[汇编]X光防护

[汇编]X光防护 [放射影像与防护设备] 〔文章编号〕1672,8270(2004)01,21,03 常规X线设备的技术进展 中国国际医用仪器设备展览会巡视 潘屏南 (中国医学装备协会，北京 100083) 摘 要 影像技术的每一次进步，都与其相关设备的更新换代紧密相连，只要谈到医学影像技术的新发展，就必然涉及到相关设备的推陈出新。常规X线设备近期技术发展主要体现在主机系统的高频化、控制系统的智能化以及图像系统的数字化。实现图像数字化主要有成像板技术(IP)、平板检测技术(FPD)、CCD或CMOS技术及线扫描技术等。数字化新技术在X线摄影方面，CR在朝体积更小、速度更快、功能更多、操作更方便发展。DR在降低辐射计量、提高成像速度和分辨率及进一步拓展软件功能方面迅速发展。 关键词 常规X线设备;CR;DR;CAD;X线影像数字化 〔中图分类号〕TH774 〔文献标识码〕A 由中华人民共和国卫生部主办的《中国国际医用仪器设备展览会》至今已举办了十三届，从第十届开始，中华医学会、中国医学装备协会等在展会期间同时举办医学及医学装备论坛，进行多学科、多方面的广泛学术交流。为指导全国医疗卫生部门医疗仪器设备采购，近两年卫生部又组织参展展品分门类的专家评估活动。学术与展会互动在我国可谓新发展。回顾医学影像技术的发展历程，我们不断发现这样一个事实，即医学影像技术的每一次进步，都与其相关设备的更新换代紧密相连。只要谈到医学影像技术的新发展，就必然涉及到相关设备的推陈出新。X线设备的发展是和放射医学的发展，当代科技的发展紧密相连的。新的医学科研课及放射医学临床工作中的问题，经常向X线设备工程提出新的要求，从而促进X线技术向前发展，产品的品种和生产规模也日益扩大。目前除少数临床科室共同使用通用型X线机外，大多数都拥有自己专科X线机以满足不同临床需要，如胸科X线机、神经外科X线机、消化道造影X线机、心血管造影X线机、全身血管造影X线机、骨科X线机、妇科X线机、乳腺X线机、泌尿科X线机、移动床旁X线机、齿科X线机、五官科X线机、双能骨密度测定X线机、介入放射学X线机等等。这些不同应用目的门类的X线机，既有共同之处，也有很大诧异。 诊断用X线机有如下几个部件构成: (1)X线发生装置:X线管、高压发生器、参量控制台。 (2)X线影像载体:影像增强器(I(I)、图像板(I(P)、平板检测器(FPD)、荧光屏、胶片增感屏组合体。 (3)X线影像设备:X线电视系统、数字图像存储、数字透视(DF)、数字摄像(DR)、计算机摄像(CR)、数字减影(DSA)、智能图像处理机、图像存储与传输系统(PACS)。 (4)专用机械装置:导管床、C形臂、U形臂、Ω形臂、消化道诊断床、遥控床、摇篮遥控床、断层床、多轨迹断层床、神经外科旋转床、泌尿科床、妇科床、儿童专用床、立式摄影架，立柱、导轨，伸缩吊架、弹簧吊架。 (5)专用部件和外围设备:滤线栅、滤线器，遮光器、准直器、滤波补偿器，防护装置、间接摄影小片机、电影机、变速放映机，观片灯、放大投影观片灯、照片立体成像观片灯、洗片机、自动洗片机，多幅照相机、激光打印机、磁带录像机、快速换片机、高压注射器。 近期X线设备与相关的技术进展可归结为以下三个方面: 1(主机系统的高频化 目前国外品牌及部分国内品牌的常规X线机，其中主机电路均已采用高频化设计，其核心技术是利用直流逆变电路将X线高压发生器的工作电源由工频(50-60Hz)提高到中频(400-20KHz)或高频(>20KHz)，采用这种技术的X线机，称之为中频或高频X线机，它与传统的工频X线机相比具有许多优点:(1)X线输出剂量大、质量好;(2)透视及摄影参量可实现闭环调整，准确性和重复性提高;(3)高压发生器的重量和体积明显减小;(4)可使用直流电源供压;(5)有利于计算机技术的应用;(6)X线有效利用率提高，大大减少病人无用软线照射;(7)缩短曝光时间;(8)是实现低剂量数字化X线机必备条件。 