X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀課件

X線的發(fā)展與現(xiàn)狀X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀影像診斷學(xué)的歷史X線影像超聲成像(Ultrasonography:US)CT(ComputedTomography)MRI(MagneticResonanceImaging)ECT(EmissionComputedTomography)SPECT(SinglePhotonEmissionComputedTomography)PET(PositronEmissionTomography)X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀X線影像1895年11月08日威廉·康納德·倫琴(WilhenlmConradRontgen)1895年12月22日經(jīng)15分鐘照射·第一張X線照片(1890年02月22日A.W.Goodspeed奇怪影像)1896年01月01日給Exner教授新年賀卡1896年01月05日維也納報(bào)紙“DiePresse”1896年01月06日傳遍全世界1896年01月23日“Nature”雜志發(fā)表2周后”Science”X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀倫琴X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀一、X線的發(fā)展

1895年11月8日，德國科學(xué)家倫琴（Rontgen）在做真空管高壓放電實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，無意中發(fā)現(xiàn)了一種肉眼看不見的但穿透力很強(qiáng)的能使瑩光物質(zhì)發(fā)光和使膠片感光的新型射線。由于當(dāng)時(shí)對這種射線的性質(zhì)尚不清楚，倫琴就將其稱為X射線或X線，其后倫琴將X線的所有基本特性幾乎全部研究完畢，并于1896年1月23日在一次自然科學(xué)協(xié)會會議上第一次做了X線的報(bào)告，并且當(dāng)場攝了一幅手腕的照片。根據(jù)大會建議，用倫琴的名字來稱呼他所發(fā)現(xiàn)的射線，故X射線又稱為倫琴射線或倫琴線。X射線的發(fā)現(xiàn)震憾了全世界，掀開了世界科技史上的重要一頁。為此，1901年12月10日倫琴榮獲首次諾貝爾物理學(xué)家。

X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀二、X線的產(chǎn)生、特性及成像原理（一）X線產(chǎn)生：1、條件：（1）X線管：真空二極管，杯狀的陰極內(nèi)裝著燈絲，陽極由呈斜面的鎢靶和附屬散熱裝置組成。

固定陽極旋轉(zhuǎn)陽極圖1X線管X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀（2）變壓器：降壓變壓器向X線管燈絲提供電源（12V），升壓變壓器向X線管二極提供高壓電（40-150KV）。（3）操作臺：包括調(diào)節(jié)電壓、電流及曝光時(shí)間而設(shè)置的電壓表、電流表、計(jì)時(shí)器和其他調(diào)節(jié)旋鈕等。上述三者之間以電纜相連圖2：普通攝影X光機(jī)X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀2、產(chǎn)生過程：降壓變壓器向X線管燈絲供電，點(diǎn)燃燈絲，在陰極附近產(chǎn)生自由電子，再向X線管兩極提供高壓電時(shí)，二極間的電勢差驟增，自由電子高速由陰極向陽極行進(jìn)，撞擊鎢靶而發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，其中0.2%以下的能量轉(zhuǎn)換為X線，99.8%以上轉(zhuǎn)換為熱能。前者由管窗口發(fā)射，后者由散熱設(shè)施散發(fā)。（二）特性：

X線是一種波長很短的電磁波，波長范圍為0.0006-50nm,（用于X線成像的波長為0.031-0.008nm），比可見光的波長短，故肉眼看不見。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀X線具有以下特性：1、穿透性：X線波長短，穿透力強(qiáng)，能穿透可見光不能穿透的物質(zhì)，在穿透過程中有一定程度的吸收衰減。X線的穿透力與管電壓相關(guān)，電壓越高，波長越短，穿透力越強(qiáng)，反之則弱。另外穿透程度與物質(zhì)的密度和厚度相關(guān)，密度高、厚度大的物質(zhì)吸收的多，通過的少，反之則多。穿透性是X線成像的基礎(chǔ)。2、瑩光效應(yīng)：X線能激發(fā)瑩光物質(zhì)（如硫酸鋅鎘、鎢酸鈣等），使波長較短的X線轉(zhuǎn)換為波長較長的瑩光，這種轉(zhuǎn)換稱瑩光效應(yīng)。它是進(jìn)行透視檢查的基礎(chǔ)。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀3、感光效應(yīng)：X線照射膠片后使其感光產(chǎn)生潛影，經(jīng)顯影、定影處理后，膠片中被感光的溴化銀中的銀離子（Ag+）被還原成金屬銀（Ag）沉積在膠膜內(nèi)。金屬銀微?；?，膠片上呈黑色，而未感光的溴化銀，在定影及沖洗過程中被沖洗掉，而顯出膠片片基的透明色。依金屬銀沉淀的多少，產(chǎn)生了程度不同的黑白影像。所以感光效應(yīng)是X線攝影的基礎(chǔ)。4、電離效應(yīng)：X線通過任何物質(zhì)都可產(chǎn)生電離效應(yīng)，X線射入人體也產(chǎn)生電離效應(yīng)，引起生物方面的改變，即生物效應(yīng)。是放射治療的基礎(chǔ)，也是X線防護(hù)的原因。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀（三）成像基本原理：

