医学成像系统-PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,大家好,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,大家好,*,医学成像系统,1,大家好,课程简介,学时安排：理论,52+,实验,20,主要内容：了解目前主流成像系统的基本原理、构造，并能进行简单的系统分析与维护,概述,投影,X,线成像系统,X-CT,成像系统,放射性核素成像系统,超声成像系统,磁共振成像系统,医学成像新技术,参考教材：,高上凯，医学成像系统，清华大学出版社,结束,2,大家好,第一章 概述,课程概述,发展历史与现状,医学成像系统评价,从电磁波谱看医学成像,几种成像系统技术比较,医学成像技术展望,本章小结,本章习题,返回,3,大家好,课程概述,图像科学研究内容,图像的形成、获取、传输、存储、处理、分析、识别等,医学图像研究内容,医学成像系统：图像形成的过程，包括对成像机理、成像设备构造、成像系统分析等问题研究,医学图像处理：对已获取的图像作进一步处理，使其更清晰，或更突出其特点，或对图像作模式分类等,主要医学成像系统,本课在课程体系中的地位,返回,4,大家好,医学成像系统,医学成像系统,X,线成像,CT,成像,磁共振成像,放射性核素成像,超声成像,阻抗成像,红外微波成像,可见光成像,返回,5,大家好,本课在课程体系中的地位,返回,医学成像系统,人体解剖学,信号与系统,计算机相关知识,医用物理学,高等数学,普通物理,6,大家好,发展历史与现状,投影,X,线成像系统,X-CT,成像系统,放射性核素成像系统,超声成像系统,磁共振成像系统,其它医学成像技术,未来发展,多维、多模、多参成像系统,新的物理发展形成的新的成像系统,图像归档与通信系统,PACS,返回,7,大家好,投影X线成像系统,X,线产生,1895,，,伦琴，,1895/12/22,第一张,X,线照片,1896,，英国，,X,线首次应用在医疗方面,X,线管的早期发展,离子,X,线管：结构简单，效率低，无防护，曝光时间长,电子,X,线管：,1913-1928,，钨灯丝,X,线管滤线栅，钨酸镉荧光屏，双焦点,X,线管,旋转阳极,X,线管,X,线设备相关技术近几十年的改进,高千伏技术，荧光增强技术，高速增感屏，快速,X,线感光胶片，,X,线影像增强器等,现代设备,CR,，,DSA,等,X,线设备目前存在问题,X,线产生效率低,胶片对,X,线的敏感度不足,返回,我国：,1951,，上海精密医,疗器械厂试制第一台,X,线机,8,大家好,伦琴与第一张X线照片,1895,年,11,月,8,日,晚，意外发现。,威廉,康拉德,伦琴,（,1845,1923,）,第一个诺贝尔物理奖，,1901,年授予,1895/12/22,第一张,X,线照片,9,大家好,X-CT成像系统,人体断面成像，,1969,设计成功，,1972,公诸于世,返回,世界：,1917,，奥地利，雷当，重建算法,1963,，美国，柯马克，论文,1967-1970,，英国，,EMI,公司，豪斯菲尔德，第一台,CT,，,1971/9,放置在伦敦医院,1972,，第一张,CT,照片，用于诊断妇女脑囊肿,1974,，美国，第一台全身,CT,研制成功,1975,，美国，第一台全身,CT,临床使用,1985,，螺旋,CT,用于临床,1998,，多层探测器系统得到应用,1979,，柯马克与豪斯菲尔德获得诺贝尔生理与医学奖,中国：,1983,，颅脑,CT,一代,1988,，颅脑,CT,二代,1990,，全身,CT,三代,主要技术：,图像重建算法,主要问题：,成像速度,10,大家好,放射性核素成像系统,原理：,给病人口服或静脉注射某种放射性示踪剂，使之进入人体后参与体内特定器官组织的循环和代谢，并不断地放出射线。