生物醫(yī)學(xué)工程概論之生物醫(yī)學(xué)圖像-1-part1-

1、2022-5-91生物醫(yī)學(xué)工程中心山東大學(xué)控制學(xué)院山東大學(xué)控制學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系生物醫(yī)學(xué)工程系 劉忠國劉忠國生物醫(yī)學(xué)圖像生物醫(yī)學(xué)圖像生物醫(yī)學(xué)工程概論之生物醫(yī)學(xué)工程概論之2022-5-92生物醫(yī)學(xué)工程中心生物醫(yī)學(xué)圖象生物醫(yī)學(xué)圖象(Biomedical Imaging)劉忠國劉忠國：Tel:88384192cellphonemaging technologies are changing the way science is done(R.P. Crease, Science, Vol. 261, July 1993) 2022-5-93生物醫(yī)學(xué)工程中心0. 引言引言u(píng)象

2、鳥一樣飛翔象鳥一樣飛翔Engineering Turn ideas into reality!人類的夢想人類的夢想2022-5-94生物醫(yī)學(xué)工程中心人類的夢想：飛翔人類的夢想：飛翔2022-5-95生物醫(yī)學(xué)工程中心醫(yī)生的夢想：看到醫(yī)生的夢想：看到“看不到看不到”的的u微小的微小的u內(nèi)部的內(nèi)部的u生理的生理的患者的夢想：患者的夢想：u無創(chuàng)無創(chuàng)u無痛無痛u安全安全Engineering Turn ideas into reality!2022-5-96生物醫(yī)學(xué)工程中心醫(yī)學(xué)和患者的共同夢想醫(yī)學(xué)和患者的共同夢想2022-5-97生物醫(yī)學(xué)工程中心課程背景課程背景u傳統(tǒng)看?。和?、聞、問、切（以定性為主）傳

3、統(tǒng)看?。和⒙?、問、切（以定性為主）u依賴于醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)依賴于醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)u現(xiàn)代醫(yī)療：定性（經(jīng)驗(yàn)）到定量（知識(shí)）現(xiàn)代醫(yī)療：定性（經(jīng)驗(yàn)）到定量（知識(shí)）u將人體信息數(shù)字化、可視化，由計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)生診將人體信息數(shù)字化、可視化，由計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)生診斷。提高診斷的正確性斷。提高診斷的正確性2022-5-98生物醫(yī)學(xué)工程中心結(jié)構(gòu)成像結(jié)構(gòu)成像 看到病變看到病變uX-RAYuCT成像成像u圖像處理與分析系統(tǒng)圖像處理與分析系統(tǒng)2022-5-99生物醫(yī)學(xué)工程中心功能成像功能成像 看到功能看到功能ufMRI功能核磁共振成像功能核磁共振成像uPET正電子斷層成像正電子斷層成像uSPECT單光子發(fā)射斷層成像單光子發(fā)射斷層成像

4、2022-5-910生物醫(yī)學(xué)工程中心分子成像分子成像看到細(xì)胞、分子水平的變化看到細(xì)胞、分子水平的變化u光學(xué)成像光學(xué)成像u核磁共振成像核磁共振成像u核素成像核素成像實(shí)時(shí)、在體2022-5-911生物醫(yī)學(xué)工程中心 從信息量的角度看，一幅圖像所包從信息量的角度看，一幅圖像所包含的信息遠(yuǎn)比一條曲線或幾個(gè)數(shù)據(jù)要多。含的信息遠(yuǎn)比一條曲線或幾個(gè)數(shù)據(jù)要多。它以直觀的形式向醫(yī)生展示人體內(nèi)部的它以直觀的形式向醫(yī)生展示人體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)或有關(guān)生理參數(shù)的空間分布，為醫(yī)結(jié)構(gòu)或有關(guān)生理參數(shù)的空間分布，為醫(yī)生的診斷提供重要依據(jù)，成為臨床診斷生的診斷提供重要依據(jù)，成為臨床診斷與醫(yī)學(xué)研究中不可缺少的工具。與醫(yī)學(xué)研究中不可缺少的工具

