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DR系统性能评估

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DR系统性能评估

发布日期:2018-07-07 作者:大发快三计划 点击:

目前DR系统的应用越来越普及,市场上的DR产品种类也比较多。 主要以所使用的数字影像探测器类型来分类,有采用TFT(thin-film technology薄膜工艺学)技术的平板探测器, 其中又分为非晶硒直接转换探测器和荧光晶体(碘化艳、硫酸钆等)一非晶硅间接转换探测器, 还有荧光晶体一光学系统- CCD/CMOS型DR系统,以及各类线阵扫描型数字成像系统。挑选DR系统首先要研究自己的临床需求和各类DR系统的技术性能,再结合对投人和产出的分析,才能做出合理的选择。

DR系统最关键的技术性能有以下几个

·设备机械结构

·影像质量

·患者接受剂量

·工作效率

·综合成本


DR系统性能评估(续)

影像质量和曝光剂量

我们首先从影像质量谈起。影像质量是影像设备的核心。机器的一切设计都是围绕着提高图像的分辨力,也就是医生对DR图像细节的辨别能力。其至少包合了以下三个方面的内容,DR图像的空间分辨率、DR图像的对比分辨率和DR图像的时间分辨率。 1.空间分辨率

DR的空间分辨率指图像空间范围内的解像力或解像度,以能够分辨清楚图像中黑白相间线条的能力来表示。黑白相间的线条简称线对 一对黑白相间的线条称之为一个线对, 分辨率的线性表达单位是线对l毫米(LPlmm)。在单位宽度范围内能够分辨清楚线对数越多, 表示图像空间分辨率越高。图像分辨率可用分辨率测试卡直接测出。

但空间分辨率的提高不是无限的,其与探测器对X线光子的检测灵敏度、动态范围 信噪比等有密切关系。

厂商在DR宣传材料中标注的分辨率很多都是根据像素大小计算出来的 而不是临床上真正关心的系统分辨率。但在实际临床二线成像过程中影响分辨率的因素有很多;例如X线焦点、SID、患者运动、曝光时间、探测器感光灵敏度、像素大小、计算机图像处理、显示器性能等。系统中的每一个子系统发生变化 都会影响整个系统的分辨率(所谓”木桶效应“)。尤其要注意的是监视器分辨率DR系统探测器本身的分辨率一般高于系统所配监视器的分辨率。目前临床所用最高档CRT型和LCD型显示器显示像素为2KX2.5K。这些监视器都是当作选件卖的,而 DR系统本身所带监视器都为128Ox1O24或1600X1200的普通计算机用监视器。从提高工作效率讲,屏读电子闯片是发展方向。所以在追求高分辨率的时候不要忘记监视器这一环。

2.X线照射剂量和影像噪声 在实际的成像条件下、噪声将始终干扰目标的检测。任何影像系统的图像上噪声都是由成像系统自身的本征噪声和二线量子噪声构成;系统本征噪声与探测器温度有关。一般来说是个常量;二线量子噪声与二线曝光剂量成反比,曝光剂量低,表现出的噪声大,当曝光剂量低到一定程度二线量子噪声将表现为主要成分。比较采用数字平板探测器和常规II-TV的血管造影系统的透视影像、可以看出这一点。评价照射剂量和影像噪声最好的指标是探测器的DQE 其定义为探测器输出影像的信噪比与输人影像信噪比的比值,该数值越大,表示所采集影像信噪比损失越小。DQE与探测器的感光材料、结构和工艺有关,其中也与像素大小密切关联。图像噪声与每个像素单元接收的有效光子数成反比。一般说像素尺寸大、像素内所包含的光子数增加,会降低图像噪声 提高检测灵敏度和DQE。

在探测器面积一定的条件下为了增加空间分辨率。只好减小像素尺寸、降低单位像素面积、增加像素密度。我们知道单位像素的面积越小、会使像素有效因子减少。像素的感光性能越低信噪比降低。动态范围变窄。因此这种减小像素尺寸的方法不可能无限制地增大分辨率。相反会引起图像质量的恶化 最终增加了的空间分辨率又被因此带来的噪声淹没, 要弥补此问题就要增大X线曝光剂量。这与X线影像技术的发展是相违背的。因此单有高的空间分辨率并不意味着更高的发现病变的能力。

