DSA設(shè)備及成像原理-精選課件

1、第五篇 DSA成像技術(shù)DSA設(shè)備及成像原理介入放射學(xué)的臨床檢查技術(shù)一、數(shù)字減影血管造影（DSA）是通過計算機(jī)把血管影像上的骨與軟組織影像消除而突出血管的一種成像技術(shù)。DSA的基本工作原理是將X射線機(jī)對準(zhǔn)人體的某一部位，并將X射線造影劑注入人體的血管中。如果在注入造影劑的前后分別攝取這同一部位的X射線圖像，然后再將這兩幅圖像想減，那么就可以消除圖像中相同結(jié)構(gòu)的部分，而突出注入造影劑的血管部分。腦血管造影臨床應(yīng)用 頸部血管影像 肺動脈血管造影 腹部血管造影下肢血管造影 肝臟動脈血管造影一 DSA設(shè)備基本構(gòu)成高壓發(fā)生器: 向X線管兩端施加高電壓的X線裝置，產(chǎn)生高千伏、短脈沖、輸出穩(wěn)定的高壓。功率達(dá)1

2、00KW，具有高頻逆變（將50Hz的交流電逆變?yōu)閹资甂Hz的超高頻交流電），X線管： 目前DSA的X線管采用液態(tài)金屬球管，金屬和陶瓷之間的過渡采用鈮，用銅焊接。探測器DSA設(shè)備基本構(gòu)成C型臂：為滿足DSA檢查和治療需求所設(shè)計的。C型臂兩頂端分別安裝射線發(fā)射裝置和探測器設(shè)備，即一端為X線管組件和準(zhǔn)直器，另一端安裝影像增強器、X線電視攝像機(jī)或平板探測器等。特點：結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動靈活、活動范圍大，多方位X線攝影。DSA設(shè)備基本構(gòu)成導(dǎo)管床：DSA檢查的手術(shù)床。 床面材質(zhì)：由高強度低吸收的碳纖維為材料. 功能：上下升降，前后移動，左右旋轉(zhuǎn)， 頭腳端傾斜。影像增強器系統(tǒng) (一)光柵：影像增強器和攝像機(jī)之間的

3、光學(xué)結(jié)構(gòu)。組成 包括準(zhǔn)直透鏡、光闌、聚焦透鏡。性能作用當(dāng)影像增強器輸出的光線很弱時，光闌打開，攝像機(jī)接收全部來自影像增強器的成像信息；反之，當(dāng)影像增強器輸出的光線很強時，光闌關(guān)閉到最小，攝像機(jī)僅接受從光闌的中心小孔中照射過來的光強信息。（二）影像增強管結(jié)構(gòu) ：影像增強器由增強管、管容器、電源、光學(xué)系統(tǒng)及支架部分組成。影響增強管是主要部分，前端有輸入屏，尾端有輸出屏。工作原理 ：由X線管射出的X線穿過人體，在增強管的輸入屏形成可見光圖像，可見光圖像經(jīng)與輸入屏相連的光電陰極發(fā)射出光電子；光電子在聚集電極及陽極形成的電子透鏡的作用下，聚焦加速后在輸出屏上形成縮小了的電子影像；電子影像經(jīng)輸出屏轉(zhuǎn)化為可

4、見光圖像。 性能參數(shù)：1.縮小增益：輸出屏面積比輸入屏小，光電陰極發(fā)射出的電子，通過電子光學(xué)系統(tǒng)，集中投射到面積較小的輸出屏上。這樣，輸出屏單位面積接收的電子數(shù)量，以及由它們激發(fā)出的光子數(shù)量將增加，從而提高了亮度，這叫縮小增益。 2.能量增益：指從光電陰極發(fā)射出的電子，在陽極正電位加速過程中獲得了更大的能量。光電陰極與陽極之間電壓越高，電子獲得的能量越大，在輸出屏上激發(fā)出的光子數(shù)量越多，亮度越強，這叫能量增益。 影像增強器的 亮度增益=縮小增益*能量增益 （三）光學(xué)器件 用于將影像增強器輸出屏上形成的可見光圖像傳遞到視頻攝像管輸入屏。 包括 透鏡，孔徑，反光鏡。 （四） 攝像機(jī) X線電視攝像機(jī)

