X线影像的发展与现状.ppt

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1、X线的发展与现状,影像诊断学的历史,X线影像超声成像(Ultrasonography:US)CT(Computed Tomography)MRI(Magnetic Resonance Imaging)ECT(Emission Computed Tomography)SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)PET(Positron Emission Tomography),X线影像,1895年11月08日威廉康纳德伦琴(Wilhenlm Conrad Rontgen)1895年12月22日 经15分钟照射 第一张X线照片(1890年02月

2、22日 A.W.Goodspeed 奇怪影像)1896年01月01日 给Exner教授新年贺卡1896年01月05日 维也纳报纸“Die Presse”1896年01月06日 传遍全世界1896年01月23日“Nature”杂志发表 2周后”Science”,伦琴,一、X线的发展 1895年11月8日，德国科学家伦琴（Rontgen）在做真空管高压放电实验研究时，无意中发现了一种肉眼看不见的但穿透力很强的能使莹光物质发光和使胶片感光的新型射线。由于当时对这种射线的性质尚不清楚，伦琴就将其称为X射线或X线，其后伦琴将X线的所有基本特性几乎全部研究完毕，并于1896年1月23日在一次自然科学协会会

3、议上第一次做了X线的报告，并且当场摄了一幅手腕的照片。根据大会建议，用伦琴的名字来称呼他所发现的射线，故X射线又称为伦琴射线或伦琴线。X射线的发现震憾了全世界，掀开了世界科技史上的重要一页。为此，1901年12月10日伦琴荣获首次诺贝尔物理学家。,二、X线的产生、特性及成像原理（一）X线产生：1、条件：（1）X线管：真空二极管，杯状的阴极内装着灯丝，阳极由呈斜面的钨靶和附属散热装置组成。固定阳极 旋转阳极,图1 X线管,（2）变压器：降压变压器向X线管灯丝提供电源（12V），升压变压器向X线管二极提供高压电（40-150KV）。（3）操作台：包括调节电压、电流及曝光时间而设置的电压表、电流表、

4、计时器和其他调节旋钮等。上述三者之间以电缆相连,图2：普通摄影X光机,2、产生过程：降压变压器向X线管灯丝供电，点燃灯丝，在阴极附近产生自由电子，再向X线管两极提供高压电时，二极间的电势差骤增，自由电子高速由阴极向阳极行进，撞击钨靶而发生能量转换，其中0.2%以下的能量转换为X线，99.8%以上转换为热能。前者由管窗口发射，后者由散热设施散发。（二）特性：X线是一种波长很短的电磁波，波长范围为0.0006-50nm,（用于X线成像的波长为），比可见光的波长短，故肉眼看不见。,X线具有以下特性：1、穿透性：X线波长短，穿透力强，能穿透可见光不能穿透的物质，在穿透过程中有一定程度的吸收衰减。X线的

5、穿透力与管电压相关，电压越高，波长越短，穿透力越强，反之则弱。另外穿透程度与物质的密度和厚度相关，密度高、厚度大的物质吸收的多，通过的少，反之则多。穿透性是X线成像的基础。2、莹光效应：X线能激发莹光物质（如硫酸锌镉、钨酸钙等），使波长较短的X线转换为波长较长的莹光，这种转换称莹光效应。它是进行透视检查的基础。,3、感光效应：X线照射胶片后使其感光产生潜影，经显影、定影处理后，胶片中被感光的溴化银中的银离子（Ag+）被还原成金属银（Ag）沉积在胶膜内。金属银微粒化，胶片上呈黑色，而未感光的溴化银，在定影及冲洗过程中被冲洗掉，而显出胶片片基的透明色。依金属银沉淀的多少，产生了程度不同的黑白影像。

6、所以感光效应是X线摄影的基础。4、电离效应：X线通过任何物质都可产生电离效应，X线射入人体也产生电离效应，引起生物方面的改变，即生物效应。是放射治疗的基础，也是X线防护的原因。,（三）成像基本原理：X线之所以能使人体组织在莹屏上或胶片上形成影像，基于两方面的原因，其一是X线具有穿透性，莹光效应和感光效应，其二是人体组织间具有密度和厚度的差异。当X线透过人体不同组织结构时，被吸收的程度不同，所以到达莹屏或胶片上的X线量亦有差异。所以在莹屏或胶片上就形成了明暗或黑白度不同的影像。就X线检查而言，人体的组织结构密度可归纳为三类：高密度组织：骨髂、钙化灶。中等密度组织：软骨、肌肉、神经、实质器 官组织

