高分辨X光数字胃肠图像系统的设计与应用研究

摘要

X光数字胃肠诊断设备是实现胃肠各种造影的数字采集、数字处理、数字存储、数字传输,从而实现无片(胶片)化管理及影像共享,达到对病人影像的诊断及病案信息交流的一种现代医学诊疗手段。其中,X光数字胃肠图像系统是X光数字胃肠诊断设备的一个核心子系统,通过它可以动态检查并实时诊断消化道脏器的病变。目前,X光数字胃肠图像系统主要是基于增强器(I.I.)和CCD系统,且图像分辨率以1024×1024为主。高端图像产品基本被国外跨国厂商垄断,如西门子、飞利浦、GE、东芝、日立等。日本日立医疗公司的Clavis2000图像,在该领域内处于领先地位,其采用2K×2K×12Bit进行X光数字胃肠图像数据的获取。本论文的研究工作以跟踪国外最新技术、设计样机为目标,提出了基于2048×2048×12Bit CCD技术指标的X光胃肠图像系统的设计原理及方法。X光数字胃肠图像系统涉及了许多成像的基础问题和工程问题,包括X射线的基本特性、X射线与物质的相互作用、X射线通过人体的衰减规律、X射线通道对图像质量的影响、影像增强器的原理、CCD数字摄像机的工作原理、DICOM传输及设备组成和成像基本原理等。在研究分析上述问题的基础上,本论文进行了高分辨率X光胃肠图像系统的整体结构设计和系统功能设计,以及硬件设计、软件设计等方面的相关工程设计。阐述了包括数字CCD相机的选择、数字采集卡的选择、镜头的选择及光学通道的设计、医生工作流程的设计、图像处理、传输打印等。研究了如何实时动态去除数字图像的噪声,如何实时控制亮度和X射线剂量,以保证最佳的影像采集等工程系统设计问题。论文还对X射线高压发生器的同步采集接口做了深入研究与分析。在相关医院,对所设计的X光胃肠数字图像系统进行了工程测试,获得了本系统高达2.8lp/mm的分辨率,优于国内外同类产品。临床应用主要完成了食道造影、上消造影、全消造影、下消造影以及输卵管造影、肾盂造影等项目的测试;同时,对一些特殊功能,如:快速点片等,也做了设计验证。通过临床应用验证,动态实时多速率快速点片,可以实时动态获取吞咽等瞬间运动的数字图像,这不仅解决了医生抓取吞咽及蠕动影像很难掌握最佳时机的问题;而且可以实时数字减影,为开展介入治疗提供了更细腻的图像,具有良好的临床推广价值。

目录

摘要

ABSTRACT

1 引言

1.1 X 光数字胃肠图像系统的研究现状

1.1.1 概述

1.1.2 国外X 光数字胃肠图像系统的发展现状

1.1.3 国内X 光数字胃肠图像系统的发展现状

1.2 本论文的研究目的及意义

1.3 本论文的主要研究内容

2 X 光数字胃肠图像系统及设备的成像基础

2.1 X 射线的基本特性

2.1.1 穿透性

2.1.2 荧光作用

2.2 X 射线与物质的相互作用

2.2.1 光电效应(Photoelectric effect)

2.2.2 康普顿效应（Compton effect）

2.3 X 射线通过人体的衰减规律

2.4 X 射线通道对图像质量的影响

2.5 影像增强器的原理

2.6 CCD 数字摄像机的工作原理

2.6.1 CCD 芯片及CCD 的基本原理

2.6.2 CCD 的分类

2.6.3 CCD 的特性参数

2.6.4 CCD 相机的硬件结构

2.6.5 CCD 相机的工作流程

2.7 数字图像DICOM 传输

2.7.1 DICOM 标准在医疗影像系统中的应用

2.7.2 DICOM 标准的组成和应用

2.8 X 光数字胃肠图像系统的设备组成及原理

2.8.1 X 光数字胃肠图像系统的设备组成

2.8.2 X 光数字胃肠系统成像基本原理

3 高分辨X 光数字胃肠图像系统的设计

3.1 硬件系统的选择与设计

3.1.1 摄像机的选择

3.1.2 光学接口的选择与设计

2.1.3 采集卡的选择

3.1.4 X 射线主机接口的设计

3.2 软件设计

3.2.1 病人病案资料及图像数据的管理

3.2.2 病人图像数据的获取

3.2.3 图像数据的处理和回放

3.2.4 图像数据的DICOM 传输和DICOM 打印

3.3 系统功能设计

3.3.1 ABC 的设计

3.3.2 软件实时降噪处理

3.3.3 不同解剖位置最佳图像采集

3.3.4 路径图功能

3.3.5 实时减影功能

4 高分辨X 光数字胃肠图像系统的临床应用

4.1 分辨率测试

4.2 临床应用实例

4.3 动态快速点片图像

4.4 多幅图像同屏显示

5 全文总结

致谢

参考文献

附录：攻读硕士学位期间参加科研项目及发表论文的情况