全國(guó)衛(wèi)生專業(yè)技術(shù)資格考試指導(dǎo)放射醫(yī)學(xué)技術(shù)中級(jí)專業(yè)知識(shí)數(shù)字影像基礎(chǔ)

1、全國(guó)衛(wèi)生專業(yè)技術(shù)資格考試指導(dǎo)放射醫(yī)學(xué)技術(shù)中級(jí)專業(yè)知識(shí)數(shù)字影像基礎(chǔ)一、模擬與數(shù)字（一）模擬相關(guān)概念在信息科學(xué)中，能夠計(jì)數(shù)的離散量稱為數(shù)字信號(hào)，不能計(jì)數(shù)的連續(xù)量稱為模擬信號(hào)。模擬是以某種范疇的表達(dá)方式如實(shí)地反映另一種范疇。例如,地球圍繞著太陽不停地旋轉(zhuǎn)，地球與太陽之間的距離隨時(shí)間而連續(xù)地變化，這種連續(xù)變化的信號(hào)就是一種模擬信號(hào)，也稱為模擬量。在X線攝影范圍內(nèi)，照片記錄或顯示的是從幾乎完全透明（白色）到幾乎不透明（黑色）的一個(gè)連續(xù)的灰階范圍。它是X線透過人體內(nèi)部器官的投影，這種不同的灰度差別即為某一局部所接受的輻射強(qiáng)度的模擬，從另一角度講，為相應(yīng)的成像組織結(jié)構(gòu)對(duì)射線衰減程度的模擬。由此不難理解，傳統(tǒng)

2、X線透視熒屏影像、普通X線照片以及I.ITV影像，均是由模擬量構(gòu)成的圖像，即屬于模擬影像。這些圖像畫面的像點(diǎn)在二維坐標(biāo)系中是連續(xù)變化的，同時(shí)其密度（或亮度）值也是無限稠密的。換句話說，模擬圖像在水平和垂直方向上的像點(diǎn)位置變化，以及每個(gè)像點(diǎn)位置上的密度（或亮度）變化都是連續(xù)的。（二）數(shù)字相關(guān)概念若在一個(gè)正弦（或非正弦）信號(hào)周期內(nèi)取若干個(gè)點(diǎn)的值，取點(diǎn)的多少以能恢復(fù)原信號(hào)為依據(jù)，再將每個(gè)點(diǎn)的值用若干位二進(jìn)制數(shù)碼表示，這就是用數(shù)字量表示模擬量的方法。將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的介質(zhì)為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量（如電壓、電流、頻率、相移、脈寬、位移、轉(zhuǎn)角等）通過采樣轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，該過程

3、就稱為數(shù)字化。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)圖像處理器進(jìn)行處理，重建出圖像，該圖像稱為數(shù)字化圖像。或者說數(shù)字化圖像完全是以一種規(guī)則的數(shù)字量的集合來表示的物理圖像。由此可見，數(shù)字影像則是將模擬影像分解成有限個(gè)小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域中影像密度的平均值用一個(gè)整數(shù)表示。也就是說，數(shù)字化圖像是由許多不同密度的點(diǎn)組成的，每個(gè)點(diǎn)內(nèi)的密度是一均值。（三）模擬與數(shù)字互換模擬信號(hào)可以轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，同樣數(shù)字信號(hào)也可以轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，兩者是可逆的。將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)需要使用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC,它能把離散的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。因此,同一幅圖像可以有兩種表現(xiàn)形式，即模擬方法和數(shù)字方法。從應(yīng)用角度分析，數(shù)字圖像與傳統(tǒng)的模

