醫(yī)學(xué)影像技術(shù)概論1第1頁/共112頁本章知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)與學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展歷史了解現(xiàn)在醫(yī)學(xué)影像技術(shù)與設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀全面掌握今后應(yīng)用醫(yī)學(xué)影像檢查與治療的新技術(shù)、新設(shè)備和新動(dòng)向第2頁/共112頁本章要點(diǎn)了解掌握熟練掌握

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程影響對(duì)醫(yī)學(xué)影像評(píng)價(jià)的因素

醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像的物理共性計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像的在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的分類與組成第3頁/共112頁課程導(dǎo)航1.4醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程1.11.21.3醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像的物理共性影響對(duì)醫(yī)學(xué)圖像評(píng)價(jià)的因素計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像1.5醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的分類與組成第4頁/共112頁第1章醫(yī)學(xué)影像技術(shù)概論現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，印證了醫(yī)學(xué)、生物、物理、電子工程、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的誕生與沿革。數(shù)字醫(yī)學(xué)影像新技術(shù)、新設(shè)備對(duì)醫(yī)學(xué)影像診斷和數(shù)字影像治療帶來許多根本的改變。醫(yī)學(xué)影像設(shè)備和數(shù)字影像介入治療，代表了醫(yī)院的現(xiàn)代化檢查治療的條件與診治水平。目前現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的提升和現(xiàn)代影像技術(shù)的發(fā)展相互融合、相互推動(dòng)、相互依存的趨勢(shì)已經(jīng)成為共識(shí)。新的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和設(shè)備的研制也已經(jīng)成為21世紀(jì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)和生命科學(xué)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)技術(shù)增長點(diǎn)。第5頁/共112頁1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程

從1895年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X光并由此拍出世界上第一張倫琴夫人手部的X線透視照片以來，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)從無到有、從不完善到功能齊全、分類精細(xì)，經(jīng)歷了一個(gè)１0０多年的發(fā)展過程。以醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的發(fā)展為例，大致分為七個(gè)階段。第一張X線照片第6頁/共112頁1、1895年11月8日，德國物理學(xué)家倫琴在做真空管、高壓、放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種肉眼看不見，但具有很強(qiáng)的貫穿本領(lǐng)，能使某些物質(zhì)發(fā)熒光和使膠片感光的新型射線，即X射線或稱X線，并用于臨床的骨折和體內(nèi)異物的診斷。

子彈X線照片第7頁/共112頁2、1971年，世界上第一臺(tái)用于顱腦的CT掃描機(jī)（計(jì)算機(jī)人體斷層攝影術(shù)）由柯馬克和郝恩斯費(fèi)爾首次研制成功。1979年因此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明，柯馬克、郝恩斯費(fèi)爾獲得了生理與醫(yī)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)。

到今天為止CT經(jīng)歷了包括滑環(huán)技術(shù)、螺旋CT、多層CT、電子束CT的5代發(fā)展，現(xiàn)在第6代CT正在研發(fā)中。世界上第一臺(tái)4層CT掃描機(jī)第8頁/共112頁CT機(jī)的分代主要以其Ｘ線管和探測(cè)器的關(guān)系、探測(cè)器的數(shù)目、排列方式以及Ｘ線管與探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)方式來劃分。第1代CT機(jī)只有一個(gè)探測(cè)器，掃描角度為1o，掃描時(shí)間270s/層。僅用頭部的掃描,圖像質(zhì)量差,以平移加旋轉(zhuǎn)的掃描運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行,稱為平移/旋轉(zhuǎn)型。X線管探測(cè)器第9頁/共112頁第2代CT機(jī)探測(cè)器的數(shù)目增加5～20個(gè)左右，X線束呈扇型，掃描角度增加為360o,掃描時(shí)間仍較長,一般在20s～1min/層，掃描方式為窄扇形束掃描平移-旋轉(zhuǎn)方式。第10頁/共112頁第3代CT探測(cè)器數(shù)目一般多超過100個(gè)，有的接近1000個(gè)，X線扇形束擴(kuò)大到40o～50o，足以覆蓋人體的橫徑,這樣掃描就不需要再平移，而只需要旋轉(zhuǎn)就可以了,故稱為旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)型。掃描時(shí)間一般均在幾秒鐘,最快速度0.5s，實(shí)現(xiàn)了亞秒級(jí)掃描,大大提高了掃描速度,可用于胸,腹部運(yùn)動(dòng)器官的掃描。第11頁/共112頁第1代到第3代CT機(jī)的X線管和探測(cè)器都是同步旋轉(zhuǎn)的，而第4代CT機(jī)與之不同，探測(cè)器呈360o環(huán)狀固定排列在機(jī)架內(nèi)(目前有的機(jī)型多達(dá)4800個(gè)探測(cè)器)，X線管則圍繞人體和機(jī)架作360o旋轉(zhuǎn),把第4代稱固定/旋轉(zhuǎn)型(螺旋CT屬此型)。第12頁/共112頁第5代CT機(jī)與第1到第4代CT機(jī)不同，在成像過程中X線管不需環(huán)繞機(jī)架作機(jī)誡運(yùn)動(dòng)，它是用電子束方法產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的X線源,再穿透人體由探測(cè)器接受,圖像重建過程則基本和普通CT機(jī)相同,把這種CT機(jī)稱為電子束CT,也稱超高速CT，特點(diǎn)是掃描速度很快,50～100ms/層,每秒最多可掃34層,就其掃描速度是普通CT的40倍，螺旋CT的20倍,可用于心臟一類運(yùn)動(dòng)器官的掃描。CT設(shè)備的改進(jìn)和發(fā)展很快,主要目標(biāo)是在提高掃描速度、檢查效率、圖像質(zhì)量和盡量簡(jiǎn)便操作等方面。

第13頁/共112頁第1代CT：掃描方式為平移(translate)+旋轉(zhuǎn)(rotate)(T+R)方式的CT。第2代CT：掃描方式為平移(translate)+旋轉(zhuǎn)(rotate)(T+R)方式的CT。第3代CT：掃描方式為旋轉(zhuǎn)+旋轉(zhuǎn)(R+R)掃描方式的CT。第4代CT：掃描方式為靜止(stationary)+旋轉(zhuǎn)(S+R)掃描方式的CT。第5代CT：掃描方式為靜止+靜止(S／S)電子束掃描方式的CT?，F(xiàn)代螺旋CT結(jié)構(gòu)圖第二代16層CT第五代CT第14頁/共112頁3、20世紀(jì)50年代和60年代超聲和放射性核素也相繼出現(xiàn)。1942年奧地利科學(xué)家達(dá)西科（Dussik）首先將超聲技術(shù)應(yīng)用與臨床診斷，他曾試圖應(yīng)用超聲如同X射線一樣能穿透顱骨把顱內(nèi)的病變顯示出來，后來改進(jìn)并采用了脈沖反射式A型超聲診斷，從此開始了醫(yī)學(xué)超聲影像設(shè)備的發(fā)展。1954年瑞典人應(yīng)用M型超聲顯示運(yùn)動(dòng)的心壁，稱為超聲心動(dòng)圖。人類從20世紀(jì)50年代開始研究二維B型超聲，至70年代中期，實(shí)時(shí)二維超聲開始應(yīng)用，在體外檢查可實(shí)時(shí)顯示體內(nèi)相關(guān)部位結(jié)構(gòu)的切面圖，使超聲診斷有了突破性的進(jìn)展，從而擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，可以診斷大部分結(jié)構(gòu)異常疾病。隨著設(shè)備的不斷更新，圖像分辨不斷提高，至今二維超聲仍是超聲診斷中最基本的技術(shù)。第15頁/共112頁超聲技術(shù)因?yàn)槁暡ǖ臒o損傷性好、對(duì)軟組織的分辨率較高，用于醫(yī)學(xué)診斷使患者在接受檢查時(shí)，可以不受到X線的照射損傷，很快被廣泛的普及應(yīng)用到人體的各大組織器官的檢查中，尤其是腹部超聲檢查更是多用。超聲設(shè)備和技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了彩色超聲和多普勒超聲，大大拓寬了超聲診斷檢查領(lǐng)域，使得醫(yī)學(xué)影像診療水平上了一個(gè)新臺(tái)階。超聲檢查(二尖瓣粘連)彩色超聲檢查(胎兒發(fā)育)第16頁/共112頁4、70年代末80年代初，超聲、放射性核素、MR-CT和數(shù)字影像設(shè)備與技術(shù)逐步興起。其中磁共振成像（MagneticResonanceImaging，MRI）是目前最為先進(jìn)的影像檢查方法之一，是一門新興的無創(chuàng)性顯示人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影像診斷技術(shù)，這一技術(shù)在問世不到20年的時(shí)間里得到了迅猛發(fā)展，設(shè)備制造技術(shù)和診斷理論日臻完善。目前，MRI設(shè)備在大中城市醫(yī)院已較廣泛應(yīng)用，其對(duì)人體組織器官高分辨的圖像，為臨床提供了更為直觀的人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像信息及更豐富的有意義的診療信息。MRI是基于MR現(xiàn)象的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。MR現(xiàn)象是1946年分別由美國斯坦福大學(xué)物理系Bloch教授和哈佛大學(xué)的Puecell教授領(lǐng)導(dǎo)的小組同時(shí)獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的。由于這一發(fā)現(xiàn)在物理、化學(xué)上具有重大意義，Bloch和Puecell共同獲得了1952年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

第17頁/共112頁圖1.9國產(chǎn)OpenMark4000MRI圖1.10GESignaProfile/oMRI

近年來，隨著高性能梯度磁場(chǎng)、開放型磁體、軟線圈、相控陣線圈以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，MRI設(shè)備的硬件發(fā)展迅速，MRI技術(shù)在以下五個(gè)方面有很大進(jìn)展：

