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第二节：DSA信号与图像形成
一、图像的采集
在病人进行DSA检查治疗前，应将有关资料输入计算机内，以便检查后查询，同时也为图像拷贝或激光打印留下文字记录。
不同的DSA装置有不同的减影方式，在确定DSA减影方式之前，操作者应对各种减影方式的特点、适应范围等全面掌握，仔细复习病历资料，根据不同的病情和诊断要求，进行全面权衡，选择与造影部位和病人状态相适应的DSA减影方式。
二、采集时机和采集帧率选择
采集时机和采集帧率选择原则，是使对比剂的最大浓度出现在所摄取的造影系列图像中，并尽可能减少病人的曝光量。
采集时机可经DSA键盘输入计算机，曝光时它自动按设定程序采集图像；也可在高压注射器上进行设定，即选择摄影延迟或注射延迟。
所谓摄影延迟，就是先注射对比剂，后曝光采集图像。所谓注射延迟则先曝光采集图像，后注射对比剂。
延迟的选择取决于造影方法及导管顶端至造影部位的距离，在静脉DSA或导管顶端距兴趣区较远时，应选用摄影延迟；在动脉DSA，特别是选择性和超选择性动脉造影时，应选用注射延迟。
如延迟时间选择不当时，在采像的时候，要么对比剂先流失，减影图像上无碘信号：要么曝光采集后减影图像不含碘信号。
正常情况下，肺循环时间4秒，脑循环8秒，肾及肠系膜循环12秒，脾循环（门静脉）16秒。
外周静脉法到达各部位时间大致如下：上腔、下腔静脉3-5秒，右心房4-6秒；右心室5-7秒，肺血管及左心房6-7秒；左心房6-8秒，主动脉7-9秒；颈总动脉、锁骨下动脉、肝动脉、肾动脉及脾动脉8-10秒；颅内动脉及骼动脉9-11秒；股动脉10-12秒，四肢动脉11-13秒。
中心静脉法则减去3秒，即为对比剂到达感兴趣区的时间。动脉DSA延迟时间要根据导管端至兴趣区的距离决定，同时应根据病人的状态确定，如心功能不良、狭窄性或阻塞性血管病变，应选择摄影延迟，即先注射对比剂。
采集帧率依DSA装置、病变部位和病变特点而定。大多数DSA装置的采像帧率是可变的，一般有2-30帧每秒不等。DSA的超脉冲式和连续方式采像帧率高达每秒50帧。
一般来说，头颅、四肢、盆腔等不移动的部位，每秒取2-3帧采集；腹部、肺部等较易运动的部位，每秒采取6帧；对不易配合的患者可选择每秒25帧；心脏和冠状动脉等运动大的部位每秒必须在25帧以上，才能保证采集的图像清晰。
采集时间的确定要依据插管动脉的选择程度、病变的部位和诊断的要求而定，如腹腔动脉造影需要观察门静脉时，颈内动脉造影需要观察脑静脉窦时，采集时间可达15-20秒。
三、DSA相关成像参数的选择
DSA检查前需要选择相关的成像参数，如减影方式、矩阵大小、增强器输入野尺寸（放大率）、摄像机光圈大小、X线焦点大小、球管负载、脉冲宽度、千伏值和毫安值、采像帧率、mask帧数、积分帧数、放大类型、曝光时间、注射延迟类型和时间、造影剂总量和浓度、注射流率、噪声消除方式等。这些参数的选择依据DSA设备的不同而不同。DSA各参数的选择应该从整体出发，全面权衡某一参数的作用对另一参数的影响。
心脏DSA成像需要高帧率采像、快注射的速率和使用大剂量对比剂；而四肢血管DSA成像则需要低帧率采像，注射低的对比剂浓度。四肢末梢的血管成像需要摄影延迟，提前注射对比剂等。
补偿滤过是DSA检查中一个不可缺少的步骤，采像时应将视野内密度低的区域加盖一些吸收X线的物质，使X线成像区域内的密度趋于一致，防止DSA图像出现饱和状伪影。
采像后减影图像在监视器上显示，其效果在于选择mask像与充盈像，以及它们之间的相减组合。这种组合可以在造影前设定，若采集的减影图像不理想，可在后处理中重新选择mask像和充盈像，并进行配对减影。若采集后的DSA图像模糊，可以重新确定DSA的mask像。mask像既可选在对比剂出现之前，也可选择在对比剂充盈最佳时，还可以选择在对比剂从血管中消失之后。这根据不同的诊断要求，需要根据观察血管的时相和病变范围进行相应的选择。
在DSA的成像过程中，不同的造影方式需要不同的对比剂浓度和用量，对比剂浓度随着观察病变的细致程度不同而不同，过高过低的对比剂浓度对血管的显示均不利。
确立对比剂的注射参数
静脉DSA对比剂浓度一般为60%-80%，按照对比剂在血管内的行程和稀释程度，外周静脉法使用的对比剂浓度比中心静脉法要高。动脉DSA的对比剂浓度一般为40%-60%。
