1、1 主要内容主要内容 X线设备发展史1 CR2 DR3 影像增强器TV系统4 院行局域网络及图像工作站 5 2 1.1 医学影像设备分类医学影像设备分类 核医学 超声 MRI 其他如光学窥镜等 X线设备 常规X线设备 数字X线设备 CT CR DR 1 2 3 3 1.3 X线设备发展史 v 1895年11月8日，德国物理学家伦琴（Withelm Conrad Roentgen，18451923）发现X线。 v 1896年，德国西门子公司研制出世界上第一只X线管。 （下图为1896年伦琴首次拍摄到他妻子手的X线照片，其无名指上戴 着一枚戒指。） 第一张X光照片 4 1.3 X线设备发展史 19
2、13年 1929年60年代2003年 由早期的 充气管到真 空管的发展， 提高了X线 量的可控性 从固定阳极发展 到旋转阳极，提高 了X线管的输出功 率和图像质量 高速旋转阳 极和复合材料 阳极靶面的开 发应用，进一 步提高了X线 管的输出功率 和连续使用能 力 整管旋转、 阳极盘直接 油冷却、电 子束定位方 式，使X线管 连续使用能力 提高到一个更 高水平 X线机的发展： 1、X线管（X-ray tube）经历了四次重大发展： 5 2、X线机的高压部分： 早期使用感应线圈供电，裸高压线、裸X线管方式。 1910年发展为工频升压真空管高压整流方式。 1928年制成高压电缆，X线机发展到防电击、
3、防辐射方式。 上世纪六七十年代，自动控制、程序控制技术应用到X线机，大型X线机变得十分复 杂、庞大，但总体上仍属于电工元器件产品。 1982年，采用逆变方式的X线高压发生装置实用化，逆变频率不断提高，加之计算机 技术的应用，X线高压发生系统进入完全电子产品时代，系统又经历了由繁到简、脱胎换 骨的进化。 1.3 X线设备发展史 6 1951年出现了影像增强器（image intensifier，I.I），使电视技术引入了X线领域X 线电视系统（X-ray television，X-TV）。 1961年隔室操作多功能检查床出现，20世纪70年代后得到广泛应用，胃肠透视检 查进入遥控时代。 20世纪
4、60年代到20世纪90年代动态器官检查的影像记录手段是心血管专用机的主 要记录方式。 21世纪初，平板探测器（flat panel detector，FPD）广泛应用于采集动态和静 态图像。 1.3 X线设备发展史 7 3，数字化： u CR利用成像板（image plate，IP）采集X线摄影信息（1982年），经计算机处理后获得 图像。 u DR利用平板探测器采集信息（1997年），经计算机处后获得图像。 u DSA诞生于1980年。数字化的DSA可使医生实时观察、记录心血管造影结果，不必等待快 速换片机的照片冲洗，更不必等待复杂的电影胶片冲洗过程。这对心血管造影是十分可贵的。 FPD的应
5、用使心血管专用X线机得到了进一步简化和提升。 数字存储媒介的发展为数字影像的存储提供了方便。软盘、硬盘、磁光盘、光盘都在影像设 备中得到了广泛应用。 PACS是为医学图像存储、传输开发的专用系统。 数字图像还可通过局域网、广域网传向外院、外地。 1.3 X线设备发展史 8 9 2.1 普通普通X射线设备射线设备 X线控制操作台 X线高压发生装置 病 床 暗盒 X光胶片 10 2.1 普通普通X射线设备射线设备 11 2.2 为什么要数字化？为什么要数字化？ 在论及数字化问题之前，首先我们要问为什么我们需要考虑数字化X线影像系统。答案很简单：数字化 影像及数据能提高诊断及工作效率。 u减少过度或
6、过小曝光而导致的重拍及废片 u影像处理可改善影像质量 u协助放射诊断医生作出精确的诊断 u提供准确的图像拷贝供其它医疗诊断者使用 胶片库数字化存储机房 集中的数字化阅片室 分散的普通阅片室 多媒体教学演示普通教学演示 数字化影像传送，显示及存储必是大势所趋。那些追求高效率、悉心关怀病人和节省长期费用 而选择了PACS系统的医疗机构，屏幕胶片系统很快将被替换。 12 图像数字化方式之一：胶片扫描系统 扫描仪 计算机 X线胶片 2.3.1 如何实现图像数字化 13 图像数字化方式之二：影像增强器+CCD+图像板 X线X线 影像增强器 计算机处理系统 电视摄像管CCD 或真空摄像管 电视信号处理 A