第18頁/共112頁①M(fèi)RI的成像時(shí)間大大縮短，通常每秒可獲取20幅圖像，30ms內(nèi)采集完成一幅完整的圖像。具有瞬時(shí)成像的優(yōu)勢(shì)，高時(shí)間分辨力可去除運(yùn)動(dòng)偽影，便于觀察研究動(dòng)態(tài)器官圖像。例如可清晰地觀察膽囊、呼吸器官等的斷層圖像。②磁共振血管成像(magneticresonanceangiographer，MRA)：MRA不需要對(duì)比劑即可得到血管造影像。近年發(fā)展的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRA(dynamiccontrast-enhancedMRA，DCEMRA)，則應(yīng)用靜脈注射順磁性對(duì)比劑，明顯縮短了血液成像時(shí)間，避免了扭曲血管、湍流及慢血流所致的信號(hào)喪失，是一全新MRA技術(shù)。第19頁/共112頁③FMRI技術(shù)：它是指對(duì)人體功能進(jìn)行研究和檢測(cè)的MRI技術(shù)，可檢查到形態(tài)未變但功能已改變的病變，從而達(dá)到早期診斷的目的。④磁共振成像介入，有良好的組織對(duì)比度，可以精確地區(qū)分病灶的界面、確定目標(biāo)；亞毫米級(jí)空間分辨力便于病灶定位和介入引導(dǎo)；多層和三維空間成像允許全方位地觀察重要的解剖結(jié)構(gòu)；快速和超快速的成像序列能夠?qū)ι磉\(yùn)動(dòng)、介入器具和介入引起的變化進(jìn)行近似實(shí)時(shí)的觀察。⑤消除偽影的技術(shù)，可有效消除人體的生理運(yùn)動(dòng)如呼吸、血流、腦脊液脈動(dòng)、心臟跳動(dòng)、胃腸蠕動(dòng)等引起的磁共振圖像的偽影。第20頁/共112頁西門子Espree開放孔徑的MRI人體腦組織的MRI成像人體的MRI成像第21頁/共112頁5、20世紀(jì)80年代推出了數(shù)字減影血管造影（DSA）和計(jì)算機(jī)X線攝影（CR）成像設(shè)備與技術(shù)，其后又推出了數(shù)字X線設(shè)備（DR）。數(shù)字減影血管造影術(shù)是常規(guī)造影術(shù)與電子計(jì)算機(jī)處理技術(shù)相結(jié)合的一種新型成像技術(shù)。血管造影檢查是對(duì)注入血管造影劑前后的圖像進(jìn)行相減，得到無骨骼，內(nèi)臟，軟組織背景的清晰的血管影象，而血管的形態(tài)，結(jié)構(gòu)反映了多種疾病的基本信息。第22頁/共112頁計(jì)算機(jī)X線攝影（CR）是將X線攝照的影像信息記錄在影像板（imageplate，IP）上，這種可重復(fù)使用的IP影像板，替代了膠片，不需要沖印，因此也稱為干板。干板經(jīng)激光讀取裝置讀取，由計(jì)算機(jī)精確計(jì)算處理后，即可得到高清數(shù)字圖像，最后經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，在熒屏上顯示出灰階圖像，有利于觀察不同的組織結(jié)構(gòu)。使用CR，避免了膠片影像沖印帶來的環(huán)境污染，干板的重復(fù)使用降低了成本，數(shù)字影像大大提高了圖像的清晰度。第23頁/共112頁直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)（digitalrayDR）是利用電子技術(shù)將X線信息的其它載體轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮虞d體，X線照射人體后不直接作用于膠片，被探測(cè)器（Detector）接收并轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信號(hào)，獲得X線衰減值（attenuationvalue）的數(shù)字矩陣，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，重建成圖像。數(shù)字圖像數(shù)據(jù)可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理、顯示、傳輸和存儲(chǔ)，分辨率比普通X線照片高，診斷信息豐富，并且能夠更有效地使用診斷信息，提高信息利用率及X線攝影檢查的診斷價(jià)值。第24頁/共112頁6、20世紀(jì)90年代推出了更新、更強(qiáng)的核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備ECT，包括PET、SPECT等設(shè)備。PET也稱正光電子成像設(shè)備，主要的優(yōu)勢(shì)是超強(qiáng)的醫(yī)學(xué)影像的識(shí)別與診斷的能力，尤其是利用注入體內(nèi)的增強(qiáng)顯影劑或示蹤劑，在體內(nèi)循環(huán)可以動(dòng)態(tài)地、靶向目標(biāo)清晰地顯示被檢部位形態(tài)和功能的異常情況，甚至可以檢查出細(xì)胞級(jí)別的病變，如癌細(xì)胞治療愈后或癌細(xì)胞擴(kuò)散轉(zhuǎn)移的情況診斷，可謂實(shí)現(xiàn)了“大海撈針”的功效。GE全數(shù)字PET-CTGE生產(chǎn)的SPECTPET圖像第25頁/共112頁1.2醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像的物理共性

雖然醫(yī)學(xué)影像成像系統(tǒng)有許多種類，但其成像源的物理系統(tǒng)的共性來說，都是充分和準(zhǔn)確的利用成像源的物理作用，獲得人體內(nèi)攜帶有某種物理量分布信息的影像數(shù)據(jù)。第26頁/共112頁1.2.1源與目標(biāo)的作用醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像主要包括以下4個(gè)共性：1.源源，這里是指能夠獲得醫(yī)學(xué)影像信息的物理能源?？梢允莵碇馏w外的源，如X射線源、磁場(chǎng)源、超聲源、電磁波源、紅外線源等，這些人體外部的能源稱為外源。

外源共同的特點(diǎn)是對(duì)人體組織或器官具有已知和可控的作用，如醫(yī)學(xué)X線的放射特性、控制以及輸出劑量、入射劑量、人體各組織器官對(duì)X線衰減值都是已知和可精確控制的。另外的一種源是注入人體內(nèi)的源，如注入人體內(nèi)部的同位素輻射源，或人體自身的熱輻射源等。這些增強(qiáng)顯影劑的輻射非常低，對(duì)人體無損害，但由此產(chǎn)生的醫(yī)學(xué)影像卻非常的清晰，并且受檢查的部位靶向性（命中率）準(zhǔn)確。第27頁/共112頁2.源與物體(目標(biāo))的相互作用無論采用哪種醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)的成像源，都必須清楚地了解成像源和人體相互之間將產(chǎn)生那種作用，并且能夠充分把握、控制、檢測(cè)源的生物安全劑量，質(zhì)量指標(biāo)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。例如X射線穿過人體時(shí)，會(huì)經(jīng)過不同器官和不同密度組織的衰減；超聲波在人體中反射并在傳播時(shí)產(chǎn)生不同的時(shí)間延遲等過程；以及注入體內(nèi)源的循環(huán)與衰減變化情況。我們可以清楚地知道源與人體相互作用的部位（器官），及準(zhǔn)確檢測(cè)出某種源與每部分人體組織器官相互作用后的結(jié)果、指標(biāo)和參數(shù)是什么，據(jù)此來進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像的診斷或治療。第28頁/共112頁第29頁/共112頁3.檢測(cè)器檢測(cè)器的主要作用是在體外檢測(cè)攜帶有體內(nèi)信息的信號(hào)。各種醫(yī)學(xué)影像設(shè)備中信號(hào)檢測(cè)器的種類、精度、靈敏度決定了醫(yī)學(xué)影像成像的方式和清晰度。檢測(cè)器的形式與各種源的類型有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，例如，X射線檢測(cè)器、超聲檢測(cè)器（超聲探頭）、紅外檢測(cè)器、光電倍增檢測(cè)器等各種各樣的影像信號(hào)檢測(cè)器（傳感器）。這些影像信號(hào)檢測(cè)器無論其組成原理和材料特點(diǎn)如何，但共同的作用和主要功能評(píng)價(jià)指標(biāo)很多是一樣的，如檢測(cè)弱信號(hào)的靈敏度，檢測(cè)與處理信號(hào)的速度，以及檢測(cè)用的源劑量的低強(qiáng)度，達(dá)到向更清晰、更快速、更安全、更多維和更智能的方向發(fā)展。第30頁/共112頁1.2.2源的控制與信號(hào)檢測(cè)從X線成為醫(yī)學(xué)影像成像的體外能源以來，人們已經(jīng)深入的了解并掌握了X線與人體各器官和組織相互作用的關(guān)系、劑量的精確量化指標(biāo)，嚴(yán)格的人體安全耐受標(biāo)準(zhǔn)、圖像清晰度（灰階）與組織分辨率、空間分辨率的關(guān)系，二維圖像、彩色圖像、三維圖像各自與圖像信息采集的關(guān)系。嚴(yán)格意義上說醫(yī)學(xué)圖像信息的清晰或準(zhǔn)確與否，最基本和最重要的關(guān)鍵問題就在于對(duì)產(chǎn)生圖像信息源的精確控制與信號(hào)檢出靈敏度的設(shè)計(jì)來決定的。第31頁/共112頁X光影像設(shè)備的性能指標(biāo)主要有5個(gè)：X線光源尺寸、X線劑量、圖像分辨率、圖像灰度級(jí)和信噪比。1、X光源尺寸：一般包括光源直徑和X光發(fā)射角度。2、X線劑量又可分為入射劑量、表面劑量、出射劑量、圖像接收器劑量、身體劑量和有效劑量6種。3、圖像分辨率，用于測(cè)量一臺(tái)設(shè)備能記錄或生成的空間細(xì)節(jié)精度。分辨率越高，細(xì)節(jié)越精細(xì)。第32頁/共112頁4、圖像灰度級(jí)，灰度級(jí)的數(shù)量由2N決定，N是二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，常稱為位，用來表示每個(gè)像素的灰階精度。如果N=8則有256個(gè)灰度級(jí)，圖像灰度精度的范圍為灰度分辨力，也稱為圖像的對(duì)比度分辨力。位數(shù)越大，圖像的灰度分辨力越高。5、信噪比，有用的圖像信息(信號(hào))與無用信息(噪聲)的數(shù)量之比。

X線圖像占醫(yī)院中全部影像的80％左右，是目前醫(yī)學(xué)影像檢查的主要方法。常規(guī)X線成像操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用低廉，它一直是臨床診斷中的主要成像設(shè)備。第33頁/共112頁1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展從根本上講是與計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展互相結(jié)合、互相促進(jìn)、互相依存的結(jié)果。計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展也有力的推動(dòng)了醫(yī)學(xué)影像學(xué)科的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)也使得醫(yī)學(xué)影像的診斷與治療向更快速、更清晰、更安全、更無害、智能化的方向發(fā)展。

