數(shù)字化成像技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)題ＣＲ與ＰＡＣＳ

隨著醫(yī)學(xué)影像高、精、尖技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)Ｘ線(xiàn)攝影已逐步顯示其弊端^【１】。首先，常規(guī)Ｘ線(xiàn)攝影沿用膠片／增感屏系統(tǒng)，成像后由膠片記錄，需暗室沖洗，為了提高膠片的利用價(jià)值，影像科不得不建立片庫(kù)來(lái)貯存數(shù)量龐大的膠片，這就是所謂的“歸檔”或“存檔”，即對(duì)膠片的管理，其歸錯(cuò)檔、丟失等事故常有發(fā)生，難度與數(shù)量同步增長(zhǎng)，包括費(fèi)用、空間。其次，資料的查詢(xún)速度慢，圖像的傳遞需要大量時(shí)間、效率低，不能滿(mǎn)足臨床需要，如遇急診問(wèn)題就更嚴(yán)重。第三是傳統(tǒng)Ｘ線(xiàn)攝影采用模擬技術(shù)，圖象灰階度分辨力低，不便用計(jì)算機(jī)處理，也不便于儲(chǔ)存和傳輸，更談不上異地醫(yī)生同時(shí)觀察一幅圖像（如遠(yuǎn)程診斷或電話(huà)會(huì)診），不便實(shí)現(xiàn)多人共享。第四，Ｘ線(xiàn)攝影需要的曝光劑量相對(duì)較大，且Ｘ線(xiàn)攝影一旦完成，影像質(zhì)量再不能改善，當(dāng)質(zhì)量達(dá)不到要求時(shí)往往需要重拍，給投照者和患者帶來(lái)負(fù)擔(dān)。再則，膠片的丟失、片損和變質(zhì)所引起的信息丟失也是一個(gè)難以解決的問(wèn)題，有關(guān)資料表明：即使一個(gè)管理制度十分完善的醫(yī)院，由于借出、會(huì)診等，Ｘ線(xiàn)片丟失率也會(huì)在１０％～２０％。由此，計(jì)算機(jī)Ｘ線(xiàn)攝影（Computed Radiography，ＣＲ）應(yīng)運(yùn)而生。

一、ＣＲ：

    在過(guò)去的２０年里，在電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)方面的飛速發(fā)展致使Ｘ線(xiàn)攝影影像系統(tǒng)進(jìn)入全新的發(fā)展階段?？偟臍w于數(shù)字Ｘ線(xiàn)攝影或計(jì)算機(jī)Ｘ線(xiàn)攝影系統(tǒng)，這些設(shè)計(jì)與基于膠片的模擬像是根本不同的，影像的探測(cè)能與影像顯示完全分離^【２】。

ＣＲ與傳統(tǒng)Ｘ線(xiàn)攝影不同，它是將透過(guò)人體的Ｘ線(xiàn)影像信息記錄在由輝盡性熒光物質(zhì)、厚約３００μ－－含微量元素銪的鋇氟溴化物結(jié)晶制成的存儲(chǔ)熒光板（Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｐｈｏｓｐｈｏｒ?。校欤幔簦?，簡(jiǎn)稱(chēng)ＳＰＰ）上，構(gòu)成潛影。用激光束以２５１０×２５１０的象素矩陣（象素約０·１ｍｍ大?。?duì)ＳＰＰ進(jìn)行掃描讀取，經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算處理，通過(guò)改善影像的細(xì)節(jié)、圖像降噪、灰階對(duì)比度調(diào)整、影像放大、數(shù)字減影等，將未經(jīng)處理的影像中所看不到的特征信息在熒屏上顯示圖像，還可用激光照相機(jī)記錄其圖像。圖像處理系統(tǒng)可行灰階與窗位處理，便于按診斷要求作適于視覺(jué)的調(diào)整。ＣＲ適用于各個(gè)系統(tǒng)的影像檢查，包括平片、斷層攝影、造影等。在此基礎(chǔ)上，借助人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)對(duì)影像作定量分析或特征提取，使計(jì)算機(jī)輔助診斷（ＣＡＤ）工作得以實(shí)施。ＣＲ攝影條件低，為傳統(tǒng)Ｘ線(xiàn)攝影的１／２～２／３；攝影條件的寬容范圍寬；數(shù)字化圖像可存儲(chǔ)于光盤(pán)中，為圖像存貯和通信系統(tǒng)（ＰＡＣＳ）的應(yīng)用創(chuàng)造了條件，為遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。不僅如此，ＣＲ為難能可貴之處在于：傳統(tǒng)Ｘ線(xiàn)技術(shù)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，使大小傳統(tǒng)Ｘ線(xiàn)機(jī)免遭淘汰，這也是有別于其它各類(lèi)數(shù)字Ｘ線(xiàn)攝影（ＤＲ）的卓越之處，使Ｘ線(xiàn)影像直接數(shù)字化。ＣＲ的核心部件ＳＰＰ能使照射的Ｘ線(xiàn)能和發(fā)光量有１∶１０００以上的直線(xiàn)相關(guān)，可提供數(shù)據(jù)量大、分辨力高、數(shù)據(jù)獲取速度快，不管Ｘ線(xiàn)曝光有變化，既使Ｘ線(xiàn)曝光技術(shù)錯(cuò)誤也可避免重復(fù)檢查，并潛在地降低可能射線(xiàn)輻射^【３】，可免除輻射不足或過(guò)度時(shí)造成的影像不清晰，可反復(fù)多次使用上萬(wàn)次。該系統(tǒng)自動(dòng)操作，成像參數(shù)可預(yù)調(diào)，影像處理過(guò)程約需⒈５ｍｉｎ?？傊趯?shí)現(xiàn)平片信息數(shù)字化的工作中，ＣＲ系統(tǒng)是為主流的方式。