5、的核心部件是攝像管。它的主要功能是將影像增強管輸出屏上的熒光影像順序變換成強弱不同的訊號電壓，成為電子影像。過程記錄影像：利用靶面上各點電位的起伏記錄影像增強器輸出屏上的影像。閱讀影像：利用電子束從左向右，從上到下逐點掃描閱讀靶面上記錄的影像。擦去影像：當(dāng)電子束掃描過一點后立即將這點恢復(fù)到起始電位，從而實現(xiàn)了影像的“擦抹”，避免了圖像之間混疊。 高壓注射器 一種具有大推力，高速度，滿足心血管造影和介入治療要求的自動推注系統(tǒng)。 高壓注射器能夠確保在短時間內(nèi)按設(shè)置要求將對比劑注入血管內(nèi)，高濃度顯示目標(biāo)血管，形成高對比度影像，使檢查成功率提高。 高壓注射器基本結(jié)構(gòu)：注射頭、主控箱、操作面板、多向移動

6、臂及移動支架。高壓注射器高壓注射器工作原理 由微處理器處理設(shè)定的速度后，經(jīng)控制電路控制注射電機(jī)速度。當(dāng)設(shè)定速度和實際速度不等時，電機(jī)就轉(zhuǎn)動。將處理器傳來的設(shè)定速度和實際速度的差進(jìn)行積分，產(chǎn)生一個校準(zhǔn)因數(shù)，當(dāng)設(shè)定速度與實際速度相等時，此因數(shù)為零；壓力控制是由電路監(jiān)測與限制主電路采樣電機(jī)電流，并精確測量實際壓力，如果實際壓力試圖超過預(yù)置壓力，則注射速度就會被限制。對比劑量和注射量分別由兩套電路控制。如果實際注射量超出設(shè)定量，將會出現(xiàn)注射故障，注射筒活塞（等于注射量）位置監(jiān)測控制切斷注射。在注射結(jié)束時控制制動交換器切斷電機(jī)電源，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。目前DSA探測器包括 影像增強器平板探測器CCD（電荷耦合型

7、 Charge-couple device）探測器各種DSA的成像原理 1影像增強器型DSA原理 數(shù)字減影血管造影是利用影像增強器將透過人體后已衰減的未造影圖像的X線信號增強，再用高分辨率的攝像機(jī)對增強后的圖像作系列掃描。掃描本身就是把整個圖像按一定的矩陣分成許多小方塊，即像素。所得到的各種不同的信息經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成不同值的數(shù)字，然后存儲起來。再把造影圖像的數(shù)字信息與未造影圖像的數(shù)字信息相減，所獲得的不同數(shù)值的差值信號，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換成各種不同的灰度等級，在陰極射線管上構(gòu)成圖像。由此，骨胳和軟組織的影像被消除，僅留下含有造影劑的血管影像。 影像增強器型DSA原理 數(shù)字減影血管造影是將未造影的圖像和造影

8、圖像，分別經(jīng)影像增強器增強，攝像機(jī)掃描而矩陣化，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化，兩者相減而獲得數(shù)字化圖像，最后經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換成減影圖像，其結(jié)果是消除了造影血管以外的結(jié)構(gòu)，突出了被造影的器官影像。 影像增強器型DSA原理 DSA的減影過程基本上按以下順序進(jìn)行：攝制普通片；制備mask片，即蒙片；攝制血管造影片。把mask片與血管造影片重疊一起翻印成減影片。 二各種DSA的成像原理2平板探測器型DSA原理非晶硅平板探測器 （間接轉(zhuǎn)化型平板探測器）基本結(jié)構(gòu)為：碘化銫（CsI）閃爍體層，非晶硅（a-Si）光電二極管，行驅(qū)動電路，圖像信號讀取電路。非晶硅平板探測器成像基本過程（成像原理）：1 X線CsI閃爍晶體可見光2