7、及体液等 低密度组织：脂肪和气体。,组织器官的病变可使其发生密度的改变，如肺结核可使含气的低密度组织产生中等密度的渗出、增殖及纤维化改变和高密度的钙化灶。所以在肺的黑影背景上出现了代表病变的灰影（中等密度）和白影（高密度）。因此，组织密度不同的病变可产生相应的病理影像。三、X线成像设备的发展历程：（一）诊断用X线机发展史1、气体X线管、感应圈时期（1895-1916），第一支X线球管是由德国西门子公司在1896年研制成功的。,2、热电子X线管、变压器式高压发生器时期（1916-1925年）为现代X线机奠定了基础。同时改进了底片，制成并改进了莹光屏。3、防电击、防散射X线装置的实用化时期（192

8、5-1945年）标志着诊断用X线机已进入成熟时期。以上各个时期X线管均为固定阳极。4、高条件、大容量、控制技术现代化时期（1945年以后），大功率旋转阳极X线管的问世，是X线机实现大容量的前提。使X线影像质量有了明显提高，也使活动器官的诊断和细微结构的放大摄影成为可能。,二十世纪五十年代，影像增强器的研制成功，使X线机的性能和应用范围有了新的突破，最引人注目的是X线电视、录像和动态摄影，在一定程度上解决了动态检查、影像再现等问题。1975年以来，逆变技术在X线机中得到广泛应用，使高压变压器的体积和重量明显减小，从而得到迅速普及。（二）X线CT机的诞生 1972年，英国工程师汉斯菲尔（Houns

9、field）首次研制成功世界上第一台CT扫描机。这是电子技术、计算机技术和X线技术相结合的产物，是1895年X线发现以来医学影像设备的一个革命性进展，为现代医学影像设备学奠定了基础。,CT机的特点是横断面体层成像，无前后影像重叠，不受层面上下组织的干扰，密度分辨率显著提高（比传统X线高10-20倍），还能以数字形式（CT值）作定量分析。（三）数字X线成像设备的发展（见四）四、数字X线成像设备 数字X线成像设备是指把X线透射影像数字化并进行处理后，再变换成模拟图像显示的一种X线设备，与传统的增感屏胶片成像相比，数字X线成像具有以下优点：,、对比度分辨率高；、辐射剂量小，比常规方式降低30%-70

10、%；、成像质量高，能用计算机进行图像后处理，更细致的观察感兴趣的细节；、可利用大容量的光盘存储数字图像，消除用 胶片记录X线影像带来的种种不便，并能进 入PACS，实施联网，更高效、低耗、省时间、省空间地实现图像的储存、传输和诊断。,数字X线成像空间分辨率不如胶片，约为2-4Lp/mm（胶片空间分辨率一般在6Lp/mm以上，高档微焦点X线机可在几十Lp/mm），但散射线使胶片的感光范围发散，导致锐利度（与空间分辨率有关）下降，而数字成像能大幅度克服锐利度的下降，加之其对比度分辨率高，所以可满足诊断的需要。综上所述，数字X线成像设备的发展对远程放射学系统的发展具有决定性的影响，这些设备在21世纪

11、将成为大中型医院放射科的主导设备，因此具有广阔的发展前景。,（一）数字成像技术的基础1、电子计算机系统：从1946年计算机诞生以来，大约每隔5年其运算速度提高10倍，可靠性提高10倍，体积缩小10倍，在20世纪50年代以来，计算机的生产数量以每年25%的速度递增。计算机之所以发展迅速，其原因在于它的广泛应用，包括5个方面：科学计算；自动控制；测量和测试；信息处理及；教育和卫生,计算机的问世，为人类的健康长寿带来了福音。一方面，使用计算机的各种医疗设备应用而生，如CT、MR、CR、DR等。无疑这些先进的仪器和设备为疾病的早期诊断提供了可靠依据，对疾病的治疗起到了非常重要的作用。另一方面，集专家经

12、验之大成，利用计算机建成各种各样的专家系统及各医院间的远程会诊系统，对疾病的诊断和病人的康复发挥了很大的作用。,2、数据采集：（1）采集数据系统的组成 A/D（模数转换器）即analogue-to-digital convertr,将模拟图像（analogue image）转化成数字图像（digital image），RDCP（数据收集处理器）即reconstruction and date collection processor）。,图三,（2）数据采集原理：图4A B C 上图A为一幅手的X线照片，其中有一条横线。现分析沿这条线的一维像，图B给出横线上一维像的密度随距离变化的连续函数，图