二、ＣＲ的臨床價(jià)值：

從臨床診斷的角度以標(biāo)準(zhǔn)而言，此系統(tǒng)在監(jiān)護(hù)病房ＩＣＵ床邊胸部Ｘ線(xiàn)攝影可提供穩(wěn)定的佳密度的高質(zhì)量影像^【４】，大大降低所需的重復(fù)檢查^【５】?？剖覂?nèi)胸部Ｘ線(xiàn)攝影領(lǐng)域內(nèi)，以熒光存貯為基礎(chǔ)的影像對(duì)于縱隔、心后區(qū)及膈下隱蔽區(qū)的顯示優(yōu)于傳統(tǒng)膠片Ｘ線(xiàn)攝影已經(jīng)報(bào)道^【６】，在發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)肺部結(jié)節(jié)及陰影時(shí)相當(dāng)于或優(yōu)于傳統(tǒng)膠片^【６】。國(guó)外對(duì)３５０名患者的４６９例胸部Ｘ線(xiàn)數(shù)字影像與傳統(tǒng)的Ｘ線(xiàn)影像進(jìn)行比較。結(jié)果用傳統(tǒng)的Ｘ線(xiàn)成像技術(shù)其診斷率為８４·２％，而用數(shù)字成像技術(shù)其診斷率為９３·４％，結(jié)果表明，Ｘ線(xiàn)數(shù)字影像在識(shí)別低密度的肺外圍性病灶和縱隔病變方面比傳統(tǒng)Ｘ線(xiàn)胸片有突出的優(yōu)點(diǎn)。Ｗｈｉｔｅ【７】等應(yīng)用ＣＲ技術(shù)作實(shí)驗(yàn)兔模型評(píng)估正常新生兒胸腔功能性余氣量，結(jié)果表明ＣＲ能準(zhǔn)確地估計(jì)新生兒肺功能性余氣量。小田^【８】報(bào)告ＣＲ胸片較普通Ｘ線(xiàn)更容易發(fā)現(xiàn)５～２０ｍｍ結(jié)節(jié)性病灶。伊藤^【９】結(jié)合ＣＲ處理前后的胸片能提高肺部微細(xì)間質(zhì)病變檢出率。為此，ＣＲ向人們展示了廣闊的應(yīng)用前景。

