1、醫(yī)學成像系統(tǒng)及醫(yī)學圖像處理,孫文紅,從信息量的角度看，一幅圖像所包含的信息遠比一條曲線或幾個數據要多。它以直觀的形式向醫(yī)生展示人體內部的結構或有關生理參數的空間分布，為醫(yī)生的診斷提供重要依據，成為臨床診斷與醫(yī)學研究中不可缺少的工具。,圖像科學包含圖像的形成、獲取、傳輸、存儲、分析、識別等。在醫(yī)學圖像研究領域中主要包含以下兩個相對獨立的研究方向：醫(yī)學成像系統(tǒng)（Medical Imaging System）和醫(yī)學圖像處理（Medical Image Processing）。,成像系統(tǒng)是指圖像形成的過程，它研究從源到像的物理過程，包括對成像機理、成像設備、成像系統(tǒng)的分析等問題的研究；圖象處理是指對已

2、經獲得的圖像作進一步的處理，其目的一是使原來不夠清晰的圖像復原；二是為了突出圖像中的某些特征信息（如突出圖像輪廓邊緣）；三是對圖像作模式分類等。,醫(yī)學圖像涉及物理學、電子學、計算機技術等廣泛的學術領域。隨著各項高新科技的發(fā)展，醫(yī)學圖像已經從形態(tài)到功能、從靜態(tài)到動態(tài)、從平面到立體、從局部到整體獲得了飛速的發(fā)展。,在實際應用中，醫(yī)學圖像與計算機圖形學結合可以讓醫(yī)生從各個不同角度觀察人體內部結構，醫(yī)學圖像與計算機及通信技術結合可以完成圖像的傳輸、歸檔、管理等復雜的工作。,醫(yī)學成像系統(tǒng)概述,醫(yī)學成像技術的發(fā)展歷史一般可追溯到1895年倫琴發(fā)現X射線。X射線在醫(yī)學上的應用使醫(yī)生有可能觀察到人體內部的結構

3、，為醫(yī)生診斷疾病提供了重要的信息。,從五十年代開始，醫(yī)學成像技術逐步進入了飛速發(fā)展的年代，各種新技術相繼被應用于醫(yī)學成像系統(tǒng)中。新的成像方式不斷出現，所成的圖像不僅提供了人體組織在解剖上的結構，而且為器官功能檢查提供了可能。所用的技術包括超聲、核素成像等。,六十年代早期，計算機斷層攝影技術的出現使醫(yī)學成像技術的發(fā)展達到了一個高峰。它從根本上克服了傳統(tǒng)X線成像中影像重疊的問題，獲得了高分辨率的清晰的斷層圖像。是八十多年來X線診斷學上的一次重大革命性飛躍。也是二十世紀科學技術的重大成就之一。發(fā)明者因此獲得了1979年度的諾貝爾醫(yī)學獎。,今天，幾乎所有的物理方法都已或多或少地滲透到了醫(yī)學成像的領域，

4、如X射線成像、超聲成像、放射性同位素成像及磁共振成像等。這些不同的成像方式所提供的人體結構或生理參數的圖像為提高臨床診斷與治療的有效性發(fā)揮了極大的作用。醫(yī)學成像設備已成為現代化醫(yī)院的一個重要的標志。,常見醫(yī)學圖像,醫(yī)學成像系統(tǒng)簡介,投影X射線成像系統(tǒng) X射線計算機斷層成像 超聲成像系統(tǒng) 放射性核素成像 磁共振成像系統(tǒng) 紅外線成像系統(tǒng) 醫(yī)學成像新技術,1. 投影X射線成像系統(tǒng),X射線的發(fā)現使人們意識到了X射線在醫(yī)學成像中的應用前景。在此后的幾十年中，X射線攝影技術有了不小的發(fā)展，包括使用旋轉陽極X射線管、影像增強管及采用運動斷層攝影等。,但由于常規(guī)的X射線成像技術是將人體三維結構投影到一個二維平