9、 可見光 a-Si光電二極管陣列電荷， 連續(xù)圖像點陣式3 電荷中央時序控制器，行驅(qū)動電路、讀取電路數(shù)字信號 數(shù)字信號通訊接口電路 圖像處理器X線數(shù)字圖像各種DSA的成像原理 由于非晶硅平板探測器經(jīng)歷了X射線可見光電荷圖像數(shù)字圖像的成像過程，所以被稱之為間接轉(zhuǎn)化型平板探測器。各種DSA的成像原理非晶硒平板探測器（直接轉(zhuǎn)換型平板探測器） 非晶硒平板內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 非晶硒半導(dǎo)體材料涂層 和 薄膜晶體管（TFT）陣列非晶硒平板探測器 成像過程不同，分4步：1、曝光前對非晶硒兩面的偏置電極板間預(yù)先施加05000V正向電壓形成偏置電場，像素矩陣處于預(yù)置初始狀態(tài)；2、X線曝光時在偏置電場作用下形成電流垂直運動電

10、荷采集電極給儲存電容充電；3、讀取TFT儲存電容內(nèi)的電荷（門控信號控制）放大 A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號計算機(jī)運算數(shù)字圖像；4、消除殘存電荷。 非晶硒平板探測器 直接將X線光子通過電子轉(zhuǎn)換為數(shù)字化圖像，所以又被稱為直接轉(zhuǎn)換型平板探測器。三 DSA信號與圖像采集DSA信號 在造影期間進(jìn)行兩次曝光，一次是在對比劑到達(dá)興趣區(qū)之前，一次是在對比劑到達(dá)興趣區(qū)并出現(xiàn)最大濃度時，相應(yīng)的圖像被稱為mask像和造影像。如果受檢者在曝光過程中保持體位不移動，則兩圖像之間唯一的差別就是含有對比劑的血管影像，它們兩者的差值就是DSA信號。興趣區(qū)的DSA信號是對比劑的攝影碘濃度，即血管內(nèi)碘濃度（PI）與血管直徑（d）的乘積，

11、DSA信號強度取決于PId。在DSA中，血管顯影所需的最低碘量與血管直徑成反比。相對來說，在直徑較小的血管中，提高X線圖像質(zhì)量，增加碘濃度更可取。DSA圖像采集2DSA成像參數(shù)的選擇 檢查前將受檢者相關(guān)資料輸入計算機(jī),以備檢查后查詢.按照檢查要求設(shè)置不同的檢查參數(shù).（1）、確定DSA方式：根據(jù)不同病情、不同部位選擇適應(yīng)的減影技術(shù)（四肢血管-脈沖-2-3幀，冠脈-超脈沖-25幀，心臟-心電圖觸發(fā)脈沖-25幀）DSA圖像采集（2）、采集時機(jī)及幀率 原則是對比劑最大濃度出現(xiàn)在所攝取的造影系列圖像中。采集時機(jī)可根據(jù)要求選擇曝光延遲或注射延遲。曝光延遲：先注射對比劑后采集圖像（IV-DSA或?qū)Ч茼敹司嗯d

12、趣區(qū)較遠(yuǎn)）；注射延遲：先采集圖像后注射對比劑（IA-DSA）；采集幀率和時間根據(jù)DSA裝置、病變部位和病變特點選擇。DSA圖像采集（3）、mask像的選擇與充盈像的相減組合可以造影前選擇，若不理想可在后處理中重新選擇。DSA圖像采集 3注射參數(shù)的設(shè)定DSA減影圖像質(zhì)量的好壞與注射參數(shù)的選擇直接相關(guān),碘信號的強弱直接影響靶血管的顯示程度,影響診斷需求.注射參數(shù)的確立直接決定DSA的碘信號。注射參數(shù)包括:1、注射流率；2、注射劑量；3、注射壓力；4、注射時機(jī)等。DSA圖像采集（1）注射流率指單位時間內(nèi)經(jīng)導(dǎo)管注入的對比劑的量，以ml/s表示；一般注射流率應(yīng)等于或略大于其血流速度；流率過低，被稀釋；流

