X線采集技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

張迎慶

上海市兒童醫(yī)院　設(shè)備科，上海　200040

X線采集技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

張迎慶

上海市兒童醫(yī)院設(shè)備科，上海200040

[摘要]本文主要闡述了X線采集技術(shù)的發(fā)展歷程及不同X線采集方式的應(yīng)用特點，指出先進的X線采集方式可以全面提高圖像質(zhì)量，降低輻射劑量，是影響平板探測器發(fā)展的重要因素。

[關(guān)鍵詞]X線采集技術(shù)；平板探測器；透過側(cè)采集；入射側(cè)采集

0　前言

平板探測器（Flat Panel Detector，F(xiàn)PD）已廣泛應(yīng)用于各類數(shù)字化攝片設(shè)備中，如數(shù)字化X線攝影（Digital Radiography，DR）系統(tǒng)、數(shù)字減影血管造影（Digital Subtraction Angiography，DSA）系統(tǒng)等[1]。作為現(xiàn)代化醫(yī)院的重要影像設(shè)備，X線設(shè)備的圖像質(zhì)量直接關(guān)系著病情診斷的準(zhǔn)確性，先進的FPD不僅能提高圖像質(zhì)量，同時也能有效降低輻射劑量，保障醫(yī)護人員及病人的安全。醫(yī)用X線攝影數(shù)字成像技術(shù)正在飛速發(fā)展，X線產(chǎn)品無論在探測器的材料、制作技術(shù)、加工工藝還是在圖像處理軟件等各個方面都有了很大的進步，不過關(guān)于通過改進X線采集方式來提高圖像質(zhì)量的研究還比較少。本文主要通過闡述X線采集技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀來探討平板探測器的發(fā)展趨勢。

1　X線采集技術(shù)概述

球管發(fā)射的X線照射至接收材料后，材料根據(jù)自身特性進行調(diào)節(jié)，使接收的X線不受損失的技術(shù)，稱為X線采集技術(shù)[2]。作為現(xiàn)代化的X線攝片設(shè)備，平板探測器是采集X線的最佳選擇。由于X線是照射患者后攜帶圖像信息進入平板探測器的，所以最好采集完全，防止信息丟失，才能形成高質(zhì)量的圖像。

2　X線采集技術(shù)的發(fā)展歷程

X線采集技術(shù)與材料特性緊密相關(guān)，不同類型的材料對X線采集的效果和最終圖像的質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用。X線采集技術(shù)經(jīng)歷了數(shù)十年的膠片-增感屏方式后，在20世紀(jì)80年代步入計算機X線攝影（Computed Radiography，CR）時代，此后邁入了數(shù)字化X線攝影（DR）時代，相信未來X線采集技術(shù)也會隨著科技的發(fā)展而不斷進步[3]。

2.1膠片-增感屏采集

膠片是最傳統(tǒng)的X線采集材料之一，在沖洗過程中需要用到各種化學(xué)材料，從而降低工作效率，增加長期成本。醫(yī)用增感屏與X線膠片匹配使用，能使穿透機體的X線轉(zhuǎn)變成使膠片感光的可見光，提高X線對膠片感光的利用率。不過由于膠片-增感屏采集過程中會出現(xiàn)“余輝”現(xiàn)象，所以這種采集技術(shù)目前已逐步被淘汰[4]。

2.2CR系統(tǒng)采集

CR技術(shù)是首個可用于X線采集的數(shù)字替代技術(shù)。CR系統(tǒng)中的IP板是采集X線的關(guān)鍵裝置，它是一種含銪的氟溴化鋇結(jié)晶體材料涂在支持體上的產(chǎn)物[5-6]。當(dāng)X線透過人體時， IP板采集到的X線和發(fā)射劑量成正比，并且所采集到的X線以數(shù)字化的形式形成最終圖像。因此無論從X線采集數(shù)量還是圖像質(zhì)量來說，CR系統(tǒng)的X線采集技術(shù)要明顯優(yōu)于膠片-增感屏技術(shù)。