5、面上，會產生圖像重疊，造成讀片困難。此外，投影X射線成像對軟組織的分辨能力較差，使得它在臨床中的應用也受到一定的限制。,為了獲得臟器的清晰圖像，人們又設計了一些特殊的X射線成像裝置。如X射線數字減影裝置(digital subtraction angiography，簡稱DSA)就是一個例子。,DSA的基本工作原理是：將X射線機對準人體的某一部位，并將X射線造影劑注入人體血管中。如果在注入造影劑的前后分別攝取這同一部位的X射線圖像，然后再將這兩幅圖像相減，那么就可以消除圖像中相同結構的部分，而突出注人造影劑的血管部分。DSA在臨床中已成功地用于血管網絡的功能檢查。,2. X射線計算機斷層成像,

6、X射線計算機斷層成像（Xray computed tomography，簡稱XCT），成功地解決了投影X射線成像中出現的影像重疊問題。,實現XCT的理論基礎是從投影重建圖像的數學原理。當代圖像重建理論最杰出的貢獻者之一是美國的物理學家A.M.Cormack。他自20世紀50年代開始發(fā)表了一系列的論文，不僅證明了在醫(yī)學領域中從X射線投影數據重建圖像的可能性，而且提出了相應的實現方法并完成了仿真與實驗研究。,真正設計出一個裝置來實現人體斷面成像是在1972年，一位名叫 G.N.Hounsfield的工程師公布了計算機斷層成像的結果。這項研究成果可以說是在X射線發(fā)現后的七八十年中放射醫(yī)學領域里最重要

7、的突破性進展，也是20世紀科學技術的重大成就之一。1979年的諾貝爾生理與醫(yī)學獎破例地授給了這兩位沒有專門醫(yī)學資歷的科學家。,自從XCT問世以來，技術有了很大的發(fā)展，設備裝置也不斷地更新換代。早期的XCT掃描儀，數據采集與圖像重建的計算過程需要較長的時間，圖像的分辨率相對比較低，而病人接受的射線照射劑量卻相對比較大。較新的XCT裝置采用多個檢測器構成的扇形掃描方式，它不僅減少了掃描與數據處理的時間，減少了照射劑量，同時還改善了圖像的分辨率。,在這個發(fā)展過程中，大量的研究工作是在努力開發(fā)高速有效的圖像重建算法，包括代數方法與解析方法。目前的XCT裝置其成像厚度可以小到lmm，斷面中的圖像分辨率也

8、已經可以做到小于lmm。,3. 超聲成像系統(tǒng),超聲成像設備是目前醫(yī)院中僅次于投影X射線機使用得最頻繁的成像設備。目前臨床上使用的超聲成像系統(tǒng)基本上都是采用脈沖回波方式成像(即B型超聲顯像儀)。超聲成像的突出優(yōu)點是對人體無損、無創(chuàng)、無電離輻射，同時又能提供人體斷面實時的動態(tài)圖像。因此廣泛地用于心臟或腹部的檢查。,除斷面成像外，血流測量也是超聲成像設備中的重要組成部分。超聲血流測量是借助多普勒原理完成的。射入人體的一定頻率的超聲波在遇到運動的紅血球時，血球產生的后向散射信號會出現多普勒頻移。通過對多普勒回波信號的分析就能得到血流的方向與速度信息，這些信息是心血管疾病與腦血管疾病診斷中的重要依據。,

9、20世紀 80年代初問世的超聲彩色血流圖（color flow mapping，以下簡稱CFM）是目前臨床上使用的高檔超聲診斷儀。它的特點是把血流信息疊加到二維B型圖像上。凡是指向換能器的血流在B超圖中用紅顏色表示，而背離換能器的血流則用藍顏色表示。由于在一張圖像上既能看到臟器的解剖形態(tài)，又能看到動態(tài)血流，它在心血管疾病的診斷中發(fā)揮了很大的作用。,4. 放射性核素成像,放射性核素成像是把某種放射性同位素標記在藥物上，然后引人病人體內，當它被人體組織吸收后，人體自身便成了輻射源。放射性同位素在衰變的過程中，向體外放射射線，可以用核子探測器在體外定量地觀察這些放射性同位素在體內的分布情況。,從所得

