DSA设备及成像原理.ppt

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1、第五篇 DSA成像技术,DSA设备及成像原理 介入放射学 的临床检查技术,一、数字减影血管造影（DSA）,是通过计算机把血管影像上的骨与软组织影像消除而突出血管的一种成像技术。,DSA的基本工作原理是,将X射线机对准人体的某一部位，并将X射线造影剂注入人体的血管中。如果在注入造影剂的前后分别摄取这同一部位的X射线图像，然后再将这两幅图像想减，那么就可以消除图像中相同结构的部分，而突出注入造影剂的血管部分。,脑血管造影,临床应用,颈部血管影像 肺动脉血管造影,腹部血管造影,下肢血管造影,肝脏动脉血管造影,一 DSA设备基本构成,高压发生器: 向X线管两端施加高电压的X线装置，产生高千伏、短脉冲、

2、输出稳定的高压。功率达100KW，具有高频逆变（将50Hz的交流电逆变为几十KHz的超高频交流电）， X线管： 目前DSA的X线管采用液态金属球管，金属和陶瓷之间的过渡采用铌，用铜焊接。 探测器,DSA设备基本构成,C型臂：为满足DSA检查和治疗需求所设计的。C型臂两顶端分别安装射线发射装置和探测器设备，即一端为X线管组件和准直器，另一端安装影像增强器、X线电视摄像机或平板探测器等。特点：结构紧凑、转动灵活、活动范围大，多方位X线摄影。,DSA设备基本构成,导管床：DSA检查的手术床。 床面材质：由高强度低吸收的碳纤维为材料. 功能：上下升降，前后移动，左右旋转， 头脚端倾斜。,影像增强器系统

3、,(一)光栅：影像增强器和摄像机之间的光学结构。 组成 包括准直透镜、光阑、聚焦透镜。 性能作用 当影像增强器输出的光线很弱时，光阑打开，摄像机接收全部来自影像增强器的成像信息；反之，当影像增强器输出的光线很强时，光阑关闭到最小，摄像机仅接受从光阑的中心小孔中照射过来的光强信息。,（二）影像增强管 结构 ：影像增强器由增强管、管容器、电源、光学系统及支架部分组成。影响增强管是主要部分，前端有输入屏，尾端有输出屏。 工作原理 ：由X线管射出的X线穿过人体，在增强管的输入屏形成可见光图像，可见光图像经与输入屏相连的光电阴极发射出光电子；光电子在聚集电极及阳极形成的电子透镜的作用下，聚焦加速后在输出

4、屏上形成缩小了的电子影像；电子影像经输出屏转化为可见光图像。,性能参数：1.缩小增益：输出屏面积比输入屏小，光电阴极发射出的电子，通过电子光学系统，集中投射到面积较小的输出屏上。这样，输出屏单位面积接收的电子数量，以及由它们激发出的光子数量将增加，从而提高了亮度，这叫缩小增益。 2.能量增益：指从光电阴极发射出的电子，在阳极正电位加速过程中获得了更大的能量。光电阴极与阳极之间电压越高，电子获得的能量越大，在输出屏上激发出的光子数量越多，亮度越强，这叫能量增益。 影像增强器的 亮度增益=缩小增益*能量增益,（三）光学器件 用于将影像增强器输出屏上形成的可见光图像传递到视频摄像管输入屏。 包括 透

5、镜，孔径，反光镜。,（四） 摄像机 X线电视摄像机的核心部件是摄像管。它的主要功能是将影像增强管输出屏上的荧光影像顺序变换成强弱不同的讯号电压，成为电子影像。 过程 记录影像：利用靶面上各点电位的起伏记录影像增强器输出屏上的影像。 阅读影像：利用电子束从左向右，从上到下逐点扫描阅读靶面上记录的影像。 擦去影像：当电子束扫描过一点后立即将这点恢复到起始电位，从而实现了影像的“擦抹”，避免了图像之间混叠。,高压注射器 一种具有大推力，高速度，满足心血管造影和介入治疗要求的自动推注系统。 高压注射器能够确保在短时间内按设置要求将对比剂注入血管内，高浓度显示目标血管，形成高对比度影像，使检查成功率提高

