醫(yī)學成像技術-第一章 概論1課件

1、第一章緒論主講：劉老師主要內容1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程1.2 醫(yī)學影像成像的物理共性 1.3 計算機醫(yī)學影像 1.4 醫(yī)學影像設備的分類與組成1.5 圖像存儲、傳輸系統1.6 遠程放射學系統1.7 醫(yī)學影像展望 醫(yī)學影像技術是借助于某種介質（如X線、電磁場、超聲波，放射性核素等）與人體相互作用，用理工學基礎理論和技術，把人體內部組織器官的結構、功能等具有醫(yī)療情報的信息源傳遞給影像信息接收器，最終以影像的方式表現出來，提供給診斷醫(yī)生，使醫(yī)生能根據自己的知識和經驗對醫(yī)學影像中所提供的信息進行判斷，從而對病人的健康狀況進行判斷的一門科學技術。1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程 從1895年德國物理學家

2、倫琴發(fā)現X光并由此拍出世界上第一張倫琴夫人手部的X線透視照片以來，醫(yī)學影像技術從無到有、從不完善到功能齊全、分類精細，經歷了一個0多年的發(fā)展過程。教學目標： 了解X射線、CT、超聲、MRI、DSA、CR、 DR、核醫(yī)學（ECT、PET、SPECT）等醫(yī)學影像技術的發(fā)展歷程1、1895年11月8日，德國物理學家倫琴在做真空管、高壓、放電實驗時，發(fā)現了X射線或稱X線，并用于臨床的骨折和體內異物的診斷。 1896年，德國西門子公司研制出世界上第一支X線球管。 20世紀10-20年代，出現了常規(guī)X線機。 20世紀60年代中、末期形成了較完整的放射診斷或放射學（radiology）學科體系。第一張X線照

3、片倫琴國產直接數字化X攝影系統1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程-X線機 CT機的分代主要以其線管和探測器的關系、探測器的數目、排列方式以及線管與探測器的運動方式來劃分。到今天為止CT經歷了5代發(fā)展，第6代CT正在研發(fā)中。第1代CT機只有一個探測器，掃描角度為1，掃描時間270s/層。僅用頭部的掃描, 圖像質量差, 以平移加旋轉的掃描運動方式進行,稱為平移/旋轉型。1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程-CT第2代CT機探測器的數目增加520個左右，X線束呈扇型，掃描角度增加為360,掃描時間仍較長,一般在20s1min/層，掃描方式為窄扇形束掃描平移-旋轉方式 。1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程-CT第1代到第

4、3代CT機的X線管和探測器都是同步旋轉的，而第4代CT機與之不同，探測器呈360環(huán)狀固定排列在機架內(目前有的機型多達4800個探測器)，X線則圍繞人體和機架作360旋轉,把第4代稱固定/旋轉型(螺旋CT屬此型)。1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程-CT第5代CT機與第1到第4代CT機不同，在成像過程中X線管不需環(huán)繞機架作機誡運動，它是用電子束方法產生旋轉的X線源,再穿透人體由探測器接受,這種CT機稱為電子束CT,也稱超高速CT，特點是掃描速度很快,50100ms/層,每秒最多可掃34層,就其掃描速度是普通CT的40倍，螺旋CT的20倍,可用于心臟一類運動器官的掃描。1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程-C

5、T第1代CT：掃描方式為平移(translate)+旋轉(rotate)(T+R)方式的CT。第2代CT：掃描方式為平移(translate)+旋轉(rotate)(T+R)方式的CT。第3代CT：掃描方式為旋轉+旋轉(R+R)掃描方式的CT。第4代CT：掃描方式為靜止(stationary)+旋轉(S+R)掃描方式的CT。第5代CT：掃描方式為靜止+靜止(SS)電子束掃描方式的CT。現代螺旋CT結構圖第二代16層CT第五代CT1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程-CT4、70年代末80年代初，超聲、放射性核素、MR-CT和數字影像設備與技術逐步興起。其中磁共振成像（Magnetic Resonanc

6、e Imaging，MRI）是目前最為先進的影像檢查方法之一。MRI是基于MR現象的醫(yī)學影像技術。MR現象是1946年分別由美國斯坦福大學物理系Bloch教授和哈佛大學的Puecell教授領導的小組同時獨立發(fā)現的。由于這一發(fā)現在物理、化學上具有重大意義，Bloch和Puecell共同獲得了1952年的諾貝爾物理學獎。 曼斯.菲爾德裴奧.勞特伯 GE Signa Profile/o MRI1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程-MRI 5、20世紀80年代推出了數字減影血管造影（DSA）和計算機X線攝影（CR）成像設備與技術，其后又推出了數字X線設備（DR）。數字減影血管造影術是常規(guī)造影術與電子計算機處理

7、技術相結合的一種新型成像技術。血管造影檢查是對注入血管造影劑前后的圖像進行相減，得到無骨骼，內臟，軟組織背景的清晰的血管影象，而血管的形態(tài)，結構反映了多種疾病的基本信息。1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程-數字X線設備直接數字化X射線攝影系統（digital ray DR）是利用電子技術將X線信息的其它載體轉變?yōu)殡娮虞d體，X線照射人體后不直接作用于膠片，被探測器（Detector）接收并轉換為數字化信號，獲得X線衰減值（attenuation value）的數字矩陣，經計算機處理，重建成圖像。1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程-DR 6、20世紀90年代推出了更新、更強的核醫(yī)學影像設備ECT，包括PET、

