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数字减影血管造影的系统构造及新技术的发展

时间:2023-04-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:DSA成像系统的机架形状恰似一个大写字母“C”,因此称之为C形臂。DSA检查需连续发射X线,要求有较高的球管热容量和散热率。这两类均用于临床,目前以非结晶硅数字平板探测器多见。DSA血管造影时,对比剂的总量、流速控制及与曝光时间同步等因素,关系到检查成败及受检者安全的重要问题。高压注射器的主要功能就是满足造影时所需的对比剂注射速度、压力及剂量控制。

一、DSA成像系统的机架

DSA成像系统的机架形状恰似一个大写字母“C”,因此称之为C形臂。检查床位于C形臂开口处,C形臂的两个端点上端固定影像增强器,下端固定X线球管。以病人为圆心,C形臂可以绕水平轴旋转,同时C形臂可沿病人的矢状轴上下移动。这样X线球管的高度和位置可以调节,也可倾斜至任何角度投射,医师可在不移动病人的情况下得到任意角度的影像。C形臂还具备结构紧凑,占地面积小,转动灵活的特点。

二、X线的发生装置

X线的发生装置主要包括X线管、高压发生器和X线控制器等。DSA必须具有阳极热容量在1MHu以上、具有大小焦点的X线球管。它是一个高千伏真空管,含阳极和阴极,阳极多为旋转结构。它的功能是接受电能转换成为X线能。但只有不足百分之一的能量产生有用的X线,其余大多数能量转变为热能。DSA检查需连续发射X线,要求有较高的球管热容量和散热率。X线是由高压发生器向X线管两端提供高电压,促使云集阴极端的自由电子高速运行,形成高能电子轰击阳极重金属靶面而产生的。因此,必须具有一个能产生高千伏、短脉冲和恒定输出的高压发生器。

三、DSA图像检测装置

常规DSA图像检测装置包括光栅、影像增强器、光学系统、X线电视系统。目前越来越多的医院采用全数字平板探测装置的DSA机。

1.滤线栅 滤线栅的作用是吸收散射X线,增加原发与透射光子的比率,提高图像的清晰度。

2.影像增强器 是DSA检测器的重要部件之一,主要作用是将X线信息影像转换成可见影像,并将其影像亮度增强数千倍。影像增强器由输入屏、电子透镜、输出屏、管套构成。其工作原理是输入屏把接受到的X线像转换成可见光像,并由光电阴极转换成电子像。光电子在管内加速、聚焦电场共同作用下,在输出屏形成缩小并增强了的电子像;该电子像再由输出屏转换成可见光像的影像转换过程。

3.光学系统 光学系统包括物镜和光分配器两大部分。主要将输出图像转换成平行光,使传输过程中的光通量损失少,成像像差小,成像质量高。

4.X线电视系统 电视系统由摄像机、同步机、监视器等组成。

5.数字平板探测器 目前用于医学放射影像的数字平板探测器主要可分为两大类,非结晶硅数字平板探测器(amorphous silicon detector)和非晶体硒数字平板探测器(amorphous selenium detector)。也有人将非结晶硅数字平板探测器称作碘化铯平板探测器。这两类均用于临床,目前以非结晶硅数字平板探测器多见。非结晶硅数字平板探测器是在平板上包含有碘化铯闪烁晶体、非晶硅光电二极管、读出电路和输出电路。它的结构是在玻璃基底上涂覆非晶硅,上面自然生长成直径5~10μm针状通道的碘化铯闪烁晶体层,它将X线转换成可见光信号,碘化铯被证明是效率最高、性能最稳定的X线转换物质。非晶硅光电二极管阵列层以矩阵单元将可见光转变成电荷信号,同时在每个像素单元都装配了极为复杂、细如发丝的信号读取电路和空间定位电路、图像处理和重建系统,最后使电荷信号转换成数字信号传输至计算机系统。非结晶硅数字平板探测器各层的设计是非依赖型,可以独立自主的优化设计碘化铯针状晶体层的厚度,以达到最佳的X线吸收转化率,如此设计不会影响非晶硅层的性能发挥。同样的,为了尽可能减少非晶硅光电二极管的暗电流和信号读出延迟,可将非晶硅光电二极管层的厚度设计的极薄,这样的设计决不会限制碘化铯的晶体层的性能。

四、DSA图像显示及处理装置

1.DSA图像显示装置 DSA图像从X线照射至最终在显示器上显示,需先经过模拟图像转换成数字图像,再由计算机进行高速数字逻辑运算,最后通过数字图像转换成模拟图像显示。

2.DSA图像处理装置 主要包括对数变换处理、时间滤波处理、对比度增强处理。

五、高压注射器

DSA血管造影时,对比剂的总量、流速控制及与曝光时间同步等因素,关系到检查成败及受检者安全的重要问题。高压注射器能够确保在短时间按设置要求将对比剂注入血管内,高浓度显示目标血管,形成高对比度影像。

