基于無線平板探測器的床邊拍片機數字化改造

關鍵，林少春，林玲，鄧盛文，程曉玫

常規X 線設備的數字化是從CR 開始的，CR 成像系統利用IP板（image plane）在投照過程中生成“潛影”，經掃描器掃描后而獲得數字化的圖像［1］。由于CR 成像系統不需對原有X 線發生器、片架和攝影床作任何改動，而且價格較低，所以被廣泛應用于常規X線攝影。但CR 的缺點也十分明顯［2-3］：由于IP 板的“潛影”必須要經過掃描器掃描后才能看到圖像，所以使用CR 攝片不是立拍可現，工作效率不高，也不能在拍攝后立即糾正拍攝過程中產生的問題。另外，CR的空間分辨力和密度分辨力也沒能達到一個理想的程度。隨著IP板使用次數增加［4］，其性能衰減嚴重也是一個不能避免的問題。

我院共有5臺床邊X 線機，分布在不同大樓不同病區。現有的床邊CR 系統及IP板老化，導致圖像質量降低。由于一次攜帶的IP板數量有限，攝片技師往往需要多次往返于病區和放射科之間才能完成全部床邊攝片工作。如將五臺床邊X 線機全部更換成床邊DR，投入太大，原有的床邊機將完全廢棄。因此需要找到一種簡便易行，圖像質量好，投入成本低的方案，對我院不同型號的移動床邊CR 機進行升級改造。

材料與方法

1.材料的選擇

選擇銳珂公司（Carestream）的DRX-1 平板探測器作為成像載體；利用醫院原有的西門子和飛利浦常規移動床邊機（Siemens Multmobil 10 移動X 線機2臺，Philips Practix33移 動X 線 機2 臺、Philips Practix100移動X 線機1臺）做為X 射線源；銳珂公司研制DR 操作控制臺（DR operator console，DROC）和高壓同步控制接口。由此在床邊攝片時可以方便集成為DR 攝片。

銳珂公司DRX-1魔卡平板探測器［5-6］具有以下特點：①目前業內最小巧的平板探測器，外觀尺寸為35cm×43cm×1.5cm ，重量僅3.86kg，規格完全等同于ANSI暗盒、IP 板；②首款可以采用無線控制采集圖像的平板探測器；③139μm 像素滿足任何常規攝影需求；④可靠的防震、抗沖擊設計。因此，使用DRX-1魔卡平板探測器，可以為臨床攝片提供了很大方便性和靈活性。

2.方法和技術路線

DR 的成像一般要經過以下步驟［7］：①X 線穿過人體后將影像投射在平板探測器上；②平板探測器的薄膜晶體管陣列產生電流，電流經A／D 轉化成為像素；③像素被傳輸到DROC；④DROC 將像素數據做圖像處理；⑤DROC 將處理后的圖像封裝為標準的DICOM 圖像；⑥封裝后的DICOM 圖像可以按照DICOM 標準傳輸、存儲、瀏覽、打印、測量等。

平板探測器和X 光機是不同公司的產品，要把它們有效集成為DR，需要配備DROC和高壓控制接口，使DROC 可以控制X 光機的曝光。這樣才能將平板探測器和X 光機有效地集成為一臺可用的DR。

3.DROC的設計

DROC的圖像采集［5］：不同平板探測器的接口是不一樣的，但每家平板探測器的生產廠商一般都提供接口的開發文檔和接口模塊，開發者只要根據開發文檔一般都可以順利地與平板探測器進行通訊，對平板探測器進行控制和圖像采集。

DROC的圖像處理：從平板探測器采集到的原始圖像如果不經過處理一般都達不到診斷的要求，所以原始數據必須要做圖像處理，這個環節對圖像質量的影響最大，要求最高。目前在DR 圖像處理中針對魔卡平板探測器做了優化。DICOM 圖像的封裝：將處理好的圖像封裝成DICOM 圖像，在這個過程中圖像中的各個字段都必須標準規范，完全按照DICOM 協議的要求進行封裝。

DICOM 圖像的操作：包括傳輸、存在、打印、瀏覽、測量。這部分的開發可以使用開放源的DCMTK的模塊進行開發，這是業內很成熟的模塊，而且是免費開放源代碼的，各大公司都在使用，所以沒必要獨立開發。

4.高壓控制接口的設計

在DR 的曝光過程中有一個很重要的問題——同步問題。平板探測器平時是不會采集圖像的，只有接收到DROC發過來的采集圖像指令后，才會將采集窗口打開，如果這時X 線投照在平板探測器上，平板探測器就可以采集到圖像；反之，如果平板探測器的窗口沒有打開或已經關閉，這時X 線投照在平板探測器上是無效的。魔卡平板探測器在接收到采集指令后，會立即打開采集窗口，但是為了限制噪聲，窗口打開的時間只有0.8s，曝光在這段時間內必須完成，否則將采集不到圖像，或者曝光劑量不足。而在這么短的時間內，要想讓曝光區落到采集的時間窗內，必須要通過計算機控制。高壓控制接口的作用就是讓DROC 可以控制高壓曝光，讓曝光區落到采集時間窗口上，使X光機的曝光和平板探測器的采集同步。

