数字胸片在尘肺诊断中的应用

X线数字胸片在尘肺诊断中的应用卫生部北京医院放射科潘纪戍胸片的作用•100多年来，传统的模拟信号胸片一直是检出、诊断尘肺的最正统、最主要的工具。原先为用于尘肺流行病学研究而设计的胸片ILO尘肺分类，用的就是模拟胸片，现在也已用于临床和工伤补偿。•模拟胸片由于它的成本低廉，就近可得和ILO分类得到的广泛认可，在全世界范围内仍是当今尘肺诊断、随访及在接尘工人中作尘肺筛选和流行病学研究的主要工具。新技术的出现•医学的进步和技术的发展导致了新成像方法的不断出现。X线数字胸片、CT、MRI、US、SPECT和PET/CT都已经或曾用于尘肺的诊断和研究。•尘肺（职业性肺病）影像学将不再是模拟胸片一支独秀，新技术在尘肺中的作用必将越来越大。•传统的X线成像是使透过人体的X线投射在夹在两侧增感屏之间的胶片上，其图像是模拟信号，影像信息只能记录在胶片上。•胶片为数字图像显示终端完全取代，是X线诊断技术发展的必然趋势。•虽然影像技术在飞速发展，但它在尘肺的诊断和对接尘工人的监护上的作用并未与之并驾齐驱。数字化X线成像•CR，DR，CT等现代X线成像技术的图像已经数字化。其基本原则是由探测器接受透过人体的X线，将其转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，再经模拟/数字转换器转变为数字，输入计算机处理，最后经数字/模拟转换器把每个数字转为由黑到白不同灰度的图像。数字化X线成像•CR（计算机X线成像）•上世纪80年代开发•DR（直接数字X线成像）•上世纪90年代开发•它们的开发和应用，一改传统X线成像方法，使无胶片化成为可能，适应了现代的图像处理、存档、传输（PACS）和远程放射学的发展。CR-计算机X线成像•CR使用含氟卤化钡晶体制成的影像板（IP板）代替传统胶片，在普通X线机上使用，通过激光读片器将IP板中的潜影转化为数字信号，再经计算机处理转换成肉眼可见的灰阶图象，显示在屏幕上，需要时也可打印在胶片上。•数字化信号经图像处理系统处理，在一定范围内可调节图像：•灰阶处理－观察不同的组织结构，如肺或纵隔；窗位处理－提高对比度，观察细小的结构，如小结节、骨小梁。•最大的优势为可充分利用原有的X线设备，使用方便，适用于包括床旁照相在内的各种检查。IP板放在暗盒中成像，然后人工操作放入激光扫描器内读出潜影，IP板经强光照射后消除影像后可重复使用一体化CR系统IP板成像，信号读出，消除IP板上的潜影的过程自动完成CR图像形成过程流程图DR－直接数字X线成像•DR通过安装在机器上的平板探测器或电荷耦合器件（CCD）等对透过人体的X线扫描，不通过中间介质直接将X线转化为数字信号，由计算机读出、处理，再转换为肉眼可见的灰阶图象。•DR使用固定的探测器，原有X线机不能再加以利用。•现在有多种直接数字化X线技术，因生产厂家而异，各有风采。DR－直接数字X线成像•就DR的探测器而言，有直接型平板探测器，间接型平板探测器，电荷耦合器件（CCD）探测器，金属氧化物半导体（CMOS）探测器等多种。•目前使用的主要为3种技术：非晶硅平板探测器（间接型，动态范围好，是目前的主流技术），非晶硒平板探测器（直接型，像素尺寸小，空间分辨率高）和电荷耦合器件（CCD）（稳定性好，空间分辨率高）。DR－直接数字X线成像1995年在RSNA会上第1台平板探测器FPD问世，迄今，已有了很大进展。•FPD技术按其能量转换方式分为直接转换和间接转换两种。•1，直接转换•FPD主要由非晶体硒层（a-Se)+薄膜晶体管（TFT）构成，X线照射非晶体硒层，产生正负电子，用高电压使电子沿电场移动，形成电流，其电荷量与X线剂量有关，贮存在TFT阵列中，并直接转换为电信号，最后传输到计算机获得数字图像。•直接转换FPD无散射，空间分辨率高，但X线成像速度慢。（图中的a-Si应为a-Se）DR－直接数字X线成像•2，间接转换•FPD由闪烁体（或荧光体）层、非晶硅层（a-Si，具有光电二极管作用）、薄膜晶体管（TFT)阵列构成，是当前的主流技术。