北京寶利康醫(yī)學(xué)工程公司

發(fā)掘DR設(shè)備潛能，拓展數(shù)字影像應(yīng)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(yī)療保健，國家也投入了大量的人力物力來推進醫(yī)療保健水平的提高。醫(yī)學(xué)影像診斷是一種常規(guī)的醫(yī)療檢查方式，在疾病診治及企事業(yè)單位和個人的體檢中得到廣泛應(yīng)用，其中，尤以X線常規(guī)檢查居多。在材料科學(xué)和計算機技術(shù)發(fā)展的帶動下，X線成像已經(jīng)從原來的膠片成像走進了直接數(shù)字化X線成像（Direct Digital Radiography，DR）時代。在更快更好成像的同時，數(shù)字化X線成像也提出了一些問題：如何更加便捷地對系統(tǒng)進行自動化控制，以及如何更好地利用X線數(shù)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(shù)字化X線圖像質(zhì)量,而且可以進一步拓展DR圖像的臨床應(yīng)用，提高其使用效率，提高醫(yī)院影像科的診治水平。本文從DR系統(tǒng)的成像過程的角度, 介紹DR設(shè)備硬件和軟件相結(jié)合、更好地應(yīng)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(yīng)用中，有時醫(yī)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(shè)備無法一次拍攝獲得，需要多次分段拍攝，傳統(tǒng)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(zhǔn)確度，而且效率很低。北京寶利康醫(yī)學(xué)工程公司的設(shè)備與友通科技VIOLIN圖像拼接工作站完美結(jié)合，運用先進的專利自動融合拼接技術(shù)，準(zhǔn)確快速完成拼接，形成一張無縫的完整DICOM圖像。

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

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(yīng)的拼接參數(shù)發(fā)送到設(shè)備；

（2）當(dāng)設(shè)備收到參數(shù)后，將參數(shù)顯示到操作界面上，并進行參數(shù)驗證。如果參數(shù)在設(shè)備的運動范圍內(nèi)，回應(yīng)參數(shù)接受指令給采集工作站；如果參數(shù)對應(yīng)的位置超出運動范圍，則回應(yīng)參數(shù)拒絕指令；

（3）醫(yī)生可以調(diào)整參數(shù)，使其滿足要求；

（4）醫(yī)生啟動按鈕使設(shè)備到達初始位置（位置的計算由設(shè)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(fā)送相應(yīng)的指令給設(shè)備，設(shè)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(fù)（7）的過程；（9）當(dāng)所有view都已完成，設(shè)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(fā)給設(shè)備,設(shè)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(fā)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(xiàn)設(shè)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(fā)生器特定功能支持。

1.2 實現(xiàn)圖像拼接

可以對兩幅或更多幅圖像進行拼接；可以調(diào)整當(dāng)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(yīng)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(zhǔn)相鄰兩幅圖的解剖結(jié)構(gòu)；也可以手動選擇解剖特征，進行半自動配準(zhǔn)；采用灰度融合算法處理相鄰圖像的拼接區(qū)域，使拼接后的圖像過度自然，無“接縫”現(xiàn)象；拼接生成的最后完整圖像自動計算優(yōu)化顯示曲線，也可手動調(diào)整此曲線；提供手動微調(diào)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(yīng)用

由于有了高質(zhì)量拼接圖像，醫(yī)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(shù)前可以做好充分的術(shù)前準(zhǔn)備，保證手術(shù)成功率。

（1）覆蓋了所有骨科測量領(lǐng)域的專業(yè)工具包，包括脊椎、髖部、膝蓋、踝關(guān)節(jié)、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(yè)骨科工作站”操作測量示意圖

（4）向?qū)焦ぞ?，使?fù)雜的測量變得簡單；

（5）專業(yè)的圖文報告，讓結(jié)果一目了然，見圖3；

圖3“TIMPANI 專業(yè)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(shù)室內(nèi)無菌觸摸屏看圖工作站，能精確顯示測量結(jié)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(xiàn)測量結(jié)果；

（10）能夠顯示各個指標(biāo)的正常參考范圍，并使用紅色字體表示異常指標(biāo)。

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

API其目的是提供應(yīng)用程序?qū)τ布脑L問進而間接控制機械部件的定位。此功能實現(xiàn)的關(guān)鍵是在DR操作控制臺（DROC）與設(shè)備硬件的微處理器間建立通訊聯(lián)系。在DROC內(nèi)存儲有各種部位的攝影參數(shù)，包括投照部位、體位、SID值、限束器光野的大小，以及高壓發(fā)生器曝光參數(shù)。這些參數(shù)經(jīng)通訊接口送達附屬設(shè)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(zhí)行部件輸出驅(qū)動指令，將探測器與X線管運行到預(yù)定位置，從而實現(xiàn)了在DROC選定了攝影體位后，附屬設(shè)備自動運行到相應(yīng)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(yī)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(tǒng)為例，對患者進行直立位的頸椎正側(cè)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(jù)這些信息選擇內(nèi)置預(yù)設(shè)解剖程序式X線攝影（APR），并經(jīng)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(yù)定位置。

3.1 照射頸椎正位U型臂狀態(tài)（圖4）

圖4 照射頸椎正位U型臂狀態(tài)

（1）U型臂自動上升并旋轉(zhuǎn)到水平位，此時探測器垂直，X線管與之對準(zhǔn)；

（2） U型臂繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)8°，探測器逆時針旋轉(zhuǎn)8°，形成中心線向頭側(cè)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(fā)生器曝光參數(shù)自動設(shè)定為70kV，15mAs；

（7） 患者擺位 ；

（8）按下手閘曝光。

3.2 照射頸椎側(cè)位U型臂狀態(tài)（圖5）

圖5 照射頸椎側(cè)位U型臂狀態(tài)

（1）其他參數(shù)不變；

（2）將U臂逆時針旋轉(zhuǎn)為水平位；

（3）將探測器順時針轉(zhuǎn)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(yī)生可隨時修正位置狀態(tài)和曝光參數(shù)。這種支持預(yù)設(shè)位置的定位、自動跟蹤及系統(tǒng)聯(lián)動功能使得系統(tǒng)像流水線一樣自動、高效，也讓操作更加簡單便捷。當(dāng)在采集工作站上選定患者攝影部位和體位后，附屬設(shè)備帶動探測器、X線管自動運行到預(yù)定位置，曝光參數(shù)自動給定，限束器自動給出適宜的照射野，這樣，系統(tǒng)不再是不同部件的簡單堆積，而是一個有機體。

4 結(jié)束語

北京寶利康醫(yī)學(xué)工程公司致力于DR設(shè)備的硬件與軟件的完美整合，使得設(shè)備更易用，并通過各種處理軟件技術(shù)對圖像的處理，改善影像的細(xì)節(jié)、圖像降噪、灰階對比度調(diào)整及影像放大等，將未經(jīng)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(yīng)用范圍越來越廣泛。精確清晰的數(shù)據(jù)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(fā)展，直接數(shù)字化X線攝影將有廣泛臨床的應(yīng)用價值和發(fā)展前景。