第34頁/共112頁1.3.1點(diǎn)陣與矢量醫(yī)學(xué)影像點(diǎn)陣圖(位圖)與矢量圖的區(qū)別；計(jì)算機(jī)圖像分為點(diǎn)陣圖(又稱位圖或柵格圖像)和矢量圖形兩大類，認(rèn)識(shí)彼此的特色和差異，有助于醫(yī)學(xué)圖像的采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、輸出等編輯和分析與醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像后處理。位圖圖像和矢量圖形沒有好壞之分，只是用途不同而已。因此，整合位圖圖像和矢量圖形的優(yōu)點(diǎn)，才是處理數(shù)字圖像的最佳方式。第35頁/共112頁1．點(diǎn)陣圖像

(Bitmap)

點(diǎn)陣圖像，亦稱為位圖圖像或繪制圖像，是由稱作像素的單個(gè)點(diǎn)按行列有序排列點(diǎn)陣組成的。這些點(diǎn)以其不同的排列位置和染色（灰階）程度構(gòu)成圖（形）像。當(dāng)放大位圖時(shí)，可以看見賴以構(gòu)成整個(gè)圖像的無數(shù)單個(gè)不連續(xù)的方塊（點(diǎn)陣）。由于每一個(gè)像素都具有單獨(dú)染色（灰階）的量化值，因此可以通過計(jì)算機(jī)處理圖像的每一個(gè)像素或?qū)x擇區(qū)域進(jìn)行處理而產(chǎn)生近似相片的逼真效果，諸如加深陰影、亮度、對(duì)比度和調(diào)整顏色灰度值等操作。當(dāng)縮小或放大位圖的尺寸時(shí)也會(huì)使原圖變形（失真），因?yàn)榇伺e是通過減少像素或加大像素點(diǎn)距來改變整個(gè)圖大變小的。第36頁/共112頁

點(diǎn)陣圖像是與分辨率有關(guān)的，即在一定面幅（尺寸）的圖像上包含有固定數(shù)量的像素陣列組成。因此，如果在屏幕上以較大的倍數(shù)放大顯示圖像，或以過低的分辨率打印，位圖圖像會(huì)出現(xiàn)鋸齒邊緣。以照片為例，如果我們把照片掃描成為位圖文件并存盤，一般我們可以這樣描述這樣的照片文件：分辨率用行像素乘列像素，顏色（灰階）多少位等等。通常這樣的位圖文件可以用PhotoShop、ACDsee等軟件來處理和瀏覽。通過這些軟件，我們可以把圖形的局部一直放大，直到最后一定可以看見一個(gè)一個(gè)象馬賽克一樣的色塊，這就是圖形中的最小元素--像素點(diǎn)。到這里，如果我們?cè)倮^續(xù)放大圖象，將看見馬賽克繼續(xù)變大，甚至到一個(gè)像素占據(jù)了整個(gè)窗口，窗口就變成單一的顏色,這說明位圖圖形不能無限放大。當(dāng)您處理位圖圖像時(shí)，可以逐個(gè)像素的編輯修改,優(yōu)化微小細(xì)節(jié)以及增強(qiáng)效果。第37頁/共112頁位圖（原始圖）位圖（放大5倍圖）第38頁/共112頁

醫(yī)學(xué)數(shù)字影像多數(shù)是二維平面的點(diǎn)陣圖像，記錄和描述圖像中信息的最小單元是像素點(diǎn)，一幅二維的醫(yī)學(xué)數(shù)字灰階影像是由M行*N列的像素點(diǎn)構(gòu)成，其中每個(gè)像素點(diǎn)用28～212個(gè)二進(jìn)制數(shù)位來記錄該位像素的灰度值，即每個(gè)像素可以保存256～4096灰度值，可見醫(yī)學(xué)圖像信息的清晰度之高和每個(gè)像素所包含及表達(dá)信息的內(nèi)容之豐富。第39頁/共112頁2．點(diǎn)陣圖的文件格式點(diǎn)陣圖可以被保存成的文件類型很多，如*.bmp、*.pcx、*.gif、*.jpg、*.tif、Photoshop的*.psd、kodakphotoCD的*.pcd、corelphotopaint的*.cpt等。同樣的圖形，存盤成以上幾種文件時(shí)，各文件的字節(jié)數(shù)會(huì)有一些差別，尤其是jpg格式的文件，它的大小只有同樣bmp格式文件大小的1/10到1/35，這是因?yàn)樗鼈兊狞c(diǎn)矩陣經(jīng)過了復(fù)雜的壓縮算法的緣故。點(diǎn)陣圖文件大小的規(guī)律：圖形面積越大，文件的字節(jié)數(shù)越多，文件的色彩越豐富，文件的字節(jié)數(shù)越多，這些特征是所有點(diǎn)陣圖文件所共有的。

第40頁/共112頁3.矢量圖(vector)

（1）矢量圖及矢量圖的特性

矢量圖，也稱為面向?qū)ο蟮膱D形或繪圖圖形，數(shù)學(xué)上定義矢量圖為一系列由線連接的點(diǎn)。矢量圖主要由線條和色塊組成，這些圖形可以分解為單個(gè)的線條、文字、圓、矩形、多邊形等單個(gè)的圖形元素，再用一個(gè)代數(shù)式來表達(dá)每個(gè)被分解出來的元素。例如：一個(gè)矩形可以通過指定左上角的坐標(biāo)(x1,y1)和右下角的坐標(biāo)(x2,y2)的四邊形來表示；我們還可以為每條邊線元素加上一些屬性，如邊框線的寬度、邊框線是實(shí)線還是虛線、中間填充什么顏色等等。然后把這些元素的代數(shù)式和它們的屬性作為文件存盤，就生成了所謂的矢量圖（也叫向量圖）。

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矢量文件中的圖形元素稱為對(duì)象。每個(gè)對(duì)象都是一個(gè)自成一體的實(shí)體，它具有顏色、形狀、輪廓、大小和屏幕位置等屬性。既然每個(gè)對(duì)象都是一個(gè)自成一體的實(shí)體，就可以在維持它原有清晰度和彎曲度的同時(shí)，多次移動(dòng)和改變它的屬性，而不會(huì)影響圖例中的其它對(duì)象。這些特征使得矢量圖特別適用于編輯處理圖例和三維圖形建模工作，因?yàn)樗鼈兺ǔＲ竽軇?chuàng)建和操作單個(gè)對(duì)象?；谑噶繄D形與分辨率無關(guān)的特點(diǎn)，這意味著可以按最高分辨率將它們縮放到任意大小和以任意分辨率在輸出設(shè)備上顯示或打印出來，而不會(huì)影響清晰度。因此，矢量圖形是文字（尤其是小字）和線條圖形（比如醫(yī)學(xué)線條圖）的最佳選擇。第42頁/共112頁矢量圖（原始圖）矢量圖（放大20倍圖）第43頁/共112頁（2）矢量圖的文件格式矢量圖形格式也很多，如AdobeIllustrator的*.AI、*.EPS和SVG、AutoCAD的*.dwg和dxf、CorelDRAW的*.cdr、windows標(biāo)準(zhǔn)圖元文件*.wmf和增強(qiáng)型圖元文件*.emf等等。當(dāng)需要打開這種圖形文件時(shí)，程序根據(jù)每個(gè)元素的代數(shù)式計(jì)算出這個(gè)元素的圖形，并顯示出來。就好象我們寫出一個(gè)函數(shù)式，通過計(jì)算也能得出函數(shù)圖形一樣。編輯這樣的圖形的軟件也叫矢量圖形編輯器。如：AutoCAD、CorelDraw、Illustrator、Freehand等。第44頁/共112頁矢量圖和位圖的局部放大矢量圖局部放大位圖局部放大效果清晰效果模糊第45頁/共112頁（3）矢量圖形文件的規(guī)律矢量圖形也有共同的規(guī)律：可以無限縮放圖形中的細(xì)節(jié)，不會(huì)造成失真或馬賽克效果。一般的線條圖形或卡通圖形，保存成矢量圖文件，其文件大小比存成點(diǎn)陣圖文件要小很多。存盤后文件的大小與圖形中元素的個(gè)數(shù)和每個(gè)元素的復(fù)雜程度成正比（元素的復(fù)雜程度指的是這個(gè)元素的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，如五角星就比矩形復(fù)雜、一個(gè)任意曲線就比一個(gè)直線段復(fù)雜）。而與圖形面積和色彩的豐富程度無關(guān)。通過軟件，矢量圖可以輕松地轉(zhuǎn)化為點(diǎn)陣圖，而點(diǎn)陣圖轉(zhuǎn)化為矢量圖就需要經(jīng)過復(fù)雜而龐大的數(shù)據(jù)處理，而且生成的矢量圖的質(zhì)量絕對(duì)不能和原來的圖形比擬。第46頁/共112頁1.3.2數(shù)字醫(yī)學(xué)影像的顏色或灰度數(shù)字醫(yī)學(xué)影像的顏色或灰度的多少，也是一個(gè)非常重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其指標(biāo)好壞將直接影響圖像的目視判讀和使用價(jià)值，甚至影響醫(yī)學(xué)影像診斷或治療的結(jié)果?，F(xiàn)在的醫(yī)學(xué)數(shù)字X光成像設(shè)備主要有CR和DR兩類，產(chǎn)生圖像的灰度一般可以達(dá)到8～12bit，既圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的灰度信息可以表現(xiàn)出256～4096個(gè)灰度級(jí)別。第47頁/共112頁單色圖和灰度圖對(duì)比

單色圖灰度圖第48頁/共112頁128灰度級(jí)64灰度級(jí)32灰度級(jí)16灰度級(jí)8灰度級(jí)4灰度級(jí)2灰度級(jí)256灰度級(jí)第49頁/共112頁不同位深度的圖像對(duì)比24位256色16色黑白色第50頁/共112頁

如果采集的是彩色圖像信息，則每個(gè)像素至少需要用三個(gè)字節(jié)24位二進(jìn)制數(shù)來保存RGB（紅、綠、蘭）信息，甚至有些彩色圖像每個(gè)像素的信息量達(dá)到32位～40位精度?？傊畧D像的灰度或色彩的信息量越大，則醫(yī)學(xué)圖像的目視判讀的區(qū)分性越好。例如病理圖像診斷中，細(xì)胞核染色濃度（DNA）的變化將是區(qū)分細(xì)胞癌變或正常的重要因素之一。還有采用偽彩色的方法處理灰階圖像，可充分顯示和識(shí)別不易被發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)或?qū)哟?。?1頁/共112頁1.3.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)圖像的分辨率計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)圖像的分辨率和采集方式、轉(zhuǎn)換精度、處理方法及顯示視窗的清晰度等諸多因素有關(guān)。評(píng)價(jià)醫(yī)學(xué)圖像分辨率的好壞，是由以下多種因素構(gòu)成的，但最終還是看醫(yī)學(xué)影像中有診療價(jià)值信息的利用率。1．圖像分辨率