•目前，闪烁体主要为碘化銫(CsI)，荧光体主要为硫氧化钆(GdSO)。•成像原理：闪烁体（或荧光体）层经X线照射后，将X线光子转变为可见光波，再由有光电二极管作用的非晶硅层转变为图像电信号，最后经TFT传输到计算机获得数字图像。••经过多次转换空间分辨率较差，但现代技术已大大提高了其量子探测效率。直接转换和间接转换系统示意图DR－直接数字X线成像平板探测器上不同的闪烁体或荧光体层各有其优缺点：•CsI+a-Si+TFT采用了柱状晶体，图像质量相对较高，但受湿度影响大，制造工艺复杂，成品率低，价格较贵。•GdSO+a-Si+TFT不是柱状晶体图像，图像质量较差，但受外界环境影响小，稳定性强，，制造工艺较成熟，价格相对低廉。DR－直接数字X线成像•直接或间接转换方式DR的共同的优点：有较高的X线转换效率，量子检测效率（QDE）60%，传统X线成像仅为20～30%。•泰山医学院王鹏程等用不同摄影条件于体模，计算图像质量因子（IQF）、分析对比度和细节检测能力，比较了直接转换和间接转换系统的成像质量。显示：在低曝光时间接转换系统优于直接转换系统，在高曝光时，两者无显著差异。在相同的影像质量前提下，使用间接转换系统可降低病人和工作人员的受线量。CR、DR和传统胸片的比较•1，采用数字技术，动态范围广，曝光宽容度大，允许照片过程中的技术误差。•2，可进行各种后处理，如图像滤波、窗宽窗位调整，有利于观察不同的组织结构，如可分别显示肺和纵膈的最佳图像。•3，照射剂量小，CR为常规胸片的1／7～1／20，DR为1／4。•4，CR采集的图像通常为1204×1204像素，而普通胶•片可达2048×2048，理论上胸片的空间分辨率要高于CR。•5，CR图像灰阶范围较胸片广，密度分辩率高于胸片（1024灰阶：26灰阶）。CR、DR和传统胸片的比较•6，传统胸片需用工作人员3－4人，从登记到取报告的病人等候时间95分钟。CR、DR仅需工作人员1－2人，等候时间CR为69分钟、DR为45分钟。7，传统胸片需有贮存空间，数字化胸片存贮于计算机内可作远程会诊，无化学污染。•8，数字化胸片优片率90％，废片率0％；传统胸片优片率30.6%，废片率3.3％。•9，数字化胸片101.64元／张，常规胸片42元／张（北京地区）。（广州医学院曾庆思，等）（南京大学鼓楼医院李世怀）CR、DR的比较•1，DR没有通过IP板的模数转换是直接成像，X线转换效率高。CR是间接成像，为二次成像，增加了成像环节，会丢失部分图像信息。•2，DR无CR中的光学散射引起的图像模糊，分辨率高。•3，CR价廉（100万元），可与现有的多台X线机共同配套使用，特别有利于床旁照片，但IT板较贵（1万元），寿命短（1年，3000-10000次曝光）。DR价贵（200万元），只能与一台X线机配合使用，探测器寿命长（10年）。•4，CR劳动强度大，成像时间长（180秒），DR劳动强度小，成像时间短（45秒）。全球医疗机构拥有DR、CR的平均比例为1：8，而在我国则为2：1。这除了说明国内对接受新技术，新产品的意识强外，还反映了我国的经济实力上的雄厚。在未来5-10年内，CR和DR将共存，但最终CR将被DR完全取代。高电压是否适用于数字化胸片•浙大二院揭丽勇等对48例分别在90、125、150kV时摄取DR胸片，5位专家打分评估影像质量，结果绝大部分解剖结构在90kV时得分最高。•另有研究固定摄影管电流为4mAs，用改变摄影kV对CDRAD2.0对比度细节体模和正常人体胸部进行DR曝光，由5位专家对显示器上的影像进行阅读，计算其图像质量因子值（IQF），结果显示随着X线摄影管电压的增大，显示器对图像细节的显示能力逐渐增强，但摄影千伏大于90kV以上时，其显示分辨能力增加不明显。高电压是否适用于数字化胸片•山东医学影像研究所李清军等的实验数据显示在拍摄DR胸片时，100kV以上影像灰度值增加幅度明显下降，此时，应改变mAs，不应再增加kV，以避免不必要的辐射损伤。