7、/D 转换 (图像板) 数字信号 显示 打印 球管 人体 2.3.2 如何实现图像数字化 14 图像数字化方式之三：计算机摄影 (CR, Computed Radiography) 2.3.3 如何实现图像数字化 15 图像数字化方式之四：直接数字化摄影 (DR, Digital Radiography) 2.3.4 如何实现图像数字化 16 2.4 CR 登记摄片 书写/审核报告 洗片 配片 胶片储存归档 CR扫描 影像处理及 储存归档 激光相机打印胶片 书写/审核报告 放射摄 影传统 流程 CR摄影流程 17 一 CR系统的基本结构和工作原理 1.CR组成示意图如下： 读出 图像处理 CR
8、T显示 数据存储 PACS系统 胶片 打印 其他终端 X线管 IP 2.4 CR 18 2.CR成像板IP的结构示意 保护层 荧光（成像）层 支持层 背衬层 标记编码柄 2.4 CR 可记录、并可由激光读出X线影像信息的成像板 （Imaging Plate IP）。 19 3. 成像板的读出模式 IP 激光 光电倍增管 放大器 模数转换器 计算机系统 2.4 CR 20 1，影像板从 X 光机上获得潜影 2，CR系统中由激光扫描存储磷光屏的潜影信息，存储在磷光屏上的能量被释放，发出可见光 3，发出的可见光被收集并转换成电信号 4，电信号经 A/D 转换，获得初始影像 5，磷光屏经强光擦除后可重
9、复使用 21 2.4 CR 22 2.4 CR 23 24 二、CR系统的优点及其应用价值 1.X线剂量： 可降低X线剂量 胸部投照：常规X线摄影的1/201/7 胃肠道造影：为常规X线摄影的1/20 泌尿与盆腔：为1/81/2 2.可与原有的X线摄影设备匹配工作 充分利用医院原有X光机,避免资源浪费。 3.具有多种图像后处理功能 如测量（大小、面积、密度）、局部放大、对比度转换、对比度反转、影像 边缘增强技术、多幅显示及减影等。提高影像质量，避免重照 4.可数字化存储 实现医院医学影像的数字化基础便于并入网络系统，进行图像存储与传输； 省去胶片费用及存储胶片空间。 2.4 CR 25 三、C
10、R系统当前的不足及缺点 1、 时间分辨力较差，不能满足动态器官和结构的显示 2、 空间分辨力还稍嫌不足 类似于胶片扫描仪 只能单次摄片，缺乏高级应用软件 流程长，速度慢 劳动强度高 辐射剂量大 IP板为消耗品 科技含量低，成本较低 2.4 CR 无论是成像方式上，还是工作流程上，CR与常规X-ray系统相比均没有根本性的改 变。CR仅仅是常规X-ray的数字化，而不是数字化的X-ray 。 26 3.0 DR 27 3.0 DR DR（digital radiography , DR）的研制及投入商业性运行，已在上个世纪90年代 后期取得了成功。并根据数字化图象处理的特点，设计出了多种类型的用
11、于X线 摄影的平板探测器 ( flat panel detector FPT ) 。医用的X线摄影平板探测器及 数字化图象处理技术的出现，并与CR技术的共同存在，是普通X线摄影技术的一次革命。 根据DR技术的中的采集介质的不同，可分为： 1、直接数字化X线成象技术 DDR （非晶硒） 2、间接 IDR （非晶硅+闪烁体） 3、CCD式数字化X线成象技术 4、多丝正比室（电离室）数字化X线成象技术（multi-wire proportional chamber , MWPC ） 28 DR系统最重要的部件是平板探测器。直接数字化X线成象 技术是应用了非晶硒的光电导性，将X线能量直接转化成 电信号
12、，应用数字化图象处理技术，形成数字化图象。 一、直接转换技术 DIRECT RADIOGRAPHYDIRECT RADIOGRAPHY Principle of OperationPrinciple of OperationPrinciple of Operation Drawing not to scale Programmable high-Programmable high- voltage powervoltage power supplysupply X-raysX-rays GateGate pulsepulse Charge amplifierCharge amplifier T
