数字减影血管造影(DSA)成像技术

数字减影血管造影（DSA）成像技术发布时间：2009-12-1浏览次数：1543次一、DSA成像系统(一)DSAt的发展历史DSA由美国的威斯康星大学的Mistretta组和亚利桑纳大学的Nadelman组首先研制成功，于1980年11月在芝加哥召开的北美放射学会上公布于世。回顾DSA成像的发展，其基础为数字荧光技术。早在60年代初，就有X线机与影像增强器、摄像机和显示器相连接的系统。60年代末在影像增强器结构上开发了碘化铯输入荧光体。由于计算机技术和x光技术的发展，在80年代初，开始了在X线电视系统的基础上，利用计算机对图像信号进行数字化处理，使模拟视频信号经过采样模数转换(A／D)后直接进入计算机进行存储、处理和保存，此即为数字x线成像。这项技术促成了专门用于数字减影血管造影临床应用的设备一DSA系统产品的诞生。(生殖就医指南网你最需要的时候你最知心的朋友！你可通过在线咨询留言板和河南省商丘市民权中医不孕中心的专业医生联系，我们会依据你的具体病情给你提供义务的专业性的个性化的医疗建议和指导）DSA的出现使得血管造影临床诊断能够快速、方便地进行，亦促进了血管造影和介入治疗技术的普及和发展。随着x光成像技术和计算机技术的进一步发展，DSA成像技术也有了长足的进步。DSA的发展向高度一体化、系统化、程序化、自动化、网络化等发展。近年来已经出现快速旋转采集的成像系统，结合工作站可行三维成像、血管内镜成像等，对病灶也可作定量分析。影像增强器亦将逐步由直接数字x光成像板(DR)代替。图像的处理和存储功能大大提高，并与PACS无缝结合。(二)DSA成像系统构成s控制DSA成像系统按功能和结构划分，主要由五部分构成：①射线质量稳定的X线机，由X光发生器和影像链构成；②快速图像处理机，接受影像链的模拟图像进行数字化并实时地处理系列图像并显示之；③X线定位系统和机架，包括导管床和支架，为了方便使用，具有多轴旋转和移动功能；④系统控制部分，具有多种接口，用于协调X光机、机架、计算机处理器和外设联动等；⑤图像显示、存储等外部设备和网络传输部分。下面主要介绍计算机、x光机影像链及其控制部分。1．电子计算机系统(1)概念：计算机系统是DSA的关键部件，是一种可以输入数据，执行算术或逻辑运算，对信息进行处理，并可在适当输出设备上显示输出数据的电子设备。从功能模块分类，它包括系统控制部分和图像处理两部分。系统控制部分控制图像数据的收集、X线发生器和曝光条件和扫描系统的工作，调节摄像机内各种参数，并改变光圈的大小，对贮存图像在监视器上显示起控制作用。图像处理部分是对模／数(A／D)转换后的数字信号进行各种算术逻辑运算，并对减影的图像进行各种后处理。(2)数据获得系统：数据获得系统为X光机和DSA计算机之间的接口和桥梁，它接收来自增强器的模拟信号，通过模／数转换器把它转换成适用于计算机处理的数字信号，并送到中央处理机。(3)中央处理机(CPu)：CPU是计算机的心脏，是数据处理系统中执行算术／逻辑运算的部分。现代的DSA计算机具有快速处理能力，图像处理部分一般采用多个并行CPU和快速缓冲内存。对于控制部分，亦采用功能强大的CPU，软件一般采用稳定的多任务系统，如Unix系统，并有专用软件模块用于控制、处理和协调DSA内部和外部设备的操作。(4)存贮器：分为暂存器和永久存贮器。暂存器简称内存，特点是速度快，用来接受大量数据作为缓冲器和CPu实时和多任务处理数据的存放等。永久存贮器有硬盘、磁带机、CD—ROM和DVD—ROM等。硬盘为主存储器，其存储速度快，主要用于存储系统软件、应用软件和近期的图像资料。其他的为辅助存贮器主要用于存储备份图像资料。(5)DSA软件模块组成：I)SA软件系统模块主要有：①采样模块：包括各种实时采样方式和减影方式，透视监示和引导监示等；②回放模块：包括不同显示方式下的自动回放和手动回放，原像同放和减影回放等；③管理模块：包括病人信息记录登记、修改、图像存取等；④处理块：包括各种处理方法的实现；⑤其他模块：包括机器系统状态调整、数据开放接口、工具软件等。