基于無線平板探測器的床邊拍片機數(shù)字化改造

關(guān)鍵，林少春，林玲，鄧盛文，程曉玫

常規(guī)X 線設(shè)備的數(shù)字化是從CR 開始的，CR 成像系統(tǒng)利用IP板（image plane）在投照過程中生成“潛影”，經(jīng)掃描器掃描后而獲得數(shù)字化的圖像［1］。由于CR 成像系統(tǒng)不需對原有X 線發(fā)生器、片架和攝影床作任何改動，而且價格較低，所以被廣泛應(yīng)用于常規(guī)X線攝影。但CR 的缺點也十分明顯［2-3］：由于IP 板的“潛影”必須要經(jīng)過掃描器掃描后才能看到圖像，所以使用CR 攝片不是立拍可現(xiàn)，工作效率不高，也不能在拍攝后立即糾正拍攝過程中產(chǎn)生的問題。另外，CR的空間分辨力和密度分辨力也沒能達到一個理想的程度。隨著IP板使用次數(shù)增加［4］，其性能衰減嚴重也是一個不能避免的問題。

我院共有5臺床邊X 線機，分布在不同大樓不同病區(qū)。現(xiàn)有的床邊CR 系統(tǒng)及IP板老化，導(dǎo)致圖像質(zhì)量降低。由于一次攜帶的IP板數(shù)量有限，攝片技師往往需要多次往返于病區(qū)和放射科之間才能完成全部床邊攝片工作。如將五臺床邊X 線機全部更換成床邊DR，投入太大，原有的床邊機將完全廢棄。因此需要找到一種簡便易行，圖像質(zhì)量好，投入成本低的方案，對我院不同型號的移動床邊CR 機進行升級改造。

材料與方法

1.材料的選擇

選擇銳珂公司（Carestream）的DRX-1 平板探測器作為成像載體；利用醫(yī)院原有的西門子和飛利浦常規(guī)移動床邊機（Siemens Multmobil 10 移動X 線機2臺，Philips Practix33移 動X 線 機2 臺、Philips Practix100移動X 線機1臺）做為X 射線源；銳珂公司研制DR 操作控制臺（DR operator console，DROC）和高壓同步控制接口。由此在床邊攝片時可以方便集成為DR 攝片。

銳珂公司DRX-1魔卡平板探測器［5-6］具有以下特點：①目前業(yè)內(nèi)最小巧的平板探測器，外觀尺寸為35cm×43cm×1.5cm ，重量僅3.86kg，規(guī)格完全等同于ANSI暗盒、IP 板；②首款可以采用無線控制采集圖像的平板探測器；③139μm 像素滿足任何常規(guī)攝影需求；④可靠的防震、抗沖擊設(shè)計。因此，使用DRX-1魔卡平板探測器，可以為臨床攝片提供了很大方便性和靈活性。

2.方法和技術(shù)路線

DR 的成像一般要經(jīng)過以下步驟［7］：①X 線穿過人體后將影像投射在平板探測器上；②平板探測器的薄膜晶體管陣列產(chǎn)生電流，電流經(jīng)A／D 轉(zhuǎn)化成為像素；③像素被傳輸?shù)紻ROC；④DROC 將像素數(shù)據(jù)做圖像處理；⑤DROC 將處理后的圖像封裝為標準的DICOM 圖像；⑥封裝后的DICOM 圖像可以按照DICOM 標準傳輸、存儲、瀏覽、打印、測量等。

平板探測器和X 光機是不同公司的產(chǎn)品，要把它們有效集成為DR，需要配備DROC和高壓控制接口，使DROC 可以控制X 光機的曝光。這樣才能將平板探測器和X 光機有效地集成為一臺可用的DR。

3.DROC的設(shè)計

DROC的圖像采集［5］：不同平板探測器的接口是不一樣的，但每家平板探測器的生產(chǎn)廠商一般都提供接口的開發(fā)文檔和接口模塊，開發(fā)者只要根據(jù)開發(fā)文檔一般都可以順利地與平板探測器進行通訊，對平板探測器進行控制和圖像采集。