然而，在臨床實(shí)踐中^【１０】，判讀胸部Ｘ線(xiàn)照片大約８０％與先前的Ｘ線(xiàn)檢查相對(duì)照。對(duì)照判讀可幫助放射學(xué)家識(shí)別異常并確定它們的臨床意義，但重要的、細(xì)微的間隔性改變僅在回顧性判讀時(shí)才被識(shí)別。盡管所有新的異常顯示細(xì)微，但具有潛在的臨床意義。新的異常中許多能見(jiàn)度較低，歸因于與正常結(jié)構(gòu)的重疊或相對(duì)背景組織不透明的低對(duì)比度。在數(shù)字Ｘ線(xiàn)照片的情況下，能從當(dāng)前的Ｘ線(xiàn)照片減去先前的Ｘ線(xiàn)照片產(chǎn)生即時(shí)減影圖像以增強(qiáng)間隔性改變的區(qū)域。經(jīng)研究即時(shí)減影圖像和一起觀察的、成對(duì)的先前和當(dāng)前數(shù)字胸部Ｘ線(xiàn)照片時(shí)，單個(gè)和復(fù)合ＲＯＣ曲線(xiàn)證實(shí)：對(duì)新的異常診斷提高精確度具有顯著改善，在假陽(yáng)性發(fā)現(xiàn)物的數(shù)目沒(méi)有本質(zhì)的增加，對(duì)于一個(gè)普通觀察者操作在８０％專(zhuān)業(yè)水平來(lái)說(shuō)，用即時(shí)減影改善其靈敏度從８４％提高到９７％；且在判讀時(shí)間上平均減少１９·３％。

在放射診斷學(xué)從傳統(tǒng)到數(shù)字Ｘ線(xiàn)成像逐步過(guò)渡的今天，大多數(shù)診斷工作仍用硬拷貝完成，但在不久的將來(lái)，許多診斷工作將在ＣＲＴ（監(jiān)視器）上直接完成^【１１】。為此，一些作者對(duì)顯示器終端的各個(gè)方面產(chǎn)生了興趣，諸如影像質(zhì)量和觀察者舒適的重要性，等。然而，評(píng)論家們認(rèn)為出現(xiàn)在ＣＲＴ上某種程度的閃爍、亮度太亮和太黑，人們?cè)谟^看連續(xù)的幾幅影像后會(huì)感到疲勞，這就是成像系統(tǒng)中ＣＲＴ的薄弱環(huán)節(jié)。ＣＲＴ的空間分辨力取決于所用線(xiàn)對(duì)的數(shù)目（垂直分辨力）和頻帶寬度（水平分辨力）。對(duì)比分辨力取決于各種因素，諸如：更新率、環(huán)境亮度、磷、電子流和炫光（玻璃中的散射）。為此，人們用ＲＯＣ分析法，采用模擬病理學(xué)的同一胸部體模，將兩種ＣＲＴ進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)ＣＲＴ的影像質(zhì)量。監(jiān)視器１采用傳統(tǒng)的、模擬的、高分辨力的視頻監(jiān)視器。監(jiān)視器２為影像數(shù)據(jù)的數(shù)字傳遞。結(jié)果：對(duì)于小的和大的不規(guī)則球形病灶和氣胸兩者間在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無(wú)顯著性差異。但３／５的專(zhuān)家評(píng)定監(jiān)視器１的閃爍有干擾，３／５的專(zhuān)家評(píng)定監(jiān)視器２總體適度為好。這樣，監(jiān)視器２略完美點(diǎn)。

三、ＣＲ與ＤＲ的比較：

ＤＲ由電子暗盒、掃描控制器、系統(tǒng)控制器、影像監(jiān)示器等組成，是直接將Ｘ線(xiàn)光子通過(guò)電子暗盒轉(zhuǎn)換為數(shù)字化圖像，ＣＲ與ＤＲ的共同點(diǎn)都是將Ｘ線(xiàn)影像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字影像信息，其曝光寬容度相對(duì)于普通的增感屏／膠片系統(tǒng)，ＣＲ和ＤＲ由于采用數(shù)字技術(shù)，動(dòng)態(tài)范圍廣，都有很寬的曝光寬容度，因而允許照相中的技術(shù)誤差，即使在一些曝光條件難以掌握的部位，也能獲得很好的圖像；ＣＲ和ＤＲ可以根據(jù)臨床需要進(jìn)行各種圖像后處理，如各種圖像濾波，窗寬窗位調(diào)節(jié)、放大漫游、圖像拼接以及距離、面積、密度測(cè)量等豐富的功能，為影像診斷中的細(xì)節(jié)觀察、前后對(duì)比、定量分析提供技術(shù)支持。其性能比較是：

１、成像原理：ＤＲ是一種Ｘ線(xiàn)直接轉(zhuǎn)換技術(shù)，它利用硒作為Ｘ線(xiàn)檢測(cè)器，成像環(huán)節(jié)少；ＣＲ是一種Ｘ線(xiàn)間接轉(zhuǎn)換技術(shù)，它利用圖像板作為Ｘ線(xiàn)檢測(cè)器，成像環(huán)節(jié)相對(duì)于ＤＲ較多。

