X线机正文Word格式.doc

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首先介绍了数字X线医学成像设备以及医学成像与通信的历史、发展状况，通过调研和对国内外现状的对比，发现该系统在国内进行设计研究与开发的必要性和可行性；

在调研数字X线成像方案的基础上，为不同类型的传统X线设备数字化设计了模块化的开发方案。

结合具体设备，采用可编程逻辑控制器（PLC）实现了X线设备的曝光等操作控制，通过上位机与PLC的串行数据传输，实现信息交互，控制图像采集；

在系统的调试过程中，论文发现系统采集的图像含有严重的噪声，针对系统采集的数字图像，分析了噪声的性质，提出了初步的图像恢复方案；

基于数字化的目的，论文分析了DICOM的体系结构，从两个方面对DICOM的应用做了具体实现：

一是DICOM的简易网关功能（文件格式转换），二是在分析DICOM网络通信原理的基础上，设计、实现了部分服务类的通信程序。

作为一个实用系统，论文还实现了患者信息、采集图像的数据库管理，医学数字影像的处理等。

数字X线摄影系统在我国尚未普及，目前常规X线检查仍是医生重要的诊疗手段。

X线医学成像设备的数字化有助于提高医院的工作效率，有着广阔的前景，有望产生良好的经济效益和社会效益。

关键词：

X线医学成像设备,PLC,数字影像工作站,

一　绪论

1.1　数字X线医学成像设备的发展

传统X射线摄影以胶片或感光屏为媒体，以二维成像方式，利用X射线的穿透作用、荧光效应和化学作用，使得穿过人体后发生不同衰减的X射线在胶片或感光屏上呈现不同密度的影像。

传统X射线摄影应用广泛，占基层医院工作量的70%左右。

但由于胶片溴化银分子决定胶片影像的分辨率，所以其分辨率只能达到分子颗粒级。

传统摄影在观察透视影像时需连续曝光，增加了受检查的辐射量，降低了X射线使用效率。

数字X线成像设备是指把X线透射影像数字化并进行处理后，再显示图像的一种X线设备，医学数字图像在存储、图像的质量、信息的层次以及成像效率方面较之传统胶片有着明显的优势。

自从1972年X线CT（ComputerTomography）问世后，医学影像领域出现了数字化浪潮，1979年出现了飞点扫描的数字X线摄影系统，1980年在北美放射学会（RSNA）的产品展览会上，数字荧光X线的摄影系统（DigitalRadiofluoroscopy,DF）引起了全世界的关注，从此，以数字减影血管造影统（DigitalSubtractionAngiographic,DSA）为代表的医学影像得到了高速发展，1982年日本富士研制出了计算机X线摄影系统（ComputerRadiography,CR），20世纪80年代中期，各国厂家竞相开发CR；

20世纪90年代又大力研制直接数字X线摄影（DirectDigitalRadiography,DDR）的探测器，推出了一些今天风头正劲的实用的DDR设备。

然而，受到高分辨率、实时动态、辐射剂量，更受到技术和经济可行性的限制，迄今，在国内医院应用最广的传统X线摄影尚未完全进入数字化成像家族。

1.2　医学数字成像与通讯的发展概况

随着CT进入医学成像、诊断，计算机及其相关影像设备越来越广泛的用于临床的医学诊断，但是这些设备多来自不同的厂商，产生的医学影像格式并不统一，这给相互交流带来一定的屏障。

美国放射协会（AmericanCollageofRadiology,ACR）和美国国家电器制造协会（NationalElectricalManufacturersAssociation,NEMA）认识到，迫切需要制定相关的国际标准，使不同厂商生产的设备产生的影像遵循标准的格式，使影像的传输，医学技术的交流以及资源的高效利用等方

面标准化和制度化。

ACR和NEMA在1983年组成了一个专家组制定这样的标准，旨在：

促进医学影像在设备间互相透明传输，有利于医院信息系统和其他信息系统如PACS（PictureArchivingandCommunicationSystem，图像存档和通信系统）接口功能的开发和扩展；

允许建立一套诊断信息数据库，使分布在各地的设备可以访问和查询。

在此宗旨指导下，ACR和NEMA于1985年发布了一个标准，取名为ACR－NEMA标准第一版，1986年和1988年发布了该标准的修订一版和修订二版NEMA1.0No.1和NEMA1.0No.2，随后在1988年又同时发布了NEMA2.0，这个标准在第一版及其修订版的基础上增添了新的内容（包括为显示设备提供命令支持，提出了新的分层方案来划分医学图像，增加了更多了数据元）。

1993年工作组发布了该标准的第三版，定名为DICOM3.0（DigitalImagingandCommunicationsinMedicine）标准协议。

1998年、1999年、2000、2001、2003年先后对3.0版本进行了增补、完善，这就是今天所说的DICOM标准。

标准是针对医学影像的成像和传输通信而制定的，得到了众多医学影像设备厂商的支持，成为了医学图像格式、编码、存储和网络传输协议的事实上的标准。

在医院信息化，构架数字化医院进程中，DICOM标准扮演了极其重要的角色，它使PACS能够延伸到医学领域，推动了图像存档和通信系统的产业化进程的同时，更提高了医疗机构的营理效率，方便了病人看病就医。