这样我们就可在体外用各种专用探测仪器追踪探查，以数字、图像、曲线或照片的形式显示出病人体内脏器的形态和功能。,特点：,不仅可以看到器官形态，还可以了解脏器代谢情况,分辨率低，,1CM,左右,目前主要设备：,同位素扫描仪,相机,SPECT,，单光子发射型,CT,PET,，正电子发射型,CT,返回,11,大家好,超声成像系统,发展过程,1928年，,R.W.Wood,等人首先应用超声波作为生物学方面的研究手段。,本世纪四十年代，,Firestone,等人开创了利用超声波诊断疾病的先例，,A,型超声仪器,五十年代，超声心动图仪，即,M,型仪器,六十至七十年代是,B,型超声仪器,出现并极大发展的时期，,超声,CT,的研究工作开始进行,八十年代，将,脉冲超声多普勒血流仪,与,B,超相结合，还产生了双功能超声诊断仪。,九十年代，,彩色,B,超,诞生,医学诊断上所使用的超声波频率一般为0.5,MHz15MHz,，常用的是,2.5MHz5MHz,优点：对人体无损，无创，无电离辐射，实时动态，便宜,缺点：图像分辨力难以突破,返回,12,大家好,磁共振成像系统,1946,年，,美国麻省理工学院（,MIT,）的,E.Purcell,及斯坦福大学的,F.Block,领导的两个研究小组各自独立地发现了磁共振现象。,Purcell,和,Block,共同获得,1952,年诺贝尔物理学奖；,1971,年，,美国纽约州立大学的达马迪安,(Raymond Damadian),对移植入恶性肿瘤的小鼠进行磁共振波谱试验,发现肿瘤组织的,T1,时间比正常组织的长,1973,年，,同为美国纽约州立大学的洛特波尔，获得第一幅,MRI,图像,1973,年，,英国诺丁汉（,Nottingham,）大学的曼斯菲尔德（,Peter Mansfield,）等用线性梯度场来获取磁共振信号的空间定位，并于,1976,年使用该方案开发出了一种快速扫描核磁共振成像技术。,1977,年，,达马迪安及其同事经过,7,年的努力，终于建成了人类历史上第一台全身磁共振成像装置,1980,年，,第一幅人体胸腹,MRI,图像产生，,MRI,商品化,13,大家好,磁共振成像系统,1984,年，,美国,FDA,批准核磁共振使用于临床；,1986,年，,中国科健公司与美国波士顿的,Analogic,公司成立合资公司，名为安科公司，开始发展我国的磁共振成像产业，,3,年后，第一台磁共振成像设备通过鉴定，第二年，第一台国产磁共振落户河北；,1998,年，,世界磁共振成像年；,2003,年,的诺贝尔医学与生理学奖分别颁给了已是古稀老人的洛特波尔和曼斯菲尔德优点：,对人体无创,可对组织形态与功能两方面分析,分辨率高,任意截面成像，易构造 三维图像,对软组织敏感,返回,缺点：,成像速度慢,对钙化灶与骨皮质灶不敏感,铁磁性植入者禁忌,定量诊断有难度,返回,14,大家好,其它医学成像技术,红外成像,1933,，哥本哈根大学国家医院，哈克塞森，利用红外成像进行皮肤病学研究。,目前主要用于静脉摄影（静脉曲张），透照技术（儿童脑疾），肝病理、肿瘤、皮肤病等方面检查,光学成像,可见光成像，观察人体器官,阻抗成像,近二十多年来发展起来的，利用物体表面电测量来重建反映内部组织结构及功能变化的图像技术,无创，简单，可进行连续脑图像监护,生物电阻抗断层成像,EIT另外还有,微波成像,、电磁感应成像等先进技术,返回,15,大家好,微波成像简介,也称为非均匀介质成像,是一种非接触式测量成像,.,诊断所用的微波源功率非常小,是非常安全的非电离辐射成像,.,利用生物组织的复介电常数,(,介电常数,:,电容有电介质与无电介质时的电容比值,),成像,主要用于得到生物的温度分布,血流含氧量等生理指标,对软组织形态也有较好成像,上世纪,70,年代开始欧洲帅先研究,目前有成像系统但未用于临床,.,返回,16,大家好,音频,射频,红外线,可见光,紫外线,X,射线,射线,20k,20,300G,100,0.76,0.4,0.01,100,长波,中波,短波,超短波,微波,亚毫米波,超长波,放射线设备使用的频谱,频率,(Hz),波长,(M),电磁波谱,17,大家好,几种成像系统技术比较,18,大家好,医学成像技术展望,目的,在保证人身安全的前提下，努力改进信息传递方式，提高信息传递效率并使用新的信息表达形式。