第二章数字化X射线成像技术

1、第二章数字化射线成像技术第2题第4题第7题21试述数字图像的特点与数字图像的获得过程。答：如果一张图像的灰度是空间位置的连续函数，即照片上点与点之间的灰度值是连续变化的，中间没有间隙，这种图像信息是模拟信号的图像称为模拟图像。如果将一幅图像分成有限个被称为像素（的小区域，每个像素中的灰度平均值用一个整数来表示，这种图像信息便是数字信号，图像信息为数字的图像就是数字信号。一幅图像中包含的像素数目等于图像矩阵行与列数目的乘积。如果构成图像的像素数量少，像素的尺寸大，可观察到的原始图像细节较少，图像的空间分辨力低；若像素数量多，像素尺寸小，可观察到的图像细节就比较多，图像的空间分辨力高。描述一幅图像

2、需要的像素量是由每个像素的大小和整个图像的尺寸决定的。在空间分辨力一定的条件下，图像大比图像小需要的像素多，每个单独像素的大小决定图像空间分辨力。像素数量与像素大小的乘积决定视野。若图像矩阵大小固定，视野增加时，图像空间分辨力降低。量化后的整数灰度值又称为灰度级。量化后灰度级的数量由决定，是二进制数的位数，常称为位,用来表示每个像素的灰度精度。每个像素的灰度精度范围从1位到8位（25个6灰度级），图像灰度精度的范围为灰度分辨力，也称为图像的对比度分辨力或图像的密度分辨力。位数越大，图像的灰度分辨力越高。应当注意的是，图像抽样的空间像素矩阵的大小，不是随意确定的。它必须保证抽样后的数字图像能不失

3、真地反映原始图像信息，这是确定数字图像空间像素矩阵大小下限的依据。另一方面，为了获得图像更多的细节和更高的分辨力，人们希望使用更密集的空间像素矩阵。但是每提高一步都将受制于数据量成倍增加以及数字图像系统成本提高的限制。因图像矩阵常为正方形，像素宽度每减少一半，像素总数便会增加四倍。像素多，则占据计算机内存空间大，一幅完整的图像从图像处理到完全显示全部过程较慢。同时，这种图像矩阵的增大还受到图像数字化前模拟图像视频制式的限制。目前常见的数字图像矩阵为X1210。图4像灰度的量化是把原来连续的灰度值变成量值上离散的有限个等级的数字量。量化的级数越多，数字化过程带来的误差越小。因此人们在进行/转换时

4、希望用尽可能多的量化级别来精确表示原来的灰度，以保持图像的不失真。但是，如果无限量地增加灰度级数则是一种不切实际的要求。这是因为模拟信号电路中存在电子噪声，射线影像中存在着射线光子的量子噪声，两者加在一起，使模拟视频信号本身包含了一定的随机误差，只有用适当的、有限的灰度级去量化模拟信号才不会明显增加附加的误差，因此片面地追求过高的灰度级数是一种浪费。目前常用的灰度级数有8位25个6灰度级、10位102个4灰度级。数字图像的获得：数字图像一般经过一个将图像的模拟信号转换成数字信号这样一个转换过程才能形成数字图像。这种转换都是利用一般称为/转换器的电子装置完成的。转换器把视频图像的每一条线都分成一

5、行像素，这一过程称为图像抽样。经抽样，图像被分解成在时间和空间上离散的像素，但像素的灰度值是连续值，还需把每个像素连续的灰度值变成离散值，这个过程称为图像灰度的量化。然后将形成的数字图像存在存储器里。-常用的数字图像处理技术有哪些？其基本原理是什么？答：计算机图像处理主要包括图像增强、图像恢复、图像兴趣区的定量估值与三维图像重建等等。射线影像处理主要应用的是增强技术与感兴趣区的定量估值。增强技术根据处理原理不同可分为时域法和频域法两大类。时域法是针对图像平面本身，直接处理图像中的像素，如对比度增强。频域法处理是建立在修改图像傅立叶变换基础上，不直接处理像素，以高通、低通滤波为代表。对比度增强：

6、是图像增强技术中比较简单但又十分重要的一种方法。它只是逐点修改图像中每个像素的灰度，图像中各像素的位置不变，是输入与输出图像间一对一的运算。对比度增强主要用来扩大图像的灰度范围。（1）灰度变换法：图像对比度差是由于灰度范围不足或非线性造成的，用对每个像素幅值重新分布的方法可以改善图像的对比度。常用的方法有线性变换、非线性变换、灰度反转和g矫正。（2）直方图调整法：灰度级直方图是一种函数，它表示数字图像中每一个灰度级出现的频数（具有这一灰度级的像素数）之间的对应关系。自然图像的灰度级直方图在低值灰度区频数较大，大部分像素的灰度级低于平均灰度级，这样隐含在较暗区域中的细节往往显示不清。为使较暗区域

