全的醫(yī)學(xué)成像原理數(shù)字X線成像課件

1、第四章 數(shù)字X線成像 主要內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識 第二節(jié)第二節(jié) 計算機(jī)計算機(jī)X線攝影線攝影 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字?jǐn)?shù)字X線攝影線攝影 第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字剪影血管攝影數(shù)字剪影血管攝影 數(shù)字?jǐn)?shù)字X 線成像技術(shù)是傳統(tǒng)的線成像技術(shù)是傳統(tǒng)的X 線技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。線技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。 第一節(jié) 數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識 一、數(shù)字圖像概念 數(shù)字圖像：數(shù)字圖像：如果將一幅圖像空間位置分成有限個像素的小區(qū)域，每個如果將一幅圖像空間位置分成有限個像素的小區(qū)域，每個 像素中的灰度平均值用一個整數(shù)來表示，這種圖像信息便是數(shù)字信號像素中的灰度平均值用一個整數(shù)來表示，這種圖像信息便是

2、數(shù)字信號 ，圖像信息為數(shù)字信號的圖像就是數(shù)字圖像。，圖像信息為數(shù)字信號的圖像就是數(shù)字圖像。 與數(shù)字圖像有關(guān)的基本概念：與數(shù)字圖像有關(guān)的基本概念： 1體素（體素（voxel） 代表一定厚度的三維空間的人體體積單元。是一個代表一定厚度的三維空間的人體體積單元。是一個 三維的概念。三維的概念。 2像素（像素（pixel） 組成數(shù)字圖像的基本單元。是一個二維概念，是體組成數(shù)字圖像的基本單元。是一個二維概念，是體 素在成像平面的表現(xiàn)。素在成像平面的表現(xiàn)。 3像素值像素值 是像素的灰度值或強(qiáng)度值，一個像素只具有一個灰度值。是像素的灰度值或強(qiáng)度值，一個像素只具有一個灰度值。 4視野（視野（field of

3、view，F(xiàn)OV） 擬進(jìn)行檢查容積的選定區(qū)域。擬進(jìn)行檢查容積的選定區(qū)域。 5圖像重建（圖像重建（image reconstruction） 用采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)計算而得用采集的原始數(shù)據(jù)經(jīng)計算而得 到顯示圖像數(shù)據(jù)的過程。到顯示圖像數(shù)據(jù)的過程。 6部分容積效應(yīng)（部分容積效應(yīng)（partial volume effect） 某像素位置上可能有多個某像素位置上可能有多個 不同不同X 線吸收系數(shù)的體素存在，該處像素的灰度值往往是多個體素灰線吸收系數(shù)的體素存在，該處像素的灰度值往往是多個體素灰 度值依其體積所占比例而得的平均灰度值的現(xiàn)象。度值依其體積所占比例而得的平均灰度值的現(xiàn)象。 7空間分辯力（空間分辯力（

4、spatial resolution） 是指圖像能分辨相鄰兩點的能力是指圖像能分辨相鄰兩點的能力 ，常用能分辨兩個點間的最小距離來表示。又稱幾何分辨力。，常用能分辨兩個點間的最小距離來表示。又稱幾何分辨力。 8密度分辯力（密度分辯力（density resolution） 圖像中可辨認(rèn)低密度差別的最圖像中可辨認(rèn)低密度差別的最 小極限，即對細(xì)微密度差別的分辨能力（數(shù)字圖像灰度精度的范圍）小極限，即對細(xì)微密度差別的分辨能力（數(shù)字圖像灰度精度的范圍） 。又稱為圖像的灰度分辨力（或?qū)Ρ榷确直媪Γ?。又稱為圖像的灰度分辨力（或?qū)Ρ榷确直媪Γ?9時間分辯力（時間分辯力（temporal resolutio

5、n） 成像系統(tǒng)對被檢體組織運(yùn)動部成像系統(tǒng)對被檢體組織運(yùn)動部 位的瞬間成像能力。位的瞬間成像能力。 二、數(shù)字圖像與圖像矩陣、灰度級數(shù)的關(guān)系 1與圖像矩陣的關(guān)系與圖像矩陣的關(guān)系 圖像矩陣中的行與列的數(shù)目一般都是圖像矩陣中的行與列的數(shù)目一般都是2 的倍數(shù)的倍數(shù) 。一幅圖像中包含的像素數(shù)目等于圖像矩陣行數(shù)與列數(shù)的乘積。一幅圖像中包含的像素數(shù)目等于圖像矩陣行數(shù)與列數(shù)的乘積。 2與灰度級數(shù)的關(guān)系與灰度級數(shù)的關(guān)系 A/D 轉(zhuǎn)換器將連續(xù)變化的灰度值轉(zhuǎn)化為一系列轉(zhuǎn)換器將連續(xù)變化的灰度值轉(zhuǎn)化為一系列 離散的整數(shù)灰度值，量化后的整數(shù)灰度值又稱為灰度級（離散的整數(shù)灰度值，量化后的整數(shù)灰度值又稱為灰度級（gray le

