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编号:10267691
计算机放射摄影和影像存档与通讯系统
http://www.100md.com 《中华放射医学与防护杂志》 1999年第12期
     作者:王骏 陈君坤

    单位:南京军区南京总医院医学影像科 210003

    关键词:

    中华放射学杂志991219 随着医学影像高、精、尖技术的迅猛发展,传统X线摄影已逐渐显示其弊端[1]。首先,常规X线摄影沿用胶片-增感屏系统,成像后由胶片记录,需暗室冲洗,为了提高胶片的利用价值,影像科不得不建立片库来贮存数量庞大的胶片,这就是所谓的“归档”或“存档”,即对胶片的管理。其归错档、丢失等事情常有发生,管理难度与数量同步增长,耗费大量财力、物力、空间。其次,资料的查询速度慢,图像的传递需要大量时间,效率低,不能满足临床需要,如遇急诊问题就更严重。其三是传统X线摄影采用模拟技术,图像灰阶度分辨率低,不便用计算机处理,也不便于储存和传输,更谈不上异地医生同时观察一幅图像(如远程诊断或电话会诊),不便实现多人共享。其四,X线摄影需要的曝光剂量相对较大,且X线摄影一旦完成,影像质量再不能改善,当质量达不到要求时往往需要重摄,给投照者和患者带来负担。其五,胶片的丢失、片损和变质所引起的信息丢失也是一个难以解决的问题,有关资料表明:即使一个管理制度十分完善的医院,由于借出、会诊等,X线片丢失率也会在10%~20%。由此,计算机放射摄影(computed radiography,CR)应运而生。
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    一、CR

    在过去的20年里,由于电子和计算机技术方面的飞速发展致使X线摄影影像系统进入全新的发展阶段。总的归于数字X线摄影或计算机X线摄影系统,这些设计与基于胶片的模拟像是根本不同的,影像的探测能与影像显示完全分离[2]

    CR与传统X线摄影不同,它是将透过人体的X线影像信息记录在由辉尽性荧光物质、厚约300 μm——含微量元素铕的钡氟溴化物结晶制成的存储荧光板(storage phosphor plate,简称SPP)上,构成潜影。用激光束以2 510×2 510的像素矩阵(像素约0.1 mm大小)对SPP进行扫描读取,经计算机计算处理,通过改善影像的细节、图像降噪、灰阶对比度调整、影像放大、数字减影等,将未经处理的影像中所看不到的特征信息在荧屏上显示图像,还可用激光照相机记录其图像。图像处理系统可行灰阶与窗位处理,便于按诊断要求作适于视觉的调整。CR适用于各个系统的影像检查,包括平片、断层摄影、造影等。在此基础上,借助人工智能和神经网络等技术对影像作定量分析或特征提取,使计算机辅助诊断(CAD)工作得以实施。CR摄影条件低,为传统X线摄影的1/2~2/3;摄影条件的宽容范围宽;数字化图像可存储于光盘中,为医学影像存档与通讯系统(picture archiving and communication systems, PACS)的应用创造了条件,为远程医学的发展奠定了坚实的基础。不仅如此,CR最为难能可贵之处在于:传统X线技术与现代计算机技术的结合,使大小传统X线机免遭淘汰,这也是有别于其他各类数字X线摄影(DR)的卓越之处,使X线影像直接数字化。CR的核心部件SPP能使照射的X线能和发光量有1∶1 000以上的直线相关,可提供的数据量大、分辨率高、数据获取速度快,不管X线曝光有变化,即使X线曝光技术错误也可避免重复检查,并潜在地降低可能射线辐射[3],可免除辐射不足或过度时造成的影像不清晰,可反复多次使用上万次。该系统自动操作,成像参数可预调,影像处理过程约需⒈5分钟。总之,在实现平片信息数字化的工作中,CR系统是为主流的方式。
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    二、CR的临床价值

