發掘DR設備潛能，拓展數字影像應用

北京寶利康醫學工程公司

發掘DR設備潛能，拓展數字影像應用

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隨著人們生活水平的提高，越來越多的人開始注重醫療保健，國家也投入了大量的人力物力來推進醫療保健水平的提高。醫學影像診斷是一種常規的醫療檢查方式，在疾病診治及企事業單位和個人的體檢中得到廣泛應用，其中，尤以X線常規檢查居多。在材料科學和計算機技術發展的帶動下，X線成像已經從原來的膠片成像走進了直接數字化X線成像（Direct Digital Radiography，DR）時代。在更快更好成像的同時，數字化X線成像也提出了一些問題：如何更加便捷地對系統進行自動化控制，以及如何更好地利用X線數字圖像解決更多的臨床等問題。研究和解決這些問題，不僅能改善數字化X線圖像質量,而且可以進一步拓展DR圖像的臨床應用，提高其使用效率，提高醫院影像科的診治水平。本文從DR系統的成像過程的角度, 介紹DR設備硬件和軟件相結合、更好地應于臨床的新功能。

1 自動拼接（Auto Stitching）功能

所謂Stitching功能，即圖像拼接功能。在X射線成像診斷應用中，有時醫生需要完整的脊椎、下肢，甚至是整個人體的X線影像，特別是骨科測量。但是由于探測器尺寸限制，對于大尺寸部位影像設備無法一次拍攝獲得，需要多次分段拍攝，傳統的做法是人工拼接膠片然后再測量診斷，這樣大大影響了診斷準確度，而且效率很低。北京寶利康醫學工程公司的設備與友通科技VIOLIN圖像拼接工作站完美結合，運用先進的專利自動融合拼接技術，準確快速完成拼接，形成一張無縫的完整DICOM圖像。

實現方法是，在采集工作站與設備的微處理器間建立通訊，設備接受工作站的Stitching采集請求，控制數字圖像探測器與X線管同步運動并曝光拍攝，根據需拼接部位的大小決定位移量和曝光次數。

1.1 Stitching功能的基本過程

（1）給患者注冊一個拼接檢查，啟動檢查后，采集工作站將這個檢查對應的拼接參數發送到設備；

（2）當設備收到參數后，將參數顯示到操作界面上，并進行參數驗證。如果參數在設備的運動范圍內，回應參數接受指令給采集工作站；如果參數對應的位置超出運動范圍，則回應參數拒絕指令；

（3）醫生可以調整參數，使其滿足要求；

（4）醫生啟動按鈕使設備到達初始位置（位置的計算由設備來完成）；

（5）啟動拼接；

（6）按住手閘開始第一張圖的曝光；

（7）工作站自動接收圖像，并發送相應的指令給設備，設備收到指令后，自動移動到下一個位置，并回送指令通知采集工作站位置已到達；

（8）按住手閘開始第二張圖的曝光，重復（7）的過程；（9）當所有view都已完成，設備暫不移動；

（10）工作站上彈出一個對話框，提示用戶是否進行額外曝光。如果啟動額外曝光，工作站將new-extra view指令發給設備,設備收到指令自動移動到下一個位置。按手閘曝光，所有view都已完成，工作站自動進入拼接界面，并給u-arm發送拼接完成指令；

（11）完成。

亦可以將手閘一次按下，不松手，實現設備定位、曝光和圖像采集拼接一次完成。不過，這需要X射線發生器特定功能支持。

1.2 實現圖像拼接

可以對兩幅或更多幅圖像進行拼接；可以調整當前系列影像的順序，從而保證亂序輸入的多幅圖像在拼接后對應的解剖部位是順序銜接的；在圖像拼接過程中，可以自動識別人體部位，自動配準相鄰兩幅圖的解剖結構；也可以手動選擇解剖特征，進行半自動配準；采用灰度融合算法處理相鄰圖像的拼接區域，使拼接后的圖像過度自然，無“接縫”現象；拼接生成的最后完整圖像自動計算優化顯示曲線，也可手動調整此曲線；提供手動微調功能；可以輸出14×34英寸及14×51英寸的超長膠片，見圖1。