3.影像动态范围和对比分辨率

动态范围是衡量探测器性能的一个关键指标。是指探测器能够线性地探测出X线入射剂量的变化 其最低剂量与最高剂量之比。假如DR探测器能线性地探测出剂量变化最低值是1μGy 剂量低干1μGy时输出都是0 能探测的最高值是10mGy 剂量再高输出也是相同 那么两输人剂量高低之比是1μGy:10mGy= 1:10000(即10的4次方)为该探测器的动态范围。 动态范围大 密度分辨率高 是 DR系统优于传统放射影像系统最重要的特点 其可得到更多的影像细节 使医生能够看到过去在普通平片看不清或看不到的信息,发现 检出病变的能力远高于传统影像。

要正确表达探测器的动态范围DR影像必须具有足够的bit深度 以往12bit影像只能记录4096等级灰阶,不能满足 DR影像信号的完整记录所以目前大多 DR系统都采用14bit 可记录的灰阶等级能达到 16384 可以反映很小密度的层次变化。灰阶差异越明显 对比度越大 分辨的就越清楚。 低密度分辨率

DR低密度分辨率 指f引以密度的微小灰度差别的分辨能为 例如对肺组织内小结节或盘状病灶的微小差别的分辨能力。采用CDRADZO模板能测试出图像的低密度分辨率并绘出低密度分辨率曲线(Contrast-Detail curve)。其除了与DR探测器动态范围有关外 低密度分辨率主要受噪声的影响。

临床经验证明 当一个相对较小的物体(例如一个2-3毫米的肺的微小病变)被重叠在很厚的身体内时 要在一个二线的平面图像上将其显示出来假如这个病灶相对于周围组织是一个明显的高密度 显示它是比较容易的、但医学临床实践中碰到的往往是一个相对等密度或稍高密度 即相似密度的病灶 这时候 要求高矩阵是没有意义的关键是需要足够的灰阶等级和低噪声 即足够高的低密度分辨率。 显示器的动态范围

需要明确的是目前我们所用的图像显示设备的动态范围要远小于 DR探测器能够记录

的密度范围 普通电脑监视器可显示最大亮度才为300cd/m2

对比度400:1左右 高档

医用监视器最大亮度可以达到700cd/m2

对比度可达600:1 输入信号为 10bit。@此 DR影像必须经过特别处理才能正确显示在屏幕上这种处理主要是通过多级有针对性的

LU丁(LOOkUp丁abIg)包括图像均衡、用户设置的窗宽窗位.以及显示器的亮度转换函数等 对像素值进行转换 把对诊断最有意义的部分显示在屏幕上。

在激光相机上打印胶片也面临同样问题 相机的对比度范围要高于监视器 一般激光相机的图像数据为 12bit 但由于胶片的曝光灰度曲线与监视器的亮度转换函数有很大差别要做到所见即所得 使胶片影像与监视器影像看上去完全一样 也必须对相机及传输接口进行精确的调整。因此DR系统影像质量的好坏不但与探测器本身性能有关我们所看到的影像质量主要取决干系统的图像处理水平和所使用的监视器(和激光相机)的性能和调整。

4.响应时间

对常规摄影DR系统来说 通常曝光时间只有几个毫秒所以一般不存在因患者运动产生影响图像质量的时间分辨率问题。这里需要关注的问题是从用户按下曝光手闸到可以看到图像的响应时间这里有几个不同的时间概念 图像刷新时间 图像预览时间 和完整检查周期。

图像刷新时间(Refresh time)是指曝光后探测器上的数据被采集到工作站上 可以进行下一次曝光的时间间隔。目前只有GE公司提出此概念因其能量减影功能需要在极短的时间内(0.2m 秒)进行两次不同kV的曝光 以避免运动伪影 这两次曝光的最短时间间隔或者说能量减影功能受探测器刷新速度限制。其他公司还不提供此参数。要求多次或连 续曝光采集的DR临床应用功能还有平板数字化断层技术及其在不同角度连续采集基础上实现的3D重建技术 图像预览时间(Preview disPlay time 所谓预览是在操作台上显示一幅缩小的采集影像 供拍照技师喜看投照和曝光以决定检查患者是否可以离开。由于是简缩图像, 数据量小(像素矩阵不超过Ik。Ik)可以较快地提供给操作者_预览时间一般不超过I0秒; 快者可以在5秒内显示。

完整检查周期(Ful cycha time)包括采集和图像经过完全处理的时间(aCqUISltlOO&fUll dlSPISy)

不同公司的DR产品设计不同 所表现的性能也不间 有些公司的DR在主控制台上只能键示预览图像 完整图像必须通过网络传到后处理工作站上才能显示所以其只提供预览时间指标 也有公司在主控制台上就显示完整图像, 图像一出来就可进行ZOOM放大, 灰度调节等处理。 也可以直接送激光相机打印 没有预览一说.