13、hin-film transistorThin-film transistor Signal storageSignal storage capacitorcapacitor Glass substrateGlass substrate Charge collectionCharge collection electrodeelectrode Electron blockingElectron blocking layerlayer X-ray semiconductorX-ray semiconductor DielectricDielectric layerlayer Top electr
14、odeTop electrode Selenium E 3.1.1 DR 采用a-Se和TFT技术将入射X射线 直接转换为电信号 高转换效率DQE 宽动态范围 高空间分辩率 消除散射效应，较好的MTF 特性 原 理 29 二、间接转换技术 采用闪烁体和TFT技术 入射X射线激发可见光 由光电晶体管转换为电信号 宽动态范围 高空间分辩率（最高100um) G G l l a as ss s s su ub bs st tr ra at te e S Sc ci i n nt ti i l l l l a at to or r ( (G G O O S S) ) P Pr ro ot te ec
15、ct ti i v ve e l l a ay ye er r U U p pp pe er r e el l e ec ct tr ro od de e n n+ + s se em m i i c co on nd du uc ct to or r I I n nt tr ri i n ns si i c c s se em m i i c co on nd du uc ct to or r I I n ns su ul l a at ti i n ng g l l a ay ye er r L Lo ow w e er r e el l e ec ct tr ro od de e X X
16、- -r ra ay y T TF FT T T Th hi i n n f fi i l l m m t tr ra an ns si i s st to or r M M I I S S M M e et ta al l i i n ns su ul l a at to or r s se em m i i c co on nd du uc ct to or r I I T TO O 3.1.2 DR 非晶硅平板探测器是一种以非晶硅光电二极管阵列为核 心的X线影像探测器。它利用碘化铯（CsI）的特性，将 入射后的X线光子转换成可见光，再由具有光电二极管 作用的非晶硅阵列变为电信号，通过外围
17、电路检出及A D转换，从而获得数字化图像。由于经历了X线一可 见光电荷图像一数字图像的成像过程，通常被称做间 接转换型平板探测器。 原 理 30 工作原理工作原理工作原理工作原理 探测器探测器 X光射线光射线 碘化铯碘化铯 (CsI) 光子光子 无定型硅阵列无定型硅阵列 (发光二极管发光二极管 ) 数字信息数字信息数字信息数字信息 电子电子 读出电路读出电路玻璃衬底玻璃衬底玻璃衬底玻璃衬底 无定型硅阵列无定型硅阵列无定型硅阵列无定型硅阵列 金手指金手指金手指金手指 闪烁体闪烁体闪烁体闪烁体 读出电路读出电路读出电路读出电路 闪烁体闪烁体闪烁体闪烁体 晶体阵列晶体阵列晶体阵列晶体阵列 光反射层光
18、反射层光反射层光反射层 玻璃衬底玻璃衬底玻璃衬底玻璃衬底 石墨层石墨层石墨层石墨层 环氧树脂封边环氧树脂封边环氧树脂封边环氧树脂封边 We bring good things to lifeWe bring good things to life 带带 来来 美美 好好 生生 活活 3.1.2 DR 31 平板数字探测器 (FPD,Flat Pannel Detector) 材料种类： 非晶硒探测器 非晶硅探测器 CCD探测器 CMOS探测器 Thin Film Transistor array 薄膜晶体管阵列 3.3 DR 32 3.4 DR CCD探测器DR成像示意图 CCD DR不象平板