13、C是用数字表示的一维数字图像。在进行数字化时，采取每2mm采一个点，即每个象素的宽度为2mm。像密度数值用0-255共256个整数表示。256=28，像密度用8位二进制数表示。,在上述例子中，取横线宽度为1mm，把整幅图像化分为若干条横线，这样每个象素即为1mm2mm。在扫描中，这个宽度叫层厚（slice thickness）。每条横线可获得一幅一维图像。按上述方法再变为一维数字像，这些一维数字图象就可以组合成一幅二维数字图像。（3）、A/D转换器和D/A转换器 要完成数据的采集少不了要用A/D转换器，数字图象要有屏幕上显示，也离不开D/A转换器（digital-to-analogue con

14、verter）。在医学影像设备中，由摄像管和各种传感器、探测器、接收器得到的都是时域的模拟信号。在数字影像设备中时域的模拟信号经A/D转换器变为数字信号，再经D/A转换器变为模拟信号。,（4）数字图像的表达要素 数字图像是由不同亮度和颜色的点组成的二维点阵，一幅图像由多少个这样的点组成，在进行信号采集之前必须做出选择。点的多少，即矩阵的大小，直接决定了图像的空间分辨率（spatial resolution）。数字在这里不仅意味着数码，而且表示了某点的亮度或颜色。当一个点阵还有足够多的点时，并且点与点之间足够近时，看起来就是一幅完整的图象。数字图像显示为二维点阵，能表达数字图像的两个要素，即点阵

15、的大小和每个点的灰度值。存储一幅数字图像只要记录下点阵的大小和每个点的灰度值即可。数字图像的灰度值是某一点的亮度或色彩在给定亮度或色彩序列中次序的数值。,3、图像显示（1）观察数字图像的要点：图像显示的目的是供医师阅读并结合相关知识做出诊断，指导疾病的治疗。数字图像的阅读方法有其自身的要领，不同的数字图像其阅读要点不同，掌握正确的阅读方法是必要的。如CR、DR、DDR在阅片前首先要弄清是哪一种成像技术的哪一种成像方法，然后按照普通X线片的读片方法去观察，并要注意窗宽、窗位。CT图像属于断面成像，最大的优点是密度分辨率高，对组织器官的密度反映，既可用灰度来表示，更重要的可用CT值来测量，还要注意

16、扫描序列，是平扫、还是增强、窗宽窗位是否合适等。核素现象则是以脏器与病变之间的放射性浓度差异为基础的脏器或病灶的显像方法。反映了脏器或病变的功能、生化及代谢的变化，对其图像的观察，要注意显像时间、浓聚程度以及动态与静态的区别，还要注意两侧的对比观察。,为了获得图像的最佳观察效果，要注意观察图像的距离。一般在观察电视监视器时，最佳距离为40-50cm，观察阅片灯上图像时，最佳距离为60-70cm。除此之外，还取决于其它观察要素，如图像质量、环境条件、观察者的习惯、视力和经验等。（2）图像的显示方法：数字图像的特性决定了其显示方法的多样性。多幅显示和单幅显示；动态显示和静态显示；放大显示与缩小显示

17、；二维显示与三维显示。,4、图像存储 图像存储离不开存储器，存储器是一种记忆设备，它的作用是存放程序和数据。存储器的主要性能指标是：存储容量、读取时间和存储周期。存储容量：存储容量是指一个存储器中可容纳的单元总数，存储容量越大，能存储的信息就越多。存储容量常用位（bit）或字节数（B）来表示，如64KB、10MB、10GB、10TB，其中1KB=210B、1MB=220B、1GB=230B、1TB=240B。,读取时间是指存储器的访问时间，即为从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。存储周期是指连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间。通常，存储周期略大于存储时间。在日常工作中常用

18、的存储方式有以下几种：（1）硬盘存储；（2）软盘存储；（3）磁带存储；（4）光盘存储；（5）磁盘阵列存储。,5、图像后处理（1）窗宽与窗位 在监视器上观察数字影像时，最简单的最直接的后处理方法是调节图像的窗宽（window width,WW）与窗位（window level,WL）。所谓窗宽是指对应用于图像灰度级的范围。窗位是指对应灰度级的中心位置。就CT而言，当我们选择窗位为100，窗宽为100时，则CT值50-100的组织将被显示出来。而此时CT值高于150的组织置全白，低于50的组织置全黑。,（2）边缘增强 边缘增强是采用计算机软件自动完成的图像后处理技术。它的原理是把图像边缘的象素值重