6、。,高压注射器,基本结构：注射头、主控箱、操作面板、多向移动臂及移动支架。,高压注射器,高压注射器工作原理 由微处理器处理设定的速度后，经控制电路控制注射电机速度。当设定速度和实际速度不等时，电机就转动。将处理器传来的设定速度和实际速度的差进行积分，产生一个校准因数，当设定速度与实际速度相等时，此因数为零；压力控制是由电路监测与限制主电路采样电机电流，并精确测量实际压力，如果实际压力试图超过预置压力，则注射速度就会被限制。对比剂量和注射量分别由两套电路控制。如果实际注射量超出设定量，将会出现注射故障，注射筒活塞（等于注射量）位置监测控制切断注射。在注射结束时控制制动交换器切断电机电源，使电机停

7、转。,目前DSA探测器包括,影像增强器 平板探测器 CCD（电荷耦合型 Charge-couple device）探测器,各种DSA的成像原理,1影像增强器型DSA原理 数字减影血管造影是利用影像增强器将透过人体后已衰减的未造影图像的X线信号增强，再用高分辨率的摄像机对增强后的图像作系列扫描。扫描本身就是把整个图像按一定的矩阵分成许多小方块，即像素。所得到的各种不同的信息经模数转换成不同值的数字，然后存储起来。再把造影图像的数字信息与未造影图像的数字信息相减，所获得的不同数值的差值信号，经数模转换成各种不同的灰度等级，在阴极射线管上构成图像。由此，骨胳和软组织的影像被消除，仅留下含有造影剂的血

8、管影像。,影像增强器型DSA原理,数字减影血管造影是将未造影的图像和造影图像，分别经影像增强器增强，摄像机扫描而矩阵化，经模数转换成数字化，两者相减而获得数字化图像，最后经数模转换成减影图像，其结果是消除了造影血管以外的结构，突出了被造影的器官影像。,影像增强器型DSA原理,DSA的减影过程基本上按以下顺序进行： 摄制普通片； 制备mask片，即蒙片； 摄制血管造影片。 把mask片与血管造影片重叠一起翻印成减影片。,二各种DSA的成像原理,2平板探测器型DSA原理 非晶硅平板探测器 （间接转化型平板探测器） 基本结构为： 碘化铯（CsI）闪烁体层， 非晶硅（a-Si）光电二极管， 行驱动电路

9、， 图像信号读取电路。,非晶硅平板探测器,成像基本过程（成像原理）： 1 X线CsI闪烁晶体可见光 2 可见光 a-Si光电二极管阵列电荷， 连续图像点阵式 3 电荷中央时序控制器，行驱动电路、读取电路数字信号 数字信号通讯接口电路 图像处理器X线数字图像,各种DSA的成像原理,由于非晶硅平板探测器经历了X射线可见光电荷图像数字图像的成像过程，所以被称之为间接转化型平板探测器。,各种DSA的成像原理,非晶硒平板探测器（直接转换型平板探测器） 非晶硒平板内部结构： 非晶硒半导体材料涂层 和 薄膜晶体管（TFT）阵列,非晶硒平板探测器,成像过程不同，分4步：1、曝光前对非晶硒两面的偏置电极板间预先

10、施加05000V正向电压形成偏置电场，像素矩阵处于预置初始状态；2、X线曝光时在偏置电场作用下形成电流垂直运动电荷采集电极给储存电容充电；3、读取TFT储存电容内的电荷（门控信号控制）放大 A/D转换成数字信号计算机运算数字图像；4、消除残存电荷。,非晶硒平板探测器 直接将X线光子通过电子转换为数字化图像，所以又被称为直接转换型平板探测器。,三 DSA信号与图像采集,DSA信号 在造影期间进行两次曝光，一次是在对比剂到达兴趣区之前，一次是在对比剂到达兴趣区并出现最大浓度时，相应的图像被称为mask像和造影像。如果受检者在曝光过程中保持体位不移动，则两图像之间唯一的差别就是含有对比剂的血管影像，

11、它们两者的差值就是DSA信号。 兴趣区的DSA信号是对比剂的摄影碘浓度，即血管内碘浓度（PI）与血管直径（d）的乘积，DSA信号强度取决于PId。 在DSA中，血管显影所需的最低碘量与血管直径成反比。 相对来说，在直径较小的血管中，提高X线图像质量，增加碘浓度更可取。,DSA图像采集,2DSA成像参数的选择 检查前将受检者相关资料输入计算机,以备检查后查询.按照检查要求设置不同的检查参数. （1）、确定DSA方式： 根据不同病情、不同部位选择适应的减影技术（四肢血管-脉冲-2-3帧，冠脉-超脉冲-25帧，心脏-心电图触发脉冲-25帧）,DSA图像采集,（2）、采集时机及帧率 原则是对比剂最大浓