提高图像质量，其最终的医疗目的是更精确地发现人体组织初期病理变化，为早期诊断治疗提供依据。,医学成像系统的主要临床应用,提高临床诊断水平,实现治疗中的监护，提高治疗的有效性,外科手术规划,图像的计算机管理,发展趋势,从模拟到数字；从平面到立体；从局部到整体；从宏观到微观；从静态到动态；从形态到功能；从单一到综合,多维，多参，多模,PACS,图像归档与通信系统,是利用现代计算机和通信技术替代传统的胶片格式图像，以,数字格式处理,图像，从而以,高效率、高性价比,来检查、存储、查询、提供医学图像,返回,19,大家好,应用PACS系统的好处,实现过去与现的图像对比,提高诊断精度,经过图像处理，可以更容易、更精确地发现病灶,方便进行病历等资料查询,操作的实时性，图像信息的可靠性大大提高,使远程医疗成为可能,返回,20,大家好,本章小结,主要内容,发展历史与现状,医学成像系统评价,医学成像技术展望,重点,五种常用医学成像系统的历史，特点,五种常用医学成像系统的对比,返回,21,大家好,本章习题,1,、目前主要的医学成像系统有哪几种,2,、几种成像系统在原理测试对象、观察目的、分辨力、对人体伤害、临床适用性等方面的比较,3,、医学成像系统的总的发展趋势是什么,4,、哪些成像系统会对人体造成电离辐射,返回,22,大家好,第二章 投影,X,线成像系统,X,线成像的物理基础,X,线产生及其性质,X,线的衰减,投影,X,线成像设备,荧光透视成像系统,胶片摄影系统,评价成像系统与图像质量的客观标准,对比度,，,不锐度,，,分辨力,，,调制传递函数,投影,X,线成像系统分析,X,线源,，,记录器,，,系统总响应,数字,X,线摄影,数字,X,线图像的采集,数字,X,线减影,数字,X,线摄影的优点与应用前景,章节小结,作业,返回,说明,23,大家好,X线成像系统说明,X,线成像系统主要有,普通,X,线成像系统,数字化,X,线成像系统,计算机,X,线断层成像,X,线机按功能分类,诊断用，治疗用,X,线机按管电流划分,大,500mA;,中,100400mA;,小,50mA,临床应用主要机型,普通摄影用,X,线机,;,消化道造影用,X,线机,;,胸部摄影用,X,线机,;,血管造影用,X,线机,;,乳腺摄影用,X,线机,;,牙科用,X,线机,;,床旁用,X,线机,;,手术用,X,线机,返回,24,大家好,X,线产生及其性质,产生,X,射线的主要设备：,X,射线管,旋转阳极,X,线管结构,X,线产生的条件,旋转阳极用钨表面的原因,X,线谱,(,按形状分）,连续线谱,，也称韧致线谱。从较短波长到较长波长连续的谱，称为连续线谱,特征线谱,，也称标识线谱。在连续线谱上叠加的一些突出尖峰称为特征线谱,X,线的性质,返回,25,大家好,高速,带电粒子,撞击物质突然受阻而变速,产生,X,射线,旋转阳极技术,:,增大焦点面积，扩大球管散热面提高球管功率和寿命。