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技术发展规律揭示:动态DR是唯一趋势

时间:2016-04-08 11:17:09  来源:中医网

    前言:所有行业发展都经历了一个从0到1再到N、从低级到高级、从简单到丰富的演变过程。随着创新科技的迭代,X线影像设备经历了模拟成像、间接数字成像、直接数字成像等多个发展阶段,并且逐步进入今天的多功能动态成像时代。从技术发展规律上看,动态DR是行业目前唯一趋势。

技术发展规律揭示:动态DR是唯一趋势

    纵观X线设备发展史,根据成像技术不同,X射线普放设备(主要指用于基础影像检查诊断的X射线设备,下同)可以大致分为四个阶段:模拟成像时代、间接数字化成像时代、直接数字化成像时代、多功能动态成像时代。

技术发展规律揭示:动态DR是唯一趋势

    第一阶段:模拟成像时代

技术发展规律揭示:动态DR是唯一趋势

    X射线发现后不久,就迅速的应用到医学领域,这也宣告了模拟机时代的到来。其中最具代表性的设备是:老式X光机、透视机、老式胃肠机。

    1895年11月8日,伦琴教授发现X射线。

    1896年,德国西门子公司研制出第一只X射线球管。

    1896年1月18日,X光机第一次展出,标志着X光机的诞生。

    1910年,美国物理学家W.D.Coolidge发表了钨灯丝X射线管制造成功的报告,固定阳极X射线管诞生。

    1913年,滤线栅发明,部分地消除了散射线,提高了影像的质量。

    1913年,钨灯丝X射线管开始实际使用,它的最大特点是钨灯丝加热到白炽状态以提供管电流所需的电子,所以调节灯丝的加热温度就可以控制管电流,从而使管电压和管电流可以分别独立调节,而这正是提高影像质量所需要的。

    1914年,钨酸镉荧光屏诞生,开始了X射线透视的应用。

    1923年,发明了双焦点X射线管,解决了X射线摄影的需要。X射线管的功率可达几千瓦,矩形焦点的边长仅为几毫米。

    年Browers成功研制了旋转阳极X射线管。并于1929年由荷兰Philips公司投入临床使用。与固定阳极X射线管相比,它具有功率大,焦点小等优点。

    1948年,影像增强器问世,它是由输入屏、输出屏、阴极、阳极和聚焦极组成的电真空器件,它可以把X射线影像增强并转换为可见光图像。

    模拟X光机为人类的健康检查做出了不朽的贡献,让人类观察到人类内部结构。同时,科学家也在X射线的应用和防护方面有了新的认识。尽管如此,模拟成像由于技术应用条件有限以及技术认知局限,导致成像质量、成像速度、使用成本、推广应用等都受到了一定的限制。

    第二阶段:间接数字化成像时代

技术发展规律揭示:动态DR是唯一趋势

    随着20世纪50年代后期计算机技术及信息存储技术的发明与发展,计算机信息处理能力不断增加,信息存储水平不断增强。到70年代时,相对成熟的计算机等数字化技术逐步应用到医疗领域。首当其冲的是计算机X线成像系统的发明。

    CR系统作为间接数字化时代的标志性技术,是在二十世纪70年代发展起来的。

    1974年,富士胶片公司开始构架CR的原理,并进行基础研究工作。

    1981年,IP板成功研制,日本富士公司正式推出商品化CR。

    1981年6月,在比利时首都布鲁塞尔召开的国际放射学会(ICR)年会上,曾因CR系统与数字减影血管造影系统的问世二被誉为“放射学新的起步年”。

    1985年,我国第一台CR落户天津第一人民医院。

    从此我国CR使用得以逐步推开,CR取代模拟老式X光机的步伐不断加速。这得益于CR系统的诸多优势:

