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计算机与医学影像技术的基本概括
作者：顾文婧 107010指导教师：王世伟
摘要：近年来计算机X射线摄影技术（computed Radiography，CR）及数字化X射线摄影技术（digital Radiography，DR）先后应用于临床，常规X射线技术进入数字化时代。目前，国内一些大中型医院的放射科已基本实现了全数字化［1］。DR与CR的共同点都是将X线影像信息转化为数字影像信息，其曝光宽容度相对与普通的增感屏——胶片系统体现出某些优势：CR与DR由于采用数字技术，动态范围广，都有很宽的曝光宽容度，因而允许照相中的技术误差，即使在一些曝光条件难以掌握的部位，也能获得很好的图像;CR与DR可以根据临床需要进行各种图像后处理，如各种图像滤波，窗宽位调节，放大漫游，图像拼接以及距离，面积，密度等各种功能，为影像诊断中的细节观察，前后对比，定量分析提供支持。DR和CR设备质量稳定，故障率较低，售后服务及技术支持较满意。但CR与DR也有各自不同的特点，有各自的优缺点。总体来说DR相对CR有较多优点，但DR价格昂贵，所以CR和DR在一段时间内并存的局面不会改变。CR和DR如何配置，是目前摆在放射界所有同仁面前的一大难题［2］。现阶段的“三甲”综合性医院只能充分、合理地联合应用CR和DR 才能解决放射科常规X线检查数字化。本文结合CR与DR成像原理及优缺点对比，介绍CR与DR的临床联合应用及现状。
关键词：计算机摄影;数字化摄影;联合应用；CR和DR;对比
前言：通过对CR和DR的简单了解，以及对二者的详细对比，了解医学影像技术与设备的发展历史，更好的把握今后应用医学影像诊断与治疗的新技术、新设备、新方法和新动向。医学影像技术是医学放射诊断学中最活跃的研究领域之一，而X线成像技术是医学成像的主要技术。数字X线成像技术CR、DR近来年发展非常迅速，使人们使用比先前低的X线辐射剂量获得满足诊断的图像成为可能。现将CR与DR简单介绍如下，以提高对二者的认识。
正文：
一、医学CR、DR的区别
CR（Computed Radiography）的工作原理：X线曝光使IP（imaging plate）影像板产生图像潜影；将IP板送入激光扫描器内进行扫描，在扫描器中IP板的潜影被激化后转变成可见光，读取后转变成电子信号，传输至计算机将数字图像显示出来，也可打印出符合诊断要求的激光相片，或存入磁带、磁盘和光盘内保存。
DR(Digital Radiography), 数字化X线摄影，系统由数字影像采集板专用滤线器BUCKY数字图像获取控制X线摄影系统数字图像工作站构成。在非晶硅影像板中，X线经荧光屏转变为可见光，再经TFT薄膜晶体电路按矩阵像素转换成电子信号，传输至计算机，通过监视器将图像显示出来，也可传输进入PACS网络。
CR相比DR系统结构相对简单，易于安装；IP影像板可适用于现有的X线机上，直接实现普通放射设备的数字化，提高了工作效率，为医院带来很大的社会效益和经济效益。降低病人受照剂量，更安全。CR对骨结构，关节软骨及软组织的显示明显优于传统的X片成像；易于显示纵膈结构，如血管和气管；对肺结节性病变的检出率高于传统X线成像；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；用于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（数字胃肠）优于传统X线图像。
CR是数字X线摄影DR是计算机X线摄影
1．CR
CR是X线平片数字化的比较成熟技术，目前已在国内外广泛应用。CR系统是使用可记录并由激光读出X线成像信息的成像板（imaging plate；IP）作为载体，以X线曝光及信息读出处理，形成数字或平片影像。目前的CR系统可提供与屏---片摄影同样的分辨率。CR系统实现常规X线摄影信息数字化，使常规X线摄影的模拟信息直接转换为数字信息；能提
高图像的分辨、显示能力，突破常规X线摄影技术的固有局限性；可采用计算机技术，实施各种图像后处理（post-proceing）功能，增加显示信息的层次；可降低X线摄影的辐射剂量，减少辐射损伤；CR系统获得的数字化信息可传输给较低存档与传输系统
（picturearchiving and communicating system；PACS），实现远程医学（tele-medicine）。
2．DR
DR是在X线电视系统的基础上，利用计算机数字化处理，使模拟视频信号经过采样、模/数转换（analog to digit，A/D）后直接进入计算机中进行存储、分析和保存。X线数字图像的空间分辨率高、动态范围大，其影像可以观察对比度低于1%、直径大于2MM的物体，在病人身上测量到的表面X线剂量只有常规摄影的1/10。量子检出率（detective quantum efficicncy；DQE）可达60%以上。X线信息数字化后可用计算机进行处理。通过改善影像的细节、降低图像噪声、灰阶、对比度调整、影像放大、数字减影等，显示出未经处理的影像中所看不到的特征信息。借助于人工智能等技术对影像作定量分析和特征提取，可进行计算机辅助诊断。
