数字乳腺成像技术的再认识
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作者: 谢宝杰 朱丽娜
【中图分类号】R446.1【文献标识码】B【文章编号】1008-6455（2011）08-0472-01
近年来,随着数字技术进展,乳腺数字化放射成像（digital radiography, DR）因其较高的量子捕获率、较快的成像速度、较好的影像对比度、丰富的后处理技术以及较低的吸收剂量等优点得到广泛应用。
目前开发的三种不同数字乳腺摄影系统（DR），均采用磷光X线收集器与光电读出阵列的结合技术［1］。DR应用自动参数选择技术,根据乳腺厚度、密度、自动转换阳极靶面（钼靶或铑靶）、X线曝光条件（kV和mAs）,摄取图像后技术员即时浏览,满意后随即传入医生工作站。医生在工作站高分辨竖屏显示器上观察给出的标准化数字化图像,并可通过调节亮度、对比度以清晰显示乳腺实质、脂肪层、皮肤等,利用工作站放大镜技术观察细微结构。DR从X线曝光到图像的显示由设备自动完成,病人经过线曝光后, 无需其他人力投入, 直接和快速地在显示器上观察到图像。以下简述三种数字成像技术：
1 间接数字化成像（IDR）
X线信号收集及数字化处理等均由平板探测器来完成。平板探测器的结构是由闪烁体或荧光体层上涂有光电二极管作用的非晶硅层, 再加上薄膜半导体阵列或电子耦合装置, 或互补金属氧化物半导体构成。常用的平板探测器有以下几种。
碘化铯一闪烁发光晶体层受到X线照射后, 能量转化为可见光, 激发光电二极管产生电流， 并在自身的电容上积分形成储存电荷。该类技术的最大优势在于射线利用率高,DQE一般在60%以上。 因此可以保证在低剂量前提下快速获得图像。同时, 该技术的平板探测器已发展到了动态快速采集阶段, 并成熟运用于数字化心血管造影。这种探测器还可对普通乳腺造影设备进行改造。
硫氧化钆由利用硫氧化钆来完成X线光子至可见光的转换过程。由此类材料制造的TFT平板探测器成像快、成本低, 缺点是灰阶动态范围较低以下。
碘化铯/硫氧化钆+透镜/光导纤维+CCD/CMOS把X线先通过闪烁体或荧光体构成的可见光转换屏, 将X线光子变为可见光图像, 而后通过透镜或光导纤维将可见光图像送至光学系统,由采集转换为图像电信号。此类技术受制于间接能量转换空间分辨率较差的缺点, 较难利用大量高解像度探头组成大面积矩阵。
2 直接数字化成像,直接能量转换平板探测器的结构主要由非晶硒层构成
人射的X线光子在硒层中产生电子一空穴对, 在外加电场作用下, 电子和空穴对向相反的方向移动形成电流, 电流在薄膜晶体管中积分成为储存电荷, 储存电荷量反映人射X线光子的能量与数量。这种探测器的解像度达139微米， 优于目前各种间接能量转换探测器的空间分辨率。非晶硒材料组成的影像平板, 信号采集过程中没有可见光转换过程导致的能量损失。而间接的能量转换形式的数字化成像, 将所有中间环节由设备或计算机自动完成, 直接获得数字化图像, 但是能量转换是间接的,这是他们的本质区别。
3 线扫描技术
采用狭缝式线扫描技术和高灵敏度的线阵探测器。球管发出的平面扇形线束穿过人体到达探测器, 得到一行信号数据, 球管和探测器平行自上而下匀速移动, 逐行扫描, 将一行行的数据经过计算机处理、重建后就得到一幅平面数字图像。线扫描数字成像的探测器包括三种多丝正比室探测器、光电二极管探测器、CCD/CMOS十探测器。该技术的缺点是曝光时间过长, 像素矩阵、空间分辨率等指标都不高。目前临床应用较少。