    从临床诊断的角度而言,此系统在监护病房(ICU)床边胸部X线摄影可提供稳定的最佳密度的高质量影像[4],大大降低所需的重复检查[5]。科室内胸部X线摄影领域内,以荧光存贮为基础的影像对于纵隔、心后区及膈下隐蔽区的显示优于传统胶片X线摄影[6],在发现和评价肺部结节及阴影时相当于或优于传统胶片[6]。国外对350名患者的469例胸部X线数字影像与传统的X线影像进行比较,结果用传统的X线成像技术其诊断率为84.2%,而用数字成像技术其诊断率为93.4%,结果表明,X线数字影像在识别低密度的肺外围性病灶和纵隔病变方面比传统X线胸片有突出的优点。White等[7]应用CR技术作实验兔模型评估正常新生儿胸腔功能性余气量,结果表明CR能准确地估计新生儿肺功能性余气量。小田[8]报告CR胸片较普通X线更容易发现5~20 mm直径的结节性病灶。伊藤广[9]对CR处理前后的胸片观察结果说明,CR能提高肺部微细间质病变检出率。为此,CR向人们展示了广阔的应用前景。
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    然而,在临床实践中[10],判读胸部X线照片大约80%与先前的X线检查相对照可帮助放射学家识别异常并确定它们的临床意义,但重要的、细微的间隔性改变仅在回顾性判读时才被识别。尽管所有新的异常显示细微,但具有潜在的临床意义。新的异常中许多能见度较低,归因于与正常结构的重叠或相对背景组织不透明的低对比度。在数字X线照片的情况下,能从当前的X线照片减去先前的X线照片产生即时减影图像以增强间隔性改变的区域。经研究即时减影图像和一起观察的、成对的先前和当前数字胸部X线照片时,单个和复合(ROC)曲线证实:对新的异常提高诊断精确度具有显著改善,在假阳性发现物的数目没有本质的增加,对于一个普通观察者来说,用即时减影改善后其诊断灵敏度从84%提高到97%;且在判读时间上平均减少19.3%。

    在放射诊断学从传统向数字化X线成像逐步过渡的今天,大多数诊断工作仍用硬拷贝完成,但在不久的将来,许多诊断工作将在监视器(CRT)上直接完成[11]。为此,一些作者对显示器终端的各个方面产生了兴趣,诸如影像质量和观察者舒适的重要性等。然而,评论家们认为出现在CRT上某种程度的闪烁、亮度太亮和太黑,人们在观看连续的几幅影像后会感到疲劳,这就是成像系统中CRT的薄弱环节。CRT的空间分辨率取决于所用线对的数目(垂直分辨率)和频带宽度(水平分辨率)。对比分辨率取决于各种因素,诸如:更新率、环境亮度、磷、电子流和炫光(玻璃中的散射)。为此,人们用ROC分析法,采用模拟病理学的同一胸部体模,将两种CRT进行比较,评价CRT的影像质量。监视器1采用传统的、模拟的、高分辨率的视频监视器。监视器2为影像数据的数字传递。结果:对于小的和大的不规则球形病灶和气胸两者间在统计学上无显著性差异。但3/5的专家评定监视器1的闪烁有干扰,3/5的专家评定监视器2总体适度为好。这样,监视器2略完美点。
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    三、CR与直接数字化摄影(DR)的比较

    DR由电子暗盒、扫描控制器、系统控制器、影像监示器等组成,是直接将X线光子通过电子暗盒转换为数字化图像,CR与DR的共同点都是将X线影像信息转化为数字影像信息,其曝光宽容度相对于普通的增感屏-胶片系统体现出某些优势:CR和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和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。对两者的性能比较如下:

    1.成像原理:DR是一种X线直接转换技术,它利用硒作为X线检测器,成像环节少;CR是一种X线间接转换技术,它利用图像板作为X线检测器,成像环节相对于DR较多。
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    2.图像分辨率:DR系统无光学散射而引起的图像模糊,其清晰度主要由像素尺寸大小决定;CR系统由于自身的结构,在受到X线照射时,图像板中的磷粒子使X线存在着散射,引起潜像模糊;在判读潜像过程中,激光扫描仪的激发光在穿过图像板的深部时产生着散射,沿着路径形成受激荧光,使图像模糊,降低了图像分辨率,因此当前CR系统的不足之处主要为时间分辨率较差,不能满足动态器官和结构的显示[12]

    3.DR是今后的发展方向,但就目前而言,DR电子暗盒的结构14 in×17 in(1 in=2.54 cm)由4块⒎5 in ×8 in 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,无需改变现有设备。

    4.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系统则较适用于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[13]
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    四、CR与PACS

    PACS是近些年随放射学和计算机科学的发展而发展起来的新事物[1]。它将图像信息以数字形式表现,在计算机管理下完成多方式图像存储、处理和归档,具有快速图像检索的优势。再者,通过计算机网络,能使不同地域对同一图像可同时存取,实现了图像信息远距离传输和远程操作,克服了胶片系统在这方面的限制。而进入PACS的前提是医学图像数字化,目前可进入PACS的有CT、MRI、DSA、正电子发射断层扫描术(PET)、单光子发射计算机断层扫描术(SPECT)等,但占影像70%~80%的传统X线平片却被拒之门外,而CR可解决这一问题。