6、vel） 或灰階。每個像素的灰度精度范圍從或灰階。每個像素的灰度精度范圍從l 位（位（2 個灰度級）到個灰度級）到12 位（位（ 4096 個灰度級）個灰度級） 三、數(shù)字圖像的形成 1圖像數(shù)據(jù)采集圖像數(shù)據(jù)采集 是通過各種接收器件（如成像板、探測器、是通過各種接收器件（如成像板、探測器、CCD 攝像攝像 管、檢測器、探頭等），將曝光或掃描等形式收集到的模擬信號轉(zhuǎn)換管、檢測器、探頭等），將曝光或掃描等形式收集到的模擬信號轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號。數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)采集大都經(jīng)過三個步驟：成數(shù)字信號。數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)采集大都經(jīng)過三個步驟： （1）分割：分割：是將圖像分割成若干個小單元的空間取樣處理（下圖是將圖像分割

7、成若干個小單元的空間取樣處理（下圖a） 。 （2）采樣：采樣：對一幅圖像采樣時該圖像中像素的每一個亮點被采樣，亮對一幅圖像采樣時該圖像中像素的每一個亮點被采樣，亮 點的光強(qiáng)度通過光電倍增管轉(zhuǎn)換成電信號（模擬信號）（下圖點的光強(qiáng)度通過光電倍增管轉(zhuǎn)換成電信號（模擬信號）（下圖b）。）。 （3）量化：量化：量化過程中，每一個被采樣像素的亮度值都取整數(shù)（量化過程中，每一個被采樣像素的亮度值都取整數(shù)（0、 正數(shù)或負(fù)數(shù)），所取的數(shù)值決定了數(shù)字圖像的灰度值，并且精確地對正數(shù)或負(fù)數(shù)），所取的數(shù)值決定了數(shù)字圖像的灰度值，并且精確地對 應(yīng)于像素點。整個量化過程，整數(shù)表示的電子信號完全取決于原始信應(yīng)于像素點。整個量

8、化過程，整數(shù)表示的電子信號完全取決于原始信 號的強(qiáng)度，并且與原始信號的強(qiáng)度成正比。號的強(qiáng)度，并且與原始信號的強(qiáng)度成正比。 2信號處理信號處理 計算機(jī)接受數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)字信號后，立即進(jìn)行數(shù)據(jù)計算機(jī)接受數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)字信號后，立即進(jìn)行數(shù)據(jù) 處理：根據(jù)需要采取放大、濾波或降噪等處理方法，并將像素的位置處理：根據(jù)需要采取放大、濾波或降噪等處理方法，并將像素的位置 信息與強(qiáng)度信息結(jié)合，重建出一幅圖像。信息與強(qiáng)度信息結(jié)合，重建出一幅圖像。 3圖像顯示圖像顯示 計算機(jī)將信號處理后重建的圖像輸出至監(jiān)視器屏幕上顯計算機(jī)將信號處理后重建的圖像輸出至監(jiān)視器屏幕上顯 示。同時，將所接受到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，以備隨

9、時調(diào)用、顯示或示。同時，將所接受到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，以備隨時調(diào)用、顯示或 重建。重建。 四、數(shù)字圖像的特點 從應(yīng)用角度分析，數(shù)字圖像與模擬圖像相比具有其自身的特點：從應(yīng)用角度分析，數(shù)字圖像與模擬圖像相比具有其自身的特點： 1密度分辨力高密度分辨力高 屏屏-片系統(tǒng)的密度分辨力只能達(dá)到片系統(tǒng)的密度分辨力只能達(dá)到26灰階，數(shù)字圖像灰階，數(shù)字圖像 的密度分辨力可達(dá)到的密度分辨力可達(dá)到210l2灰階?；译A。 2可進(jìn)行后圖像處理可進(jìn)行后圖像處理 只要保留原始數(shù)據(jù)，就可以根據(jù)診斷需要，有只要保留原始數(shù)據(jù)，就可以根據(jù)診斷需要，有 針對性的對圖像進(jìn)行處理，以達(dá)到改善圖像質(zhì)量，增加診斷信息，提針對性的對圖像進(jìn)行