不管是预览图像还是完整图像 在主控制台L的显示最好幅面大一些 达到Ik*Ik显示矩阵 对使用者采说感觉要比看512*512以下矩阵影像好一些。

随着动态DR技术的发展GE、Siemens、philips 和Shimadzu都推出了可以以每秒15帧以上速率进行图像采集的血管造影DR系统这需要DR探测器板具有极高的刷新速率, 这也是反映平板探测器技术水平的一项关键指标, 目前减少DR图像采集时间间隔的王要技术手段 是减少影像采集面积和降低分辨率以减少总数据是同时利用并行传输的方法提高计算机读取, 处理信息的速度。


DR系统性能评估(续) 影像管理和后处理

DR系统使传统的X线拍片摄影技术跃入数字化领域, 但购买 DR系统的各级医院的信息化技术发展水平整体来说还不能满足影像全数字化的工作流程的需求.如何推进医院信

息化建设, 提高医院整体工作效率, 真正发挥数字化影像的技术优势, 是各级医院在购买 DR系统时应该认真考虑和规划的重要工作之一。 建设 PACS系统一半是技术问题, 一半是管理问题。

管理问题包括组织结构和岗位职责调整 工作流程的重新安排 人员培训 相应的制度和管理规章等。

技术方面的问题目前还比较多 涉及到技术标准 软件开发 资金投入等诸多问题 包括系统的兼容性 稳定性 可扩展性 安全性 经济性等等。目前比较突出的技术问题是DICOO支f寺中又的标准问题。

从 PACS的开发角度看 DR系统作为 PACS的影像采集终端, 其要能够与PACS系统双向通讯, 直接接收来自HIS或RIS的患者资料信息把影像上传到存档服务器中。 因此其必须支持相关标准(包括Dicom HL7等)。所有进口DR设备在国外墓本上都做到了上述要求 可以直接从RIS中下载西文Working list并且只需一个指令就可以把患者影像以

dicom格式传送给 PACS。各生产 DR的厂家也都是 PACS系统的主要制造商, 本身就有非常完整的PACS产品。 因此在西方建立 PACS己经很容易。但由于已往DICOM没有中文版,并且多数进口DR设备本身也不支持中文, 因此, 中文信息与 DICOM图像链接一直是建设中文 PACS系统的瓶颈。尽营行在各种技术方法可以解决此问题, 但其都是以提高一线工作人员的重复录入工作量,降低工作效率来实现的, 即容易出错,又增加推厂难度。

去年3月26号NEMA发布了支持中文的DICOM修正案CP 252(Define support for Unlcode and ChineseCharacter sets)有了DICOM标准, 借助DR的普及, 我国的PACS建设将有飞跃式发展, 国内各厂企业应该抓住此机遇 PACS建立后, 系统是否好用, 其响应速度至关重要, 这涉及影像的数据容量和网络速度问题、DR影像数据庞大,下表是目前各DR系统单幅影像的数据量。

从表中可以看出DR影像的数据量非常大, 不说存档光通讯就存在巨大技术难度。临床研究表明PACS要能够实用,调阅一幅图像时间最好不要超过2秒,要在这么短的时间内传输近20M的数据在技术上是困难的。解决此问题的方法是数据压缩但高倍压缩的算法基本上都是以牺牲图像的高频特性(空间分辨率)为代价的有损算法。因此我们在追求效率时不得不对质量做些牺牲 所有工程问题的解决都是走中庸之道, 考虑到PACS发展的未来追求极端指标是无意义的。 2.图像的后处理、打印