19、新计算，得出一个新象素值，它所表示的灰度值与原素值有明显的差异。如果原象素值的灰度显示为白（或亮），那么，新象素的灰度则显示为更白（或更亮）。反之，如果原象素的灰度为黑（或暗），那么，新象素的灰度则显示为更黑（或更暗）。边缘增强的作用是把人眼难以辨认的轮廓得以增强，使其能清晰的显示毗邻的解剖关系。,（3）对比度增强 对比度增强是DSA中一种必不可少的环节，下图是减影及结果对比度增强的原理说明。图中（a）为蒙片（mask）像，（b）为造影像，（c）为减影像，（d）为对比度的增强后的减影像。其中（c）至（d）图像信号幅值已被成倍的放大（5-10倍）。,图5,（4）多平面重建（mltiple pla

20、na reformtting,MPR）MPR是后处理功能中最常用的方法之一，是通过薄层容积采集获取数据经计算机处理获得多方位、多平面的图像。通过MPR后，可以得到三维的立体效果。根据临床需要萃取剥离和叠加的方式，还可以把病变和邻近组织的病变的供血血管用不同的颜色作出标识，并辅以动态显示（连续旋转）能获得非常直观的立体印象。,图6,（5）最大强度投影(Maximum Intensity Projection）MIP 是把一组信号强度最大的象素元通过投影方式叠加在一起，形成一幅只有高信号强度的影像。MIP多用于容积采集后的血管和复合单层的FSE采集的输尿管与胰胆管的重建。（6）表面重建(surfa

21、ce reformatting)表面重建图样是以容积采集为基础的一种重建后处理方式。在表面重建的基础上，可根据病变的部位和临床需要，在合适的方位进行切割，以观察病变的确切位置、深度以及与周围组织的关系。这样，能更直观地给临床医师一个立体印象。多用于颅脑、支气管和肠道等部位。,（7）仿真内窥镜(virtual endscope,VE）VE是以CT或MR资料为资源，采用特殊计算机软件对空腔气管内表面有相同象素值的部分进行立体重建，模拟光学纤维内窥镜效果的方式来显示其腔内结构，并附加伪彩着色，以获取人体腔道内三维或动态三维解剖学图像的一种新方法。VE广泛应用于不同部位的管腔脏器。,图7喉部仿真内窥镜

22、,6、图像质量：医学数字图像质量决定于成像方式，设备的整体性能和操作者选用的成像参数。医学专家检出病变过程的能力取决于三个主要因素的综合作用，它们是：图像质量，图像观察条件和观察者的工作经验。可见，图像质量优劣的重要性。评价数字图像质量的指标有：（1）噪声（noise）（2）信噪比（signal-noise ratio,SNR）（3）对比度（contrast）（4）分辨力（resolution）,（1）噪声（noise）噪声是在成像过程中，微粒子随机产生的空间波动。这些微粒子都是彼此独立的，随机分布在被采集的客体中，就像刚下雨时初落在地上的雨滴是稀疏不均的。信号采集完成后，这些微粒子的信号就不

23、均匀的分布在图像上表现为图像噪声。噪声的大小决定于在一个小区域内不同点之间微粒子的密集程度，噪声从原则上讲是难以消除的。以量子噪声为例，如果在一个图像上，每个部位的光子数（表达量子噪声的物理量）都相等，那么量子噪声源为零。但实际上，图像上的光子数不会如此均匀，大部分区域所接受的光子数不是等于就是少于平均数。,（1）噪声（noise）视频图像中经常会有来自各种电子源的噪声称为电子噪声。组成视频系统的某些电子元件，可能称为电子噪声源。其它的电设备，如电动机和荧光灯，甚至大气中的自然现象，都会产生电子噪声而被视频系统拾取。图像噪声的存在，可使获得的影像不清晰，最重要的是噪声的存在掩盖或降低了图像中的

24、某些特征的可见度。为了抑制噪声，可将图像对比度调低，即低窗位、高窗宽，可使图像的视觉噪声明显降低。另外，还可使用交融单个像素的值与邻近一些像素的值的方法来减少噪声。,（2）信噪比（signal-noise ratio,SNR）SNR是评价图像质量的重要指标之一。SNR是指信号强度与噪声强度的比值。信号是指某一兴趣区内像素的平均值。噪声是指同一兴趣区等量象素的标准差。数字成像是一个受噪声干扰的过程，噪声可直接降低低对比度物体的可见度，还可间接降低图像的空间分辨力。如果没有噪声就可以在很短的时间内获得高分辨率的图像。减少噪声干扰的基本措施是增大形成图像的信号强度或降低噪声强度。,（3）对比度（co