7、的结构显示清楚，可把灰度级的分布拉开，这相当于增加了图像的对比度。这类增强方法通过修改直方图达到，称为直方图调整法，包括直方图均衡和直方图匹配。前者通过一个变换函数，使变换后图像各灰度级的频数相同，后者是通过变换函数来修改原始图像的直方图使之与另一幅图像直方图相匹配，或者具有某中预定的函数形态，修改的目的是突出感兴趣的灰度范围，使图像的质像有所改善。图像平滑技术：（1）邻域平均法：这是用于消除噪声的平滑处理中最简单的一种技术，它直接在空间域上对图像影像平滑处理。用某个像素领域内的各点灰度级的平均值来取代原来的灰度级，通常领域取X方形窗口，窗口沿水平和垂直两个方向逐点移动，从而平滑整幅图像。中值

8、滤波法是其中一种改良方法，是以某一区域灰度级的中间值取代处理点的原灰度级。（2）低通滤波法：对于二维图像，经傅立叶变换把空间域的图像信号映射到空间频率域上，得到原始图像的傅立叶频谱。图像的高频分量是指灰度变化剧烈的部分。低频分量是指灰度变化平缓的部分。平滑技术可以清除噪声，提高图像质量，其缺点是使图像的边缘轮廓变得模糊。图像锐化：相对于灰度变换而言，从另一个角度来改变图像质量，使图像所具有的信息让人们更易于观察的方法是图像的锐化。锐化处理能加强图像轮廓，使图像看起来比较清晰，也是一种常用的图像处理方法。（1）高通滤波法，（2）带通滤波和适当滤波，（3）反锐化掩模，（4）伪彩色显示，（5）代数运

9、算。2-试3述数字透视系统的基本构成与成像过程。答：数字透视的主要组成部件为影像增强器、电视摄像机、/与转换器、计算机、显示器等。数字透视成像是将影像增强器-电视系统的视频输出信号数字化后输入计算机，由计算机完成图像处理，然后再经转换器转换成模拟信号重新显示在视频终端。数字减影血管造影的基本原理是什么？有哪些减影方法？答：数字减影血管造影的基本原理是将造影前、后获得的数字图像进行数字减影，在减影图像中消除骨骼和软组织结构，使浓度很低的造影剂所充盈的血管在减影图像中显示出来，有较高的图像对比度。数字减影血管造影有三种基本方法：时间减影、能量减影、混合减影。（1）时间减影：欲从图像中显示出血管，可

10、从静脉或动脉注入造影剂。在造影剂进入欲显示血管区域之前，利用计算机技术采集一帧图像存在存储器内，作为掩模，也称蒙片。它与在时间上顺序出现的充有造影剂的血管图像（称为充盈图像）一点对一点的进行相减。这样，相同固定的部分（例如软组织和骨骼）就被消除，而造影剂通过血管引起的密度变化就会被突出地显示出来。因此，减影图像突出了造影剂的对比度。由于用作减影的二帧图像是在不同的显影时期获得的，故称这种减影方式为时间减影。（）能量减影：在欲显示血管引入碘造影剂后，分别用略低于和略高于的射线能量（分别为和-曝光，由于在这两种能量条件下曝光的影像中，碘与其它结构的衰减特征有较大差别，因此将在这两种能量条件下曝光的

11、影像进行数字减影处理，可以突出减影中碘的对比度，消除其它无关组织结构对图像的影响，这种减影方式被称为能量减影。（3）混合减影：混合减影的方法是在造影剂到达前或到达后都做高能和低能的影像。先做高能和低能像的减影像来得到一系列的双减影像。在这种双能减影中软组织像已经被消除了。再用时间减影法处理这些双能减影像以消除骨骼等背景。由于软组织像是用能量减影法消除的，因此软组织的运动将不会产生影响。什么是参数成像？答：参数成像是在获取影像序列后，除了提取血管的分布、轮廓、数量、位置、管径等形态学信息外，还可以把记录到的视频信号量化为视频灰度值，进而得到作为时间函数的视频灰度曲线。该曲线间接反应了相关兴趣区内

12、含碘血液的廓清过程，从曲线的峰值高度、曲线下面积、曲线的出现时间、曲线的最大斜率等以及进一步派生出来的一系列参数之中可以提取深（厚）度或容量性参数，借之可以获得一系列非形态学信息。试述的物理基础及其成像过程。答：成像的物理基础是射线的电离作用及光激励发光。的成像过程，中物质经射线照后，将射线的能量以潜影（模拟信息）的方式储存下来，完成影像信息的采集（记录）。此后，用激光束扫描带有潜影的，物质被激励，释放其储存的能量，发出的荧光被集光器收集送到光电倍增管，由光电倍增管将其放大并转换成电信号，经转换器转换成数字图像，经处理后，最终的数字影像被显示与储存。射线数字化成像技术有哪些优点及缺点？答：数字

