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【科技论文】X线机造型及结构设计

发布:论文易网2016-1-12 22:59分类: 科技论文 标签: x线 x线设备 x线研究 x线机造型 x线结构设计

传统 X 线医学成像设备在我国的各级医院中依然占有很大的比例,数字成像的优越性、PACS ( Picture Archiving and Communication System,图像存档和通信系统)的蓬勃发展,使得 X 线设备的数字化存在巨大的市场空间。本文从设备改造、升级及信息化的角度出发,主要研究实现了 X 线医学成像设备的数字化以 及 DICOM ( Digital Imaging and Communications in Medicine )通信的实现。经试运行,该系统工作稳定,性能良好。

   论文理论与实践研究并重,以实践研究为主。首先介绍了数字 X 线医学成像设备以及医学成像与通信的历史、发展状况,通过调研和对国内外现状的对比,发现该系统在国内进行设计研究与开发的必要性和可行性;

   在调研数字 X 线成像方案的基础上,为不同类型的传统 X 线设备数字化设计了模块化的开发方案。结合具体设备,采用可编程逻辑控制器( PLC )实现了 X 线设备的曝光等操作控制,通过上位机与 PLC 的串行数据传输,实现信息交互,控制图像采集;

   在系统的调试过程中,论文发现系统采集的图像含有严重的噪声,针对系统采集的数字图像,分析了噪声的性质,提出了初步的图像恢复方案;

   基于数字化的目的,论文分析了 DICOM 的体系结构,从两个方面对 DICOM 的应用做了具体实现:一是 DICOM 的简易网关功能(文件格式转换),二是在分析 DICOM 网络通信原理的基础上,设计、实现了部分服务类的通信程序。

   作为一个实用系统,论文还实现了患者信息、采集图像的数据库管理,医学数字影像的处理等。

   数字 X 线摄影系统在我国尚未普及,目前常规 X 线检查仍是医生重要的诊疗手段。 X 线医学成像设备的数字化有助于提高医院的工作效率,有着广阔的前景,有望产生良好的经济效益和社会效益。

关键词: X 线医学成像设备, PLC, 数字影像工作站,

1.1 数字X线医学成像设备的发展

   传统X射线摄影以胶片或感光屏为媒体,以二维成像方式,利用X射线的穿透作用、荧光效应和化学作用,使得穿过人体后发生不同衰减的X射线在胶片或感光屏上呈现不同密度的影像。传统X射线摄影应用广泛,占基层医院工作量的70%左右。但由于胶片溴化银分子决定胶片影像的分辨率,所以其分辨率只能达到分子颗粒级。传统摄影在观察透视影像时需连续曝光,增加了受检查的辐射量,降低了X射线使用效率。

    数字X线成像设备是指把X线透射影像数字化并进行处理后,再显示图像的一种X线设备,医学数字图像在存储、图像的质量、信息的层次以及成像效率方面较之传统胶片有着明显的优势。

   自从1972年X线CT(Computer Tomography)问世后,医学影像领域出现了数字化浪潮,1979年出现了飞点扫描的数字X线摄影系统,1980年在北美放射学会(RSNA)的产品展览会上,数字荧光X线的摄影系统(Digital Radiofluoroscopy, DF)引起了全世界的关注,从此,以数字减影血管造影统(Digital Subtraction Angiographic, DSA)为代表的医学影像得到了高速发展,1982年日本富士研制出了计算机X线摄影系统(Computer Radiography, CR),20世纪80年代中期,各国厂家竞相开发CR;20世纪90年代又大力研制直接数字X线摄影(Direct Digital Radiography, DDR)的探测器,推出了一些今天风头正劲的实用的DDR设备。

   然而,受到高分辨率、实时动态、辐射剂量,更受到技术和经济可行性的限制,迄今,在国内医院应用最广的传统X线摄影尚未完全进入数字化成像家族。

1.2 医学数字成像与通讯的发展概况

    随着CT进入医学成像、诊断,计算机及其相关影像设备越来越广泛的用于临床的医学诊断,但是这些设备多来自不同的厂商,产生的医学影像格式并不统一,这给相互交流带来一定的屏障。美国放射协会(American Collage of Radiology,  ACR)和美国国家电器制造协会(National Electrical Manufacturers Association,  NEMA)认识到,迫切需要制定相关的国际标准,使不同厂商生产的设备产生的影像遵循标准的格式,使影像的传输,医学技术的交流以及资源的高效利用等方

   面标准化和制度化。ACR和NEMA在1983年组成了一个专家组制定这样的标准,旨在:

   促进医学影像在设备间互相透明传输,有利于医院信息系统和其他信息系统如PACS(Picture Archiving and Communication System,图像存档和通信系统)接口功能的开发和扩展;允许建立一套诊断信息数据库,使分布在各地的设备可以访问和查询。在此宗旨指导下,ACR和NEMA于1985年发布了一个标准,取名为ACR-NEMA标准第一版,1986年和1988年发布了该标准的修订一版和修订二版NEMA1.0 No.1和NEMA 1.0 No.2,随后在1988年又同时发布了NEMA2.0,这个标准在第一版及其修订版的基础上增添了新的内容(包括为显示设备提供命令支持,提出了新的分层方案来划分医学图像,增加了更多了数据元)。1993年工作组发布了该标准的第三版,定名为DICOM3.0(Digital Imaging and Communications in Medicine)标准协议。1998年、1999年、2000、2001、2003年先后对3.0版本进行了增补、完善,这就是今天所说的DICOM标准。

   标准是针对医学影像的成像和传输通信而制定的,得到了众多医学影像设备厂商的支持,成为了医学图像格式、编码、存储和网络传输协议的事实上的标准。在医院信息化,构架数字化医院进程中,DICOM标准扮演了极其重要的角色,它使PACS能够延伸到医学领域,推动了图像存档和通信系统的产业化进程的同时,更提高了医疗机构的营理效率,方便了病人看病就医。

   在国外,特别是北美和欧洲地区以DICOM为核心的网络医学发展日臻完善,建立了规范的、不同类型的、各种规模的医用网络系统。从80年代的美国海军的医疗系统(DIN-PACS)起始,今天美国的各大型医院都建立了PACS,放射科的小型PACS系统更是普及。

   在国内,实际意义上的临床应用尚未成为主流[3],目前在国内绝大多数的影像设备都是从国外进口,在影像的后续管理中,自主研发网络传输系统是推动民族医学发展的重要方向,加强医学图像传输与处理的标准化建设是我国网络医学发展的必然。北京天健,上海岱嘉,珠海友通,西安华海,山东浪潮是国内主要的PACS集成商,他们为上海的瑞金医院,北京的宣武医院、解放军301,福州总医等建立了经济、实用、高效的全院PACS系统。

1.3 论文选题依据及研究工作

    今天的X线数字化技术发展日益成熟,并且已经有众多的产品在医院内使用,但由于关键技术、专利被为数不多的几个公司所拥有,使得数字X线设备价格昂(超过10万美元);另一方面,我国医院存在着数量庞大的传统X线设备,在医院构建PACS的进程中,他们成为信息孤岛。

    目前,CCD在提高空间分辨率和改善信噪比、减少伪像等方面均有长足的进步;图像卡的性能也有明显的提高;系统采样矩阵可达到4096×4096像素,灰度分辨率可达到12比特,采样速度达到64帧/秒,这些技术指标完全满足当前对X线成像设备在图像的质量、空间分辨率等方面的要求,使得传统X线设备的数字化有了新的高效、低成本的方案。

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