•另有泰山医学院作者报告：摄影千伏从80kV到90kV增加10kV时，观察者阅读信号能力（IQF值，图像质量因子）增加9.04%，而摄影千伏从90kV到120kV增加30kV时，IQF值仅增加5.74%。认为数字X线胸部摄影适宜千伏选择应为90kV左右，可获得较好的影像质量。•北京宣武医院齐向东等比较3种数字胸片机不同投照条件的60幅体模和12例正常人的胸片质量，认为胸部数字的优化摄影条件为90～110kV，10～20mAs。高电压是否适用于数字化胸片•北大医院郭雪梅等对60例正常人分别用80、100、150kV，对人体模型用80、100、120、150kV拍摄DR胸片。结果显示成人胸片和肺内模拟病变病变的显示均随管电压增高而图像质量降低，80kV对比度最好，认为DR胸片的适宜电压为80-100kV，高千伏摄影不再适用于DR。•胸部DR摄影采用较低电压（80～90kV）可增加组织对比，提高量子检出效率，改善图像质量，比使用高kV能获得更好的影像质量。•广州医学院何建勋等用E-comDR2000机对33例分别用125kV、100kV、80kV摄片，不同管电压的胸片质量以125kV最优。主要在显示气管、纵隔、胸椎、肋骨上质量好，噪音较少，而在显示肺纹理上无差异。数字化胸片用于尘肺诊断•Mannino等对108例同时有常规胸片和对它作了数字化的胸片的煤工作了比较，结果证实数字化胸片的照片技术质量要比传统胸片为好，照片技术为1级的分别为48%和37%（p0.001）。•在小阴影的形态和密集度的判定上两者无显著差别，可同样用于尘肺诊断。Zähringer等报告50例工人的常规胸片和CR胸片按ILO分类的比较，CR在尘肺表现上无过诊或低诊，认为可以取代常规胸片。•Takashima比较了同时有HRCT的20例接尘工人和10例正常人的CR、DR和传统胸片的应用结果：以HRCT所见为准，3种方法在尘肺的检出上无差异；在小阴影读片一致性上依次为DR、CR和传统胸片；DR在影像质量和小阴影密集度上和传统胸片一致，CR在小阴影密集度上较DR和传统胸片为低。••Sugahuma在用日本厚生省推荐的DR技术条件后比较了175例模拟胸片和DR的小阴影的密集度：FS＞DR5.7%；FS＜DR15.4%；FS＝DR78.9%传统胸片和DR胸片的比较按日本厚生省推荐的DR技术参数投照175例的小阴影密集度的比较中：FS＞DR5.7%FS＜DR15.4%FS＝DR78.9%(Sugahuma,2008)数字化胸片用于尘肺诊断•北京朝阳医院比较了48例工人的高千伏胸片和CR胸片，在总体密集度、分期、小阴影形态上的相关系数上呈正相关，在诊断一致性的Kappa值上呈中等水平（0.565，0.598，0.461）。CR片在平均总体密集度、平均肺区密集度和平均期别上均显著高于高千伏胸片（≤0.01）。•徐州矿务局总医院比较了225例工人的高千伏胸片和CR胸片，CR片优片率78.7%，高千伏片优片率15.8%，有显著差异，在优、良片中的尘肺分期上无差异。•75例接尘工人同时给予高千伏胸片和DR胸片检查结果：DR组:优片73例,优片率达97%,诊断尘肺病57例,检出率76%;高千伏组:优片27例,优片率36%,诊断尘肺病45例,检出率60%。两种方法的优片率以及对尘肺病的检出率在统计学上差异具有显著性(P0.05)。（乔鹏飞，等；内蒙古医学院）数字化胸片用于尘肺诊断•各种不同研究之间的有明显差异的结果反映了不同的数字成像设备构成、不同的技术和后处理参数、不同的图片打印工具和读片方法上的差异，例如在设备结构上CR有单面IP板、双面IP板；DR的平板探测器又分为间接转换平板探测器，它主要有由碘化铯（或硫氧化钆）非晶矽涂层与薄膜晶体管（TFT)或电荷耦合器件（CCD）或互补型金属氧化物半导体（CMDS)构成；直接转换平板探测器主要由非晶硒层与薄膜晶体管构成。•当前，至少有8种在商业上出售的数字化胸片装置。8种装置包括4种不