第一章緒論主講：劉老師主要內(nèi)容1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程1.2醫(yī)學(xué)影像成像的物理共性1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像1.4醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的分類與組成1.5圖像存儲(chǔ)、傳輸系統(tǒng)1.6遠(yuǎn)程放射學(xué)系統(tǒng)1.7醫(yī)學(xué)影像展望

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)是借助于某種介質(zhì)（如X線、電磁場、超聲波，放射性核素等）與人體相互作用，用理工學(xué)基礎(chǔ)理論和技術(shù)，把人體內(nèi)部組織器官的結(jié)構(gòu)、功能等具有醫(yī)療情報(bào)的信息源傳遞給影像信息接收器，最終以影像的方式表現(xiàn)出來，提供給診斷醫(yī)生，使醫(yī)生能根據(jù)自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)醫(yī)學(xué)影像中所提供的信息進(jìn)行判斷，從而對(duì)病人的健康狀況進(jìn)行判斷的一門科學(xué)技術(shù)。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。教學(xué)目標(biāo)：

了解X射線、CT、超聲、MRI、DSA、CR、DR、核醫(yī)學(xué)（ECT、PET、SPECT）等醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展歷程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X射線或稱X線，并用于臨床的骨折和體內(nèi)異物的診斷。

1896年，德國西門子公司研制出世界上第一支X線球管。

20世紀(jì)10-20年代，出現(xiàn)了常規(guī)X線機(jī)。

20世紀(jì)60年代中、末期形成了較完整的放射診斷或放射學(xué)（radiology）學(xué)科體系。第一張X線照片倫琴國產(chǎn)直接數(shù)字化X攝影系統(tǒng)1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-X線機(jī)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(A.M.Cormack)和郝恩斯費(fèi)爾(G.N.Hounsfield)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)。世界上第一臺(tái)4層CT掃描機(jī)豪恩斯費(fèi)爾德1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-CTCT機(jī)的分代主要以其Ｘ線管和探測器的關(guān)系、探測器的數(shù)目、排列方式以及Ｘ線管與探測器的運(yùn)動(dòng)方式來劃分。到今天為止CT經(jīng)歷了5代發(fā)展，第6代CT正在研發(fā)中。第1代CT機(jī)只有一個(gè)探測器，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。1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-CT第2代CT機(jī)探測器的數(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。1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-CT第3代CT探測器數(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。1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-CT第1代到第3代CT機(jī)的X線管和探測器都是同步旋轉(zhuǎn)的，而第4代CT機(jī)與之不同，探測器呈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)探測器)，X線則圍繞人體和機(jī)架作360o旋轉(zhuǎn),把第4代稱固定/旋轉(zhuǎn)型(螺旋CT屬此型)。1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-CT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,再穿透人體由探測器接受,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。1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-CT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CT1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-CT3、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，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。超聲檢查(二尖瓣粘連)彩色超聲檢查(胎兒發(fā)育)1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-超聲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。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)。曼斯.菲爾德裴奧.勞特伯

GESignaProfile/oMRI1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-MRI5、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。1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-數(shù)字X線設(shè)備計(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（IP板）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)。1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-CR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。1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-DR6、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)勢是超強(qiáng)的醫(yī)學(xué)影像識(shí)別與診斷能力，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。GE全數(shù)字PET-CTGE生產(chǎn)的SPECTPET圖像1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-核醫(yī)學(xué)影像1.1醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程-中國我國醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的發(fā)展1911年河北中華醫(yī)院小型X線機(jī)我國最早的X線設(shè)備。1951年上海精密醫(yī)療器械廠試制200mA四管單相全波整流X線機(jī)1953年以“和平號(hào)”批量生產(chǎn)。1973年上海第二醫(yī)學(xué)院乳腺攝影X線機(jī)1983年第一臺(tái)顱腦CT試制成功，1988年第二代顱腦CT試制成功，1990年，第三代全身CT研制成功。1989年以來，先后研制出永磁型和超導(dǎo)型MRI、X-刀、全身r-刀等設(shè)備1.2醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像的物理共性醫(yī)學(xué)影像成像源共性是充分和準(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)。醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像主要包括以下4個(gè)共性:信息源源與物體(目標(biāo))的相互作用檢測器電子系統(tǒng)

1.2.1信息源與目標(biāo)的作用 1.信息源

體外源:如X射線源、磁場源、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。

體內(nèi)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。1.2醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像的物理共性2.源與物體(目標(biāo))的相互作用例如：X射線穿過人體時(shí)，就可以準(zhǔn)確檢測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)，據(jù)此來進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像的診斷或治療。注意：源的生物安全劑量，質(zhì)量指標(biāo)和檢測標(biāo)準(zhǔn)。1.2醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像的物理共性3.檢測器

檢測器的主要作用是在體外檢測攜帶有體內(nèi)信息的信號(hào)。檢測器的形式與各種源的類型有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。這些影像信號(hào)檢測器共同的作用和主要功能評(píng)價(jià)指標(biāo)很多是一樣的，如檢測弱信號(hào)的靈敏度，檢測與處理信號(hào)的速度，以及檢測用的源劑量的低強(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。1.2醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像的物理共性1.2.2源的控制與信號(hào)檢測醫(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)。例如：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。目前對(duì)X線劑量控制指標(biāo)： 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)。1.2醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像的物理共性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線成像操作簡單、費(fèi)用低廉，它一直是臨床診斷中的主要成像設(shè)備。1.2醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像的物理共性1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