2．对X光机及影像链的要求(1)DSA对X线源的要求：首先是需要采用脉冲图像采样方式，要求X线球管能够承受连续多次脉冲曝光的热负荷量。所以大型DSA的X光机的球管往往在l000mA以上。其次，DSA要求X线能量必须稳定。所以高压发生装置多采用三相十二波整流的X线机或逆变式X线机，以保证高压输出的稳定性。(2)影像链：影像链主要由影像增强器、光学透镜、摄像机和控制部分组成。影像增强器是x线电视的关键器件，其主要作用有二：①将不可见的x线图像转换成为可见光图像；②将图像亮度提高到近万倍。光学透镜的作用是投射和聚焦。摄像机由摄像管、光学镜头、偏转系统、扫描电路、补偿电路、校正电路、前置放大器等组成。主要任务是把增强器输出的可见光信号转换成为电视信号。控制器的作用主要是对视频信号加以处理，完成摄像机和监视器的同步工作。同时，还产生整机所需要的各种电源和各种控制信号。(3)光阑控制与光通量调整：DSA的x线成像系统中，影像增强器的动态范围很大，在不同的曝光剂量下都能输出良好对比度的增强图像。其动态范围响应主要依靠影像增强器和摄像机之间光学结构中的一个光阑束的控制和调节，其作用相当于照相机中的光圈。当影像增强器输出的光线很弱时，光阑开大，电视摄像机接受很多来自影像增强器的成像信息；当影像增强器输出的光线很强时，光阑缩小，电视摄像机仅接受从光阑的中心小孔中照射过来的光强信息。光阑还可屏蔽一些产生图像噪声的折射和散射光线，能有效地增加X线图像的清晰度，提高图像的信噪比。(4)采样与曝光的匹配同步：采样是指对模拟视频信号经过A／D转变成数字图像信号的过程。采样与曝光的匹配同步涉及到几个方面的情况：采样时应注意视频制式的特点，曝光时应考虑何时利用光强信息；匹配同步时应了解机器系统的反应速度以及能达到的时间精度。在DSA的脉冲和连续减影方式中，整个血管造影期间，每一视频场X线照射量都是均匀一致的。在隔行扫描普通电视制式下的采样，每一帧图像密度无疑也是均匀的。｛至于每位患者的具体医疗指导请你通过中华输卵管专业网上面的留言板和我们的专业医生联系，我们的专业医生会依据你的具体病情给你提供确切的个性化的诊疗建议和医疗指导的｝但对于DSA的脉冲减影方式，由于摄像枪成像的迟滞特性，每一视频场图像的信号幅值不相等。所以，不能在曝光脉冲一开始就进行采样，必须考虑视频信号幅值的稳定时间。等到信号幅值稳定时进行采样，才能保证两场之间的信号幅值一致性。3．成像系统的控制实际操作过程中经常要使用透视，所以透视是任何时候都可能发生的随机事件。因此，所有DSA模式及操作控制均应置于手闸或脚闸控制之下，手闸或脚闸松开后状态即刻恢复。DSA的控制方式有两种，一是所有的控制流程以计算机为主体控制机器；二是控制X线机，计算机只作部分控制。主要的控制信号有：①手闸闭合信号；②电路切换信号；③曝光预备信号；④光阑控制信号；⑤X线机准备完毕信号；⑥高压注射器启动信号；⑦脉冲曝光控制信号等。二、DSA成像原理(一)DSA成像原理数字减影血管造影是利用影像增强器将透过人体后已衰减的未造影图像的X线信号增强，再用高分辨率的摄像机对增强后的图像作一系列扫描。扫描本身就是把整个图像按一定的矩阵分成许多小方块，即象素。所得到的各种不同的信息经模／数(A／D)转换成不同值的数字信号，然后存储起来。再把造影图像的数字信息与未造影图像的数字信息相减，所获得的不同数值的差值信号，经数／模(D／A)转制成各种不同的灰度等级，在监视器上构成图像。由此，骨骼和软组织的影像被消除，仅留下含有造影剂的血管影像，从而大大提高血管的分辨率。DSA的减影程序：①摄制普通片；②制备mask片，或称蒙片；③摄制血管造影片；④把mask片与血管造影片重叠一起翻印成减影片。①与③为同部位同条件曝光。