第1章醫(yī)學(xué)影像技術(shù)概論

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，印證了100多年來醫(yī)學(xué)、生物、物理、電子工程、計算機和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的誕生與沿革。數(shù)字醫(yī)學(xué)影像新技術(shù)、新設(shè)備對醫(yī)學(xué)影像診斷和數(shù)字影像治療帶來許多根本的改變。醫(yī)院里有哪些醫(yī)學(xué)影像設(shè)備和是否開展數(shù)字影像介入治療，在很大程度上代表了這家醫(yī)院的現(xiàn)代化檢查治療的條件與診治水平。目前現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的提升和現(xiàn)代影像技術(shù)的發(fā)展相互融合、相互推動、相互依存的趨勢已經(jīng)成為共識。新的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和設(shè)備的研制也已經(jīng)成為21世紀(jì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)和生命科學(xué)發(fā)展的經(jīng)濟技術(shù)增長點。本文檔共69頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期二\17點48分1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程從1895年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)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(xué)影像技術(shù)從無到有、不斷完善，經(jīng)歷了一個１0０多年的發(fā)展過程。到目前，成功應(yīng)用的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)有：X射線、CR、DR、DSA、CT、MRI、超聲核醫(yī)學(xué)（ECT、PET、SPECT）等本文檔共69頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期二\17點48分第一張X線照片倫琴國產(chǎn)直接數(shù)字化X攝影系統(tǒng)1、1895年11月8日，德國物理學(xué)家倫琴在做真空管、高壓、放電實驗時，發(fā)現(xiàn)了X射線或稱X線，并用于臨床的骨折和體內(nèi)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(jì)10-20年代，出現(xiàn)了常規(guī)X線機。

20世紀(jì)60年代中、末期形成了較完整的放射診斷或放射學(xué)（radiology）學(xué)科體系。本文檔共69頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期二\17點48分2、1971年，世界上第一臺用于顱腦的CT掃描機（計算機人體斷層攝影術(shù)）由柯馬克(A.M.Cormack)和郝恩斯費爾(G.N.Hounsfield)首次研制成功。1979年因此項技術(shù)的發(fā)明，柯馬克、郝恩斯費爾獲得了生理與醫(yī)學(xué)諾貝爾獎。世界上第一臺4層CT掃描機豪恩斯費爾德本文檔共69頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期二\17點48分CT機的分代主要以其Ｘ線管和探測器的關(guān)系、探測器的數(shù)目、排列方式以及Ｘ線管與探測器的運動方式來劃分。到今天為止CT經(jīng)歷了5代發(fā)展，現(xiàn)在第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1o，掃描時間270s/層。僅用頭部的掃描,圖像質(zhì)量差,以平移加旋轉(zhuǎn)的掃描運動方式進行,稱為平移/旋轉(zhuǎn)型。本文檔共69頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期二\17點48分第2代CT機探測器的數(shù)目增加5～20個左右，X線束呈扇型，掃描角度增加為360o,掃描時間仍較長,一般在20s～1min/層，掃描方式為窄扇形束掃描平移-旋轉(zhuǎn)方式。本文檔共69頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期二\17點48分第3代CT探測器數(shù)目一般多超過100個，有的接近1000個，X線扇形束擴大到40o～50o，足以覆蓋人體的橫徑,這樣掃描就不需要再平移，而只需要旋轉(zhuǎn)就可以了,故稱為旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)型。掃描時間一般均在幾秒鐘,最快速度0.5s，實現(xiàn)了亞秒級掃描。本文檔共69頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期二\17點48分第1代到第3代CT機的X線管和探測器都是同步旋轉(zhuǎn)的，而第4代CT機與之不同，探測器呈360o環(huán)狀固定排列在機架內(nèi)(目前有的機型多達4800個探測器)，X線管則圍繞人體和機架作360o旋轉(zhuǎn),把第4代稱固定/旋轉(zhuǎn)型(螺旋CT屬此型)。本文檔共69頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期二\17點48分第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(chǎn)生旋轉(zhuǎn)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,50～100ms/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。