10、的放射性同位素圖像中，不僅可以看到器官的形態(tài)，更重要的是可以從中了解到人體臟器新陳代謝的情況。這是其他成像系統(tǒng)所不容易做到的。因此，盡管放射性同位素圖像的分辨率比較低（約為1cm左右），但它仍是臨床診斷中的重要工具。,早期的同位素成像裝置是同位素掃描儀，成像速度非常低。目前臨床上用得比較多的是照相機，可快速地拍攝體內臟器的圖片，并從一系列連續(xù)的圖像中了解器官新陳代謝的功能。,發(fā)射型CT（emission computed tomography，簡稱ECT）是放射性同位素成像系統(tǒng)的較新發(fā)展。ECT可分為單光子發(fā)射型CT（single photon ECT，簡稱SPECT）和正電子CT（posit

11、ron emission tomography，簡稱PET）兩類。,目前，SPECT在臨床上已得到較廣泛的應用。它是將照相機的探測器圍繞探查部位旋轉并采集相應的投影數據，然后采用與XCT類似的重建算法計算出放射性同位素分布的斷層圖像。,PET是根據有一類放射性同位素在衰變過程中釋放正電子的物理現象來設計的。正電子與電子相互作用發(fā)生湮滅現象后，會產生兩個能量為51Kev且傳播方向完全相反的光子，用一個符合檢測器就可以檢測出這種成對出現的射線光子。根據這樣采集到的數據同樣能重建出斷層圖像。由于PET系統(tǒng)價格昂貴，目前主要是在實驗室或研究中心使用。,5. 磁共振成像系統(tǒng),1945年美國學者Block

12、和Purcell首先發(fā)現了核磁共振現象，從此產生了核磁共振譜學這門科學。它在廣泛的學科領域中迅速發(fā)展成為對物質的最有效的非破壞性分析方法之一。核磁共振作為一種成像方法的應用是一個較新的發(fā)展。,1973年P.C.Lauterbur第一個做出了仿真模塊的二維核磁共振圖像。之后又有人完成了對小物體成像。直至70年代后期，對人體的成像才獲得成功。核磁共振成像系統(tǒng)也稱為磁共振成像（magnetic resonance imaging，簡稱MRI）系統(tǒng)。,磁共振成像的過程是將人體置人一強磁場中，如果同時對人體施加一個一定頻率的交變射頻場，那么被探查的質子就會產生共振，并向外輻射共振信號，在接受線圈中就會有

13、感應電勢產生。所接收到的信號經過計算機處理后，就可以得到清晰的人體斷面圖像。,磁共振成像的突出優(yōu)點是對人體無創(chuàng)、無電離輻射，并且可以對人體組織做出形態(tài)與功能兩方面的診斷。此外，磁共振圖像的分辨率比較高，而且可以較容易地獲取人體的三維圖像。,6. 紅外線成像系統(tǒng),紅外線熱成像技術在醫(yī)學上的應用是在五十年代后期開始的。目前有不少國家用于臨床診斷和基礎研究，成為健康普查的一常規(guī)手段。,紅外線熱成像是一種非接觸無損傷式的體表溫度測量方法。它利用紅外輻射成像的原理研究人體表面溫度。能把體表某一部分的溫度分布以熱圖像的形式顯示或記錄下來，溫度分辨率可達0.030.1，用作早期發(fā)現近表皮惡性腫瘤及其轉移情況

14、（如皮膚癌、乳腺癌、甲狀腺癌等），協(xié)助診斷一般良性腫瘤、各類炎癥、末梢血管疾病等。,目前來說，紅外熱成像儀也有一些不足之處：一是造價昂貴，二是使用條件要求高，這些缺點是影響紅外熱成像儀普及推廣的重要原因。但無論如何，紅外熱成像儀是一項新技術，很有發(fā)展前途。,對于它的研究國內外都很重視。如研制廉價的室溫條件下工作的紅外檢測器，設法用電子掃描取代現有的機械掃描系統(tǒng)，并將掃描成像合為一體，組成固體成像器件，從而大大減少成本和體積重量。將熱成像儀與計算機配套，由計算機處理熱像信息，構成熱成像自動診斷，研究熱圖像數字化儀以提高分析診斷的效率和精度。,醫(yī)學成像新技術,由于人體臟器結構是一個三維空間分布，因