２、圖像分辨力：ＤＲ系統(tǒng)無(wú)光學(xué)散射而引起的圖像模糊，其清晰度主要由像素尺寸大小決定；ＣＲ系統(tǒng)由于自身的結(jié)構(gòu)，在受到Ｘ線(xiàn)照射時(shí)，圖像板中的磷粒子使Ｘ線(xiàn)存在著散射，引起潛像模糊；在判讀潛像過(guò)程中，激光掃描儀的激發(fā)光在穿過(guò)圖像板的深部時(shí)產(chǎn)生著散射，沿著路徑形成受激熒光，使圖像模糊，降低了圖像分辨力，因此當(dāng)前ＣＲ系統(tǒng)的不足之處主要為時(shí)間分辨率較差，不能滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)器官和結(jié)構(gòu)的顯示^【１２】。

３、ＤＲ是今后的發(fā)展方向，但就目前而言，ＤＲ電子暗盒的結(jié)構(gòu)１４×１７英寸由４塊⒎５×８英寸所組成，每塊的接縫處由于工世的限制不能做得沒(méi)縫，且一旦其中一塊損壞必將導(dǎo)致４塊全部更換，不但費(fèi)用昂貴，還需改裝已有的Ｘ線(xiàn)機(jī)設(shè)備，而ＣＲ相對(duì)費(fèi)用較低，且多臺(tái)Ｘ線(xiàn)機(jī)可同時(shí)使用，無(wú)需改變現(xiàn)有設(shè)備。

４、ＣＲ系統(tǒng)更適用于Ｘ線(xiàn)平片攝影，其非專(zhuān)用機(jī)型可和多臺(tái)常規(guī)Ｘ線(xiàn)攝影機(jī)匹配使用，且更適用于復(fù)雜部位和體位的Ｘ線(xiàn)攝影；ＤＲ系統(tǒng)則較適用于透視與點(diǎn)片攝影及各種造影檢查，由于單機(jī)工作時(shí)的通量限制，不易取代大型醫(yī)院中多機(jī)同時(shí)工作的常規(guī)Ｘ線(xiàn)攝影設(shè)備，但較適用于小醫(yī)療單位和診所的一機(jī)多用目的。事實(shí)上，ＣＲ和ＤＲ系統(tǒng)在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將是一對(duì)并行發(fā)展的系統(tǒng)^【１３】。

四、ＣＲ與ＰＡＣＳ：

圖象存檔與通信系統(tǒng)（picture archiving and communication system，簡(jiǎn)稱(chēng)ＰＡＣＳ）是近些年發(fā)展起來(lái)的一個(gè)由放射學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的綜合產(chǎn)物^【１】。它將圖象信息以數(shù)字形式表現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)管理下完成多方式圖象存儲(chǔ)、處理和歸檔，具有快速圖象檢索的優(yōu)勢(shì)。再者，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，能使不同地域?qū)ν粓D象可同時(shí)存取，實(shí)現(xiàn)了圖象信息遠(yuǎn)距離傳輸和遠(yuǎn)程操作，克服了膠片系統(tǒng)在這方面的限制。而進(jìn)入ＰＡＣＳ的前提是醫(yī)學(xué)圖象數(shù)字化，目前可進(jìn)入ＰＡＣＳ的有Ｘ－ＣＴ、磁共振成像（ＭＲＩ）、數(shù)字減影血管造影（ＤＳＡ）、正電子發(fā)射斷層掃描術(shù)（ＰＥＴ）、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描術(shù)（ＳＰＥＣＴ）等，但占影像７０％～８０％的大量Ｘ線(xiàn)平片卻被拒之門(mén)外，因而ＣＲ客觀地解決了這一問(wèn)題。

