数字化成像技术应用专题ＣＲ与ＰＡＣＳ

随着医学影像高、精、尖技术的迅猛发展，传统Ｘ线摄影已逐步显示其弊端^【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、丢失等事故常有发生，难度与数量同步增长，包括费用、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。第三是传统Ｘ线摄影采用模拟技术，图象灰阶度分辨力低，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。第四，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拍，给投照者和患者带来负担。再则，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Ｘ线摄影（Computed Radiography，ＣＲ）应运而生。

一、ＣＲ：

    在过去的２０年里，在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３００μ－－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２５１０×２５１０的象素矩阵（象素约０·１ｍｍ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，为图像存贮和通信系统（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，这也是有别于其它各类数字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∶１０００以上的直线相关，可提供数据量大、分辨力高、数据获取速度快，不管Ｘ线曝光有变化，既使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⒈５ｍｉｎ。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。

二、ＣＲ的临床价值：

从临床诊断的角度以标准而言，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线摄影已经报道^【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【７】等应用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５～２０ｍｍ结节性病灶。伊藤^【９】结合ＣＲ处理前后的胸片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。

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。对照判读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：对新的异常诊断提高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操作在８０％专业水平来说，用即时减影改善其灵敏度从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到数字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ＣＲＴ（监视器）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的空间分辨力取决于所用线对的数目（垂直分辨力）和频带宽度（水平分辨力）。对比分辨力取决于各种因素，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、高分辨力的视频监视器。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。

三、ＣＲ与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，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。其性能比较是：

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。

２、图像分辨力：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，降低了图像分辨力，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１４×１７英寸由４块⒎５×８英寸所组成，每块的接缝处由于工世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】。

四、ＣＲ与ＰＡＣＳ：

图象存档与通信系统（picture archiving and communication system，简称ＰＡＣＳ）是近些年发展起来的一个由放射学和计算机科学发展的综合产物^【１】。它将图象信息以数字形式表现，在计算机管理下完成多方式图象存储、处理和归档，具有快速图象检索的优势。再者，通过计算机网络，能使不同地域对同一图象可同时存取，实现了图象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的前提是医学图象数字化，目前可进入ＰＡＣＳ的有Ｘ－ＣＴ、磁共振成像（ＭＲＩ）、数字减影血管造影（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％的大量Ｘ线平片却被拒之门外，因而ＣＲ客观地解决了这一问题。

１、ＣＲ的应用使小型ＰＡＣＳ在影像科范围内得以实施：

⑴、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。⑵、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、文字说明或其它形式的再处理，以便于图像的检索。⑶、采用现代化全数字方式的诊断环境，提高影像诊断效率和质量，降低诊断成本。⑷、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，且任意调用不丢失信息，从而将从根本上改变传统的对胶片等硬拷贝的手工管理方式，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。⑸、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。⑹、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。⑺、ＣＲ还可通过多媒体技术应用于医学计算机辅助教学（ＣＡＩ）。⑻、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，且使大小传统Ｘ线机焕发了青春。

２、ＣＲ的引进使中型ＰＡＣＳ在全院范围内得以开展：

⑴、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。⑵、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。⑶、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。⑷、极大地改变了传统影像科与其它科室的关系，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。⑸、节约了胶片开支及其管理费用，从而进入无胶片时代。⑹、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了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的引进扩充远程诊断中心，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。还有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）等联网。也可通过电话网络和Ｉｎｔｅｒｎｅｎｔ把影像远距离地传送到国内、外大医院进行会诊。

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之后的一种全新观念的成像方式，应完全相信.

尽管利用传统成像的几何学原理、滤线栅、X线控制台及球管获得计算机X线摄影（computed radiography,CR）影像，在较宽的密度动态范围及PACS中显示出优势，但技术操作的某些方面与传统X线摄影所发现的影响影像质量的相关因素有着相同或不同。这些因素可以追踪到CR成像系统的各个组成部分，包括：X线摄影条件、成像板（imaging plates,IPs）、影像读出装置扫描伪影、影像读出伪影、图像处理及操作者的错误等都有可能使CR软拷贝的影像质量受损，认识成像过程的这些相关因素将有助于消除这些缺陷。