12、度出现在所摄取的造影系列图像中。 采集时机可根据要求选择曝光延迟或注射延迟。 曝光延迟：先注射对比剂后采集图像（IV-DSA或导管顶端距兴趣区较远）； 注射延迟：先采集图像后注射对比剂（IA-DSA）； 采集帧率和时间根据DSA装置、病变部位和病变特点选择。,DSA图像采集,（3）、mask像的选择与充盈像的相减组合 可以造影前选择，若不理想可在后处理中重新选择。,DSA图像采集,3注射参数的设定 DSA减影图像质量的好坏与注射参数的选择直接相关,碘信号的强弱直接影响靶血管的显示程度,影响诊断需求.注射参数的确立直接决定DSA的碘信号。 注射参数包括:1、注射流率；2、注射剂量；3、注射压力；

13、4、注射时机等。,DSA图像采集,（1）注射流率 指单位时间内经导管注入的对比剂的量，以ml/s表示； 一般注射流率应等于或略大于其血流速度； 流率过低，被稀释；流率过高，血管破裂； 根据病情选择流率（夹层动脉瘤等） 对比剂流率的大小与导管的半径四次方成正比、与导管的长度成反比。,DSA图像采集,（2）注射剂量 IVDSA采集所需剂量大，IADSA所需剂量相对较低； 血管显影所需的对比剂最低碘量与血管直径成反比。 肾功能不良应慎重用量。 （3）注射压力 与注射速度、对比剂浓度、对比剂温度导管尺寸等有关。,DSA图像采集,（4）注射时机 根据造影要求设定曝光延迟或注射延迟； IV-DSA的曝光延

14、迟；IA-DSA的注射延迟。 还需设定对比剂上升速率，即注射的对比剂达到设定的注射流率所需要的时间，一般为0.5s。 注射对比剂维持时间依据检查部位血管及诊断需求而定。,四 DSA的成像方式,根据将造影剂注入静脉或动脉而分为 静脉DSA（IVDSA ） 动脉DSA（IADSA）,静脉DSA（IV DSA） ：凡经静脉途径置入导管或套管针注射造影剂行DSA检查的方法，皆称之为IV DSA。 静脉DSA分 外周静脉法（将导管尖端或套管针置于外周浅静脉 ） 中心静脉法 （将导管尖端置于上腔静脉或右心房 ）,IVDSA最初是通过静脉注射对比剂显示全身动脉，需要对比剂量大，辐射剂量高； 目前IVDSA基

15、本废弃，仅用于门静脉、髂静脉四肢静脉的检查。,动脉DSA（IA DSA） ：对比剂直接注入兴趣区动脉或接近兴趣区动脉处，它使用的对比剂浓度低。目前临床上应用广泛 IADSA通过临床实践具有如下优点： 造影剂用量少，浓度低 稀释的造影剂减少了病人的不适，从而减少了移动伪影 血管互相重叠少，明显改善了小血管的显示 灵活性大，便于介入治疗，无大的损伤,动态DSA 在DSA成像过程中,球管、人体和检测器在规律运动的情况下,获得清晰的DSA图像的方式,称之为动态DSA。,四 DSA 减影方式,时间减影 能量减影 混合减影,时间减影 是DSA的常用方式,在注入的对比剂团块进入兴趣区之前,将一帧或多帧图像作

16、为mask像储存起来,并与时间顺序出现的含有对比剂的充盈像一一进行相减,这样两帧间相同的影像部分被消除,而对比剂通过的部分被显示出来.因造影像和mask像两者获得的时间先后不同,故称时间减影。,能量减影 也称双能减影，边缘减影。即进行兴趣区血管造影时，同时用两个不同的管电压，如70kV和130kV取得两帧图，作为减影对进行减影，由于两帧图像是利用两种不同的能量摄制的，所以称为能量减影。临床较少应用。,混合减影 基于时间与能量两种物理变量，先作能量减影再作时间减影。混合减影经历了两个阶段，先消除软组织，后消除骨组织，最后仅留下血管像。混合减影要求在同一焦点上发生两种高压，或在同一X线管中具有高压

