医学影像1课件

1、医学影像成像技术1-2医学影像设备的发明和发展是人类对自身疾病诊断具有革命性的进展, 在世界各国都是最受重视的工业领域之一, 其水平和国家的整体发展水平密切相关, 按照人均消费水平来衡量, 这个行业在中国的发展还远远满足不了需要, 从人类健康的长远和巨大需求来看, 这是一个朝阳产业。 1.医学成像原理概述 不同医学影像手段可以揭示出病人不同的影像学特征，这些特征包括病人透射比、暗度、发射率、反射性、传导性，磁性、分子释放常量以及它们随时间发生变化的情况。对这些特征的描述可以发现病人潜在的特征信息。 医学影像所反映出来的这些组织特征在时间和空间上是随着机体组织结构和功能的改变而变化的。通过医学影

2、像可以产生关于人体动静态特征的重要信息及潜在的人体解剖生理状况。 1.1 医学成像技术分类 根据医学影像学所研究的内容和层次，按其成像原理和技术的不同，医学成像技术分为两大领域：一是以研究生物体微观结构为主要对象的生物医学显微图像学(biomedical micro imaging，BMMl)；二是以人体宏观解剖结构及功能为研究对象的现代医学影像学 (modern medical imaging，MMl)。 1. X线成像：测量穿过人体组织、器官后的X线强度现代医学成像按其信息载体可分为以下几种基本类型： 2.磁共振成像：测量人体组织中同类元素原子核的磁共振信号4.核素成像：测量放射性药物在体

3、内放射出的射线3.超声成像：测量人体组织、器官对超声的反射波或透射 波5.光学成像：直接利用光学及电视技术，观察人体器官的形态6.红外、微波成像：测量体表的红外信号和体内的微波辐射信号。1.2.2 空间分辨率 空间分辨率指在细节与背景间具有高对比度的情况下,鉴别被照体细微结构的能力或对物体空间大小的鉴别能力。 2D空间分辨率常用LP/cm(线对/厘米) 、pixel/mm、S/ mm(线径/毫米)等来表示空间分辨率。两种表示方法的换算公式为：5(常数)LP/cm=S/mm(线径/毫米)。IP成像获得的最大空间分辨率：3.4LP/mm屏/片组合系统：4.3LP/mm。X光机分辨力高，可达到 10

4、 LP/mm 指影像对物体细节的分辨能力，是指在一定的对比度下，影像能够分辨的邻接物体的空间最小距离。而在影像学中，空间分辨力是靠每个体素表现出来的，空间分辨力取决于体素的大小。当体素容积小时，能分辨出细微结构，空间分辨力高；当体素容积大时，则不能分辨细微结构，空间分辨力低。 体素的大小取决于成像层面厚度、FOV(视野(mm)和像素矩阵的大小。成像层面越薄，则空间分辨力越高；成像层面越厚，则部分容积影响越显著，空间分辨力就越低，除了层厚作为空间分辨力的一个因素外，层面内的分辨力可表示为： 层面内分辨力像素尺寸视野矩阵(mm)3D空间分辨力1.2.3 信噪比 信噪比(SNR)是指图像中的信号能量

5、与噪声能量之比。对一个体素而言，其信噪比就是该体素的信号强度除以体素的噪声值。高的SNR是获得优质图像的基本条件之一，较低的SNR会使图像看起来颗粒粗糙。在成像操作中除保证系统本身的状态良好外，为了增加SNR，主要应设法增加接收的信号量，因为噪声是不可避免、始终存在的。增加信号量将使SNR增高。1.3 医学成像技术展望 1.3.1 数字医学影像装备涉及关键技术: (1) 产生用于成像的物质波装备的原理和关键技术 (2) 对物质波和人体组织发生相互作用的规律建模 (3) 研究探测物质波的探测器、传感器或者换能器等探测部件 (4) 把探测到的信号放大, 成形并实现数字化 （5）快速、高效地实现图像

6、重建 (6) 减少噪声、伪影和畸变, 提高图像质量的方法学研究 (7) 更符合人体视觉效果的医学图像显示方法和关键技术 (8) 设计为新的成像系统的性能指标进行测量和评估的方法学以及相应的软件 （9）以高效和快速的医学图像的存贮、通讯管理、检索以及从海量数据中寻找规律的知识挖潜的方法学为主要内容的PACS (Picture Achieving Communication System) 技术 (10) *分子和基因成像 综上所述, 医学影像是人体的最大的信息源, 通过无创伤的数据采集实现对人体在三维空间的时间轴上的信息测量, 通过对测量数据的分析, 获得人体内部解剖学、生理功能和脑认知心理信息

7、, 是采集人体宏观和微观信息并具有非常广泛应用领域的一个产业群。 医学影像是人体信息获取、分析和人类疾病诊疗的重要工具, 这些行业的发展是一个国家整体实力和科技综合水平和体现。但是, 目前任何一种成像工具只能获取人体的部分信息。局部的或者部分的信息还不足于为准确诊断提供足够依据。1.3.3 现代医学影像设备总的发展趋势 (1)性能方面的提高 (2)功能方面的拓展 仿真内窥镜 （virtual endosopy） 表面重建（surface rendering） 、容积再现（volume rendering）显示等技术专用软件包自动化、智能化功能 (3)影像设备的相互融合趋势不同类型设备间的融合