资料与方法
    我们单位于2001年7月一次性安装了3台ACR-2000i成像板读出装置，通过它获得直接数字投照X线照片影像（如图1）。我们用14inX17in（36cmX43cm）、10inX12in（25cmX30cm）和8inX10in（20cmX25cm）ST-V型成像板，象素点大小为87微米，扫描频率50线/秒，灰阶12比特（4096线）。在一般光线下，将已投照过的影像板从暗盒中取出，并放入扫描仪，50秒后一张2K×2.5K×12bit的国际数字医学影像通讯标准（DICOM3.0）图像就形成了，然后随机抽取7165例CR软拷贝影像在监视器上进行影像质量分析。

结 果
本组识别了影响CR软拷贝影像质量的相关因素并跟踪到CR设备的各种部件环节（如图2~11），白色水平粗条纹伪影168例，黑色垂直条纹伪影11例，片状灰色伪影102例，毛衣状伪影13张例，图像压缩18例，毛玻璃状伪影53例，扫描中断伪影2例，双影像伪影25例，图像变形1例，图像未擦除后重叠伪影2例，暗盒扣伪影1例，乳腺沙粒状伪影3例；未用滤线栅（如：颈椎正位未用自加断层摄影、站立位腹部平片）85例，图像被切（如：肋膈角、头顶、肺尖）/或缩光器未开全16例，位置不正确（如髋关节股骨小粗隆未显示、应该足内斜位显示第5 骨）6例，外来异物伪影（如：胸扣、衣物、松紧带、拉链、发卡、耳环）41例，两次影像照重2例，散射线所致伪影9例，滤线器未推进4例，小孩移动伪影1例。

讨 论
常规X线摄影中使用增感屏/胶片组合系统的成像方式已众所周知[1]，在X线照片上最终形成的影像无法直接数字化。CR系统解决的关键问题之一就是开发了一种既可接受模拟信息，又可实现模拟信息数字化的信息载体，即成像板。这样，采集的信息则可应用数字图像信息处理技术进一步处理，实现数字化处理、贮存与传输。

IP关键的成像层为含微量二价铕离子的氟卤化钡晶体，该晶体层内的化合物经X线照射后可将接受的能量以潜影的方式贮存在晶体内。当用激光束扫描带有潜影的成像板时，可激发贮存在晶体内的能量，使之转换为荧光，继而被读出并转换为数字信号。数字信号则可馈入计算机和数字图像处理系统，最终形成数字影像。然后被送到潜影消除部分，经强光照射，消除IP上的潜影[2]。

成像板装在暗盒内，用和常规X线摄影相同的方式投照，因此与常规X线摄影设备相兼容。这样，其产生的伪影就得从X线摄影条件、成像板、影像读出装置扫描、影像读取、图像处理以及操作错误谈起。

1. X线摄影条件:CR系统用于不同部位时，其X线剂量的减少有不同的极限，当减少很大比例的剂量后仍能显示影像，但有时会同时读出IP上原有存储较强的信息而显示为重叠影像（如图2），我们通常把它称之为“记忆伪影”[2]，这主要显示于前者X线剂量过大，而后者剂量过低的情况下，加之消除方法上的问题，致使前后二次影像拍摄重叠，本组图像未擦除后重叠伪影2例。

此外，X线的反向散射能导致伪影归因于存贮荧光物质对散射线的高灵敏度。从暗盒后物体散射能曝光IP，产生暗盒后物体的影像(如图3)，本组暗盒扣伪影1例与文献中阐述的伪影一致[3]。因此，为消除这类伪影应使用合适的X线摄影条件，不能以为有了CR就可全然不顾X线摄影条件，这里主要有两种情形：为了增强细节而一味地提高X线摄影条件，以及为了降低X线辐射而一味地降低X线摄影条件等都是不足取地。此外，对于过高的X线曝光量一定要在规定的时间内进行消除，不可操之过急而过早地取出还未完全消除好的IP继续使用，一定要规范作业。

2. 成像板及读出装置扫描伪影:如图4、5、6中所示的各类伪影，有片状灰色伪影/或粗细均匀的黑/白条纹，本组共281张均由CR读出装置扫描时所产生的伪影。其特点为批量生产，是由于环境中灰尘进入扫描仪内/或滞留在IP上的灰尘所致（当时我科为引进新设备在搞内装修），在灰尘量少时可在图像上造成片状、偏深灰色阴影，随着灰尘量的加大，可影响扫描的速度及其匀速性，从而造成粗、细均匀的水平白条纹，表示IP扫描时出现停顿。消除的办法根据环境定期对IP、暗盒、CR读出装置内的灰尘进行清除。最有效、且较实用的方法是用软沙布蘸IP清洁液对其进行小心擦拭，且待其干燥后方可进行正常操作，否则会出现本组中的1例影像变形伪影（如图7）。倘若经擦拭后无效，则应考虑传送IP滚轴的弹簧松紧度的问题，调试后需进行网线对接试验。