19、DR那样直接成像，有人称之为假DR，其图像在变成数字化信号前要经过闪烁 屏、透镜、菱镜、CCD、A/D转化等多级传输和处理，所以信号不可避免存在着衰减大、干扰大等等 问题。 33 3.5 DR 目前的DR技术： 依据探测器的构成材料和工作原理，DR主要分为三大技术：CCD、一线扫描、非晶体平板 (非晶硒、 非晶硅+碘化铯/非晶硅+氧化钆)。 、CCD：由于物理局限性，专家们普遍认为大面积平板采像 CCD 技术不胜任，而且CCD设备在图像质 量上较非晶硅/硒平板设备有一定差距，但是相对有价格优势；世界上还有几个厂家用此技术如瑞士 Swissray公司 。 、一线扫描：也称一维线扫描技术，由俄罗斯
20、科学院核物理研究所发明，也就是国内中兴航天在生产的 DR；有受照剂量低、设备造价相对平板技术更低廉的优点，但也存在成像时间长（数秒，采集一行需要 10ms，拍摄一幅图像在6S以内）、空间分辨率低（刚推出时是1mm/lp）以及X线使用效率低的致命缺陷； 成像质量较差而且病人会接受大量不必要的辐射。 、非晶平板：非晶硒/非晶硅；主要由非晶硒层(a-Se)/非晶硅层(a-Si)加薄膜半导体阵列 (TFT)构成。 34 3.6 DR CR优点 1、多工作间的用途 2、被证明的技术 3、多选择的系统 4、费用的灵活性 CR缺点 1、IP板的使用 2、有限的DQE（大剂 量为同 样SNR） 3 、涵接及接
21、驳的问题 DR优点 1、接收后直接显示（没有额 外步骤）快速 2、高DQE（更佳剂量效率） 3 、优越的涵接及接驳 DR缺点 1、单人工作间的用途2、新技 术 3、探测器和X-射线设备需较 高的费用 现在，CR已经成为多数医疗机构的最普及和最经济的选择。然而，当您考虑到有关改进输出 率和长期成本与利益等无形问题，如容易程度，用户信心，和在影像界的技术性领导，你便觉得 DR和自动化CR （免人工IP板阅读）更合成本及经济效益。 35 X线摄影在不断进步 DR摄影 模拟X线摄影 CR摄影 工作效率低 工作强度高 图像质量差 水洗胶片有害身体健康 工作效率中 工作强度中 图像质量中 可使用干片 工作
22、效率高 工作强度低 图像质量好 可使用干片 36 4.0 图像增强器TV系统 X线管头 I.I 摄像头 监视器 电视控制器 控制装置 X线机控制台 高 压 发生器 自动亮度 图 10-1 X-TV透 视 式 X线 机 的 构 成 方 框 图 U? REN1 （image intensifer） 影像增强器 它是将X线影像转换为荧光影像的器件，主要由X线影像 增强管（简称增强管）、输出屏物镜和小高压电源等构 成。 摄像 机头 摄像机头简称为摄像头，是将荧光影像转换为视频电信 号的装置，由光学镜头、电视摄像管和摄像电路等构成 。 电视控 制器 它对电视图像信号进行控制、处理。它由视频信号处理 、同
23、步机、电源等构成。 监视器 它是影像显示器件。其主要作用是进行电光变换。其实 质是电视信号接收机，它由显像管、视频放大器、偏转 电路等构成。 它是使监视器图像亮度稳定的自动控制装置。通过它可 调整X线的质或量，以保证对病人不同部位透视时，监 视器图像亮度稳定、最佳。 37 基本工作原理: 穿过病人的透射X线（X线图像）照射到I.I的输入屏上，获得亮度较弱的荧光影像，再 经I.I增强后在输出屏上获得一个尺寸缩小的、亮度比输入屏上的亮度强数千倍，乃至上 万倍的荧光影像。输出屏上的荧光影像经光学系统传输和校正后，被摄像管摄取，从摄 像管输出的视频电流信号经预放器放大、控制器进行图像信号控制、处理和放
24、大后获得 全电视信号，输送到监视器，在监视器荧光屏上显示X线透视图像。 4.1 图像增强器TV系统 I.IX线预放大光传输 电信号 全电视信号 中心控制器 视频 75 监视器 75 荧光影像 荧光影像 CCU PRA pickup tube 图 10-2 X-TV的 基 本 工 作 原 理 示 意 图 38 X-TV优点： X-TV透视和荧光屏透视相比，医生和病人的受照剂量可以大大减少。 明室透视，将医生和病人从暗室中解放了出来，使一些需在X-TV透视监视下的手 术得以实施。 X-TV透视比荧光屏透视图像清晰、层次好。荧光屏透视看不清的病灶，在X-TV 监视器上可清楚地显示出来，有利于病变的早
