第六章 计算机X线成像和图像存档与传输系统

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第一节 计算机X线成像

传统的X线成像是经X线摄照,将影像信息记录在胶片上,在显定影处理后,影像才能于照片上显示。计算机X线成像(computed radiography,CR)则不同,是将X线摄照的影像信息记录在影像板(image plate,IP)上,经读取装置读取,由计算机计算出一个数字化图像,复经数字/模拟转换器转换,于荧屏上显示出灰阶图像。CR与DSA中所述的DR同属数字化成像。

一、CR的成像原理与设备

CR的成像要经过影像信息的记录、读取、处理和显示等步骤。其基本结构见图1-6-1。

影像信息的记录:用一种含有微量素铕(Eu2+)的钡氟溴化合物结晶(BaFX:Eu2+,X=CI.Br.I)制成的IP代替X线胶片,接受透过人体的X线,使IP感光,形成潜影。X线影像信息由IP记录。IP可重复使用达千次。

影像信息的读取:IP上的潜影用激光扫描系统(图1-6-2)读取,并转换成数字信号。激光束对匀速移动的IP整体进行精确而均匀的扫描。在IP上由激光激发出的辉尽性荧光,由自动跟踪的集光器收集,复经光电转换器转换成电信号,放大后,由模拟/数字转换器转换成数字化影像信息。由IP扫描完了后,则可得到一个数字化图像。

影像信息的处理:影像的数字化信号经图像处理系统处理,可以在一定范围内任意改变图像的特性。这是CR优于X线照片之处,X线照片上的影像特性是不能改变的。图像处理主要功能有:灰阶处理、窗位处理、数字减影血管造影处理和X线吸收率减影处理等。

灰阶处理:通过图像处理系统的调整,可使数字信号转换为黑白影像对比,在人眼能辨别的范围内进行选择,以达到最佳的视觉效果。这有利于观察不同的组织结构。例如胸部可得到两张分别显示肺和纵隔最佳图像。

窗位处理:以某一数字信号为0,即中心,使一定灰阶范围内的组织结构,以其对X线吸收率的差别,得到最佳的显示,同时可对这些数字信号进行增强处理。窗位处理可提高影像对比,有利于显示组织结构,如骨小梁的显示。

CR装置示意图

图1-6-1 CR装置示意图

影像读取装置示意图

图1-6-2 影像读取装置示意图

数字减影血管造影处理:选择血管造影一系列CR图像中的一帧为负片(蒙片)行数字减影处理,可得到DSA图像。

X线吸收率减影处理:用两个不同的X线摄影条件摄影,选择其中任何一帧作为负片进行减影,则可消除某些组织。例如对胸部行减影处理可消除肋骨影像,以利于观察肺野。

影像的显示与存储:数字化图像经数字/模拟转换器转换,于荧屏上显示出人眼可见的灰阶图像。荧屏上的图像可供观察分析,还可用多帧光学照相机摄于胶片上,用激光照相机可把影像的数字化信号直接记录在胶片上,可提高图像质量。激光照相机同自动洗片机联成一体,可减少操作程序。

CR的数字化图像信息还可用磁带、磁盘和光盘作长期保存。

二、CR的临床应用

CR的图像质量与所含的影像信息量可与传统的X线成像相媲美。图像处理系统可调节对比。故能达到最佳的视觉效果;摄照条件的宽容范围较大;患者接受的X线量减少。图像信息可由磁盘或光盘储存,并进行传输,这些都是CR的优点。

CR图像与传统X线图像都是所摄部位总体的重迭影像,因此,传统X线能摄照的部位也都可以用CR成像,而且对CR图像的观察与分析也与传统X线相同。所不同的是CR图像是由一定数目的象素所组成。

CR对骨结构、关结软骨及软组织的显示优于传统的X线成像,还可行矿物盐含量的定量分析。CR易于显示纵隔结构如血管和气管。对结节性病变的检出率高于传统的X线成像,但显示肺间质与肺泡病变则不及传统的X线图像。CR在观察肠管积气、气腹和结石等含钙病变优于传统X线图像。