3.影像读出伪影:图8中显示来自影像读出装置的伪影，看似“毛衣状”伪影，本组成生13例，而这一伪影的产生可能与计算机软件错误有关，这可通过影像处理来识别它，如果无法挽回已成定局的影像则说明其读出系统出了问题，对于前者其影像处理错误由灰阶直方图的不正确判断所致。当一旦获得这些影像后，它们常不能再处理而必须重照，且重照后必须通过重新启动计算机后才能对IP进行扫描。

此外，本组还产生图像压缩18例，此现象为偏侧性压缩，压缩处呈白色，无任何影像，且使整个图像的面积呈四周匀称性压缩。这与常规拍摄时缩光器未打开有着本质的不同，这在于后者整个图像没有压缩，且呈对称性白色（如果摄影中心线对准的话）（如图9），这些均为激光模块的问题，需更换激光模块。

4.图像处理伪影:一些伪影产生于影像处理，可通过标准处理参数加以控制，将空间频率处理水平应用于特殊的解剖部位。当采用非锐利遮盖处理来增强影像锐利时，处理过的影像显示将依据函数大小的选择及频率增强特性而异。不适当的参数选择可能会产生影响诊断的伪影（如图10），尤其是显著不同的两种结构衰减的交会处。显示出以上所提及的伪影类型的影像可以作后处理，不必重复照。比如可通过unpress的影像处理来完成，再传输、打印即可。本组产生的形同“毛玻璃状”伪影53例，均可通过unpress的影像处理加以挽回，无需重照。同样，在乳腺CR中若不经过此处理则会产生沙粒状伪影，本组有3例。

5.操作错误:在任何成像方式中，操作错误将导致伪影的产生。CR暗盒必须存放正确。IP必须防热、防湿、防所有电离辐射源，包括散射线。由于IP对散射线敏感，应将其远离放射源，否则将导致图11中出现的伪影，本组中此现象有9例。

当CR设备对于使用者们来说是新手时，操作者的错误尤为常见。对任何接受器来讲暗盒的方向是一个十分重要的细节。由于设计了各种各样的暗盒以及结构的不同，如果使用暗盒颠倒，各种类型将留下其各自的伪影图案。还有就是IP反置或在一个暗盒内放置两块IP，这里要强调的就是一定要规范作业。

通常，IP被读取后便自动消除。如果它们一段时间不用时必须人为地清除，或清除不正确的曝光。它的前提是必须采用正确的消除设备与方式。对于不正确的X线曝光，首先将X线已曝过光的IP放在消除箱内，再按一下消除按钮直至绿灯显示，说明消除已经开始，等提示铃响后，才说明消除完毕。其间，特别是对新操作者往往会产生两种操作错误，一是以为只要将IP放入消除箱内即可消除，二是在消除铃还未提示时就过早地将IP拿出。

再则，在扫描时其仪器的各个部件都不能碰，在扫描过程中因无意中碰了扫描仪的停止/反向/顺向按钮，致使出现大片二次影像，此扫描中断伪影2例。

6. 与传统X线摄影相似的伪影:本组中与传统X线摄影相似的伪影有如下情形，滤线栅未用（如：颈椎正位未采用自加断层摄影、站立腹部平片）85例，从而未发挥滤线栅消除因摄影体积厚而加大X线剂量所带来的灰雾；图像被切（如：肋膈角、头顶、肺尖）16例、滤线器托盘未推进4例，均因投照部位不在IP之列/或缩光器未开全所致，因此，对于无任何影像信息的IP来说，计算机是无法获取的；位置不正确（如拍摄髋关节时股骨小粗隆未显示、该照足内斜位显示第5 骨却照成了外斜位）6例，在目前CR也无法将已获得的影像信息进行位置的旋转和倾斜，但已有人用“配准指数”法对胸部作局部的旋转和倾斜[4]，可将已获得的信息进行进一步的处理，使位置旋转/或倾斜成所需的位置；外来异物伪影（如：胸扣、衣物、松紧带、拉链、发卡、耳环）41例、照重2例，这对于CR来说如同常规X线摄影一样无能为力；最后，产生小孩移动伪影1例。