25、期发现。 X-TV图像可以远距离传送，有利于教学和会诊。X-TV图像可以录像，便于资料 的保存。 通过X-TV获得的视频信号经过A/D转换、计算机图像处理后，可获得数字图像。 4.2 图像增强器TV系统 39 由I.I+CCD方式组成的探测器在图像质量方面、曝光剂量、曝光宽容度、曝光宽容度、抗干扰方面明显 不如DR探测器。 4.2 图像增强器TV系统 X-TV缺点： 40 5.0 院行网络及图像工作站 医疗信息管理系统： HIS 全称 Hospital Information System (医院信息系统)、 RIS 全称 Radiology Information System (放射信息系
26、统)。 PACS全称Picture Archiving and Communication System （医学影像计算机存档与传输系统简称）， 41 HIS 全称 Hospital Information System (医院信息系统)、RIS 全称 Radiology Information System (放射信息系统)。HIS, RIS 和 PACS 联成一网就成了一个全院性的一 个配套系统 (加上 LIS – 检验信息系统就更全了)。 HIS 里面存的主要是病人和医院各项管理的文字资料。 RIS 主要负责病人预约、放射设备管理、放射有关医师医嘱、放射报告等管理。 因为 HIS、RIS
27、 和 PACS 之间有重复的和相关的资料，良好的整合可以减少错误、 重复劳动和提高工作效率。简单地说，HIS 里面的病人基本资料要自动传给 RIS，RIS 里面的病人和检验资料要传给 PACS， RIS/PACS 里的影像报告结果要传回给 HIS。 一、院行网络简介 5.4 院行网络及图像工作站 42 资源预约 医嘱管理 临床部分 电子病历 临床工作站 RIS 其它接口 药房药库 LAB PACS MRI CT X DICOM3 中心药房 其它数字设备 RS232检验科 设备 辅助临床 财务系统 成本核算 科室管理 OA系统 临床设备和临床数据 DRG医保病案 5.0 院行网络及图像工作站 4
28、3 PACS工作站 HIS工作站 信息共享 RIS工作站 病人图像资料 病人临床记录 病人放射信息 44 二、PACS的基本概念 医学影像存储与传递系统 获得数字形式的医学影像P icture A rchiving C mmunication S ystem 存储与管理所获得影像 利用高速通讯网传输影像 医院整体的系统 DB 5. 影象工作站 6. 确认诊断报告 3. 获取医疗影象 4. 存储器 1. RIS I/F with HIS HIS 2.患者检查预约登记 7. 打印输出 5.1 院行网络及图像工作站 45 三、PACS的主要用途 用数字影像数据库 取代 传统的胶片库 (Image A
29、rchival and Management) 用医生诊断工作站 取代 传统胶片与胶片灯 (Review Station) 用数字影像共享 取代 传统的胶片邮寄与传送 (Image Distribution) 用 DICOM 3.0将全院各种医疗影像设备联成一网 (Image Communications) 影像处理和计算机辅助诊断 (Image Processing and Computer Aided Diagnoses) 通过 Internet 或专网进行远程诊断与专家会诊 (Teleradiology) 5.2 院行网络及图像工作站 46 疏通工作流程从而提高设备与工作效率和增加收入
30、省去与胶片相关的费用来降低成本 减少重拍的机率 更新技术来提高竞争力 提高服务质量 健全病人资料的自动化管理 四、PACS的重要意义 PACS 的意义不只是在数字化， 而更重要的是： 5.3 院行网络及图像工作站 47 五、PACS分类 mini PACS 一般指的是单一科室或单一影像模式用的，比如说超声 mini PACS 传统的 PACS 一般指放射科用的 PACS, 一般只管 CT, MRI, CR/DR， 有时包括普通超声。用于高分辨率组织性灰阶图像看像、简单测量 (线性、角度、面积等) 和分析 (区域最大、最小、平均值、均方差等) FULL PACS 是全院、全企业 (包括所有院区和
