线激发可见光射线激发可见光由光电晶体管转换为电信号由光电晶体管转换为
19、电信号宽动态范围宽动态范围高空间分辩率(最高高空间分辩率(最高100um)3.1.2 DR非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器是一种以非晶硅光电二极管阵列为核心的X线影像探测器。它利用碘化铯(CsI)的特性,将入射后的X线光子转换成可见光,再由具有光电二极管作用的非晶硅阵列变为电信号,通过外围电路检出及AD转换,从而获得数字化图像。由于经历了由于经历了X线一可见光线一可见光电荷图像一数字图像的成像过程,通常电荷图像一数字图像的成像过程,通常被称做间接转换型平板探测器。被称做间接转换型平板探测器。原原 理理31研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题3.1.2 DR32研发部技术探讨与分析专
20、题研发部技术探讨与分析专题平板数字探测器平板数字探测器(FPD,FlatPannelDetector)材料种类材料种类:非晶硒探测器非晶硅探测器CCD探测器CMOS探测器Thin Film Transistor array薄膜晶体管阵列 3.3 DR33研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题3.4 DRCCD探测器探测器DR成像示意图成像示意图 CCD DR不象平板DR那样直接成像,有人称之为假DR,其图像在变成数字化信号前要经过闪烁屏、透镜、菱镜、CCD、A/D转化等多级传输和处理,所以信号不可避免存在着衰减大、干扰大等等问题。34研发部技术探讨与分析专题研发部技术探讨与分析专题3
21、.5 DR目前的目前的DR技术:技术:依据探测器的构成材料和工作原理,DR主要分为三大技术:CCD、一线扫描、非晶体平板(非晶硒、非晶硅+碘化铯/非晶硅+氧化钆)。、CCD:由于物理局限性,专家们普遍认为大面积平板采像 CCD 技术不胜任,而且CCD设备在图像质量上较非晶硅/硒平板设备有一定差距,但是相对有价格优势;世界上还有几个厂家用此技术如瑞士Swissray公司。、一线扫描:也称一维线扫描技术,由俄罗斯科学院核物理研究所发明,也就是国内中兴航天在生产的DR;有受照剂量低、设备造价相对平板技术更低廉的优点,但也存在成像时间长(数秒,采集一行需要10ms,拍摄一幅图像在6S以内)、空间分辨率
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