圖像分辨率是指在單位面積上包含的像素點(diǎn)的多少，像素越多則圖像清晰度越高。醫(yī)學(xué)圖像分辨率的高低是評(píng)價(jià)影像質(zhì)量的綜合指標(biāo)之一，眾多數(shù)字醫(yī)學(xué)影像設(shè)備各自的技術(shù)性能指標(biāo)差異很大，信息的采集與轉(zhuǎn)換精度也有一定差別，這些因素將直接影響醫(yī)學(xué)圖像的分辨率。其次，數(shù)字圖像信息的處理與存儲(chǔ)壓縮方式的不同，也將影響醫(yī)學(xué)圖像的分辨率。第52頁/共112頁圖像由像素組成第53頁/共112頁2．時(shí)間分辨率醫(yī)學(xué)影像往往提供的是人體的某一器官瞬時(shí)的靜態(tài)圖像，但由于醫(yī)學(xué)影像設(shè)備采集圖像的速度不夠快，或因?yàn)槿梭w器官連續(xù)不停地運(yùn)動(dòng)致使圖像產(chǎn)生偽影。解決此類問題的方法，就是要大大提高圖像采集的時(shí)間分辨率，這好像用數(shù)碼相機(jī)的高速快門捕捉運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)一樣。例如第5代電子束CT的圖像采集速度已經(jīng)達(dá)到每秒20幀以上。時(shí)間分辨率的提高更有利于動(dòng)態(tài)的心臟醫(yī)學(xué)影像檢查，也有利于對(duì)躁動(dòng)病人或兒童的影像檢查。另外的意義是，縮短了檢查的時(shí)間，減少了X線照射的劑量。第54頁/共112頁3．空間分辨率醫(yī)學(xué)影像多是二維平面的層疊的圖像，這些平面圖像很難識(shí)別人體內(nèi)組織器官復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，甚至可能被遮擋而遺漏診斷。由于CT、MRI等影像設(shè)備可以連續(xù)采集人體器官斷層的體素信息，可以精確定位病變組織的形態(tài)大小、位置關(guān)系、功能指標(biāo)等重要信息。這些體素信息其實(shí)就是空間分辨率的體現(xiàn)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后，可以完成人體器官的三維圖像重建。高空間分辨率圖像可以提供影像監(jiān)控下的手術(shù)導(dǎo)航，如介入治療，顱腦手術(shù)等。4．顯示分辨率：醫(yī)學(xué)圖像經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后，需要通過專業(yè)的醫(yī)學(xué)圖像顯示屏（視窗）上顯示出來，供影像診療醫(yī)生使用?，F(xiàn)在醫(yī)院里常用的圖像工作站視窗分辨率最低在1KB以上（1024*1024），還有2KB（2048*2048）、4KB（4096*4096）甚至達(dá)到5KB（5120*5120）的超高分辨率的醫(yī)學(xué)影像觀察視窗。第55頁/共112頁1.3.4醫(yī)學(xué)圖像處理常用技術(shù)醫(yī)學(xué)圖像處理是指在完成醫(yī)學(xué)影像學(xué)檢查之后，對(duì)所獲得的圖像進(jìn)行再加工的過程。目的是提高醫(yī)學(xué)圖像目視判讀的清晰度，進(jìn)而提高診斷的準(zhǔn)確率，減少漏診和誤診。1、圖像增強(qiáng) 圖像增強(qiáng)的目的在于：采用一系列技術(shù)改善圖像的視覺效果，提高圖像的清晰度；或?qū)D像轉(zhuǎn)換成一種更適合于人或機(jī)器進(jìn)行解譯和分析處理的形式。圖像增強(qiáng)是通過處理設(shè)法有選擇地突出便于人或機(jī)器分析某些感興趣的信息，抑制一些無用的信息，以提高圖像的使用價(jià)值。第56頁/共112頁2、圖像分割所謂圖像分割是指根據(jù)灰度、彩色、空間紋理、幾何形狀等特征把圖像劃分成若干個(gè)互不相交的區(qū)域，使得這些特征在同一區(qū)域內(nèi)，表現(xiàn)出一致性或相似性，而在不同區(qū)域間表現(xiàn)出明顯的不同．簡(jiǎn)單的講，就是在一幅圖像中，把目標(biāo)從背景中分離出來，便于進(jìn)一步處理。第57頁/共112頁3、邊緣檢測(cè)數(shù)字圖像的邊緣檢測(cè)是圖像分割、目標(biāo)區(qū)域的識(shí)別、區(qū)域形狀提取等圖像分析領(lǐng)域十分重要的基礎(chǔ)，是圖像識(shí)別中提取圖像特征的一個(gè)重要屬性，圖像理解和分析的第一步往往就是邊緣檢測(cè)。邊緣是指圖像局部強(qiáng)度變化最顯著的部分,主要存在于目標(biāo)與目標(biāo)、目標(biāo)與背景、區(qū)域與區(qū)域(包括不同色彩)之間，是圖像分割、紋理特征和形狀特征等圖像分析的重要基礎(chǔ)．第58頁/共112頁4、紋理分析紋理分析是指通過一定的圖像處理技術(shù)提取出紋理特征參數(shù),從而獲得紋理的定量或定性描述的處理過程.紋理是對(duì)圖象的象素灰度級(jí)在空間上的分布模式的描述，反映物品的質(zhì)地，如粗糙度、光滑性、顆粒度、隨機(jī)性和規(guī)范性等。當(dāng)圖象中大量出現(xiàn)同樣的或差不多的基本圖象元素時(shí)，紋理分析是研究這類圖象的最重要的手段之一。第59頁/共112頁5、配準(zhǔn)與融合醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)是指對(duì)于一幅醫(yī)學(xué)圖像尋求一種(或一系列)空間變換，使它與另一幅醫(yī)學(xué)圖像上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)達(dá)到空間上的一致。這種一致是指人體上的同一解剖點(diǎn)在兩張匹配圖像上有相同的空間位置。

醫(yī)學(xué)影像的融合，就是影像信息的融合，即利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將各種影像學(xué)檢查如CT-MRI，CT-SPECT，MRI-PET、MRI-DSA等所得到的圖像信息進(jìn)行數(shù)字化綜合處理，將多源數(shù)據(jù)協(xié)同應(yīng)用，進(jìn)行空間配準(zhǔn)后，產(chǎn)生一種全新的信息影像，以獲得研究對(duì)象的一致性描述，同時(shí)融合了各種檢查的優(yōu)勢(shì)，從而達(dá)到計(jì)算機(jī)輔助診斷的目的。6、圖像壓縮圖像壓縮就是把圖像文件的大小進(jìn)行壓縮變小，同時(shí)圖片的質(zhì)量又不會(huì)失真到不能接受的程度。醫(yī)學(xué)圖像是醫(yī)學(xué)診斷和疾病治療的重要依據(jù)，確?；謴?fù)圖像的高保真度和真實(shí)性是醫(yī)學(xué)圖像壓縮首要考慮的因素。第60頁/共112頁1.3.5三維醫(yī)學(xué)影像

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)使人們可以越來越清晰的看到人體內(nèi)組織形態(tài)及動(dòng)態(tài)功能的二維影像，為進(jìn)一步提高“醫(yī)學(xué)影像可視化”水平，發(fā)揮醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像“立體、透明、動(dòng)態(tài)、清晰”的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，很多實(shí)用的影像設(shè)備不斷開發(fā)出具有三維圖像重建的功能，像三維CT、彩色三維超聲、核素成像SPECT、PET等具有三維立體成像功能。同時(shí)為深化研究人體的器官形態(tài)和生理、生化、細(xì)胞、蛋白質(zhì)、基因等重要的人類信息。各個(gè)國家正在研究“數(shù)字虛擬人”?！疤摂M人”在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，為醫(yī)學(xué)科研、教學(xué)和臨床手術(shù)提供形象而真實(shí)的模型，也為疾病診斷、新藥檢驗(yàn)及新診療手段的開發(fā)提供參考。

第61頁/共112頁1．三維數(shù)字圖像重建越來越多的圖像以及三維重建技術(shù)已經(jīng)變成外科手術(shù)計(jì)劃、治療處理及放射科以外其他應(yīng)用的有效手段。它可以提供器官和組織的三維結(jié)構(gòu)信息，輔助醫(yī)生對(duì)病情做出正確的診斷;

如：多平面重建（MPR）、最大強(qiáng)度投影（MaxIP）、最小密度投影（MinIP）、平均密度投影（AIP）、表面重建(SSD)、CT仿真內(nèi)窺鏡（CTVE）等。圖1.17額骨骨纖維肉瘤三維重建圖像第62頁/共112頁2．?dāng)?shù)字虛擬人數(shù)字虛擬人簡(jiǎn)稱“數(shù)字人”或“虛擬人”，是為更加準(zhǔn)確的描述和研究人體自身形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理、生化功能指標(biāo)而采用高科技手段和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，通過對(duì)“標(biāo)準(zhǔn)人體”真人尸體的從頭到腳做高精細(xì)水平斷層（小于1mm層厚）解剖處理，并實(shí)時(shí)采集全部數(shù)字高清晰圖像。通過大型計(jì)算機(jī)處理而實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化虛擬人體。數(shù)字人技術(shù)因其所有數(shù)據(jù)均采至標(biāo)準(zhǔn)真實(shí)的人體，建立出男女標(biāo)準(zhǔn)人體數(shù)據(jù)集，就可提供日后模擬真實(shí)人體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的技術(shù)平臺(tái)，它的研究目標(biāo)，是通過人體從微觀到宏觀結(jié)構(gòu)與機(jī)能的數(shù)字化、可視化，進(jìn)而完整地描述基因、蛋白質(zhì)、細(xì)胞、組織以及器官的形態(tài)與功能，最終達(dá)到人體信息的整體精確模擬。第63頁/共112頁