31、分支) 的 PACS。支持 的模式包括五大类 CT、MR、超声波、核医学与正电子和所有 X-光 类 (如胸、普通、乳腺、DSA、骨质等等)。在国内和亚洲一些地区还 可能包括各种内窥镜、显微镜、心电图等。 PACS 有分 mini PACS、PACS 和 Enterprise PACS: 5.4 院行网络及图像工作站 48 六、PACS总体构架图 5.5 院行网络及图像工作站 影像服务器 DICOM Network DICOM设备 CT、CR、ECT DR、 DSA、其他 磁带库 光盘库 打印机 激光相机 干式相机 影像科室诊断中心 打印服务器 医生护士工作站 DICOM网关 DICOM网关 P
32、ACS管理工具 HIS接口 HIS DICOM重建器 数字设备 DSA、数字胃肠机 视频设备 US、ES 非DICOM设备 门 诊 科 室 住 院 部 急 诊 室 手 术 室 分中心服务器 Web服务器Tele服务器 100M1000M 49 七、PACS组成部分 5.5 院行网络及图像工作站 PACS系统的主要内容 图像传输网络 图象采集系统 图象显示系统 数据处理系统 图像存储系统 影像打印输出系统 50 影像采集系统影像采集系统 从各种数字化成像设备获取医学影像的数据资 料 数据处理系统 承担各种影像数据和相关信息的管理、分配； 连接放射学数据信息管理系统（RIS）和医 院数据信息管理系
33、统（HIS），并实现与相 应影像的整合。 影像传输网络 实现在PACS局域网的节点间传递 影像数据资料 1 3 2 5.5 院行网络及图像工作站 51 影像显示系统 医学影像高分辨灰阶显示，即所谓软 拷贝（softcopy） 影像存贮系统 实现影像数据短期或长期归档存贮 （Archiving） 影像打印输出系统 输出硬拷贝影像记录（胶片影像 记录） 5 4 6 5.5 院行网络及图像工作站 52 影像采集系统影像采集系统 从各种数字化成像设备获取医学影像的数据资 料 5.6 院行网络及图像工作站 结合咱们公司的情况，咱们设备目前可负责的是PACS第一步：影像采集系统，又称图像采集 工作站： 采
34、集工作站的任务： 1，从成像设备采集图像数据 2，将图像数据转换成PACS的标准格式DICOM3.0 3, 将图像数据压缩和传送到PACS控制器 七、图像采集工作站的概念： 53 八、医学影像工作站的概念： 目前用于临床和研究的影像工作站从简单、便宜的微机系统到复杂的包含硬件的大型系统 参差不齐。这里我们讨论的是狭义的医学影像工作站（软件）。它是PACS系统的一个重要的子系 统，也叫PACS医学影像工作站、医学影像数字工作站，是集当今世界先进的计算机数据存储技术、 数字图像处理技术为一体，在Windows,Unix或其他平台上研制开发的医学影像分析处理系统。工 作站的基本结构图见图1，它的核心
35、就是具有提升医学数据自动分析能力的图象处理库。 5.8 院行网络及图像工作站 54 九、放射影像工作站的概念： 相对于PACS而言。是针对非DICOM放射设备的影像诊断工作站，集登记、图像采集、阅片、 报告于一体，并提供数据管理、备份、统计等功能专业工作站模块。 放射医学影像工作站，又称放射工作站，放射影像工作站，X光工作站，X光影像工作站等， 是医院影像设备连接的用于处理病历及图像信息的设备。 5.7 院行网络及图像工作站 放射工作站(例如“琥珀放射工作站CPS-RA ”) 用于连接MRI、CT、PET、NM、CR、DSA、XRF等具有模拟视频接口的放射设备。主要应用于放射 科室。 功能：
36、可以连接16台模拟接口放射设备/无损保存图象信息/光盘刻录图象信息（DICOM标准光盘）/登录病 人信/专家系统，词库模板支持/打印图文报告/查询调阅病历报告/科室管理，统计报表/丰富的图象后处理功 能，中文标注，测量/提供DICOM接口/支持DICOM打印，重新出胶片/支持其他DICOM设备查询本机图象资 料。 南京威达天宇医疗器械有限公司 研发部 赵贵生 PPT制作： “贵生电子工作室”团队 我们一直在努力探索X线机的最新技术 56 1.3 X线设备发展史 v 1895年11月8日，德国物理学家伦琴（Withelm Conrad Roentgen，18451923）发现X线。 v 1896年，德国西门子公司研制出世界上第一只