17、和低压两个焦点。所以，混合减影对设备及X线球管负载的要求都较高。临床较少应用。,DSA时间减影的方式 常规方式 脉冲方式 超脉冲方式 连续方式 时间之隔差方式 路标方式 心电图触发脉冲方式,DSA时间减影,1、脉冲减影方式 为每秒进行数帧摄影，采用间隙X线脉冲曝光，持续时间（脉冲宽度）在几毫秒到几百毫秒之间，得到一系列连续的减影图像； 信噪比较高，图像质量好，普遍采用； 适用于活动较少的部位，如头、颈、四肢及胸腹部等。,DSA时间减影,2、超脉冲减影方式 在短时间进行每秒630帧的X线脉冲采像，然后逐帧高速度重复减影，具有频率高、脉宽窄的特点。 应用于快速运动的器官，如心脏大血管，减少运动模糊

18、； 对比分辨率降低，对X线球管要求高； 适用于心脏、冠脉、不配合的胸腹部检查。,DSA时间减影,3、心电图触发脉冲减影方式 与心脏大血管的的搏动节律相匹配，以保证系列中所有的图像与其节律相同位，释放曝光的时间点是变化的,以便掌握最小的心血管运动时机。 外部心电图以三种方式触发采像： 连续心电图标记； 脉冲心电图标记； 脉冲心电门控； 此法避免搏动产生的图像运动性模糊，主要用于心脏和冠脉的DSA检查。,四DSA影像处理,DSA影像处理的方式包括: 1、窗口技术 2、再蒙片 3、像素移位 4、图像的合成或积分 5、匹配滤过与递推滤过 6、对数放大与线性放大 7、补偿滤过 8、界标与兴趣区的处理等。

19、,四DSA影像处理,（1）再蒙片 即重新确定mask像，是对患者自主或不自主运动造成减影对错位的后处理方法。 局限性：替换的蒙片中含有一定量的对比剂，使减影后的差值信号降低。 （2）像素移位 通过计算机内推法程序来消除移动伪影的技术。 主要用于消除患者移动引起的减影像中的配准不良。 将蒙片中的局部或全部像素向不同的方向移动一定的距离，使之与对应的像素更好的配合。 改善功能有限。,四DSA影像处理,（3）图像的合成或积分 将多帧mask像积分，并作一个负数加权，若干含对比剂的帧幅积分，做一个正数加权，再减影，可得到积分后的减影像。 是一种空间滤过处理； 积分图像越多，图像噪声越低； 积分法实质是

20、一定时间内对一系列图像的平均过程。 （4）补偿滤过 是在X线球管与病人之间放入附加的衰减材料，在视野内选择性的衰减特定的辐射强度区，以便提供更均匀的X线的衰减。,四DSA影像处理,（5）界标与兴趣区的处理 界标 界标技术主要是为DSA的减影图像提供一个解剖学标志，对病变区域血管准确的解剖定位，为疾病诊断或外科手术做参考； 用一个增强了的DSA减影像与未减影像重合，同时显示减影的血管与背景结构，即为标界影像。,四DSA影像处理,感兴趣区处理 对病变区勾边增强，突出病灶； 放大、灰度校准及转换，附加文字说明； 对病变区数字运算、图像转换，以观察图像的细致程度； 对病变区计算统计，包括密度统计、两个

21、感兴趣区的密度比率等； 建立时间密度曲线； 病变区曲线的处理； 确定心脏功能参数、测定心室容积和射血分数等 研究对比剂流过血管的情况，从而确定血管内的相对流量，灌注时间和血管限流，同时可以测出血管内的狭窄程度、大小、相对百分比，以及狭窄区的密度改变和百分比等。,七影响DSA图像质量的因素,可发生在DSA成像链全过程： 设备结构 成像方式 操作技术 造影方法 患者本身,七影响DSA图像质量的因素,1、设备结构 （一）X线源与显像系统 X线系统 产生稳定高压、脉冲时序和稳定脉宽的X线发生器； 大功率X线球管80万HU（热单位）； 功能完善的遮光栅和X线滤过装置。 影像增强器或数字平板探测器 具有每

22、秒25帧以上的显示能力、理想的光敏度、足够的亮度、较高的分辨率和对比度、最小的失真度； 适应不同部位使用的可变输出视野和稳定的光路分配器。,七影响DSA图像质量的因素,光学系统：为了适应输入光量变化范围（X线剂量范围）大和防止摄入强光，要求大孔径、光圈可自动调节、内含电动滤光片的镜头； 电视摄像（管）机 很高的分辨率和适宜的合成时间，确保输出屏上1毫伦X线产生的微弱荧光都能毫无遗漏的采集到； 系统动态幅度的信噪比在1000:1左右； 每帧图像的水平稳定度差异要小于1%。,七影响DSA图像质量的因素,（二）计算机与监视系统 计算机担负整机运行控制和图像处理等多项任务，应具备： 准确启动高压注射对