2.3電荷耦合器（CCD）數(shù)字成像系統(tǒng)采集

隨著時代發(fā)展，第一個實現(xiàn)動態(tài)實時成像X線采集的是電荷耦合器（Charge Coupling Device，CCD）技術(shù)[7]。CCD是一種半導(dǎo)體器件，由增感屏作為X線采集的交互介質(zhì)，依靠上百萬的光敏單元所存儲的電荷形成與圖像對應(yīng)的電荷圖像，最后傳輸至顯示器[8]。

2.4DR系統(tǒng)采集

DR技術(shù)是目前最先進的X線采集技術(shù)，采用數(shù)字平板探測器把X線采集技術(shù)帶入了新時代。DR系統(tǒng)能夠同時支持靜態(tài)和動態(tài)實時成像，并且圖象質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于膠片-增感屏、CR系統(tǒng)和CCD系統(tǒng)。

3　X線采集方式

采集材料與采集方式是X線采集技術(shù)的核心。平板探測器作為DR系統(tǒng)中最重要的組成部分，其采集X線的材料也是當(dāng)下效果最好的。一般情況下，原子序數(shù)越大的原子，X線的吸收系數(shù)也就越大[9]。目前平板探測器主流的X線采集材料可以分為：非晶硅、非晶硒、硫氧化釓、CCD4種，每種材料對于X線的采集效果也不同，選擇適合的材料進行X線采集才能將平板探測器的優(yōu)勢發(fā)揮到最大，最終將轉(zhuǎn)化好的圖像高質(zhì)量地展示出來。平板探測器的材料不同，對X線的吸收和轉(zhuǎn)換效率也不同。平板探測器可分為直接能量轉(zhuǎn)換和間接能量轉(zhuǎn)換兩類，其中直接能量轉(zhuǎn)換探測器材料以非晶硒為代表，間接能量轉(zhuǎn)換探測器材料以碘化銫-非晶硅為代表。非晶硒是最理想的平板探測器材料之一，理論上講非晶硒沒有可見光的散射，X線采集程度可達(dá)到最大，X線損失可減到最小。有文獻(xiàn)報道，非晶硒的空間分辨率要明顯高于非晶硅，也就是說非晶硒采集到的X線量要比非晶硅多[10]。因此，若圖像要求較高，應(yīng)使用非晶硒平板探測器。但非晶硒平板探測器的穩(wěn)定性較差，故障率和成本較高，并不適合普及。目前醫(yī)院應(yīng)用的平板探測器材料主要還是以碘化銫/硫氧化釓-非晶硅為主。

但在間接能量轉(zhuǎn)換平板探測器的圖像采集中，閃爍體（或熒光體）轉(zhuǎn)換為可見光的過程中會有光的散射，不能采集全部X線，會造成一定的信息損失，從而使圖像的空間分辨率與對比度解析能力降低。除材料外，X線采集方式也是決定最終成像質(zhì)量的直接因素之一。

3.1PSS采集方式

“透過側(cè)采集”（Penetration Side Sampling，PSS）是傳統(tǒng)的X線采集方式。PSS采集方式將X線照射部位設(shè)置在熒光層，發(fā)射部位設(shè)置在信號采集層，X線透過熒光層后再進行采集，再通過數(shù)字電路的轉(zhuǎn)換形成穩(wěn)定的圖像傳送至顯示終端。也就是說，在PSS采集方式中，不管是碘化銫-非晶硅結(jié)構(gòu)還是硫氧化釓-非晶硅結(jié)構(gòu)，采集時X線總是先通過閃爍體（或熒光體）層，將能量轉(zhuǎn)換為可見光而后經(jīng)具有光電二極管作用的非晶硅層轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像電信號，最終形成數(shù)字圖像[11]。

