X射线成像技术的进展

曾祥高

X射线成像技术的进展 --2003年 SPIE 国际医学影像研讨会侧记任宝瑞博士美国HOLOGIC 公司高级科学家 由SPIE（the lnternational Soclety for Optical Engineeeing国际光学工程学会）主办的2003年SPIE国际医学影像研讨会于用15日至20日在美国加利福尼亚州圣地亚哥市的Town－Country酒店举行。该会议吸引了全世界各学术机构和公司的 1000多名代表参加。由于会议的学术性较强，在会上参展的厂商数量不过20家，而目参展厂商规模较小，不见诸如 GE、SIEMENS这样的大企业。 本次年会围绕以下技术领域的最新研究和进展进行介绍 医学影像物理学；视觉成像、显示和国象引导下操作；图像处理；图象感知和性能 生理和功能 方法。系统及应用；PACS及图象信息系统设计;评估和整合;超声成像及信号处理。 在大会的附属会议上，麻省理工学院的JamesFujimoto教授对光学相干断层摄影的技术和应用进行了深入的阐述。会议中还有几个分会场对以下热点话题进行了讨论 如平板探测仪，DICOM，超声波探测界面，图象分割，判读及成像物理学和生理学等。 在医学影像物理学部分，X射线成像技术一直是与会者最大的关注和兴趣所在。该部分介绍了X射线成像技术系统或亚系统元件方面硬件和软件的最新进展，以及最新临床应用。以下段落将概括性介绍该会议上二射线成像技术方面的新进展。 一 X射线探测仪 硒制直接转换型和碘化铯制间接转换型平板探测仪再次成为人们关注的焦点。人们致力于通过减少电子噪声和最大程度优化X射线转换因子来进一步提高量子检测功效。有关介绍还显示了这种一贯的趋势； 进一步提高数据读取速度，减少滞后、重影等人为缺陷从而使实时应用成为可能。几个生产商和学院研究小组展示了他们最新平板探测产品的性能测试结果。还有关干利用其它更先进物质如碘化银和碘化铅制造的平板探测仪的报道。这些其它的方法赋子平板探测仪更高的二射线俘获能力，快速的电荷传输速度和更好的电荷采集效率以及更低的偏置电压。一旦将这些忧点商品化，将会赋子产品出众的性能。 关于其它新型探测仪的报道则包括 1 C-APS技术，即利用目前调整后的有源象素图象传感器阵列探测其在低噪音、实时荧光透视中潜在用途。 2 一种剂量感应型的平板探测仪，该仪器可以在发射脉冲期间控制X射线照度，而不需外部剂量感应设备，也不会减弱图象。 3 展示了一种后部照明的光电二极管阵列，这一装置可以解决在多层CT探测仪中因电线密度增加所致焊接问题带来的限制。 4 硅制光子计数仪，这种计数仪用于乳腺二射线摄影术的可能性，已在ACR模型上进行了测试。 二 X射线光源 斯坦福大学的研究人员设计了一种使用大阵列X射线扫描光源和较小阵列快速探测仪的CT系统，它能够快速产生测定物体的三维图象；而且锥形光束所带有的图象重建缺陷可以忽略不计。他们对光源的另一应用是构建了一种层析X射线照相组合系统，结合数字化X射线扫描光源来检测胸部肺癌。这种新型光源是一种透射型X射线光源，其电子束进行快速扫描并聚焦于线型靶的不同区域，产生的X射线穿过靶体并从其另一侧发出。这项技术不但速度快、分辨率高，并且还可被用于替代常用的X射线管的机械扫描操作。 三 层析X射线照相组合技术（Tomosynthesis） 会议上有一些陈述和海报介绍了与层析X射线照相组合技术有关的各个方面，如图象重建，模拟，数据获取，先进的探测器等。来自 Wake Forest大学的研究人员发表了两篇关干TACT把层析X照相组合技术和可靠的标记物相结合）的论文。其中一篇是关于图象重建的，而另一篇涉及图象修复（消除图象模糊）。 l 第一篇文章论述了利用6个球状标记物计算透射几何矩阵的万法及利用同一矩阵进行反向投影的方法。与（作者声明的未经修正的）传统层析x射线照相组合技术相比，该方法校正了可预见的变形，使得重建更为精确。 2 第二篇文章则对三种消除模糊的方法进行了比较--Wiener过滤法，共轭梯度最小平万法（CGLS ）和修正后的标准最快下降运算规则法。所有的方法均采用高带算法进行运算，而第三种方法的结果似平最令人满意。 杜克大学的James Dobbins研究组报告了他们把逆矩阵法层析X射线照相组合（MITS ）应用于临床的策略。研究组结合常规的临床设置，进行了大量模拟。使用逆地阵法消除模糊技术看起来用于胸部层析照相效果较好。其快速的重建速度也给人留下了深刻印象——对于一个用21个投射点测量的，体积为 1024 X1024 X19体素的物体。该技术只需1.25分钟即可对其进行重建。 在亚系统元构件方面，通用电器公司（GE）全球研究中心报告了他们生产的一种用于乳腺X射线照相术的硅制／碘化艳制平板探测仪新产品的性能。与现有的探测仪相比，这种新型产品的特点是在感兴趣的频率范围内，使用低辐射剂量的射线即可产生较好的DQE。通用电器公司是通过分别优化碘化艳涂层设计和光电二极管取得这一成果的。通用电器公司宣称，这种新技术使得他们能够把每一次测定时的射线量进一步分割降低。他们已经提议在乳腺层析X照相组合术中拍摄大量图象。 来自西安大略湖大学I.A.Cunningham研究组的学生探讨了关干X射线与现有硒制和碘化铯制探测仪相互作用而导致的MTF的基本极限的问题。这是一个有趣且尚有争论的问题。他们用Monte Carlo法模拟束状X射线与硒制和碘化铯制物质的作用，并研究点播散函数变化与X射线能量的关系。因为在具有20千伏（keV）能量的乳腺X射线照相似的照射下，连续的康普敦散射和光电效应有很强的能量依赖性，而K吸收限能量存性差异（硒：～13keV，碘化铯：～33keV），因此他们认为硒制探测仪工作时已达到其理论极限（在紧接K后的边界能量范闲内效果差）而碘化铯制探测仪则没有（在K前边界能是范围内效果好）。尽管能发现理论极限的存在是件好事，但在实践中，探测仪MTF的极限是由其口径大小和光子在碘化铯中的播散状况决定的。另外，会议期间一些学者指出，他们关于硒制探测仪的MTF的能量依赖性的预言与试验数据不符。 来自纽约州立大学石喜分校StonyBrook的Wei zhao研究小组的学生和来自Anrad的研究人员都谈及了用于乳腺X射线照相技术的硒制平板探测仪的特点和性能。他们给出了不同剂量水平下的MTF,DQE，滞后和重影的测试结果。双方均认为重影不应该成为层析X射线照相组合技木的难题。一般情况下，在3.2mR时，重影程度为0.5％，在1.83mR时，重影程度为0.3％。另一来自Anrad的报告提及了一种采用实时硒制探测仪的数子化荧光透视技术。他们产品的特点是利用一种特殊的涂层在电极检测到之前捕获和平均电荷。这种预先平均电荷的技术有助干减少较高频率下的噪声并因此改善这些频率下的量子检测功效（DQE）。 ----摘自《现代医学成像》杂志2003第1卷第1期