1.3 圖像的應用

由于有了高質量拼接圖像，醫生就可以獲得全脊椎、雙下肢甚至全身的X線影像，在外科手術前可以做好充分的術前準備，保證手術成功率。

（1）覆蓋了所有骨科測量領域的專業工具包，包括脊椎、髖部、膝蓋、踝關節、四肢、外傷及兒科等；

（2）配備了圖像像素空間校正工具，使測量更精確；

（3）帶有測量示意圖，使操作更容易，見圖2；

圖1 X射線成像診斷中的Stitching功能

圖2 “TIMPANI 專業骨科工作站”操作測量示意圖

（4）向導式工具，使復雜的測量變得簡單；

（5）專業的圖文報告，讓結果一目了然，見圖3；

圖3“TIMPANI 專業骨科工作站”的圖文報告

（6）可選的自動拼接軟件包，使整個脊椎及四肢測量不再困難；

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（7）可選的手術室內無菌觸摸屏看圖工作站，能精確顯示測量結果，并提供完整解決方案；

（8）能夠自動獲取患者的信息摘要；

（9）圖、文、表格綜合表現測量結果；

（10）能夠顯示各個指標的正常參考范圍，并使用紅色字體表示異常指標。

2 應用程序編程接口（Application Programming Interface，API）功能

API其目的是提供應用程序對硬件的訪問進而間接控制機械部件的定位。此功能實現的關鍵是在DR操作控制臺（DROC）與設備硬件的微處理器間建立通訊聯系。在DROC內存儲有各種部位的攝影參數，包括投照部位、體位、SID值、限束器光野的大小，以及高壓發生器曝光參數。這些參數經通訊接口送達附屬設備的微處理器。微處理器對所接受的指令進行解碼、判斷后對執行部件輸出驅動指令，將探測器與X線管運行到預定位置，從而實現了在DROC選定了攝影體位后，附屬設備自動運行到相應的位置，限束器自動打開到要求的投照野。這種全自動操作，減少了醫生或技師的工作量，及患者的檢查時間。尤其是對于Stitching功能的操作來說，檢查的時間越短，成功率越高。

3 具體實例

以下以U型臂系統為例，對患者進行直立位的頸椎正側位X線攝影檢查過程。通過Worklist，DROC獲得患者信息，即姓名、性別、年齡、投照部位體位，根據這些信息選擇內置預設解剖程序式X線攝影（APR），并經接口將此信息傳遞給U型臂的控制處理器，U型臂運動使X線管和探測器自動運行到預定位置。

3.1 照射頸椎正位U型臂狀態（圖4）

圖4 照射頸椎正位U型臂狀態

（1）U型臂自動上升并旋轉到水平位，此時探測器垂直，X線管與之對準；

（2） U型臂繼續順時針旋轉8°，探測器逆時針旋轉8°，形成中心線向頭側傾斜8°射入探測器中心。這樣可將下頜骨影像投向上方，避免與椎體重疊過多，也使椎間隙顯影更清晰；

（3）U型臂上升到探測器水平中心線對地面160cm；

（4）SID為100cm；

（5）限束器投射野為8×10英寸；

（6）X線發生器曝光參數自動設定為70kV，15mAs；

（7） 患者擺位 ；

（8）按下手閘曝光。

3.2 照射頸椎側位U型臂狀態（圖5）

圖5 照射頸椎側位U型臂狀態

（1）其他參數不變；

（2）將U臂逆時針旋轉為水平位；

（3）將探測器順時針轉為垂直，使X線中心線與探測器垂直；

（4）完成曝光采集。

在此操作過程中，醫生可隨時修正位置狀態和曝光參數。這種支持預設位置的定位、自動跟蹤及系統聯動功能使得系統像流水線一樣自動、高效，也讓操作更加簡單便捷。當在采集工作站上選定患者攝影部位和體位后，附屬設備帶動探測器、X線管自動運行到預定位置，曝光參數自動給定，限束器自動給出適宜的照射野，這樣，系統不再是不同部件的簡單堆積，而是一個有機體。

4 結束語

北京寶利康醫學工程公司致力于DR設備的硬件與軟件的完美整合，使得設備更易用，并通過各種處理軟件技術對圖像的處理，改善影像的細節、圖像降噪、灰階對比度調整及影像放大等，將未經處理的影像中所看不到的特征信息在熒屏上顯示，從而使圖像更為清晰，更有利于顯示病變部位。圖像拼接、能量減影等越來越強大的功能軟件，使圖像越來越直觀，使DR的臨床應用范圍越來越廣泛。精確清晰的數據和圖像分析功能為疾病的診斷和治療提供了有力的保障。今后，隨著科技的飛速發展，直接數字化X線攝影將有廣泛臨床的應用價值和發展前景。