X線之所以能使人體組織在瑩屏上或膠片上形成影像，基于兩方面的原因，其一是X線具有穿透性，瑩光效應(yīng)和感光效應(yīng)，其二是人體組織間具有密度和厚度的差異。當(dāng)X線透過人體不同組織結(jié)構(gòu)時(shí)，被吸收的程度不同，所以到達(dá)瑩屏或膠片上的X線量亦有差異。所以在瑩屏或膠片上就形成了明暗或黑白度不同的影像。就X線檢查而言，人體的組織結(jié)構(gòu)密度可歸納為三類：

高密度組織：骨髂、鈣化灶。

中等密度組織：軟骨、肌肉、神經(jīng)、實(shí)質(zhì)器官組織及體液等

低密度組織：脂肪和氣體。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

組織器官的病變可使其發(fā)生密度的改變，如肺結(jié)核可使含氣的低密度組織產(chǎn)生中等密度的滲出、增殖及纖維化改變和高密度的鈣化灶。所以在肺的黑影背景上出現(xiàn)了代表病變的灰影（中等密度）和白影（高密度）。因此，組織密度不同的病變可產(chǎn)生相應(yīng)的病理影像。三、X線成像設(shè)備的發(fā)展歷程：（一）診斷用X線機(jī)發(fā)展史1、氣體X線管、感應(yīng)圈時(shí)期（1895-1916），第一支X線球管是由德國西門子公司在1896年研制成功的。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀2、熱電子X線管、變壓器式高壓發(fā)生器時(shí)期（1916-1925年）為現(xiàn)代X線機(jī)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)改進(jìn)了底片，制成并改進(jìn)了瑩光屏。3、防電擊、防散射X線裝置的實(shí)用化時(shí)期（1925-1945年）標(biāo)志著診斷用X線機(jī)已進(jìn)入成熟時(shí)期。

以上各個(gè)時(shí)期X線管均為固定陽極。4、高條件、大容量、控制技術(shù)現(xiàn)代化時(shí)期（1945年以后），大功率旋轉(zhuǎn)陽極X線管的問世，是X線機(jī)實(shí)現(xiàn)大容量的前提。使X線影像質(zhì)量有了明顯提高，也使活動器官的診斷和細(xì)微結(jié)構(gòu)的放大攝影成為可能。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

二十世紀(jì)五十年代，影像增強(qiáng)器的研制成功，使X線機(jī)的性能和應(yīng)用范圍有了新的突破，最引人注目的是X線電視、錄像和動態(tài)攝影，在一定程度上解決了動態(tài)檢查、影像再現(xiàn)等問題。1975年以來，逆變技術(shù)在X線機(jī)中得到廣泛應(yīng)用，使高壓變壓器的體積和重量明顯減小，從而得到迅速普及。（二）X線CT機(jī)的誕生

1972年，英國工程師漢斯菲爾（Hounsfield）首次研制成功世界上第一臺CT掃描機(jī)。這是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和X線技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是1895年X線發(fā)現(xiàn)以來醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的一個(gè)革命性進(jìn)展，為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)奠定了基礎(chǔ)。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀CT機(jī)的特點(diǎn)是橫斷面體層成像，無前后影像重疊，不受層面上下組織的干擾，密度分辨率顯著提高（比傳統(tǒng)X線高10-20倍），還能以數(shù)字形式（CT值）作定量分析。（三）數(shù)字X線成像設(shè)備的發(fā)展（見四）四、數(shù)字X線成像設(shè)備數(shù)字X線成像設(shè)備是指把X線透射影像數(shù)字化并進(jìn)行處理后，再變換成模擬圖像顯示的一種X線設(shè)備，與傳統(tǒng)的增感屏——膠片成像相比，數(shù)字X線成像具有以下優(yōu)點(diǎn)：X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀①、對比度分辨率高；②、輻射劑量小，比常規(guī)方式降低30%-70%；③、成像質(zhì)量高，能用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像后處理，更細(xì)致的觀察感興趣的細(xì)節(jié)；④、可利用大容量的光盤存儲數(shù)字圖像，消除用膠片記錄X線影像帶來的種種不便，并能進(jìn)入PACS，實(shí)施聯(lián)網(wǎng)，更高效、低耗、省時(shí)間、省空間地實(shí)現(xiàn)圖像的儲存、傳輸和診斷。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

數(shù)字X線成像空間分辨率不如膠片，約為2-4Lp/mm（膠片空間分辨率一般在6Lp/mm以上，高檔微焦點(diǎn)X線機(jī)可在幾十Lp/mm），但散射線使膠片的感光范圍發(fā)散，導(dǎo)致銳利度（與空間分辨率有關(guān)）下降，而數(shù)字成像能大幅度克服銳利度的下降，加之其對比度分辨率高，所以可滿足診斷的需要。

綜上所述，數(shù)字X線成像設(shè)備的發(fā)展對遠(yuǎn)程放射學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展具有決定性的影響，這些設(shè)備在21世紀(jì)將成為大中型醫(yī)院放射科的主導(dǎo)設(shè)備，因此具有廣闊的發(fā)展前景。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