本文檔共69頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期二\17點48分第1代CT：掃描方式為平移(translate)+旋轉(zhuǎn)(rotate)(T+R)方式的CT。第2代CT：掃描方式為平移(translate)+旋轉(zhuǎn)(rotate)(T+R)方式的CT。第3代CT：掃描方式為旋轉(zhuǎn)+旋轉(zhuǎn)(R+R)掃描方式的CT。第4代CT：掃描方式為靜止(stationary)+旋轉(zhuǎn)(S+R)掃描方式的CT。第5代CT：掃描方式為靜止+靜止(S／S)電子束掃描方式的CT。現(xiàn)代螺旋CT結(jié)構(gòu)圖第二代16層CT第五代CT本文檔共69頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期二\17點48分3、20世紀(jì)50年代和60年代超聲和放射性核素也相繼出現(xiàn)。1942年奧地利科學(xué)家達西科（Dussik）首先將超聲技術(shù)應(yīng)用與臨床診斷，從此開始了醫(yī)學(xué)超聲影像設(shè)備的發(fā)展。1954年瑞典人應(yīng)用M型超聲顯示運動的心壁，稱為超聲心動圖。人類從20世紀(jì)50年代開始研究二維B型超聲，至70年代中期，實時二維超聲開始應(yīng)用。超聲檢查(二尖瓣粘連)彩色超聲檢查(胎兒發(fā)育)本文檔共69頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期二\17點48分4、70年代末80年代初，超聲、放射性核素、MR-CT和數(shù)字影像設(shè)備與技術(shù)逐步興起。磁共振成像（MagneticResonanceImaging，MRI）是目前最為先進的影像檢查方法之一。MRI是基于MR現(xiàn)象的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。MR現(xiàn)象是1946年分別由美國斯坦福大學(xué)物理系Bloch教授和哈佛大學(xué)Puecell教授領(lǐng)導(dǎo)的小組同時獨立發(fā)現(xiàn)。由于這一發(fā)現(xiàn)在物理、化學(xué)上具有重大意義，Bloch和Puecell共同獲得了1952年的諾貝爾物理學(xué)獎。

曼斯.菲爾德裴奧.勞特伯

GESignaProfile/oMRI本文檔共69頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期二\17點48分5、20世紀(jì)80年代推出了數(shù)字減影血管造影（DSA）和計算機X線攝影（CR）成像設(shè)備與技術(shù)，其后又推出了數(shù)字X線設(shè)備（DR）。數(shù)字減影血管造影術(shù)是常規(guī)造影術(shù)與電子計算機處理技術(shù)相結(jié)合的一種新型成像技術(shù)。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(nèi)臟，軟組織背景的清晰的血管影象，而血管的形態(tài)，結(jié)構(gòu)反映了多種疾病的基本信息。本文檔共69頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期二\17點48分計算機X線攝影（CR）是將X線攝照的影像信息記錄在影像板（IP板）上，這種可重復(fù)使用的IP影像板，替代了膠片，不需要沖印，因此也稱為干板。干板經(jīng)激光讀取裝置讀取，由計算機精確計算處理后，即可得到高清數(shù)字圖像，最后經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，在熒屏上顯示出灰階圖像，有利于觀察不同的組織結(jié)構(gòu)。本文檔共69頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期二\17點48分直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)（digitalrayDR）是利用電子技術(shù)將X線信息的其它載體轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為數(shù)字化信號，獲得X線衰減值（attenuationvalue）的數(shù)字矩陣，經(jīng)計算機處理，重建成圖像。本文檔共69頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期二\17點48分6、20世紀(jì)90年代推出了更新、更強的核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備ECT，包括PET、SPECT等設(shè)備。PET也稱正光電子成像設(shè)備，主要的優(yōu)勢是超強的醫(yī)學(xué)影像的識別與診斷的能力，尤其是利用注入體內(nèi)的增強顯影劑或示蹤劑，在體內(nèi)循環(huán)可以動態(tài)地、靶向目標(biāo)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(xì)胞級別的病變。GE全數(shù)字PET-CTGE生產(chǎn)的SPECTPET圖像本文檔共69頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期二\17點48分1.2醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像的物理共性醫(yī)學(xué)影像成像源共性是充分和準(zhǔn)確的利用成像源的物理作用，獲得人體內(nèi)攜帶有某種物理量分布信息的影像數(shù)據(jù)。醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像主要包括以下4個共性：源源與物體(目標(biāo))的相互作用檢測器電子系統(tǒng)