数字X线摄影包括硒鼓方式、直接数字X线摄影（direct digital radiography；DDR）、电荷耦合器件（charge coupled device；CCD）摄像机阵列方式等多种方式。数字图像具有较高分辨率，图像锐利度好，细节显示清楚；放射剂量小，曝光宽容度大，并可根据临床需要进行各种图像后处理等优点，还可实现放射科无胶片化，科室之间、医院之间网络化，便于教学与会诊。
直接数字化放射摄影（Digital Radiography，简称DR），是上世纪九十年代发展起来的X线摄影新技术，具有更快的成像速度、更便捷的操作、更高的成像分辨率等显著优点，成为数字X线摄影技术的主导方向，并得到世界各国的临床机构和影像学专家认可。近年来随着技术及设备的日益成熟，DR在世界范围内得以迅速推广和普及应用，逐渐成为医院的必备设备之一。临床界和工程界专家普遍认为，DR设备将成为高水平数字化影像设备的终极产品。
DR主要 由X-线发生器(球管)、探测器(影像板/采样器)、采集工作站(采像处理计算机/后处理工作站)、机械装置等四部分组成；DR之所以称为“直接数字化放射摄影”的实质就是不用中间介质直接拍出数字 X-光像；其工作过程是：X线穿过人体(备查部位)投射到探测器上，然后探测器将Ｘ线影像信息直接转化为数字影像信息并同步传输到采集工作站上，最后利用工作站的医用专业软件进行图像的后处理。
DR系统能够有效降低临床医生的劳动强度，提高劳动效率，加快患者流通速度；相对于普通的屏／胶系统来说，采用数字技术的DR，具有动态范围广、曝光宽容度宽的特点，因而允许摄影中的技术误差，即使在一些曝光条件难以掌握的部位，也能获得很好的图像；由于直接数字化的结果，拍摄的X光片信息量大大丰富，可以根据临床需要进行各种图像后处理，如各种图像滤波、窗宽窗位调节、放大漫游、图像拼接以及距离、面积、密度测量等丰
富的功能，为影像诊断中的细节观察、前后对比、定量分析提供技术支持，改变了以往X光平片固定影像的局限性，提供了大量临床诊断信息；由于其大尺寸、多像素成像板的贡献，大大提高了X光胶片的清晰度及细节分辨率，成像综合水平远远超过普通X光平片；同时有助于实现普通X线摄影图像的数字化存储和远距离调阅、交流等方便应用。
依据探测器的构成材料和工作原理，DR主要分为三大技术：CCD、一线扫描、非晶体平板(非晶硒、非晶硅+碘化铯/非晶硅+氧化钆)。
一、CCD：由于物理局限性，专家们普遍认为大面积平板采像 CCD 技术不胜任，而且CCD设备在图像质量上较非晶硅/硒平板设备有一定差距，但是相对有价格优势；世界上还有几个厂家用此技术如 Swiray。
二、一线扫描：也称一维线扫描技术，由俄罗斯科学院核物理研究所发明，也就是国内中兴航天在生产的DR；有受照剂量低、设备造价相对平板技术更低廉的优点，但也存在成像时间长（数秒）、空间分辨率低（刚推出时是1mm/lp）以及X线使用效率低的致命缺陷；成像质量较差而且病人会接受大量不必要的辐射。
三、非晶平板：非晶硒/非晶硅；主要由非晶硒层(a-Se)/非晶硅层(a-Si)加薄膜半导体阵列(TFT)构成。
二、CR与DR的性能比较
针对这两种不同的系统，现从系统功能、图像质量、控制使用及软件功能几个方面进行分析。
1.系统功能比较：CR是在传统Ｘ线胶片摄影装置改进而来，它是利用IP板替代了原有的胶片暗盒，与现有的X线拍片系统没有什么大的改变，IP板在X线曝光后，将图像信息存储在IP板上，将IP板(类似暗盒)送读出装置读出处理，可对现有设备进行改造。DR则是完全数字化的产品，完全改变了传统X线胶片摄影过程，平板探测器(FPD)经X线曝光后即时将X线信号转换成数字信号送计算机进行处理，设备是一套全新的数字X线机。
2.图像质量比较：图像的空间分辨率CR>3.5LP/mm，DR>3.6LP/mm；密度分辨率CR>212灰阶，DR>214灰阶，DR的FPD显示信息>CR的IP板，DR调制传递函数MTF高于CR。
3.操作使用：目前医院使用CR、DR已比较普及，据不完全统计，使用X线传统屏片摄影每个病人平均需要7.5分/人，采用CR摄影的需6分/人，而采用DR摄影的需要2.5 分/人，CR可与原有的适合X线平片摄影的X线机系统配合使用，特别是可用在ICU、急诊室等特殊科室的复杂体位的摄影，而DR系统则较适合透视与点片、摄影及各种造影检查。
4.软件功能方面：CR、DR的软件功能不同厂家不同型号的设备软件功能大同小异，都是采用质量控制摸块和后处理技术保证图像的质量和稳定性，DR采用自动曝光控制技术