25、ntrast）对比度是指增强兴趣区的相对信号强度的差异。在一幅图像中，对比度的形成可表现为不同灰阶梯度、光强度或颜色。对比度是图像最基本的特征。成像系统建立在图像对比度和客观对比度之间的相互关系，主要表现在它的对比灵敏度。对比灵敏度是成像方法和某一成像系统所用变量的特征。也是关系到系统将物理客观对比度转换为图像对比度能力的特征。如果我们考虑一个具有固定对比度的客体，那么增加对比灵敏度就会增加图像对比度。对比灵敏度高的成像方法（如CT、MR）就比对比灵敏度低的成像方法（如CR）能看到身体内更多的客体。,（4）分辨力（resolution）分辨力是图像对客体的分辨能力。空间分辨力（spatial

26、resolution）：指区分距离很近的两个微小物体的最小极限，即对影像细微结构的分辨能力。常用单位是距离内多少线对，即Lp/mm。空间分辨力是衡量影像质量的重要参数之一，与图像矩阵的大小相关，它与单位面积内含有的象素数目成正比。象素大小与空间分辨力直接相关，象素越小，分辨力越大。如象素为0.460.46，分辨力为1.1Lp/mm，象素为0.170.17，分辨力为3.0Lp/mm。,图8 扫描层面体素及象素,数字矩阵,密度分辨力(density resolution)：指能够区分出密度微小差别的最小极限，即对细微密度差别的分辨能力。密度分辨力是衡量影像质量的另一个参数，与图像中每一个象素接的微

27、粒子的数目成正比。数字图像具有很高的密度分辨力，换言之，数字图像是牺牲了部分空间分辨力换取了较高的密度分辨力。密度分辨力一般是用数字密度计测量的。时间分辨力（temporal resolution):时间分辨力也称动态分辨力，表示的是系统对运动部位血管的瞬间成像能力。时间分辨力越高，对运动器官的成像就越清晰，DSA的时间分辨力最高。,对比分辨力(contrast resolution):对比分辨力表示的是系统对小的血管显示的分辨能力。对比分辨力高的系统，只需用少的对比剂或不用对比剂，就能得到较好的血管影像。伪影：伪影是影响图像质量的一个不容忽视的问题，避免或抑制伪影的产生是大家关注的课题。伪影

28、的形成和形态纷繁复杂，如CR、DR中的异物伪影，DSA中的饱和伪影，CT中的放射状伪影，MR中化学位移伪影等。,(三)数字化X线成像和PACS,1、数字化X线成像2、PACS,数字图象与比特(bit),比特没有颜色、尺寸或重量，能以光速传播，是信息的最小单位。是一种存在的状态：开或关，真或伪，上或下，入或出，黑或白。比特用“1”或“0”来表示，比特通常代表的是数字信息。如：1，10，11，100，101，110，111，代表了1，2，3，4，5，6，7等数字。,像素与比特,就像比特是信息的原子一样，像素可视为图形的分子，一个像素由不止一个比特来代表。它是由“图像”（picture）和“元素”（

29、e1ement）两个词缩合而成的。对于任何一个特定的单色图像（monochrome image），你都可以决定要用多少行和多少列来构图。你用的行和列越多，每个方块的面积就越小，图形的颗粒就越精细，效果也就越好。把全黑的值设为1，全白的值设为255，那么任何明暗度的灰色都会介于这两者之间。而由8个比特组成的二进制位组（称为一个字节，即byte）就正好有256种排列“1”和“0”的方式，也就是从00000000到11111111。,数字化的特点,数据压缩（data comparession）和纠正错误（error correction）的功能，如果是在非常昂贵或杂音充斥的信道（channel）上传

30、递信息，这两个功能就显得更加重要了。比特会毫不费力地相互混合，可以同时或分别地被重复使用。声音、图像和数据的混合被称作“多媒体”（mu1timedia），这个名词听起来很复杂，但实际上，不过是指混合的比特（commingled bits）以光速传输,数字化传输的历史,迟至1980年，电话交谈只能通过铜线进行，每秒传送不超过一页的信号。今天，比人的头发还细的标准光纤，一秒钟可以传、送相当于超过9万卷大百科全书的信号。到2002年，地球上空几百公里上的七百多颗人造卫星组成的星座，将为商业、学校和这个星球各处的个人带来高带宽通信。,光纤,一根头发丝那样细的光纤在不到1秒钟的时间里，可以传送人民日报创

