1-医用数字胃肠机

医用数字胃肠X射线机主讲人：王瑞玉数字胃肠X线机新进展数字胃肠X线机现状近年来，随着计算机及相关技术的迅速发展及图形图像技术的日渐成熟，使得该技术逐步渗入医学领域中，开创了数字医疗的新时代。X射线机也由影像增强器型发展成为数字化CCD、固体探测器类型。目前已采用全数字化平板X线机。随着数字胃肠X射线机的普及和市场发展的需要，国内外许多公司研制、生产和销售，出现了可喜的局面，在国外形成以欧洲、美国、日本为主的局面，具有代表性的主要有：美国的GE公司；德国的SIEMENS公司；荷兰PHILIS公司；日本岛津、东芝公司及意大利ITRLRAY、GMM等公司的系列产品，国内北京万东、沈阳东软、上海医疗器械厂等公司也生产了型号各异种类繁多的系列产品。数字胃肠X线机新进展1．即插即用功能；2．图像采集：曝光采集自动单帧，手动连续多在12-15帧/秒；数字透视采集最多100帧/秒；获取高品质数字化图像；3．图像处理功能：实时/后处理数字减影、图像黑白，上下，左右翻转、窗宽窗位调节、平滑处理、边界增强、局部放大、距离测量、亮度和对比度调节、透视末帧图像冻结、路径图；数字减影系统(DSA),实现介入治疗；4．图像数据库：硬盘存贮容量大，可对患者信息处理，可配外存；5．图像显示：采用高精度显示器，多幅显示、电影回放，或网络视频回放；6．高性能计算机控制系统，中文可操作界面，激光输出诊断报告或采用电子文档；7．具有兼容的外接口，可配DICOM3.0标准接口；8．病人挡案管理；数字胃肠X线机未来发展1、集成化程度更高2、采集信息量更大、空间分辩率、对比度和灵敏度更高、实现图像的智能处理和传输。3、采用性能更好的数字化采集板：高DQE，低剂量、快速扫描4、智能化的图像重建和诊断系统：实现三维图像重建，即减少了接受X射线的剂量，同时可将图像存贮于计算机工作站，实现信息的网络共享，并重建为医生所见的三维图像，增加智能诊断程序，将有助于提高诊断的准确性。TOSHIBA数字胃肠机全新的数字结构－Madeforpatients；优秀的图像质量－Madeforyou；高效的工作效率－Madeforpartnership二、数字胃肠机原理和构造1、数字胃肠X射线机主机控制系统2、床体系统、点片系统和限束器3、影像系统4、X线发生装置5、控制台控制系统6、计算机系统7、DICOM标准数字胃肠X射线机的主机系统是指围绕产生X射线的主电路及其部件组成的系统，分为系统主电路和计算机图像处理部分。主电路主要提供满足诊断要求的管电压、管电流，以控制X射线的质和量，以及所包括的控制电路准确地控制X射线的产生和断开时间。图像处理则完成在X射线产生时采集所需信号并处理、存储，以满足医生诊断要求。数字胃肠X射线组成结构床体系统床体系统是胃肠X射线的重要组成部分，它是完成系统功能的主要载体，能过二维的操作方式，即影像系统、床体的倾斜及床板的运动，可以实现胃肠X射线机的全部功能。床体系统通常有两部分组成：旋转部分和固定部分组成。旋转部分主要包括:X射线管及其冷却系统、限束器、压迫器组件、点片系统、影像系统、床面板及运动电机、影像系统运动电机、减速机及其变频器伺服系统。固定部分主要包括:旋转支架、底座和控制板组件部分、床体倾斜电机、减速机及其变频器伺服系统。NAX－500/800RF东软NSX-RF3900NSX-RF3900–完美结合的影像链系统：影像增强器与CCD的一体化设计，最大程度的保证了图像质量的优越；–灵活舒适的床体设计：适用于各种常规和特殊的临床检查，嵌入式的智能化控制系统保证了运行的平稳准确；–100KHz的超高频逆变高压发生器；–最先进的一体化TouchScreen操作模式：完全将高压系统与操作系统相融合，中英文双选的操作界面使我们的工作变的更为简洁；–东软专业的图像处理软件包；–DICOM3.0国际标准:全面支持医院的网络（HIS、RIS、PACS）连接。3．床体部件图1.底座2.床体3.床面4.X射线管5.限束器6.压迫器7.立柱8.点片装置9.片盒10.