（一）數(shù)字成像技術(shù)的基礎(chǔ)1、電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：從1946年計(jì)算機(jī)誕生以來，大約每隔5年其運(yùn)算速度提高10倍，可靠性提高10倍，體積縮小10倍，在20世紀(jì)50年代以來，計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)數(shù)量以每年25%的速度遞增。計(jì)算機(jī)之所以發(fā)展迅速，其原因在于它的廣泛應(yīng)用，包括5個(gè)方面：①科學(xué)計(jì)算；②自動控制；③測量和測試；④信息處理及；⑤教育和衛(wèi)生X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)的問世，為人類的健康長壽帶來了福音。一方面，使用計(jì)算機(jī)的各種醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用而生，如CT、MR、CR、DR等。無疑這些先進(jìn)的儀器和設(shè)備為疾病的早期診斷提供了可靠依據(jù)，對疾病的治療起到了非常重要的作用。另一方面，集專家經(jīng)驗(yàn)之大成，利用計(jì)算機(jī)建成各種各樣的專家系統(tǒng)及各醫(yī)院間的遠(yuǎn)程會診系統(tǒng)，對疾病的診斷和病人的康復(fù)發(fā)揮了很大的作用。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀2、數(shù)據(jù)采集：（1）采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)的組成

A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）即analogue-to-digitalconvertr,將模擬圖像（analogueimage）轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖像（digitalimage），RDCP（數(shù)據(jù)收集處理器）即reconstructionanddatecollectionprocessor）。圖三X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀（2）數(shù)據(jù)采集原理：圖4ABC

上圖A為一幅手的X線照片，其中有一條橫線?，F(xiàn)分析沿這條線的一維像，圖B給出橫線上一維像的密度隨距離變化的連續(xù)函數(shù)，圖C是用數(shù)字表示的一維數(shù)字圖像。在進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，采取每2mm采一個(gè)點(diǎn)，即每個(gè)象素的寬度為2mm。像密度數(shù)值用0-255共256個(gè)整數(shù)表示。256=28，像密度用8位二進(jìn)制數(shù)表示。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

在上述例子中，取橫線寬度為1mm，把整幅圖像化分為若干條橫線，這樣每個(gè)象素即為1mm×2mm。在掃描中，這個(gè)寬度叫層厚（slicethickness）。每條橫線可獲得一幅一維圖像。按上述方法再變?yōu)橐痪S數(shù)字像，這些一維數(shù)字圖象就可以組合成一幅二維數(shù)字圖像。（3）、A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器

要完成數(shù)據(jù)的采集少不了要用A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)字圖象要有屏幕上顯示，也離不開D/A轉(zhuǎn)換器（digital-to-analogueconverter）。在醫(yī)學(xué)影像設(shè)備中，由攝像管和各種傳感器、探測器、接收器得到的都是時(shí)域的模擬信號。在數(shù)字影像設(shè)備中時(shí)域的模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變?yōu)槟M信號。

X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀（4）數(shù)字圖像的表達(dá)要素

數(shù)字圖像是由不同亮度和顏色的點(diǎn)組成的二維點(diǎn)陣，一幅圖像由多少個(gè)這樣的點(diǎn)組成，在進(jìn)行信號采集之前必須做出選擇。點(diǎn)的多少，即矩陣的大小，直接決定了圖像的空間分辨率（spatialresolution）。數(shù)字在這里不僅意味著數(shù)碼，而且表示了某點(diǎn)的亮度或顏色。當(dāng)一個(gè)點(diǎn)陣還有足夠多的點(diǎn)時(shí)，并且點(diǎn)與點(diǎn)之間足夠近時(shí)，看起來就是一幅完整的圖象。

數(shù)字圖像顯示為二維點(diǎn)陣，能表達(dá)數(shù)字圖像的兩個(gè)要素，即點(diǎn)陣的大小和每個(gè)點(diǎn)的灰度值。存儲一幅數(shù)字圖像只要記錄下點(diǎn)陣的大小和每個(gè)點(diǎn)的灰度值即可。數(shù)字圖像的灰度值是某一點(diǎn)的亮度或色彩在給定亮度或色彩序列中次序的數(shù)值。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀3、圖像顯示（1）觀察數(shù)字圖像的要點(diǎn)：

圖像顯示的目的是供醫(yī)師閱讀并結(jié)合相關(guān)知識做出診斷，指導(dǎo)疾病的治療。數(shù)字圖像的閱讀方法有其自身的要領(lǐng)，不同的數(shù)字圖像其閱讀要點(diǎn)不同，掌握正確的閱讀方法是必要的。如CR、DR、DDR在閱片前首先要弄清是哪一種成像技術(shù)的哪一種成像方法，然后按照普通X線片的讀片方法去觀察，并要注意窗寬、窗位。CT圖像屬于斷面成像，最大的優(yōu)點(diǎn)是密度分辨率高，對組織器官的密度反映，既可用灰度來表示，更重要的可用CT值來測量，還要注意掃描序列，是平掃、還是增強(qiáng)、窗寬窗位是否合適等。核素現(xiàn)象則是以臟器與病變之間的放射性濃度差異為基礎(chǔ)的臟器或病灶的顯像方法。反映了臟器或病變的功能、生化及代謝的變化，對其圖像的觀察，要注意顯像時(shí)間、濃聚程度以及動態(tài)與靜態(tài)的區(qū)別，還要注意兩側(cè)的對比觀察。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