31、办以来每期报纸的所有内容。以这样的速度来传递数据，光纤可以同时传送100万个频道的电视节目大约比双绞线快上20万倍。,什么是数字影像,模拟影像-图像的密度随空间位置连续变化随空间位置连续变化数字影像-图像的密度是由许多不连续的不同密度值(可用数字表示)的点组成的 模拟信息与数字信息可以通过“模数转换器”A/D 或 D/A 相互转换:A/D转换 数字影像 模拟影像 D/A转换,数字影像系统主要组成,影像信息的采集 影像信息的转换及输入 存储器 处理系统 显示器 输出传输系统,数字影像显著的优点,-成像速度快:S/F体系:约10分钟 CR:几十秒 DR:几秒钟;-图像清晰:数字影像具有很高的密度分

32、辨率-图像处理功能强:计算机软件技术可对图像进行窗宽,窗位,大缩小,图像旋转,黑白反转,图像旋转,标记测量等多种处理;-获取信息更多:由于数字系统动态范围广,一次拍摄可以看到多种组织;-图像保存方便:硬盘,磁盘,光盘等多种保存形式;-图像可以远程传送:利用网络技术实现图像的远程传送,异地会诊;-提高工作效率,减少开支,创造更好的经济效益及社会效益.,典型的医学数字影像,CT-Computed Tomography 计算机断层扫描MRI-Magnetic Resonance Imaging 磁共振成像DSA-Digital SubtractionAngiography 数字减影 血管造影DF-D

33、igital Fluorography 数字荧光摄影 DSI-DigitL Spot Imaging 数字点片成像ECT-放射性核素发射计算机断层扫描成像PET-正电子发射断层扫描(正电子发射CT)SPECT-单电子发射断层扫描(单光子发射CT),CR-计算机射线成像(Computed Radiograph),X-线信息 IP 板 潜影 激光扫描 紫外光 信息光电倍增管 电信号 A/D 数字信息,IP板(IMAGE PLATE),是由不变形的刚性铝板制成的成像板,其中的感光物质是一种光辉尽性荧光物质(例 含有微量铕离子的氟氯化钡晶体-B：）在X线的作用下形成潜影,再经非接触式激光扫描可得紫外光

34、信息.再经光电转换,A/D转换得到数字化影像信息.,CR成像的原理,-X-射线照射IP板时,IP板上荧光晶体中的二价铕离子被激发为三价铕离子,并放出电子至周围的导带中:+e 导带中的电子被晶体中 的卤离子空穴捕获,生成半稳定状态的“F中心”-潜影;,-激光扫描IP板形成荧光模拟影像:波长为600nm左右的激光扫描IP板时,激光被F中心吸收,使F中心的俘获电子重新释放到导带上,再被三价铕离子捕获,变为二价铕离子:+e+这个过程伴随释放大量能量而发出波长为390-400nm的荧光模拟图像，该荧光的波长与激光无关，而其强度与 F 中心的大小（曝光大小）成正比，荧光信息再经光电转换为电信号，A/D转换

35、为数字信号，输入计算机处理成为数字影像.,IP板及氟氯化钡晶体结构,IP板工作原理示意图,CR工作流程示意,X 射线对IP板曝光,激光扫描IP板,采集影像信息并数字化,擦除IP板信息,影像采集工作站,影像采集工作站,打印管理工作站,质量管理工作站,网络集线器,激光打印输出,CD 刻录存档,Kodak CR 800,Kodak CR 900,DR 数字射线成像(Digital Radiograph),X-线信息 影像增强器 可见 光信息 CCD 摄像管 光电转换 视频电信息 图象卡 A/D转换 数字信息,D R也是一种间接的数字化影像，即X射线的信息首先转换为光信息，再转换为电信息，再转换为数字

36、信息,间接平板检测器-IDR,X-线信息 CsI闪烁体 可见光信息光电二极管 薄膜晶体管 电信息 A/D转换 数字信息这种间接平板检测器-IDR的关键在于柱状结构的 CsI闪烁体类似于一束束光纤导管引导X-射线激发的荧光沿着平行的方向传递至光电二极管,减少闪烁体的光散射.其结构及使用更接近直接平板检测器-DDR,DDR 直接数字射线成像(Direct Digital Radiograph),X-线信息 非晶态硒 电信息 A/D转换 数字信息 非晶态硒涂盖于薄膜晶体管阵列上,每个晶体管的尺寸为 139 x 139 m 相当于14 x 17 英寸的范围内有 2560 x 2560 个象素单元,每个