PSS采集過程中，熒光體（或閃爍體）層的散射作用會使X線能量隨著入射路徑的加長在到達(dá)采集面時逐步降低[12]。這會導(dǎo)致以下兩種結(jié)果：① X線在到達(dá)信號采集層的過程中，大部分能量在轉(zhuǎn)化的過程中因散射作用衰減從而使圖像變模糊；② 少量到達(dá)底層且沒有因散射作用衰減的能量雖不會引起圖像模糊但是其攜帶的信息量太少[12]。因此采用PPS采集方式的間接能量轉(zhuǎn)換平板探測器的性能很難提高。

3.2ISS采集方式

“入射側(cè)采集”（Irradiation Side Sampling，ISS）方式將光信號的采集面由透過側(cè)變成入射側(cè)，將信號采集層放在了探測器前部，穿過人體的X線在轉(zhuǎn)換的瞬間即可被采集，避免了信號的散射與衰減，使圖像更加清晰[11]。以該技術(shù)生產(chǎn)的平板探測器性能穩(wěn)定且可獲取高質(zhì)量圖像，更輕便易用，具有良好的應(yīng)用前景。

ISS采集方式在X線照射部位設(shè)置信號采集層，縮短了X線在到達(dá)信號采集層之前需經(jīng)過的距離，從而可以有效接收X線信號[12]。與傳統(tǒng)采用PSS采集方式的平板探測器比較，采用ISS采集方式的平板探測器性能有了極大的提高，具體來講其量子轉(zhuǎn)換效率（Detective Quantum Efficiency，DQE）是PSS的1.2倍左右，調(diào)制傳遞函數(shù)（Modulation Transfer Function，MTF）也有明顯提高，可以用更小的輻射劑量獲得清晰圖像，因而也提高了病人的安全性[8]。PSS和ISS采集方式所得圖像比較，見圖1。采用ISS采集方式的平板探測器不僅能兼顧環(huán)保理念，還能讓像素尺寸變得更小，圖像變得更加細(xì)膩。

圖1　PSS采集圖（左）與ISS采集圖（右）比較

雖然ISS采集方式比PSS采集方式能采集到更多X線，但是其形成圖像的穩(wěn)定性還有待驗證。而經(jīng)歷了長時間考驗的采用PSS采集方式的平板探測器在質(zhì)量方面更有優(yōu)勢。醫(yī)院在采購DR設(shè)備時，并不能一味針對圖像質(zhì)量，經(jīng)濟效益和質(zhì)量穩(wěn)定性也是應(yīng)考慮的重要環(huán)節(jié)[13]。

4　討論

平板探測器是DR設(shè)備重要的組成部件，對于圖像的質(zhì)量起著決定性的作用。先進的X線采集技術(shù)是優(yōu)化平板探測器成像質(zhì)量的重要方法之一。過去人們將重點放在平板探測器的材料上，通過研究不同材料的性質(zhì)來提高X線的吸收率、DQE及分辨率。目前，人們也在研究通過改進X線采集技術(shù)來提高圖像質(zhì)量。實驗對比表明，ISS采集方式明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PSS采集方式，可以全方位提高圖像質(zhì)量，降低射線劑量，為未來平板探測器的發(fā)展提供了新的指導(dǎo)方向，但其圖像穩(wěn)定性仍有待驗證。未來的平板探測器除了會有更好的制作材料外，還會有更先進的輔助技術(shù)，圖像質(zhì)量和輻射劑量將會得到進一步完善，以期為患者和醫(yī)護人員帶來福音[14]。

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作者郵箱：zhangyq_1974@163.com

[中圖分類號]R814.3

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]B

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.04.023

[文章編號]1674-1633(2014)04-0068-03

收稿日期：2013-09-23修回日期：2013-11-13

Development Status of X-ray Acquisition Technology

ZHANG Ying-qing
Department of Equipment, Children's Hospital of Shanghai, Shanghai 200040, China

Abstract：This paper mainly introduces the development history of X-ray acquisition technology and the application features of various X-ray acquisition modes. This paper points out that advanced X-ray acquisition mode which can improve image quality and decrease radiation dose will play an important role in the development of fat panel detector.

Key words：X-ray acquisition technology; fat panel detector; penetration side sampling; irradiation side sampling