13、化射线成像技术的优点：传统射线摄影以胶片作为介质，集图像采集、显示、存储和传递功能于一体，因此限制了其中某单一功能的改进。数字化射线成像技术则将这些功能分解成不同的独立部分，从而可对每一功能进行单独优化。（）射线的量子检测效率与线剂量传统射线摄影检测效率仅为一0而数字化射线成像系统的量子检测率则可达以上。因此与传统射线摄影的剂量相比，数字化射线成像的剂量可降低很多。同时，利用其图像处理功能，一次曝光所得图像数据经处理后可以获得与需要改变条件和多次曝光的传统方法相同的效果。在应用上减少曝光次数，也可减少受检者辐射剂量，提高射线使用效率。（）图像的对比度分辨力与空间分辨力射线检查是通过人体内部的组

14、织结构存在的物质密度差异，引起其对射线的衰减差异，从而在射线胶片上造成影像密度差别和一定细节，来判别人体内部的组织结构正常与否。射线探测器的动态范围越大，对低对比度（密度差别小）的物体的探测能力就越强，能提供的信息就越多，所得图像对医生诊断疾病的参考价值就越大。普通射线胶片的动态范围约为比0所以只能分辨出组织密度差别大于的物体。而数字化射线成像技术中探测器系统的动态范围可达支比及至比0所以射线数字摄影可分辨组织密度差别小于的物体，具有很高的对比度分辨力及较大的曝光宽容度。射线数字影像的空间分辨力一般不及普通射线胶片。由于空间分辨力不是确定图像细节的唯一因素。在对比度较差的情况下，尽管图像的空间

15、分辨力很高，但人眼仍然不能分辨出其细节的变化。而数字化射线成像技术由于其探测器的动态范围比较大，对低比度差异物体检查性好，并可用图像处理技术，对低对比度物体进行灰度变换，能将这种微小的灰度差异突出显示出来。所以，虽然射线数字影像的空间分辨力低于传统射线胶片，但经过图像处理技术处理后，仍然能为医生提供比传统射线胶片影像丰富得多的诊断依据。（3）摄影条件传统射线影像在观察透视影像时需持续辐射；数字化射线成像技术有脉冲透视，无需连续辐射，并有图像冻结功能，可选取最佳时机冻结图像，可在无射线辐射的情况下观察和分析图像。数字化射线成像系统宽容度大，无需自动辐照控制，且可避免因参数选择失当而重拍，与传统射

16、线的宽容相比有了极大改进，有利于提咼诊断效率。（4）图像的处理、存贮和传输传统射线摄影所得的图像不能进行图像处理。若其图像质量由于种种原因达不到诊断要求，因不能进行改善图像的处理而只能重复检查。当需要将各种影像检查的图片集在一起参比时，其图像状态不能根据需要进行变换。射线数字影像不仅可利用各种图像处理技术对图像进行处理，改善图像质量，并能将各种诊断技术所获得的图像同时显示，进行互参互补，乃至合并处理，大大增加了诊断信息。传统射线摄影图像，以胶片作为影像的载体及媒介物存贮大量的影像资料，随着照片的日益增多，它们的保存、管理和查找都得花去大量的人力和物力。而且保存日久的照片会逐渐变质，使影像质量下

17、降。各种影像设备获取的图像都分别保管，需要快速查找和及时递送图像照片时困难较大。数字化射线成像技术可利用大容量的磁盘、光盘存贮技术，以数字化的电子方式存贮、管理、传输、显示影像及相关信息，使临床医学摆脱对传统硬拷贝技术的依赖，更为咼效、低耗及省时、省地、省力地观察、贮存、回溯。数字影像使影像便于传输，可实现数据共亨。数字影像可以通过图像存档与传输系统与医院信息系统、放射学信息系统及个人健康档案等联网，也可通过电话网和把影像远距离传输，进行遥诊或会诊。数字透视的缺点：是影像增强器要损失5的%对比度。由于光在输入输出屏上的扩散而引入模糊，空间分辨力不如普通射线影像，再加上系统所受的各种噪声干扰作用

18、，影像质量稍逊于射线胶片。由于摄像管的动态围小，造成系统的动态范围小，不能发现微小的组织差异。增强管的视野小，观察范围有限。系统的不足：时间分辨力较差，不能满足动态器官和结构的显示。此外，在细微结构的显示上，与射线检查的增感屏胶片系统比较，系统的空间分辨力有时稍嫌不足，但在很多情况下可通过直接放大摄影方式来弥补。设备价格昂贵。什么是？实现的关键是什么？的远期目标是什么？答：利用计算机对各种影像设备产生的影像进行定量分析，找出医生需要的各种数据，并与生理参数的测量数据一起进行综合分析，再根据医生的需求完成对图像数据显示、记录、存贮与传输。计算机的输出信息能够帮助医生改善诊断的准确性和图像解释的一致性。CAD即是由具有专业知识和经验的医生在充分考虑了医学图像的计算机综合定量分析结果后，对病情作出的（定