8、SPECT等設備。PET也稱正光電子成像設備，主要的優(yōu)勢是超強的醫(yī)學影像識別與診斷能力，尤其是利用注入體內的增強顯影劑或示蹤劑，在體內循環(huán)可以動態(tài)地、靶向目標清晰地顯示被檢部位形態(tài)和功能的異常情況，甚至可以檢查出細胞級別的病變。GE 全數字PET-CTGE 生產的 SPECTPET 圖像1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程-核醫(yī)學影像1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程-中國我國醫(yī)學影像設備的發(fā)展1911年 河北中華醫(yī)院小型X線機我國最早的X線設備。1951年 上海精密醫(yī)療器械廠試制200mA四管單相全波整流X線機 1953年以“和平號”批量生產。1973年 上海第二醫(yī)學院 乳腺攝影X線機1983年 第一臺顱

9、腦CT試制成功，1988年第二代顱腦CT試制成功，1990年，第三代全身CT研制成功。1989年以來，先后研制出永磁型和超導型MRI、X-刀、全身r-刀等設備1.2 醫(yī)學影像系統成像的物理共性醫(yī)學影像成像源共性是充分和準確的利用成像源的物理作用，獲得人體內攜帶有某種物理量分布信息的影像數據。醫(yī)學影像系統成像主要包括以下4個共性 :信息源源與物體(目標)的相互作用檢測器電子系統 1.2.1 信息源與目標的作用1. 信息源 體外源:如X射線源、磁場源、超聲源、電磁波源、紅外線源等，這些人體外部的能源稱為外源。 外源共同的特點是對人體組織或器官具有已知和可控的作用。 體內源:如注入人體內部的同位素輻

10、射源，或人體自身的熱輻射源等。這些增強顯影劑的輻射非常低，對人體無損害，但由此產生的醫(yī)學影像卻非常的清晰，并且受檢查的部位靶向性（命中率）準確。1.2 醫(yī)學影像系統成像的物理共性2. 源與物體(目標)的相互作用 例如：X射線穿過人體時，就可以準確檢測出某種源與每部分人體組織器官相互作用后的結果、指標和參數，據此來進行醫(yī)學影像的診斷或治療。 注意：源的生物安全劑量，質量指標和檢測標準。1.2 醫(yī)學影像系統成像的物理共性1.2.2 源的控制與信號檢測 醫(yī)學圖像信息的清晰或準確與否，最基本和最重要的關鍵問題就在于對產生圖像信息源的精確控制與信號檢出靈敏度的設計。例如：X光影像設備的性能指標主要有5個

11、：X線光源尺寸、X線劑量、圖像分辨率、圖像灰度級和信噪比。目前對X線劑量控制指標：1、X光源尺寸： 一般包括光源直徑和X光發(fā)射角度。2、X線劑量又可分為入射劑量、表面劑量、出射劑量、圖像接收器劑量、身體劑量和有效劑量6種。3、圖像分辨率，用于測量一臺設備能記錄或生成的空間細節(jié)精度。分辨率越高，細節(jié)越精細。1.2 醫(yī)學影像系統成像的物理共性4、圖像灰度級，灰度級的數量由2N決定，N是二進制數的位數，常稱為位，用來表示每個像素的灰階精度。如果N=8則有256個灰度級，圖像灰度精度的范圍為灰度分辨力，也稱為圖像的對比度分辨力。位數越大，圖像的灰度分辨力越高。 5、信噪比，有用的圖像信息(信號)與無用

12、信息(噪聲)的數量之比。 X線圖像占醫(yī)院中全部影像的80左右，是目前醫(yī)學影像檢查的主要方法。常規(guī)X線成像操作簡單、費用低廉，它一直是臨床診斷中的主要成像設備。1.2 醫(yī)學影像系統成像的物理共性1.3.1 點陣與矢量醫(yī)學影像點陣圖(位圖)與矢量圖的區(qū)別:計算機圖像分為點陣圖(又稱位圖或柵格圖像)和矢量圖形兩大類。 1.點陣圖像 (Bitmap) 點陣圖像，亦稱為位圖圖像或繪制圖像，是由稱作像素的單個點按行列有序排列點陣組成的。這些點以其不同的排列位置和染色（灰階）程度構成圖（形）像。 一幅二維的醫(yī)學數字灰階影像是由M行*N列的像素點構成，其中每個像素點用28212個二進制數位來記錄該位像素的灰度

13、值，即每個像素可以保存2564096灰度值1.3 計算機醫(yī)學影像 2點陣圖的文件格式 點陣圖可以被保存成的文件類型很多，如*.bmp、*.pcx、*.gif、*.jpg、*.tif、Photoshop的*.psd、kodak photo CD的*.pcd、corel photo paint的*.cpt等。 點陣圖文件大小的規(guī)律： 圖形面積越大，文件的字節(jié)數越多，文件的色彩越豐富，文件的字節(jié)數越多，這些特征是所有點陣圖文件所共有的。 1.3 計算機醫(yī)學影像 3. 矢量圖 (vector) （1）矢量圖及矢量圖的特性 矢量圖，也稱為面向對象的圖形或繪圖圖形，數學上定義矢量圖為一系列由線連接的點。