本文檔共69頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期二\17點48分1.2.1源與目標(biāo)的作用1.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(nèi)源:如注入人體內(nèi)部的同位素輻射源，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(chǎn)生的醫(yī)學(xué)影像卻非常的清晰，并且受檢查的部位靶向性（命中率）準(zhǔn)確。本文檔共69頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期二\17點48分2.源與物體(目標(biāo))的相互作用例如X射線穿過人體時，就可以準(zhǔn)確檢測出某種源與每部分人體組織器官相互作用后的結(jié)果、指標(biāo)和參數(shù)，據(jù)此來進行醫(yī)學(xué)影像的診斷或治療。注意：源的生物安全劑量，質(zhì)量指標(biāo)和檢測標(biāo)準(zhǔn)。本文檔共69頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期二\17點48分3.檢測器檢測器的主要作用是在體外檢測攜帶有體內(nèi)信息的信號。檢測器的形式與各種源的類型有一一對應(yīng)的關(guān)系。這些影像信號檢測器共同的作用和主要功能評價指標(biāo)很多是一樣的，如檢測弱信號的靈敏度，檢測與處理信號的速度，以及檢測用的源劑量的低強度，達到向更清晰、更快速、更安全、更多維和更智能的方向發(fā)展。本文檔共69頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期二\17點48分1.2.2源的控制與信號檢測醫(yī)學(xué)圖像信息的清晰或準(zhǔn)確與否，最基本和最重要的關(guān)鍵問題就在于對產(chǎn)生圖像信息源的精確控制與信號檢出靈敏度的設(shè)計。例如：X光影像設(shè)備的性能指標(biāo)主要有5個：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(biāo)：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(shè)備能記錄或生成的空間細(xì)節(jié)精度。分辨率越高，細(xì)節(jié)越精細(xì)。本文檔共69頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期二\17點48分4、圖像灰度級，灰度級的數(shù)量由2N決定，N是二進制數(shù)的位數(shù)，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(shù)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)與無用信息(噪聲)的數(shù)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(xué)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(shè)備。本文檔共69頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期二\17點48分1.3計算機醫(yī)學(xué)影像

本文檔共69頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期二\17點48分1.3.1點陣與矢量醫(yī)學(xué)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(gòu)成圖（形）像。一幅二維的醫(yī)學(xué)數(shù)字灰階影像是由M行*N列的像素點構(gòu)成，其中每個像素點用28～212個二進制數(shù)位來記錄該位像素的灰度值，即每個像素可以保存256～4096灰度值本文檔共69頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期二\17點48分

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、kodakphotoCD的*.pcd、corelphotopaint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(shù)越多，文件的色彩越豐富，文件的字節(jié)數(shù)越多，這些特征是所有點陣圖文件所共有的。

本文檔共69頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期二\17點48分3.矢量圖(vector)

（1）矢量圖及矢量圖的特性矢量圖，也稱為面向?qū)ο蟮膱D形或繪圖圖形，數(shù)學(xué)上定義矢量圖為一系列由線連接的點。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(shù)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(biāo)(x1，y1)和右下角的坐標(biāo)(x2，y2)的四邊形來表示。

本文檔共69頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期二\17點48分1.3.2數(shù)字醫(yī)學(xué)影像的顏色或灰度現(xiàn)在的醫(yī)學(xué)數(shù)字X光成像設(shè)備主要有CR和DR兩類，產(chǎn)生圖像的灰度一般可以達到8～12bit，既圖像中每個像素點的灰度信息可以表現(xiàn)出256～4096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(shù)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～40位精度。本文檔共69頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期二\17點48分1.3.3計算機醫(yī)學(xué)圖像的分辨率計算機醫(yī)學(xué)圖像的分辨率和采集方式、轉(zhuǎn)換精度、處理方法及顯示視窗的清晰度等諸多因素有關(guān)。