选用对比剂的浓度应根据导管端至兴趣区距离不同而确定的，超选择性动脉造影剂比一般动脉造影的对比浓度要低。
对比剂的浓度和用量
对比剂的用量按患者的体重计算，成人一次用量为1.0ml/kg，儿童一次用量为1.2-1.5ml/kg；对比剂的总量成人3-4ml/kg，儿童总量为4-5ml/kg。
在实际应用中，对比剂的每次用量应根据造影方式、造影部位和病情状况等全面考虑，再进行选择。
根据对比剂-血管直径曲线可知，造影血管所需的最低对比剂用量与血管的直径成反比。较大的血管在显影高峰期再增加对比剂浓度，使之超过对比剂的最低限度，无助于血管的进一步显示，相反，在较小的血管，增加血管内的对比剂深度，将改善细小血管的显示程度。
注射流率
注射流率指单位时间内经导管注入对比剂的用量，一般以ml/s表示，还有以ml/min，ml/h表示，以便适应不同的造影部位和不同的诊断要求。选择流率的原则，应与导管尖端所在部位的血流速度相适应。
注射流率低于该部位的血流速度时，对比剂被血液稀释、显影效果差。注射流率增加，则血液中对比剂的浓度增高，影像的对比度提高；如注射流率过大，势必增加血管内的压力，造成病人不适，或血管破裂的危险，尤其是血管壁脆性增加和血管壁变薄的病变，如夹层动脉瘤、动脉粥样硬化等。
DSA所选的注射流率往往大于造影血管的实际流率。注射流率受多种因素的影响，即造影异管的内径、长度、单孔或侧孔、对比剂的粘稠度、导管端与血管的方位关系等。
从动力学的观点看来，要使导管内的对比剂作均匀速运动，必须有一个外力来抵抗消内摩擦力，这个外力就是来自导管两端的压力差，即注射压力。
实验表明，流率与导管的长度成反比，与对比剂的粘滞系数成反比，与导管半径的四次方及注射压力成正比。可见，导管型号和对比剂的粘滞度对流率有较大的影响，导管半径的微小变化，注射流率将会出现显著的变化，如果导管半径增加一倍，注射流率就会增加16倍。
对比剂的粘滞度可由其性质、浓度、温度等决定，不同浓度具有不同的粘稠度。对比剂的温度越高，粘稠度越小。对比剂粘滞度小时，对比剂就能快速地注入血管，避免了缓慢进入而造成对比度的稀释。
动脉DSA注射流率的大小，与血管显示的数量级及影像的分辩率成正相关。较高的注射速率可形成较密集的对比团块，提高小血管内的碘浓度，对判断细小血管的病变很有帮助。
注射斜率
注射斜率是注射的对比剂达到预选流率所需要的时间。即注药的线性上升速率。相当于对比剂注射速度达到所选流率的冲量，冲量越大，对比剂进入血管越快，线性上升速率也就越高，反之亦然。
线性上升速率的选择应根据不同的病变、导管先端所处的位置而定。一般来说，在靶血管承受范围内，线性上升速率与血管的显示率成正比。
注射压力
对比剂进入血管内作稳态流动需要一定的压力，也就是对比剂进入导管内及血管内的阻力。
一般来说，压力选择是根据造影部位和病变要求决定，亦应与导管的型号相匹配。造影部位不同，注射的压力也不一样，压力与血管的大小成正相关；造影方式不同，注射压力也有区别，即外周静脉法与中心静脉法，选择性与超选择性造影时注射压力各不相同；病变的性质不同，注射压力也不同，处于血管壁薄和变硬脆的病变，注射压力较正常时要小；导管的型号不同，注射压力也有区别。
各种不同型号的导管都有一定的压力范围，若对比剂注射的压力超过导管可承受的压力界限，造影导管就会从插入的血管内弹出，使得造影失败。同时，会引起造影血管因刺激而发生血管痉挛，造成再次插管困难。
各种压力单位有如下的换算关系：
1磅/in^2（PSI）=0.07kg/cm^2，1kg/cm^2=14.22磅/in^2
1巴（bar）=10^5N/m^2=1.02kg/cm^2
1kg/cm^2=9.*10^2pa
1mmHg=.pa
注射加速度及多次注射
加速度是速度时间变化率，加速度越大，单位时间速度变化越快，即对比剂在注射过程中速度愈来愈快。
如果选用的加速度过大，就会使对比剂在极短的时间内注入，产生很大的压力，使得造影部位难以承受，血管有发生破裂的危险。
多次注射是指在一个造影过程中，可选用首次注射流率，末次注射流率，第一秒注药多少毫升，第二秒注药多少毫升。
导管顶端的位置
造影导管顶端所处的位置与DSA有采像时机和成像质量，以及对比剂浓度和用量的选用密切相关。
静脉DSA时，造影导管顶端位于上腔静脉与右心房之间和位于下腔静脉与右心房之间，成像质量没有统计学的意义，而导管顶端位于贵要静脉，则成像质量有显著的差别。