14、矢量圖主要由線條和色塊組成，這些圖形可以分解為單個的線條、文字、圓、矩形、多邊形等單個的圖形元素，再用一個代數式來表達每個被分解出來的元素。 例如：一個矩形可以通過指定左上角的坐標(x1,y1)和右下角的坐標(x2,y2)的四邊形來表示。 1.3 計算機醫(yī)學影像 1.3.2 數字醫(yī)學影像的顏色或灰度 現在的醫(yī)學數字X光成像設備主要有CR和DR兩類，產生圖像的灰度一般可以達到812bit，既圖像中每個像素點的灰度信息可以表現出2564096個灰度級別。 如果采集的是彩色圖像信息，則每個像素至少需要用三個字節(jié)24位二進制數來保存RGB（紅、綠、蘭）信息，甚至有些彩色圖像每個像素的信息量達到32位4

15、0位精度。1.3 計算機醫(yī)學影像 1.3.3 計算機醫(yī)學圖像的分辨率 計算機醫(yī)學圖像的分辨率和采集方式、轉換精度、處理方法及顯示視窗的清晰度等諸多因素有關。 1圖像分辨率 2時間分辨率 3空間分辨率 4顯示分辨率1.3 計算機醫(yī)學影像 1、圖像增強 2、圖像分割3、邊緣檢測4、紋理分析1.3 計算機醫(yī)學影像 1.3.4 醫(yī)學圖像處理常用技術 醫(yī)學圖像處理的目的是提高醫(yī)學圖像目視判讀的清晰度，進而提高診斷的準確率，減少漏診和誤診。 圖像增強是數字圖像處理的方法之一，可以改善從外界獲取的圖像的質量和外觀，或者把圖像轉換成另外某種形式，使其更適合人眼的觀察判斷和圖像分析儀的自動處理。 在對圖像進行增

16、強處理時，可以采用灰度變換、圖像平滑與銳化等多種技術綜合處理。必須注意的是：圖像增強實際上是有選擇性地加強圖像中的某些信息，而抑制另一些信息。 1.3 計算機醫(yī)學影像 圖像分割是按照圖像的某些特征（如灰度等級、頻譜、紋理等）將圖像空間分成若干有不同意義的區(qū)域的處理技術，它是圖像分析的關鍵步驟，在這些區(qū)域內其特性是相同的或者說是均勻的，兩個相鄰區(qū)域彼此特性則是不同的，其間存在著邊緣或邊界。在分割處理時，有兩點應該注意：從主觀愿望出發(fā)，分割出來的區(qū)域和圖像中的目標應該準確對應，但要實現完全自動分割是比較困難的，這主要取決于圖像的質量（即目標與背景的分離程度），因此在分割時還需借助一些其它手段。一般

17、的軟件系統都會提供幾種分割方法，操作員可在使用過程中不斷總結經驗，以提高工作效率。圖像分割可采用灰度級門限化方法和邊緣檢測技術。 1.3 計算機醫(yī)學影像 用灰度級門限化方法來分割一幅圖像時，若想從亮的背景中分離出暗的物體,利用一門限值T將像素分為“亮”的和“暗”的兩類。 灰度級門限化方法圖像分割效果圖 1.3 計算機醫(yī)學影像 3、邊緣檢測4、紋理分析 相同的組織在相同的成像條件下每次都會產生相同的紋理模式;不同組織其超聲圖像紋理特征不同;同一組織當其內部結構發(fā)生改變后,其超聲圖像的紋理特征亦不相同. 利用計算機圖像處理技術可對這種紋理特征進行數理模式分析,尋找能反映紋理特征的數理參量,從而達到

18、對組織結構特征進行評價的目的。1.3 計算機醫(yī)學影像 5、配準與融合 醫(yī)學圖像配準是指對于一幅醫(yī)學圖像尋求一種(或一系列)空間變換，使它與另一幅醫(yī)學圖像上的對應點達到空間上的一致。這種一致是指人體上的同一解剖點在兩張匹配圖像上有相同的空間位置。 醫(yī)學影像的融合，就是影像信息的融合，即利用計算機技術，將各種影像學檢查如CT-MRI，CT-SPECT，MRI-PET、MRI-DSA等所得到的圖像信息進行數字化綜合處理，將多源數據協同應用，進行空間配準后，產生一種全新的信息影像，以獲得研究對象的一致性描述，同時融合了各種檢查的優(yōu)勢，從而達到計算機輔助診斷的目的。6、圖像壓縮圖像壓縮就是把圖像文件的大

19、小進行壓縮變小，同時圖片的質量又不會失真到不能接受的程度。1.3 計算機醫(yī)學影像 1.3.5 三維醫(yī)學影像 很多實用的影像設備不斷開發(fā)出具有三維圖像重建的功能，像三維CT、彩色三維超聲、核素成像SPECT、PET等具有三維立體成像功能。 同時為深化研究人體的器官形態(tài)和生理、生化、細胞、蛋白質、基因等重要的人類信息。各個國家正在研究“數字虛擬人”。“虛擬人”在醫(yī)學領域有著廣泛的應用前景，為醫(yī)學科研、教學和臨床手術提供形象而真實的模型，也為疾病診斷、新藥檢驗及新診療手段的開發(fā)提供參考。 1.3 計算機醫(yī)學影像 1三維數字圖像重建 越來越多的圖像以及三維重建技術已經變成外科手術計劃、治療處理及放射科

