DR系统性能评估

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DR系统性能评估

解放军总医院杜洛山唐东生

目前DR系统的应用越来越普及，市场上的DR产品种类也比较多。主要以所使用的数字影像探测器类型来分类，有采用TFT（thin-film technology薄膜工艺学）技术的平板探测器，其中又分为非晶硒直接转换探测器和荧光晶体（碘化艳、硫酸钆等）一非晶硅间接转换探测器，还有荧光晶体一光学系统- CCD/CMOS型DR系统，以及各类线阵扫描型数字成像系统。挑选DR系统首先要研究自己的临床需求和各类DR系统的技术性能，再结合对投人和产出的分析，才能做出合理的选择。

DR系统最关键的技术性能有以下几个

·设备机械结构

·影像质量

·患者接受剂量

·工作效率

·综合成本

DR系统性能评估（续）

影像质量和曝光剂量

我们首先从影像质量谈起。影像质量是影像设备的核心。机器的一切设计都是围绕着提高图像的分辨力，也就是医生对DR图像细节的辨别能力。其至少包合了以下三个方面的内容，DR图像的空间分辨率、DR图像的对比分辨率和DR图像的时间分辨率。

1．空间分辨率

DR的空间分辨率指图像空间范围内的解像力或解像度，以能够分辨清楚图像中黑白相间线条的能力来表示。黑白相间的线条简称线对一对黑白相间的线条称之为一个线对，分辨率的线性表达单位是线对l毫米（LPlmm）。在单位宽度范围内能够分辨清楚线对数越多，表示图像空间分辨率越高。图像分辨率可用分辨率测试卡直接测出。

但空间分辨率的提高不是无限的，其与探测器对X线光子的检测灵敏度、动态范围信噪比等有密切关系。

厂商在DR宣传材料中标注的分辨率很多都是根据像素大小计算出来的而不是临床上真正关心的系统分辨率。但在实际临床二线成像过程中影响分辨率的因素有很多；例如X线焦点、SID、患者运动、曝光时间、探测器感光灵敏度、像素大小、计算机图像处理、显示器性能等。系统中的每一个子系统发生变化都会影响整个系统的分辨率（所谓”木桶效应“）。尤其要注意的是监视器分辨率DR系统探测器本身的分辨率一般高于系统所配监视器的分辨率。目前临床所用最高档CRT型和LCD型显示器显示像素为2KX2.5K。这些监视器都是当作选件卖的，而 DR系统本身所带监视器都为128Ox1O24或1600X1200的普通计算

机用监视器。从提高工作效率讲，屏读电子闯片是发展方向。所以在追求高分辨率的时候不要忘记监视器这一环。

2．X线照射剂量和影像噪声

在实际的成像条件下、噪声将始终干扰目标的检测。任何影像系统的图像上噪声都是由成像系统自身的本征噪声和二线量子噪声构成；系统本征噪声与探测器温度有关。一般来说是个常量；二线量子噪声与二线曝光剂量成反比，曝光剂量低，表现出的噪声大，当曝光剂量低到一定程度二线量子噪声将表现为主要成分。比较采用数字平板探测器和常规II-TV的血管造影系统的透视影像、可以看出这一点。评价照射剂量和影像噪声最好的指标是探测器的DQE 其定义为探测器输出影像的信噪比与输人影像信噪比的比值，该数值越大，表示所采集影像信噪比损失越小。DQE与探测器的感光材料、结构和工艺有关，其中也与像素大小密切关联。图像噪声与每个像素单元接收的有效光子数成反比。一般说像

素尺寸大、像素内所包含的光子数增加，会降低图像噪声提高检测灵敏度和DQE。

在探测器面积一定的条件下为了增加空间分辨率。只好减小像素尺寸、降低单位像素面积、增加像素密度。我们知道单位像素的面积越小、会使像素有效因子减少。像素的感光性能越低信噪比降低。动态范围变窄。因此这种减小像素尺寸的方法不可能无限制地增大分辨率。相反会引起图像质量的恶化最终增加了的空间分辨率又被因此带来的噪声淹没，要弥补此问题就要增大X线曝光剂量。这与X线影像技术的发展是相违背的。因此单有高的空间分辨率并不意味着更高的发现病变的能力。

3．影像动态范围和对比分辨率

动态范围是衡量探测器性能的一个关键指标。是指探测器能够线性地探测出X线入射剂量的变化其最低剂量与最高剂量之比。假如DR探测器能线性地探测出剂量变化最低值是1μGy 剂量低干1μGy时输出都是0 能探测的最高值是10mGy 剂量再高输出也是相同那么两输人剂量高低之比是1μGy：10mGy= 1：10000（即10的4次方）为该探测器的动态范围。

动态范围大密度分辨率高是 DR系统优于传统放射影像系统最重要的特点其可得到更多的影像细节使医生能够看到过去在普通平片看不清或看不到的信息，发现检出病变的能力远高于传统影像。