13、率過高，血管破裂；根據(jù)病情選擇流率（夾層動脈瘤等）對比劑流率的大小與導(dǎo)管的半徑四次方成正比、與導(dǎo)管的長度成反比。DSA圖像采集 （2）注射劑量IVDSA采集所需劑量大，IADSA所需劑量相對較低；血管顯影所需的對比劑最低碘量與血管直徑成反比。腎功能不良應(yīng)慎重用量。 （3）注射壓力與注射速度、對比劑濃度、對比劑溫度導(dǎo)管尺寸等有關(guān)。DSA圖像采集 （4）注射時機(jī)根據(jù)造影要求設(shè)定曝光延遲或注射延遲； IV-DSA的曝光延遲；IA-DSA的注射延遲。還需設(shè)定對比劑上升速率，即注射的對比劑達(dá)到設(shè)定的注射流率所需要的時間，一般為0.5s。注射對比劑維持時間依據(jù)檢查部位血管及診斷需求而定。四 DSA的成像方

14、式 根據(jù)將造影劑注入靜脈或動脈而分為靜脈DSA（IVDSA ）動脈DSA（IADSA）靜脈DSA（IV DSA） ：凡經(jīng)靜脈途徑置入導(dǎo)管或套管針注射造影劑行DSA檢查的方法，皆稱之為IV DSA。 靜脈DSA分 外周靜脈法（將導(dǎo)管尖端或套管針置于外周淺靜脈 ） 中心靜脈法 （將導(dǎo)管尖端置于上腔靜脈或右心房 ）IVDSA最初是通過靜脈注射對比劑顯示全身動脈，需要對比劑量大，輻射劑量高；目前IVDSA基本廢棄，僅用于門靜脈、髂靜脈四肢靜脈的檢查。動脈DSA（IA DSA） ：對比劑直接注入興趣區(qū)動脈或接近興趣區(qū)動脈處，它使用的對比劑濃度低。目前臨床上應(yīng)用廣泛IADSA通過臨床實踐具有如下優(yōu)點：造影

15、劑用量少，濃度低稀釋的造影劑減少了病人的不適，從而減少了移動偽影血管互相重疊少，明顯改善了小血管的顯示靈活性大，便于介入治療，無大的損傷 動態(tài)DSA 在DSA成像過程中,球管、人體和檢測器在規(guī)律運動的情況下,獲得清晰的DSA圖像的方式,稱之為動態(tài)DSA。四 DSA 減影方式時間減影能量減影混合減影 時間減影 是DSA的常用方式,在注入的對比劑團(tuán)塊進(jìn)入興趣區(qū)之前,將一幀或多幀圖像作為mask像儲存起來,并與時間順序出現(xiàn)的含有對比劑的充盈像一一進(jìn)行相減,這樣兩幀間相同的影像部分被消除,而對比劑通過的部分被顯示出來.因造影像和mask像兩者獲得的時間先后不同,故稱時間減影。能量減影 也稱雙能減影，邊

16、緣減影。即進(jìn)行興趣區(qū)血管造影時，同時用兩個不同的管電壓，如70kV和130kV取得兩幀圖，作為減影對進(jìn)行減影，由于兩幀圖像是利用兩種不同的能量攝制的，所以稱為能量減影。臨床較少應(yīng)用。 混合減影 基于時間與能量兩種物理變量，先作能量減影再作時間減影。混合減影經(jīng)歷了兩個階段，先消除軟組織，后消除骨組織，最后僅留下血管像?；旌蠝p影要求在同一焦點上發(fā)生兩種高壓，或在同一X線管中具有高壓和低壓兩個焦點。所以，混合減影對設(shè)備及X線球管負(fù)載的要求都較高。臨床較少應(yīng)用。DSA時間減影的方式常規(guī)方式脈沖方式超脈沖方式連續(xù)方式時間之隔差方式路標(biāo)方式心電圖觸發(fā)脈沖方式DSA時間減影1、脈沖減影方式為每秒進(jìn)行數(shù)幀攝影

