數(shù)字化放射攝影技術(shù)在基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用

曹厚德 陳敏

（1.復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院靜安分院 上海 200040; 2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)中心 上海 200025）

X線攝影在各級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)放射科受檢者中均占有最大份額，在基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)中更是最主要的檢查方式。當(dāng)CT、MRI普及應(yīng)用后，X線攝影成為整個(gè)放射科數(shù)字化成像鏈的最后一環(huán)。1983年計(jì)算機(jī)X線攝影系統(tǒng)（computed radiography, CR）進(jìn)入臨床應(yīng)用后，整個(gè)放射科的數(shù)字化即告完成。盡管隨后發(fā)展的“數(shù)字化X線攝影”（digital radiography, DR）很快成為主流技術(shù)，但CR的歷史作用仍然值得肯定，并在工作量不大的醫(yī)療機(jī)構(gòu)至今仍有其一定的實(shí)用價(jià)值，所以在數(shù)字化X線攝影機(jī)的國(guó)際及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，仍占有一定的份額。

由于早年DR的稱(chēng)謂與傳統(tǒng)的模擬X線攝影有區(qū)別，所以當(dāng)時(shí)其含義實(shí)際上是一種“泛稱(chēng)”。隨著CR的問(wèn)世，DR又成為區(qū)別于CR的另一種技術(shù)。但是由于早年DR處于迅猛發(fā)展的階段，所以今天看來(lái)命名的專(zhuān)指性不強(qiáng)，因此常導(dǎo)致名稱(chēng)與實(shí)際的混淆。所以在選購(gòu)或應(yīng)用時(shí)應(yīng)進(jìn)一步了解其主要構(gòu)成部件及成像性能。限于篇幅，本文僅就目前作為主流技術(shù)的平板探測(cè)器型DR為例，進(jìn)行介紹。

1 DR系統(tǒng)的組成

DR系統(tǒng)的組成包括高壓發(fā)生器、X線管及支架、數(shù)字化攝片系統(tǒng)及支架、平板探測(cè)器、系統(tǒng)控制臺(tái)。其中高壓發(fā)生器是采用數(shù)字化控制技術(shù)，通過(guò)高頻整流獲得高電壓。X線管采用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極，雙焦點(diǎn)、大容量的X線管產(chǎn)生穩(wěn)定的X線。數(shù)字化攝片系統(tǒng)包括濾線柵、X線自動(dòng)劑量控制裝置。與常規(guī)X線機(jī)相比，DR系統(tǒng)采用平板探測(cè)器作為X線圖像采集裝置，替代了傳統(tǒng)的增感屏—膠片系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)X線信號(hào)的數(shù)字化轉(zhuǎn)換過(guò)程。平板探測(cè)器是系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，由它進(jìn)行影像數(shù)據(jù)讀取，再將數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)控制臺(tái)，進(jìn)行影像數(shù)據(jù)處理。探測(cè)器陣列由核心部件和外殼組成，核心部件包括非晶硒涂層和薄膜晶體管（thin film transistor, TFT）陣列，其工作原理是：X線照射光電轉(zhuǎn)換層，形成圖像電信號(hào)，由TFT陣列收集并檢出，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換及量化，從而獲得X射線數(shù)字圖像。曝光時(shí)X線光子通過(guò)與非晶硒涂層的電離作用，形成電子空穴對(duì)，在電場(chǎng)的作用下，電荷聚積在TFT陣列的信號(hào)存儲(chǔ)電容中，通過(guò)信號(hào)放大器和數(shù)據(jù)讀出電路，可以獲得電壓信號(hào)。

因?yàn)殡妷盒盘?hào)與收集到的電荷數(shù)量成正比，同時(shí)電荷數(shù)量與X線光子數(shù)（即X線強(qiáng)度）也成正比關(guān)系，即電壓信號(hào)與X線信號(hào)成正比關(guān)系。在很寬的X線劑量范圍內(nèi)，電壓信號(hào)與X線強(qiáng)度是嚴(yán)格的線性關(guān)系，通過(guò)TFT陣列檢出和A/D轉(zhuǎn)換后獲取，用于醫(yī)學(xué)診斷影像。DR系統(tǒng)的工作原理以探測(cè)器的工作方式為基礎(chǔ)，在系統(tǒng)控制臺(tái)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制下，進(jìn)行X線攝影。由于X線信號(hào)可以進(jìn)行數(shù)字化的采集和處理，所以可采用最新的圖像信息處理技術(shù)，從而在比較寬泛的攝影條件下，獲得穩(wěn)定的高質(zhì)量X線影像，并提高工作效率。