10、處理，以達(dá)到改善圖像質(zhì)量，增加診斷信息，提 高診斷準(zhǔn)確性的目的。高診斷準(zhǔn)確性的目的。 3可以高保真地存儲、調(diào)閱、傳輸或拷貝可以高保真地存儲、調(diào)閱、傳輸或拷貝 數(shù)字圖像可以存儲于磁盤數(shù)字圖像可以存儲于磁盤 、磁帶、光盤及各種記憶卡中，并可隨時進(jìn)行調(diào)閱、傳輸。、磁帶、光盤及各種記憶卡中，并可隨時進(jìn)行調(diào)閱、傳輸。 五、數(shù)字圖像的基本處理 常用的醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像處理技術(shù)有：圖像增強(qiáng)、圖像運(yùn)算、圖像變換、常用的醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像處理技術(shù)有：圖像增強(qiáng)、圖像運(yùn)算、圖像變換、 圖像分割及圖像重建等。圖像分割及圖像重建等。 1圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng) 圖像增強(qiáng)是增強(qiáng)圖像中某些有用信息，削弱或去除無用圖像增強(qiáng)是增強(qiáng)圖像中某些有用信

11、息，削弱或去除無用 信息。如：增強(qiáng)圖像對比度、提高信噪比、強(qiáng)調(diào)組織邊緣等。信息。如：增強(qiáng)圖像對比度、提高信噪比、強(qiáng)調(diào)組織邊緣等。 2圖像運(yùn)算圖像運(yùn)算 圖像運(yùn)算分為代數(shù)運(yùn)算和幾何運(yùn)算。圖像運(yùn)算分為代數(shù)運(yùn)算和幾何運(yùn)算。 圖像代數(shù)運(yùn)算圖像代數(shù)運(yùn)算是指對兩幅或兩幅以上的圖像進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算是指對兩幅或兩幅以上的圖像進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算 ，處理的基本單位是像素，通過運(yùn)算改變像素灰度值，但不改變像素，處理的基本單位是像素，通過運(yùn)算改變像素灰度值，但不改變像素 之間的相對位置關(guān)系。之間的相對位置關(guān)系。 圖像幾何運(yùn)算圖像幾何運(yùn)算是指對圖像進(jìn)行縮放、平移、旋轉(zhuǎn)、錯切、鏡像等改變是指對圖像進(jìn)行縮放、平移、

12、旋轉(zhuǎn)、錯切、鏡像等改變 像素相對位置的處理。像素相對位置的處理。 3圖像變換圖像變換 圖像變換是指將圖像轉(zhuǎn)換到頻率域或其他非空間域的變圖像變換是指將圖像轉(zhuǎn)換到頻率域或其他非空間域的變 換域中進(jìn)行處理。換域中進(jìn)行處理。 4圖像分割圖像分割 圖像分割是按照某種原則將圖像分成若干個有意義的部圖像分割是按照某種原則將圖像分成若干個有意義的部 分，使得每一部分都符合某種一致性要求。分，使得每一部分都符合某種一致性要求。 5三維重建三維重建 三維圖像重建是指利用獲得的連續(xù)二維斷層圖像信息，三維圖像重建是指利用獲得的連續(xù)二維斷層圖像信息， 按照體繪制、面繪制等運(yùn)算方法，重建出反映組織三維信息的三維影按照體繪

13、制、面繪制等運(yùn)算方法，重建出反映組織三維信息的三維影 像。面繪制適于重建單個臟器組織，重在顯示組織外觀形態(tài)和空間結(jié)像。面繪制適于重建單個臟器組織，重在顯示組織外觀形態(tài)和空間結(jié) 構(gòu)，但不描述組織內(nèi)部信息，信息利用率較小。臨床常用的面繪制有構(gòu)，但不描述組織內(nèi)部信息，信息利用率較小。臨床常用的面繪制有 表面陰影顯示（表面陰影顯示（SSD）（下圖）（下圖a）。體繪制適于多個臟器組織的重建，。體繪制適于多個臟器組織的重建， 尤其對于相互包含的多重組織顯示效果較好，其算法充分利用圖像數(shù)尤其對于相互包含的多重組織顯示效果較好，其算法充分利用圖像數(shù) 據(jù)，反映的診斷信息更多。臨床常用的體繪制有據(jù)，反映的診斷信息

14、更多。臨床常用的體繪制有最大密度投影（最大密度投影（MIP ）（下圖）（下圖b）、容積再現(xiàn)（、容積再現(xiàn)（VR）等。）等。 第二節(jié) 計算機(jī)X 線攝影 計算機(jī)計算機(jī)X 線攝影（線攝影（CR）是使用可記錄并由激光讀出）是使用可記錄并由激光讀出X 線影像信息的成線影像信息的成 像板（像板（IP）作為載體，經(jīng)）作為載體，經(jīng)X 線曝光及信息讀出處理，形成數(shù)字式平片線曝光及信息讀出處理，形成數(shù)字式平片 影像。影像。 CR 系統(tǒng)中入射到系統(tǒng)中入射到IP 的的X 線量子被線量子被IP 的成像層內(nèi)的熒光顆粒吸收，釋放的成像層內(nèi)的熒光顆粒吸收，釋放 出電子，其中一部分電子散布在成像層內(nèi)呈半穩(wěn)定狀態(tài)，形成潛影（出電子