20、以外其他應用的有效手段。它可以提供器官和組織的三維結構信息，輔助醫(yī)生對病情做出正確的診斷; 如：多平面重建（MPR）、最大強度投影（MaxIP）、最小密度投影（MinIP）、平均密度投影（AIP）、表面重建(SSD) 、CT仿真內窺鏡（CTVE）等。圖1.17額骨骨纖維肉瘤三維重建圖像1.3 計算機醫(yī)學影像 2數字虛擬人 數字虛擬人簡稱“數字人”或“虛擬人”，是為更加準確的描述和研究人體自身形態(tài)結構和生理、生化功能指標而采用高科技手段和計算機圖像處理技術，通過對“標準人體”真人尸體的從頭到腳做高精細水平斷層（小于1mm層厚）解剖處理，并實時采集全部數字高清晰圖像。通過大型計算機處理而實現的數字

21、化虛擬人體。 數字化虛擬人包括三個研究階段：虛擬可視人、虛擬物理人和虛擬生物人。1.3 計算機醫(yī)學影像 數字化人體切片 美國男性數字化人中國虛擬人女一號中國虛擬人女一號人體切片1.3 計算機醫(yī)學影像 1.3.6 虛擬內窺鏡 虛擬內窺鏡技術（Virtual Endoscope，VE）是將CT和MR獲得的原始容積數據與計算機三維圖像技術相結合，借助導航技術（Navigation）或漫游技術（Flythrough）以及偽彩技術來逼真地模擬腔道內鏡檢查的一種方法。1.3 計算機醫(yī)學影像 1.3.7 基于影像的計算機輔助外科(computer aided surgery，CAS) 隨著CT、MRI等圖像

22、診斷儀的發(fā)展，使計算機虛擬現實技術在醫(yī)學中的應用得到了飛速的發(fā)展。計算機利用這些圖像信息進行三維圖像重建，為外科醫(yī)生進行手術模擬、手術導航(navigator)、手術定位、術前規(guī)劃提供了客觀、準確、直觀、科學的手段。 1、手術模擬 2、術前規(guī)劃 3、手術導航1.3 計算機醫(yī)學影像 1.4 醫(yī)學影像設備的分類與組成 數字化醫(yī)學影像設備的發(fā)展和應用，已經成為建設數字化醫(yī)院的基礎和提高診斷與治療水平的保證。現在醫(yī)院里常用的各種醫(yī)學影像設備種類與型號很多，大致分為五種類型:X線攝影系統磁共振攝影系統超聲診斷系統核醫(yī)學圖像系統紅外影像系統醫(yī)用內窺鏡檢查系統各類影像系統的功能和適宜檢查的范圍是不同的，因此

23、人們正在研究運用醫(yī)學影像比較學、各類醫(yī)學影像融合技術來進一步提高診斷和治療的水平。1.5.1 X線攝影系統 醫(yī)學X線攝影系統，泛指所有采用X線源獲取醫(yī)學影像的設備，通過測量透過人體的X線來實現人體成像的，即：利用人體各組織的密度和厚度不同，對X線的衰減不同，來顯示臟器的形態(tài)影像。這里包括常規(guī)膠片X光機，計算機成像X線機（CR）、數字X線機（DR）、斷層掃描X線機（CT）和血管數字減影（DSA）等設備。1.4 醫(yī)學影像設備的分類與組成 傳統的X線成像是經X線攝照，將影像信息記錄在膠片上，在顯定影處理后，影像才能于照片上顯示。這類膠片影像屬于連續(xù)變化的光學模擬圖像?，F今仍有70以上X線影像診斷是用

24、增感屏-膠片方式的常規(guī)X線攝影技術。原因是：一是新型X線膠片感光粒度非常高，且新膠片是按不同波長、不同能譜段的專用膠片，在能譜內的敏感度非常高，比原來膠片高出三個數量級，而對此能譜段外的射線又有極強的排它性，尤其對可見光極不敏感，從而可以免去采用增感屏和在暗室中操作的限制。二是新X線膠片的敏感度高，檢查時所用X線劑量也必然要降低，可減少12個數量級，這些新型的膠片保持住了傳統的成像快，空間分辨率高的優(yōu)勢，結果也使X線機由大功率變?yōu)樾」β?，可制作出體積小重量輕、便于攜帶的精密型小功率X線機。 1.4.1 常規(guī)X線影像技術目前己能做到從X射線曝光到將模擬信號影像變?yōu)閿底只跋?，但這中間要有較多的復

25、雜處理過程，需要許多設備和處理時間。如將影像增強-電視系統攝取到的X線影像，從視頻（模擬）信號經數字化轉換成數字影像，并先用存儲屏將X線影像記錄下來，再經激光掃描轉換成數字信號，送入計算機工作站的數字化X線攝影方式。被稱為Computed Radiography, CR系統。1.4.2 計算機成像X線機（CR） CR的成像步驟:影像信息的記錄、讀取、處理和顯示等步驟。1.先將X線攝照的影像信息記錄在影像板（image plate，IP）上，影像信息的記錄是用一種含有微量元素銪的鋇氟溴化合物結晶制成的IP代替X線膠片,接受透過人體的X線,使IP感光,形成潛影。2.IP上的潛影用激光束對勻速移動的