（AutomaticExposureControl，AEC），主要原理是通过设定不同的探测器（电离室），在曝光时测量透过病人的X线剂量，当达到图像采集所需要的剂量后，自动关闭X线系统，保证了整幅图像的一致性，在快速得到一幅数字图像后，可以立即对图像进行数字优化处理。而不必像以往胶片冲出来之后才知道图像的好坏，病人因为图像的问题而被重拍的概率大大降低，病人也避免了接受不必要的X线照射，减少了所接受的射线剂量。通过AEC技术，配合其工作站上的多种处理摸式，使成像质量稳定，且操作简单化，不用人为的调整和处理。CR的曝光指数
（ExposureIndex，EI）参考值是影响质量的重要参数，不同的部位采用不同EI和EVP值以达到高质量图像的目的。由于拍片过程与后期的图像处理没有直接的关联，要获得较好的质量的图像，还需要一定的投照技术和经验，设备可操作性和图像质量的稳定性比DR要差一些。
三、CR与DR的共同点
共同点是将X线影像信息转化为数字影像信息，其曝光宽容度相对于屏胶片系统体现出较大的优势，因而允许照相中的技术误差，即使在一些曝光条件难于掌握的部位，也能获得很好的图像；CR与DR可以根据临床需要进行各种图像后处理，窗宽窗位调节、放大缩小、图像拼接以及距离、面积和密度测量等，为影像诊断中的细节观察、前后对比和定量分析提供了技术支持；另外它们还有效解决了图像的存档管理与传输，可以采用光盘刻录的方式保存影像资料，具有成本低廉、经济效益好的特点。
总之，根据潍坊市人民医院放射科使用CR、DR的实践认为，CR与DR系统既有共性又有个性，既有区别又有联系，它们各有优缺点。在相当长的一段时间内将会是一对并行发展的系统，CR目前在中小型医院仍不失为较方便的数字摄影过渡设备。DR摄影技术经历了十多年的发展，目前已经进入成熟阶段，技术性能也不断提高，价格大幅降低，已达到了普通患者能接受的水平，将为医学影像学的发展提供更好的途径。
小结：
CR系统更适用于X线平片摄影,其非专用机型可和多台常规X线摄影机匹配使用,且更适用于复杂部位和体位的X线摄影;DR系统则较适用透视与点片摄影及各种造影检查,由于单机工作时的通量限制,不易取代大型医院中多机同时工作的常规X线摄影设备,但较适用于小医疗单位和诊所的一机多用目的.事实上,CR和DR系统在相当长的一段时间内将是一对并行发展的系统.DR是今后的发展方向,但就目前而言,DR电子暗盒的结构由4块7.5in*8in所组成,每块的接缝处由于工艺的限制不能做得没缝,且一旦其中一块损坏必将导致4块全部更换,不但费用昂贵,还需改装已有的X线机设备,而CR相对费用较低,且多台X线机可同时使用,无数字化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;摄影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,并进行存储,这些都是数字化图像的优点数字化图像与传统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DR成像,而且对DR图像的观察与分析也与传统X线相同.所不同的是DR图像是由一定数目的象素所组成数字化图像对骨结构,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用数字化图像行层成像优于X线体层摄影DR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,DR不像CT与MRI那样不可代替.需改变现有设备.参考文献：余厚军.CR和DR数字图像软阅读显示器的配置.实用放射学杂志，2006，22：1418.2 陈卫国，黄信华，段刚，等.数字化放射科设备更新的发展策略探讨.实用放射学杂志，2002，18：10061008.张里仁主编.医学影像设备学.第1版.北京：人民卫生出版社，2005.79.张云亭，袁聿德主编.医学影像检查技术学.第1版.北京：人民卫生出版社，2005.4.张泽宝主编.医学影像物理学.第1版.北京：人民卫生出版社，2004.71.舒震宇，狄幸波，章伟敏.DR与传统高千伏胸部摄影对比分析.实用放射学杂志，2006，22：1431.，，袁仁松，刘广月，傅长根主编.临床影像技术学.第1版.南京：江苏科学技术出版社，2003.186.Cornelia SP，Martin U，Edith E，et al.Digital radiography of the chest：detector techniques and performance parameters.J Thoraces Imaging，2003，18：124137.Kawata H.Investigation of beam quality for digital chest radiography with RbRr：Tl（+）photostimulable storage phosphors.Nippon Hoshasen Gijutsu Gakkai Zahi，2003，59：11741182.陈勇主编.CR、DR体位设计与临床优化选择.第1版.兰州：甘肃科学技术出版社，2005.37.
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