4、擬圖像相比，數(shù)字圖像具有更多的優(yōu)勢(shì)：1 .數(shù)字圖像的密度分辨率高屏/片組合系統(tǒng)的密度分辨率只能達(dá)到26灰階，而數(shù)字圖像的密度分辨率可達(dá)到210-12甚至16位灰階。雖然人眼對(duì)灰階的分辨能力有一定的限度，但因數(shù)字圖像可通過變化窗寬、窗位、轉(zhuǎn)換曲線等技術(shù)，使全部灰階分段得到充分顯示，從而擴(kuò)大了密度分辨率的信息量。2 .數(shù)字圖像可進(jìn)行后處理圖像后處理是數(shù)字圖像的最大特點(diǎn)。只要保留原始數(shù)據(jù)，就可以根據(jù)診斷需要，并通過軟件功能，有針對(duì)性的對(duì)圖像進(jìn)行處理，從而提高正確診斷率。3 .數(shù)字圖像的存儲(chǔ)、調(diào)閱、傳輸或拷貝更加方便數(shù)字圖像可以存儲(chǔ)在磁盤、磁帶、光盤及各種記憶卡中，并可隨時(shí)進(jìn)行調(diào)閱、傳輸?？赏ㄟ^PAC

5、的絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程會(huì)診。二、矩陣與像素(一)定義1 .矩陣(Matrix)矩陣是一個(gè)數(shù)學(xué)概念。它表示一個(gè)橫成行、縱成列的數(shù)字方陣。矩陣有采集矩陣(Acquisitionmatrix)和顯示矩陣(Displaymatrix)之分。采集矩陣指每幅畫面觀察視野所含像素的數(shù)目，而顯示矩陣是指監(jiān)視器上顯示的圖像像素?cái)?shù)目。為了保證顯示圖像的質(zhì)量，顯示矩陣一般等于或大于采集矩陣。2 .像素(Pixel)像素又稱像元，指組成圖像矩陣中的基本單元。像素是一個(gè)二維概念。像素大小可由像素尺寸表示，如100mmx100區(qū)m(二)矩陣與像素關(guān)系數(shù)字圖像是用數(shù)字陣列表示的圖像，該陣列中的每一個(gè)元素稱為像素，像素是組成數(shù)字圖像的

6、基本元素。數(shù)字圖像是由有限個(gè)像素點(diǎn)組成的，構(gòu)成數(shù)字圖像的所有像素構(gòu)成了矩陣。矩陣大小能表示構(gòu)成一幅圖像的像素?cái)?shù)量多少。矩陣與像素大小的關(guān)系，可由下述公式表示：重建像素大小=視野大小/矩陣大小從公式可知：當(dāng)視野大小固定時(shí)，矩陣越大，像素尺寸越小；矩陣不變時(shí)，視野增大，像素尺寸隨之增大。(三)矩陣、像素與圖像關(guān)系數(shù)字圖像是將一幅圖像分成有限個(gè)被稱為像素的小區(qū)域，每個(gè)像素中的灰度值用一個(gè)整數(shù)來表示。圖像矩陣是一個(gè)整數(shù)值的二維數(shù)組。圖像矩陣的大小一般根據(jù)具體的應(yīng)用和成像系統(tǒng)的容量決定，一幅圖像中包含的像素?cái)?shù)目等于圖像矩陣行與列數(shù)的乘積。如果構(gòu)成圖像的像素?cái)?shù)量少，像素的尺寸大，可觀察到的原始圖像細(xì)節(jié)較少

7、，圖像的空間分辨力低；反之，像素?cái)?shù)量多，圖像的空間分辨力高。描述一幅圖像需要的像素?cái)?shù)量是由每個(gè)像素的大小和整個(gè)圖像的尺寸決定的。在空間分辨力一定的條件下，圖像大比圖像小需要的像素多，每個(gè)單獨(dú)像素的大小決定圖像空間分辨力。若圖像矩陣大小固定，視野增加時(shí)，圖像空間分辨力降低?；叶燃?jí)數(shù)影響著數(shù)字圖像的密度分辨率。計(jì)算機(jī)處理和存儲(chǔ)數(shù)字圖像采用的是二進(jìn)制數(shù)，ADCa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(jí)(graylevel)或灰階(grayscale)。量化后灰度級(jí)的數(shù)量由2N決定,N是二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，稱為位（bit）,用來表示每個(gè)像素的灰度精度。三、數(shù)字X線影像常