為了獲得圖像的最佳觀察效果，要注意觀察圖像的距離。一般在觀察電視監(jiān)視器時(shí)，最佳距離為40-50cm，觀察閱片燈上圖像時(shí)，最佳距離為60-70cm。除此之外，還取決于其它觀察要素，如圖像質(zhì)量、環(huán)境條件、觀察者的習(xí)慣、視力和經(jīng)驗(yàn)等。（2）圖像的顯示方法：數(shù)字圖像的特性決定了其顯示方法的多樣性。①多幅顯示和單幅顯示；②動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示；③放大顯示與縮小顯示；④二維顯示與三維顯示。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀4、圖像存儲圖像存儲離不開存儲器，存儲器是一種記憶設(shè)備，它的作用是存放程序和數(shù)據(jù)。存儲器的主要性能指標(biāo)是：存儲容量、讀取時(shí)間和存儲周期。存儲容量：存儲容量是指一個(gè)存儲器中可容納的單元總數(shù)，存儲容量越大，能存儲的信息就越多。存儲容量常用位（bit）或字節(jié)數(shù)（B）來表示，如64KB、10MB、10GB、10TB，其中1KB=210B、1MB=220B、1GB=230B、1TB=240B。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

讀取時(shí)間是指存儲器的訪問時(shí)間，即為從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。存儲周期是指連續(xù)啟動兩次獨(dú)立的存儲器操作所需間隔的最小時(shí)間。通常，存儲周期略大于存儲時(shí)間。在日常工作中常用的存儲方式有以下幾種：（1）硬盤存儲；（2）軟盤存儲；（3）磁帶存儲；（4）光盤存儲；（5）磁盤陣列存儲。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀5、圖像后處理（1）窗寬與窗位

在監(jiān)視器上觀察數(shù)字影像時(shí)，最簡單的最直接的后處理方法是調(diào)節(jié)圖像的窗寬（windowwidth,WW）與窗位（windowlevel,WL）。所謂窗寬是指對應(yīng)用于圖像灰度級的范圍。窗位是指對應(yīng)灰度級的中心位置。就CT而言，當(dāng)我們選擇窗位為100，窗寬為100時(shí)，則CT值50-100的組織將被顯示出來。而此時(shí)CT值高于150的組織置全白，低于50的組織置全黑。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀（2）邊緣增強(qiáng)

邊緣增強(qiáng)是采用計(jì)算機(jī)軟件自動完成的圖像后處理技術(shù)。它的原理是把圖像邊緣的象素值重新計(jì)算，得出一個(gè)新象素值，它所表示的灰度值與原素值有明顯的差異。如果原象素值的灰度顯示為白（或亮），那么，新象素的灰度則顯示為更白（或更亮）。反之，如果原象素的灰度為黑（或暗），那么，新象素的灰度則顯示為更黑（或更暗）。邊緣增強(qiáng)的作用是把人眼難以辨認(rèn)的輪廓得以增強(qiáng)，使其能清晰的顯示毗鄰的解剖關(guān)系。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

（3）對比度增強(qiáng)

對比度增強(qiáng)是DSA中一種必不可少的環(huán)節(jié)，下圖是減影及結(jié)果對比度增強(qiáng)的原理說明。圖中（a）為蒙片（mask）像，（b）為造影像，（c）為減影像，（d）為對比度的增強(qiáng)后的減影像。其中（c）至（d）圖像信號幅值已被成倍的放大（5-10倍）。圖5X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀（4）多平面重建（mltipleplanareformtting,MPR）

MPR是后處理功能中最常用的方法之一，是通過薄層容積采集獲取數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理獲得多方位、多平面的圖像。通過MPR后，可以得到三維的立體效果。根據(jù)臨床需要萃取剝離和疊加的方式，還可以把病變和鄰近組織的病變的供血血管用不同的顏色作出標(biāo)識，并輔以動態(tài)顯示（連續(xù)旋轉(zhuǎn)）能獲得非常直觀的立體印象。圖6X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀（5）最大強(qiáng)度投影(MaximumIntensityProjection）

MIP是把一組信號強(qiáng)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(qiáng)度的影像。MIP多用于容積采集后的血管和復(fù)合單層的FSE采集的輸尿管與胰膽管的重建。（6）表面重建(surfacereformatting)

表面重建圖樣是以容積采集為基礎(chǔ)的一種重建后處理方式。在表面重建的基礎(chǔ)上，可根據(jù)病變的部位和臨床需要，在合適的方位進(jìn)行切割，以觀察病變的確切位置、深度以及與周圍組織的關(guān)系。這樣，能更直觀地給臨床醫(yī)師一個(gè)立體印象。多用于顱腦、支氣管和腸道等部位。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀（7）仿真內(nèi)窺鏡(virtualendscope,VE）