1．圖像分辨率2．時間分辨率3．空間分辨率4．顯示分辨率本文檔共69頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期二\17點48分1.3.4醫(yī)學(xué)圖像處理常用技術(shù)醫(yī)學(xué)圖像處理的目的是提高醫(yī)學(xué)圖像目視判讀的清晰度，進而提高診斷的準(zhǔn)確率，減少漏診和誤診。1、圖像增強2、圖像分割本文檔共69頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期二\17點48分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(chǎn)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(dāng)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shù)可對這種紋理特征進行數(shù)理模式分析,尋找能反映紋理特征的數(shù)理參量,從而達到對組織結(jié)構(gòu)特征進行評價的目的。本文檔共69頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期二\17點48分5、配準(zhǔn)與融合醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)是指對于一幅醫(yī)學(xué)圖像尋求一種(或一系列)空間變換，使它與另一幅醫(yī)學(xué)圖像上的對應(yīng)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(xué)影像的融合，就是影像信息的融合，即利用計算機技術(shù)，將各種影像學(xué)檢查如CT-MRI，CT-SPECT，MRI-PET、MRI-DSA等所得到的圖像信息進行數(shù)字化綜合處理，將多源數(shù)據(jù)協(xié)同應(yīng)用，進行空間配準(zhǔn)后，產(chǎn)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、圖像壓縮就是把圖像文件的大小進行壓縮變小，同時圖片的質(zhì)量又不會失真到不能接受的程度。本文檔共69頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期二\17點48分1.3.5三維醫(yī)學(xué)影像很多實用的影像設(shè)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(xì)胞、蛋白質(zhì)、基因等重要的人類信息。各個國家正在研究“數(shù)字虛擬人”?！疤摂M人”在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，為醫(yī)學(xué)科研、教學(xué)和臨床手術(shù)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。

本文檔共69頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期二\17點48分1．三維數(shù)字圖像重建越來越多的圖像以及三維重建技術(shù)已經(jīng)變成外科手術(shù)計劃、治療處理及放射科以外其他應(yīng)用的有效手段。它可以提供器官和組織的三維結(jié)構(gòu)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(nèi)窺鏡（CTVE）等。圖1.17額骨骨纖維肉瘤三維重建圖像本文檔共69頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期二\17點48分2．?dāng)?shù)字虛擬人數(shù)字虛擬人簡稱“數(shù)字人”或“虛擬人”，是為更加準(zhǔn)確的描述和研究人體自身形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理、生化功能指標(biāo)而采用高科技手段和計算機圖像處理技術(shù)，通過對“標(biāo)準(zhǔn)人體”真人尸體的從頭到腳做高精細(xì)水平斷層（小于1mm層厚）解剖處理，并實時采集全部數(shù)字高清晰圖像。通過大型計算機處理而實現(xiàn)的數(shù)字化虛擬人體。數(shù)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。本文檔共69頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期二\17點48分?jǐn)?shù)字化人體切片美國男性數(shù)字化人中國虛擬人女一號中國虛擬人女一號人體切片本文檔共69頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期二\17點48分3．三維立體醫(yī)學(xué)圖像的臨床應(yīng)用本文檔共69頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期二\17點48分1.3.6虛擬內(nèi)窺鏡虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)（VirtualEndoscope，VE）是將CT和MR獲得的原始容積數(shù)據(jù)與計算機三維圖像技術(shù)相結(jié)合，借助導(dǎo)航技術(shù)（Navigation）或漫游技術(shù)（Flythrough）以及偽彩技術(shù)來逼真地模擬腔道內(nèi)鏡檢查的一種方法。本文檔共69頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期二\17點48分1.3.7基于影像的計算機輔助外科(computeraidedsurgery，CAS)隨著CT、MRI等圖像診斷儀的發(fā)展，使計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)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(shù)模擬、手術(shù)導(dǎo)航(navigator)、手術(shù)定位、術(shù)前規(guī)劃提供了客觀、準(zhǔn)確、直觀、科學(xué)的手段。