[DSA] 数字血管造影系统-软件篇

芷亦止兮

数字减影血管造影（Digital Subtraction Angiography ）简称DSA。DSA技术是20世纪80年代继CT之后兴起的一项新的医学影像技术。
在数字减影血管造影开发之前，减影的精确性还不能分辨影像内1％以下的影像对比。 DSA的问世，解决了医学影像学领域中血管造影的数字化成像问题，是医学影像学领域中的一个重要发展。

DSA的原理

DSA是建立在图像相减的基础上。在1961年有人提出利用两张相似图像的胶片与胶片间作光学减影处理,从而突出两者间的差别。光学减影的缺点：减影过程会丢失信息量，不能实时显示，要消耗大量的胶片。

目前的DSA是基于顺序图像的数字减影，减影技术的基本内容是把人体同一部位的两帧影像相减，从而得出它们的差值部分，其结果是在减影图像中消除了整个骨骼和软组织结构，使浓度很低的对比剂所充盈的血管在减影图中被显示出来，具有很强的对比度。

DSA的实现

胶片减影法步骤如下：
1、在注射造影剂前先摄取一张平片，也是一张负片。
2、将这张负片拷贝正片。
3、将这张正片置于注入造影剂后所摄得的同一部位的X线造影片上，在其下方再放置一张胶片，然后又曝光一次使这张胶片感光。

DSA减影过程基本上按以下顺序：
①摄制普通片 
②制备mask片，即素片、蒙片 
③摄制血管造影片 
④把mask片与血管造影片重叠一起翻印成减影片

DSA有三种方式：
一、时间减影：

时间减影是DSA的常用方式，是在注入对比剂前后摄取一系列影像，从中取一幅显影前（蒙片）与一幅显影后作减影。由于整个影像序列是在对比剂通过兴趣区血管期间摄取的，故每一幅均具有时间依赖性特征。用作减影的2幅影像是在不同显影时期获得的，故称为时间减影。
鉴于减影中所用的mask和充盈像的帧数及时间不同，又可分：
1、常规方式：

取mask和充盈像各一帧，然后相减。Mask的选定尽可能在血管充盈前的一瞬间，充盈像的选定以血管内造影剂浓度最高为宜。mask像与充盈像的确立也可以根据诊断的需要分别进行选择，以获得不同时期的减影像。

2、序列（脉冲）方式：


脉冲方式为每秒数帧的摄影，图像频率为每秒数幅；X线脉冲曝光。在对比剂未注入血管前采集蒙片(mask), 注射对比剂，在对比剂逐渐扩散的过程中对X线图像进行采集。然后用mask与序列对比剂充盈像逐一进行减影处理，最后得到一系列连续间隔的减影图像，是一种普遍采用的方式。 适用于活动少的部位的检查：脑血管、腹部、四肢等

3、超脉冲方式：


超脉冲方式是在短时间进行每秒6-30帧的X线脉冲摄像，然后逐帧高度重复减影，具有频率高，脉宽窄的特点。优点：适应心脏、冠状动脉、主肺动脉等活动快的部位，图像的运动模糊小。
4、连续方式（电影方式）：

连续方式与透视一样，X线机连续发出X线照射，得到与电视摄像机同步，以每秒25-50帧的连续影像的信号。亦类似于超脉冲方式。在连续方式中DSA系统处于连续的工作方式，摄像机连续摄制一系列图像供图像处理机处理。Mask一般都是用固定的。优点：图像频率高，可以显示快速运动的部位。

5、时间之隔差方式（TID）：


TID则是mask像不固定，顺次随机地将帧间图像取出，再与其后一定间隔的图像进行减影处理，从而获得一个序列的差值图像。在TID方式中，Mask像时时变化，边更新边重复减影处理。进行TID方式减影，能够消除由于相位偏差造成的图像运动性伪影。TID既可以作减影方式，又可以作为图像后处理方式。

6、路标方式：


先注入少许造影剂后摄影，再与透视下的插管作减影，形成一幅减影图像，作为一条轨迹，并重叠在透视影像上。采用少量注射、峰值保持、路径显示、透视叠加的方式。路标技术的使用为介入放射学的插管安全迅速创造了有利条件。路标技术是以透视的自然像作“辅助mask”，作为插管的路标。要求：在使用路标技术时患者体位和投射方向在整个过程中保持不变。