5、。 百聞不如一見百聞不如一見2022-5-912生物醫(yī)學(xué)工程中心 圖像科學(xué)包含圖像的形成、獲取、圖像科學(xué)包含圖像的形成、獲取、傳輸、存儲(chǔ)、分析、識(shí)別等。在醫(yī)學(xué)圖傳輸、存儲(chǔ)、分析、識(shí)別等。在醫(yī)學(xué)圖像研究領(lǐng)域中主要包含以下兩個(gè)相對(duì)獨(dú)像研究領(lǐng)域中主要包含以下兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的研究方向：立的研究方向：醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)（Medical Imaging System）和和醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)圖像處理圖像處理（Medical Image Processing）。）。醫(yī)學(xué)圖象研究醫(yī)學(xué)圖象研究2022-5-913生物醫(yī)學(xué)工程中心醫(yī)學(xué)圖象研究醫(yī)學(xué)圖象研究u醫(yī)學(xué)成象系統(tǒng)醫(yī)學(xué)成象系統(tǒng)(Medical Imaging Syst

6、em)u圖象形成的過程圖象形成的過程u成象機(jī)理、成象設(shè)備、成象系統(tǒng)分析成象機(jī)理、成象設(shè)備、成象系統(tǒng)分析u醫(yī)學(xué)圖象處理與分析醫(yī)學(xué)圖象處理與分析(Medical Image Processing and Analysis)u對(duì)已獲得的圖象，采用各種算法進(jìn)一步處理增強(qiáng)、對(duì)已獲得的圖象，采用各種算法進(jìn)一步處理增強(qiáng)、特征提取、模式分類、分割、識(shí)別等特征提取、模式分類、分割、識(shí)別等u醫(yī)學(xué)圖象應(yīng)用研究（醫(yī)學(xué)圖象應(yīng)用研究（Medical Application）u臨床臨床u基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)2022-5-914生物醫(yī)學(xué)工程中心u 醫(yī)學(xué)圖像涉及物理學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等廣醫(yī)學(xué)圖像涉及物理學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等

7、廣泛的學(xué)術(shù)領(lǐng)域。隨著各項(xiàng)高新科技的發(fā)展，泛的學(xué)術(shù)領(lǐng)域。隨著各項(xiàng)高新科技的發(fā)展，醫(yī)學(xué)圖醫(yī)學(xué)圖像已經(jīng)從形態(tài)到功能、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從平面到立像已經(jīng)從形態(tài)到功能、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從平面到立體、從局部到整體獲得了飛速的發(fā)展。體、從局部到整體獲得了飛速的發(fā)展。u在實(shí)際應(yīng)用中，醫(yī)學(xué)圖像與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)結(jié)合可以在實(shí)際應(yīng)用中，醫(yī)學(xué)圖像與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)結(jié)合可以讓醫(yī)生從各個(gè)不同角度觀察人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，醫(yī)學(xué)圖讓醫(yī)生從各個(gè)不同角度觀察人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，醫(yī)學(xué)圖像與計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)結(jié)合可以完成圖像的傳輸、像與計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)結(jié)合可以完成圖像的傳輸、歸檔、管理等復(fù)雜的工作，例如歸檔、管理等復(fù)雜的工作，例如PACS系統(tǒng)。系統(tǒng)。醫(yī)學(xué)圖象研究

8、醫(yī)學(xué)圖象研究2022-5-915生物醫(yī)學(xué)工程中心 醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)概述醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)概述 醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展歷史一般可追溯到醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展歷史一般可追溯到1895年倫琴年倫琴發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X射線射線。X射線在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用使醫(yī)生有可能觀射線在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用使醫(yī)生有可能觀察到人體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人體微創(chuàng)或察到人體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人體微創(chuàng)或無創(chuàng)，為醫(yī)生診斷疾病提供了重要的信息。無創(chuàng)，為醫(yī)生診斷疾病提供了重要的信息。2022-5-916生物醫(yī)學(xué)工程中心 從五十年代開始，醫(yī)學(xué)成像技術(shù)逐步進(jìn)入了從五十年代開始，醫(yī)學(xué)成像技術(shù)逐步進(jìn)入了飛速發(fā)展的年代，各種新技術(shù)相繼被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)飛速發(fā)展的年代，各種新