1、手術(shù)模擬2、術(shù)前規(guī)劃3、手術(shù)導(dǎo)航本文檔共69頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期二\17點48分本文檔共69頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期二\17點48分1.3.8基于醫(yī)學(xué)影像的計算機輔助診斷本文檔共69頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期二\17點48分1.4計算機醫(yī)學(xué)影像

對醫(yī)學(xué)圖像的評價產(chǎn)生影響包括成像質(zhì)量的客觀物理因素與人的視覺系統(tǒng)等主觀因素。本文檔共69頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期二\17點48分1.4.1影響對醫(yī)學(xué)圖像評價的客觀因素各種成像系統(tǒng)最后供給醫(yī)生的圖像都是經(jīng)過加工處理的實際信號。但有一些物理因素可影響成像的質(zhì)量。包括X線的發(fā)射光譜、待測對象的吸收特性和散射特性、增感屏的吸收特性及其發(fā)射光譜。噪聲的物理源密切地同源本身和檢測系統(tǒng)有關(guān)，因此測量時應(yīng)按需選擇。醫(yī)學(xué)中的放射攝影，有如下幾種類型的噪聲干擾，即感光乳膠的結(jié)團、膠片的物理形變、增感屏磷光物質(zhì)的無規(guī)則漫射、膠片處理中雜斑的形成以及量子雜斑等。本文檔共69頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期二\17點48分1.4.2影響對醫(yī)學(xué)圖像評價的主觀因素探討主觀因素對醫(yī)學(xué)圖像評價的影響應(yīng)該從眼睛這個特殊的光學(xué)系統(tǒng)說起。觀察物體時，要想看清楚它，首先要使它在視網(wǎng)膜上形成清晰的像。為了使不同距離的物體都能在網(wǎng)膜上形成清晰的像，必須隨著物距的改變相應(yīng)的改變眼睛的焦度。晶狀體實際上是一個可變焦距的透鏡，這使它具有很強的適應(yīng)能力。

醫(yī)學(xué)中所遇到的各種圖像基本上是由許多分離的亮點（像素）排列顯示出來。因此人的眼睛對于不同亮度之間的分辨能力，在評價圖像處理結(jié)果中也是必須考慮的重要方面。本文檔共69頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期二\17點48分人的視覺系統(tǒng)適應(yīng)光強度的范圍很寬。由視覺刺激閾值到強閃光之間，光強度的級別約為1010級。醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)中，常將各種信息用具有各種灰度級別的像素點構(gòu)成陣列，以顯示“圖像”，其光強度表示為該點的灰度級?；叶燃壍淖钚≈嫡J(rèn)為是黑，最大值認(rèn)為是白，而所有中間值都是由黑連續(xù)變?yōu)榘讜r的灰度漸變級?？梢?，平面上的像素位置可用坐標(biāo)表示，其灰度級也可用數(shù)字表示，因此所謂數(shù)字圖像就是在空間坐標(biāo)上和亮度上都是已經(jīng)離散化了的像素矩陣圖像。為了得到高質(zhì)量的數(shù)字圖像，陣列像素的數(shù)目和灰度級別需要多少才好？很明顯，圖像清晰度主要取決于像素數(shù)目。固然，這些參量的增加將使圖像更加接近原始信息。但當(dāng)像素數(shù)目增加時，對系統(tǒng)的存儲量和數(shù)據(jù)處理量也隨之增加。本文檔共69頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期二\17點48分1.5醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的分類與組成數(shù)字化醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)成為建設(shè)數(shù)字化醫(yī)院的基礎(chǔ)和提高診斷與治療水平的保證。現(xiàn)在醫(yī)院里常用的各種醫(yī)學(xué)影像設(shè)備種類與型號很多，大致分為五種類型；X線攝影系統(tǒng)、磁共振攝影系統(tǒng)、超聲診斷系統(tǒng)、核醫(yī)學(xué)圖像系統(tǒng)、核醫(yī)學(xué)圖像系統(tǒng)、紅外影像系統(tǒng)與醫(yī)用內(nèi)窺鏡檢查系統(tǒng)。各類影像系統(tǒng)的功能和適宜檢查的范圍是不同的，因此人們正在研究運用醫(yī)學(xué)影像比較學(xué)、各類醫(yī)學(xué)影像融合技術(shù)來進一步提高診斷和治療的水平本文檔共69頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期二\17點48分1.5.1X線攝影系統(tǒng)醫(yī)學(xué)X線攝影系統(tǒng)，泛指所有采用X線源獲取醫(yī)學(xué)影像的設(shè)備，這里包括常規(guī)膠片X光機，計算機成像X線機（CR）、數(shù)字X線機（DR）、斷層掃描X線機（CT）和血管數(shù)字減影（DSA）等設(shè)備。本文檔共69頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期二\17點48分1、常規(guī)X線影像技術(shù)傳統(tǒng)的X線成像是經(jīng)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(xué)模擬圖像?，F(xiàn)今仍有70％以上X線影像診斷是用增感屏--膠片方式的常規(guī)X線攝影技術(shù)。