所谓mask片就是与普通平片的图像完全相同，而密度正好相反(计算机将图像信号反转)的图像。(二)DSA的信号s幅度在造影期间进行脉冲曝光，在造影剂到达兴趣区之前采集图像，即为蒙片。造影剂到达兴趣区并出现最大浓度时，连续采集图像，其相应的图像称为造影像?如果病人在曝光过程中保持体位不移动，则蒙片和造影图像之间的唯一差别是含有造影剂的血管，它们二者的差值信号就是DSA的信号。在造影过程中，利用DSA设备附有的视频密度计把记录的视频信号量转化为视频密度值，即信号幅度。以时间值为x轴，视频密度值为Y轴作图，即得到时间一视频密度曲线。一个兴趣区的时间一视频密度曲线反映的是透射该兴趣区的X线衰减的时间变化。在血管造影中，同一兴趣区不同时相的影像对射线衰减的变化，取决于兴趣区内的碘含量。时间一视频密度曲线则间接地反映该兴趣区血管内碘的廓清过程。(三)DSA的曝光条件s选择在选择DSA的相关参数时应明确一条基本规律，即DSA显示血管及病变的能力与血管内碘浓度及辐射曝光剂量的平方根的积成正比。即SNR(信噪比)。C碘浓度xX线剂量。提高X线曝光剂量可以相应改善图像质量，更好地显示小血管。例如，若欲使一直径2mm及其内径1mm的狭窄血管得到同样的显示，则需要将碘浓度加倍或将曝光量增加4倍。当然，在这种情况下增加碘浓度的方式更可取。1．X线能量X线检测器和被成像物质(碘)的吸收特性，将影响DSA所需的X线能量的选择。碘之所以作为造影剂，是碘在物理性能上具有很理想的K层结合能(33k~jV)。使用33keV能发挥碘的最大效率，图像产生最佳对比度。而我们实际选用kV时往往高于这个值，如60～70kV，这是因在成像链上X线能量的损失，如X线管壁、绝缘油层、球管窗口及其滤过板、人体等的吸收等。2．曝光要求由于存在许多变量，难以规定DSA中标准的病人曝射剂量。DSA的曝光剂量的选择应根据兴趣区血管的大小、噪声情况、病变部位及病变观察的细致程度以及使用造影剂的浓度等决定。如果碘浓度提高3倍，对于同样的血管尺寸和精确度，所需的曝光仅为1／9。所以，适度增加碘浓度，对图像质量有良好的作用。3．选择摄像条件选择适当的X线参数需要在千伏(kVp或kV)、毫安秒(mAS)、球管负载、病人曝光剂量、病变部位及病变显示要求等方面作平衡。{河南省商丘市民权县中医院不孕中心输卵管专业小组}由于DSA检查的解剖区域变化很大，对病变观察的方法及精确程度不一以及操作者的偏爱等，实际上很难规定一个最佳技术条件。理想的条件应是以最低的曝光量、适度的X线管负荷和最小的X线脉冲宽度取得足够高的信噪比的图像。曝光时间和毫安互为关系，一般情况下，毫安秒相同则影像的密度相同，毫安秒是影响图像密度的主要因素。毫安秒越大，病人接受的x线剂量越多。kV的选择通常依赖于X线管负荷与碘信号大小间的权衡，高千伏产生高能的X线粒子，形成的图像对比差。碘信号随着kV增大而迅速减小，如65kV到85kV信号下降了35％。低能的X线粒子，对人体穿透不均匀，形成高的X线影像对比。在实际应用中，还有一些因素可改变曝光量：①x线管到病人的距离的改变与x线强度成反比，即距离增加一倍X线强度减到1／4，X线影像密度也降至1／4，倘若是自动曝光保持影像密度则以增加球管的负载为代价；②附加滤过物质，可提高图像质量，也可减少病人接受自jx线剂最；③检测器的检测率高时，可减少病人剂最；④对薄的部位及四肢去掉滤线栅，可降低40％～50％的曝光量；⑤另外，检杏的部位、病变的性质、年龄、体态等不同，曝光景也不一样。、(四)DsA的A动曝光目前常用两种形式的自动曝光控制，即以荧光效应控制的光电管自动曝光控制系统或以x线对空气的电离效应为基础的电离窒自动曝光控制系统。它们的工作原理相同，即采用某种对x线敏感的检测器，把X线剂量转换成电流或电压，这电流或电压正比于x线剂量率，它对时间积分后的电压就正比于所接受的x线剂量当把积分电厂卡与一个正比于图像密度的设定电压进行