要正确表达探测器的动态范围DR影像必须具有足够的bit深度以往12bit影像只能记录4096等级灰阶，不能满足 DR影像信号的完整记录所以目前大多 DR系统都采用14b it 可记录的灰阶等级能达到16384 可以反映很小密度的层次变化。灰阶差异越明显对比度越大分辨的就越清楚。

低密度分辨率

DR低密度分辨率指f引以密度的微小灰度差别的分辨能为例如对肺组织内小结节或盘状病灶的微小差别的分辨能力。采用CDRADZO模板能测试出图像的低密度分辨率并绘出低密度分辨率曲线（Contrast－Detail curve）。其除了与DR探测器动态范围有关外低密度分辨率主要受噪声的影响。

临床经验证明当一个相对较小的物体（例如一个2－3毫米的肺的微小病变）被重叠在很厚的身体内时要在一个二线的平面图像上将其显示出来假如这个病灶相对于周围组织是一个明显的高密度显示它是比较容易的、但医学临床实践中碰到的往往是一个相对等密度或稍高密度即相似密度的病灶这时候要求高矩阵是没有意义的关键是需要足够的灰阶等级和低噪声即足够高的低密度分辨率。

显示器的动态范围

需要明确的是目前我们所用的图像显示设备的动态范围要远小于 DR探测器能够记录的密度范围普通电脑监视器可显示最大亮度才为300cd／m2 对比度400：1左右高档

医用监视器最大亮度可以达到700cd／m2对比度可达600：1 输入信号为 10bit。＠此

DR影像必须经过特别处理才能正确显示在屏幕上这种处理主要是通过多级有针对性的

LU丁（LOOkUp丁abIg）包括图像均衡、用户设置的窗宽窗位．以及显示器的亮度转换函数等对像素值进行转换把对诊断最有意义的部分显示在屏幕上。

在激光相机上打印胶片也面临同样问题相机的对比度范围要高于监视器一般激光相机的图像数据为 12bit 但由于胶片的曝光灰度曲线与监视器的亮度转换函数有很大差别要做到所见即所得使胶片影像与监视器影像看上去完全一样也必须对相机及传输接口进行精确的调整。因此DR系统影像质量的好坏不但与探测器本身性能有关我们所看到的影像质量主要取决干系统的图像处理水平和所使用的监视器（和激光相机）的性能和调整。4．响应时间

对常规摄影DR系统来说通常曝光时间只有几个毫秒所以一般不存在因患者运动产生影响图像质量的时间分辨率问题。这里需要关注的问题是从用户按下曝光手闸到可以看到图像的响应时间这里有几个不同的时间概念图像刷新时间图像预览时间和完整检查周期。

图像刷新时间（Refresh time）是指曝光后探测器上的数据被采集到工作站上可以进行下一次曝光的时间间隔。目前只有GE公司提出此概念因其能量减影功能需要在极短的时间内（0.2m 秒）进行两次不同kV的曝光以避免运动伪影这两次曝光的最短时间间隔或者说能量减影功能受探测器刷新速度限制。其他公司还不提供此参数。要求多次或连续曝光采集的DR临床应用功能还有平板数字化断层技术及其在不同角度连续采集基础上实现的3D重建技术

图像预览时间（Preview disPlay time 所谓预览是在操作台上显示一幅缩小的采集影像供拍照技师喜看投照和曝光以决定检查患者是否可以离开。由于是简缩图像, 数据量小（像素矩阵不超过Ik。Ik）可以较快地提供给操作者＿预览时间一般不超过I0秒；快者可以在5秒内显示。

完整检查周期（Ful cycha time）包括采集和图像经过完全处理的时间（aCqUISl tlOO＆fUll dlSPISy）

不同公司的DR产品设计不同所表现的性能也不间有些公司的DR在主控制台上只能键示预览图像完整图像必须通过网络传到后处理工作站上才能显示所以其只提供预览时间指标也有公司在主控制台上就显示完整图像，图像一出来就可进行ZOOM放大，灰度调节等处理。也可以直接送激光相机打印没有预览一说．

不管是预览图像还是完整图像在主控制台L的显示最好幅面大一些达到Ik* Ik显示矩阵对使用者采说感觉要比看512*512以下矩阵影像好一些。

随着动态DR技术的发展GE、Siemens、philips 和Shimadzu都推出了可以以每秒15帧以上速率进行图像采集的血管造影DR系统这需要DR探测器板具有极高的刷新速率，这也是反映平板探测器技术水平的一项关键指标，目前减少DR图像采集时间间隔的王要技术手段是减少影像采集面积和降低分辨率以减少总数据是同时利用并行传输的方法提高计算机读取，处理信息的速度。

DR系统性能评估（续）

影像管理和后处理