用CR行体层成像优于X线体层摄影。胃肠双对比造影在显示胃小区、微小病变和肠粘膜皱襞上,CR优于传统的X线造影。

CR是一种新的成像技术,在不少方面优于传统的X线成像,但从效益-价格比,尚难于替换传统的X线成像。在临床应用上,CR不像CT与MRI那样不可代替。

第二节 图像存档和传输系统

图像存档和传输系统(picturearchiving communicating system, RACS)是存放和传输图像的设备,不是成像装置。当前,X线图像、CT与MRI大多是以照片形式于放射科档案室存档。需要时,要从档案室借调,占用很多人力,借调中,照片丢失或错拿时有发生,而且效率低。由于影像诊断技术应用越来越普及,图像数量大增。照片存档与借调工作大且不便。因此,人们提出了用另一种方式存放与传输图像,以使图像高效率使用并能安全保存。由于计算机、存档装置和通信技术的发展,使这一设想成为可能。

一、PACS的基本原理与结构

PACS是以计算机为中心,由图像信息的获取、传输与存档和处理等部分(图1-6-3与图1-6-4)组成。

(一)图像信息的获取 CT、MRI、DSA、CR及ECT等数字化图像信息可直接输入PACS,而众多的X线图像需经信号转换器转换成数字化图像信息才能输入。可由摄像管读取系统、电耦合器读取系统或激光读取系统完成信号转换。所者速度快,精度高,但价格贵。

(二)图像信息的传输 在PACS中,传输系统对数字化图像信息的输入,检索和处理起着桥梁作用。方法有:①公用电话线,将影像信息以电信号形式通过公用电话线联网完成信息传输;②光导通信,将影像信息以光信号形式通过光导纤维完成信息传输;③微波通信,将影像信息以微波形式进行传输,有如电视台发射电波,由电视机接收再现图像。后者速度快,但成本高。

PACS结构示意图

图1-6-3 PACS结构示意图

小型PACS系统示意图

图1-6-4 小型PACS系统示意图

(三)图像信息的储存与压缩 图像信息的储存可用磁带、磁盘、光盘和各种记忆卡片等。图像信息的压缩储存非常必要。因为,一张X线照片的信息量很大,相当于1500多页400字稿纸写满汉字的信息量,而一个30.48cm光盘也只能存储2000张X线照片的信息。压缩方法多用间值与哈佛曼符号压缩法,影像信息压缩1/5~1/10,仍可保持原有图像质量。

(四)图像信息的处理 图像信息的处理由计算机中心完成。计算机的容量、处理速度和可接终端的数目决定着PACS的大小和整体功能。软件则关系到检索能力、编辑和图像再处理的功能。

检索:在输入图像信息时要同时准确输入病历号和姓名等,便于检索时使用。

编辑:删去无意义的图像,以避免不必要的存储,并把文字说明与相应的图像信息一并存入。

再处理:在终端进行。包括图像编组,对兴趣区作图像放大,窗位与窗宽的调节以及用激光相机把荧屏上的图像照在胶片上。

二、PACS的临床应用

PACS已经在荷兰、美国和日本等少数国家应用。根据联网范围分为微型、小型、中型和大型PACS。微型只用于放射科内。小型用于医院内各科,中型则用于一个城市各医院之间。

PACS使医生在远离放射的地方及时看到图像,可提高工作效率与诊断水平;避免照片的借调手续和照片的丢失与错放;减少照片的管理与存放空间;减少胶片的使用量。可在不同地方同时看到不同时期和不同成像手段的多个图像,便于对照、比较。在终端进行图像再处理,使图像更便于观察。

中型PACS使患者只要有一张磁卡,就可在市内,乃至国内参加PACS的医院看到以前不同医院的各种图像,避免重复检查,有利于诊断和会诊。

但是,PACS不能存储大量的图像,由于荧屏数目的限制,也难满足同时观察十几张乃至几十张的图像,而且在荧屏上观察图像还需一个适应过程。

PACS投资甚高,使实际应用受到限制。

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