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(nèi)的敏感度非常高，比原來膠片高出三個數(shù)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1～2個數(shù)量級，這些新型的膠片保持住了傳統(tǒng)的成像快，空間分辨率高的優(yōu)勢，結(jié)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。本文檔共69頁；當(dāng)前第47頁；編輯于星期二\17點48分2、計算機成像X線機（ComputedRadiographyCR）目前己能做到從X射線曝光到將模擬信號影像變?yōu)閿?shù)字化影像，但這中間要有較多的復(fù)雜處理過程，需要許多設(shè)備和處理時間。如將影像增強--電視系統(tǒng)攝取到的X線影像，從視頻（模擬）信號經(jīng)數(shù)字化轉(zhuǎn)換成數(shù)字影像，并先用存儲屏將X線影像記錄下來，再經(jīng)激光掃描轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入計算機工作站的數(shù)字化X線攝影方式。被稱為ComputedRadiography,CR系統(tǒng)。本文檔共69頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期二\17點48分CR的成像要經(jīng)過影像信息的記錄、讀取、處理和顯示等步驟。CR系統(tǒng)首先將X線攝照的影像信息記錄在影像板（imageplate，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(jié)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。IP上的潛影用激光束對勻速移動的IP整體進行精確而均勻的掃描，產(chǎn)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(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換讀取潛影信息并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)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(fù)使用達2-3萬次。IP經(jīng)過激光掃描后，則可得到一幀數(shù)字化圖像。影像的數(shù)字化信號經(jīng)圖像后處理系統(tǒng)處理，可以在很大的范圍內(nèi)調(diào)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。本文檔共69頁；當(dāng)前第49頁；編輯于星期二\17點48分圖像后處理的主要功能有：灰階處理、窗位處理、數(shù)字減影血管造影處理和X線吸收率減影處理等。灰階處理是通過圖像處理系統(tǒng)的調(diào)整，可在人眼能辨別的范圍內(nèi)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(jié)構(gòu)。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。窗位處理是對某一灰階數(shù)字信息的（上下限范圍）內(nèi)容（例如選擇骨的灰階范圍），突出顯示指定灰階范圍內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)，以其對X線吸收率的細(xì)微差別，得到最佳的顯示，同時可對這些數(shù)字信號進行增強處理。窗位處理可提高影像對比度，這有利于顯示不同的組織結(jié)構(gòu)，如骨窗、縱隔窗等。目前CR系統(tǒng)可提供與屏～片攝影相一致的分辨率，CR數(shù)字化的信息經(jīng)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(xué)數(shù)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，不易保管等諸多問題。本文檔共69頁；當(dāng)前第50頁；編輯于星期二\17點48分3、數(shù)字X線機（DigitalRadiographyDR）目前有直接數(shù)字化X射線攝影技術(shù)和DR設(shè)備。這些新型裝置不再采用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(zhuǎn)化為數(shù)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(shù)字化影像信號。本文檔共69頁；當(dāng)前第51頁；編輯于星期二\17點48分4、斷層掃描X線機CT20世紀(jì)70年代英國EMI實驗室G．N．Hounsfield工程師在參考1963年美國物理學(xué)家A．M．Cormack發(fā)表的應(yīng)用數(shù)學(xué)重建圖像理論的基礎(chǔ)上，把電子計算機斷層攝像技術(shù)引入醫(yī)學(xué)，使電子計算機技術(shù)與X射線機相結(jié)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(xué)診斷的可靠性和準(zhǔn)確性，使醫(yī)學(xué)成像技術(shù)向前跨了一大步。本文檔共69頁；當(dāng)前第52頁；編輯于星期二\17點48分X-CT的出現(xiàn)使醫(yī)學(xué)成像形成了全新的概念。X-CT是利用圍繞人體的臟器掃描時得到的大量X射線吸收數(shù)據(jù)來重建人體的臟器的斷層圖像的。當(dāng)一束細(xì)（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(shù)為體素衰減系數(shù)的線積分，它可用一探測器進行測量。探測器將射線強度轉(zhuǎn)換成電信號，這些信號經(jīng)過數(shù)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(guān)的吸收系數(shù)，并將該層面的二維吸收系數(shù)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(yīng)體素的吸收系數(shù)的量度，從而得到斷層面上衰減系數(shù)的分布的信息。