基于无线平板探测器的床边拍片机数字化改造

关键，林少春，林玲，邓盛文，程晓玫

常规X 线设备的数字化是从CR 开始的，CR 成像系统利用IP板（image plane）在投照过程中生成“潜影”，经扫描器扫描后而获得数字化的图像［1］。由于CR 成像系统不需对原有X 线发生器、片架和摄影床作任何改动，而且价格较低，所以被广泛应用于常规X线摄影。但CR 的缺点也十分明显［2-3］：由于IP 板的“潜影”必须要经过扫描器扫描后才能看到图像，所以使用CR 摄片不是立拍可现，工作效率不高，也不能在拍摄后立即纠正拍摄过程中产生的问题。另外，CR的空间分辨力和密度分辨力也没能达到一个理想的程度。随着IP板使用次数增加［4］，其性能衰减严重也是一个不能避免的问题。

我院共有5台床边X 线机，分布在不同大楼不同病区。现有的床边CR 系统及IP板老化，导致图像质量降低。由于一次携带的IP板数量有限，摄片技师往往需要多次往返于病区和放射科之间才能完成全部床边摄片工作。如将五台床边X 线机全部更换成床边DR，投入太大，原有的床边机将完全废弃。因此需要找到一种简便易行，图像质量好，投入成本低的方案，对我院不同型号的移动床边CR 机进行升级改造。

材料与方法

1.材料的选择

选择锐珂公司（Carestream）的DRX-1 平板探测器作为成像载体；利用医院原有的西门子和飞利浦常规移动床边机（Siemens Multmobil 10 移动X 线机2台，Philips Practix33移 动X 线 机2 台、Philips Practix100移动X 线机1台）做为X 射线源；锐珂公司研制DR 操作控制台（DR operator console，DROC）和高压同步控制接口。由此在床边摄片时可以方便集成为DR 摄片。

锐珂公司DRX-1魔卡平板探测器［5-6］具有以下特点：①目前业内最小巧的平板探测器，外观尺寸为35cm×43cm×1.5cm ，重量仅3.86kg，规格完全等同于ANSI暗盒、IP 板；②首款可以采用无线控制采集图像的平板探测器；③139μm 像素满足任何常规摄影需求；④可靠的防震、抗冲击设计。因此，使用DRX-1魔卡平板探测器，可以为临床摄片提供了很大方便性和灵活性。

2.方法和技术路线

DR 的成像一般要经过以下步骤［7］：①X 线穿过人体后将影像投射在平板探测器上；②平板探测器的薄膜晶体管阵列产生电流，电流经A／D 转化成为像素；③像素被传输到DROC；④DROC 将像素数据做图像处理；⑤DROC 将处理后的图像封装为标准的DICOM 图像；⑥封装后的DICOM 图像可以按照DICOM 标准传输、存储、浏览、打印、测量等。

平板探测器和X 光机是不同公司的产品，要把它们有效集成为DR，需要配备DROC和高压控制接口，使DROC 可以控制X 光机的曝光。这样才能将平板探测器和X 光机有效地集成为一台可用的DR。

3.DROC的设计

DROC的图像采集［5］：不同平板探测器的接口是不一样的，但每家平板探测器的生产厂商一般都提供接口的开发文档和接口模块，开发者只要根据开发文档一般都可以顺利地与平板探测器进行通讯，对平板探测器进行控制和图像采集。

DROC的图像处理：从平板探测器采集到的原始图像如果不经过处理一般都达不到诊断的要求，所以原始数据必须要做图像处理，这个环节对图像质量的影响最大，要求最高。目前在DR 图像处理中针对魔卡平板探测器做了优化。DICOM 图像的封装：将处理好的图像封装成DICOM 图像，在这个过程中图像中的各个字段都必须标准规范，完全按照DICOM 协议的要求进行封装。

DICOM 图像的操作：包括传输、存在、打印、浏览、测量。这部分的开发可以使用开放源的DCMTK的模块进行开发，这是业内很成熟的模块，而且是免费开放源代码的，各大公司都在使用，所以没必要独立开发。

4.高压控制接口的设计

在DR 的曝光过程中有一个很重要的问题——同步问题。平板探测器平时是不会采集图像的，只有接收到DROC发过来的采集图像指令后，才会将采集窗口打开，如果这时X 线投照在平板探测器上，平板探测器就可以采集到图像；反之，如果平板探测器的窗口没有打开或已经关闭，这时X 线投照在平板探测器上是无效的。魔卡平板探测器在接收到采集指令后，会立即打开采集窗口，但是为了限制噪声，窗口打开的时间只有0.8s，曝光在这段时间内必须完成，否则将采集不到图像，或者曝光剂量不足。而在这么短的时间内，要想让曝光区落到采集的时间窗内，必须要通过计算机控制。高压控制接口的作用就是让DROC 可以控制高压曝光，让曝光区落到采集时间窗口上，使X光机的曝光和平板探测器的采集同步。

考虑到每家高压发生器的通讯协议各不相同，做升级改造也可能得不到其他厂家的高压通讯协议，所以控制X 光机的曝光不能通过控制高压发生器的方式去控制。尽管每家X 光机都不同，但有一点基本是相同的，就是都可以通过手闸来控制曝光，于是将高压控制接口做成一个电子手闸，使其具有一闸和二闸闭合和释放的功能，将高压控制接口一闸和二闸的接线与原X 光机的一闸和二闸的接线并联就可以控制X光机的曝光了，而不需要了解X 光机的内部结构和协议。通过笔记本电脑的USB接口与高压接口连接，这样同时解决通讯和供电问题，体积也做得很小，可以很方便地安装在X 光机内部。