9、技術(shù)相繼被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)中。新的成像方式不斷出現(xiàn)，所成的圖成像系統(tǒng)中。新的成像方式不斷出現(xiàn)，所成的圖像不僅提供了人體組織在解剖上的像不僅提供了人體組織在解剖上的形態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu)，而，而且為器官且為器官功能檢查功能檢查提供了可能。所用的技術(shù)包括提供了可能。所用的技術(shù)包括超聲、核素成像超聲、核素成像等。等。 醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)發(fā)展醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)發(fā)展2022-5-917生物醫(yī)學(xué)工程中心Electromagnetic Spectrum超聲超聲超聲超聲2022-5-918生物醫(yī)學(xué)工程中心 今天，幾乎所有的物理方法都已或多今天，幾乎所有的物理方法都已或多或少地滲透到了醫(yī)學(xué)成像的領(lǐng)域，如或少地滲透到了醫(yī)學(xué)成像的

10、領(lǐng)域，如X射線射線成像、超聲成像、放射性同位素成像及磁成像、超聲成像、放射性同位素成像及磁共振成像等。這些不同的成像方式所提供共振成像等。這些不同的成像方式所提供的人體結(jié)構(gòu)或生理參數(shù)的圖像為提高臨床的人體結(jié)構(gòu)或生理參數(shù)的圖像為提高臨床診斷與治療的有效性發(fā)揮了極大的作用。診斷與治療的有效性發(fā)揮了極大的作用。醫(yī)學(xué)成像設(shè)備已成為現(xiàn)代化醫(yī)院的一個(gè)重要的標(biāo)志。醫(yī)學(xué)成像方法醫(yī)學(xué)成像方法2022-5-919生物醫(yī)學(xué)工程中心主要醫(yī)學(xué)成象系統(tǒng)主要醫(yī)學(xué)成象系統(tǒng)u投影投影X射線成象射線成象u數(shù)字減影（Digital Subtraction Angiography）uX射線計(jì)算機(jī)斷層成象（射線計(jì)算機(jī)斷層成象（X-CT

11、: X-ray Computed Tomography）u磁共振成象（磁共振成象（MRI: Magnetic Resonance Imaging）u放射性核素成象（放射性核素成象（SPECT and PET）u超聲成象（超聲成象（Ultrasonic Imaging）u2022-5-920生物醫(yī)學(xué)工程中心主要醫(yī)學(xué)成象系統(tǒng)主要醫(yī)學(xué)成象系統(tǒng)2022-5-921生物醫(yī)學(xué)工程中心醫(yī)學(xué)成像的作用醫(yī)學(xué)成像的作用2022-5-922生物醫(yī)學(xué)工程中心醫(yī)學(xué)圖象在臨床診斷中的應(yīng)用醫(yī)學(xué)圖象在臨床診斷中的應(yīng)用u提高臨床診斷的水平提高臨床診斷的水平u實(shí)現(xiàn)治療中的監(jiān)護(hù)，提高治療中的有效性實(shí)現(xiàn)治療中的監(jiān)護(hù)，提高治療中的有效

12、性u(píng)外科手術(shù)的規(guī)劃外科手術(shù)的規(guī)劃u圖象的計(jì)算機(jī)管理圖象的計(jì)算機(jī)管理PACS系統(tǒng)系統(tǒng): picture archiving and communication system2022-5-923生物醫(yī)學(xué)工程中心ApplicationsuMRI and PET showing lesions in the brain2022-5-924生物醫(yī)學(xué)工程中心ApplicationsuPET scan on the brain showing Parkinsons Disease2022-5-925生物醫(yī)學(xué)工程中心1. X X射線成像系統(tǒng)射線成像系統(tǒng) uX射線的發(fā)現(xiàn)使人們意識(shí)到了射線的發(fā)現(xiàn)使人們意識(shí)到了X射

