第十章 醫(yī)學(xué)成像原理及處理1

第十章醫(yī)學(xué)成像原理及處理

第二節(jié)醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)前言——醫(yī)學(xué)成像概述10.2.2常規(guī)X射線攝影10.2.3X射線計(jì)算機(jī)斷層成像10.2.4磁共振成像10.2.5核醫(yī)學(xué)成像1.醫(yī)學(xué)成像定義：醫(yī)學(xué)成像是指醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的形成過(guò)程，也指形成醫(yī)學(xué)影像的技術(shù)或裝置。2.共同特征：能量發(fā)射源，效應(yīng)組織，探測(cè)器，處理器，顯示器。3.分類：(1)X射線影像(2)核磁共振成像

(3)核素顯像(4)超聲成像(5)阻抗成像(6)熱、微波成像前四種用途最廣泛，容易推廣普及，稱為四大醫(yī)學(xué)成像。(7)光學(xué)成像前言——醫(yī)學(xué)成像概述(a)CT圖像(b)MR圖像(c)PET圖像圖10－2三種類型醫(yī)學(xué)影像(a)、(b)反映了頭部的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)——形態(tài)學(xué)成像(c)反映了腦功能的生理變化——功能成像4.不同類型的醫(yī)學(xué)影像具有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用表10-1醫(yī)學(xué)影像類型比較醫(yī)學(xué)圖像分類主要形式描述內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖像：描述人體的生理解剖結(jié)構(gòu)X攝影、CT組織密度分布超聲成像(UI)組織聲阻抗的變化磁共振成像(MRI)磁共振核密度分布及弛豫特征功能圖像：描述人體在不同狀態(tài)下組織器官的功能活動(dòng)狀況核醫(yī)學(xué)成像(RI)(SPECT，PET)組織器官生理代謝功能功能磁共振成像(fMRI)人腦的功能活動(dòng)多普勒成像(DFI)血液流量成像其他類型成像阻抗成像(EIT)體內(nèi)阻抗或阻抗變化量熱、微波成像體表紅外信號(hào)和體內(nèi)微波輻射信號(hào)光學(xué)成像利用光學(xué)及電視技術(shù)觀察人體部分器官的形態(tài)10.2.2常規(guī)X射線攝影常規(guī)X射線攝影(投影X射線攝影):透視&攝影包括：1.熒光透視成像系統(tǒng)、2.膠片攝影系統(tǒng)

、3.數(shù)字X射線攝影、4.數(shù)字減影血管技術(shù)1.熒光透視成像系統(tǒng)(1)原理：將穿透人體X射線照射到熒光屏上，顯示出明暗不同的熒光像。(2)傳統(tǒng)透視的缺點(diǎn)：暗室中操作，臨床醫(yī)生受到X射線的輻射，并且不能保留客觀記載。熒光像亮度低、分辨力差等。(3)影像增強(qiáng)管原理,圖像亮度高，清晰度高但視野小(4)X-射線電視(X-TV)組成：影像增強(qiáng)器攝像機(jī)監(jiān)視器控制器優(yōu)點(diǎn)：

X射線劑量低

亮度高，能夠遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)觀察

提高了影像清晰度和信噪比

便于觀察診斷

便于進(jìn)行動(dòng)態(tài)記錄和觀察原理：增感屏—膠片方式2．膠片攝影系統(tǒng)增感屏—膠片結(jié)構(gòu)片基感光乳膠熒光增強(qiáng)屏:由基層、熒光體層、保護(hù)層和反射層(吸收層)等四層組成?！?．?dāng)?shù)字X射線攝影把X射線投影圖像數(shù)字化

利用數(shù)字圖像處理技術(shù)改善圖像質(zhì)量

降低對(duì)患者的照射劑量

數(shù)字化圖像便于存貯、檢索和通信數(shù)字X射線成像系統(tǒng)CR(computedradiography)系統(tǒng)數(shù)字透視DF(digitalfluorography)系統(tǒng)DR(directradiography)系統(tǒng)X射線

影像板

激光掃描

光電倍增管

A/D

數(shù)字圖像X射線

影像增強(qiáng)管

X-TV

A/D

數(shù)字圖像直接數(shù)字X射線攝影(directDR,DDR)間接數(shù)字X射線攝影(indirectDR,IDR)