37、象素单元均可在控制电路的触发下把单元储存的电荷传输到外围读出电路,经14比特的A/D转换成为数字化影像信息.由于这个过程是将X-线信息直接转换为电信息所以又称为直接DR 或DDR,Cutaway of Kodak Direct Radiography detector,Kodak Direct Radiography detector&X-ray unit,各种数字影像的比较,各种数字影像的比较,各种数字影像的比较,CR的优点：1、便携2、IP机械强度高，不易损害，有刚性、柔性板之分。3、价廉4、小板图像优于大板图像质量。CR的缺点：1、工作流程未变，甚至变的更复杂，成像速度慢。2、IP为易耗

38、品，图像质量随使用次数增多而下降，到一定时候需更换。,DR的优点：1、图像质量优于CR；2、几乎即时成像（工作流程明显简化）；3、人工操作工作量小；4、平板寿命长；5、可做透视检查。DR的缺点：1、专机专用，目前不能现场摄片；2、平板较脆弱，对环境条件要求较高（如湿度、温度）；3、投资相对较高。,对CR、DR的评估意见,选择DRDR价格高于CR两倍，但效益也高于CR2倍；病人流量增加，图像质量提高；检查时间明显缩短。选择CR资金少，较小的医院适合实用；干片化的医院不能没有CR，因CR可到病房或现场去；开始用CR到一定时候改用DR；习惯于CR使用等待一段时间，观察DR技术的进一步完善。,目前状况

39、,1、CR主要发展：CR针状成像板、飞点扫描技术。2、DR主要发展：移动板的使用3、价格因素但要考虑累积投资；4、医保后，检查费用变得十分敏感；5、DR还在导入市场，预计今明两年是DR年6、有的公司两者都在推广。所以一般人士认为是绿了芭蕉，红了樱桃，各得其所，眼见为实。,对图像质量的认识,1、普通X线胶片银颗粒模拟像 数字化胶片像素数字化像2、二者几何尺寸相差甚远3、空间分辨率决定最小成像单元 密度分辨率决定病变的显示 信息的获得取决于以上两种分辨率4、综合之，数字化图像质量必然优于模拟图像5、读片方式由观片灯读片监视器阅片（软图片）,对软图像的认识,1、成像方式多以数字化成像为主，增长速度甚

40、快；2、图像数量多；3、宽容度大，动态范围大，一次曝光可得到从骨骼到软组织的所有信息。4、后处理功能的应用；5、各种成像方式图像的综合分析（比较影像学）6、动态图像的观察，反复回放；7、图像可多角度观察；8、图像可一次采集，多种方式显示；9、融合成像，如MRI+PET 融合图像（即形态+功能）CT+PET 融合图像10、动态线性的调节；11、三“E”即任何人、任何时间、任何地点都可做大影像的综合分析；12、远程影像会诊；13、计算机辅助检测诊断（CAD），有人称之为第三只眼。,3、数字减影血管造影(digital subtraction angiography,DSA）DSA是常规血管造影术和

41、电子计算机图像处理技术相结合的产物。普通血管造影图像是由很多的解剖结构的影像相互重叠而成，想单独观察血管较为困难。早在20世纪60年代出现了X线照片减影术(radiographic image subtraction）。主要用于脑血管造影，它将同部位、同体位的血管造影片与平片进行光学减影，从而获得仅有血管显示的图像。70年代之后，DSA被作为一种新的检查方法引入了放射诊断学，80年代初，成批的DSA生产投入使用。DSA的处理示意图如下：,DSA是将未造影的图像和造影图像分别经影像增强器增强，摄像机扫描而矩阵化，经A/D转换后获得的数字图像。,图12 象素化、数字化图像,数字的掩模像（蒙片）和造

42、影像相减后即获得数字化的减影像，再经D/A转换获得模拟减影像。即消除了造影血管以外的结构，突出了被造影血管的影像。在DSA系统中，根据不同的使用目的，可有各种不同的方法，如时间减影、能量减影等。（1）时间减影 经导管向血管内注入对比剂，在其到达欲查血管之前和血管内出现对比剂，对比剂处于高峰和对比剂廓清这段时间，使检查部位连续成像。在这系列图像中，取一帧无对比剂的图像作为蒙片和一帧含对比剂的图像，用这同一部位的两帧图像的数字矩阵，经计算机行数字减影处理，使两个数字矩阵中代表骨骼及软组织的数字被抵消，处理后的数字矩阵经D/A转换器转换为的图像则没有骨骼和软组织影像，只有血管影像，达到减影的目的。这