影像增强器11.CCD摄像机12.把手13.肩托14.扶手15.脚踏板16.杯架17.操作台18.计算机19.高压发生器20.脚闸开关4．控制板组件位置5．床体运动行程开关位置图6．床体控制部分床体控制包括床体的旋转,床面板的横向运动,影像系统的移动以及压迫器的升降运动。包括以下部分，结构及位置影像系统影像系统通常包括影像增强器和摄影系统、数字放射成像检测器、影像辅助系统1．影像增强器影像增强器是将入射的X射线模式转换成为对应的可见光学图像的设备，这个可见的光学图像通过胶片或摄像机记录下来。在一个设计良好的荧光检测技术或荧光照相技术的图像链中，作为前端检测器的X射线影像增强器是一个最重要的部分。在第一阶段发生的任何图像信息的损失或增加的噪声都是不可逆的，X射线影像增强器的性能比其他任何部分的性能都要重要，它是最终成像质量的一个决定性因素。（1）物理特性①输入窗和荧光屏②输入的闪烁物及光电阴极SEM（扫描电子显微镜）下碘化铯CsI似光纤针状结构（左）针状放大结构（右）③电子光学在这个结构中，在光电阴极之间有三个额外的电极（G1、G2、G3），通常在零电势和输出屏幕之间（输出屏幕处为高电势，一般为30kV）。G3电极通过改变输入屏幕投射到输出屏幕的比例来放大图像：G3电势越高，投射的输入屏幕的比例越小，放大倍数越大。G2电极是聚焦电极，G1电极允许调整整个图形区域的分辨率的一致性。五极真空管的电子光学系统④输出屏输出屏幕将碰撞电子的能量转换成为光信号，将初始的X射线图像还原成为可见的图像，该图像可以投照到胶片或电视屏幕上。为了在图像球管与准直器之间得到良好的耦合，输出屏幕的直径一般比输入屏幕的直径小（一般在15mm到35mm之间）。由于所有图像信息都集中在一个非常小的区域，输出的荧光物质对程度较低的固定模式的噪声应该有非常好的粒度。输出屏幕由一层非常薄的荧光物质小颗粒组成。由于具有较高的亮度效率以及较快的反应速度，大多数影像增强器使用P20作为荧光物质。P20是将银掺于硫化锌镉（Zn0.6Cd0.4S:Ag），其发射的光线波长峰值在520540nm之间，位于光谱中绿色部分。这与高质量的正胶片以及电视使用的大多数光敏检测器的敏感曲线非常匹配。⑤输出窗口常用的输出窗口结构（2）光电特性①转换因数X射线影像增强器的最初功能是转换并放大信号，因此它的增益非常重要。增益通常指表示为转换因数，定义为输出光线通量或亮度与输入X射线的曝光率的比值。输出亮度的单位通常使用cd/m-2或ftL，曝光率单位通常使用mRs-1、μGys-1或μCkg-1s-1②空间分辨率传统的分解能力经常还用有限的空间分辨率来描述，该参数定义为单位长度内仍然可以视为分离实体的矩形空间以及条形的最大数目。这个方法得到广泛应用，因为它只需要极其简单的设备：一个X射线阻隔的空间－条形模式的模板，用双眼看输出的图像即可。缺点是其主观误差。由于它依赖于人的观察，不同观察者会得到误差很大结果③对比度对比度定义为两个亮度的比值。一个亮度是如果入口平面A没有物体时输出图像上一个给定的点亮度，另一个亮度是在同样曝光率的情况下如果入口平面上对应的点覆盖着一个X射线阻隔盘（B）时该点的残留亮度。④图像失真影像增强器产生的最终图像的几何形状从来不能与相应物体的形状成完美的比例。这个现象称为图像失真，主要原因在影像增强器本身。必须分清楚两种类型的失真：一种是圆均衡几何失真，另一种是不对称，通常称为积分失真几何失真失真原因是将X射线图像投射到一个曲面上，入口平面上一个物体O在输入屏幕的边缘（Sb）产生图像要比中间(Sc)产生的图像大。这种（正的）失真与输入屏幕的几何形状以及X射线源的位置有关，因此被称为几何失真。积分失真这是因为直线形物体特有的S形图像。这个现象是由于地球磁场或周围设备造成的杂散磁场的干扰引起的。实际上，电子轨道对磁场非常敏感，它会引起图形旋转一定角度，旋转的大小取决于半径。地磁场的强度随着位置的不同在0.3-1高斯之间变化，对于大视野的球管会造成不能忽略的S失真。