DROC的圖像處理：從平板探測器采集到的原始圖像如果不經(jīng)過處理一般都達不到診斷的要求，所以原始數(shù)據(jù)必須要做圖像處理，這個環(huán)節(jié)對圖像質(zhì)量的影響最大，要求最高。目前在DR 圖像處理中針對魔卡平板探測器做了優(yōu)化。DICOM 圖像的封裝：將處理好的圖像封裝成DICOM 圖像，在這個過程中圖像中的各個字段都必須標準規(guī)范，完全按照DICOM 協(xié)議的要求進行封裝。

DICOM 圖像的操作：包括傳輸、存在、打印、瀏覽、測量。這部分的開發(fā)可以使用開放源的DCMTK的模塊進行開發(fā)，這是業(yè)內(nèi)很成熟的模塊，而且是免費開放源代碼的，各大公司都在使用，所以沒必要獨立開發(fā)。

4.高壓控制接口的設(shè)計

在DR 的曝光過程中有一個很重要的問題——同步問題。平板探測器平時是不會采集圖像的，只有接收到DROC發(fā)過來的采集圖像指令后，才會將采集窗口打開，如果這時X 線投照在平板探測器上，平板探測器就可以采集到圖像；反之，如果平板探測器的窗口沒有打開或已經(jīng)關(guān)閉，這時X 線投照在平板探測器上是無效的。魔卡平板探測器在接收到采集指令后，會立即打開采集窗口，但是為了限制噪聲，窗口打開的時間只有0.8s，曝光在這段時間內(nèi)必須完成，否則將采集不到圖像，或者曝光劑量不足。而在這么短的時間內(nèi)，要想讓曝光區(qū)落到采集的時間窗內(nèi)，必須要通過計算機控制。高壓控制接口的作用就是讓DROC 可以控制高壓曝光，讓曝光區(qū)落到采集時間窗口上，使X光機的曝光和平板探測器的采集同步。

考慮到每家高壓發(fā)生器的通訊協(xié)議各不相同，做升級改造也可能得不到其他廠家的高壓通訊協(xié)議，所以控制X 光機的曝光不能通過控制高壓發(fā)生器的方式去控制。盡管每家X 光機都不同，但有一點基本是相同的，就是都可以通過手閘來控制曝光，于是將高壓控制接口做成一個電子手閘，使其具有一閘和二閘閉合和釋放的功能，將高壓控制接口一閘和二閘的接線與原X 光機的一閘和二閘的接線并聯(lián)就可以控制X光機的曝光了，而不需要了解X 光機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和協(xié)議。通過筆記本電腦的USB接口與高壓接口連接，這樣同時解決通訊和供電問題，體積也做得很小，可以很方便地安裝在X 光機內(nèi)部。

結(jié) 果

本次改造利用一塊魔卡平板探測器給五臺移動床邊機進行DR 升級。將DROC 安裝在一臺筆記本電腦內(nèi)，在每臺移動床邊機都安裝了一套高壓控制接口和無線路由器。床邊機改造示意圖如圖1。

優(yōu)點分析：①實現(xiàn)了一板多用，有效利用了原有的移動床邊機，節(jié)省維護成本；②圖像質(zhì)量提高（圖2），輻射劑量較CR 降低；③曝光后5s即時閱片，為患者的救治節(jié)省了時間；如遇圖像不滿意可立即重拍。④操作流程大大簡化：技術(shù)員帶上一塊平板探測器和筆記本電腦，即可去病房拍片；拍片前只需將安裝在床邊機上的高壓控制接口的USB 線與筆記本電腦連接即可；拍片過程類似于使用IP 板或暗盒拍片，平板探測器上沒有電源線和數(shù)據(jù)線，可以根據(jù)需要任意擺放；拍片完成后，通過無線路由器將圖像傳輸?shù)絇ACS以及膠片打印。⑤技術(shù)員的勞動強度減輕且醫(yī)療效率提高：不需要攜帶大量IP 板；一次輪回即可完成全院病患的攝片工作，無需在放射科和病區(qū)間多次往返。通過工作列表（Worklist）功能調(diào)出患者資料，現(xiàn)場確認后再投照，不會發(fā)生患者匹配錯誤。