VE是以CT或MR資料為資源，采用特殊計(jì)算機(jī)軟件對空腔氣管內(nèi)表面有相同象素值的部分進(jìn)行立體重建，模擬光學(xué)纖維內(nèi)窺鏡效果的方式來顯示其腔內(nèi)結(jié)構(gòu)，并附加偽彩著色，以獲取人體腔道內(nèi)三維或動態(tài)三維解剖學(xué)圖像的一種新方法。VE廣泛應(yīng)用于不同部位的管腔臟器。圖7喉部仿真內(nèi)窺鏡X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀6、圖像質(zhì)量：醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像質(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)。醫(yī)學(xué)專家檢出病變過程的能力取決于三個(gè)主要因素的綜合作用，它們是：圖像質(zhì)量，圖像觀察條件和觀察者的工作經(jīng)驗(yàn)?？梢?，圖像質(zhì)量優(yōu)劣的重要性。評價(jià)數(shù)字圖像質(zhì)量的指標(biāo)有：（1）噪聲（noise）（2）信噪比（signal-noiseratio,SNR）（3）對比度（contrast）（4）分辨力（resolution）X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀（1）噪聲（noise）噪聲是在成像過程中，微粒子隨機(jī)產(chǎn)生的空間波動。這些微粒子都是彼此獨(dú)立的，隨機(jī)分布在被采集的客體中，就像剛下雨時(shí)初落在地上的雨滴是稀疏不均的。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(gè)小區(qū)域內(nèi)不同點(diǎn)之間微粒子的密集程度，噪聲從原則上講是難以消除的。以量子噪聲為例，如果在一個(gè)圖像上，每個(gè)部位的光子數(shù)（表達(dá)量子噪聲的物理量）都相等，那么量子噪聲源為零。但實(shí)際上，圖像上的光子數(shù)不會如此均勻，大部分區(qū)域所接受的光子數(shù)不是等于就是少于平均數(shù)。

X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀（1）噪聲（noise）

視頻圖像中經(jīng)常會有來自各種電子源的噪聲稱為電子噪聲。組成視頻系統(tǒng)的某些電子元件，可能稱為電子噪聲源。其它的電設(shè)備，如電動機(jī)和熒光燈，甚至大氣中的自然現(xiàn)象，都會產(chǎn)生電子噪聲而被視頻系統(tǒng)拾取。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某些特征的可見度。為了抑制噪聲，可將圖像對比度調(diào)低，即低窗位、高窗寬，可使圖像的視覺噪聲明顯降低。另外，還可使用交融單個(gè)像素的值與鄰近一些像素的值的方法來減少噪聲。

X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀（2）信噪比（signal-noiseratio,SNR）

SNR是評價(jià)圖像質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。SNR是指信號強(qiáng)度與噪聲強(qiáng)度的比值。信號是指某一興趣區(qū)內(nèi)像素的平均值。噪聲是指同一興趣區(qū)等量象素的標(biāo)準(zhǔn)差。數(shù)字成像是一個(gè)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。如果沒有噪聲就可以在很短的時(shí)間內(nèi)獲得高分辨率的圖像。減少噪聲干擾的基本措施是增大形成圖像的信號強(qiáng)度或降低噪聲強(qiáng)度。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀（3）對比度（contrast）