在国外，特别是北美和欧洲地区以DICOM为核心的网络医学发展日臻完善，建立了规范的、不同类型的、各种规模的医用网络系统。

从80年代的美国海军的医疗系统（DIN-PACS）起始，今天美国的各大型医院都建立了PACS，放射科的小型PACS系统更是普及。

在国内，实际意义上的临床应用尚未成为主流[3]，目前在国内绝大多数的影像设备都是从国外进口，在影像的后续管理中，自主研发网络传输系统是推动民族医学发展的重要方向，加强医学图像传输与处理的标准化建设是我国网络医学发展的必然。

北京天健，上海岱嘉，珠海友通，西安华海，山东浪潮是国内主要的PACS集成商，他们为上海的瑞金医院，北京的宣武医院、解放军301，福州总医等建立了经济、实用、高效的全院PACS系统。

1.3　论文选题依据及研究工作

今天的X线数字化技术发展日益成熟，并且已经有众多的产品在医院内使用，但由于关键技术、专利被为数不多的几个公司所拥有，使得数字X线设备价格昂（超过10万美元）；

另一方面，我国医院存在着数量庞大的传统X线设备，在医院构建PACS的进程中，他们成为信息孤岛。

目前，CCD在提高空间分辨率和改善信噪比、减少伪像等方面均有长足的进步；

图像卡的性能也有明显的提高；

系统采样矩阵可达到4096×

4096像素，灰度分辨率可达到12比特，采样速度达到64帧/秒，这些技术指标完全满足当前对X线成像设备在图像的质量、空间分辨率等方面的要求，使得传统X线设备的数字化有了新的高效、低成本的方案。

1.4X线机的医用的发展历程

气体X线管和感应圈时代（1895-1916）

热电子X线管和高压变压器“实用时代”（1910-1925）

旋转阳极X线管和控制技术现代化时代（1925-1945

X线机与电视系统的组合（1954—1972）

计算机横断摄影X线扫描装置（CT）（1972）

80年代出现CR.DR.DSA.（核素扫描ECT.PET）

二　X线机的设计目的

2.1　概述

传统放射科工作分为透视和摄影（照相）两大部分，因此人们将数字化技术也分为透视和摄影两类，即数字化透视（DigitalFluorography,DF）和数字化摄影（DigitalRadiography,DR）。

虽然传统X线设备已经有了几十年的数字化历程，但目前的分类依然比较混乱，根据成像的原理，这里给出典型的有实际应用价值的X线数字化方式：

1、计算机X线摄影系统（ComputedRadiography,CR）

该系统是日本富士公司最早申请专利的。

其使用成像板（ImagePlate,IP）作为X线影像载体。

IP受X线照射后形成潜像，以光致发光的物理过程读出（用激光扫描IP上的像素，使像素发出可见光）。

激光束扫描像素，发出的可见光经由光电倍增管转变成电信号并进行放大，再经模数转换后成为数字信号，然后进行存储和处理。

典型的商业应用代表是FUJI的FCR系统、西门子DLR系统。

2、直接数字化X线摄影（DirectDigitalRadiography,DDR）

CCD探测器（ChargeCoupledDeviceDetector）

CCD系统包括一个将入射的X射线信号转换成可见光的闪烁体或荧光体构成的可见光转换屏上，然后再将可见光转换为电荷。

但CCD是只有2～5cm2大小的芯片，因此很难直接用以检测实际大小的影像，解决这个问题的办法是在荧光屏和CCD探测器之间使用缩微方法。

缩微采用透镜系统或锥形光纤束系统，用以将可见光野缩减至CCD的尺寸。

1997年Swissray推出的DDR系统是该技术的应用代表。

直接平板探测器（DirectFlatPanelDetector,DFPD）

直接FPD的结构主要是由非晶硒层加薄膜半导体阵列（TFT）构成的平板检测器。

由于非晶硒是一种光电导材料，因此经X射线曝光后由于电导率的改变就形成图像电信号，通过TFT检测阵列，再经A/D转换、处理获得数字化图像在显示器上显示。

DRC公司的iiRAD系统是应用这一技术的鼻祖。

间接平板探测器（IndirectFlatPanelDetector,IFPD）

此类平板的闪烁体或荧光体层经X射线曝光后，可以将X射线光子转换为可见光，而后由具有光电二极管作用的非晶硅层变为图像电信号，经过TFT阵列其后的过程则与直接FPD相似，最后获得数字图像。

间接FPD存在可见光的转换过程。

GE的AdvantexALC/LP数字X射线摄影系统使用了这一技术。

3、激光数字化仪（Digitizer）

这类装置主要用于将传统X线照片上记录的模拟信息数字化，所以实际上是回顾性的后处理技术，常用于解决库存档案片的数字化。

目前常用的方法是激光扫描。

4、以影像增强器－电荷耦合器件－电视－模数转换链（I.I+CCD+TV+A/D）数字化系统I.I+CCD+TV+A/D数字化系统习惯上也被称为DigitalRadiography，DR，它的工作原理是由影像增强管将作为信息载体的X线转换为可见光，再由CCD将可见光转换成视频信号，然后经图像卡进行模/数转换成数字化矩阵图像。

得到数字信息，如图2.1，这种方式常见用于多功能数字化R/F机和数字减影血管造影系