為獲取人體內(nèi)部數(shù)據(jù)的愿望成為現(xiàn)實(shí)，美國國家醫(yī)學(xué)圖書館（NLM）于1989年開始實(shí)施可視化人體計(jì)劃（VHP）。委托科羅拉多大學(xué)醫(yī)學(xué)院建立起一男一女的全部解剖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫。他們將一具男性和一具女性尸體從頭到腳做CT掃描和核磁共振掃描。男的間距1毫米，共1878個(gè)斷面；女的間距0.33毫米，共5189個(gè)斷面。然后將尸體填充藍(lán)色乳膠并裹以明膠后冰凍至攝氏零下80度，再以同樣的間距對(duì)尸體作組織切片的數(shù)碼相機(jī)攝影。分辨率為2048×1216。所得數(shù)據(jù)共56GB（男13GB，女43GB）。全球用戶在與美國國家醫(yī)學(xué)圖書館簽訂使用協(xié)議并付少量費(fèi)用后,即可獲得這一龐大的數(shù)據(jù),用于教學(xué)和科學(xué)研究。第64頁/共112頁

韓國于2000年開始可視人５年計(jì)劃，該計(jì)劃已順利通過前期試驗(yàn)，是世界上第二例通過人體切片來進(jìn)行虛擬人數(shù)據(jù)庫建設(shè)的研究，也是首例具有東方人特征的人體數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目。

中國是2001年開始研究開發(fā)三維數(shù)字化人體模型，被列入國家“863”啟動(dòng)項(xiàng)目（“數(shù)字化虛擬人若干關(guān)鍵技術(shù)的研究”），但在此之前，已有研究者開始這方面的研究工作。數(shù)字化虛擬人包括三個(gè)研究階段：虛擬可視人、虛擬物理人和虛擬生物人。虛擬可視人是從幾何角度定量描繪人體結(jié)構(gòu)，屬于“解剖人”；如果其中加入人體組織的力學(xué)特性和形變等物理特性，就是第二代的虛擬物理人；而研究人體微觀結(jié)構(gòu)及生物化學(xué)特性的則屬于更高級(jí)的虛擬生物人，它是真正能從宏觀到微觀，從表象到本質(zhì)全方位反映人體的交互式數(shù)字化虛擬人體。第65頁/共112頁數(shù)字化人體切片

美國男性數(shù)字化人中國虛擬人女一號(hào)中國虛擬人女一號(hào)人體切片第66頁/共112頁3．三維立體醫(yī)學(xué)圖像的臨床應(yīng)用隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，三維立體醫(yī)學(xué)圖像的快速成像技術(shù)也日臻完善，因此形成了許多新的醫(yī)學(xué)診療的方法和手段，在臨床診治中有越來越廣泛的應(yīng)用，比如：

(1)介入放射學(xué)（InterventionalRadiology）

介入治療是在借助各種高清晰度的醫(yī)學(xué)影像儀器的實(shí)時(shí)觀察的情況下，安全微創(chuàng)地通過導(dǎo)管深入體內(nèi)，對(duì)病灶直接進(jìn)行觀察或治療的新方法。如實(shí)時(shí)、三維立體成像引導(dǎo)下的介入治療，能夠?qū)崟r(shí)的、高清晰的向術(shù)者提供導(dǎo)管、導(dǎo)向的位置、局部循環(huán)結(jié)構(gòu)、栓塞或擴(kuò)張的效果等介入治療過程的重要信息。確保了對(duì)某些心血管病、腦血管病、腫瘤等重大疾病的介入治療，為提高介入治療的準(zhǔn)確率和存活率，改善患者愈后的生活質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。第67頁/共112頁(2)立體定向放射治療(StereoscopicRadiotherapy,SRT)

立體定向放射治療也稱為立體定向放射外科學(xué)，它是一門新的治療技術(shù)。它是利用CT、MRI或DSA等設(shè)備和技術(shù)，加上立體定向頭架裝置對(duì)顱內(nèi)病變區(qū)做高精度的定位，經(jīng)過專用計(jì)劃治療系統(tǒng)，既具有實(shí)時(shí)三維立體顯示和計(jì)算機(jī)處理功能的手術(shù)計(jì)劃系統(tǒng)，作出最優(yōu)化的治療計(jì)劃，運(yùn)用精準(zhǔn)銳利的小截面光子束(mV級(jí))，中心照射方式快速聚焦病變部位，產(chǎn)生瞬間的高能量，殺死腫瘤細(xì)胞或截?cái)嘌軄硗瓿墒中g(shù)。照射時(shí)，由于照射光束邊緣劑量下降很陡峭，就象刀鋒一樣銳利，因此如用射線照射時(shí)就稱為“γ刀”，如用X線照射時(shí)就稱為“X刀”。目前不僅可以進(jìn)行顱內(nèi)放射治療，還可以進(jìn)行全身立體定位放射治療了，使得臨床治療手段有更多的選擇。第68頁/共112頁1.3.6虛擬內(nèi)窺鏡虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)（VirtualEndoscope，VE）是將CT和MR獲得的原始容積數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)三維圖像技術(shù)相結(jié)合，借助導(dǎo)航技術(shù)（Navigation）或漫游技術(shù)（Flythrough）以及偽彩技術(shù)來逼真地模擬腔道內(nèi)鏡檢查的一種方法。具體說來，病人在檢查時(shí)首先作CT、MRI或超聲等掃描，所得數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)后進(jìn)行處理，生成便于計(jì)算機(jī)顯示的數(shù)據(jù)，然后利用類似虛擬現(xiàn)實(shí)的手段對(duì)所要檢查區(qū)域進(jìn)行顯示，在計(jì)算機(jī)的屏幕上觀察是否有病變。顯然，整個(gè)檢查過程沒有與病人身體有任何接觸，避免了不必要的痛苦。第69頁/共112頁1.3.7基于影像的計(jì)算機(jī)輔助外科(computeraidedsurgery，CAS)

隨著CT、MRI等圖像診斷儀的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用得到了飛速的發(fā)展。計(jì)算機(jī)利用這些圖像信息進(jìn)行三維圖像重建，為外科醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)模擬、手術(shù)導(dǎo)航(navigator)、手術(shù)定位、術(shù)前規(guī)劃提供了客觀、準(zhǔn)確、直觀、科學(xué)的手段。1、手術(shù)模擬手術(shù)模擬是利用各種醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)中建立一個(gè)模擬環(huán)境，醫(yī)生借助虛擬環(huán)境中的信息進(jìn)行手術(shù)計(jì)劃、訓(xùn)練，也稱虛擬手術(shù)。虛擬手術(shù)系統(tǒng)能夠使得醫(yī)生能夠依靠術(shù)前獲得的醫(yī)學(xué)影像信息，建立三維模型，在計(jì)算機(jī)建立的虛擬的環(huán)境中設(shè)計(jì)手術(shù)過程，進(jìn)刀的部位，角度，提高手術(shù)的成功率，可以預(yù)演手術(shù)的整個(gè)過程以便事先發(fā)現(xiàn)手術(shù)中問題。第70頁/共112頁2、術(shù)前規(guī)劃在傳統(tǒng)的手術(shù)中，醫(yī)生是在自己的大腦中進(jìn)行術(shù)前的手術(shù)模擬，以確定手術(shù)方案，這是高效、準(zhǔn)確、順利進(jìn)行手術(shù)所必須的準(zhǔn)備工作，然后根據(jù)其在醫(yī)生大腦中形成三維印象進(jìn)行手術(shù)。但這種手術(shù)方案質(zhì)量的高低，往往依賴于醫(yī)生個(gè)體的外科臨床經(jīng)驗(yàn)與技能，且整個(gè)手術(shù)班子的每一位成員卻很難共享某一制訂手術(shù)方案人員在其大腦中形成的整個(gè)手術(shù)方案的構(gòu)思信息。用計(jì)算機(jī)代替醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)方案的三維構(gòu)思比較客觀、定量，且其信息可供整個(gè)手術(shù)班子的每一位成員共享。如果引入CT等三維圖像，就可對(duì)具體圖像與同行進(jìn)行交流，在虛擬的空間(virtualspace)進(jìn)行三維手術(shù)模擬，并制訂出較為完善的手術(shù)方案。如果所設(shè)想的空間能與現(xiàn)實(shí)空間(患者的術(shù)野)及位置能夠正確地對(duì)應(yīng)，在手術(shù)中就可隨時(shí)以此作為參考。

第71頁/共112頁3、手術(shù)導(dǎo)航

1988年由美國美敦力樞法?！さv有限公司發(fā)明了全球第一臺(tái)紅外線光學(xué)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。它的設(shè)計(jì)原理是現(xiàn)代影像技術(shù)、立體定向技術(shù)與先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)(包括無線電和信號(hào)學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域)有機(jī)結(jié)合的成果。手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)是用于神經(jīng)外科、耳鼻喉科、矯形科等的微侵襲手術(shù)輔助設(shè)備。它包括醫(yī)學(xué)圖像工作站及一套與之相連的空間定位裝置。使用中，首先由醫(yī)學(xué)圖像工作站獲取病人的MR或CT掃描數(shù)據(jù)并重構(gòu)任意方向的二維和三維圖像，幫助醫(yī)生更好地理解腦內(nèi)結(jié)構(gòu)關(guān)系，然后由高精度的空間定位系統(tǒng)將病人頭部實(shí)際位置與掃描圖像進(jìn)行配準(zhǔn)。第72頁/共112頁