對比度是指增強(qiáng)興趣區(qū)的相對信號強(qiáng)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(qiáng)度或顏色。對比度是圖像最基本的特征。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。對比靈敏度是成像方法和某一成像系統(tǒng)所用變量的特征。也是關(guān)系到系統(tǒng)將物理客觀對比度轉(zhuǎn)換為圖像對比度能力的特征。如果我們考慮一個(gè)具有固定對比度的客體，那么增加對比靈敏度就會增加圖像對比度。對比靈敏度高的成像方法（如CT、MR）就比對比靈敏度低的成像方法（如CR）能看到身體內(nèi)更多的客體。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀（4）分辨力（resolution）分辨力是圖像對客體的分辨能力。①空間分辨力（spatialresolution）：指區(qū)分距離很近的兩個(gè)微小物體的最小極限，即對影像細(xì)微結(jié)構(gòu)的分辨能力。常用單位是距離內(nèi)多少線對，即Lp/mm?？臻g分辨力是衡量影像質(zhì)量的重要參數(shù)之一，與圖像矩陣的大小相關(guān)，它與單位面積內(nèi)含有的象素?cái)?shù)目成正比。象素大小與空間分辨力直接相關(guān)，象素越小，分辨力越大。如象素為0.46×0.46，分辨力為1.1Lp/mm，象素為0.17×0.17，分辨力為3.0Lp/mm。圖8掃描層面體素及象素?cái)?shù)字矩陣X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀②密度分辨力(densityresolution)：指能夠區(qū)分出密度微小差別的最小極限，即對細(xì)微密度差別的分辨能力。密度分辨力是衡量影像質(zhì)量的另一個(gè)參數(shù)，與圖像中每一個(gè)象素接的微粒子的數(shù)目成正比。數(shù)字圖像具有很高的密度分辨力，換言之，數(shù)字圖像是犧牲了部分空間分辨力換取了較高的密度分辨力。密度分辨力一般是用數(shù)字密度計(jì)測量的。③時(shí)間分辨力（temporalresolution):時(shí)間分辨力也稱動態(tài)分辨力，表示的是系統(tǒng)對運(yùn)動部位血管的瞬間成像能力。時(shí)間分辨力越高，對運(yùn)動器官的成像就越清晰，DSA的時(shí)間分辨力最高。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀④對比分辨力(contrastresolution):對比分辨力表示的是系統(tǒng)對小的血管顯示的分辨能力。對比分辨力高的系統(tǒng)，只需用少的對比劑或不用對比劑，就能得到較好的血管影像。⑤偽影：偽影是影響圖像質(zhì)量的一個(gè)不容忽視的問題，避免或抑制偽影的產(chǎn)生是大家關(guān)注的課題。偽影的形成和形態(tài)紛繁復(fù)雜，如CR、DR中的異物偽影，DSA中的飽和偽影，CT中的放射狀偽影，MR中化學(xué)位移偽影等。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀(三)數(shù)字化X線成像和PACS1、數(shù)字化X線成像2、PACSX線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀數(shù)字圖象與比特(bit)比特沒有顏色、尺寸或重量，能以光速傳播，是信息的最小單位。是一種存在的狀態(tài)：開或關(guān)，真或偽，上或下，入或出，黑或白。比特用“1”或“0”來表示，比特通常代表的是數(shù)字信息。如：1，10，11，100，101，110，111，代表了1，2，3，4，5，6，7等數(shù)字。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀像素與比特就像比特是信息的原子一樣，像素可視為圖形的分子，一個(gè)像素由不止一個(gè)比特來代表。它是由“圖像”（picture）和“元素”（e1ement）兩個(gè)詞縮合而成的。對于任何一個(gè)特定的單色圖像（monochromeimage），你都可以決定要用多少行和多少列來構(gòu)圖。你用的行和列越多，每個(gè)方塊的面積就越小，圖形的顆粒就～越精細(xì)，效果也就越好。把全黑的值設(shè)為1，全白的值設(shè)為255，那么任何明暗度的灰色都會介于這兩者之間。而由8個(gè)比特組成的二進(jìn)制位組（稱為一個(gè)字節(jié)，即byte）就正好有256種排列“1”和“0”的方式，也就是從到。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀數(shù)字化的特點(diǎn)數(shù)據(jù)壓縮（datacomparession）和糾正錯誤（errorcorrection）的功能，如果是在非常昂貴或雜音充斥的信道（channel）上傳遞信息，這兩個(gè)功能就顯得更加重要了。比特會毫不費(fèi)力地相互混合，可以同時(shí)或分別地被重復(fù)使用。聲音、圖像和數(shù)據(jù)的混合被稱作“多媒體”（mu1timedia），這個(gè)名詞聽起來很復(fù)雜，但實(shí)際上，不過是指混合的比特（commingledbits）以光速傳輸X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀數(shù)字化傳輸?shù)臍v史遲至1980年，電話交談只能通過銅線進(jìn)行，每秒傳送不超過一頁的信號。今天，比人的頭發(fā)還細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)光纖，一秒鐘可以傳、送相當(dāng)于超過9萬卷大百科全書的信號。到2002年，地球上空幾百公里上的七百多顆人造衛(wèi)星組成的星座，將為商業(yè)、學(xué)校和這個(gè)星球各處的個(gè)人帶來高帶寬通信。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀光纖一根頭發(fā)絲那樣細(xì)的光纖在不到1秒鐘的時(shí)間里，可以傳送《人民日報(bào)》創(chuàng)辦以來每期報(bào)紙的所有內(nèi)容。以這樣的速度來傳遞數(shù)據(jù)，光纖可以同時(shí)傳送100萬個(gè)頻道的電視節(jié)目——大約比雙絞線快上20萬倍。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀什么是數(shù)字影像

模擬影像----圖像的密度隨空間位置連續(xù)變化隨空間位置連續(xù)變化數(shù)字影像---圖像的密度是由許多不連續(xù)的不同密度值(可用數(shù)字表示)的點(diǎn)組成的模擬信息與數(shù)字信息可以通過“模數(shù)轉(zhuǎn)換器”

A/D或D/A相互轉(zhuǎn)換:

A/D轉(zhuǎn)換

數(shù)字影像模擬影像

D/A轉(zhuǎn)換

X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀數(shù)字影像系統(tǒng)主要組成

影像信息的采集

影像信息的轉(zhuǎn)換及輸入存儲器處理系統(tǒng)顯示器

輸出傳輸系統(tǒng)X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀數(shù)字影像顯著的優(yōu)點(diǎn)

----成像速度快:S/F體系:約10分鐘CR:幾十秒DR:幾秒鐘;----圖像清晰:數(shù)字影像具有很高的密度分辨率----圖像處理功能強(qiáng):計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)可對圖像進(jìn)行窗寬,窗位,大縮小,圖像旋轉(zhuǎn),黑白反轉(zhuǎn),圖像旋轉(zhuǎn),標(biāo)記測量等多種處理;

----獲取信息更多:由于數(shù)字系統(tǒng)動態(tài)范圍廣,一次拍攝可以看到多種組織;----圖像保存方便:硬盤,磁盤,光盤等多種保存形式;----圖像可以遠(yuǎn)程傳送:利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像的遠(yuǎn)程傳送,異地會診;----提高工作效率,減少開支,創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益.

X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀典型的醫(yī)學(xué)數(shù)字影像

CT----ComputedTomography計(jì)算機(jī)斷層掃描MRI----MagneticResonanceImaging磁共振成像DSA----DigitalSubtractionAngiography數(shù)字減影血管造影DF----DigitalFluorography數(shù)字熒光攝影DSI----DigitL

SpotImaging數(shù)字點(diǎn)片成像ECT----放射性核素發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描成像PET----正電子發(fā)射斷層掃描(正電子發(fā)射CT)SPECT---單電子發(fā)射斷層掃描(單光子發(fā)射CT)

X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

CR---計(jì)算機(jī)射線成像

(ComputedRadiograph)

X-線信息IP板潛影激光掃描紫外光信息光電倍增管電信號A/D數(shù)字信息X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀I(lǐng)P板(IMAGEPLATE)