2(控制系统的智能化 在常规X线机控制电路中广泛采用智能化设计，即利用计算机技术对X线机的运动实施管理，是当今机电一体化设计的主流方向，是传统X线机控制模式的重大发展。这种设备工作状态稳定，操作简便，可存储X线机重要技术数据和人体各部位的摄影条件，必要时可以方便的修改与调整，同时计算机还可以实时监测设备的工作状态，并设有故障显示代码等单元，患者在X线透视检查时，还可不必持续接受X线，X线以脉冲方式间隔照射，影像选择定格在无X线状态下仔细观察。 3(图像系统的数字化 传统放射科工作分为透视和照相两大部分，因此数字化技术也分为透视和照相两类，即数字化透视(Digital Fluorography 简称DF)和数字化照相(Digital Radiography简称DR)。数字化透视有用影像增强器(I(I)加上摄像机采集信号和用平板检测器(Flat Pannel Detector 简称FPD)采集信号两类。数字化照相则分为直接转换方式(Direct Digital Radiography简称DDR)和间接转换方式(Indirect Digital Radiography 简称IDR)，直接方式采用的器件有用直接方式的FPD和电离室、硒鼓等等，间接方式采用的器件有间接方式的FPD和其它器件如CR的成像板(Imagineg plate简称 IP)，电荷耦合器件(Charge Coupling Device，CCD)、互补型金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)等。 直接转换读出方式，病人经过X线曝光后，X线光子直接转换成为电信号，医生即可在显示器上观察到图像，间接转换读出方式是需用IP进行X线曝光，之后IP板由读出器扫描，再在显示器上显示，即X线光子先转变为可见光，然后再转换为电信号。 实现图像系统数字化的几项技术 1(成像板技术(IP Technique) 即CR(Computed Radiography)。是用类似增感屏的IP板经X线曝光后，再经读出器用激光扫描并光电转换后获得电信号，后者再经A/D转换处理，形成数字图像。显然CR也属于DR范畴，经多年已成特定的名词。 2(平板检测器技术(FPD Technique) FPD可分为直接和间接两类。直接FPD的结构主要是非晶硒层(Amorphous Selemium，a-Se)加薄膜半导体阵列(Thin Film Transistor Array，TFT)构成的平板检测器，由于非晶硒是一种光电导材料，因此经X线曝光后，由于导电率的改变就形成了图像电信号，通过TFT阵列，再经A/D转换、处理获得数字化图像在显示器上显示。间接FPD的结构主要是由闪烁体或荧光体层加具有光电二极管作用的非晶硅层(amorphous siliconm，a-Si)再加TFT阵列构成的平板检测器。此类平板的闪烁体或荧光体层经X线曝光后，可以将X线光子转换成可见光，而后由具有光电二极管作用的非晶硅层变为图像电信号，经过TFT阵列其后的过程则与直接FPD相似，最后获得数字图像。间接FPD由于有可见光的转换过程，因此会有光的散射问题，而影响图像的分辨率。闪烁体目前主要有碘化铯(CsI)，荧光体则有硫氧化钆(GdSo)。 3(CCD或CMOS器件技术 采用CCD和CMOS器件的结构，包括可见光转换屏，光学系统和CCD或CMOS。