１、ＣＲ的應(yīng)用使小型ＰＡＣＳ在影像科范圍內(nèi)得以實(shí)施：

⑴、使病人得到更為快速、準(zhǔn)確、便宜的影像服務(wù)，避免了因投照條件不當(dāng)而產(chǎn)生的廢片。⑵、膠片圖像可按一定的方式儲(chǔ)存在病人數(shù)據(jù)庫(kù)中，可作分類(lèi)、編排、索引、文字說(shuō)明或其它形式的再處理，以便于圖像的檢索。⑶、采用現(xiàn)代化全數(shù)字方式的診斷環(huán)境，提高影像診斷效率和質(zhì)量，降低診斷成本。⑷、ＣＲ的應(yīng)用提高了影像科的管理水平和管理效率，可方便、迅速、可靠地歸檔，長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)其信噪比特性也不會(huì)變壞，且任意調(diào)用不丟失信息，從而將從根本上改變傳統(tǒng)的對(duì)膠片等硬拷貝的手工管理方式，加強(qiáng)了對(duì)重點(diǎn)膠片的管理、防止丟片和片損情況的發(fā)生，節(jié)省了膠片存儲(chǔ)空間和管理人員，從而降低圖像的存檔成本。⑸、節(jié)約經(jīng)費(fèi)。由于在一片光盤(pán)上可以存儲(chǔ)大量的圖像，每一幅圖像的存儲(chǔ)成本就很低，隨著數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展，存儲(chǔ)成本可以進(jìn)一步降低。⑹、使用ＣＲ可使被檢者的受照劑量下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，因而能有效地進(jìn)行患者及工作人員的防護(hù)，且降低了Ｘ線(xiàn)機(jī)的負(fù)荷，相對(duì)地延長(zhǎng)了機(jī)器的使用壽命，節(jié)約了Ｘ線(xiàn)球管損耗的開(kāi)支。⑺、ＣＲ還可通過(guò)多媒體技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（ＣＡＩ）。⑻、使用ＣＲ不再存在占全部醫(yī)學(xué)影像７０％～８０％的平片信息不能上網(wǎng)的巨大遺憾，且使大小傳統(tǒng)Ｘ線(xiàn)機(jī)煥發(fā)了青春。

２、ＣＲ的引進(jìn)使中型ＰＡＣＳ在全院范圍內(nèi)得以開(kāi)展：

⑴、它可快速、方便地在臨床、急診科室隨時(shí)調(diào)閱膠片圖像進(jìn)行讀片與診斷，提高了工作效率，避免了膠片在傳遞過(guò)程中丟失，成為醫(yī)院現(xiàn)代化的管理手段。⑵、開(kāi)展復(fù)合影像診斷、開(kāi)展多學(xué)科會(huì)診，克服時(shí)間和地域上的限制，使醫(yī)護(hù)人員能為各類(lèi)患者提供及時(shí)的診斷、治療和護(hù)理。⑶、便于圖像傳遞和交流，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，發(fā)揮教學(xué)醫(yī)院的教學(xué)和支持作用，從而在整體上提高醫(yī)院的診斷質(zhì)量、效率和教學(xué)、科研水平。⑷、極大地改變了傳統(tǒng)影像科與其它科室的關(guān)系，它的大范圍運(yùn)用必將對(duì)放射學(xué)實(shí)踐產(chǎn)生極其深刻的影響，促進(jìn)更加專(zhuān)業(yè)化的發(fā)展，迫使行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)更為激烈的競(jìng)爭(zhēng)。⑸、節(jié)約了膠片開(kāi)支及其管理費(fèi)用，從而進(jìn)入無(wú)膠片時(shí)代。⑹、在醫(yī)療服務(wù)的社會(huì)需求不斷增長(zhǎng)的今天，上述優(yōu)越性終將有利于提高醫(yī)療質(zhì)量、縮短患者在醫(yī)院的滯留時(shí)間，從而為醫(yī)院和患者帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

３、ＣＲ的引進(jìn)為遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)奠定了基礎(chǔ)：　?。茫业囊M(jìn)擴(kuò)充遠(yuǎn)程診斷中心，發(fā)揮醫(yī)院專(zhuān)科教學(xué)中心的作用。利用院內(nèi)影像專(zhuān)家進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和教學(xué)輔導(dǎo)，提高醫(yī)院的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。還有實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)存的醫(yī)院信息系統(tǒng)（ＨＩＳ）、放射學(xué)信息系統(tǒng)（ＲＩＳ）及個(gè)人健康檔案（ＰＨＤ）等聯(lián)網(wǎng)。也可通過(guò)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)和Ｉｎｔｅｒｎｅｎｔ把影像遠(yuǎn)距離地傳送到國(guó)內(nèi)、外大醫(yī)院進(jìn)行會(huì)診。

總之，ＣＲ的引進(jìn)全面提高了影像科的水平，節(jié)約了大量能源?？梢猿浞挚隙ǎ茫沂抢^ＣＴ之后的一種全新觀念的成像方式，應(yīng)完全相信