数字成像系统是十分成熟的技术。近年来在成像板, 结构和扫描方式方面仍有了重大的改进。成像板的改进板结构上采用新感光材料, 目前大多数用针状结构的荧光物质作为闪射体, 使荧光散射现象大大地降低。使图像的锐利度及细节分辨能力大为提高, 图像质量得到了明显的改善。近年有些厂家推出双面读出, 采用透明基板, 扫描时, 双面读出器同步读取图像信息。该技术可大大提高DQE。目前基本都采用飞点扫描的方法进行点状激光对板进行扫描和重建图像, 扫描速度和图像空分辨率不足。最近已经成功推出线扫描技术, 每次读出一行图像信息, 图像信息收集器为, 激发光光源与器件分别做成个阵列, 扫描时间缩短很多, 扫描方式的改进基于新的透明或双面、了针状存储荧光体、自动扫描、双面读出等新技术应用, 能够获得与基于和TFT平面阵列平板系统相媲美的图像质量。
数字乳腺摄影正在逐步替代屏/片乳腺摄影。数字探测器采集到丰富的X线曝光剂量，并产生相应的输出电信号，该信号被计算机储存和处理。图像可显示在监视器上，或复制到胶片上。应用屏/片乳腺摄影所获得的胶片仅具有图像屏视和储存的价值，这些仅是数字乳腺摄影系统的部分功能。而数字乳腺摄影获得的图像可对同一图像设置不同亮度和对比度。数字乳腺摄影还具备多屏/片摄影没有的优点。如动态范围宽（理想相应曲线为1000:1；屏/片摄影仅为40:1），对比分辨力高，特别适于乳腺软组织结构密度的检查。由于数字探测器大大提高了DQE，因此，所需辐射量比屏/片摄影明显减少，屏/片摄影与数字成像提供同一个诊断信息，但数字成像能对图像进行多种变换处理，因此，可更早期提示病变的诊断。数字乳腺摄影的不足主要表现在探测器和监视器两个方面。由于数字图像是由离散画面或像素组成，像素间的点距很大程度上限制了空间分辨力。此外，使用磷光体X线探测器的光亮度和像素的大小也会使其受影响。常规屏/片摄影空间分辨力可达20lp/mm （相当于像素点矩25um）。但因屏/片乳腺摄影的图像对比度及信噪比低于高对比物体，使其空间分辨力达不到这一要求。数字乳腺摄影所具有的高对比与低噪音的特点，可允许接受的分辨力为20lp/mm。而像微小钙化这样的薄型组织，则需至少10lp/mm即50umn的分辨力。显示分辨力10lp/mm的全部乳腺组织图像，需要4Kx5K像素的监视器。就目前的条件，监视器最大5M，像素点距100um，远比乳腺数字探测器的分辨力低。此外，监视器本身也会使图像增加噪声甚至发生图像畸变。数字乳腺摄影的应用有助于计算机辅助诊断（CAD）。使用计算机辅助检查，可进一步提高肿瘤的诊断率，同时也有助于提供判定恶性的可能性，降低活检假阳性率。数字乳腺摄影通过图像存档与通讯系统，降低了存储空间的需求。数字乳腺摄影支持远程放射学，可将图像以数字形式传送，供专家会诊。乳腺影像组织层次密度差别小，需要非常高的分辨力而面临着新的技术挑战。
由于乳腺组织对放射线十分敏感,过量吸收和累积都有诱发乳腺癌的风险,所以操作者在保证乳腺图像质量的前提下,应尽量选择低剂量曝光模式。不同的数字乳腺摄影机有不同的自动曝光控制技术,每种曝光模式都应通过质量测试和评估,建立严格的质量控制体系,未达到MQSA质量和剂量标准时,应先确定问题所在,采取校正措施合格后才能应用于临床实践。总之,图像质量标准化,吸收剂量最低化是乳腺X线摄影长期发展的方向。
参考文献
［1］ 詹松华，陈星荣.数字X线成像技术的进展 中国医学计算机成像杂志 2008.14：456-459
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