    (1) X线剂量比常规x线影像在一定程度上有所降低。

    (2) IP替代胶片可重复使用。

    (3) 可与原有的x线摄影设备匹配使用,放射技师不需要特殊训练。 

    (4) 具有多种处理技术,如谐调处理、空间频率处理、时间减影、能量减影、体层伪影抑制、动 态范围控制等。 

    (5) 具有多种后处理功能,如测量(大小、面积、密度)、局部放大、对比度转换、对比度反转、 影像边缘增强、多幅显示以及减影等。

    (6) 显示的信息易被诊断医生阅读、理解,且质量更易满足诊断要求。

    (7) 可间接数字化存储与传输,进入网络系统,节省胶片,无需暗室和储片库。

    (8) 实现数据库管理,有利于查询和比较,实现资料共享。

    (9) 高灵敏度。即使采集很弱的信号时也不会被噪声所掩盖而显示出来。

    (10) 具有较高的空间分辨率。在CR系统中,10英寸×12英寸的IP的空间分辨率可达到3.3LP/mm,能够分辨影像中较小的细节。

    (11) 具有很高的线性度。所谓线性就是指影像系统在整个光谱范围内得到的信号与真实影像的光强度是否呈线性关系。人眼对光的感应为对数关系,对细微的细节改变不能觉察,但在临床研究中往往需要做一些定量的测量,良好的线性度至关重要。在CR系统中,在1:10 的范围内应具有良好的线性,非线性度小于1%。

    (12) 大动态范围,即系统能够同时检测到极强和极弱的信号,能把一定强度的影像信号分得更细,使影像显示出更丰富的层次。 

    (13) 优越的识别性能。CR系统装有曝光数据识别技术和直方图分析,能更加准确地扫描出影像信息,显示最理想的高质量图像。 

    (14) 宽容度大。CR系统可在成像板获取的信息基础上自动调节光激励发光的量和放大增益,在允许的范围对被摄物体以任何X线曝光剂量获取稳定的、最适宜的影像密度,同时获得高质量的影像。这样就可以最大限度地减少X线照射量,降低患者的辐射损伤。

    可以说,CR的出现,X射线成像进入到了间接数字化阶段,信息的读取、储存、传输等水平都有了大步提升。当然,随着技术的快速发展,CR系统的优势快速被直接数字化成像的DR取代,目前CR市场已经几近萎缩,全球CR厂家主要剩下日本富士、日本柯尼卡、德国爱克发以及美国柯达(锐柯),并且这些厂家全部将重点转移到直接数字化成像领域。

    第三阶段:直接数字化成像时代

技术发展规律揭示:动态DR是唯一趋势

    从前两个阶段,我们隐约感觉到技术革命的周期越来越短,并且技术迭代越来越迅速、威力越来越猛。CR系统推出5年后,直接数字化成像系统的概念就被提出。同期计算机技术、信息处理技术、网络技术等数字化技术飞速发展。这一切都在为直接数字化设备做着充分的准备。

    直接数字化成像的代表作是DR。

    1969年,美国贝尔实验室(Bell Labs)的维拉•波义耳(Willard S. Boyle)和乔治•史密斯(George E. Smith)发明了CCD(Charge-coupled Device)中文全称:电荷耦合元件。

    1969年10月29日22点30分,互联网诞生。

    1971年,Kenbak Corporation推出世界第一部个人电脑:Kenbak-1。

    20世纪80年代初,PACS的概念首次提出。

    1986年,在布鲁塞尔召开的第15届国际放射学术会议上,首次提出了数字化X线摄影(DR)的物理学概念。

    1995年,在RSNA(北美放射学会)上推出第一台平板探测器(Flat Panel Detector)设备。

    1997年,直接数字化X射线成像技术(Digital Radiography,即DR)出现了,DR技术的探测器可以迅速将探测到的X射线信号直接转化为数字信号输出,而不需要CR中的激光扫描和专用的读出设备。

    DR相比CR及以往X线设备有着更多的优势:

    除了拥有CR所具备的的绝大多数优势之外,

    (1)  DR具有图像清晰细腻、高分辨率、广灰阶度、信息量大、动态范围大。

    (2)  密度分辨率高、获取更多影像细节是数字化X线影像(DR)优于普通放射影像最重要的特点。

    (3)  DR投照速度快,运动伪影的影响很小。尤其对于哭闹易动的儿童和不耐屏气的老年患者。

    (4)  DR成像具有辐射小。由于数字化X线影像(DR)的平板探测器的灵敏度远高于普通X线片,所以它只需要比较小的能量就可获得满意的图像。拍摄数字化X线影像(DR)要比普通影像辐射量减少30%—70%。