由于这个原因，大多数影像增强器都有一个一体化的铁镍铜锰铬磁性合金（mu-metal）制成的防护罩以保护电子透镜不受外部磁场的干扰，尽可能的减小S失真。⑤检测量子效率(DQE：dosequantaefficiency)检测量子效率为衡量输出图像的信噪比比较入射X射线流的信噪比的降低程度提供了一个测量方法。X射线流的主要噪声来源是光子通量中的统计量子波动。这个量子噪声服从泊松统计规律，光子通量的标准差等于它的均方根（即信号）。因此输入的信噪比随着X射线量子数的平方根而增加,所以与入射剂量的平方根成正比。影像增强器内部信噪比降低的主要原因是在感光层X射线光子不完全吸收以及能量转换过程中的统计波动。主要有两个过程：吸收过程和闪烁过程2．数字成像检测器在放射学领域内，随着数字化信息技术的发展，医学也进入了网络化和数字化的新纪元。在60年代后期，随着半导体集成电路技术的发展，特别是MOS集成电路工艺的成熟，各种固体成像器件得到迅速发展，70年代后期已有一系列的成熟产品，固体成像器件本身就成完成图像转换、信息存贮和按顺序输出（称自扫描）视频信号的全过程。数字化X射线机的工作原理电荷耦合器件（ChargeCoupledDevice简称CCD）CCD是70年代初发展起来的新型半导体光电成像器件。美国贝尔实验室的W.S.Boyle和G.E.Smith于1970年提出了CCD的概念，随后建立了以一维势阱模型为基础的非稳态CCD的基本理论。30多年来，随着新型半导体材料的不断涌现和器件微细化技术的日趋完备，CCD技术得到了较快的发展。目前CCD技术巳广泛应用于信号处理、数字存贮及影像传感等领域。其中，CCD技术在影像传感中的应用最为广泛，已成为现代光电子学和测试技术中最活跃、最富有成果的领域之一电荷耦合器件（CCD）的工作原理有两种基本类型：一种是电荷包存贮在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输，这类器件称为表面沟道电荷耦合器件，简称SCCD；另一种是电荷包存贮在离半导体表面一定深度的体内，并在半导体内没一定方向传输，这类称为体内沟道或埋沟道电荷耦合器件，简称BCCD。CCD的基本原理CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号。CCD的基本功能是信号电荷的产生、存储、传输和检测（1）光电荷的产生CCD的首要功能是完成光电转换，即产生与入射的光谱辐射量度成线性关系的光电荷。当光入射到CCD的光敏面时，便产生了光电荷。CCD在某一时刻所获得光电荷与前期所产生的光电荷进行累加，称为电荷积分。入射光越强，通过电荷积分所得到的光电荷量越大，获得同等光电荷所需的积分时间越短。电荷的产生方法主要分为光注人和电注人两类，在CCD相机中，一般采用光注人方式。当光照射到CCD硅片上时，在栅极附近的半导体体内产生电子-空穴对，其多数载流子被栅极电压排开，少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷。光注人方式分为正面照射式与背面照射式。正面照射式光注入的示意图(2)电荷存储构成CCD的基本单元是MOS(金属-氧化物-半导体)结构。在栅极施加正偏压之前，Ｐ型半导体中空穴(多数载流子)的分布是均匀的，当在栅极施加小于Ｐ型半导体阔值电压的正偏压后，空穴被排斥，产生耗尽区，偏压继续增加，耗尽区将进一步向半导体体内延伸，当栅极的正偏压大于P型半导体的阔值电压时，半导体与绝缘体界面上的电势变得如此之高，以致于将半导体体内的电子(少数载流子)吸引到表面，形成一层极薄的但电荷浓度很高的反转层，反转层电荷存在表明了MOS结构存储电荷功能。表面势与反转层电荷浓度具有良好的反比例线性关系。由于CCD的像素进行光电转换可比喻为往井或桶内注水，因此，这种线性关系很容易用半导体物理中的势阱概念描述。其中，单个像素所能存储的最大光电荷量(不向其邻近像素溢出)，也称为满阱容量(3)电荷转移当完成对光敏元阵列的扫描后，CCD将光电荷从光敏区域