43、两帧图像称为减影对。图像因为在不同时间所得，故称为时间减影，目前多用这种方法。,（2）能量减影 能量减影也称双能减影，在进行被检查区血管造影时，几乎同时用两种不同的管电压（如70KV和130KV）取得两帧影像，对它进行减影处理，由于两帧影像利用不同能量的X线摄制，所以称为能量减影。这种减影方法利用了碘与周围软组织对X线衰减系数在不同能量下有明显差异的特性，若将一块含骨、软组织、空气和微量碘的组织分别用70KV和130KV的管电压曝光，则后一帧影像比前一帧的碘信号大约减少80%，骨信号减少40%，软组织信号减少25%，气体则几乎不衰减。,若将这两帧影像相减，所得的影像将有效消除气体，保留少量软组

44、织影及明显的骨影和碘信号。若将130KV时采集的影像用1.33的系数加权后再减影能很好的消除软组织和气体影，仅留下较少的骨信号及明显的碘信号。从原理上看，能量减影是一种较好的减影方法，但对X线机的要求高（一般X线机不能采用这种方法）。（3）混合减影 把能量减影和时间减影技术相结合产后的技术即为混合减影，对设备的要求更高。,PACS的定义,PACS(Picture Archiving and Communications Systems)即图像存储与通信系统，是应用于医院中管理医学影像设备，如CR、DR、CT、MR等产生的医学图像的信息系统。,PACS的要点,医学影像的获取数据库管理在线存储离线

45、归档,图像显示与处理与HIS/RIS的接口胶片打印网络(LAN&WAN),PACS系统在临床诊断中的优点,异地访问图像复制(无失真)同步显示(多形态数据)快速传送多角度观察诊断,诊断报告的管理缩短诊断时间减少胶片管理工作量过期数据的在线访问,CT,MRI,超声,CR,激光相机,超声科诊断工作站,预处理,预处理,服务器,RAID,存储局域网,放射科诊断工作站组,其它科室诊断台,PACS系统结构图,用户信息管理,左图为添加新用户全部信息的窗口，其中加*号的必须填写（选择）右图为用户列表窗口，可按四种显示模式显示在用户列表中双击某记录则进入与左图类似的“修改用户属性”窗口,PACS系统管理,各项信息

46、管理,左图为管理工作组信息的窗口，维护工作在此完成在工作组列表中浏览有关内容，在上方的编辑框中编辑工作组属性部门、权限、检查设备、检查状态、检查部位、诊断报告、客户端类型的信息维护界面和操作与此界面类似,PACS系统管理,工作组权限管理,左图为管理工作组权限的窗口选择工作组后，下方的列表框显示当前工作组已有权限和未授予的权限在权限列表中选择权限后，单击“添加”或“删除”按钮可改变工作组的权限通过给某用户分配组员资格来控制该用户的权限,PACS系统管理,分诊台处理,检查编号及若干检查信息由系统自动生成用户输入病人、检查设备、检查部位的编号后系统给出其它信息以利查对界面设计优先考虑利于进行快速的键

47、盘操作,主要工作界面,预处理工作站,当载入图象后，将左上角的检查号填入相应位置，匹配后按发送键将所有相关信息发送到数据库服务器。,放射科诊断工作站,未诊断检查列表自动或手动更新检查类型过滤,自动工作列表：,图像诊断：,图像显示和浏览对比度和亮度调整图像放大旋转、翻转和播放图像滤波,放射科诊断工作站,放射科显示工作站,诊断报告：,使用模板新建诊断报告使用OLE嵌入 Word功能浏览相关报告三级确认,放射科检查报告单,查询,左图为设定查询条件的窗口，先选择查询条件需要的参数，然后填写或者选择参数的内容右图为查看查询结果的窗口，还可以进行追加查询，保存、查看历次查询的结果，并可删除不想保留的查询结果

48、或记录。,PACS系统管理,归档工作站,归档的功能分类,图像和诊断报告的强制归档(包括数据调入在线)图像和诊断报告的定时查询归档(主要是备份和删除)诊断或教学需要时将数据及时由离线调入在线服务器,点击PACS系统可直接使用PACS数据,临床医生工作界面,临床医生工作界面,数字化后的放射科流程,自动登记同以前检查过程，但无须胶片。无胶片照相（无须暗室洗像过程）自动传输到诊断医生工作站数字签字方式三级负责制存储到在线存储数据库，同时备份。报告和影像自动传输到临床医生工作站,结束语,数字化影像将给放射科的管理提供有利条件改变传统的观片方式规范传统的报告书写方式将改变以往的存储方式使临床影像教学发生革命性的改变将给临床研究带来极大的方便,结束语,数字化影像将改变患者的就诊程序将给医生的诊治程序带来极大的便利极大的提高了急诊医学的水平给手术室带来革命性的变化同样将给临床研究带来极大的方便,谢 谢,