15、此僅僅依靠一幅或幾幅二維圖像來理解三維結構是有一定的局限性的，它不能完全滿足臨床上在疾病診斷、治療決策及外科手術研究中的需要。,為了給醫(yī)生提供真正的三維結構顯示圖，自70年代開始就有人著手研究醫(yī)學三維成像的方法。早期的三維成像曾經采用過全息攝影等方法。隨著計算機技術的發(fā)展及計算機圖形學的成熟應用，醫(yī)學三維成像在近十年中有了很大的發(fā)展。,三維圖像一般是由一系列二維圖像疊合構成。將二維數據的集合變成三維數據結構后，人們就可以根據需要取出任意角度下的剖面來觀察。這樣可以使醫(yī)生更準確、更全面地了解臟器的內部結構。,此外，醫(yī)生還可以“剝出”任意局部區(qū)域作進一步分析，或模擬外科手術過程，從而制定最佳的手術

16、方案。目前，三維圖像已應用于放射學診斷、腫瘤學、心臟學與外科手術的研究中，并已成為計算機輔助制定治療方案的得力工具。,隨著計算機技術的發(fā)展，各類醫(yī)學圖像的數據庫與醫(yī)學圖像的管理系統(tǒng)也日趨成熟。醫(yī)學圖像的管理是建立在實現大容量數字圖像存儲的基礎上的?，F在，一張12in（1in=25.4mm）的光盤大約可存儲近2000幅10241024像素的圖像，并能根據需要很快地分門別類調出所需的圖像。,此外，利用現有的計算機網絡或其他通信系統(tǒng)進行數字圖像的通信也已成為現實，形成了當今所謂的“圖像歸檔與通信系統(tǒng)”（picture archiving and communications system，簡稱PAC

17、S）。,醫(yī)學成像技術,投影X線成像技術 數字X線成像的發(fā)展 X線計算機斷層攝影（X-CT） 放射性核素成像 磁共振成像系統(tǒng),一.投影X線成像技術,1. X線的基礎知識 (1)X線的產生 在醫(yī)學診斷用的X線管中，被加熱的燈絲發(fā)射出電子，在30200千伏高壓的作用下，燈絲射出的電子被吸引到陽極靶子上，這些電子與靶內的原子相互作用產生X射線，X射線穿過管壁發(fā)射出來。,在X線產生的過程中伴生出大量的熱，只有少于1%的入射電子能量轉換成了X射線，為了使熱能從被轟擊的區(qū)域盡快散除，以免損壞靶面，現代X線管中設計了旋轉陽極。,(2)X線的性質 X線在本質上屬電磁波。診斷用X線的波長大約在0.50.001A的

18、范圍中，相當于光子能量為25Kev至1Mev。X線具有以下基本性質：,(a)穿透作用: X線波長短，能量大，能穿透一般光線不能穿透的物質。用來檢查人體內部器官的結構是很合適的。 (b)熒光作用: 當X線照射某些物質時可產生熒光，利用這一性質，可以在熒光屏上直接觀察X線圖像。,(c)電離作用:具有足夠能量的X線光子不僅能擊脫物質原子軌道上的電子，使該物質產生一次電離，而且脫離原子的電子又與其它原子相碰，還會產生二次電離。氣體分子被電離后，其電離電荷很容易被收集，于是人們可以根據氣體分子電離電荷的多少來測定X線的劑量。許多X線檢測器就是利用這一原理制成的。,(d)生物效應:X線是一種電離輻射。生物

19、細胞經一定量的X線照射后會受到損害甚至壞死。利用X線的這個效應，可以用放射治療的方法來破壞腫瘤組織。當然，人體受到一定劑量X線的照射后，也會導致正常組織的損傷。,(3) X線與人體組織的作用 當X射線穿過物體時，入射X線中的一部分能量將從射線束中消失。一方面是由于物質的吸收，即部分X線能量轉換成其它形式的能量；另一方面是由于散射，即部分X射線改變了原來的傳播方向。實際上，只有一部分X射線穿過被探查物體沿原方向繼續(xù)向前傳播。這部分射線被稱為透射分量。,假設用一種單一能量的X線照射厚度為d的物體，其入射射線強度為Io，透射后的強度為I，則有： 稱為線性衰減系數，表示特定能量的X射線照射某種特定的物