当前,多数DR要通过激光相机打印胶片 对于专门的胸部摄影, 通常一张 14XI7英寸的胶片打印一幅图像,不存在图像大小和格式问题。但随着DR向着全身摄影检查的发

展,头颅和四肢骨骼等影像的照射野比较小, 由此带来摄影光野的调整以及打印格式问题。理想的选择应该是机器具有自动光栅功能 可按照使用者的选择 根据引旧变化自动调

整遮光器 并自动调整管球对准射野中心 曝光后,机器自动裁取 ROI中影像显示、保存和打印,打印是尽量保持 1:1的显示比例 如果无法按照等比例编排, 要在图像上显示变

化比例。但目前市场上有些设备不具备上述功能, 如果使用较小的投照野, 其遮光器手动随意调整, 曝光后显示给用户的是一幅被遮边影像, 患者图像显示为具有很宽黑边的照片,要是打印在胶片上象是老式像册黑纸中央贴了一张黑白照片。如要去掉黑边需要手工剪裁 增加操作者工作量、并且不规范。这些实际上都是图像自动后处理功能、厂家开发的功能是否完善,方便应用 也是系统性能的一部分。

除此之外 还有一些高级影像后处理功能 如 能量减影、时间减影、图像均衡处理、骨密度测量、平板断层(三维重建)以及各种CAD辅助诊断和分析软件等这些作为选配件今后会越来越多。 3.光盘存档

在没有连接PACS的情况下 通常选用可记录光盘来对图像进行存档。光盘的品种有MOD、CDR、DVD等几种MOD容量大 读写快但盘片比较昂贵、有些MOD上存档的图像必须回送到主机中才能打开 这增加了对以往病历检索的时间;CDR价格便宜 最新的刻录机速度也比较快 多数可以从盘上直接打开文件搜索效率高 缺点是容量偏小;速度和容量都比较合适的是DVD 但目前参加选用DVD的还不多。无论何种光盘 用户必须明白 其驱动器是个消耗品 能否较便宜低更换驱动器应该作为购买设备的考量之一。

系统配置与临床需要

在临床上, 不同的投照检查对设备结构有不同的需求厂家也针对不同临床应用开发了一系列产品。总观各种DR设备 从投照机械结构上可以分为以下几种 1.立柱+立Bucky SID固定 专用胸片DR系统都采用此配置。首批OR用户多选择此结构。专机专用工作效率高、安装快捷 缺点是投照体位和引 固定 限制了全身检查应用范围。

2、悬吊管球+立Bucky 其中立Bucky可以旋转放到水平位 悬吊管球可配标准双层清轨做3D运动、也可以配一维单方向滑轨并可配一个移动平床 其即可以照胸片, 又可以进行全身各部位拍片。对检查患者不多,但又想进行全身检查的用户这是一种不错的方案。缺点是其活动平床的移动对位不如常规摄影浮动平床灵活方便。

3、悬吊管球十可升降浮动平床+立Bucky 所谓双板DR系统 其配置与经典的摄影系统一样但由于配置了两块数字平版影像探测器 系统价格较昂贵。这是最节约空间的方法, 此一套机器基本上就可以完成过去整个普通放射科的摄影工作量。但对患者较多的用户来说 所有患者都集中在一个房间检查因投照摆位时间的耽误 也会影响工作效率。

4、组合可旋转U型臂结构 管球与探测器安装于同一可旋转臂上 引旧可变。此旋转臂可立柱支撑 也可悬挂支撑如KODAK和AGFA也基本OEM这种结构的机器来卖。其最大优点是安装方便无须进行复杂的房间基建施工准备。

5、悬吊管球十探测器独立可移动支撑立柱十专用可升降浮动平床。万东新开发的DR采用这种结构。Siemens的AXIOM Aristos FX也属于此类 只不过其连探测器也悬吊支撑 自动化程度比较高。这是一种新推出的结构 可进行任意角度投照 用户还不多。存在的疑虑是如果机械结构太复杂可*性是否高。 机械结构的选择要根据临床主要用途(投照种类)、患者数量、房间资金等因素考虑 机械装置的选择原则应是在满足使用功能和效率的前提下尽可能简洁。 由于DR系统的工作效率提高、一台DR设备可以取代近 3台常规胶片摄影设备的工作量、因此装备 DR后,科室的工作安排和责任也要做相应调整。前面已提出DR系统在提高工作效率的同时也会给放射科带来增加患者信息电子化管理的需求 无论资金是否到位 都应该着手进行如何围绕DR系统建立高效的R旧系统和PACS系统的规划和设计。

否则 一流设备、三流管理,是无法真正提高医院服务水平的。


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