17、，采用間隙X線脈沖曝光，持續(xù)時間（脈沖寬度）在幾毫秒到幾百毫秒之間，得到一系列連續(xù)的減影圖像；信噪比較高，圖像質(zhì)量好，普遍采用；適用于活動較少的部位，如頭、頸、四肢及胸腹部等。DSA時間減影2、超脈沖減影方式在短時間進(jìn)行每秒630幀的X線脈沖采像，然后逐幀高速度重復(fù)減影，具有頻率高、脈寬窄的特點。應(yīng)用于快速運動的器官，如心臟大血管，減少運動模糊；對比分辨率降低，對X線球管要求高；適用于心臟、冠脈、不配合的胸腹部檢查。DSA時間減影3、心電圖觸發(fā)脈沖減影方式與心臟大血管的的搏動節(jié)律相匹配，以保證系列中所有的圖像與其節(jié)律相同位，釋放曝光的時間點是變化的,以便掌握最小的心血管運動時機(jī)。外部心電圖以三

18、種方式觸發(fā)采像：連續(xù)心電圖標(biāo)記；脈沖心電圖標(biāo)記；脈沖心電門控；此法避免搏動產(chǎn)生的圖像運動性模糊，主要用于心臟和冠脈的DSA檢查。四DSA影像處理DSA影像處理的方式包括:1、窗口技術(shù)2、再蒙片3、像素移位4、圖像的合成或積分5、匹配濾過與遞推濾過6、對數(shù)放大與線性放大7、補償濾過8、界標(biāo)與興趣區(qū)的處理等。四DSA影像處理 （1）再蒙片即重新確定mask像，是對患者自主或不自主運動造成減影對錯位的后處理方法。局限性：替換的蒙片中含有一定量的對比劑，使減影后的差值信號降低。 （2）像素移位通過計算機(jī)內(nèi)推法程序來消除移動偽影的技術(shù)。主要用于消除患者移動引起的減影像中的配準(zhǔn)不良。將蒙片中的局部或全部像

19、素向不同的方向移動一定的距離，使之與對應(yīng)的像素更好的配合。改善功能有限。四DSA影像處理 （3）圖像的合成或積分將多幀mask像積分，并作一個負(fù)數(shù)加權(quán)，若干含對比劑的幀幅積分，做一個正數(shù)加權(quán)，再減影，可得到積分后的減影像。是一種空間濾過處理；積分圖像越多，圖像噪聲越低；積分法實質(zhì)是一定時間內(nèi)對一系列圖像的平均過程。 （4）補償濾過是在X線球管與病人之間放入附加的衰減材料，在視野內(nèi)選擇性的衰減特定的輻射強度區(qū)，以便提供更均勻的X線的衰減。四DSA影像處理 （5）界標(biāo)與興趣區(qū)的處理界標(biāo)界標(biāo)技術(shù)主要是為DSA的減影圖像提供一個解剖學(xué)標(biāo)志，對病變區(qū)域血管準(zhǔn)確的解剖定位，為疾病診斷或外科手術(shù)做參考；用一

20、個增強了的DSA減影像與未減影像重合，同時顯示減影的血管與背景結(jié)構(gòu)，即為標(biāo)界影像。四DSA影像處理感興趣區(qū)處理對病變區(qū)勾邊增強，突出病灶；放大、灰度校準(zhǔn)及轉(zhuǎn)換，附加文字說明；對病變區(qū)數(shù)字運算、圖像轉(zhuǎn)換，以觀察圖像的細(xì)致程度；對病變區(qū)計算統(tǒng)計，包括密度統(tǒng)計、兩個感興趣區(qū)的密度比率等；建立時間密度曲線；病變區(qū)曲線的處理；確定心臟功能參數(shù)、測定心室容積和射血分?jǐn)?shù)等研究對比劑流過血管的情況，從而確定血管內(nèi)的相對流量，灌注時間和血管限流，同時可以測出血管內(nèi)的狹窄程度、大小、相對百分比，以及狹窄區(qū)的密度改變和百分比等。七影響DSA圖像質(zhì)量的因素可發(fā)生在DSA成像鏈全過程：設(shè)備結(jié)構(gòu)成像方式操作技術(shù)造影方法患