20、質時單位距離上的衰減分數。,2. 投影X線成像系統(tǒng) 最早的X線成像方法是靠投影成像，也被稱作傳統(tǒng)的X線成像方式。投影成像又可分透視和攝影兩種不同的方式。,(1)熒光透視成像系統(tǒng) X線管發(fā)出的X射線穿過人體投射到熒光屏上，熒光屏將入射的射線能量轉換成光。由于人體不同的組織對X線的衰減不同，穿過人體后的X線強度也隨之發(fā)生變化。在熒光屏上就可以看到與人體組織結構對應的明暗陰影。 透視方法除了可以觀察組織形態(tài)、位置外，還可以觀察臟器的運動。這是透視檢查方法的一個優(yōu)點。,第一代的熒光透視接收器是一塊平板熒光屏。平板熒光屏透視檢查方法的主要缺點是屏的亮度比較低，觀察起來比較吃力。放射科醫(yī)生在進行透視工作前

21、，一般要在黑暗環(huán)境中待15分鐘左右才能使自己的眼睛適應黑暗環(huán)境。即使這樣，在屏上可觀察到的信息也比同一病人的X射線照片要少。,為解決熒光屏亮度低的問題，現代X射線成像系統(tǒng)中都采用了影像增強管。影像增強管的引入是透視X射線成像系統(tǒng)的一項重大改進。,在影像增強管中，X射線的輸入熒光屏和一個光電陰極緊密相接。入射X射線與熒光屏作用后產生可見光，可見光又使光電陰極產生電子，這些電子經過一個透鏡系統(tǒng)加速后聚焦到輸出熒光屏上。輸入熒光屏的直徑為150mm550mm，輸出屏的直徑為16mm35mm。由于輸出面積減小及電子加速等原因使亮度的總增益達到5000倍左右。,熒光屏是一種無源器件，只能將吸收的部分X射

22、線能量轉換為光能；而影像增強管則是一個可以在轉換過程中增添能量的有源器件。影像增強管所產生的圖像比熒光屏圖像要亮得多，質量也要好得多。其圖像可在明室中觀察。,現代的投影X射線成像設備都采用影像增強管-電視系統(tǒng)。它包含影像增強管、光學圖像分配系統(tǒng)和一個包括攝像機、監(jiān)視器的閉路視頻系統(tǒng)及輔助電子設備。其中的光學系統(tǒng)用于將圖像從影像增強管的輸出屏傳遞到視頻攝像管的輸入屏。,閉路視頻系統(tǒng)用導線或電纜傳輸圖像，其工作原理與一般廣播電視中的視頻系統(tǒng)基本相同。電視系統(tǒng)不僅可以使醫(yī)生在正常光線下借助監(jiān)視器進行觀察，而且可以用錄相帶作為 X射線影像的永久記錄。視頻系統(tǒng)的引入是熒光透視成像系統(tǒng)的又一項重大改進。,

23、(2)膠片攝影系統(tǒng) X射線膠片攝影與X射線透視的不同在于用攝影膠片代替透視的熒光屏。入射的X射線在膠片上形成潛影，然后經過顯影、定影處理，將影像固定在膠片上。,用X射線直接對膠片曝光的效率是比較低的。在臨床中使用屏-膠片系統(tǒng)作為投影X射線成像系統(tǒng)的接收器。它是由涂上感光乳膠的膠片和與膠片緊密接觸的一個或兩個熒光增強屏組成的。熒光增強屏是涂有熒光材料的薄層。,X射線的能量由增強屏吸收，并將其能量的一部分（大約520%）轉變?yōu)楣饩€。此光線將使膠片曝光。由于增強屏對光線較敏感，使膠片曝光所需的實際X射線輻射劑量大幅度地降低。但使用增強屏會使圖像產生一定程度的模糊。,X射線攝影照片的分辨率比較高，用攝

