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数字化X线摄影未来趋势之超低剂量化
http://www.pharm1718.com 2021-03-03 11:36:29 第一资讯网

长期以来,传统的X线摄影曝光量大,影像质量始终在一定的水平上下徘徊,对医学影像诊断造成一定的阻碍。随着现代科学技术的突飞猛进,更为先进的数字化X线摄影(DR)设备应运而生,无论是对胸部疾病筛查,还是骨关节筛查,其射线剂量低、重建图像快、影像质量高,具有出色X射线探测属性和固有的高空间分辨率,大大降低了摄影的曝光剂量,从而维护了受检者的健康利益。

 

随着人们健康意识的提高,人们疾病复查和健康查体的频率也随之增加。据统计,仅胸部拍片在X线摄影中工作量约占30%~50%。基于放射性检查对人体会造成一定的辐射伤害,对于婴幼儿患者,严重骨折患者以及关节置换手术后复查的患者等保证影像质量前提下尽可能地降低放射剂量以保护患者和工作人员一直是医疗影像设备厂商研发和生产的主要目标,是数字化X线摄影技术未来主要研究趋势中华放射学会主任委员、复旦大学副校长冯晓源教授参加放射学会时曾指出:“降低剂量、降低辐射已经成为整个社会的共识。这绝不是一个简单的技术问题和学术问题,这是社会问题。”

 

随着医学影像设备和信息技术的不断发展, 研究表明,现代技术完全可以从迭代算法,加快扫描速度,减少曝光时间,改进探测器性能,优化图像后处理系统等角度出发,在保证诊断有效信息的前提下,不断去突破超低剂量与最佳影像并行的瓶颈。目前一些顶级的医疗影像设备厂商利用图像增强技术对低剂量摄影图像进行处理, 研究数字X射线摄影 (DR) 图像质量优化方案已经取得了可观的成果。

 

医学图像增强处理主要通过影像设备及工作站软件对医学图像进行加工处理, 将原本不清晰的图像变得清晰或强调某些感兴趣的信息, 抑制不感兴趣的信息, 使之改善图像质量、丰富信息量, 加强图像判读和识别效果的图像处理方法。

 

采用数字化X射线摄影系统 (digit radiography, DR) (安健科技动态DR) 和X射线胸部模型作为研究材料,选用设备提供的图像增强技术IEAE(智能高效率自动增强系统IGCR、ITE、ICED、IMR、IDG)多频率图像处理技术DFP同步曝光技术,发现运用IEAE处理偏低剂量下的图像后,其灰度补偿、均衡组织、增强降噪和锐化均能不同程度地改善低剂量摄影图像存在的问题, 提高图像对比度噪声比。同时,安健科技配备的自研动态平板,采用DFP同步曝光技术,实现了探测器采集脉宽和高压曝光脉宽的同步,相对固定采集脉宽模式的探测器,无效暗电流带来的噪声影响被消除,进一步提升了影像质量,使低剂量摄影下的图像能够满足临床诊断的需求。但目前这项技术少有厂家掌握,其主要原因是外购组装的探测器和高压很难协调原厂进行联合开发,使用固定采集模式难度最小,而只有真正同时掌握探测器和高压核心技术的厂家才能打通技术壁垒。

 

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(安健科技悬吊动态DR 珠穆)

 

安健科技IEAE(智能高效率自动增强系统)五大核心处理模块及测试结果如下图:

 

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IEAE(智能高效率自动增强系统)

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IGCR(智能感兴趣区灰度补偿)

 

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ITE(智能组织均衡)

 

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ICED(智能增强降噪)

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IMR(智能金属识别)

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IDG(智能栅纹去除)

 

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DFP同步曝光技术

由此可见,利用优秀的图像增强技术能有效地改善低剂量摄影图像存在的不足,也是医学图像应用价值最大化的前提与保障,国内已有设备厂商率先研究出可行性方案。

 

此外,随着探测器技术的进一步发展,低剂量化X线摄影有望迎来更大的突破。安健科技研发团队在国际知名一区Top刊物Nano Energy与Nanotechnology联合署名发表两篇重要研究成果证明:硅基异质结钙钛矿量子点纳米晶阵列 X 射线光子信号直接转换为电流信号,有效避免了将X射线光子转换为可见光,再将可见光转换为电子空穴对的过程,提高了量子探测效率。由于钙钛矿材料中含有Pb 和 Br 原子具有高的原子序数,由此可实现毫米级的钙钛矿阵列厚度,保证具备强大的 X 射线吸收能力

 

另一方面,包括中国科学院深圳先进研究院、东南大学、中国科学技术大学、吉林大学等几个团队也在钙钛矿材料研究上取得了诸多重要研究成果,为钙钛矿的技术应用奠定了有利基础。相信随着相关技术的突破,数字化X线摄影的低剂量化将会被广泛的普及应用。

 

数字化X线摄影技术作为目前全球最为广泛应用的医疗影像检查手段,在数十亿人民的疾病筛查和健康查体中发挥着越来越重要的作用, 实现超低剂量化检查将是医学科研者和临床医生需要一直突破的难点,以此不断推动数字化X线摄影技术的发展创新。

 

参考文献:

[1]胡颖, 郁芸, 周蕾蕾, 等.几种图像去噪算法的仿真分析及其在f MRI数据处理中的应用[J].北京生物医学工程, 2016, 35 (2) :156-160.

[2]闫军,韩炜,张利.基于不同增强处理技术的DR图像质量优化分析[J].中国医学装备,2017,14(12):39-42.

[3]郭亮.数字化X线摄影技术的六大发展趋势[OL].器械网,2021,1.

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