8、用術(shù)語熟悉和掌握數(shù)字成像用語的基本概念，對(duì)數(shù)字X線成像原理的理解和數(shù)字圖像的正確分析都是十分必要的。矩陣、體素與像素在上節(jié)已做了敘述，本節(jié)針對(duì)數(shù)字X線影像中常用的其他術(shù)語概念的做一簡(jiǎn)介。（一）原始數(shù)據(jù)（RawData）由探測(cè)器即X線接受器直接接收到的信號(hào)，經(jīng)放大后再通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換所得到的數(shù)據(jù)稱為原始數(shù)據(jù)。（二）顯示數(shù)據(jù)（DisplayData）重建后某幅圖像的數(shù)據(jù)。對(duì)CT而言，是該層面各體素CT值的矩陣，這一矩陣中的數(shù)據(jù)稱顯示數(shù)據(jù)。對(duì)CRDR而言，是構(gòu)成圖像的矩陣以及矩陣中每一個(gè)像素點(diǎn)的值。（三）重建（Reconstruction）用原始數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算而得到顯示數(shù)據(jù)的過程稱為重建。實(shí)際上重建的數(shù)學(xué)

9、處理過程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)學(xué)過程。重建能力是計(jì)算機(jī)功能中一項(xiàng)重要指標(biāo)，重建一般采用專門的計(jì)算機(jī)來完成，它受主控計(jì)算機(jī)的控制。（四）采集時(shí)間（Acquisitiontime）指獲取一幅圖像的原始數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間（五）重建時(shí)間（Reconstructiontime）重建時(shí)間系指計(jì)算機(jī)用原始數(shù)據(jù)重建成影像數(shù)據(jù)矩陣所需要的時(shí)間。重建時(shí)間與重建矩陣的大小和比特值有關(guān)，重建矩陣大或比特值大，所需的重建時(shí)間要長(zhǎng)。同時(shí)又受計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度與內(nèi)存容量的影響。（六）濾波函數(shù)又稱重建算法，是指圖像重建時(shí)所采用的一種數(shù)學(xué)處理方法。（七）噪聲（noise）在X線數(shù)字成像中，影像上觀察到的亮度水平中隨機(jī)出現(xiàn)的波動(dòng)稱為噪聲

10、。表現(xiàn)在圖像上大致可以分為兩種典型的圖像噪聲,一類是噪聲的幅值大小相同，但出現(xiàn)的位置隨機(jī)，這類噪聲屬于椒鹽噪聲；另一類是圖像中的每一點(diǎn)都存在噪聲，但噪聲的幅值大小是隨機(jī)分布的，這類噪聲屬于高斯噪聲。（八）信噪比（SNR或CZN）信噪比是信號(hào)噪聲比的簡(jiǎn)稱，是圖像質(zhì)量控制參數(shù)之一。在實(shí)際信號(hào)中一般都包含有兩種成份，即有用信號(hào)和噪聲，噪聲是無處不在的。用來表征有用信號(hào)強(qiáng)度與噪聲強(qiáng)度之比的參數(shù)稱為“信號(hào)噪聲比。這個(gè)參數(shù)值越大，噪聲對(duì)信號(hào)的影響愈小，信息傳遞質(zhì)量就愈高。（九）灰階（Graylevel）在照片或顯示器上所呈現(xiàn)的黑白圖像上的各點(diǎn)表現(xiàn)出不同深度灰色。把白色與黑色之間分成若干級(jí)，稱為“灰度等級(jí)”，表現(xiàn)的亮度（或灰度）信號(hào)的等級(jí)差別稱為灰階。（十）比特（bit）比特是信息量的單位。在二進(jìn)制中，一位二進(jìn)制所包含的信息量稱為1比特。比特值的大小決定著圖像的密度分辨率，比特值越大，密度分辨率越高，但不是唯一因素。密度分辨率還受其他因素影響，如信噪比等。（H1）偽影（Artifact）