结 果

本次改造利用一块魔卡平板探测器给五台移动床边机进行DR 升级。将DROC 安装在一台笔记本电脑内，在每台移动床边机都安装了一套高压控制接口和无线路由器。床边机改造示意图如图1。

优点分析：①实现了一板多用，有效利用了原有的移动床边机，节省维护成本；②图像质量提高（图2），辐射剂量较CR 降低；③曝光后5s即时阅片，为患者的救治节省了时间；如遇图像不满意可立即重拍。④操作流程大大简化：技术员带上一块平板探测器和笔记本电脑，即可去病房拍片；拍片前只需将安装在床边机上的高压控制接口的USB 线与笔记本电脑连接即可；拍片过程类似于使用IP 板或暗盒拍片，平板探测器上没有电源线和数据线，可以根据需要任意摆放；拍片完成后，通过无线路由器将图像传输到PACS以及胶片打印。⑤技术员的劳动强度减轻且医疗效率提高：不需要携带大量IP 板；一次轮回即可完成全院病患的摄片工作，无需在放射科和病区间多次往返。通过工作列表（Worklist）功能调出患者资料，现场确认后再投照，不会发生患者匹配错误。

图1 床边机改造升级示意图。 图2 同一患者床边机升级改造前后的胸片对比。a）升级前胸片，图像细节较差；b）改造后复查胸片，图像清晰度明显提高。

讨 论

DICOM 标准的建立为数字化影像设备向网络化发展奠定了基础［8］。DR 的出现有效地解决了CR 所存在的问题。DR 利用平板探测器可以将投照的X 线直接转化成电信号，经A／D 转换后生成数字信号。所以利用DR 摄片可以做到立拍可现，直接获得数字化的影像，大大提高了工作效率。而且空间分辨率和密度分辨率也比CR 有所提高［9］。随着DR 平板探测器成品率的提高和成本的降低，DR 取代CR 已成为一种趋势。

然而床边摄片并没有随着DR 的发展而同步发展。原因是早期DR 的平板探测器的体积和重量都没有达到床边摄片的要求。无论是直接成像的非晶硒平板探测器和间接成像非晶硅平板探测器，由于散热的要求和工艺原因，其封装后的厚度都超过了5cm，重量在10kg左右，这种尺寸和重量的平板探测器只能固定在X 线机的机架上，做固定的DR 整机使用，做移动床边摄片是不合适的。直到日本佳能公司推出CXDI-50G 便携式平板探测器，床边摄片才真正进入了DR 时代。CXDI-50G 便携式平板探测器的重量只有2.4kg，封装后厚度只有2.4cm，基本满足床边摄片的要求。随后除了佳能公司外，在西门子、岛津、日立和西班牙Sedecal公司都推出了移动床边DR，这些移动床边DR 都使用了佳能公司的CXDI系列平板探测器。但是佳能公司的CXDI平板探测器也存在其固有的缺陷：由于不是无线传输图像，其相连的导线给床边摄片带来了一定的麻烦，而且电源及同步接口与一块平板探测器绑定，所以无法做到一板多用，让医院不能有效节约资源。另外其像素点直径为160μm，空间分辨率有所降低，对于细微骨折不能很好地显像。

锐珂公司和法国特雷兹（Thales）公司几乎在同一时间推出了基于Wi-Fi无线平板探测器，为床边摄片使用床边移动DR 推进了一大步。法国特雷兹公司推出的Trixell＿Portable3543平板探测器在外观与佳能公司CXDI系列平板探测器的外观尺寸和重量基本一样，其区别是采用无线发送数据，没有数据线，使用更方便；而锐珂公司推出DRX-1平板探测器同样采用无线发送图像，外观尺寸与常规的IP 板尺寸完全一样，重量更轻，完全满足床边摄片的要求，而且不用改动原有设备的片盒结构，给设备升级改造和一板多用带来了很大便利。

改造中的主要注意事项：①由于DRX-1平板探测器完全使用无线方式传输数据，所以易受外界环境的影响，对路由器和频段的要求较高。民用频段一般是使用2.4MHz的频段，而DRX-1平板探测器与路由器之间的通讯必须使用5MHz的频段，以减少民用频段的干扰。电脑与路由器之间虽然可以使用2.4MHz的频段，但是为了保证通讯的稳定，建议使用具有5MHz频段无线网卡的电脑。②由于DRX-1平板探测器的采集窗口打开只有0.8s，因此摄片时应使用短时间、高毫安的摄片条件，这样才能让曝光区落到有效的采集区内。③平板探测器和电脑电池的电量都会影响到无线通讯的稳定，如果摄片时间较长或患者较多时应多携带备用电池。

［1］王学良.富士计算机X 射线摄影（CR）原理概述［J］.光机电信息，2000，17（1）：13-15.

［2］陈卫国，黄信华，段刚，等.数字化放射科设备更新的发展策略探讨［J］.实用放射学杂志，2002，18（11）：1006-1008.

［3］张云亭，袁聿德.医学影像检查技术学［M］.北京：人民卫生出版社，2005：4.

［4］李先军.IP板的老化和维护［J］.现代医用影像学，2004，13（5）：239-240.

［5］吴慧钊，张泽坤，吴文娟，等.无线平板探测器在床旁X 线摄影中的应用［J］.河北医药，2013，35（7）：1034-1035.

［6］锐珂医疗市场部.锐珂医疗引领无线DR 新境界［J］.中国医疗设备，2011，26（10）：163.

［7］卫阿盈.数字化影像设备CR 和DR［J］.医疗卫生装备，2006，27（2）：55-56.

［8］于凤海.DICOM 标准综述［J］.红外，2003，9（1）：30-33.

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