15、，其中一部分電子散布在成像層內(nèi)呈半穩(wěn)定狀態(tài)，形成潛影（ 信息記錄）；當(dāng)用激光照射已形成的潛影時，半穩(wěn)定狀態(tài)的電子轉(zhuǎn)變信息記錄）；當(dāng)用激光照射已形成的潛影時，半穩(wěn)定狀態(tài)的電子轉(zhuǎn)變 為光量子，發(fā)生光激勵發(fā)光（為光量子，發(fā)生光激勵發(fā)光（PSL）現(xiàn)象，光量子隨即由光電倍增管）現(xiàn)象，光量子隨即由光電倍增管 檢測到，并被轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)檢測到，并被轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（信息轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（信息 讀出）；然后數(shù)字信號被傳送到存儲與顯示元件中作進(jìn)一步處理與顯讀出）；然后數(shù)字信號被傳送到存儲與顯示元件中作進(jìn)一步處理與顯 示（信息的處理與記錄）。示（信息的處理與記錄）。 一、CR

16、 系統(tǒng)特點 CR 系統(tǒng)的優(yōu)點：系統(tǒng)的優(yōu)點： 1IP 可重復(fù)使用可重復(fù)使用 2具有多種處理技術(shù)具有多種處理技術(shù) 3靈敏度高靈敏度高 具有較高的空間分辨力具有較高的空間分辨力 4具有高的線性度具有高的線性度 5動態(tài)范圍大動態(tài)范圍大 6寬容度大寬容度大 7高度的識別性高度的識別性 8可數(shù)字化存儲可數(shù)字化存儲 CR 系統(tǒng)的缺點：系統(tǒng)的缺點： 1時間分辨力較差時間分辨力較差 不能滿足動態(tài)器官結(jié)構(gòu)的顯示；不能滿足動態(tài)器官結(jié)構(gòu)的顯示； 2空間分辨力不如常規(guī)的空間分辨力不如常規(guī)的X 線照片。線照片。 二、成像板 成像板（成像板（IP）結(jié)構(gòu)：）結(jié)構(gòu)： IP 由保護(hù)層、由保護(hù)層、PSL 物質(zhì)層、基板等組成。物質(zhì)層

17、、基板等組成。 2特性特性 IP 的固有特征是的固有特征是X 線輻射劑量與激光束激發(fā)的線輻射劑量與激光束激發(fā)的PSL 強(qiáng)度之間的在強(qiáng)度之間的在1:104 范圍內(nèi)是線性的，該線性關(guān)系使范圍內(nèi)是線性的，該線性關(guān)系使CR 系統(tǒng)具有高的敏感性和寬的動態(tài)系統(tǒng)具有高的敏感性和寬的動態(tài) 范圍。范圍。 IP 可以重復(fù)使用，在可以重復(fù)使用，在IP 再次使用前，應(yīng)當(dāng)用強(qiáng)光照射，消除可能存在再次使用前，應(yīng)當(dāng)用強(qiáng)光照射，消除可能存在 的潛影。在使用中，應(yīng)注意避免的潛影。在使用中，應(yīng)注意避免IP 出現(xiàn)擦傷。出現(xiàn)擦傷。 由于由于IP 中的熒光物質(zhì)對放射線、紫外線的敏感度遠(yuǎn)高于普通中的熒光物質(zhì)對放射線、紫外線的敏感度遠(yuǎn)高于

18、普通X 線膠片線膠片 ，因此攝影前、后的，因此攝影前、后的IP都要屏蔽。攝影后的都要屏蔽。攝影后的IP 上的潛影會因光的照射上的潛影會因光的照射 而消褪，所以必須避光。避光不良或漏光的而消褪，所以必須避光。避光不良或漏光的IP 上的圖像會因貯存的影上的圖像會因貯存的影 像信息量減少而變得發(fā)白，這與普通膠片正好相反。像信息量減少而變得發(fā)白，這與普通膠片正好相反。 三、CR 成像基本原理 CR 系統(tǒng)成像可用四象限理論來描述其成像基本原理。系統(tǒng)成像可用四象限理論來描述其成像基本原理。 1影像信息采集（第一象限）影像信息采集（第一象限） CR 系統(tǒng)的影像是通過一種涂在系統(tǒng)的影像是通過一種涂在IP 上的