26、IP整體進行精確而均勻的掃描，產生由激光激發(fā)出的輝盡性熒光，由自動跟蹤的集光器收集，再經光電轉換器轉換讀取潛影信息并轉換成數字信號，再經數字/模擬轉換器轉換，在熒屏上顯示出灰階圖像。X線影像信息由IP記錄。IP可重復使用達2-3萬次。3.IP經過激光掃描后，則可得到一幀數字化圖像。影像的數字化信號經圖像后處理系統處理，可以在很大的范圍內調整圖像的特性，提高圖像的可視化程度，這是CR優(yōu)于X線照片之處，而X線膠片上的影像信息是不能改變的。1.4.2 計算機成像X線機（CR） 圖像后處理的主要功能有：灰階處理、窗位處理、數字減影血管造影處理和X線吸收率減影處理等。1.灰階處理:通過圖像處理系統的調整

27、，可在人眼能辨別的范圍內進行選擇，以達到最佳的視覺效果，這有利于觀察不同的組織結構。例如處理胸部片可以同時顯示兩張顯示肺和縱隔的最佳圖像。2.窗位處理:對某一灰階數字信息的（上下限范圍）內容（例如選擇骨的灰階范圍），突出顯示指定灰階范圍內的組織結構，以其對X線吸收率的細微差別，得到最佳的顯示，同時可對這些數字信號進行增強處理。窗位處理可提高影像對比度，利于顯示不同的組織結構，如骨窗、縱隔窗等。CR數字化的信息經過計算機圖像處理，可大大提高圖像的目視判讀的信息量，增加了顯示圖像的層次，降低X線輻射劑量，減少輻射損傷，同時醫(yī)學數字圖像還可以長時間保存而不失真，避免了膠片沖洗的環(huán)境污染，不易保管等諸

28、多問題。 1.4.2 計算機成像X線機（CR） 目前有直接數字化X射線攝影技術和DR設備。新型裝置不再采用X線膠片，而是利用一種外形似X線膠片暗盒的探測器，將入射的X線能量直接轉化為數字信號。由Sterkung公司研制出的“直接X線攝影探測器”（DRD）是用非晶態(tài)硒涂覆在薄膜晶體營（TFT）陣列上。而Trixeil公司開發(fā)出的平板式探測器（FPD）是用薄膜非晶態(tài)氫化硅制成的光電二極管組成的矩陣，每個光電二極管即為最小感光單元或象素。這兩種探測器都可在接收X線攝影曝光后，直接輸出數字化影像信號。 1.4.3 數字X線機（DR） 20世紀70年代英國EMI實驗室GNHounsfield工程師在參考

29、1963年美國物理學家AMCormack發(fā)表的應用數學重建圖像理論的基礎上，把電子計算機斷層攝像技術引入醫(yī)學，使電子計算機技術與X射線機相結合，完成圖像重建過程，首先推出了世界上第一臺X射線計算機斷層掃描機（X-CT機）。它解決了X射線照相的前后物體圖像重疊問題，大大提高了醫(yī)學診斷的可靠性和準確性，使醫(yī)學成像技術向前跨了一大步。 1.4.4 斷層掃描X線機CT 1.X-CT的出現使醫(yī)學成像形成了全新的概念。2.X-CT:利用圍繞人體的臟器掃描時得到的大量X射線吸收數據來重建人體的臟器的斷層圖像的。當一束細（扇型）X射線通過人體的臟器的一個斷層時，沿X射線路徑的總的衰減系數為體素衰減系數的線積分

30、，它可用一探測器進行測量。探測器將射線強度轉換成電信號，這些信號經過數字化后由計算機處理。通過圍繞人體的臟器在不同角度上進行多次測量，計算出與人體某一層面上每個體素相關的吸收系數，并將該層面的二維吸收系數矩陣存儲到計算機中，用不同灰度在圖像顯示器上表示矩陣的信息，所顯示的圖像上每個象素的灰度即為層面上相應體素的吸收系數的量度，從而得到斷層面上衰減系數的分布的信息。由于X-CT技術得到的是人體的臟器一個斷層面的圖像，因此稱為斷層照相。 1.4.4 斷層掃描X線機(CT) CT數字影像裝置已從第一代發(fā)展到第五代。目前常用的則是第三、四代。這兩代CT技術的持續(xù)發(fā)展主要體現在提高速度、改善圖像質量、開

31、發(fā)新的功能，拓展應用范圍以及便于操作等方面。如對螺旋掃描而言,掃描同樣的覆蓋長度可節(jié)省四分之一到五分之一的時間，或者同樣的時間可以使掃描覆蓋長度增加2533%。提高速度的另一表現是，縮短圖像重建的時間。有的CT產品采用了新的圖像重建技術，分別使重建時間達到1s，從而加快了掃描周期。有些高檔CT均有了連續(xù)成像或稱透視的功能，每秒鐘可以顯示68幅圖像。CT透視對開展介入放射學非常重要，可減少掃描層數、降低病人的X線曝射劑量，有的產品僅用15mA劑量進行掃描即可得到512x512矩陣的影像。目前正在進一步研究用10mA的X線曝射劑量進行CT透視技術。在圖像質量方面，高檔的低壓環(huán)螺旋CT機的空間分辨率