是由不變形的剛性鋁板制成的成像板,其中的感光物質(zhì)是一種光輝盡性熒光物質(zhì)(例含有微量銪離子的氟氯化鋇晶體---BａＦＣＬ：Ｅｕ）在X線的作用下形成潛影,再經(jīng)非接觸式激光掃描可得紫外光信息.再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換,A/D轉(zhuǎn)換得到數(shù)字化影像信息.X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀CR成像的原理

----X-射線照射IP板時(shí),IP板上熒光晶體中的二價(jià)銪離子被激發(fā)為三價(jià)銪離子,并放出電子至周圍的導(dǎo)帶中:

Ｅｕ++

Ｅｕ

++++e

導(dǎo)帶中的電子被晶體中的鹵離子空穴捕獲,生成半穩(wěn)定狀態(tài)的“F中心”---潛影;X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀----激光掃描IP板形成熒光模擬影像:

波長為600nm左右的激光掃描IP板時(shí),激光被F中心吸收,使F中心的俘獲電子重新釋放到導(dǎo)帶上,再被三價(jià)銪離子捕獲,變?yōu)槎r(jià)銪離子:

Ｅｕ

++++e

Ｅｕ++

這個(gè)過程伴隨釋放大量能量而發(fā)出波長為390--400nm的熒光模擬圖像，該熒光的波長與激光無關(guān)，而其強(qiáng)度與F中心的大?。ㄆ毓獯笮。┏烧?，熒光信息再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換為電信號，A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入計(jì)算機(jī)處理成為數(shù)字影像.X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀I(lǐng)P板及氟氯化鋇晶體結(jié)構(gòu)

X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀I(lǐng)P板工作原理示意圖

X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

CR工作流程示意

X射線對IP板曝光激光掃描IP板采集影像信息并數(shù)字化擦除IP板信息影像采集工作站影像采集工作站打印管理工作站質(zhì)量管理工作站

網(wǎng)絡(luò)集線器激光打印輸出CD刻錄存檔X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀KodakCR800KodakCR900X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

DR數(shù)字射線成像

(DigitalRadiograph)X-線信息影像增強(qiáng)器可見光信息CCD攝像管

光電轉(zhuǎn)換視頻電信息圖象卡A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信息

DR也是一種間接的數(shù)字化影像，即X射線的信息首先轉(zhuǎn)換為光信息，再轉(zhuǎn)換為電信息，再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息

X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀間接平板檢測器---IDR

X-線信息CsI閃爍體可見光信息光電二極管薄膜晶體管電信息A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信息

這種間接平板檢測器--IDR的關(guān)鍵在于柱狀結(jié)構(gòu)的

CsI閃爍體類似于一束束光纖導(dǎo)管引導(dǎo)X-射線激發(fā)的熒光沿著平行的方向傳遞至光電二極管,減少閃爍體的光散射.其結(jié)構(gòu)及使用更接近直接平板檢測器--DDRX線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

DDR直接數(shù)字射線成像

(DirectDigitalRadiograph)X-線信息非晶態(tài)硒電信息A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信息

非晶態(tài)硒涂蓋于薄膜晶體管陣列上,每個(gè)晶體管的尺寸為139x139μm相當(dāng)于14x17英寸的范圍內(nèi)有2560x2560個(gè)象素單元,每個(gè)象素單元均可在控制電路的觸發(fā)下把單元儲存的電荷傳輸?shù)酵鈬x出電路,經(jīng)14比特的A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字化影像信息.由于這個(gè)過程是將X-線信息直接轉(zhuǎn)換為電信息所以又稱為直接DR或DDR

X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀CutawayofKodakDirectRadiographydetectorKodakDirectRadiographydetector&X-rayunitX線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