,旋转阳极球管的靶面,旋转阳极,X,射线管示意图,玻璃壳：防护，使内部真空,阴极：灯丝，发射电子用,阳极靶面：一般用钨表面，当高速电子撞击时产生,X,线,转子：带动阳极转动,26,大家好,27,大家好,X线产生的条件,有电子源,加了低电压的灯丝可发射电子,有高压电场,30-200,千伏，加速电子,有真空条件,避免电子在加速运动中碰到过多阻力,有适当阻挡物,金属靶面，用来承受高速电子的能量，使高速电子的能量转化为,X,射线,返回,28,大家好,旋转阳极用钨表面的原因,高速运动的电子所失去的功能中大约有,1%,能量变成,X,线，其它,99%,的能量转化为热能，旋转阳极就是为了散热快,X,线的转换效率由两个因素决定：靶面材料的原子序数,Z,与自由电子本身能量,转换效率,=1.4*10,-9,ZV,选择钨表面的原因是,钨的原子序数较大,钨的熔点较高，为,3370,钨的导热性能比较好,注：其它表面金属,元素 符号 序数 熔点,钼,Mo 42 2917,钯,Pd 46 1532,铑,Rh 45 1966,返回,29,大家好,连续线谱,连续线谱的产生机制,高速运动电子在靶面原子核电场作用下，改变运动方向和速度。所损失的动能中有一部分转化成,X,线光子被辐射出去，由于带电粒子与原子核相互作用情况不同，所以辐射出来的,X,线光子能量也不一样，故有连续的能谱分布,连续线谱特点,强度随波长连续变化,每条曲线都有一个峰值,每曲线有一个短波极限,当管电压增大时，强度峰值与短波极限向短波方向移动,较低管电压下钨的连续,X,射线谱,短波极限,强度峰值,返回,注：短波极限与管电压,成反比，与其它无关,30,大家好,特征线谱,特征线谱的产生机制,原子核外电子的跃迁。当高速电子撞击靶面时，可能与原子的内层电子相互作用而将内层电子轰出，使原子呈现出不稳定状态，当具有较高势能的外层电子填补内层电子空位时，即释放出多余能量，特征射线波长与靶面物质有关，并只有在高压下才能产生，原子序数越高产生特征辐射波长越短。,注：特征放射的波长是由跃迁电子的能量差决定的，与高速电子的能量无关，主要取决于靶面物质的原子序数,返回,注意,:,在,X,线产生中，,特征,X,线很少,诊断、治疗中,，,主要是连续,X,线,。,31,大家好,X,线的性质,物理特性,基本性质,医学方面应用的性质,穿透作用,荧光作用,电离作用,化学特性,感光作用,脱水作用,生物效应,返回,32,大家好,基本性质,本质与普通光线一样，属于电磁波，但波长比可见光更短，介于紫外线与,射线之间。,与普通光线一样具有波粒二重性。,每个,X,线光子具有能量,E=h,（,h,是普朗克常数，,6.626*10,-34,J/S,；,是频率）,X,线以光的速度直线传播，同时服从光的反射、折射、散射、衍射等一般规律,返回,33,大家好,穿透作用,X,线波长短，能量大，能穿透一般光线不能穿透的物质，而且,X,线对人体的不同组织的穿透性不同，如下表：,返回,34,大家好,荧光作用,当,X,射线照射在某些荧光物质（磷、钨酸钙等）时产生荧光，由于荧光物质受,X,线照射时，物质的原子被激发或电离，当被激发的电子恢复到基本态时，便可放出荧光，利用这一性质，可观察,X,线图像,与此性质有关的设备有：,X,线透视荧光屏、增感屏、影像增强器、闪烁计数器等,返回,35,大家好,电离作用,具有足够能量的X线光子可以从原子中击脱电子产生电离（一次电离），甚至脱离了原子的电子还能与其它原子碰撞产生二次电离,这一性质的主要应用有：X线剂量检测器，它主要是根据气体分子电离电荷的多少来测定X线剂量,返回,36,大家好,化学特性,感光作用,胶片乳剂中的溴化银受,X,线感光，经化学显影，还原出黑色的单质金属银颗粒，其黑度取决于感光程度，,X,线摄影即是利用其化学感光作用使组织影像出现在胶片上。