Autor: Xing Lin Tokyo
Fotografía digital de rayos X de tórax;
Fotografía de rayos X digital; radiografía de tórax; nódulos pulmonares
La radiografía digital (DR) es un sistema de adquisición de rayos X digital, que consta de un detector, un controlador de exploración y Controlador del sistema, controlador del sistema y monitor de imagen. En términos generales, la DR incluye máquinas de rayos X digitales, DR basada en pantalla intensificadora + CCD, DR basada en detector de panel plano (PPD), DR basada en escaneo lineal, etc. Dependiendo de la tecnología de detección, los sistemas DR se pueden dividir en radiografía digital directa (DDR) y radiografía digital indirecta (IDR). DDR se refiere a un sistema de fotografía que utiliza tecnología de detector de panel plano para convertir directamente fotones de rayos X en información digital. Es una tecnología de fotografía de rayos X digital estrecha. La resta de energía dual (DES) en fotografía digital se basa en esta tecnología.
El concepto de imagen sustraída (SI) fue propuesto ya en 1925. En 1934, Ziedesdes Plantes inventó el método de sustracción de películas. En 1978, la Universidad de Winsconsin organizó y diseñó un procesador de imágenes digitales [1]. 1980 Mistretta, el fundador de la imagen digital, anuncia el éxito de la angiografía por sustracción digital (DSA). Esta expresión de DSA se define con precisión, pero también expone las deficiencias de su aplicación: no puede restar ni separar imágenes de tejido que no sean vasos sanguíneos, como separar imágenes de tejido óseo de tejido blando. Este problema abrió la investigación sobre la tecnología de sustracción de energía dual, cuyo núcleo es la aplicación de dos tipos de fotones de rayos X para la fotografía. Ya en 1983, mientras se estudiaba la tecnología de digitalización de rayos X de tórax, se estudió esta tecnología en aplicaciones clínicas. Sin embargo, en este momento, la baja resolución espacial de la radiografía digital limita el alcance de la aplicación clínica de la tecnología de sustracción. Desde que entró en el nuevo siglo, con la invención del detector de panel plano de selenio amorfo (aSe) DR, la investigación de la aplicación clínica de la tecnología de sustracción de energía dual es completamente nueva en su profundidad y amplitud [2 ~ 4].
1 Principio DR del detector de panel plano amorfo
El detector de panel plano solar amorfo (aSe) DR supera las deficiencias de baja resolución espacial de la generación anterior. Esta tecnología utiliza materiales semiconductores fotoconductores para capturar fotones de rayos X incidentes, convirtiendo directamente los fotones de rayos X recibidos en cargas, y luego las señales eléctricas generadas se leen mediante una matriz de transistores de película delgada (TFT) para obtener imágenes digitales de rayos X. [5]. La mayor ventaja de este modo de trabajo es que supera por completo el efecto de desenfoque de la imagen causado por la dispersión de la luz en la pantalla intensificadora o centelleador del detector de tecnología de conversión indirecta, por lo que puede usarse como referencia.
Cuando los fotones de rayos X que inciden sobre el cuerpo humano son absorbidos y atenuados por diferentes tejidos, y finalmente actúan sobre la capa de selenio donde se superponen los electrones, debido a las diferentes intensidades de los rayos X, el fotoconductor del La capa de selenio genera y absorbe rayos X. Pares de carga positiva y negativa con energía proporcional. El alto voltaje entre el electrodo superior y la matriz de la batería crea un campo eléctrico en la capa de selenio, que separa las cargas positivas y negativas, que se mueven hacia la matriz de la batería hasta que los condensadores se almacenan en los transistores de película delgada. La carga almacenada en el condensador de matriz es proporcional a la intensidad de los rayos X y estas señales de carga se almacenan en los electrodos del TFT. Cada TFT y condensador forman una unidad de píxeles, y cada área de píxeles tiene un transistor de efecto de campo, que desempeña un papel de conmutación al leer la señal eléctrica de la unidad de píxeles. Esto garantiza que el circuito de escaneo lea la carga de cada unidad de condensador de matriz una por una y convierta la señal eléctrica en una señal digital para formar una imagen. La tecnología de conversión directa evita por completo los efectos de dispersión de la luz visible de la tecnología de conversión indirecta.