這樣，醫(yī)生在術(shù)前可以通過該系統(tǒng)的軟件模擬并在多種圖像顯示模式的輔助下比較、分析各種手術(shù)方案，選擇并熟悉最佳入路，做到胸有成竹，手術(shù)中則依靠實(shí)時(shí)的空間定位及預(yù)設(shè)方案的引導(dǎo)做到鉆孔和入路的精確定位，一矢中的，直線達(dá)到靶點(diǎn)，使手術(shù)更安全、更快速、切除更徹底。對(duì)病變部位較深、體積較小及某些肉眼或顯微鏡下觀察無明顯界限的情況，則導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用意義更為重大。導(dǎo)航系統(tǒng)主要應(yīng)用于神經(jīng)外科、耳鼻喉科、矯形科等，已在各種不同的手術(shù)中廣泛使用，例如顱內(nèi)腫瘤和囊腫、顱底病變、腦囊蟲、骨病變、血管畸形、癲癇、活檢、脊椎手術(shù)、矯形手術(shù)、介入放射學(xué)、顱面重建、內(nèi)窺鏡檢查手術(shù)、腦電極可視化等。第73頁/共112頁1.3.8基于醫(yī)學(xué)影像的計(jì)算機(jī)輔助診斷計(jì)算機(jī)輔助診斷在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用可追溯到20世紀(jì)50年代。1959年，美國學(xué)者Ledley等首次將數(shù)學(xué)模型引入臨床醫(yī)學(xué)，提出了計(jì)算機(jī)輔助診斷的數(shù)學(xué)模型，并診斷了一組肺癌病例，開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)輔助診斷的先河；1966年，Ledley首次提出“計(jì)算機(jī)輔助診斷”(computer-aideddiagnosisCAD)的概念。計(jì)算機(jī)輔助診斷的過程包括病人一般資料和檢查資料的搜集、醫(yī)學(xué)信息的量化處理、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，直至最后得出診斷。第74頁/共112頁

醫(yī)學(xué)影像中各種影像檢查技術(shù)包括平片、CT、MRI、超聲及PET等，均可引入計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)。由于放射科醫(yī)生的診病過程是閱片、判斷過程，會(huì)受到醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)及知識(shí)水平的限制和影響；特別是要發(fā)現(xiàn)一個(gè)病人的細(xì)微病灶會(huì)面對(duì)大量X光斷層掃描圖像，由于閱片疲勞、個(gè)人的判讀標(biāo)準(zhǔn)不一等原因，醫(yī)生診斷時(shí)往往容易遺漏某些細(xì)微改變，如肺結(jié)節(jié)，乳腺內(nèi)的細(xì)微鈣化等；如果借助計(jì)算機(jī)提示病灶的存在及位置，就可以大大提高疾病的診斷準(zhǔn)確率，減少誤診與漏診。第75頁/共112頁1、基于影像的計(jì)算機(jī)輔助診斷的實(shí)現(xiàn)過程基于影像的計(jì)算機(jī)輔助診斷實(shí)現(xiàn)過程的第一步是圖像的處理過程，目的是把病變由正常結(jié)構(gòu)中提取出來。在這里圖像處理的目的是讓計(jì)算機(jī)易于識(shí)別可能存在的病變，讓計(jì)算機(jī)能夠從復(fù)雜的解剖背景中將病變及可疑結(jié)構(gòu)識(shí)別出來。通常此過程先將圖像數(shù)字化:一般用掃描儀將圖像掃描；如果是數(shù)字化圖像如DR、CT、MRI圖像則可省去此步。各種病變運(yùn)用不同的圖像處理和計(jì)算方法，基本原則是圖像增強(qiáng)和圖像濾過的應(yīng)用等，通過處理計(jì)算機(jī)將可疑病變從正常解剖背景中分離、顯示出來。

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第二步是圖像征象的提取，或圖像特征的量化過程。目的是將第一步計(jì)算機(jī)提取的病變特征進(jìn)一步量化，即病變的征象分析量化過程。所分析征象是影像診斷醫(yī)生對(duì)病變?cè)\斷具有價(jià)值的影像學(xué)表現(xiàn)，如病變的大小、密度、形態(tài)特征等。

第三步是數(shù)據(jù)處理過程。將第二步獲得的圖像征象的數(shù)據(jù)資料輸入人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等各種數(shù)學(xué)或統(tǒng)計(jì)算法中形成CAD診斷系統(tǒng)，可以對(duì)病變進(jìn)行分類處理，進(jìn)而區(qū)分各種病變，也即實(shí)現(xiàn)疾病的診斷。這一步中常用的方法包括決策樹、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)（ANN）、Bayes網(wǎng)絡(luò)、規(guī)則提取等方法，目前ANN應(yīng)用十分廣泛，并取得較好的效果。

第77頁/共112頁2、肺結(jié)節(jié)的自動(dòng)探測(cè)對(duì)于放射科醫(yī)生胸片中肺結(jié)節(jié)的定位有時(shí)是困難的，普通胸片肺結(jié)節(jié)的漏診率可達(dá)30%以上。這主要是由于早期和較小的結(jié)節(jié)灶在正常解剖結(jié)構(gòu)的重疊下難以為放射科醫(yī)生辨認(rèn)。常用的CT掃描技術(shù)一般層厚為8～10mm，對(duì)于10mm左右的微小結(jié)節(jié)漏診嚴(yán)重，而多排螺旋CT可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)薄層CT掃描，對(duì)解決小結(jié)節(jié)漏診問題提供了可能。通常的方法是：①將研究的胸部平片用掃描儀掃描，得到數(shù)字化圖像，如果DR片及CT片則可省去這一步。②將圖像進(jìn)行增強(qiáng)及濾過等處理，使肺內(nèi)可能存在的結(jié)節(jié)性病灶能夠被計(jì)算機(jī)辨認(rèn)出來，③用符號(hào)如“*”等標(biāo)記結(jié)節(jié)所在部位。

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醫(yī)生在閱片時(shí)可以參考計(jì)算機(jī)的結(jié)果，減少肺結(jié)節(jié)的漏診。一旦發(fā)現(xiàn)肺結(jié)節(jié)，接下來的工作就要進(jìn)一步判斷其良惡性。肺結(jié)節(jié)良惡性的診斷對(duì)于放射科醫(yī)生有時(shí)是相當(dāng)棘手的。引入計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)肺結(jié)節(jié)良惡性進(jìn)行鑒別診斷可以減少誤診率。構(gòu)成此類鑒別診斷系統(tǒng)的基本流程如下：①搜集足夠數(shù)量病理證實(shí)的肺結(jié)節(jié)影像病例；②所有病例的圖像進(jìn)行特征分析并記錄，如病變的大小、形態(tài)特點(diǎn)、密度、邊緣等影像學(xué)征象③將所提取的圖像特征輸入神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、Bayes網(wǎng)絡(luò)、決策樹等各種分類算法中，形成計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)，④對(duì)這一系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試、訓(xùn)練。這樣就可以應(yīng)用這一系統(tǒng)對(duì)肺結(jié)節(jié)性病變進(jìn)行良惡性鑒別了。第79頁/共112頁1.4計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的評(píng)價(jià)產(chǎn)生影響包括成像質(zhì)量的客觀物理因素與人的視覺系統(tǒng)等主觀因素。第80頁/共112頁1.4.1影響對(duì)醫(yī)學(xué)圖像評(píng)價(jià)的客觀因素各種成像系統(tǒng)最后供給醫(yī)生的圖像都是經(jīng)過加工處理的實(shí)際信號(hào)。但有一些物理因素可影響成像的質(zhì)量。包括X線的發(fā)射光譜、待測(cè)對(duì)象的吸收特性和散射特性、增感屏的吸收特性及其發(fā)射光譜。噪聲的物理源密切地同源本身和檢測(cè)系統(tǒng)有關(guān)，因此測(cè)量時(shí)應(yīng)按需選擇。醫(yī)學(xué)中的放射攝影，有如下幾種類型的噪聲干擾，即感光乳膠的結(jié)團(tuán)、膠片的物理形變、增感屏磷光物質(zhì)的無規(guī)則漫射、膠片處理中雜斑的形成以及量子雜斑等。第81頁/共112頁1.4.2影響對(duì)醫(yī)學(xué)圖像評(píng)價(jià)的主觀因素探討主觀因素對(duì)醫(yī)學(xué)圖像評(píng)價(jià)的影響應(yīng)該從眼睛這個(gè)特殊的光學(xué)系統(tǒng)說起。觀察物體時(shí)，要想看清楚它，首先要使它在視網(wǎng)膜上形成清晰的像。為了使不同距離的物體都能在網(wǎng)膜上形成清晰的像，必須隨著物距的改變相應(yīng)的改變眼睛的焦度。晶狀體實(shí)際上是一個(gè)可變焦距的透鏡，這使它具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。

視網(wǎng)膜圖像主要形成在中央凹處的面積上，然后由光接收器——桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞產(chǎn)生的相對(duì)刺激作用傳入大腦，由大腦整合獲得圖像感覺。醫(yī)學(xué)中所遇到的各種圖像基本上是由許多分離的亮點(diǎn)（像素）排列顯示出來。因此人的眼睛對(duì)于不同亮度之間的分辨能力，在評(píng)價(jià)圖像處理結(jié)果中也是必須考慮的重要方面。第82頁/共112頁

人的視覺系統(tǒng)適應(yīng)光強(qiáng)度的范圍很寬。由視覺刺激閾值到強(qiáng)閃光之間，光強(qiáng)度的級(jí)別約為1010級(jí)。醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)中，常將各種信息用具有各種灰度級(jí)別的像素點(diǎn)構(gòu)成陣列，以顯示“圖像”，其光強(qiáng)度表示為該點(diǎn)的灰度級(jí)?；叶燃?jí)的最小值認(rèn)為是黑，最大值認(rèn)為是白，而所有中間值都是由黑連續(xù)變?yōu)榘讜r(shí)的灰度漸變級(jí)?？梢姡矫嫔系南袼匚恢每捎米鴺?biāo)表示，其灰度級(jí)也可用數(shù)字表示，因此所謂數(shù)字圖像就是在空間坐標(biāo)上和亮度上都是已經(jīng)離散化了的像素矩陣圖像。為了得到高質(zhì)量的數(shù)字圖像，陣列像素的數(shù)目和灰度級(jí)別需要多少才好？很明顯，圖像清晰度主要取決于像素?cái)?shù)目。固然，這些參量的增加將使圖像更加接近原始信息。但當(dāng)像素?cái)?shù)目增加時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的存儲(chǔ)量和數(shù)據(jù)處理量也隨之增加。第83頁/共112頁1.5醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的分類與組成