2 平板探測(cè)器分類(lèi)及成像原理

DR的平板探測(cè)器主要分為兩種：①非晶硒平板探測(cè)器；②非晶硅平板探測(cè)器。

2.1 非晶硒平板探測(cè)器

主要由非晶硒層與TFT構(gòu)成。硒為一種光電導(dǎo)體，X線可引起其電荷改變，由TFT檢測(cè)并重建圖象。入射的X射線使硒層產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在外加偏壓電場(chǎng)的作用下，電子和空穴對(duì)以相反方向移動(dòng)形成電流，在薄膜晶體管中儲(chǔ)存電荷。每一個(gè)晶體管的儲(chǔ)存電荷量對(duì)應(yīng)于入射X射線的劑量，通過(guò)讀出電路可以獲取每一點(diǎn)的電荷量，進(jìn)而獲取每點(diǎn)的X線劑量。由于非晶硒不產(chǎn)生可見(jiàn)光，沒(méi)有散射線的影響，因此可以獲得比較高的空間分辨率。

圖1 非晶硒平板探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 非晶硅平板探測(cè)器

由碘化銫等閃爍晶體涂層與薄膜晶體管構(gòu)成。被X線閃爍體覆蓋的非晶硅將閃爍體產(chǎn)生的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由TFT檢測(cè)并重建圖像。其工作過(guò)程分為兩步：①閃爍晶體涂層將X線能量轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光；②TFT將可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（圖2）。目前，非晶硅平板占應(yīng)用市場(chǎng)的主要份額。

圖2 非晶硅平板探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖

3 DR應(yīng)用于X線攝影的優(yōu)勢(shì)

3.1 主要特點(diǎn)

①具有較高的量子檢測(cè)效率，可降低被檢者的輻射劑量。②成像速度快。成像時(shí)間約為5 s左右，醫(yī)師即刻可在顯示器屏幕上觀察到影像[1]。③根據(jù)需要可即刻打印激光膠片。④影像具有較高的空間分辨力和低噪聲。

3.2 強(qiáng)大的軟件后處理功能

軟件后處理為DR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。圖像增強(qiáng)技術(shù)可增強(qiáng)不同組織的顯示效果。例如在胸部X線檢查中，可分別增強(qiáng)肺紋理或肋骨小梁結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，明顯改善圖像質(zhì)量。對(duì)不同體厚的檢查部位可進(jìn)行不同曲線參數(shù)的調(diào)整，重點(diǎn)強(qiáng)化圖像細(xì)節(jié)，增強(qiáng)圖像對(duì)比度，提高圖像分辨率。因此，DR不僅能充分挖掘和擴(kuò)大每幅影像自身的信息含量，同時(shí)按照診斷的要求可轉(zhuǎn)換出多種不同視覺(jué)形式的圖像改進(jìn)診斷效果。

3.3 進(jìn)入?yún)^(qū)域影像診斷中心

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，可將區(qū)域內(nèi)各級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的資源進(jìn)行整合[2]。建立以區(qū)為單位的臨床影像診斷中心，建設(shè)專(zhuān)門(mén)的信息傳輸系統(tǒng)，覆蓋全區(qū)所有社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心。由二級(jí)醫(yī)院專(zhuān)家組成放射診斷團(tuán)隊(duì)，每天實(shí)時(shí)診斷基層傳來(lái)的片子，遇到不能解決的疑難雜癥還邀請(qǐng)全市三甲醫(yī)院的專(zhuān)家進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診，并通過(guò)電子病歷將診斷結(jié)果和意見(jiàn)反饋給社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心，每位患者從就診到獲得診斷報(bào)告，一般在15 min左右。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹厚德. 軟閱讀及專(zhuān)業(yè)顯示器[J]. 中國(guó)醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志, 2006, 12(5): 359-363

[2] 陳克敏, 趙永國(guó), 潘自來(lái). PACS與數(shù)字化影像進(jìn)展[M].上海: 上海科技出版社, 2005: 300-309.