19、上的 特殊物質(zhì)特殊物質(zhì)-光激勵發(fā)光物質(zhì)來完成影像信息的采集光激勵發(fā)光物質(zhì)來完成影像信息的采集，光激勵發(fā)光（光激勵發(fā)光（PSL ）的強(qiáng)度與二次激發(fā)光（激光）的波長有關(guān)）的強(qiáng)度與二次激發(fā)光（激光）的波長有關(guān)。 2影像信息讀?。ǖ诙笙蓿┯跋裥畔⒆x?。ǖ诙笙蓿?貯存在貯存在PSL 物質(zhì)中的影像信息是以模物質(zhì)中的影像信息是以模 擬信號的形式記錄下來的，要將其讀出并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，需使用激擬信號的形式記錄下來的，要將其讀出并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，需使用激 光掃描讀出裝置（稱光激勵發(fā)光掃描儀或光掃描讀出裝置（稱光激勵發(fā)光掃描儀或PSL 掃描儀）。掃描儀）。 3影像信息處理（第三象限）影像信息處理（第三象限）

20、由第二象限輸入的信息經(jīng)影像處理裝置由第二象限輸入的信息經(jīng)影像處理裝置 （IPC）處理，顯示出適用于診斷的影像，顯示的特征是可以獨立控制）處理，顯示出適用于診斷的影像，顯示的特征是可以獨立控制 的，可根據(jù)診斷要求施行各種處理。如動態(tài)范圍壓縮處理、諧調(diào)處理、的，可根據(jù)診斷要求施行各種處理。如動態(tài)范圍壓縮處理、諧調(diào)處理、 空間頻率處理、減影處理等，能在較大的范圍內(nèi)改變影像特性。空間頻率處理、減影處理等，能在較大的范圍內(nèi)改變影像特性。 4影像再現(xiàn)（第四象限）影像再現(xiàn)（第四象限） 饋入影像記錄裝置（饋入影像記錄裝置（IRC）的影像信號重新被）的影像信號重新被 轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號以獲得轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號以獲得X

21、線照片線照片。第四象限決定了。第四象限決定了CR 系統(tǒng)中輸出的系統(tǒng)中輸出的X 線線 照片的特性曲線。照片的特性曲線。 四象限理論中，第一象限涉及四象限理論中，第一象限涉及IP 的固有特性，在系統(tǒng)運(yùn)行中是不能調(diào)節(jié)的固有特性，在系統(tǒng)運(yùn)行中是不能調(diào)節(jié) 的，第二至四象限則在系統(tǒng)運(yùn)行中可充分調(diào)節(jié)，實施影像處理功能。的，第二至四象限則在系統(tǒng)運(yùn)行中可充分調(diào)節(jié)，實施影像處理功能。 四、CR 系統(tǒng)的圖像處理 CR 系統(tǒng)中實施圖像處理功能分為三個主要環(huán)節(jié)：系統(tǒng)中實施圖像處理功能分為三個主要環(huán)節(jié)： 第一個環(huán)節(jié)是與系統(tǒng)的檢測功能有關(guān)的處理，即第二象限功能。該處第一個環(huán)節(jié)是與系統(tǒng)的檢測功能有關(guān)的處理，即第二象限功能。該

22、處 理環(huán)節(jié)稱為曝光數(shù)據(jù)識別（理環(huán)節(jié)稱為曝光數(shù)據(jù)識別（EDR）。）。 第二個環(huán)節(jié)是與顯示的影像特征有關(guān)的處理，即第三象限功能。這一第二個環(huán)節(jié)是與顯示的影像特征有關(guān)的處理，即第三象限功能。這一 環(huán)節(jié)的功能在于通過各種特定處理（如諧調(diào)處理、頻率處理、減影處環(huán)節(jié)的功能在于通過各種特定處理（如諧調(diào)處理、頻率處理、減影處 理等）為診斷醫(yī)生提供滿足不同診斷要求的、具有較高診斷價值的影理等）為診斷醫(yī)生提供滿足不同診斷要求的、具有較高診斷價值的影 像。像。 第三個環(huán)節(jié)是與影像信息的存儲與傳輸功能有關(guān)的處理，即第四象限第三個環(huán)節(jié)是與影像信息的存儲與傳輸功能有關(guān)的處理，即第四象限 功能。這個功能是獲得質(zhì)量優(yōu)良的照片

23、記錄，并在不衰減影像質(zhì)量的功能。這個功能是獲得質(zhì)量優(yōu)良的照片記錄，并在不衰減影像質(zhì)量的 前提下實施影像數(shù)據(jù)的壓縮，以達(dá)到高效率的存儲與傳輸。前提下實施影像數(shù)據(jù)的壓縮，以達(dá)到高效率的存儲與傳輸。 （一）與檢測功能有關(guān)的處理（一）與檢測功能有關(guān)的處理 直方圖分析五種類型：直方圖分析五種類型： 用于骨骼皮膚的顯示；用于骨骼皮膚的顯示； 用于骨骼軟組織的顯示；用于骨骼軟組織的顯示； 用于胃腸道鋇劑造影檢查的顯用于胃腸道鋇劑造影檢查的顯 示；示； 著重突出軟組織信息的軟組織著重突出軟組織信息的軟組織 顯示；顯示； 著重突出骨骼信息的骨骼顯示著重突出骨骼信息的骨骼顯示 。 （二）與顯示功能有關(guān)的處理（二）