X线是先通过由闪烁体或荧光体构成的可见光转换屏，将X线光子变为可见光图像，而后通过光学系统由CCD或CMOS采集转换为图像电信号。它所用的可见光转换屏同样有用CsI和GdSo两类材料之分。一般认为间接方式的平板检测器，由于有一可见光的转换过程，增加了可见光的散射将影响其分辨率，但间接方式平板检测器其量子检测效率(DQE)在多数情况下要高于直接方式的平板检测器，CCD检测器虽然量子检测率不高，但其固有噪声系数低，动态范围大，因此各种方式的检测平板都在改进、提高。 4(线扫描技术 采用狭缝式扫描设计技术，使X线球管发出平面扇形X线束，穿过被照射体到达线阵检测器，检测器直接检测到该行信号数据并存储在存储器中或发送给计算机，传送装置和控制机构控制检测器和X线稳定运动实现逐行扫描，计算机得到检测器检测到的全部数据后，通过软件重建，得到一幅平面数字图像。 由于人体内的组织是三维的，不同密度、厚度组织互相重叠，在一张平面X线片上显示出这些差别，其动态范围很重要。线扫描成像方法，消除了70,的散射线，克服了本底噪声的影响，动态范围宽，应用线扫描技术，实现直接数字化低剂量X线机。 数字化新技术的应用: 1(X线摄影方面 CR在朝体积更小、速度更快、功能更多、操作更方便发展。CR在床旁摄片和移动摄片方面，可使其实现数字化影像，便于床旁、手术室、急诊监护室等移动应用。骨科CR开发了可摄长范围四肢和脊柱的技术，即四肢和脊柱的全景摄影，其CR影像可覆盖51英寸×17英寸大范围摄像。乳腺检查用传统的钼靶摄影和CR技术结合成CR乳腺摄影，可使普通钼靶机升级为数字化机，乳腺CR摄影还开发了双面扫描的低剂量摄影。有的开发无暗盒的CR摄影，有固定胸片架，类似CR摄影，不必再通过暗盒置换影像板，直接在摄片后通过CR装置观察图像，并有单一摄像板转换和多块摄像板转换的不同装置，适应不同的病人流量。 DR在降低辐射剂量，提高成像速度和分辨率及进一步拓宽软件功能方面迅速发展，在计算机辅助诊断、断层造影、组织均衡、图像拼接、能量减影等应用增多。胸部X线检查，在很短一定的时间间隔内连续提供和采集高能量信号和低能量信号，经过能量减影处理可同时提供胸片像、软组织像和骨组织像，有利于肺血管、支气管及肋骨、脊柱的形态观察，提高对肺部小结节病灶的观察检出。图像拼接技术即通过DR摄影采集多幅图像，然后经过计算机处理，拼成完整的下肢、脊柱、整体外周血管等影像。断层造影可在IVP的检查中减少剂量，提高图像质量。由于数字摄影具有很宽的动态范围，经过组织均衡处理，一次X 线曝光可明显提高观察图像效果，如肺部拍摄，在保证肺部图像质量的同时，不但可观察心影后及横膈影重叠的肺部结构，也可清楚显示所摄颈椎和胸椎形态。 目前已有移动式DR X线机应用于临床，成像板可覆盖14英寸×17英寸的成像范围，厂家常形容“会飞的DR”即悬吊成像板与悬吊X线球管，在活动范围内任意空间很方便地做多种体位投照。“会跑的DR”即手提成像板在地上、床面等各处摆放，进行所需部位、体位拍照。无论胸部、腹部、四肢、头颅等都很方便。DR预览图像只需几秒，可存储千幅以上图像。CR和DR的临床应用，不仅使X线图像质量得到质的飞跃，而且其所包含的信息量明显增加，通过计算机处理技术对于图像进行分析，可以进一步挖掘所包含的信息。近期计算机辅助诊断(CAD)，应此工作发展所需，成为发展起来的新技术。除上述提及的时间减影、能量减影等之外，近又研究发展图像客观分析辅助诊断。大家知道X线诊断是影像形态的诊断，发现病变并根据不同模式特征做出相应诊断两方面内容。由于受自身知识、经验，以及其他主观因素的影响，不同放射科医师可能对相同图像做出不同诊断。