32、已達201pcm，低對比度分辨率也很高。這大大提高了辨別軟組織間差異的能力。 1.4.4 斷層掃描X線機(CT) 新一代的CT被稱作電子束CT（EBCT），由電子槍發(fā)射電子束，經偏轉線圈改受電子束方向，打在一組半圓形的靶環(huán)上產生出X射線。當X線通過被檢人體后，由對側排列的探測器組接收。因無機械運動，掃描速度可高達每一層面僅用50ms，時間分辨率很好，但空間分辨率不如高檔的第三代和第四代機。今后電子束CT將會有更進一步的發(fā)展。我國有些醫(yī)院已正式啟用電子束CT。并因其成像速度比普通CT快2040倍，可提供心臟等活動器官的非常清晰的影像。X-CT經過多代的發(fā)展，在醫(yī)學上已獲得廣泛的應用，目前已可用來

33、診斷脊柱和頭部損傷，顱內腫瘤，腦中血凝塊，心臟病早防早治及肌體軟組織損傷，胃腸疾病，腰部和骨盆惡性病變等等。 1.4.4 斷層掃描X線機(CT) DSA即數字減影血管造影系統，為放射科各類血管造影及介入治療的專用設備，是與計算機相結合的血管造影技術，該技術可得到除去骨骼、軟組織影像的純血管影像，從而更精確診斷血管疾病和介入治療。DSA數字減影血管造影系統具有以下特點： 實時成像：即每個曝光序列終止，立即得到減影圖像，可實時指導診斷與治療。 提高了密度分辨率：DSA可使1mm直徑小血管和3mm直徑腫瘤染色。 減少造影劑用量。新型造影劑的靶向性更好，動態(tài)示綜性清晰，且安全無毒副作用。 各種管處理功

34、能。為介入手術導航提供了可靠的保證。 突出微小密度差?？筛咔逦@示微小血管循環(huán)狀態(tài)圖像。 減少膠片用量。高清晰的數字圖像完全取代了膠片圖像，降低成本，減少環(huán)境污染。 1.4.5 數字減影血管造影系統（DSA） 目前，應用DSA可以開展如心腦血管、神經、呼吸、消化、骨骼、泌尿、婦科等涉及臨床各科各系統疾病檢查與治療的高難度技術項目。如肝、肺、頭頸部、盆腔等腫瘤介入治療，心臟大血管介入治療，如冠狀動脈造影術、冠脈內支架直接置入術、冠狀動脈內溶檢術、埋藏式心臟復率除顫器植入術，全腦治療造影術、椎體成型術，大介入治療，食管狹窄擴張，良惡性腫瘤的灌注栓塞治療、各種血管畸形造影等。DSA可以為廣大患者提供

35、更為高效、低價、優(yōu)質、安全可靠的醫(yī)療服務。1.4.5 數字減影血管造影系統（DSA） 20世紀80年代將核磁共振技術應用于臨床醫(yī)學，由強磁場與人體被成像部位機體組織的原子核相互作用，機體組織的原子核及其所處的生理條件，在磁場作用下產生共振，改變所在位置的磁場強度而生成圖像，既解決了CT機對人體組織細胞的一定損害性，又解決了可測出機體病變前的微小生理變化。 核磁共振成像已成為醫(yī)學影像診斷中的一個新的分支。 磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging）MRI）是目前最為先進的影像檢查方法之一，是一門新興的無創(chuàng)性顯示人體內部結構的影像診斷技術，這一技術在問世不到20年的時間里得

36、到了迅猛發(fā)展，設備制造技術和診斷理論日臻完善。 目前，MRI設備在大中城市醫(yī)院已較廣泛應用，其對人體組織器官高分辨的圖像，為臨床提供了更為直觀的人體內部結構圖像信息及更豐富的有意義的診療信息。1.4.6 磁共振攝影系統(MRI) 核磁共振成像原理的原子核帶有正電，許多元素的原子核，如1H、19FT和31P等進行自旋運動。通常情況下，原子核自旋軸的排列是無規(guī)律的，但將其置于外加磁場中時，核自旋空間取向從無序向有序過渡。自旋系統的磁化矢量由零逐漸增長，當系統達到平衡時，磁化強度達到穩(wěn)定值。如果此時核自旋系統受到外界作用，如一定頻率的射頻激發(fā)原子核即可引起共振效應。在射頻脈沖停止后，自旋系統已激化的

37、原子核，不能維持這種狀態(tài)，將回復到磁場中原來的排列狀態(tài)，同時釋放出微弱的能量，成為射電信號，把這許多信號檢出，并使之時進行空間分辨，就得到運動中原子核分布圖像。原子核從激化的狀態(tài)回復到平衡排列狀態(tài)的過程叫弛豫過程。它所需的時間叫弛豫時間。 弛豫時間有兩種:即T1和T2，T1為自旋點陣或稱為縱向馳豫時間，T2為自旋一自旋或稱為橫向弛豫時間。1.4.6 磁共振攝影系統(MRI) MRI的影像雖然也以不同灰度顯示，但反映的是MR信號強度的不同或弛豫時間T1與T2的長短，而不像CT圖像，灰度反映的是組織密度。MRI圖像一般可分為T1加權像，T2加權像，質子密度像這三種基本圖像。脂肪在上述圖像上為高信號