數(shù)字化醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)成為建設(shè)數(shù)字化醫(yī)院的基礎(chǔ)和提高診斷與治療水平的保證?，F(xiàn)在醫(yī)院里常用的各種醫(yī)學(xué)影像設(shè)備種類與型號(hào)很多，大致分為五種類型；X線攝影系統(tǒng)、磁共振攝影系統(tǒng)、超聲診斷系統(tǒng)、核醫(yī)學(xué)圖像系統(tǒng)、核醫(yī)學(xué)圖像系統(tǒng)、紅外影像系統(tǒng)與醫(yī)用內(nèi)窺鏡檢查系統(tǒng)。各類影像系統(tǒng)的功能和適宜檢查的范圍是不同的，因此人們正在研究運(yùn)用醫(yī)學(xué)影像比較學(xué)、各類醫(yī)學(xué)影像融合技術(shù)來進(jìn)一步提高診斷和治療的水平。第84頁/共112頁1.5.1X線攝影系統(tǒng)醫(yī)學(xué)X線攝影系統(tǒng)，泛指所有采用X線源獲取醫(yī)學(xué)影像的設(shè)備，這里包括常規(guī)膠片X光機(jī)，計(jì)算機(jī)成像X線機(jī)（CR）、數(shù)字X線機(jī)（DR）、斷層掃描X線機(jī)（CT）和血管數(shù)字減影（DSA）等設(shè)備。第85頁/共112頁1、常規(guī)X線影像技術(shù)傳統(tǒng)的X線成像是經(jīng)X線攝照，將影像信息記錄在膠片上，在顯定影處理后，影像才能于照片上顯示。這類膠片影像屬于連續(xù)變化的光學(xué)模擬圖像?，F(xiàn)今仍有70％以上X線影像診斷是用增感屏--膠片方式的常規(guī)X線攝影技術(shù)。原因是；一是新型X線膠片感光粒度非常高，且新膠片是按不同波長、不同能譜段的專用膠片，在能譜內(nèi)的敏感度非常高，比原來膠片高出三個(gè)數(shù)量級(jí)，而對(duì)此能譜段外的射線又有極強(qiáng)的排它性，尤其對(duì)可見光極不敏感，從而可以免去采用增感屏和在暗室中操作的限制。二是新X線膠片的敏感度高，檢查時(shí)所用X線劑量也必然要降低，可減少1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，這些新型的膠片保持住了傳統(tǒng)的成像快，空間分辨率高的優(yōu)勢(shì)，結(jié)果也使X線機(jī)由大功率變?yōu)樾」β?，可制作出體積小重量輕、便于攜帶的精密型小功率X線機(jī)。

第86頁/共112頁2、計(jì)算機(jī)成像X線機(jī)（ComputedRadiography

CR）目前己能做到從X射線曝光到將模擬信號(hào)影像變?yōu)閿?shù)字化影像，但這中間要有較多的復(fù)雜處理過程，需要許多設(shè)備和處理時(shí)間。如將影像增強(qiáng)--電視系統(tǒng)攝取到的X線影像，從視頻（模擬）信號(hào)經(jīng)數(shù)字化轉(zhuǎn)換成數(shù)字影像，并先用存儲(chǔ)屏將X線影像記錄下來，再經(jīng)激光掃描轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)工作站的數(shù)字化X線攝影方式。被稱為ComputedRadiography,CR系統(tǒng)。第87頁/共112頁CR的成像要經(jīng)過影像信息的記錄、讀取、處理和顯示等步驟。CR系統(tǒng)首先將X線攝照的影像信息記錄在影像板（imageplate，IP）上，影像信息的記錄是用一種含有微量元素銪的鋇氟溴化合物結(jié)晶制成的IP代替X線膠片,接受透過人體的X線,使IP感光,形成潛影。IP上的潛影用激光束對(duì)勻速移動(dòng)的IP整體進(jìn)行精確而均勻的掃描，產(chǎn)生由激光激發(fā)出的輝盡性熒光，由自動(dòng)跟蹤的集光器收集，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換讀取潛影信息并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，在熒屏上顯示出灰階圖像。X線影像信息由IP記錄。IP可重復(fù)使用達(dá)2-3萬次。

IP經(jīng)過激光掃描后，則可得到一幀數(shù)字化圖像。影像的數(shù)字化信號(hào)經(jīng)圖像后處理系統(tǒng)處理，可以在很大的范圍內(nèi)調(diào)整圖像的特性，提高圖像的可視化程度，這是CR優(yōu)于X線照片之處，而X線膠片上的影像信息是不能改變的。第88頁/共112頁

圖像后處理的主要功能有：灰階處理、窗位處理、數(shù)字減影血管造影處理和X線吸收率減影處理等?；译A處理是通過圖像處理系統(tǒng)的調(diào)整，可在人眼能辨別的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，以達(dá)到最佳的視覺效果，這有利于觀察不同的組織結(jié)構(gòu)。例如處理胸部片可以同時(shí)顯示兩張顯示肺和縱隔的最佳圖像。窗位處理是對(duì)某一灰階數(shù)字信息的（上下限范圍）內(nèi)容（例如選擇骨的灰階范圍），突出顯示指定灰階范圍內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)，以其對(duì)X線吸收率的細(xì)微差別，得到最佳的顯示，同時(shí)可對(duì)這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)處理。窗位處理可提高影像對(duì)比度，這有利于顯示不同的組織結(jié)構(gòu)，如骨窗、縱隔窗等。目前CR系統(tǒng)可提供與屏～片攝影相一致的分辨率，CR數(shù)字化的信息經(jīng)過計(jì)算機(jī)圖像處理，可大大提高圖像的目視判讀的信息量，增加了顯示圖像的層次，降低X線輻射劑量，減少輻射損傷，同時(shí)醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像還可以長時(shí)間保存而不失真，避免了膠片沖洗的環(huán)境污染，不易保管等諸多問題。

第89頁/共112頁3、數(shù)字X線機(jī)（DigitalRadiographyDR）目前有直接數(shù)字化X射線攝影技術(shù)和DR設(shè)備。這些新型裝置不再采用X線膠片，而是利用一種外形似X線膠片暗盒的探測(cè)器，將入射的X線能量直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。由Sterkung公司研制出的“直接X線攝影探測(cè)器”（DRD）是用非晶態(tài)硒涂覆在薄膜晶體營（TFT）陣列上。而Trixeil公司開發(fā)出的平板式探測(cè)器（FPD）是用薄膜非晶態(tài)氫化硅制成的光電二極管組成的矩陣，每個(gè)光電二極管即為最小感光單元或象素。這兩種探測(cè)器都可在接收X線攝影曝光后，直接輸出數(shù)字化影像信號(hào)。

第90頁/共112頁4、斷層掃描X線機(jī)CT20世紀(jì)70年代英國EMI實(shí)驗(yàn)室G．N．Hounsfield工程師在參考1963年美國物理學(xué)家A．M．Cormack發(fā)表的應(yīng)用數(shù)學(xué)重建圖像理論的基礎(chǔ)上，把電子計(jì)算機(jī)斷層攝像技術(shù)引入醫(yī)學(xué)，使電子計(jì)算機(jī)技術(shù)與X射線機(jī)相結(jié)合，完成圖像重建過程，首先推出了世界上第一臺(tái)X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描機(jī)（X-CT機(jī)）。它解決了X射線照相的前后物體圖像重疊問題，大大提高了醫(yī)學(xué)診斷的可靠性和準(zhǔn)確性，使醫(yī)學(xué)成像技術(shù)向前跨了一大步。

第91頁/共112頁X-CT的出現(xiàn)使醫(yī)學(xué)成像形成了全新的概念。X-CT是利用圍繞人體的臟器掃描時(shí)得到的大量X射線吸收數(shù)據(jù)來重建人體的臟器的斷層圖像的。當(dāng)一束細(xì)（扇型）X射線通過人體的臟器的一個(gè)斷層時(shí)，沿X射線路徑的總的衰減系數(shù)為體素衰減系數(shù)的線積分，它可用一探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量。探測(cè)器將射線強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過數(shù)字化后由計(jì)算機(jī)處理。通過圍繞人體的臟器在不同角度上進(jìn)行多次測(cè)量，計(jì)算出與人體某一層面上每個(gè)體素相關(guān)的吸收系數(shù)，并將該層面的二維吸收系數(shù)矩陣存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，用不同灰度在圖像顯示器上表示矩陣的信息，所顯示的圖像上每個(gè)象素的灰度即為層面上相應(yīng)體素的吸收系數(shù)的量度，從而得到斷層面上衰減系數(shù)的分布的信息。由于X-CT技術(shù)得到的是人體的臟器一個(gè)斷層面的圖像，因此稱為斷層照相。

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這種數(shù)字影像裝置已從第一代發(fā)展到第五代。目前常用的則是第三、四代。這兩代CT技術(shù)的持續(xù)發(fā)展主要體現(xiàn)在提高速度、改善圖像質(zhì)量、開發(fā)新的功能，拓展應(yīng)用范圍以及便于操作等方面。如對(duì)螺旋掃描而言,掃描同樣的覆蓋長度可節(jié)省四分之一到五分之一的時(shí)間，或者同樣的時(shí)間可以使掃描覆蓋長度增加25～33%。提高速度的另一表現(xiàn)是，縮短圖像重建的時(shí)間。有的CT產(chǎn)品采用了新的圖像重建技術(shù)，分別使重建時(shí)間達(dá)到1s，從而加快了掃描周期。有些高檔CT均有了連續(xù)成像或稱透視的功能，每秒鐘可以顯示6～8幅圖像。CT透視對(duì)開展介人放射學(xué)非常重要，可減少掃描層數(shù)、降低病人的X線曝射劑量，有的產(chǎn)品僅用15mA劑量進(jìn)行掃描即可得到512x512矩陣的影像。目前正在進(jìn)一步研究用10mA的X線曝射劑量進(jìn)行CT透視技術(shù)。在圖像質(zhì)量方面，高檔的低壓環(huán)螺旋CT機(jī)的空間分辨率已達(dá)201p／cm，低對(duì)比度分辨率也很高。這大大提高了辨別軟組織間差異的能力。