如果对图像进行分析时，提取出相应的特征性变化，例如对胸部结节X线图像良恶性进行分析时，采用大小、形状、密度、清晰、分叶、毛刺、、均匀等所列的指标，作为评价的特征指标，并通过计算机加以处理，显示辅助诊断，则可能避免上述主观因素的影响，得到较为客观的结果，特征分析方法就是这一原理而提出的。 2(X线透视方面 主要指胸部透视，胃肠钡餐造影以及所有的动态影像检查。用影像增强器(I(I)，CCD(或摄影管)的方式，平板检测器也用于动态检查。近年来数字化X线透视技术上有两个趋向，一是沿用多年的摄像管(Pickup Tube)技术向CCD摄像机转换，目前大多数的血管机和多功能数字化R/F机，均已采用了CCD摄像机，这与CCD技术的成熟和性能的提高分不开的。数字化透视的第二个趋向是影像增强器(I(I)已逐渐被FPD所取代，主要原因是动态FPD技术上有很大的发展。 总之，X线摄像数字化是常规X线机发展一大趋势，自20世纪90年代中后期以来，国外已推出了多种新型的数字化X线摄影装置，目前在世界市场数字化X线装置将逐步成为市场的主宰，并将使X线常规装置发生重大变化。从技术发展看，DR经过10余年的发展，其技术日趋成熟和完善，随着我国经济建设的发展及医院放射科数字化进展PACS系统建设等，对DR的需求将会增多，但目前DR的价格仍明显高于普通X线机，因此普及在一定程度上受到了限制，随着DR的改进和价格的下降，其占有量将会逐渐上升。由于CR价格相对便宜，可适用于流量不同的部门，进行放射科数字化的转型，CR和DR技术在今后一段时间内仍会并存，共同发展。数字化技术与传统X线技术的对比列如下: 对比项目 传统X线成像技术 数字化X线成像技术 剂量 相对较高 可降低30%,70%，个别部位如胃肠造影可减少到 1/20左右 透视情况 观察透视影像需X线脉冲透视可减少射线曝光剂量，并有图像冻结功能， 持续曝光 选择最佳部位与时机，冻结图像，可在无X线情况 下观察，分析图像 续表 对比项目 传统X线成像技术 数字化X线成像技术 动态范围成像动态范围窄，如胸图像动态范围宽，高达14bit以上灰度深度，一次曝图像状况 部检查不能显示纵隔前光即可获得从皮肤到骨骼的全部信息，拓展了X线摄 和心后肺野的病变，密影的临床应用范围。胸部检查可在同一图像中清晰显 度分辨率为26灰阶，图示肺野和纵隔，密度分辨率可达26灰阶，在像素 像分辨率高，但在透视1024*1024时，空间分辨率可达2LP/mm，前所未有 时影像分辨率低 的高分辨率、高品质图像，提供了丰富的成像细节和 诊断信息。 曝光宽容有限 大，在较低剂量范围内也能获得高质量图像，可避免度 因参数选择失当而导致重拍。 图像后处无法进行 可进行窗宽调整，边缘增强，正反灰度切换，对比度理 增强，平滑及锐化等后处理，并可采用搜索、回放、 缩放。直接的大容量数字化，大量成像实现软阅读诊 断，提高诊断的准确率。为X线计算机辅助诊断，提 供了广阔的前景。 图像保存 大量的照片保存，管理、可存储于大量的磁盘、光盘中，体积小并不必担心变 查找困难，保存时间长质，图像检索及硬拷贝(打印到胶片或纸片上)方便。 的照片会逐渐变质，使节省图像文档的存储空间。 影像质量下降。 功能扩展 无法进行 数字减影、能量减影、时间减影、断层合成、组织均 衡化、数字乳腺摄影等 联网 无法与外围设备联网 可通过标准接口与其他影像设备联网，形成综合图像 存档和通讯信息(PACS)，实现在部门之间或异地之 间影像资料共享，远程会诊等。 操作流程 有限 简便的操作流程，曝光、采集、传输、调阅、存档、 出片全过程自动控制，大大简化工作流程。曝光后几 秒后即可显示图像，无需洗片过程，大大提高患者的 通过率，提高工作效率，减低劳动强度。系统简洁， 无需耗材，节约照片成本;无需洗片，减少环境污染。