38、，肌肉，肝臟，胰腺等組織器官在T1加權像上為中等信號，而在T2加權像上則為較低信號，肺組織，大血管，鈣化等在上述圖像上一般均為低信號，而腎，脾等組織器官在T1加權像上為較低信號，在質子像和T2加權像上為較高信號。而CT圖像的對比度依賴于組織的X線衰減系統，脂肪為低密度，鈣化為高密度，大血管為與肝，腎等相仿的密度。腫瘤密度與軟組織密度近似，一般需注射造影劑才能更好的顯示及定性。1.4.6 磁共振攝影系統(MRI) MRI提供的信息量不但大于醫(yī)學影像學中的其他許多成像術，而且不同于已有的成像術，因此，它對疾病的診斷具有很大的潛在優(yōu)越性。它可以直接作出橫斷面、矢狀面、 冠狀面和各種斜面的體層圖像，不

39、會產生CT檢測中的偽影；不需注射造影劑；無電離輻射，對機體沒有不良影響。與CT相比，它具有無放射線損害，無骨性偽影，能多方面、多參數成像，有高度的軟組織分辨能力，幾乎適用于全身各系統的不同疾病，如腫瘤、炎癥、創(chuàng)傷、退行性病變以及各種先天性疾病的檢查。對顱腦、脊椎和脊髓病的顯示優(yōu)于CT。它可不用血管造影劑，即顯示血管的結構，故對血管、腫塊、淋巴結和血管結構之間的相互鑒別，有其獨到之處。它還有高于CT數倍的軟組織分辨能力，敏感地檢出組織成份中水含量的變化，因而常比CT更有效和更早地發(fā)現病變。MRI能清楚、全面地顯示心腔、心肌、心包及心內其它細小結構，是診斷各種心臟病以及心功能檢查的可靠方法。1.4

40、.6 磁共振攝影系統(MRI) 超聲波是當今人體病變無創(chuàng)傷、無痛苦的最佳檢查手段之一。 20世紀60年代將超聲波技術應用于臨床診斷，研制了A型、M型、B型和C型超聲診斷儀，可用于觀察人體內部結構和腫瘤、囊腫的診斷以及檢查臟器、胎兒等的正常與否，經過長期的實際使用及觀察分析，超聲成像設備的頻率和強度對人體安全基本無害。 超聲診斷的工作原理:應用超聲波的良好指向性和與光相似的反射、折射、衰減等物理特性，通過超聲儀，采用各種掃描方法，將超聲波發(fā)射到體內，并在組織中傳布。當正常的與病理組織的聲抗有一定差異時，將此回聲信號接收處理后，構成一幅二維切面聲像圖。由于各組織的界面形態(tài)、運動狀態(tài)和對超聲吸收程度

41、不同，其回聲有一定的共性和特性，結合生理、病理與臨床知識和一系列人體切面聲像圖，可對病變的部位、性質或功能障礙程度作出準確診斷。1.4.7 醫(yī)學超聲診斷系統 彩色多普勒超聲顯像儀（彩超）是在B超的基礎上增加了多普勒血液成像技術的影像檢查方法。被譽為“無創(chuàng)傷的血管造影”。配有高、中、低三種頻率探頭。檢查時探頭通過粘合劑與相應部位皮膚接觸，掃描結果在監(jiān)視器上形成二維切面聲像圖，并以彩色照片形式把結果保存下來。開展心臟、大血管、大腦動脈、肝、脾、腎、子宮、附件、前列腺、睪丸等器官檢查，對血流情況，結石、包塊大小、質地、邊界測值準確。同時還能配合臨床開展介入檢查和治療。1.4.7 醫(yī)學超聲診斷系統 核

42、醫(yī)學成像技術是一種以臟器內、外正常組織與病變組織之間的放射性差別為基礎的臟器或病變的顯像方法。核醫(yī)學成像檢查是先通過有選擇的讓人體攝入某種放射性（微量、靶向準確、安全、無害的增強示蹤劑）藥物，這些藥物聚集在人體某個臟器中或參與體內某種代謝過程，體內的放射性核素能夠放出射線，核醫(yī)學成像儀器可以對臟器組織中的放射性核素的濃度分布和代謝過程進行拍攝成像。核醫(yī)學成像檢查的方法，在醫(yī)學上有廣泛的應用，它與X-CT的不同之處是X-CT的射線源在成像體的外部，而核醫(yī)學成像的射線源在成像體的內部。核醫(yī)學成像技術不僅可得人體臟器的解剖圖像，還可得到生理，生化，病理過程及功能圖像。甚至經過數學算法在計算機內可以重

43、建人體內放射元素密度分布的三維“透明人體”圖像。 1.4.8 核醫(yī)學圖像系統 核醫(yī)學影像設備主要有:照相機、發(fā)射型計算機斷層(ECT)、單光子發(fā)射型計算機體層(SPECT)、正電子發(fā)射型計算機體層(PET)。1.相機既是顯像設備，又是一種無創(chuàng)傷性的功能檢測與診斷的儀器。相機通過連續(xù)的顯像，跟蹤和記錄放射性藥物(示蹤劑)通過時某臟器的形態(tài)和功能，可以進行醫(yī)學動態(tài)的觀察研究。相機由于檢查的時間相對較短，檢查方便簡單安全，因此特別適合兒童和危重病人的臨床醫(yī)學影像檢查。也由于檢查迅速，更便于多體位、多部位觀察。通過對圖像的數字化處理，可以獲得更多有助于診斷的信息。臨床上經常用它對人體臟器進行靜感式動態(tài)