13、線在醫(yī)射線在醫(yī)學(xué)成像中的應(yīng)用前景。在此后的幾十年學(xué)成像中的應(yīng)用前景。在此后的幾十年中，中，X射線攝影技術(shù)有了不小的發(fā)展，包射線攝影技術(shù)有了不小的發(fā)展，包括使用旋轉(zhuǎn)陽極括使用旋轉(zhuǎn)陽極X射線管、影像增強(qiáng)管及射線管、影像增強(qiáng)管及采用運(yùn)動(dòng)斷層攝影等。采用運(yùn)動(dòng)斷層攝影等。(1) 投影投影X X射線成像系統(tǒng)射線成像系統(tǒng) 2022-5-926生物醫(yī)學(xué)工程中心X-Ray Imaging (Principle)2022-5-927生物醫(yī)學(xué)工程中心X-Ray Imaging (Principle)2022-5-928生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-5-929生物醫(yī)學(xué)工程中心投影投影X X射線成像系統(tǒng)射線成像系統(tǒng)2022

14、-5-930生物醫(yī)學(xué)工程中心普通普通X光機(jī)光機(jī)2022-5-931生物醫(yī)學(xué)工程中心床式X光機(jī)2022-5-932生物醫(yī)學(xué)工程中心X X光片（平片）光片（平片）2022-5-933生物醫(yī)學(xué)工程中心X-Ray Imaging2022-5-934生物醫(yī)學(xué)工程中心 但由于常規(guī)的但由于常規(guī)的X X射線成像技術(shù)是將射線成像技術(shù)是將人體三維結(jié)構(gòu)投影到一個(gè)二維平面上，人體三維結(jié)構(gòu)投影到一個(gè)二維平面上，會(huì)產(chǎn)生圖像重疊，造成讀片困難。會(huì)產(chǎn)生圖像重疊，造成讀片困難。此外，此外，投影投影X X射線成像對(duì)軟組織的分辨能力較射線成像對(duì)軟組織的分辨能力較差，使得它在臨床中的應(yīng)用也受到一定差，使得它在臨床中的應(yīng)用也受到一定的

15、限制。的限制。 投影投影X射線成像缺點(diǎn)射線成像缺點(diǎn)2022-5-935生物醫(yī)學(xué)工程中心 為了獲得臟器的清晰圖像，人們又為了獲得臟器的清晰圖像，人們又設(shè)計(jì)了一些特殊的設(shè)計(jì)了一些特殊的X射線成像裝置。如射線成像裝置。如X射線數(shù)字減影裝置射線數(shù)字減影裝置(digital subtraction angiography，簡稱簡稱DSA)就是一個(gè)例子。就是一個(gè)例子。(2) 數(shù)字減影血管造影技術(shù)數(shù)字減影血管造影技術(shù)2022-5-936生物醫(yī)學(xué)工程中心 DSA的基本工作原理是：的基本工作原理是：將將X射線機(jī)對(duì)準(zhǔn)射線機(jī)對(duì)準(zhǔn)人體的某一部位，并將人體的某一部位，并將X射線造影劑注入人體血射線造影劑注入人體血管中。

16、如果在注入造影劑的前后分別攝取這同管中。如果在注入造影劑的前后分別攝取這同一部位的一部位的X射線圖像，然后再將這兩幅圖像相減，射線圖像，然后再將這兩幅圖像相減，那么就可以消除圖像中相同結(jié)構(gòu)的部分，而突那么就可以消除圖像中相同結(jié)構(gòu)的部分，而突出注人造影劑的血管部分。出注人造影劑的血管部分。DSA在臨床中已成在臨床中已成功地用于血管網(wǎng)絡(luò)的功能檢查。功地用于血管網(wǎng)絡(luò)的功能檢查。數(shù)字減影血管造影技術(shù)數(shù)字減影血管造影技術(shù)2022-5-937生物醫(yī)學(xué)工程中心DSA2022-5-938生物醫(yī)學(xué)工程中心DSA2022-5-939生物醫(yī)學(xué)工程中心手部DSA肺部DSA2022-5-940生物醫(yī)學(xué)工程中心移動(dòng)式血管