24、影膠片作為X射線圖像的永久記錄仍然是目前臨床上常用的方法。但是，為了得到照片，必須配備一套沖洗設備，操作過程也比較麻煩。,目前數字X射線攝影也得到了應用。在傳統(tǒng)的投影X射線成像設備中，所記錄和顯示的信號都是模擬信號，在模擬X射線攝影中要求嚴格掌握曝光強度，因為記錄器的動態(tài)范圍很小。另外，對所記錄的圖像也很難做進一步的處理。,現代的數字X射線攝影采用了大動態(tài)范圍的數據采集系統(tǒng)，克服了膠片攝影系統(tǒng)的局限性。此外，數字圖像便于處理、存儲、歸檔與通信，這些特點也是傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)所不能比擬的。,數字電視X射線攝影系統(tǒng),投影X線成像實際上是將三維物體結構投影在一個二維平面上，由于結構重疊造成了讀片困難，為

25、此，人們一直在尋找新的成像方法，或者是設法獲取某一指定斷面的圖像，或者是人為突出人體中某種結構（如血管、骨骼）的形象。,3. 數字減影技術 減影技術最早應用于血管系統(tǒng)的研究。在病人的血管中注入造影劑（造影劑對X線的衰減系數大于人體的骨骼和軟組織）。攝下同一部位注入造影劑前后的兩幀圖像。原則上講，只要將這兩幀圖像相減，就能消除血管外其余的組織形象，而只保留造影血管的圖像。,減影后的圖像突出了差異部分，更易于判讀、處理及分析。 早期的減影是用模擬方法實現的，應用較有限?，F代減影設備都是由數字計算機來完成的，因此稱為數字減影（digital Subtraction Angiography，簡稱DSA

26、）。 根據用于相減的兩幀圖像的不同來源，數字減影又可分為時間減影（不同時刻攝取的同一部位的兩幀圖像相減）、能量減影（不同能量下攝取的兩幀圖像相減）和深度減影等。其中，時間減影是目前臨床常規(guī)應用的主要方法。,4. 運動斷層攝影 傳統(tǒng)X線攝影把三維物體結構投影到一個二維顯示平面上。這就使沿深度方向上的信息重疊在一起，造成讀片困難。為了獲取某一深度的圖像。早期的做法是采用運動斷層攝影。,運動斷層攝影的做法是：讓X線源與膠片作相對運動，運動方式可以是直線運動或圓周運動等。假定A、B是病人體內需要研究的區(qū)域。在曝光時間內，X線源從S1移動到S2，膠片則沿反方向移動。,只要X線源與檢測器按指定規(guī)律運動，就

27、可能使聚焦平面中A、B點的影像在整個移動過程中始終落在膠片的固定位置上，而其它深度處的結構的影像則從膠片的一端移動到另一端。于是最后所得到的圖像將突出聚焦平面所在深度上的斷面結構。當然，其他層次上的結構也會在膠片上留下模糊的圖像。這是運動斷層攝影的不足。,二.數字X線成像的發(fā)展,傳統(tǒng)X線攝影的弊端表現為： 1.數量龐大的膠片使存儲、查閱的效率低。 2.攝影采用模擬技術，圖像灰階度分辨率低，不便用計算機處理、儲存和傳輸，更不能異地醫(yī)生同時觀察一幅圖像（如遠程診斷或電話會診），不便實現多人共享。 3.X線攝影需要的曝光劑量相對較大，且X線攝影一旦完成，影像質量再不能改善，當質量達不到要求時往往需要

28、重攝，給投照者和患者帶來負擔。,為解決傳統(tǒng)X線成像的弊端，計算機放射攝影（computed radiography，CR）應運而生。 1.CR CR將透過人體的X線影像信息記錄在存儲熒光板（storagephosphorplate，簡稱SPP）上，構成潛影。用激光束以25102510的像素矩陣（像素約0.1 mm大小）對SPP進行掃描讀取，經計算機計算處理，通過改善影像的細節(jié)、圖像降噪、灰階對比度調整、影像放大、數字減影等，將未經處理的影像中所看不到的特征信息在熒屏上顯示圖像，還可用激光照相機記錄其圖像。,CR攝影條件低，為傳統(tǒng)X線攝影的1223；攝影條件的寬容范圍寬；數字化圖像可存儲于光盤中