44、照相檢查，主要用于心血管疾病的檢查。 1.4.8 核醫(yī)學圖像系統 2發(fā)射型計算機斷層(Emission Computrd Tomography, ECT)簡稱ECT，它是繼相機之后又一重大發(fā)展的核素臟器顯影檢查的儀器。其基本原理是在體外從多角度采集體內某臟器放射性示蹤劑分布的二維影像，而后經過計算機數據處理重建和顯示臟器的三維圖像，亦可獲得臟器的各種不同切面（水平、冠狀、失狀）或角度的剖面影像，不僅可以準確定位病變部位，做體層顯像檢查，還能精確分析生理、生化、代謝指標的改變，進行臟器組織功能的檢查。3單光子發(fā)射型計算機體層(SPECT) ，SPECT有兩種類型，多探頭型（稱為掃描型）和相機型。

45、多探頭SPECT的探頭由多個小型閃爍探測器組成。相機型SPECT是由高性能、大視野、多功能的相機和支架旋轉裝置，及圖像分析處理、三維圖像重建軟件等軟件組成，可進行多角度、多方位人體器官探查。由于SPECT具有相機的全部功能，還有新近開發(fā)出來的多種放射性示蹤劑藥物，因此在動態(tài)器官功能檢查或早期疾病診斷方面具有獨到之處，從而SPECT在臨床影像檢查的應用上得到了越加廣泛的重視。 1.4.8 核醫(yī)學圖像系統 4正電子發(fā)射型計算機體層(PET)，是現代核素臟器顯影檢查技術中處于前沿的一種新儀器。它不僅克服了平面顯影的缺點，而且大大促進了核醫(yī)學影像學的發(fā)展，被認為是核醫(yī)學發(fā)展的一個重要的、劃時代的里程碑

46、。PET可以用人體物質組成元素(150，11C，13N等)來制造放射性藥物，PET特別適合做人體器官功能和生理變化等方面觀察與研究，尤其是對腦神經功能的研究具有獨到之處，其圖像的清晰性、真實性被稱為“生命體層”或“生化體層”，它也是目前唯一能夠提供神經活動信息的醫(yī)學儀器設備。PET作為核醫(yī)學成像設備與技術發(fā)展的新方向，日益受到人們的普遍重視。 1.4.8 核醫(yī)學圖像系統 20世紀80年代以來內窺鏡技術、紅外線乳腺造影技術的應用和基因圖譜的建立使臨床對人體器臟的檢查和手術手段往前跨了一大步，對人體的研究更加透明、更深入具有實質性。 紅外熱成像裝置是利用紅外線探測器檢測人體表面輻射的紅外線，并將其

47、轉變?yōu)殡娦盘枺杉t外線攝像頭(IRCCD)獲取視頻信號，再經過放大、濾波處理，送人計算機進行成像。因此用它可以診斷與溫度有關的疾病，特別是對淺表部位的腫瘤的診斷、乳房癌的早期診斷、末稍血管疾病的診斷、斷肢再植成活情況的鑒別，及皮膚傷痛的評價等。1.4.9 紅外影像、醫(yī)用內窺鏡 醫(yī)用紅外熱像儀通過對人體溫度分布的顯示(熱圖像)，顯現人體溫度分布有無變化，變化的部位及其程度。各種炎癥、惡性腫瘤導致熱圖上相應部位的溫度偏高；栓塞、微循環(huán)下降、積液在熱圖上則有溫度偏低的顯示。 醫(yī)用內窺鏡是一種直接插入人體器官內腔進行實時觀察內腔表面形態(tài)的診斷器械，它所得到的圖像是逼真和直觀的。 內窺鏡品種更多，幾乎對

48、人體所有腔體均有相應的內窺鏡，如食道鏡、胃鏡、小腸鏡、大腸鏡、膽道鏡、縱膈鏡、支氣管鏡、尿道鏡、膀胱鏡、腎盂鏡、陰道鏡、子宮鏡、腹腔鏡、關節(jié)鏡等。最近推出的細徑內窺鏡，其直徑僅為007 rnm，一個內窺鏡可以作多種用途，甚至能進行冠狀動脈的檢查。1.4.9 紅外影像、醫(yī)用內窺鏡 激光內窺鏡和三維內窺鏡亦在發(fā)展之中。激光內窺鏡是將診斷和治療功能結合在一起的新一代內窺鏡產品。 三維內窺鏡可提供立體圖像，能使高難度的手術得以順利施行，且大大提高了手術的安全系數。 20世紀60年代激光新技術的發(fā)明是20世紀的重大科技成就之一。激光的高方向性、高亮度性、高單色性及高相干性和生物學效應已廣泛用于醫(yī)學，醫(yī)學

49、激光器常用于手術切割、組織燒灼、凝結止血、光針穴位照射、激光血細胞計數、激光顯微光譜分析、激光全息照相診斷和激光多普勒血流測速等?！凹す忉t(yī)學”已成為醫(yī)學重要的分支學科。1.4.9 紅外影像、醫(yī)用內窺鏡1.5 圖像存儲、傳輸系統醫(yī)學影像系統 PACS(Picture Archiving and Communication Systems)中文全稱為圖像存檔及通信系統，它是專門為圖像管理而設計的包括圖像存檔、檢索、傳送、顯示、處理和拷貝或打印的硬件和軟件的系統。PACS系統目標有效的管理和利用醫(yī)學圖像資源解決的問題醫(yī)學影像的采集和數字化圖像的存儲和管理數字化醫(yī)學圖像的高速傳輸圖像的數字化處理和重現圖像信息與其它信息的集