醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)培訓(xùn)課件

1、醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)內(nèi)容計算機X線攝影(computed radiography,CR)數(shù)字X 線攝影(digital radiography,DR)直接數(shù)字X 線攝影(direct digital radiography,DDR)計算機體層攝影(computed tomoraphy,CT)磁共振成像(magnetic resonance image;MRI)數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography;DSA)超聲成像(ulstransonography,USG)正電子發(fā)射體層成像(positron emission tomog

2、raphy, PET)醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)2醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)內(nèi)容計算機X線攝影(computed rad技術(shù)的共同點:以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),使圖像信息數(shù)字化,以便實施對圖像的后處理。發(fā)展動向技術(shù)的發(fā)展充實，完善了設(shè)備的硬件與軟件功能低檔設(shè)備努力充實與提高硬件的性能，并且把中高檔設(shè)備較成熟的功能與軟件移植過來，拓寬了低檔設(shè)備的適用范圍。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)3技術(shù)的共同點:醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)3第1節(jié) 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)的發(fā)展 CR把傳統(tǒng)的X線數(shù)字化，DDR利用平板探測器將X線信息直接數(shù)字化。CT已發(fā)展到寬探測器多層螺旋CT。確定了更薄層厚、更短采集時間。各種專業(yè)軟件應(yīng)用包，實現(xiàn)腦CT灌注成像早期診斷急性腦猝中等

3、MR實時成像技術(shù)，并實現(xiàn)了MR透視，像顯微細胞學(xué)、分子水平、基因水平發(fā)展。超聲：三維彩色超聲醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)4第1節(jié) 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)的發(fā)展 CR把傳統(tǒng)的X線數(shù)字化，DD第1節(jié) 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)的基礎(chǔ)一、醫(yī)療影象設(shè)備用計算機 輸入信息除了接收來自鍵盤輸入的信息外，還可接收自身數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(data acquisition system; DAS) 。主控汁算機控制著多級的彼此相互獨立的CPU系統(tǒng)。多CPU提高處理速度。圖象存儲設(shè)備：硬盤、磁帶、光盤、磁盤陣列等。 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)5第1節(jié) 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)的基礎(chǔ)一、醫(yī)療影象設(shè)二、數(shù)據(jù)采集 1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)6二、數(shù)據(jù)采集

4、醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)6發(fā)射源 ：不同的成像方法發(fā)射源的介質(zhì)不同uCR、DR、DDR、DSA和CT其發(fā)射源為X射線；uMRI的發(fā)射源是射頻脈沖；uUSG的發(fā)射源是超聲波；uNM的發(fā)射源是某些具有放射性的同位素。 。 被檢體：當被撿體受接到來自發(fā)射源的信號后，體內(nèi)組織使信號發(fā)生改變，離開被檢體到探測器/接收器。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)7發(fā)射源 ：不同的成像方法發(fā)射源的介質(zhì)不同醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)7探測器/接收器：探測器/接收器是收集經(jīng)過人體后并帶有體內(nèi)信息的信號，再轉(zhuǎn)遞到下一個采集單元。采樣器 ：采樣器接收到上一級轉(zhuǎn)遞的信號，首先經(jīng)濾過器對它進行濾過，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(analogue-to-digital con

5、verter，A/D)將模擬圖象(analogue image)轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖像(digital image)。采集到的原始數(shù)據(jù)必須送到RDCP 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)8探測器/接收器：探測器/接收器是收集經(jīng)過人體后并帶有體內(nèi)信息數(shù)據(jù)收集處理器：數(shù)據(jù)收集處理器(reconstruction and data collection processor，RDCP)可以把原始數(shù)據(jù)根據(jù)診斷的需要進行各種后處理。 記錄：采集數(shù)據(jù)的最終目的是為了記錄人體內(nèi)的不同組織信息，供疾病的診斷，治療和復(fù)查醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)9數(shù)據(jù)收集處理器：數(shù)據(jù)收集處理器(reconstruction2、數(shù)據(jù)采集的原理模擬采樣：X線片的密度(

6、density)是隨空間位置分布的連續(xù)函數(shù)，照片上點和點之間是連續(xù)的，中間沒有間隔，而感光密度隨坐標點的變化也是連續(xù)的。它反映了入射線的X線強度的空間分布。數(shù)字影像的圖像矩陣(matrix)則是一個整數(shù)數(shù)值的二維數(shù)組。整幅圖像被分解成有限個小區(qū)域，每個這種小區(qū)域中圖像密度的平均值用一個整數(shù)來表示，這個小區(qū)域被稱為象素（pixel）。 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)102、數(shù)據(jù)采集的原理醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)10圖2-7A為一幅手的X線照片。其中有一條橫線。圖2-7B給出了橫線上的一維像的密度隨距離變化的連續(xù)函數(shù)；圖2-7C是用數(shù)字表示的維數(shù)字圖像。在進行數(shù)字化時，采取每2mm間隔采一個點。即每個象素的寬度為2mm