    (5) 数字化影像对骨结构、关节软骨及软组织的显示优于传统的X线影像,数字化影像易于显示纵膈结构如血管和气管,对结节性病变的检出率高于传统的X线影像。

    (6)  DR是一套独立的系统,兼容性高;而CR要依托原有X光机或者额外的X光系统,兼容性较低。

    目前市场上,DR逐步取代CR,并且数字影像设备逐步进入到基层医院。

    DR的出现,开创了数字化成像新时代,其成像质量高、成像速度快、成像剂量低,为提高人类健康水平做出了重要贡献。

    DR有如此多的优势,然而他就是直接数字化X线成像的终点吗?答案是否定的。

    第四阶段:多功能动态成像时代

技术发展规律揭示:动态DR是唯一趋势

    新事物代替旧事物是不可阻挡的规律。

    常规的DR在成像效率、影像质量、操作便捷性上较CR、老式X光机有突破性的升级,并且随着技术的不断升级和完善,DR影像质量、便捷性和性价比都会逐渐的提升。但是,由于DR获取的仅仅是静态影像,在临床医学中,依旧存在漏诊误诊的风险。举个简单案例,一个老人摔跤导致内侧肋骨骨折,然而用常规的DR进行拍片检查,读片时发现没有异常。后来采用透视机检查,发现是内侧肋骨隐性骨折。由于透视机成像较为模糊,所以对该老人采取了多角度DR静态拍片的方式,终于获取了一张较为清晰的影像。在这个过程中,有几个有价值的启发:第一、常规DR容易漏诊误诊,如果能够将透视与拍片结合,即可减少漏诊误诊。第二、如果有一种既能透视又能拍片的多功能探测器就能够满足这方面的需求。

    实践是创新的核心动力,果不其然,需求驱动着创新步伐加速。这样一个划时代的可视化数字化新产品已经悄然走入了我们的生活。

    2009年,日本岛津公司开创性的将影像增强器为核心的胃肠设备与成熟的平板DR相结合,制造出人类第一台多功能动态DR,实现了可视化条件拍片,大大降低了漏诊误诊。其能透视、能造影、能高清点片的功能优势,是对常规DR的一个巨大飞跃。

    2011年,德国西门子公司作为当今医用影像世界的霸主,推出了居于多功能平板探测器成像系统的动态DR。这更是对岛津研发的组合型设备的一次重大飞跃,实现了一套独立系统实现能透视、能造影、能高清点片等多种功能。

    2013年,中国安健科技公司在多年对探测器专研的基础上,独创性的研制出了多功能动态探测器。并率先获得中国多功能动态探测器的专利。

    到现在,国际上能够研发生产动态探测器厂家已经有美国瓦里安、法国泰雷兹和中国安健科技。更令人振奋的是,到目前,日本岛津、德国西门子、法国stephanix、意大利GMM等海外企业;万东医疗、珠海普利德、深圳安健科技、上海康达国际、山东新华医疗、宁波鑫高益、深圳深图、天津邦盛、广州显浩医疗、柯尼达等国内企业也开始迅速抢滩。

    随着多功能(能透视、能造影、能高清点片)动态DR的生态系统逐步完善,一场动态DR淘汰常规DR的战役已经悄然打响了。

    动态DR,从技术的发展来看,在近5-10年,都将成为行业发展唯一趋势。当然,动态DR也不是DR行业发展的终点,而只是X射线影像发展史上的一个过程。目前,变焦点3D技术、多层超级动态探测器、三维能谱Y臂、单光子探测器、全能谱彩色DR、双管彩色三维动态DR系统、旋转扫描能谱探测器、背散射成像、断层融合等技术都在紧锣密鼓的开发中,未来的DR,值得更多期待。

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