    1.CR的应用使小型PACS在影像科范围内得以实施:(1)使病人得到更为快速、准确、便宜的影像服务,避免了因投照条件不当而产生的废片。(2)胶片图像可按一定的方式储存在病人数据库中,可作分类、编排、索引、文字说明或其他形式的再处理,以便于图像的检索。(3)采用现代化全数字方式进行诊断,可提高影像诊断效率和质量,降低诊断成本。(4)CR的应用提高了影像科的管理水平和管理效率,可方便、迅速、可靠地归档,长时间存储其信噪比特性也不会变坏,且任意调用不会丢失信息,从而将从根本上改变传统的对胶片的手工管理方式,加强了对重点胶片的管理、防止丢片和片损情况的发生,节省了胶片存储空间和管理人员,从而降低图像的存档成本。(5)节约经费。由于在一片光盘上可以存储大量的图像,每一幅图像的存储成本就很低,随着数字存储技术的不断发展,存储成本可以进一步降低。(6)使用CR可使被检者的受照剂量下降一个数量级,因而能有效地进行患者及工作人员的防护,且降低了X线机的负荷,相对地延长了机器的使用寿命,节约了X线球管损耗的开支。(7)CR还可通过多媒体技术应用于医学计算机辅助教学(CAI)。(8)使用CR不再存在占全部医学影像70%~80%的平片信息不能上网的巨大遗憾,且可使大小传统X线机焕发青春。
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    2.CR的引进使中型PACS在全院范围内得以开展:(1)它可快速、方便地在临床、急诊科室随时调阅胶片图像进行读片与诊断,提高了工作效率,避免了胶片在传递过程中丢失,成为医院现代化的管理手段。(2)开展复合影像诊断、开展多学科会诊,克服时间和地域上的限制,使医护人员能为各类患者提供及时的诊断、治疗和护理。(3)便于图像传递和交流,实现数据共享,发挥教学医院的教学和支持作用,从而在整体上提高医院的诊断质量、效率和教学、科研水平。(4)极大地改变了传统影像科与其他科室的关系,它的大范围运用必将对放射学实践产生极其深刻的影响,促进更加专业化的发展,迫使行业内出现更为激烈的竞争。(5)节约了胶片开支及其管理费用,从而进入无胶片时代。(6)在医疗服务的社会需求不断增长的今天,上述优越性最终将有利于提高医疗质量、缩短患者在医院的滞留时间,从而为医院和患者带来显著的经济效益和社会效益。

    3.CR的引进为远程医学奠定了基础:CR的引进扩充了远程诊断中心,可充分发挥医院专科教学中心的作用。利用院内影像专家进行远程诊断和教学辅导,提高医院的社会和经济效益。还可实现与现存的医院信息系统(HIS)、放射学信息系统(RIS)及个人健康档案(PHD)等的联网。也可通过电话网络和Internet把影像远距离地传送到国内、外大医院进行会诊。
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    总之,CR的引进全面提高了影像科的水平,节约了大量能源。可以充分肯定CR是继CT之后的一种全新的成像方式,应相信CR在21世纪将成为大、中型医院放射科的装备方向之一,具有灿烂的前景和巨大潜力。

    参考文献

    1 王骏,陈堤. 图像存档与通信系统. 中华医院管理杂志, 1997,13:308.

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    3 Tarver RD, Cohen M, Broderick NJ, et al. Pediatric digital chest imaging.J Thorac Imaging, 1990,5:31-35.

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    Niklason LT, Chan HP, Cascade PN, et al. Portablechest imaging: comparison of storage phosphor digital,asymmetric sceen- film, and conventional sceen-film system. Radiology, 1993,186:387-393.

    6 Blume H,Jost RG.Chest imaging within the radiology department bymeans of photostimulable phosphor computeed radiolography: a review.J Digit Imaging, 1992, 5:67-78.

    7 White KS, Muelenaer AAJr, Beam CA , et al, Determination of functionalresidual capacity from digital radiographs of the normal neonatal chest :studies in an rabbit model.AJR,1991,156:1209-1214.
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    10 Difazio MC, MacMahon H, Xu XW, et al.Digital chestradiography. Radiology,1997,202:447-452.

    11 Kheddache S, Angelhed JE, Mansson LG, et al. EJR, 1996,22:236-240.

    12 曹厚德. 数字化X线影像技术,中国医疗器械杂志, 1999,23:34-37.

    13 祁吉. 数字化X线摄影:现状与展望, 中国临床医学影像杂志, 1999,10:4-5.

    收稿:1999-05-27, http://www.100md.com