17、造影系統(tǒng)移動(dòng)式血管造影系統(tǒng)2022-5-941生物醫(yī)學(xué)工程中心移動(dòng)式血管造影系統(tǒng)診斷圖移動(dòng)式血管造影系統(tǒng)診斷圖2022-5-942生物醫(yī)學(xué)工程中心（3)3) X X射線計(jì)算機(jī)斷層成像射線計(jì)算機(jī)斷層成像 uX射線計(jì)算機(jī)斷層成像（射線計(jì)算機(jī)斷層成像（Xray computed tomography，簡稱簡稱XCT）。u六十年代早期，計(jì)算機(jī)斷層攝影技術(shù)的出現(xiàn)使醫(yī)六十年代早期，計(jì)算機(jī)斷層攝影技術(shù)的出現(xiàn)使醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)高峰。學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)高峰。它從根本上它從根本上克服了傳統(tǒng)克服了傳統(tǒng)X線成像中影像重疊的問題，獲得了高線成像中影像重疊的問題，獲得了高分辨率的清晰的斷層圖像。分辨率

18、的清晰的斷層圖像。是是X線診斷學(xué)上的一次線診斷學(xué)上的一次重大革命性飛躍。也是二十世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的重大重大革命性飛躍。也是二十世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的重大成就之一。成就之一。2022-5-943生物醫(yī)學(xué)工程中心 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)XCT的理論基礎(chǔ)是從投影重建圖像的理論基礎(chǔ)是從投影重建圖像的數(shù)學(xué)原理。的數(shù)學(xué)原理。當(dāng)代圖像重建理論最杰出的貢獻(xiàn)當(dāng)代圖像重建理論最杰出的貢獻(xiàn)者之一是美國的物理學(xué)家者之一是美國的物理學(xué)家A.M.Cormack。他自他自20世紀(jì)世紀(jì)50年代開始發(fā)表了一系列的論文，不僅年代開始發(fā)表了一系列的論文，不僅證明了在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中從證明了在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中從X射線投影數(shù)據(jù)重建圖像射線投影數(shù)據(jù)重建圖像的可能性，而且提出

19、了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法并完成的可能性，而且提出了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法并完成了仿真與實(shí)驗(yàn)研究。了仿真與實(shí)驗(yàn)研究。X射線計(jì)算機(jī)斷層成像的射線計(jì)算機(jī)斷層成像的重建理論重建理論2022-5-944生物醫(yī)學(xué)工程中心 真正設(shè)計(jì)出一個(gè)裝置來實(shí)現(xiàn)人體斷面成像是真正設(shè)計(jì)出一個(gè)裝置來實(shí)現(xiàn)人體斷面成像是在在1972年，一位名叫年，一位名叫G.N.Hounsfield的工程師的工程師公布了計(jì)算機(jī)斷層成像的結(jié)果。這項(xiàng)研究成果可公布了計(jì)算機(jī)斷層成像的結(jié)果。這項(xiàng)研究成果可以說是在以說是在X射線發(fā)現(xiàn)后的七八十年中放射醫(yī)學(xué)領(lǐng)域射線發(fā)現(xiàn)后的七八十年中放射醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里最重要的突破性進(jìn)展，也是里最重要的突破性進(jìn)展，也是20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的世紀(jì)科學(xué)技