由于X-CT技術(shù)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。本文檔共69頁；當(dāng)前第53頁；編輯于星期二\17點48分這種數(shù)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(shù)的持續(xù)發(fā)展主要體現(xiàn)在提高速度、改善圖像質(zhì)量、開發(fā)新的功能，拓展應(yīng)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25～33%。提高速度的另一表現(xiàn)是，縮短圖像重建的時間。有的CT產(chǎn)品采用了新的圖像重建技術(shù)，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6～8幅圖像。CT透視對開展介人放射學(xué)非常重要，可減少掃描層數(shù)、降低病人的X線曝射劑量，有的產(chǎn)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(shù)。在圖像質(zhì)量方面，高檔的低壓環(huán)螺旋CT機的空間分辨率已達201p／cm，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。本文檔共69頁；當(dāng)前第54頁；編輯于星期二\17點48分新一代的CT被稱作電子束CT（EBCT），系由電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)偏轉(zhuǎn)線圈改受電子束方向，打在一組半圓形的靶環(huán)上產(chǎn)生出X射線。當(dāng)X線通過被檢人體后，由對側(cè)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20～40倍，可提供心臟等活動器官的非常清晰的影像。X-CT經(jīng)過多代的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)上已獲得廣泛的應(yīng)用，目前已可用來診斷脊柱和頭部損傷，顱內(nèi)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。本文檔共69頁；當(dāng)前第55頁；編輯于星期二\17點48分5、數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)（DSA）DSA即數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)，為放射科各類血管造影及介入治療的專用設(shè)備，是與計算機相結(jié)合的血管造影技術(shù)，該技術(shù)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(shù)字減影血管造影系統(tǒng)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(dǎo)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。

各種管處理功能。為介入手術(shù)導(dǎo)航提供了可靠的保證。突出微小密度差。可高清晰顯示微小血管循環(huán)狀態(tài)圖像。減少膠片用量。高清晰的數(shù)字圖像完全取代了膠片圖像，降低成本，減少環(huán)境污染。本文檔共69頁；當(dāng)前第56頁；編輯于星期二\17點48分目前，應(yīng)用DSA可以開展如心腦血管、神經(jīng)、呼吸、消化、骨骼、泌尿、婦科等涉及臨床各科各系統(tǒng)疾病檢查與治療的高難度技術(shù)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(shù)、冠脈內(nèi)支架直接置入術(shù)、冠狀動脈內(nèi)溶檢術(shù)、埋藏式心臟復(fù)率除顫器植入術(shù)，全腦治療造影術(shù)、椎體成型術(shù)，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更為高效、低價、優(yōu)質(zhì)、安全可靠的醫(yī)療服務(wù)。本文檔共69頁；當(dāng)前第57頁；編輯于星期二\17點48分1.5.2磁共振攝影系統(tǒng)20世紀(jì)80年代將核磁共振技術(shù)應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)，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(chǎn)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(xì)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(xué)影像診斷中的一個新的分支。磁共振成像（（MagneticResonanceImaging）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(nèi)部結(jié)構(gòu)的影像診斷技術(shù)，這一技術(shù)在問世不到20年的時間里得到了迅猛發(fā)展，設(shè)備制造技術(shù)和診斷理論日臻完善。目前，MRI設(shè)備在大中城市醫(yī)院已較廣泛應(yīng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像信息及更豐富的有意義的診療信息。本文檔共69頁；當(dāng)前第58頁；編輯于星期二\17點48分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(tǒng)的磁化矢量由零逐漸增長，當(dāng)系統(tǒng)達到平衡時，磁化強度達到穩(wěn)定值。