(一)高压注射器的组成

注射头:包括针筒及控制针筒活塞,显示容量刻度装置、指示灯及加热器组成。

针筒:一般规格有150ml、200ml等。

加热器:保持针筒内已预热的对比剂处于恒温状态,并通过容量刻度显示对比剂的剂量。

注射筒:活塞控制。

指示灯:主要显示注射筒的工作状态。指示灯亮为工作状态,指示灯不亮为非工作状态。

控制台:控制台由主控板和系统显示构成。控制台功能很多,主要有信息显示部分、技术参数选择、注射控制等。

多向移动臂及机架:高压注射器多向移动臂具有三轴方向,可安置在落地机架上或安置在天轨上则移动方便,不占地面空间。

(二)高压注射器工作特点

高压注射器的主要功能就是满足造影时所需的对比剂注射速度、压力及剂量控制。其工作原理是由微处理器处理设定注射速度、时间和压力。压力控制由电路监测,并精确测量实际压力。如果实际压力试图超过预置压力,则注射速度就会被限制。如果实际注射量超出设定值,注射筒活塞位置监测控制切断注射。在注射结束时控制制动交换器切断电机电源,使电机停转。

六、干、湿式激光打印机的应用

按胶片是否需要冲洗可将激光打印机分为湿式激光打印机和干式激光打印机。湿式激光打印机打印后的胶片需经过冲洗才能得到照片,工作烦琐,需配备自动洗片机,冲洗液和废水还会对环境产生一定的污染。干式激光打印机使用可直接成像的干式激光胶片,在完全干燥的情况下直接输出影像照片,工作简化、速度快,而且大大地降低了对环境的污染。新型干式激光打印机采用了一步式高温直接成像技术,与之前的先进行激光扫描,然后再加热显影的方式相比成像更稳定、更安全,照片遇光、遇热不变色,而且不会产生废气、废液。由于干式激光打印机比湿式激光打印机工作流程更简单、更环保,不仅极大地改善了医务人员的工作环境,而且节省了大量的人力物力,因此已成为绝大多数医院设备配置的首选方向。

七、图像存储与PACS系统

计算机可把载有数字图像信息的信号记录在光盘上或经光缆、电缆上传至PACS系统工作站储存,以备复诊或者会诊时调用。

随着数字成像技术、计算机网络技术的进步,图像存档与通信系统(picture archiving and communication systems,简称PACS系统)迅速发展。PACS系统是在处理放射科图像的基础上逐渐发展起来的,目前应用范围已经覆盖了CT、MRI、CR、DR、DSA、超声、核医学、病理学和ICU等学科,它将计算机管理和现代通信技术应用于医学图像成像系统,将图像变成数字,图像信息用数据文件的形式保存起来,供以后反复调阅。它集受检者个人资料、收费、统计、数据信息化管理、数字图像储存于一体,并通过各种公用和专用通信网络、计算机局域网、广域网或电话网在医院各科室、城市各医院单位、地区或国家之间传送,从而实现远程医学概念。比如,部门一级的PACS基本系统的医院范围内的PACS集成系统,一般均为利用计算机局域网络(local area network,LAN)来实现医学图像和病案等软拷贝的传输,图像远程传输则可利用公共电话交换网和计算机广域网(wide area network,WAN),也称为远程网(remote computer network,RCN)来实现。PACS系统的发展和普及将对影像医学、数字图像技术、计算机应用、现代医疗技术和医院信息系统(hospital information system,HIS)的建设发挥重要的作用。

PACS系统的数字图像储存与传输系统是建立在医学成像、图像处理、工作站及网页设计、数据库、软件工程和通讯工程基础上的,技术含量高、实践性强的高新技术产品,旨在全面解决医学图像的获取、显示、存储、传送和管理的综合系统。目标是提高有关科室诊断、治疗和护理质量,提高各科室甚至整个医院的工作效率,为病人提供及时有效的服务。

八、DSA设备新技术应用

1.大平板(30cm×40cm)探测装置成像技术 随着医学影像诊断和介入治疗技术的飞速发展,传统的I、I-TV影像链正在发生革命性的变化,数字化大平板技术在DSA血管机上的应用已成为一种趋势。其主要优势在于影像质量和视野大幅度的提高和拓宽。

2.双C形臂平板成像 在平板成像技术的基础上,完成了由DSA二维成像概念向三维概念成像的飞跃。一次对比剂的注射,获得两个角度的成像信息。既减少了术中对比剂用量和手术时间,也降低了术中风险(图2-1)。

图2-1 双平板DSA成像设备

3.机器臂 是C形臂旋转轴革命性突破,灵活的多轴机器人臂设计,无死角的工作位置选择(图2-2),达到病人真正的全身覆盖投照。远距离的灵活伸缩和停放,既提供了设备强大功能,也满足了紧急状态下病人的复苏抢救和杂交手术应用开展所需空间(图2-3)。

图2-2 机器臂DSA

图2-3 机器臂DSA操作间

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