4．?dāng)?shù)字減影血管技術(shù)減影就是除去與血管重疊的背景結(jié)構(gòu)、從感興趣區(qū)(regionofinteresting,ROI)分離出清晰的血管的方法。(1)數(shù)字減影工作原理時(shí)間減影：用作減影的兩幀圖像是在不同時(shí)刻獲得的掩摸-充盈圖像=減影圖像缺點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)偽影能量減影如：,且KL=1,則：—骨組織圖像如：,且KL=1,—軟組織圖像則：(2)空間數(shù)字濾波(3)數(shù)字減影系統(tǒng)硬件組成：(1)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器；(2)對(duì)數(shù)型轉(zhuǎn)換器；(3)數(shù)字圖像處理機(jī)(計(jì)算機(jī))；(4)圖像輸出設(shè)備，包括顯示器、打印和存儲(chǔ)。銳化圖像，突出輪廓——高通濾波平滑圖像，消除噪聲——低通濾波10.2.3X射線計(jì)算機(jī)斷層成像1917年奧地利數(shù)學(xué)家Radon從理論上證明，利用X射線投影數(shù)值可以重建二維斷層解剖圖像或三維圖像。1972年英國(guó)制成用于臨床腦組織檢查的世界上第一臺(tái)X-CT機(jī)(頭部CT)X-CT(X-raycomputedtomography,X-CT)各種現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像技術(shù)都與X-CT圖像重建有類似之處，如MR和ECT等，掌握該技術(shù)的原理和方法很重要。1.CT原理利用X射線輻射源投射欲成像的人體器官，從多個(gè)觀測(cè)角度獲取目標(biāo)的一系列投影數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，并與圖像顯示技術(shù)相結(jié)合，從而得到人體器官的斷層圖像或三維可視化圖像。CT的本質(zhì)：

分布成像——投影(射線和)數(shù)據(jù)采集早期CT掃描方式：——單束平移—旋轉(zhuǎn)掃描目前CT成像系統(tǒng)用扇形射線束、環(huán)形探測(cè)器、電子掃描CT圖像重建反射投影法濾波反射投影法扇形束數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成平行束數(shù)據(jù)，使之滿足重建算法的條件。2．CT數(shù)值(1)人體衰減系數(shù),CT值定義氣道：0.01cm-1骨質(zhì)：0.4cm-1水及軟組織：0.2cm-1K稱為擴(kuò)大常數(shù),K=1000

W=0.19cm-1=19m-1(73keV)(2)CT數(shù)值相關(guān)因素①

由于衰減系數(shù)與波長(zhǎng)有關(guān)，因此CT值與X射線管電壓有關(guān)。不同型號(hào)的CT機(jī)所測(cè)得的CT值是有差異的，但其相對(duì)值是恒定的；②CT值與密度和質(zhì)量電子密度而變，或更確切地說(shuō)與體積電子密度有關(guān)。表10-3幾種組織的CT數(shù)值(K=500,1000)CT

值單位:亨

(H)窗口技術(shù)CT值范圍:2000H(-1000H~+1000H)(1)根據(jù)人眼對(duì)灰度的識(shí)別和分辨能力，沒(méi)必要將CT圖像灰度分為2000級(jí)。(2)如將2000H分成一定的灰度級(jí)(32or64)，會(huì)降低圖像的分辨率，丟失圖像信息。2000H/32=62.5H將顯示的CT值限制在一個(gè)窄的范圍(窗口)內(nèi)可以解決這個(gè)問(wèn)題，相當(dāng)于把感興趣部位的對(duì)比度增強(qiáng)，而把無(wú)關(guān)緊要部位的對(duì)比度壓縮(甚至不顯示)，使感興趣區(qū)的CT值差別小的組織能得到分辨，從而提高對(duì)組織細(xì)微結(jié)構(gòu)的觀察，這種限制性顯示工作稱為窗口技術(shù)，即把某一段CT值擴(kuò)大到整個(gè)CRT的灰度等級(jí)。窗寬(windowwidth,WW)所顯示CT值范圍；WW=CTmax-CTminCT>CTmax,全白CT<

CTmin,全黑窗位(windowlevel,WL)所顯示CT值中心位置

(也稱為窗平)窗口技術(shù)純屬一種顯示技術(shù)。合理地使用窗口技術(shù)，只是能獲取組織或結(jié)構(gòu)上差異的最佳顯示，有利于臨床診斷，窗口技術(shù)并不改變?nèi)梭w組織或各部分結(jié)構(gòu)上的真實(shí)差異。窗口2：WW=+160H,WL=+30H

32級(jí)灰度，5H/級(jí)3．X射線的硬化效應(yīng)4．CT成像系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)：X射線點(diǎn)源、探測(cè)器線陣列、轉(zhuǎn)動(dòng)掃描機(jī)構(gòu)、可調(diào)床位和縱向掃描機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、圖像處理、存儲(chǔ)和輸出系統(tǒng)及整機(jī)電控系統(tǒng)等．CT掃描系統(tǒng)主要由X射線管與探測(cè)器組成的掃描系統(tǒng)。第一代:窄束平