8、同类型影像设备中不同成像方式的融合 2. X线成像技术 1895年人类发现X射线后，首先将它用于骨折的诊断、异物检查等方面 1913年美国物理学家克里吉制作出与今天相同的X射线管 1904年和1906年慕尼黑的里德尔和纽约的贝克分别创立了用X射线检查食道、肠道和胃的方法 此后，X射线造影剂的出现使在相当一个时期，X射线诊断仪成为医院中最重要的诊断仪器 X射线管的阴极2.1 模拟X线成像技术 模拟影像是X线直接透射成像。X 线照片的密度是空间位置的连续函数，它如实的反映了入射X 线强度的空间分布。把这种连续变化的信号称“模拟信号”。常规X 线透视、X 线照片及荧光屏中的影像密度是随着距离的改变而

9、连续变化的，这种随着距离的改变而连续变化的影像被称“模拟影像”。 模拟X线成像的基本设备是X光机。利用X射线穿透人体衰减后，在荧光屏上或胶片上成像。特点：成像分辨率高，使用方便，价格便宜。现代X射线诊断机 X线信息影像的形成与传递过程： （1）X线信息影像的产生 X线信息影像形成的基础是被照射体对X线束的衰减。X线在物质中的衰减规律： I为透过被照体的X线强度，I0为入射X线强度，为线衰减系数，d为被照射体的厚度。 (2) X线信息影像转换 将不均匀的X线强度分布，通过接收介质转换为密度影像，或2D光强度分布以用于观察诊断 (3)密度分布转换成可见光的空间分布 借助观察灯将密度分布转换成可见光

10、空间分布 (4)视觉影像的形成 通过视网膜上明暗相间的图案，形成视觉影像 (5)意识影像的形成 通过对视觉影像的识别、判断做出评价或诊断2.2 增感屏胶片系统X成像 增感屏是X线摄影的重要器材之一。在X线摄影中利用X线激发荧光体获得的发光，对胶片增加感光的作用，从而大大减少X线暴光条件。利用增感屏进行X线摄影时，对胶片感光作用主要来自增感屏发出的荧光（95%以上）。 X线影像的质量 （1）X线照片影像的密度，光学密度(D)：指胶片乳剂层在感光和显影作用下黑化程度的物理量，记做：D=(lg(I0/I)。D为光学密度，I0表示入射光强度，I表示透过光强度。（2）X线对比度（Kx）：当X线透过被照射

11、体时，由于被照射体对X线的吸收、散射而减弱，透射线则形成了强度不均匀分布，这种强度的差异被称为X线对比度，记做：Kx=I1/I2。式中I1、I2表示不同部分的透过光强度。 （3）胶片对比度：X线对比度（Kx）表示的X线信息不能为人眼所识别。只有通过某种介质的转换才能形成可见的影像。胶片对射线对比度的放大能力称为胶片对比度。（4）X线照片对比度（K）：X线照片上相邻组织影像的密度差。一般将两点间密度的差值称做光学对比度(K)，K=D2-D1。（5）空间分辨率（LP）：指在细节与背景间具有高对比度的情况下，鉴别被照体细微结构的能力或对物体空间大小的鉴别能力。常用LP/cm(线对/ 厘米) 、pix

12、el/ mm、S/ mm(线径/ 毫米) 等来表示空间分辨率。两种表示方法的换算公式为:5 (常数) LP/ cm = S/mm(线径/ 毫米)。CR图像可用三种方法显示出来： (1)通过监视器(荧光屏) 直接阅读； (2)用多幅照相机直接将影像照到胶片上； (3)用激光照相机直接将影像信号记录在胶片上 直接数字成像（Digital Radiography DR) DR(即直接数字成像)减少了中间转换的步骤，直接成像。它集CR优点于一身，图像更加清晰，可进行组织均衡，它是利用探测器很宽的动态范围及其特性，将图像分别处理后重新组合，使高低密度的组织能很好地在同一影像上显示，从而提高每一帧图像的信

13、息量，提高其显示力。血管造影术 血管造影术历史悠久，从Roentgen 1895年发现X线后仅2个月Haskek和Lindental首次在离体上肢的动脉内注入白垩溶液进行动脉造影的尝试。 以后随着血管造影技术和造影剂的不断改进。尤其是1953年Seldinger设计的循导引钢丝插入导管，使经皮穿刺法成为简便、安全的动脉造影术。 1963年Ziedes des platnes B. G首先利用同一患者的脑血管与颅平片(即负片，此片的体位、射线方向与造影片相同) 翻印成正片(作为掩盖片Mask film) 互相重叠，将此重叠的两片覆盖于未感光的X线胶片上，用可见光曝光,经冲洗印成减影片。这一方法手

14、续繁琐，不易完全重叠而产生伪影，影响质量。因此在临床上没有推广应用。 数字减影血管造影(Digital Substraction Angiograply, DSA) DSA 是利用计算系统将造影部位，注射部位，注射造影剂前的透视影像转换成数字形式贮存于记忆盘中，称作蒙片。然后将注入造影剂后的造影区的透视影像也转换成数字，并减去蒙片的数字，将剩余数字再转换成图像，即成为除去了注射造影剂前透视图像上所见的骨骼和软组织影像，剩下的只是清晰的纯血管造影像。 自70年代以来，计算机技术的不断发展和完善，为血管造影的研究提供了广阔的前景。 70年代后期，美国的Wisconsin和Arizona大学的小组和西德Keil Kinder Klink 医学中心各自独立地对数字减影血管造影术研究