23、比剂、X线脉冲曝光甚至是床体、机架的规则运动； 数据采集、转换、快速完成运算、存储、减影和图像处理等系列程序。 监视器要求配备逐行扫描1024线以上的高清晰、大屏幕监视器。,七影响DSA图像质量的因素,2、成像方式和操作技术 （一）成像方式的影响 成像方式：脉冲成像（PI mode）、超脉冲成像（SPI mode）、连续成像（CI mode）和心电图触发脉冲成像。 造影时应根据受检部位和诊断要求选择相应的成像方式，以获取高信噪比的减影图像。,七影响DSA图像质量的因素,（二）操作技术的影响 摄影条件 X线剂量与密度分辨率成正比 自动曝光：密度高且体厚的部位 手动曝光：密度低且体薄的部位 经曝光

24、测试后选择，避免过度曝光或曝光不足。 摄影体位 基本体位正侧位，及多种复合角度的摄影体位； 正确的摄影体位对显示心脑血管病变及指导介入治疗十分重要。,七影响DSA图像质量的因素,摄影技术因素 合理应用遮光器和密度补偿装置使影像密度均匀； 正确选择照射野，焦点至人体距离、人体至探测器距离、焦点至探测器距离，可以防止图像放大失真和模糊。,七影响DSA图像质量的因素,后处理技术 充分利用再蒙片、图像配准、图像合成、边缘增强和窗口技术等多种后处理技术来消除伪影、减少噪声、提高兴趣区信噪比，以改善DSA图像质量。,七影响DSA图像质量的因素,3、造影方法和对比剂 （1）造影方法 除直接穿刺静脉血管造影外

25、，应以选择性IADSA和超选择性IADSA成像为佳。 （2）对比剂 对比剂的浓度和用量与DSA图像质量直接相关,七影响DSA图像质量的因素,4、患者本身因素 患者自主、不自主运动会产生运动伪影； 术前对患者进行呼吸控制等配合性训练； 对意识差或无意识的患者给予镇静剂或适当麻醉，对受检部位加以固定等； 正确把握曝光时机，避免图像运动模糊影像。,七影响DSA图像质量的因素,5、改善DSA图像质量的措施 改善 DSA图像质量要从DSA成像链中的可变因素入手： 术前与患者良好沟通，争取术中积极配合，尽可能减少运动伪影； 根据X线摄影学原理和诊断要求，设计最佳摄影体位；,七影响DSA图像质量的因素,根据

26、病变部位结构特点，制定合理的曝光程序、适当的曝光参数、合适的成像方式和摄影方法、适宜的帧频等； 根据病情和病变部位，决定造影导管先端的放置位置、对比剂浓度、用量、流率、注射压力以及延迟方式；,七影响DSA图像质量的因素,正确使用遮光栅、密度补偿器以减少空间过度对比，防止饱和性伪影的产生； 充分发挥DSA设备的设计效能和图像后处理功能，使影像符合诊断要求； 合理应用曝光测试方法，在保证影像质量的同时尽量减少不必要的照射；,DSA特殊成像技术,旋转DSA技术 3D-DSA技术 岁差运动DSA技术 步进DSA技术 自动最佳角度定位DSA技术,动态DSA,按照C形臂的运动方式分为：旋转运动，岁差运动和

27、步进。,旋转DSA技术：进行旋转DSA成像时，DSA的形臂做两次旋转运动，第一次旋转采集一序列蒙片像，第二次旋转时采集含有对比剂影像，在相同运动轨迹采集的图像进行减影，获取序列减影图像。 三维采集方法； 注射对比剂前后两次采集图像序列； C型臂180参数采集，人体静止，球管与增强器同步匀速运动。 减影后可得到180血管图像； 适用于颅内动脉瘤、肝肿瘤的动脉供血。,岁差运动DSA技术： 利用C形臂支架两个方向的旋转，形成X线焦点在同一平面的四周运动，探测器则在支架的另一端做相反方向圆周运动，从而形成岁差运动。 主要用于观察腹部和盆腔重叠的血管。,步进式DSA 采用快速脉冲曝光采集图像，实时减影成像； 两次曝光采集中，球管和探测器静止，导管床携人体自动匀速移动，得到全程减影图像； 一次注射对比剂获得成像区域的血管全长； 主要用于四肢动脉DSA检查和介入治疗。,THE END 谢谢,