20、術(shù)的重大成就之一。重大成就之一。1979年的諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)破年的諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)破例地授給了這兩位沒有專門醫(yī)學(xué)資歷的科學(xué)家。例地授給了這兩位沒有專門醫(yī)學(xué)資歷的科學(xué)家。X射線計(jì)算機(jī)斷層成像的射線計(jì)算機(jī)斷層成像的裝置實(shí)現(xiàn)裝置實(shí)現(xiàn)2022-5-945生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-5-946生物醫(yī)學(xué)工程中心自從自從XCT問世以來，技術(shù)有了很大的發(fā)展，設(shè)問世以來，技術(shù)有了很大的發(fā)展，設(shè)備裝置也不斷地更新?lián)Q代。備裝置也不斷地更新?lián)Q代。早期的早期的XCT掃描儀，數(shù)據(jù)采集與圖像重建的計(jì)掃描儀，數(shù)據(jù)采集與圖像重建的計(jì)算過程需要算過程需要較長的時(shí)間較長的時(shí)間，圖像，圖像分辨率相對(duì)較低分辨率相對(duì)較低，而病人接受的

21、射線而病人接受的射線照射劑量卻相對(duì)比較大照射劑量卻相對(duì)比較大。較新的較新的XCT裝置采用多個(gè)檢測器構(gòu)成的扇形掃裝置采用多個(gè)檢測器構(gòu)成的扇形掃描方式，它不僅減少了掃描與數(shù)據(jù)處理的時(shí)間，描方式，它不僅減少了掃描與數(shù)據(jù)處理的時(shí)間，減少了照射劑量，同時(shí)還改善了圖像的分辨率。減少了照射劑量，同時(shí)還改善了圖像的分辨率。X射線計(jì)算機(jī)斷層成像的射線計(jì)算機(jī)斷層成像的發(fā)展發(fā)展2022-5-947生物醫(yī)學(xué)工程中心 在這個(gè)發(fā)展過程中，大量的研究工作在這個(gè)發(fā)展過程中，大量的研究工作是在努力開發(fā)高速有效的圖像重建算法，是在努力開發(fā)高速有效的圖像重建算法，包括代數(shù)方法與解析方法。包括代數(shù)方法與解析方法。目前的目前的XCT裝

22、置其成像厚度可以小到裝置其成像厚度可以小到1mm，斷面中的斷面中的圖像分辨率也已經(jīng)可以做到小于圖像分辨率也已經(jīng)可以做到小于1mm。X射線計(jì)算機(jī)斷層成像的發(fā)展射線計(jì)算機(jī)斷層成像的發(fā)展2022-5-948生物醫(yī)學(xué)工程中心u(a) Original EMI CT head scanner (Mayo Clinic, Rochester, Minn, circa 1973)u (b) an 80 x 80-matrix head CT image obtained with it.2022-5-949生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-5-950生物醫(yī)學(xué)工程中心CT機(jī)機(jī)2022-5-951生物醫(yī)學(xué)工程中心202

23、2-5-952生物醫(yī)學(xué)工程中心CT螺旋CT西門子64層 螺旋CT2022-5-953生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-5-954生物醫(yī)學(xué)工程中心CT Scanning2022-5-955生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-5-956生物醫(yī)學(xué)工程中心CT掃描部分掃描部分X光球管光球管高壓發(fā)生器高壓發(fā)生器探測器探測器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2022-5-957生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-5-958生物醫(yī)學(xué)工程中心X射線成像的缺點(diǎn)射線成像的缺點(diǎn)X射線X射線像物體2022-5-959生物醫(yī)學(xué)工程中心uI0 :入射入射X-射線強(qiáng)度射線強(qiáng)度; I : 輸出輸出X-射線強(qiáng)度；射線強(qiáng)度；u :組織的線性衰減系數(shù)組織的線性衰減系數(shù)

24、; x: 組織的厚度。組織的厚度。CT成像原理成像原理-1 x0IIe 0IIx朗伯定律x12nI0I2022-5-960生物醫(yī)學(xué)工程中心CT成像原理成像原理-2uX射線束通過非均勻介質(zhì)：射線束通過非均勻介質(zhì)：x12nI0I1 x1(1)0eII 2 x2( 2 )1eII n x(3)-1ennII)12n(x( 4 )0enII 012n(5)(+)lnnIxI 0(6)111lnniIpxI 2022-5-961生物醫(yī)學(xué)工程中心CT圖像u體素：將選定層面分成若干個(gè)體積相同的立方體。：將選定層面分成若干個(gè)體積相同的立方體。u數(shù)字矩陣：每個(gè)體素的：每個(gè)體素的X線衰減系數(shù)排列成矩陣。線衰減系數(shù)