考慮到每家高壓發生器的通訊協議各不相同，做升級改造也可能得不到其他廠家的高壓通訊協議，所以控制X 光機的曝光不能通過控制高壓發生器的方式去控制。盡管每家X 光機都不同，但有一點基本是相同的，就是都可以通過手閘來控制曝光，于是將高壓控制接口做成一個電子手閘，使其具有一閘和二閘閉合和釋放的功能，將高壓控制接口一閘和二閘的接線與原X 光機的一閘和二閘的接線并聯就可以控制X光機的曝光了，而不需要了解X 光機的內部結構和協議。通過筆記本電腦的USB接口與高壓接口連接，這樣同時解決通訊和供電問題，體積也做得很小，可以很方便地安裝在X 光機內部。

結 果

本次改造利用一塊魔卡平板探測器給五臺移動床邊機進行DR 升級。將DROC 安裝在一臺筆記本電腦內，在每臺移動床邊機都安裝了一套高壓控制接口和無線路由器。床邊機改造示意圖如圖1。

優點分析：①實現了一板多用，有效利用了原有的移動床邊機，節省維護成本；②圖像質量提高（圖2），輻射劑量較CR 降低；③曝光后5s即時閱片，為患者的救治節省了時間；如遇圖像不滿意可立即重拍。④操作流程大大簡化：技術員帶上一塊平板探測器和筆記本電腦，即可去病房拍片；拍片前只需將安裝在床邊機上的高壓控制接口的USB 線與筆記本電腦連接即可；拍片過程類似于使用IP 板或暗盒拍片，平板探測器上沒有電源線和數據線，可以根據需要任意擺放；拍片完成后，通過無線路由器將圖像傳輸到PACS以及膠片打印。⑤技術員的勞動強度減輕且醫療效率提高：不需要攜帶大量IP 板；一次輪回即可完成全院病患的攝片工作，無需在放射科和病區間多次往返。通過工作列表（Worklist）功能調出患者資料，現場確認后再投照，不會發生患者匹配錯誤。

圖1 床邊機改造升級示意圖。 圖2 同一患者床邊機升級改造前后的胸片對比。a）升級前胸片，圖像細節較差；b）改造后復查胸片，圖像清晰度明顯提高。

討 論

DICOM 標準的建立為數字化影像設備向網絡化發展奠定了基礎［8］。DR 的出現有效地解決了CR 所存在的問題。DR 利用平板探測器可以將投照的X 線直接轉化成電信號，經A／D 轉換后生成數字信號。所以利用DR 攝片可以做到立拍可現，直接獲得數字化的影像，大大提高了工作效率。而且空間分辨率和密度分辨率也比CR 有所提高［9］。隨著DR 平板探測器成品率的提高和成本的降低，DR 取代CR 已成為一種趨勢。

然而床邊攝片并沒有隨著DR 的發展而同步發展。原因是早期DR 的平板探測器的體積和重量都沒有達到床邊攝片的要求。無論是直接成像的非晶硒平板探測器和間接成像非晶硅平板探測器，由于散熱的要求和工藝原因，其封裝后的厚度都超過了5cm，重量在10kg左右，這種尺寸和重量的平板探測器只能固定在X 線機的機架上，做固定的DR 整機使用，做移動床邊攝片是不合適的。直到日本佳能公司推出CXDI-50G 便攜式平板探測器，床邊攝片才真正進入了DR 時代。CXDI-50G 便攜式平板探測器的重量只有2.4kg，封裝后厚度只有2.4cm，基本滿足床邊攝片的要求。隨后除了佳能公司外，在西門子、島津、日立和西班牙Sedecal公司都推出了移動床邊DR，這些移動床邊DR 都使用了佳能公司的CXDI系列平板探測器。但是佳能公司的CXDI平板探測器也存在其固有的缺陷：由于不是無線傳輸圖像，其相連的導線給床邊攝片帶來了一定的麻煩，而且電源及同步接口與一塊平板探測器綁定，所以無法做到一板多用，讓醫院不能有效節約資源。另外其像素點直徑為160μm，空間分辨率有所降低，對于細微骨折不能很好地顯像。

銳珂公司和法國特雷茲（Thales）公司幾乎在同一時間推出了基于Wi-Fi無線平板探測器，為床邊攝片使用床邊移動DR 推進了一大步。法國特雷茲公司推出的Trixell＿Portable3543平板探測器在外觀與佳能公司CXDI系列平板探測器的外觀尺寸和重量基本一樣，其區別是采用無線發送數據，沒有數據線，使用更方便；而銳珂公司推出DRX-1平板探測器同樣采用無線發送圖像，外觀尺寸與常規的IP 板尺寸完全一樣，重量更輕，完全滿足床邊攝片的要求，而且不用改動原有設備的片盒結構，給設備升級改造和一板多用帶來了很大便利。

改造中的主要注意事項：①由于DRX-1平板探測器完全使用無線方式傳輸數據，所以易受外界環境的影響，對路由器和頻段的要求較高。民用頻段一般是使用2.4MHz的頻段，而DRX-1平板探測器與路由器之間的通訊必須使用5MHz的頻段，以減少民用頻段的干擾。電腦與路由器之間雖然可以使用2.4MHz的頻段，但是為了保證通訊的穩定，建議使用具有5MHz頻段無線網卡的電腦。②由于DRX-1平板探測器的采集窗口打開只有0.8s，因此攝片時應使用短時間、高毫安的攝片條件，這樣才能讓曝光區落到有效的采集區內。③平板探測器和電腦電池的電量都會影響到無線通訊的穩定，如果攝片時間較長或患者較多時應多攜帶備用電池。

［1］王學良.富士計算機X 射線攝影（CR）原理概述［J］.光機電信息，2000，17（1）：13-15.

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