24、與顯示功能有關(guān)的處理 顯示功能的處理包括：顯示功能的處理包括： 動態(tài)范圍（動態(tài)范圍（dynamic range）壓）壓 縮處理、諧調(diào)（層次）處理（縮處理、諧調(diào)（層次）處理（ gradation processing）、空間）、空間 頻率處理（頻率處理（ spatialfrequency processing）和能量減影處理）和能量減影處理 （ energy subtraction processing）。）。CR 圖像處理操圖像處理操 作界面如右圖所示。作界面如右圖所示。 1動態(tài)范圍壓縮處理動態(tài)范圍壓縮處理 指將原始影像信號的信息范指將原始影像信號的信息范 圍按照診斷的需要、用適當(dāng)圍按照診斷的

25、需要、用適當(dāng) 的進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗瘮?shù)進(jìn)行的進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗瘮?shù)進(jìn)行 壓縮處理，使不需要的信號壓縮處理，使不需要的信號 被壓縮掉，需要的信號清楚被壓縮掉，需要的信號清楚 地顯示出來。動態(tài)范圍壓縮地顯示出來。動態(tài)范圍壓縮 處理在諧調(diào)處理與空間頻率處理在諧調(diào)處理與空間頻率 處理之前施行。處理之前施行。 4減影處理減影處理 是通過采是通過采 用一定的技術(shù)來消除無用一定的技術(shù)來消除無 關(guān)結(jié)構(gòu)的背景影像，使關(guān)結(jié)構(gòu)的背景影像，使 需要觀察的結(jié)構(gòu)能更清需要觀察的結(jié)構(gòu)能更清 楚地顯示。楚地顯示。CR 系統(tǒng)也可系統(tǒng)也可 完成血管造影與非造影完成血管造影與非造影 影像的減影功能。影像的減影功能。CR 系系 統(tǒng)中減影方式

26、有：時間統(tǒng)中減影方式有：時間 減影和能量減影。減影和能量減影。 CR 系統(tǒng)與系統(tǒng)與DSA 設(shè)備相比有下述優(yōu)點：設(shè)備相比有下述優(yōu)點： IP 覆蓋范圍大，可克服覆蓋范圍大，可克服DSA 設(shè)備中設(shè)備中 影像增強(qiáng)管（影像增強(qiáng)管（I.I）視野較小的限制；）視野較小的限制； IP 的空間分辨力比的空間分辨力比I.I-TV 系統(tǒng)高；系統(tǒng)高； IP 的動態(tài)范圍寬，利于曝光區(qū)域內(nèi)的動態(tài)范圍寬，利于曝光區(qū)域內(nèi) 的結(jié)構(gòu)具有明顯密度差別時信息的采的結(jié)構(gòu)具有明顯密度差別時信息的采 集；集；曝光劑量低。曝光劑量低。 五、影響CR 影像質(zhì)量的因素 CR 系統(tǒng)成像過程中，對影像質(zhì)量的影響主要在于信息的采集、信息的系統(tǒng)成像過程

27、中，對影像質(zhì)量的影響主要在于信息的采集、信息的 讀出、信息的處理與記錄四個環(huán)節(jié)中，尤其以讀出、信息的處理與記錄四個環(huán)節(jié)中，尤其以IP 的特征和閱讀器的性的特征和閱讀器的性 能為重要。能為重要。 1決定系統(tǒng)響應(yīng)性的因素決定系統(tǒng)響應(yīng)性的因素 （1）進(jìn)入）進(jìn)入IP 的散射線的散射線 （2）激光束在）激光束在IP 熒光層上的散射熒光層上的散射 （3）電子系統(tǒng)的響應(yīng)特征）電子系統(tǒng)的響應(yīng)特征 2噪聲噪聲 CR 系統(tǒng)中存在著兩種噪聲，即量子噪聲（系統(tǒng)中存在著兩種噪聲，即量子噪聲（X 線量依賴性噪聲線量依賴性噪聲 ）和固有噪聲（非）和固有噪聲（非X 線量依賴性噪聲），量子噪聲又分為線量依賴性噪聲），量子噪聲又

28、分為X 線量子噪聲線量子噪聲 和光量子噪聲。和光量子噪聲。 第三節(jié) 數(shù)字X 線攝影 一、影像信息接收器一、影像信息接收器 （一）直接轉(zhuǎn)換型平板探測器（一）直接轉(zhuǎn)換型平板探測器 直接轉(zhuǎn)換直接轉(zhuǎn)換FPD 分為非晶硒（分為非晶硒（a-Se）為光電材料的）為光電材料的FPD 和多絲正比電離和多絲正比電離 室型（現(xiàn)在已很少使用）。室型（現(xiàn)在已很少使用）。 1非晶硒（非晶硒（a-Se）平板探測器）平板探測器 （1）組成：）組成：a-Se FPD 由由X 線轉(zhuǎn)換、探測元陣列、高速信號處理和數(shù)字線轉(zhuǎn)換、探測元陣列、高速信號處理和數(shù)字 影像傳輸單元等組成。影像傳輸單元等組成。 （2）成像原理：）成像原理： 2多