25、排列成矩陣。u像素：數(shù)字矩陣中的每個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)為由黑到白不等：數(shù)字矩陣中的每個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)為由黑到白不等灰度的小方塊?；叶鹊男》綁K。2022-5-962生物醫(yī)學(xué)工程中心u為了鑒別組織線性衰減系數(shù)的微小差別，并使組織為了鑒別組織線性衰減系數(shù)的微小差別，并使組織特性定量化，定義特性定量化，定義CT值：值：u其中其中 t t、 waterwater分別為組織及水的線性衰減系數(shù)，單分別為組織及水的線性衰減系數(shù)，單位為位為HounsfieldHounsfield，簡稱，簡稱HuHu。由上式顯見，水的。由上式顯見，水的CTCT值值為為0 0。u實(shí)驗(yàn)得知：實(shí)驗(yàn)得知： 骨骨22waterwater， 空氣空氣0 0。因

26、此，骨的。因此，骨的CTCT值為值為10001000，空氣的，空氣的CTCT值為值為0 0。CT值（值（Hu單位）單位）01000-1000 空氣空氣 脂肪脂肪 水水 軟組織軟組織 致密骨骼致密骨骼 twaternumberwaterCT010 02022-5-963生物醫(yī)學(xué)工程中心傳統(tǒng)傳統(tǒng)X射線裝置：射線裝置：n幾何聚焦，二維幾何聚焦，二維X光片、縱向信息重疊；光片、縱向信息重疊；n圖像后處理應(yīng)用少；圖像后處理應(yīng)用少；n成像劑量可選（粗），劑量大；成像劑量可選（粗），劑量大；n動(dòng)態(tài)范圍??；動(dòng)態(tài)范圍?。籲密度分辨率低，不能區(qū)別軟組的細(xì)節(jié)；密度分辨率低，不能區(qū)別軟組的細(xì)節(jié)；n空間分辨率高；空間分

27、辨率高；n不易與醫(yī)院其它數(shù)字化設(shè)備互聯(lián)。不易與醫(yī)院其它數(shù)字化設(shè)備互聯(lián)。CT：n圖像重建，三維斷層、圖像清晰；圖像重建，三維斷層、圖像清晰；n通過圖像后處理，可獲得多平面圖像；通過圖像后處理，可獲得多平面圖像；n成像劑量可選（精細(xì)），劑量小；成像劑量可選（精細(xì)），劑量?。籲動(dòng)態(tài)范圍大；動(dòng)態(tài)范圍大；n密度分辨率高，對(duì)軟組織分辨率能力高；密度分辨率高，對(duì)軟組織分辨率能力高；n空間分辨率較低；空間分辨率較低；n易與醫(yī)院其它數(shù)字化設(shè)備互連。易與醫(yī)院其它數(shù)字化設(shè)備互連。CT與傳統(tǒng)與傳統(tǒng)X射線裝置的對(duì)比射線裝置的對(duì)比2022-5-964生物醫(yī)學(xué)工程中心CT機(jī)的發(fā)展機(jī)的發(fā)展uCT機(jī)按其適用范圍分為頭顱機(jī)按其適用范圍分為頭顱CT和全身和全身CT，CT機(jī)的機(jī)的發(fā)展常用代（發(fā)展常用代（Generation）來表示；）來表示；uCT機(jī)從上世紀(jì)機(jī)從上世紀(jì)70年代問世以來，已經(jīng)經(jīng)歷了年代問世以來，已經(jīng)經(jīng)歷了5代。代。2022-5-965生物醫(yī)學(xué)工程中心First Generation2022-5-966生物醫(yī)學(xué)工程中心Second Generation2022-5-967生物醫(yī)學(xué)工程中心Third Generation(From Siemens)20