7、。像素密度數(shù)值用O-255共256個整數(shù)表不。256=28，像素密度用8位二進制數(shù)表示。取橫線寬度力1mm，把整幅圖像劃分為若干條橫線，這樣每個象素即為1mm2mm。在掃描中，這個寬度叫層厚（slice thickness)。每條橫線可獲得一幅一維圖像。這些一維數(shù)字圖像就可以組合成一幅二維數(shù)字圖像。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)11圖2-7A為一幅手的X線照片。其中有一條橫線。圖2-7B給出將二維圖像變成一系列一維圖像的過程，在物理上可用時間掃描來完成。再通過A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)殡x散的數(shù)字序列。這樣，原始的數(shù)字圖像就產(chǎn)生了。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)12將二維圖像變成一系列一維圖像的過程，在物理上可用時間掃描來完3、A/

8、D與D/A轉(zhuǎn)換器 完成數(shù)據(jù)的采集要用A/D轉(zhuǎn)換器，而數(shù)據(jù)的精確還取決A/D轉(zhuǎn)換器的量化精度。數(shù)字圖像要在屏幕上顯示，也離下開D/A轉(zhuǎn)換器。它主要有以下兩項性能指標。（1）轉(zhuǎn)換速度連續(xù)模擬信號首先在時間上進行采樣，將連續(xù)的時間信號用按一定間隔采集的離散值來表示。采樣定理告訴我們，當采樣的頻率高于連續(xù)時間信號最高頻率兩倍以上時，用采樣得到的離散時間序列可以完全恢復(fù)原來的連續(xù)時間信號而不損失任何信息。采樣頻率就是A/D轉(zhuǎn)換器的變換頻率。 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)133、A/D與D/A轉(zhuǎn)換器 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)13（2）變化精度和動態(tài)范圍 模擬信息的表示范圍沒有限制，但所接收到模擬量具有有限的動態(tài)范圍。 整數(shù)數(shù)

9、字量的變化是離散的，數(shù)字位數(shù)愈多，能表示的數(shù)字量的范圍就愈大。 A/D轉(zhuǎn)換器的精度應(yīng)與所轉(zhuǎn)換的模擬信號的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR）動態(tài)范圍相適應(yīng)。 D/A轉(zhuǎn)換器的精度和動態(tài)范圍要求較A/D轉(zhuǎn)換器略低一些 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)14（2）變化精度和動態(tài)范圍 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)144、數(shù)字圖像的表達要素 數(shù)字圖像是由一個整數(shù)數(shù)值的二維數(shù)組組成的，整幅圖像被分解成了有限個小區(qū)域，即數(shù)字圖像是由不同亮度和顏色的點組成的二維點陣； 數(shù)字在這里不僅意味著數(shù)碼，而且表示了某點的亮度或顏色。當個點陣含有足夠多的點時，并且點與點之間足夠近時，看起來就是幅完整的圖像 ；表達數(shù)字圖像的兩個

10、要素：即點陣的大小和每個點的灰度值。存儲一幅數(shù)字圖像只要記錄下點陣的大小和每個點的灰度值即可?；叶戎担耗骋稽c的亮度或色彩在給定亮度或色彩序列中次序的數(shù)值。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)154、數(shù)字圖像的表達要素 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)15醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)培訓(xùn)課件2、邊緣增強 原理：把圖像邊緣的象素值重新計算，得出一個新象素值，它所表示的灰度值與原象素值有明顯的差異，如果象素的灰度顯示為白(或亮)，那么，新象素的灰度則顯示為更白(或更亮)。邊緣增強實際上是模擬人眼傳遞視覺信息的一種圖像處理方法。它的作用是把人眼難以辨認的輪廓得以增強，使其能清晰的顯示毗鄰的解剖關(guān)系。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)172、邊緣增強 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)

11、173、對比度增強 對比度增強是DSA中一種必不可少的環(huán)節(jié)。在減影像中，由于對比度大的人體組織，如骨、肌肉、軟組織等已被消除，只剩下相對對比度小的血管像，一般相減處理的數(shù)值都比較小，為了便于觀察，必須做對比度處理。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)183、對比度增強 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)18 4、多平面重建多平面重建(multiple plana reformatting，MPR)是后處理功能中最常用的方法之一，它是通過薄層的容積采集獲取數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機處理獲得多方位、多平面的圖像。該方法操作簡便、圖像逼真。通過MPR后，可以得到三維的立體效果。特別是對肝腎之間的占位病變、椎管內(nèi)占位病變和顱內(nèi)占位病變的顯示，更具有獨

12、到之處。 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)19 4、多平面重建醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)195、最大強度投影 最大強度投影(maximum intensity projection，MIP) 是把一組信號強度最大的象素元通過投影方式疊加在一起，形成一幅只有高信號強度的影像。MIP投影疊加以后，再用切割、剪裁或選擇主體形式把一些多余的背影信號去掉。再在3D窗選擇旋轉(zhuǎn)方向，就可以得到不同視角連續(xù)顯示的影像，從而展現(xiàn)出立體效果。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)205、最大強度投影 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)206、表面重建表面重建(surfafe reformatting ) 在施行表面重建前需先給出一個閾值，閾值的大小對重建的效果起很重要的作用，閾