7、心电图触发脉冲方式：


与固定频率工作方式不同，X线脉冲与心脏的搏动节律相匹配，以保证系列中所有的图像与心律同相位，并可控制曝光的时间点在血管运动最小的时刻。此方式主要用于心脏大血管的DSA检查。

二、能量减影 


能量减影也称双能减影、K-缘减影，是利用对比剂与周围组织间能量衰减的差别进行减影。即进行兴趣区（ROI）血管造影时，几乎同时用两个不同的管电压，如70kV和130kV取得两帧图像，作为减影对进行减影，可以突出减影图像中碘的对比度，消除其它无关组织结构对图像的影响，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。

用低能和高能两种能量的影像相减只能消除一种组织的影像。因此在一幅减影图像中不能将软组织和骨骼同时消去。
优点：是进行处理的两幅图像是连续采集的，病人有少许活动不会影响图像的效果。
三、时间减影与能量减影的改良方式（混合减影）

1、积分蒙片方式：  把若干幅不含对比剂的影像积分，把若干幅血管显影影像积分，然后将两组积分后的影像再作减影处理。 
2、匹配滤过方式：  是把一系列减影图像加权以突出碘信号、降低背景结构信号和噪声的减影影像作时间积分的处理方法。 
3、递推滤过：          是应用视频影像处理方式，将图像加权后进行相加的方法，可以提高图像对比分辨率，但同时也降低了时间分辨率。
4、混合减影方式：  常规 DSA减影方式基于一种物理变量，即时间变量的减影。而混合减影则是：把时间、能量和深度三种变量为基础。



除上述减影外，还有电视减影、体层减影、光学减影和CO2-DSA等。



DSA影像后处理技术

后处理功能是DSA有别于常规血管造影的特征之一，也是计算机辅助的数字成像技术（CT、MR等）均具有的功能。
DSA的后处理功能主要常用的有以下内容：更换掩模法、图像位移、空间滤过、时间滤过、图像局部放大、图像旋转等 。

更换掩模法

也叫两蒙片法，是DSA中最重要也是常用的有效的校正配准不良的后处理方法。又称更换蒙片即重新确定mask像，是最常用的可以弥补造影过程中病人轻微运动，造成的减影对错位。

图像位移

又称像素移动。除再蒙片外，像素移动是DSA中另一个最常使用消除移动伪影的技术。是一种通过计算机内算法程序来消除移动伪影的技术。主要适合于肢体血管造影造成的移动伪影。
空间滤过（空域滤波）

为了提高DSA系统对微细血管的空间分辨力，常采用某些特殊办法，如边缘增强、选择性的放大空间频率等技术。用边缘增强等技术提高分辨空间分布细节的功能过程叫空间滤过，其含义是从空间提取更小的细节。
空间滤过是在一幅图像上选择性增强或减弱特殊空间频率成分，即通过施行边缘增强来补偿调制传递函数的一些下降，它是计算机软件控制的处理方法。常常是DSA系统的能力之一。

空间滤过通常有三种滤过方式：

①低通滤过，又叫平滑图像；
②中通滤过，是消除图像噪声的方法。
③高通滤过，又叫边缘增强，能使图像的边缘亮度增加变锐。


影响DSA图像质量的因素

噪声：X线系统的量子噪声、影像增强器的量子噪声、电子噪声等

伪影：


伪影是DSA成像过程中所造成的虚假现象，泛指影像失真。既影响病变的观察，又降低了图像质量。 主要形式有：运动性伪影、饱和状伪影和设备性伪影。
运动性伪影

在DSA的成像过程中，病人生理性和病理性的运动都可以使减影对不能精确重合，即配准不良。移动使减影对配准不良在影像上形成的伪影称为运动性伪影。
引起伪影原因有：造影剂刺激、呼吸运动、胃肠蠕动、心脏跳动、精神紧张、躁动病人或不合作小儿患者。

运动性伪影有几个特征：

①边缘处最明显，中心部相对轻微。
 ②伪影的量随结构边缘密度陡度增大而增大。
 ③伪影的量随移动的结构衰减系数增加而增大。
 ④配准不良在DSA影像导致正性和负性伪影。

所要求的动脉对比剂浓度与血管直径近似地成反比。一般在8mm直径的血管中要求对比剂浓度为2～6mg/ml，在2mm直径的血管中为10～20mg/ml，而在1mm直径的血管中为20～37mg/ml。

来源：https://blog.csdn.net/Kelvin_Yan/article/details/42494503
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