如果此時核自旋系統(tǒng)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(yīng)。在射頻脈沖停止后，自旋系統(tǒng)已激化的原子核，不能維持這種狀態(tài)，將回復(fù)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(fù)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。本文檔共69頁；當(dāng)前第59頁；編輯于星期二\17點48分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(quán)像，T2加權(quán)像，質(zhì)子密度像這三種基本圖像。脂肪在上述圖像上為高信號，肌肉，肝臟，胰腺等組織器官在T1加權(quán)像上為中等信號，而在T2加權(quán)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(quán)像上為較低信號，在質(zhì)子像和T2加權(quán)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(tǒng)，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。本文檔共69頁；當(dāng)前第60頁；編輯于星期二\17點48分MRI提供的信息量不但大于醫(yī)學(xué)影像學(xué)中的其他許多成像術(shù)，而且不同于已有的成像術(shù)，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，不會產(chǎn)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(shù)成像，有高度的軟組織分辨能力，幾乎適用于全身各系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，故對血管、腫塊、淋巴結(jié)和血管結(jié)構(gòu)之間的相互鑒別，有其獨到之處。它還有高于CT數(shù)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(xiàn)病變。MRI能清楚、全面地顯示心腔、心肌、心包及心內(nèi)其它細(xì)小結(jié)構(gòu)，是診斷各種心臟病以及心功能檢查的可靠方法。本文檔共69頁；當(dāng)前第61頁；編輯于星期二\17點48分從20世紀(jì)80年代初第一臺磁共振掃描儀的問世到2003底，全世界已有大約22000臺MRI設(shè)備應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像診斷、醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究甚至應(yīng)用于醫(yī)學(xué)治療（MRI介入治療）等，每年接受MRI檢查的人數(shù)已超過6000萬。近2~3年中磁共振的發(fā)展特別是超高磁場MRI系統(tǒng)發(fā)展十分迅速，2003年美國FDA已批準(zhǔn)了3T全身MRI系統(tǒng)（注：磁場強度單位用特斯拉表示，3TMRI指的就是磁場強度達3特斯拉的磁共振系統(tǒng)，后面類推。）用于臨床；4TMRI系統(tǒng)最近已通過FDA無明顯危險許可證；7TMRI已走出實驗室并已對近百名健康志愿者完成無事故和無明顯危險安全記錄測試；在實驗室中9.4TMRI樣機已完成對成年動物與后代等不良生物效應(yīng)測試。由于市場對超高場MRI的需求驅(qū)動，超高場磁體的研制目前已有明顯進展如12T或更高場強MRI磁體的技術(shù)難題已部分攻克或攻克。由于原來困擾MRI發(fā)展的各種技術(shù)障礙被一個又一個的克服，加速了MRI技術(shù)的普及與應(yīng)用。本文檔共69頁；當(dāng)前第62頁；編輯于星期二\17點48分1.5.3醫(yī)學(xué)超聲診斷系統(tǒng)超聲波是當(dāng)今人體病變無創(chuàng)傷、無痛苦的最佳檢查手段之一。20世紀(jì)60年代將超聲波技術(shù)應(yīng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)和腫瘤、囊腫的診斷以及檢查臟器、胎兒等的正常與否，經(jīng)過長期的實際使用及觀察分析，超聲成像設(shè)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是應(yīng)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(nèi)，并在組織中傳布。當(dāng)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(gòu)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)和對超聲吸收程度不同，其回聲有一定的共性和特性，結(jié)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(zhì)或功能障礙程度作出準(zhǔn)確診斷。本文檔共69頁；當(dāng)前第63頁；編輯于星期二\17點48分彩色多普勒超聲顯像儀（彩超）是在B超的基礎(chǔ)上增加了多普勒血液成像技術(shù)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(yīng)部位皮膚接觸，掃描結(jié)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(jié)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(jié)石、包塊大小、質(zhì)地、邊界測值準(zhǔn)確。同時還能配合臨床開展介入檢查和治療。本文檔共69頁；當(dāng)前第64頁；編輯于星期二\17點48分1.5.4核醫(yī)學(xué)圖像系統(tǒng)核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)是一種以臟器內(nèi)、外正常組織與病變組織之間的放射性差別為基礎(chǔ)