教學(xué)要求：1、了解點(diǎn)陣與矢量醫(yī)學(xué)影像格式2、熟悉醫(yī)學(xué)圖像處理常用技術(shù)，虛擬醫(yī)學(xué)影像、虛擬內(nèi)窺鏡、基于影像的計(jì)算機(jī)輔助外科與輔助診斷。3、掌握數(shù)字醫(yī)學(xué)影像的顏色或灰度及計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)圖像的分辨率概念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。 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。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1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

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。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。1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

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。1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

1.3.2數(shù)字醫(yī)學(xué)影像的顏色或灰度 現(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。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。1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

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)。

1．圖像分辨率2．時(shí)間分辨率3．空間分辨率4．顯示分辨率1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

1、圖像增強(qiáng)2、圖像分割3、邊緣檢測4、紋理分析1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

1.3.4醫(yī)學(xué)圖像處理常用技術(shù)

醫(yī)學(xué)圖像處理的目的是提高醫(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。

圖像增強(qiáng)是數(shù)字圖像處理的方法之一，可以改善從外界獲取的圖像的質(zhì)量和外觀，或者把圖像轉(zhuǎn)換成另外某種形式，使其更適合人眼的觀察判斷和圖像分析儀的自動(dòng)處理。在對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理時(shí)，可以采用灰度變換、圖像平滑與銳化等多種技術(shù)綜合處理。必須注意的是：圖像增強(qiáng)實(shí)際上是有選擇性地加強(qiáng)圖像中的某些信息，而抑制另一些信息。

1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

圖像分割是按照?qǐng)D像的某些特征（如灰度等級(jí)、頻譜、紋理等）將圖像空間分成若干有不同意義的區(qū)域的處理技術(shù)，它是圖像分析的關(guān)鍵步驟，在這些區(qū)域內(nèi)其特性是相同的或者說是均勻的，兩個(gè)相鄰區(qū)域彼此特性則是不同的，其間存在著邊緣或邊界。在分割處理時(shí)，有兩點(diǎn)應(yīng)該注意： 從主觀愿望出發(fā)，分割出來的區(qū)域和圖像中的目標(biāo)應(yīng)該準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，但要實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)分割是比較困難的，這主要取決于圖像的質(zhì)量（即目標(biāo)與背景的分離程度），因此在分割時(shí)還需借助一些其它手段。一般的軟件系統(tǒng)都會(huì)提供幾種分割方法，操作員可在使用過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以提高工作效率。圖像分割可采用灰度級(jí)門限化方法和邊緣檢測技術(shù)。

1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

用灰度級(jí)門限化方法來分割一幅圖像時(shí)，若想從亮的背景中分離出暗的物體,利用一門限值T將像素分為“亮”的和“暗”的兩類?；叶燃?jí)門限化方法圖像分割效果圖1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

3、邊緣檢測4、紋理分析相同的組織在相同的成像條件下每次都會(huì)產(chǎn)生相同的紋理模式;不同組織其超聲圖像紋理特征不同;同一組織當(dāng)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變后,其超聲圖像的紋理特征亦不相同.利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)可對(duì)這種紋理特征進(jìn)行數(shù)理模式分析,尋找能反映紋理特征的數(shù)理參量,從而達(dá)到對(duì)組織結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行評(píng)價(jià)的目的。1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

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，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。1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

1.3.5三維醫(yī)學(xué)影像很多實(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。1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

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1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

2．?dāng)?shù)字虛擬人數(shù)字虛擬人簡稱“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。1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

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1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

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。1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

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2、術(shù)前規(guī)劃3、手術(shù)導(dǎo)航1.3計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像

1.4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)紅外影像系統(tǒng)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。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，通過測量透過人體的X線來實(shí)現(xiàn)人體成像的，即：利用人體各組織的密度和厚度不同，對(duì)X線的衰減不同，來顯示臟器的形態(tài)影像。 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。1.4醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的分類與組成

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。 現(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，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)。1.4.1常規(guī)X線影像技術(shù)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)。1.4.2計(jì)算機(jī)成像X線機(jī)（CR）

CR的成像步驟:影像信息的記錄、讀取、處理和顯示等步驟。 1.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。 2.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。 3.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。1.4.2計(jì)算機(jī)成像X線機(jī)（CR）

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。 1.灰階處理: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。 2.窗位處理: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，利于顯示不同的組織結(jié)構(gòu)，如骨窗、縱隔窗等。 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。1.4.2計(jì)算機(jī)成像X線機(jī)（CR）

目前有直接數(shù)字化X射線攝影技術(shù)和DR設(shè)備。 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)。1.4.3數(shù)字X線機(jī)（DR）

20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。1.4.4斷層掃描X線機(jī)CT

1.X-CT的出現(xiàn)使醫(yī)學(xué)成像形成了全新的概念。 2.X-CT: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，它可用一探測器進(jìn)行測量。探測器將射線強(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。1.4.4斷層掃描X線機(jī)(CT)

CT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)開展介入放射學(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。1.4.4斷層掃描X線機(jī)(CT)

新一代的CT被稱作電子束CT（EBCT），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。1.4.4斷層掃描X線機(jī)(CT)

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。1.4.5數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)（DSA）

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