Moving from CCD to CMOS in Medical imaging: RUBY, the next generation Camera Lens Assembly for C-arms (part 2 towards RSNA 2017)
用于 C 臂 X 射线系统的带有 CMOS 图像传感器的下一代相机镜头组件可以提高图像质量并减少患者的痛苦。 Adimec 的 RUBY 为基于图像增强器的医疗 X 射线成像系统提供全数字实时 1k2 30fps 成像。这是 Adimec 用于 X 射线成像的新型 Ruby 相机镜头组件 (CLA) 系列三部分中的第二部分。 RUBY 专门设计用于与现有基于 CCD 的解决方案相比，降低透视 C 形臂系统的成本（第 1 部分），同时提高图像质量并减少患者剂量（第 2 部分），并在易于安装和维护的系统中实现这一点（第 3 部分）。
有五个关键参数定义了移动 C 形臂系统中 X 射线图像的质量：分辨率、对比度、动态、噪声和伪影。本博客将重点介绍与 RUBY 相机镜头组件 (CLA) 相关的这些参数。
分辨率或每单位面积的像素数提供了图像传感器的整体清晰度，前提是焦点和剂量针对场景进行了优化。 RUBY 提供行业标准 1k2 或 1 兆像素分辨率。在工厂中，传感器与光学器件在最佳图像 MTF 上的全自动精确对准可确保整个 1k2 图像的最佳清晰度，并且对于生产的每个 RUBY 都是可重复的。
对比度或查看图像亮部和暗部细节的能力是 CMOS 成像器的强项。 RUBY 的 CMOS 技术在低光对比敏感度方面优于 CCD，这既可以增加透视图像的对比度，也可以减少患者剂量，但这需要由系统制造商以及设置剂量参数的放射科医生负责。移动 C 臂中广泛使用的 CCD 传感器 (KAI1020CCD) 的动态范围 (DNR) 为 60 dB，即 1000 个灰度级，而 RUBY 中使用的 CMOS 传感器的 DNR 超过 74 dB 或 4000 个灰度级 。灰度级转化为相机查看细节的能力。这种对比度优势不会以强制传感器冷却为代价，并能以更高的灵敏度、更低的读取噪声和更高的动态范围（14 位）提供动态快照成像。 X 射线医学成像是一种低光成像应用。临床信息通常位于图像的黑暗部分（5% 至 20% 饱和度）。 RUBY 配备 CMOS 传感器，可在黑暗中捕获更多信号细节，从而在临床处理后获得更好的细节。患者的实际剂量取决于放射科医生在系统设置和使用中的选择。 RUBY 的低光成像功能与有效的图像处理相结合，可能有助于降低放射科医生获取图像时的实际 X 射线暴露水平，从而减少患者接受的剂量。
动态或运动引起的模糊可以通过 CMOS 全局快门传感器轻松处理。 RUBY 的操作方式与现有全局快门 CCD 相机相同，支持脉冲和连续透视采集。
噪音。对于 X 射线成像系统中的探测器来说，重要的是它对最终用户的总噪声感知的贡献不明显。通常，X 射线光子噪声是图像中的主要噪声源。 CMOS 的噪声贡献与 CCD 的已知参考有何关系？让我们在RUBY中对KAI1020CCD和CMOS技术进行技术比较。 KAI1020 CCD 的读取噪声为 40 个电子，而 RUBY CMOS 传感器的读取噪声为 3.6 个电子，因此从应用角度来看，可提供更高的对比灵敏度。下面显示了从 CMOS 相机 (RUBY) 和最新 CCD 相机（比 KAI1020 CCD 更新且性能更高）角度看的低光照下同一场景的噪声 X 射线图像的视觉模拟示例。很明显，左边的图像更容易阅读。在低光照条件下，CMOS 技术的性能优于传统 CCD。由于 X 射线医学成像本质上是一种低光成像应用，因此采用最先进 CMOS 技术的 RUBY 有助于在黑暗中以低剂量看到更多细节。
伪影是缺陷像素，其提供的信号平均高于或低于周围的像素。它们通常不是坏点。 Adimec 使用专有算法来平均缺陷像素，从而从中获取有用的数据。当“有缺陷”时，仅替换单个孤立的像素。不允许出现缺陷像素簇。这确保了最终用户不会模糊图像中的临床细节。当然，可以在需要时关闭缺陷校正。此外，RUBY 驱动其 CMOS 传感器的方式可以应用大增益级来提高图像亮度，而不会引入非冷却 CCD 技术中已知的缺陷。
总之，Adimec RUBY CLA 涵盖了 X 射线图像质量的五个参数，并且等于或超过了基于 CCD 的同类系统的这些参数。
Adimec 正在芝加哥参加 RSNA2017。请随时直接通过strategy@adimec.com 联系我们，在 RSNA 上与我们会面，并详细了解医学成像中的 RUBY、PEARL、CMOS 与 CCD 以及我们用于临床诊断应用的其他相机。
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