29、，為醫(yī)學影像存檔與通訊系統(tǒng)的應用創(chuàng)造了條件。CR最顯著的優(yōu)點在于：將傳統(tǒng)的X線技術與現代計算機技術相結合，使大小傳統(tǒng)X線機免遭淘汰，這也是有別于其他各類數字X線攝影（DR）的卓越之處，使X線影像直接數字化。,CR可提供的數據量大、分辨率高、數據獲取速度快，不管X線曝光有變化，即使X線曝光技術錯誤也可避免重復檢查，并潛在地降低可能射線輻射，可免除輻射不足或過度時造成的影像不清晰，可反復多次使用上萬次。該系統(tǒng)自動操作，成像參數可預調，影像處理過程約需5分鐘。總之，在實現平片信息數字化的工作中，CR系統(tǒng)是為主流的方式。,2. DR（digital radiography) DR由電子暗盒、掃描控制器

30、、系統(tǒng)控制器、影像監(jiān)示器等組成，直接將X線光子轉換為數字化圖像。CR和DR由于均采用數字技術，動態(tài)范圍廣，有很寬的曝光寬容度，允許照相中的技術誤差，即使在一些曝光條件難以掌握的部位，也能獲得很好的圖像；CR和DR均可根據臨床需要進行各種圖像后處理（如濾波，放大、拼接以及距離、面積、密度測量等豐富的功能），為影像診斷中的細節(jié)觀察、前后對比、定量分析提供技術支持。,3. CR與DR的比較 （1） DR是一種X線直接轉換技術，成像環(huán)節(jié)少；CR是一種X線間接轉換技術，它利用圖像板作為X線檢測器，成像環(huán)節(jié)相對于DR較多。 （2） DR系統(tǒng)無因光學散射而引起的圖像模糊，其清晰度主要由像素尺寸大小決定；CR

31、系統(tǒng)由于自身的結構，在受到X線照射時，圖像板中的磷粒子使X線存在著散射，會引起潛像模糊；,（3）DR是今后的發(fā)展方向，但費用昂貴，還需改裝已有的X線機設備，而CR相對費用較低，且多臺X線機可同時使用，無需改變現有設備。 （4）CR系統(tǒng)更適用于X線平片攝影，它可與常規(guī)X線攝影機匹配使用，更適用于復雜部位和體位的X線攝影；DR系統(tǒng)則較適用于透視與點片攝影及各種造影檢查，由于單機工作時的通量限制，不易取代大型醫(yī)院中多機同時工作的常規(guī)X線攝影設備，但較適用于小醫(yī)療單位和診所的一機多用目的。事實上，CR和DR系統(tǒng)在相當長的一段時間內將是一對并行發(fā)展的系統(tǒng)。,三. X線計算機斷層攝影（X-CT）,X射線發(fā)

32、現后的七八十年中技術有了許多進步，但始終沒有解決兩個根本性的問題。一是常規(guī)X射線攝影使人體的三維結構通過投影后顯示在一個二維的平面上，造成器官重疊，讀片困難；二是無論是熒光屏還是X射線膠片，其固有的分辨率都比較差。總的來說，投影X射線成像系統(tǒng)對軟組織的分辨能力是比較差的。,X射線計算機斷層成像（Xray computed tomography，簡稱XCT）從根本上克服了上述困難，是80多年來X射線診斷學上的一次重大突破。,1.基本原理 X射線被準直后成為一條很窄的射線束。當X射線管沿一個方向平移時，與之相對應的檢測器也跟著作平移運動。這樣，射線束就對整個感興趣的平面進行了一次掃描，檢測器接收到

33、了與臟器衰減系數直接相關的投影數據。,一次掃描過程結束后，整個X射線源及檢測器系統(tǒng)將沿圓弧旋轉一個角度（如每次旋轉1），然后再重復平移掃描過程，直至在整個180圓周上掃描一遍。當把全部投影數據送入計算機后，就可以通過圖像重建算法來重構關于探測平面的二維圖像，圖像的灰度值與組織的衰減系數相對應。這就是X-CT的基本工作原理。,右圖為一幅只含四個像素的圖像，每個像素的衰減系數的值是未知的。根據公式，入射X射線強度為Io，透射后的強度為I，則在水平方向上可以得到以下方程：,式中d為像素的寬度。,同理還可以在垂直方向與對角線方向列出類似的方程。從原理上講，只要把其中四個相互獨立的方程聯立起來求解，就能