21、者本身七影響DSA圖像質(zhì)量的因素1、設(shè)備結(jié)構(gòu)（一）X線源與顯像系統(tǒng)X線系統(tǒng) 產(chǎn)生穩(wěn)定高壓、脈沖時序和穩(wěn)定脈寬的X線發(fā)生器；大功率X線球管80萬HU（熱單位）；功能完善的遮光柵和X線濾過裝置。影像增強器或數(shù)字平板探測器具有每秒25幀以上的顯示能力、理想的光敏度、足夠的亮度、較高的分辨率和對比度、最小的失真度；適應(yīng)不同部位使用的可變輸出視野和穩(wěn)定的光路分配器。七影響DSA圖像質(zhì)量的因素光學(xué)系統(tǒng)：為了適應(yīng)輸入光量變化范圍（X線劑量范圍）大和防止攝入強光，要求大孔徑、光圈可自動調(diào)節(jié)、內(nèi)含電動濾光片的鏡頭；電視攝像（管）機(jī)很高的分辨率和適宜的合成時間，確保輸出屏上1毫倫X線產(chǎn)生的微弱熒光都能毫無遺漏的采

22、集到；系統(tǒng)動態(tài)幅度的信噪比在1000:1左右；每幀圖像的水平穩(wěn)定度差異要小于1%。七影響DSA圖像質(zhì)量的因素（二）計算機(jī)與監(jiān)視系統(tǒng)計算機(jī)擔(dān)負(fù)整機(jī)運行控制和圖像處理等多項任務(wù)，應(yīng)具備：準(zhǔn)確啟動高壓注射對比劑、X線脈沖曝光甚至是床體、機(jī)架的規(guī)則運動；數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、快速完成運算、存儲、減影和圖像處理等系列程序。監(jiān)視器要求配備逐行掃描1024線以上的高清晰、大屏幕監(jiān)視器。七影響DSA圖像質(zhì)量的因素 2、成像方式和操作技術(shù)（一）成像方式的影響成像方式：脈沖成像（PI mode）、超脈沖成像（SPI mode）、連續(xù)成像（CI mode）和心電圖觸發(fā)脈沖成像。造影時應(yīng)根據(jù)受檢部位和診斷要求選擇相應(yīng)的成像

23、方式，以獲取高信噪比的減影圖像。七影響DSA圖像質(zhì)量的因素（二）操作技術(shù)的影響攝影條件 X線劑量與密度分辨率成正比自動曝光：密度高且體厚的部位手動曝光：密度低且體薄的部位經(jīng)曝光測試后選擇，避免過度曝光或曝光不足。攝影體位 基本體位正側(cè)位，及多種復(fù)合角度的攝影體位；正確的攝影體位對顯示心腦血管病變及指導(dǎo)介入治療十分重要。七影響DSA圖像質(zhì)量的因素攝影技術(shù)因素合理應(yīng)用遮光器和密度補償裝置使影像密度均勻；正確選擇照射野，焦點至人體距離、人體至探測器距離、焦點至探測器距離，可以防止圖像放大失真和模糊。七影響DSA圖像質(zhì)量的因素后處理技術(shù) 充分利用再蒙片、圖像配準(zhǔn)、圖像合成、邊緣增強和窗口技術(shù)等多種后處理技術(shù)來消除偽影、減少噪聲、提高興趣區(qū)信噪比，以改善DSA圖像質(zhì)量。七影響DSA圖像質(zhì)量的因素 3、造影方法和對比劑（1）造影方法除直接穿刺靜脈血管造影外，應(yīng)以選擇性IADSA和超選擇性IADSA成像為佳。（2）對比劑對比劑的濃度和用量與DSA圖像質(zhì)量直接相關(guān)七影響DSA圖像質(zhì)量的因素 4、患者本身因素患者自主、不自主運動會產(chǎn)生運動偽影；術(shù)前對患者進(jìn)行呼吸控制等配合性訓(xùn)練；對意識差或無意識的患者給予鎮(zhèn)靜劑或適當(dāng)麻醉，對受檢部位加以固定等；正確把握曝光時機(jī)，避免圖像運動模糊影像