29、絲正比電離室多絲正比電離室 多絲正比電離室（多絲正比電離室（MWPC）型直接數(shù)字）型直接數(shù)字X 線攝影線攝影 ，是中興醫(yī)療公司與俄羅斯科學(xué)院核物理研究所于，是中興醫(yī)療公司與俄羅斯科學(xué)院核物理研究所于1999 年在中國共年在中國共 同研制成功的低劑量直接數(shù)字化同研制成功的低劑量直接數(shù)字化X 線機(jī)，或稱為低劑量線機(jī)，或稱為低劑量X線機(jī)，采用線機(jī)，采用 一種狹縫式的線掃描裝置。一種狹縫式的線掃描裝置。 （1）組成：多絲正比電離室由主機(jī)部分、探測系統(tǒng)、掃描機(jī)構(gòu)、計）組成：多絲正比電離室由主機(jī)部分、探測系統(tǒng)、掃描機(jī)構(gòu)、計 算機(jī)系統(tǒng)和其它輔助系統(tǒng)組成。算機(jī)系統(tǒng)和其它輔助系統(tǒng)組成。 （二）間接轉(zhuǎn)換平板探測器

30、（二）間接轉(zhuǎn)換平板探測器 間接轉(zhuǎn)換平板探測器又分為碘化間接轉(zhuǎn)換平板探測器又分為碘化 銫銫+非晶硅（非晶硅（CsIa-Si）和電荷藕）和電荷藕 合器件（合器件（CCD）攝像機(jī)兩種。）攝像機(jī)兩種。 1CsIa-Si 平板探測器平板探測器 與直接與直接 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換FPD 的區(qū)別主要在于熒光材的區(qū)別主要在于熒光材 料層和探測元陣列層。料層和探測元陣列層。 （1）組成：）組成：a-Si FPD 由熒光材料由熒光材料 、探測元陣列、信號讀取和信號、探測元陣列、信號讀取和信號 處理單元等組成（下圖）處理單元等組成（下圖） （2）工作原理：位于探測器頂層的）工作原理：位于探測器頂層的CsI 閃爍晶體將入射的閃爍

31、晶體將入射的X 線圖像轉(zhuǎn)線圖像轉(zhuǎn) 換為可見光圖像；位于換為可見光圖像；位于CsI 層下的層下的a-Si 光電二極管陣列將可見光圖像轉(zhuǎn)光電二極管陣列將可見光圖像轉(zhuǎn) 換為電荷圖像，每一個像素的電荷量與入射的換為電荷圖像，每一個像素的電荷量與入射的X 線強(qiáng)度成正比，同時線強(qiáng)度成正比，同時 該陣列還將空間上連續(xù)的該陣列還將空間上連續(xù)的X 線圖像轉(zhuǎn)換為一定數(shù)量的行和列構(gòu)成的點線圖像轉(zhuǎn)換為一定數(shù)量的行和列構(gòu)成的點 陣式圖像；在中央時序控制器的統(tǒng)一控制下，位于行方向的行驅(qū)動電陣式圖像；在中央時序控制器的統(tǒng)一控制下，位于行方向的行驅(qū)動電 路與位于列方向的讀取電路將電荷信號逐行取出，轉(zhuǎn)換為串行脈沖序路與位于列方

32、向的讀取電路將電荷信號逐行取出，轉(zhuǎn)換為串行脈沖序 列并量化為數(shù)字信號。獲取的數(shù)字信號經(jīng)通信接口電路傳送至圖像處列并量化為數(shù)字信號。獲取的數(shù)字信號經(jīng)通信接口電路傳送至圖像處 理器，形成理器，形成X 線數(shù)字圖像。上述過程完成后，掃描控制器自動對探測線數(shù)字圖像。上述過程完成后，掃描控制器自動對探測 器內(nèi)的感應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行掃描，去除潛影。器內(nèi)的感應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行掃描，去除潛影。 2CCD攝像機(jī)探測器攝像機(jī)探測器 TV 攝像機(jī)有攝像管攝像機(jī)和攝像機(jī)有攝像管攝像機(jī)和CCD（電荷藕合（電荷藕合 器件）攝像機(jī)。器件）攝像機(jī)。CCD系統(tǒng)和攝像管相比，在穩(wěn)定性、幾何精確度、信系統(tǒng)和攝像管相比，在穩(wěn)定性、幾何精確度、信 號一