13、值過大，圖像偏白，看不清表面輪廓和顱內(nèi)的腦組織；閾值過小，圖像表面就會有“破孔”現(xiàn)象產(chǎn)生。 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)216、表面重建醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)21醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)22醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)22第4節(jié) 圖像質(zhì)量 醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像的質(zhì)量決定于成像方式、設(shè)備的整體性能和操作者選用的成像參數(shù)。 數(shù)字成像過程它包括患者、成像系統(tǒng)、系統(tǒng)操作者、圖像以及觀察者五個部分。成像的目的是要讓觀察看能夠看到患者體內(nèi)的某一客體(病變)及其與周圍組織的關(guān)系。評價數(shù)字圖像的指標有：噪聲、信噪比、對比度、分辨力和偽影醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)23第4節(jié) 圖像質(zhì)量 醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像的質(zhì)量決定于成像方式、設(shè)備的整醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)24醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)24

14、1、噪聲 噪聲(noise)是在成像過程中，微粒子隨機產(chǎn)生的空間波動。這些微粒子都是彼此獨立的隨機分布在被采集的客體中，就像剛下雨時初落在地面上的雨摘是稀疏不均的。信號采集完成后，這些微粒子的信號就不均勻的分布在圖像上表現(xiàn)為圖像噪聲。噪聲的大小決定于在一個小區(qū)域內(nèi)不同點之間微粒子的密集程度，噪聲從原則上講是難以消除的。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)251、噪聲 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)25圖像噪聲的存在，可使獲得的影像不清晰，最重要的是噪聲的存在掩蓋或降低了圖像中的其些特征的可見度?？梢姸鹊膿p失對對比度低的物體尤為明顯。如對圖像中血管未稍的顯示。；為了抑制圖像噪聲，可將圖像對比度調(diào)低，即低窗位、高窗寬，可使圖像的視

15、覺噪聲明顯降低。另外，可以使用圖像平滑化的方法來減少噪聲。再可選擇能得到滿意圖像的成像因素以獲得最小的噪聲。 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)26圖像噪聲的存在，可使獲得的影像不清晰，最重要的是噪聲的存在掩2、信噪比 信噪比(signal-noise，SNR)是評價圖像質(zhì)量的重要指標之一。所謂SNR是指信號強度與噪聲強度的比值。信號是指某一興趣區(qū)內(nèi)象素的平均值。噪聲是指同一興趣區(qū)等量象素的標準差。為了避免其他因素如影像均勻度的干擾，興趣區(qū)要小，一般為一百個象素。疊加在信號上的噪聲使象素值以平均值為軸振蕩，振蕩的幅度越大，SNR越低，圖像就變得越模糊。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)272、信噪比 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)27 數(shù)字成

16、像是一個受噪聲干擾的過程，噪聲可直接降低低對比度物體的可見度，還可間接降低圖像的空間分辨力。 圖像質(zhì)量部分是由每個像素信號與噪聲強度的對比關(guān)系決定的，減少噪聲的干擾通常采用減小噪聲強度或者增大形成圖像信號強度的方法來解決。 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)28 數(shù)字成像是一個受噪聲干擾的過程，噪聲可直接降低低對比度物體3、對比度對比度（contrast）是指興趣區(qū)的相對信號強度的差異。在一幅圖像中，對比度的形成可表現(xiàn)為不同灰階梯度、光強度或顏色。對比度是圖像最基本的特征。若用一個量來說明對比度時，它是指圖像內(nèi)兩個具體點或區(qū)域之間的差別。身體內(nèi)一個客體要在圖像上看出來，那么至少它對周圍組織來說有足夠的物理對比度

17、，如圖2-15所示。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)293、對比度醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)29 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)30 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)30客體在圖像中顯示時，對物理客觀對比度的要求取決于成像方法和成像系統(tǒng)的特征。成像系統(tǒng)建立在圖像對比度和客觀對比度之間的相互關(guān)系，主要表現(xiàn)在它的對比靈敏度。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)31客體在圖像中顯示時，對物理客觀對比度的要求取決于成像方法和成4、分辨力分辨力(resolution)是圖像對客體的分辨能力，它包括空間分辨力、密度分辨力和時間分辨?？臻g分辨力(spatial resolution)為圖像中可辨認的鄰近組織空間幾何尺寸的最小極限，即對影像細微結(jié)構(gòu)的分辨能力。常用的單位是距離內(nèi)多少線對，即Lp/mm?？臻g分辨力與圖像矩陣的大小相關(guān)，它與單位面積內(nèi)含有的象素數(shù)目成正比。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)324、分辨力醫(yī)學(xué)數(shù)字成像技術(shù)32密度分辨力(density resolut