Principio de la tecnología de sustracción de energía dual
La fotografía de rayos X para diagnóstico utiliza haces de rayos X de baja energía, que producen principalmente efectos de absorción fotoeléctrica y dispersión Compton al atravesar el tejido humano. efecto. La intensidad del efecto de absorción fotoeléctrica está relacionada positivamente con el peso atómico del material irradiado. Es la principal forma en que los materiales de alta densidad, como el calcio, el hueso y los agentes de contraste de yodo, atenúan la energía de los fotones de rayos X. El efecto de dispersión Compton no tiene nada que ver con el peso atómico de la sustancia irradiada, sino que es función de la densidad electrónica del tejido. Ocurre principalmente en los tejidos blandos. Las imágenes obtenidas mediante fotografía de rayos X convencional contienen información completa de los dos efectos de atenuación anteriores. La fotografía de sustracción de energía dual aprovecha las diferencias en los patrones de atenuación de energía de los fotones de rayos X entre huesos y tejidos blandos, así como las diferencias en los efectos de absorción fotoeléctrica de materiales con diferentes pesos atómicos.
Esta diferencia en atenuación y absorción se refleja más fuertemente en los cambios de intensidad de atenuación de haces de rayos X de diferentes energías, mientras que la intensidad del efecto de dispersión Compton es independiente de la energía de los rayos X incidentes en un amplio rango, por lo que los digitales La fotografía se utiliza para separar información de dos efectos de absorción. El mecanismo de sustracción de energía dual elimina selectivamente la información de atenuación de los huesos o tejidos blandos para obtener imágenes características del tejido que reflejan la composición química del tejido: imágenes puras de tejido blando e imágenes de tejido óseo.
3 Método de fotografía con sustracción de energía dual
31 Método de doble exposición El método de doble exposición se refiere a dos exposiciones independientes del sujeto con diferentes energías de salida de rayos X (kVp) Dos imágenes. o los datos se obtienen, integran y reconstruyen en imágenes de densidad de tejidos blandos, imágenes de densidad ósea y radiografías de tórax ordinarias mediante resta de imágenes o separación de datos [4 ~ 7]. El valor máximo de los rayos X de baja energía es de 60 a 85 kVp, y el valor máximo de los rayos X de alta energía es de 120 a 140 kVp. La investigación sobre la sustracción de energía dual del tórax comenzó con el método de doble exposición [5, 6] y luego se aplicó a sistemas de pantallas intensificadoras de películas, fotografía de proyección de escaneo (SPR), fotografía por computadora (Cr) y fotografía digital (DR). . Sin embargo, la mayoría de ellos son solo informes de investigación y básicamente no se utilizan en aplicaciones clínicas. La razón principal es que es difícil acortar la diferencia de tiempo entre las dos exposiciones al rango requerido y es difícil eliminar la codificación errónea entre ellas. las dos imágenes causadas por el movimiento y desplazamiento del sujeto entre las dos exposiciones [4~7]. No fue hasta la llegada de la radiografía digital directa (DDR) que este problema se resolvió de manera efectiva. Dado que el sistema utiliza un detector de panel plano digital (DFP) de alta velocidad, la diferencia de tiempo entre dos exposiciones se puede acortar a 200 ms y el paciente puede completar el examen conteniendo la respiración una vez, lo que reduce en gran medida los errores de codificación. Al mismo tiempo, debido a la alta eficiencia cuántica detectable (DQE) del sistema y al amplio rango de separación de energía, la salida de rayos X de baja y alta energía se puede reducir a 60~80 kVp y 110~150 kVp sin reducir la calidad. En particular, DFP convierte directamente la información recopilada en imágenes visuales, convirtiéndose así en un método de examen de rayos X de tórax conveniente y eficaz [8].
32 Método de exposición única Fotografía con sustracción de energía dual El método de exposición única separa la energía de los rayos X restantes tras atravesar el objeto expuesto para obtener dos imágenes con energías diferentes. Este método fue propuesto originalmente por Speller et al. en 1983 para eliminar el problema de la doble exposición. Apilaron dos sistemas de pantallas intensificadoras de película en un casete especial, separados por un filtro de cobre. Los rayos X de menor energía se obtienen en la película frontal y los rayos X de mayor energía en la película posterior a través del filtro para lograr la separación de energía [2]. Barnes et al. e Ishigakei et al. aplicaron el método de exposición única a varios sistemas de fotografía de tórax CR y reemplazaron el sistema de pantalla intensificadora de doble película con una placa de imagen de doble capa. El posprocesamiento de la información mejora la calidad de la imagen [9, 10]. En los siguientes 20 años, la aplicación del método de exposición única en la fotografía de tórax de RD ha logrado grandes avances y se han utilizado clínicamente diversas formas de detectores de energía [11].