圖1 床邊機改造升級示意圖。 圖2 同一患者床邊機升級改造前后的胸片對比。a）升級前胸片，圖像細節(jié)較差；b）改造后復(fù)查胸片，圖像清晰度明顯提高。

討 論

DICOM 標準的建立為數(shù)字化影像設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)［8］。DR 的出現(xiàn)有效地解決了CR 所存在的問題。DR 利用平板探測器可以將投照的X 線直接轉(zhuǎn)化成電信號，經(jīng)A／D 轉(zhuǎn)換后生成數(shù)字信號。所以利用DR 攝片可以做到立拍可現(xiàn)，直接獲得數(shù)字化的影像，大大提高了工作效率。而且空間分辨率和密度分辨率也比CR 有所提高［9］。隨著DR 平板探測器成品率的提高和成本的降低，DR 取代CR 已成為一種趨勢。

然而床邊攝片并沒有隨著DR 的發(fā)展而同步發(fā)展。原因是早期DR 的平板探測器的體積和重量都沒有達到床邊攝片的要求。無論是直接成像的非晶硒平板探測器和間接成像非晶硅平板探測器，由于散熱的要求和工藝原因，其封裝后的厚度都超過了5cm，重量在10kg左右，這種尺寸和重量的平板探測器只能固定在X 線機的機架上，做固定的DR 整機使用，做移動床邊攝片是不合適的。直到日本佳能公司推出CXDI-50G 便攜式平板探測器，床邊攝片才真正進入了DR 時代。CXDI-50G 便攜式平板探測器的重量只有2.4kg，封裝后厚度只有2.4cm，基本滿足床邊攝片的要求。隨后除了佳能公司外，在西門子、島津、日立和西班牙Sedecal公司都推出了移動床邊DR，這些移動床邊DR 都使用了佳能公司的CXDI系列平板探測器。但是佳能公司的CXDI平板探測器也存在其固有的缺陷：由于不是無線傳輸圖像，其相連的導(dǎo)線給床邊攝片帶來了一定的麻煩，而且電源及同步接口與一塊平板探測器綁定，所以無法做到一板多用，讓醫(yī)院不能有效節(jié)約資源。另外其像素點直徑為160μm，空間分辨率有所降低，對于細微骨折不能很好地顯像。

銳珂公司和法國特雷茲（Thales）公司幾乎在同一時間推出了基于Wi-Fi無線平板探測器，為床邊攝片使用床邊移動DR 推進了一大步。法國特雷茲公司推出的Trixell＿Portable3543平板探測器在外觀與佳能公司CXDI系列平板探測器的外觀尺寸和重量基本一樣，其區(qū)別是采用無線發(fā)送數(shù)據(jù)，沒有數(shù)據(jù)線，使用更方便；而銳珂公司推出DRX-1平板探測器同樣采用無線發(fā)送圖像，外觀尺寸與常規(guī)的IP 板尺寸完全一樣，重量更輕，完全滿足床邊攝片的要求，而且不用改動原有設(shè)備的片盒結(jié)構(gòu)，給設(shè)備升級改造和一板多用帶來了很大便利。

改造中的主要注意事項：①由于DRX-1平板探測器完全使用無線方式傳輸數(shù)據(jù)，所以易受外界環(huán)境的影響，對路由器和頻段的要求較高。民用頻段一般是使用2.4MHz的頻段，而DRX-1平板探測器與路由器之間的通訊必須使用5MHz的頻段，以減少民用頻段的干擾。電腦與路由器之間雖然可以使用2.4MHz的頻段，但是為了保證通訊的穩(wěn)定，建議使用具有5MHz頻段無線網(wǎng)卡的電腦。②由于DRX-1平板探測器的采集窗口打開只有0.8s，因此攝片時應(yīng)使用短時間、高毫安的攝片條件，這樣才能讓曝光區(qū)落到有效的采集區(qū)內(nèi)。③平板探測器和電腦電池的電量都會影響到無線通訊的穩(wěn)定，如果攝片時間較長或患者較多時應(yīng)多攜帶備用電池。

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