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新一代的CT被稱作電子束CT（EBCT），系由電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)偏轉(zhuǎn)線圈改受電子束方向，打在一組半圓形的靶環(huán)上產(chǎn)生出X射線。當(dāng)X線通過被檢人體后，由對(duì)側(cè)排列的探測(cè)器組接收。因無機(jī)械運(yùn)動(dòng)，掃描速度可高達(dá)每一層面僅用50ms，時(shí)間分辨率很好，但空間分辨率不如高檔的第三代和第四代機(jī)。今后電子束CT將會(huì)有更進(jìn)一步的發(fā)展。我國有些醫(yī)院已正式啟用電子束CT。并因其成像速度比普通CT快20～40倍，可提供心臟等活動(dòng)器官的非常清晰的影像。X-CT經(jīng)過多代的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)上已獲得廣泛的應(yīng)用，目前已可用來診斷脊柱和頭部損傷，顱內(nèi)腫瘤，腦中血凝塊，心臟病早防早治及肌體軟組織損傷，胃腸疾病，腰部和骨盆惡性病變等等。

第94頁/共112頁5、數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)（DSA）

DSA即數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)，為放射科各類血管造影及介入治療的專用設(shè)備，是與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的血管造影技術(shù)，該技術(shù)可得到除去骨骼、軟組織影像的純血管影像，從而更精確診斷血管疾病和介入治療。DSA數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

實(shí)時(shí)成像：即每個(gè)曝光序列終止，立即得到減影圖像，可實(shí)時(shí)指導(dǎo)診斷與治療。

提高了密度分辨率：DSA可使1mm直徑小血管和3mm直徑腫瘤染色。

減少造影劑用量。新型造影劑的靶向性更好，動(dòng)態(tài)示綜性清晰，且安全無毒副作用。

各種管處理功能。為介入手術(shù)導(dǎo)航提供了可靠的保證。突出微小密度差?？筛咔逦@示微小血管循環(huán)狀態(tài)圖像。減少膠片用量。高清晰的數(shù)字圖像完全取代了膠片圖像，降低成本，減少環(huán)境污染。

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目前，應(yīng)用DSA可以開展如心腦血管、神經(jīng)、呼吸、消化、骨骼、泌尿、婦科等涉及臨床各科各系統(tǒng)疾病檢查與治療的高難度技術(shù)項(xiàng)目。如肝、肺、頭頸部、盆腔等腫瘤介入治療，心臟大血管介入治療，如冠狀動(dòng)脈造影術(shù)、冠脈內(nèi)支架直接置入術(shù)、冠狀動(dòng)脈內(nèi)溶檢術(shù)、埋藏式心臟復(fù)率除顫器植入術(shù)，全腦治療造影術(shù)、椎體成型術(shù)，大介入治療，食管狹窄擴(kuò)張，良惡性腫瘤的灌注栓塞治療、各種血管畸形造影等。DSA可以為廣大患者提供更為高效、低價(jià)、優(yōu)質(zhì)、安全可靠的醫(yī)療服務(wù)。第96頁/共112頁1.5.2磁共振攝影系統(tǒng)

20世紀(jì)80年代將核磁共振技術(shù)應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)，由強(qiáng)磁場(chǎng)與人體被成像部位機(jī)體組織的原子核相互作用，機(jī)體組織的原子核及其所處的生理?xiàng)l件，在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生共振，改變所在位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度而生成圖像，既解決了CT機(jī)對(duì)人體組織細(xì)胞的一定損害性，又解決了可測(cè)出機(jī)體病變前的微小生理變化。核磁共振成像已成為醫(yī)學(xué)影像診斷中的一個(gè)新的分支。磁共振成像（（MagneticResonanceImaging）MRI）是目前最為先進(jìn)的影像檢查方法之一，是一門新興的無創(chuàng)性顯示人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影像診斷技術(shù)，這一技術(shù)在問世不到20年的時(shí)間里得到了迅猛發(fā)展，設(shè)備制造技術(shù)和診斷理論日臻完善。目前，MRI設(shè)備在大中城市醫(yī)院已較廣泛應(yīng)用，其對(duì)人體組織器官高分辨的圖像，為臨床提供了更為直觀的人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像信息及更豐富的有意義的診療信息。第97頁/共112頁

核磁共振成像原理的原子核帶有正電，許多元素的原子核，如1H、19FT和31P等進(jìn)行自旋運(yùn)動(dòng)。通常情況下，原子核自旋軸的排列是無規(guī)律的，但將其置于外加磁場(chǎng)中時(shí)，核自旋空間取向從無序向有序過渡。自旋系統(tǒng)的磁化矢量由零逐漸增長，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，磁化強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定值。如果此時(shí)核自旋系統(tǒng)受到外界作用，如一定頻率的射頻激發(fā)原子核即可引起共振效應(yīng)。在射頻脈沖停止后，自旋系統(tǒng)已激化的原子核，不能維持這種狀態(tài)，將回復(fù)到磁場(chǎng)中原來的排列狀態(tài)，同時(shí)釋放出微弱的能量，成為射電信號(hào)，把這許多信號(hào)檢出，并使之時(shí)進(jìn)行空間分辨，就得到運(yùn)動(dòng)中原子核分布圖像。原子核從激化的狀態(tài)回復(fù)到平衡排列狀態(tài)的過程叫弛豫過程。它所需的時(shí)間叫弛豫時(shí)間。弛豫時(shí)間有兩種即T1和T2，T1為自旋～點(diǎn)陣或稱為縱向馳豫時(shí)間，T2為自旋一自旋或稱為橫向弛豫時(shí)間。第98頁/共112頁MRI的影像雖然也以不同灰度顯示，但反映的是MR信號(hào)強(qiáng)度的不同或弛豫時(shí)間T1與T2的長短，而不像CT圖像，灰度反映的是組織密度。MRI圖像一般可分為T1加權(quán)像，T2加權(quán)像，質(zhì)子密度像這三種基本圖像。脂肪在上述圖像上為高信號(hào)，肌肉，肝臟，胰腺等組織器官在T1加權(quán)像上為中等信號(hào)，而在T2加權(quán)像上則為較低信號(hào)，肺組織，大血管，鈣化等在上述圖像上一般均為低信號(hào)，而腎，脾等組織器官在T1加權(quán)像上為較低信號(hào)，在質(zhì)子像和T2加權(quán)像上為較高信號(hào)。而CT圖像的對(duì)比度依賴于組織的X線衰減系統(tǒng)，脂肪為低密度，鈣化為高密度，大血管為與肝，腎等相仿的密度。腫瘤密度與軟組織密度近似，一般需注射造影劑才能更好的顯示及定性。第99頁/共112頁MRI提供的信息量不但大于醫(yī)學(xué)影像學(xué)中的其他許多成像術(shù)，而且不同于已有的成像術(shù)，因此，它對(duì)疾病的診斷具有很大的潛在優(yōu)越性。它可以直接作出橫斷面、矢狀面、冠狀面和各種斜面的體層圖像，不會(huì)產(chǎn)生CT檢測(cè)中的偽影；不需注射造影劑；無電離輻射，對(duì)機(jī)體沒有不良影響。與CT相比，它具有無放射線損害，無骨性偽影，能多方面、多參數(shù)成像，有高度的軟組織分辨能力，幾乎適用于全身各系統(tǒng)的不同疾病，如腫瘤、炎癥、創(chuàng)傷、退行性病變以及各種先天性疾病的檢查。對(duì)顱腦、脊椎和脊髓病的顯示優(yōu)于CT。它可不用血管造影劑，即顯示血管的結(jié)構(gòu)，故對(duì)血管、腫塊、淋巴結(jié)和血管結(jié)構(gòu)之間的相互鑒別，有其獨(dú)到之處。它還有高于CT數(shù)倍的軟組織分辨能力，敏感地檢出組織成份中水含量的變化，因而常比CT更有效和更早地發(fā)現(xiàn)病變。MRI能清楚、全面地顯示心腔、心肌、心包及心內(nèi)其它細(xì)小結(jié)構(gòu)，是診斷各種心臟病以及心功能檢查的可靠方法。第100頁/共112頁

從20世紀(jì)80年代初第一臺(tái)磁共振掃描儀的問世到2003底，全世界已有大約22000臺(tái)MRI設(shè)備應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像診斷、醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究甚至應(yīng)用于醫(yī)學(xué)治療（MRI介入治療）等，每年接受MRI檢查的人數(shù)已超過6000萬。近2~3年中磁共振的發(fā)展特別是超高磁場(chǎng)MRI系統(tǒng)發(fā)展十分迅速，2003年美國FDA已批準(zhǔn)了3T全身MRI系統(tǒng)（注：磁場(chǎng)強(qiáng)度單位用特斯拉表示，3TMRI指的就是磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)3特斯拉的磁共振系統(tǒng)，后面類推。）用于臨床；4TMRI系統(tǒng)最近已通過FDA無明顯危險(xiǎn)許可證；7TMRI已走出實(shí)驗(yàn)室并已對(duì)近百名健康志愿者完成無事故和無明顯危險(xiǎn)安全記錄測(cè)試；在實(shí)驗(yàn)室中9.4TMRI樣機(jī)已完成對(duì)成年動(dòng)物與后代等不良生物效應(yīng)測(cè)試。由于市場(chǎng)對(duì)超高場(chǎng)MRI的需求驅(qū)動(dòng)，超高場(chǎng)磁體的研制目前已有明顯進(jìn)展如12T或更高場(chǎng)強(qiáng)MRI磁體的技術(shù)難題已部分攻克或攻克。由于原來困擾MRI發(fā)展的各種技術(shù)障礙被一個(gè)又一個(gè)的克服，加速了MRI技術(shù)的普及與應(yīng)用。第101頁/共112頁1.5.3醫(yī)學(xué)超聲診斷系統(tǒng)超聲波是當(dāng)今人體病變無創(chuàng)傷、無痛苦的最佳檢查手段之一。20世紀(jì)60年代將超聲波技術(shù)應(yīng)用于臨床診斷，研制了A型、M型、B型和C型超聲診斷儀，可用于觀察人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和腫瘤、囊腫的診斷以及檢查臟器、胎兒等的正常與否，經(jīng)過長期的實(shí)際使用及觀察分析，超聲成像設(shè)備的頻率和強(qiáng)度對(duì)人體安全基本無害。超聲診斷的工作原理是應(yīng)用超聲波的良好指向性和與光相似的反射、折射、衰減等物理特性，通過超聲儀，采用各種掃描方法，將超聲波發(fā)射到體內(nèi)，并在組織中傳布。當(dāng)正常的與病理組織的聲抗有一定差異時(shí)，將此回聲信號(hào)接收處理后，構(gòu)成一幅二維切面聲像圖。由于各組織的界面形態(tài)、運(yùn)動(dòng)狀