33、致性和體積方面都有優(yōu)越性。但號一致性和體積方面都有優(yōu)越性。但CCD 攝像機(jī)與其它攝像機(jī)與其它X 線轉(zhuǎn)換設(shè)備線轉(zhuǎn)換設(shè)備 如影像增強(qiáng)器或閃爍體相匹配時，優(yōu)點就不如平板探測器那么明顯。如影像增強(qiáng)器或閃爍體相匹配時，優(yōu)點就不如平板探測器那么明顯。 CCD 攝像機(jī)陣列技術(shù)是采用近百個性能一致的攝像機(jī)陣列技術(shù)是采用近百個性能一致的CCD 攝像機(jī)整齊排列在攝像機(jī)整齊排列在 同一平面上，它們前方一定距離（共同的焦點）上是一張熒光屏。同一平面上，它們前方一定距離（共同的焦點）上是一張熒光屏。X 線對被檢體曝光時，熒光屏發(fā)出人體組織的可見光影像，每一個線對被檢體曝光時，熒光屏發(fā)出人體組織的可見光影像，每一個CCD

34、 攝影機(jī)攝取一定范圍的熒光影像，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由計算機(jī)進(jìn)攝影機(jī)攝取一定范圍的熒光影像，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由計算機(jī)進(jìn) 行處理，將圖像拼接，形成一幅完整的圖像。行處理，將圖像拼接，形成一幅完整的圖像。 二、成像性能 數(shù)字?jǐn)?shù)字X 線成像比屏線成像比屏-片系統(tǒng)、片系統(tǒng)、CR 系統(tǒng)成像的成像性能更優(yōu)越，系統(tǒng)成像的成像性能更優(yōu)越， 主要有三個方面。主要有三個方面。 1X 線敏感度線敏感度 高高X 線敏感度是線敏感度是 X 線透視的首要條件。直接轉(zhuǎn)換線透視的首要條件。直接轉(zhuǎn)換 方法的感度取決于方法的感度取決于a-Se 層的層的X 線線 吸收效率。吸收效率。 2X 線響應(yīng)特性線響應(yīng)特性 在管電壓在管電

35、壓80kVp，X 線管前放置線管前放置 20mm 鋁板測量對應(yīng)于鋁板測量對應(yīng)于X 線劑線劑 量的電子信號。電子信號在很量的電子信號。電子信號在很 寬的寬的X 線曝光范圍內(nèi)顯示出良線曝光范圍內(nèi)顯示出良 好的線性，在好的線性，在X 線曝光量過高線曝光量過高 的特殊情況下達(dá)到飽和。這些的特殊情況下達(dá)到飽和。這些 優(yōu)秀的優(yōu)秀的X 線探測器性能在從線探測器性能在從X 線透視到攝影的寬范圍內(nèi)都是線透視到攝影的寬范圍內(nèi)都是 適用的。適用的。 3空間分辨力空間分辨力 第四節(jié) 數(shù)字減影血管造影 數(shù)字減影血管造影（數(shù)字減影血管造影（DSA）是計算機(jī)與常規(guī)）是計算機(jī)與常規(guī)X 線血管造影相結(jié)合的一線血管造影相結(jié)合的一

36、 種檢查方法。種檢查方法。 DSA 成像裝置由影像增強(qiáng)器成像裝置由影像增強(qiáng)器-攝像機(jī)、對數(shù)放大攝像機(jī)、對數(shù)放大-A/D 轉(zhuǎn)換器、存儲器轉(zhuǎn)換器、存儲器 、影像處理機(jī)及顯示裝置等組成。、影像處理機(jī)及顯示裝置等組成。 一、DSA 原理 DSA 中用來數(shù)字化并相減的信號取自攝像機(jī)的輸出端，它是由透過人中用來數(shù)字化并相減的信號取自攝像機(jī)的輸出端，它是由透過人 體后的體后的X 線強(qiáng)度決定的。當(dāng)單能窄束線強(qiáng)度決定的。當(dāng)單能窄束X 線通過兩均勻介質(zhì)時，線通過兩均勻介質(zhì)時，X 線射線射 出強(qiáng)度出強(qiáng)度IT和入射和入射X 線強(qiáng)度線強(qiáng)度I0之間服從指數(shù)衰減規(guī)律。之間服從指數(shù)衰減規(guī)律。 DSA 成像過程：成像過程：攝制普通片，制成蒙片；攝制普通片，制成蒙片；攝制血管造影片（充盈攝制血管造影片（充盈 圖像）；圖像）；將蒙片與血管造影片加權(quán)減影即得到將蒙片與血管造影片加權(quán)減影即得到DSA 圖像。圖像。 二、減影方式 1時間減影時間減影 是是DSA 的常用方的常用方 式。在注入的對比劑進(jìn)入式。在注入的對比劑進(jìn)入R