各種數(shù)字影像的比較X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀各種數(shù)字影像的比較X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀各種數(shù)字影像的比較CR的優(yōu)點(diǎn)：1、便攜2、IP機(jī)械強(qiáng)度高，不易損害，有剛性、柔性板之分。3、價(jià)廉4、小板圖像優(yōu)于大板圖像質(zhì)量。CR的缺點(diǎn)：1、工作流程未變，甚至變的更復(fù)雜，成像速度慢。2、IP為易耗品，圖像質(zhì)量隨使用次數(shù)增多而下降，到一定時(shí)候需更換。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀DR的優(yōu)點(diǎn)：1、圖像質(zhì)量優(yōu)于CR；2、幾乎即時(shí)成像（工作流程明顯簡化）；3、人工操作工作量?。?、平板壽命長；5、可做透視檢查。DR的缺點(diǎn)：1、專機(jī)專用，目前不能現(xiàn)場攝片；2、平板較脆弱，對環(huán)境條件要求較高（如濕度、溫度）；3、投資相對較高。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀對CR、DR的評估意見選擇DRDR價(jià)格高于CR兩倍，但效益也高于CR2倍；病人流量增加，圖像質(zhì)量提高；檢查時(shí)間明顯縮短。選擇CR資金少，較小的醫(yī)院適合實(shí)用；干片化的醫(yī)院不能沒有CR，因CR可到病房或現(xiàn)場去；開始用CR到一定時(shí)候改用DR；習(xí)慣于CR使用等待一段時(shí)間，觀察DR技術(shù)的進(jìn)一步完善。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀目前狀況1、CR主要發(fā)展：CR針狀成像板、飛點(diǎn)掃描技術(shù)。2、DR主要發(fā)展：移動板的使用3、價(jià)格因素但要考慮累積投資；4、醫(yī)保后，檢查費(fèi)用變得十分敏感；5、DR還在導(dǎo)入市場，預(yù)計(jì)今明兩年是DR年6、有的公司兩者都在推廣。所以一般人士認(rèn)為是綠了芭蕉，紅了櫻桃，各得其所，眼見為實(shí)。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀對圖像質(zhì)量的認(rèn)識1、普通X線膠片——銀顆粒——模擬像數(shù)字化膠片——像素——數(shù)字化像2、二者幾何尺寸相差甚遠(yuǎn)3、空間分辨率決定最小成像單元密度分辨率決定病變的顯示信息的獲得取決于以上兩種分辨率4、綜合之，數(shù)字化圖像質(zhì)量必然優(yōu)于模擬圖像5、讀片方式由觀片燈讀片——監(jiān)視器閱片（軟圖片）X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀對軟圖像的認(rèn)識1、成像方式多以數(shù)字化成像為主，增長速度甚快；2、圖像數(shù)量多；3、寬容度大，動態(tài)范圍大，一次曝光可得到從骨骼到軟組織的所有信息。4、后處理功能的應(yīng)用；5、各種成像方式圖像的綜合分析（比較影像學(xué)）6、動態(tài)圖像的觀察，反復(fù)回放；7、圖像可多角度觀察；8、圖像可一次采集，多種方式顯示；9、融合成像，如MRI+PET融合圖像（即形態(tài)+功能）

CT+PET融合圖像10、動態(tài)線性的調(diào)節(jié)；11、三“E”即任何人、任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可做大影像的綜合分析；12、遠(yuǎn)程影像會診；13、計(jì)算機(jī)輔助檢測診斷（CAD），有人稱之為第三只眼。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀3、數(shù)字減影血管造影(digitalsubtractionangiography,DSA）

DSA是常規(guī)血管造影術(shù)和電子計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。普通血管造影圖像是由很多的解剖結(jié)構(gòu)的影像相互重疊而成，想單獨(dú)觀察血管較為困難。早在20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了X線照片減影術(shù)(radiographicimagesubtraction）。主要用于腦血管造影，它將同部位、同體位的血管造影片與平片進(jìn)行光學(xué)減影，從而獲得僅有血管顯示的圖像。70年代之后，DSA被作為一種新的檢查方法引入了放射診斷學(xué)，80年代初，成批的DSA生產(chǎn)投入使用。DSA的處理示意圖如下：X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀DSA是將未造影的圖像和造影圖像分別經(jīng)影像增強(qiáng)器增強(qiáng)，攝像機(jī)掃描而矩陣化，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后獲得的數(shù)字圖像。圖12象素化、數(shù)字化圖像X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

數(shù)字的掩模像（蒙片）和造影像相減后即獲得數(shù)字化的減影像，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換獲得模擬減影像。即消除了造影血管以外的結(jié)構(gòu)，突出了被造影血管的影像。在DSA系統(tǒng)中，根據(jù)不同的使用目的，可有各種不同的方法，如時(shí)間減影、能量減影等。（1）時(shí)間減影經(jīng)導(dǎo)管向血管內(nèi)注入對比劑，在其到達(dá)欲查血管之前和血管內(nèi)出現(xiàn)對比劑，對比劑處于高峰和對比劑廓清這段時(shí)間，使檢查部位連續(xù)成像。在這系列圖像中，取一幀無對比劑的圖像作為蒙片和一幀含對比劑的圖像，用這同一部位的兩幀圖像的數(shù)字矩陣，經(jīng)計(jì)算機(jī)行數(shù)字減影處理，使兩個(gè)數(shù)字矩陣中代表骨骼及軟組織的數(shù)字被抵消，處理后的數(shù)字矩陣經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為的圖像則沒有骨骼和軟組織影像，只有血管影像，達(dá)到減影的目的。這兩幀圖像稱為減影對。圖像因?yàn)樵诓煌瑫r(shí)間所得，故稱為時(shí)間減影，目前多用這種方法。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀（2）能量減影能量減影也稱雙能減影，在進(jìn)行被檢查區(qū)血管造影時(shí)，幾乎同時(shí)用兩種不同的管電壓（如70KV和130KV）取得兩幀影像，對它進(jìn)行減影處理，由于兩幀影像利用不同能量的X線攝制，所以稱為能量減影。這種減影方法利用了碘與周圍軟組織對X線衰減系數(shù)在不同能量下有明顯差異的特性，若將一塊含骨、軟組織、空氣和微量碘的組織分別用70KV和130KV的管電壓曝光，則后一幀影像比前一幀的碘信號大約減少80%，骨信號減少40%，軟組織信號減少25%，氣體則幾乎不衰減。X線影像的發(fā)展與現(xiàn)狀

若將這兩幀影像相減，所得的影像將有效消除氣體，保留少量軟組織影及明顯的骨影和碘信號。若將130KV時(shí)采集的影像用1.33的系數(shù)加權(quán)后再減影能很好的消除軟組織和氣體影，僅留下較少的骨信號及明顯的碘信號。從原理上看，能量減影是一種較好的減影方法