34、得出14四個未知數的值。所形成的這同幅關于衰減系數的圖像就是所要的X-CT圖像，它將向人們顯示探查平面上臟器的結構。這就是X-CT能夠從投影數據重建圖像的基本原理。,XCT成像具有以下突出的優(yōu)點： (1)能鑒別出較小的衰減系數差，從而提高了對軟組織的診斷能力。據報道，放射學家能從CT圖像上識別出與周圍組織的衰減系數只差0.5%的病灶。 (2)可做出人體任意部位的斷面圖像，并利用計算機圖像處理技術構造出人體結構的三維圖像。 (3)能精確地測定出組織的X射線衰減系數值，從而對組織性質做出判斷。,2. 投影數據的采集 X-CT自問世以來發(fā)展迅速。產品經過了幾代更新，各項性能指標均有明顯提高。 (1)

35、 第一代X-CT 第一代CT的數據采集方法是用一個X射線源，一個檢測器作同步平移運動，并旋轉進行掃描來獲得投影數據。它的基本問題是掃描時間比較長(約幾分鐘）。因此只能對那些相對穩(wěn)定的部位（如頭部）成像。,(2)第二代X-CT 第二代掃描儀也采用平移加旋轉的掃描方式。所不同的是它用一個小角度扇形的射線束和多個檢測器來代替原來的單一檢測器。因使用多個檢測器，就可在每個發(fā)射位置上同時檢測到多個投影數據。因此，在一次平移掃描后，可以讓X線源與檢測器一次轉過一個較大的角度（如10）后再作第二次平移掃描。這樣可以使系統(tǒng)數據采集時間縮短到幾分之一分鐘。,第一代CT掃描儀 第二代CT掃描儀,(3) 第三代X-

36、CT 第三代掃描機它只包含一個扇形束的旋轉掃描而不包括X線源與檢測器的平移掃描。檢測器陣列通常由幾百個檢測器單元依次排列而成。扇形角已擴大至可復蓋全身橫斷面。這一代掃描機的明顯優(yōu)點是簡化了機械結構，從而使掃描速度明顯提高，通常只需幾秒鐘。 (4)第四代X-CT 第四代掃描機的檢測器在360圓周上固定安裝，因而在數據采集過程中只需旋轉X線源。,第三代CT掃描儀 第四代CT掃描儀,為進一步提高掃描速度而設計的第五代X-CT完全靠電子的方法進行掃描，掃描時間縮短在一秒鐘之內。第五代CT將一排X線管安放成半圓形，與之對應地把影像增強器安排在另一半圓弧上。它既能對靜止或慢運動的組織作高密度分辨率成像，還

37、能充分利用快速的電子掃描對心臟和肺的動態(tài)功能進行研究。,（5）第五代CT-螺旋CT,螺旋CT是在常規(guī)CT技術應用的基礎上發(fā)展起來的新型CT，是CT技術改革的又一次重大飛躍。 它將常規(guī) 的單層掃描改為單方向螺旋式軌跡的連續(xù)掃描，其射線束呈螺旋狀切入人體，做不間斷地連續(xù)掃描并獲得容積診斷信息，大大地提高了掃描速度，因此具有掃描時間短、無間隔、一次屏息即可完成大區(qū)域掃描的特點。并有圖象清晰、分辨率高等優(yōu)點。,與常規(guī)CT掃描相比它不會因呼吸的幅度不同出現病灶遺漏和層面重疊，因此更適合于肺部、腹部這些易受呼吸運動影響臟器的小病灶的檢查，掃描速度快又利于病灶的連續(xù)動態(tài)觀察。三維容積采樣還能重建出高質量的冠狀或天狀斷層圖象，彌補了CT不能直接進行冠、矢狀掃描的不足。,過去全世界只有美、日、德三個國家掌握這項技術，并壟斷著全世界的CT市場。由于其技術復雜，價格非常昂貴，進口一臺螺旋CT機需要300多萬至1000萬元人民幣。據國家衛(wèi)生部門統(tǒng)計，過去我國已進口各類螺旋CT機近100臺，現在仍以每年近百臺的需求速度在發(fā)展。我國第一臺螺旋CT已由東大阿派研制成功，成為世界第四個可生產螺旋CT的國家。,螺旋CT,3.圖像重建技術 根據投影數據計算出原始圖像就是圖像重建。重建圖像的計算方