在其它条件不变时，导管顶端至兴趣区域的距离越近，成像质量越好，同时对比剂浓度也低，用量也少，反之亦然。
造影导管顶端的位置最好置于血管中间，并与血管长轴平行。根据流体力学可知，血管中心轴的液体流速最快，距血管壁越近，流速越慢，紧靠血管壁液层，流速为零。
导管顶端的位置，对于动脉瘤的病人，该部位的血管壁失去了正常的弹性，壁变薄，张力增大，血流在此处形成湍流，血管壁内处的跨膜压失去动态平衡。根据球面的特性可知：一个由弹性膜所形成的球面，其凹面的一侧压强大于凸面一侧压强，两侧的压强差与单位膜上的张力成正比，与半径成反比。如果将导管顶端置于瘤体内注药，因血液湍流的压力不可以很快顺血液传递出去，瘤体压力进一步增大，此时瘤体就有破裂的危险。因此，造影时导管顶端应远离病变部位，使对比剂顺着血流方向来显示动脉瘤。
关于导管顶端位置判断的常用方法有：人体的骨性标志、血管的解剖位置、心血管内的压力值变化以及试验性注药。
图像的灰度量化
DSA的检测器多为影像增强器，它接收X线透过检查部位的衰减值，并在增强器输出屏上模拟成像，再用高分辨率的摄像机对输出屏图像进行系统扫描，把连续的视频信号转换成间断的各自独立的信息。通过模/数转换成数字，经计算机的算术/逻辑运算，将这些数字排列成矩阵，矩阵中的每个像素单元经过数/模转换器，转换成模拟灰度，在阴极射线管上形成图像，通过监视器予以显示，影像是经扫描处理形成的，随着摄像机的电子束的移动产生电子信号，信号大小与增强管上检测的X线信号一致。
图像的矩阵化与像素化
原始的X线图像是一幅模拟图像，不仅在空间而且在振幅（衰减值）都是一个连续体。计算机不能识别出未经模/数转换的模拟图像，只有经过模/数转换将图像分成许多单元，并赋于数字，计算机才能进行运算。
摄像机扫描就是将图像矩阵化，该阵列由纵横排列的直线相互垂直相交而成。一般纵行线条数与横形条数相等，各直线之间有一定的间隔距离，呈格栅状，这种纵横排列的格栅就叫矩阵。格栅中所分的线条越多，图像越清晰，分辩力越强。
常见的矩阵有：×、×、×、×
矩阵中被分割的小单元称为像素，图像的数字化就是测量每个像素的衰减值，并把测量到的数值转变为数字，再把每个像点的坐标值和衰减值送入计算机进行运算。
每个像素必需产生三个二进制数字，第一个数字相当于线条数，第二个数字相当于像素在这条线上位置，第三个数字是被编码的灰阶信息。所以说，数字图像就是在空间坐标上和亮度上都已经离散化了的图像。
图像的像素化
表示像素的浓淡程度的数值有数十至数千级，以2的乘方数bit表示。目前，DSA的成像设备的灰阶多为14bit，但CCD探测器仅为12bit。
像素的大小由增强器的输入野及矩阵的大小所决定，输入野一定时，矩阵的大小与像素的大小成正比。
图像的转换
模/数转换器的功能是把来自摄像机的视频信号数字化。扫描是将连续的物理量变成不连续的物理量，在扫描中以高电压代表视频信号明亮的部分，低电压代表视频信号黑暗的部分，按扫描规律顺序将像素的明暗变化转为电信号。
若将高电压用二进制的1表示，低电压用二进制的0表示，则图像是由电压高低起伏的电信号变为二进制的信号（0-1）的变化，每个数位值（1或0）经接通电子开关被记录，这样，摄像机所摄的X线图像也就一个接着一个的变成数字。
如果图像强度从亮到暗的活动范围超过了摄像机的活动范围，或者超过了模/数转换器的限制范围，即产生图像饱和，导致有用的信息损失。用铝滤过板可减少强度的活动范围，从而限制饱和状态伪影的产生。
数字逻辑运算
一旦一个影像或一个影像序列被数字化或存储，计算机处理便连续下去，所有的运算均由二进制运算的电子逻辑元件来完成。按惯例，0表示一个正数的二进制数，1表示一个负的二进制数，有了正负数后便可施行快速的减法运算。一个运算逻辑单元可在一秒的亿分之一内完成两个二进制的加法或减法。
数/模转换
数/模转换就是将计算机处理过的数字，通过数/模转换器变成模拟图像在监视器上显示。
在数字X线摄影中，常使用过滤反投影法，即是通过计算机对数字图像的基本数据组合进行数字褶积来实现。
图像的表示方法
对二维模拟图像来说，若把成像平面定义为X、Y平面，那么平面上的任意点的灰度（f），则是X、Y函数，可写成f（X，Y）。
模拟图像是空间中的一个曲面，数字图像则是用行和列矩阵表示的量化值。
刘谷一一考试必备，应试无畏