,脱水作用,某些物质经,X,线长期照射后，因结晶体脱水而逐渐改变颜色,返回,37,大家好,生物效应,生物细胞在爱到X线的电离辐射后可能损伤甚至坏死，这方面主要应用是：放疗,生物细胞在爱到X线的电离辐射后可能破坏细胞结构甚至是基因改变,返回,38,大家好,X线的衰减,当,X,线穿透人体时，出现衰减,I,o,P=,E,/,C,51,大家好,X线衰减对X线成像的影响,肌肉、脂肪、骨等物质的质量衰减系数不同，能量变化如图,肌肉与水的质量衰减系数差不多，脂肪小于肌肉，骨最高,在能量较低时，光电效应起主要作用，因此骨（钙）在能量较低时衰减快,能量较高时，康普顿散射起主要作用，故三者相差无几,利用这一特点设计出的双能量,X,线减影成像设备可获取不同组织的清晰图像,会产生射线硬化现象,产生原因是由于高能量,X,线穿透力强，低能量,X,线穿透力差，在,X,线通过人体时，较多的低能量,X,线被衰减，这使得,X,线入射前后的,X,线谱发生变化，即强度峰值向高能量方向位移,对,X,线成像系统来说主要影响是会出现图像畸变，要进行硬化矫正,返回,能量(KeV),/p,（,cm,2,/g,）,脂肪,肌肉,骨,52,大家好,X线常用衰减解析公式,总的衰减系数为三种散射之和,=,C,+,R,+,P,对某特定元素，衰减系数的解析式为,其中：,为密度；,Ng=N,A,（氢）或,NgN,A,/2,（其它）,N,A,为阿伏加德罗常数，约为,6.02*10,-23,(1/mol),；,f(,),称为康普顿散射函数，,为光子能量,f(,),大小为,0.597*10,-24,*e,-0.0028(,-30),；,C,R,=1.25*10,-24,C,P,=9.8*10,-24,K=2.0,l=1.9,m=3.8,n=3.2,返回,53,大家好,荧光透视成像系统,返回,组成部分,主机,:,X,线管,:,产生,X,线,高压发生器：产生高压并控制,X,线强度,控制台：控制距离、焦点等,影像增强器,:,增强影像的亮度。,X,线的输入屏与光电阴极紧密相接，光电阴极在可见荧光照射下产生电子，这些电子在透镜系统中被加速并聚集在输出屏上，由于输入屏比输出屏大得多，加上电子加速等原因，使亮度增益达到,5000,倍左右，可在明室中观察分光器：由于影像增强器输出屏太小，且有时不只一个设备记录图像，为便于观察,摄影机：接收图像,录像机,监视器等,特点：医生除了可用它来观察组织的形态、位置外，还可以观察脏器的运动，但在分辨率上难有更大突破,54,大家好,荧光透视成像系统,55,大家好,胶片摄影系统,组成结构与荧光透视系统基本一致，不同的是用摄影胶片代替荧光屏,片基：用于涂感光乳胶，一般,150,m,感光乳胶：多用卤化银，,10,m,荧光增感屏：涂有荧光材料的薄层，作用是吸收,X,线的能量并将其中一部分转化为可见光使胶片曝光,特点：,分辨率高，可永久记录；但要配一套用于显影、定影用的设备，操作较麻烦，而且不易观察运动情况,返回,片基,荧光增感屏,片基,荧光增感屏,荧光增感屏,56,大家好,对比度,概念：,病灶组织结构与周围组织间存在反差的大小,X,线成像系统中的对比度,公式推导,公式结论,实际工作中影响对比度的因素,为提高对比度采取的措施,返回,57,大家好,X,线成像系统中的对比度,设入射,X,线强度为,I,0,，均匀组织出射强度为,I,1,，含有异物的部分出射强度为,I,2,，则对比度定义为,返回,1,2,L1,L2,或,前者较长用。,推导：由前面公式,求出,I1,，,I2,，并代入对比度公式可得,58,大家好,公式结论,在投影,X,线成像中，图像的对比度仅与被探查物厚度,L,2,及与周围组织间的衰减系数差,2,1,有关，与总的厚度无关,返回,59,大家好,实际工作中影响对比度的因素,上述结论是理想状态下的、未考虑,X,线散射，而散射对图像对比度有较大影响，因此对比度随着病人的总厚度的增加而减小,图像对比度主要取决于被探查物本身与周围组织的对,X,线衰减的差异,胶片的性能与处理图像过程中各种参数的选择也将影响图像对比度,返回,60,大家好,为提高对比度采取的措施,使用造影剂,原理：改变衰减系数。一般采用高衰减系数的材料做造影剂，如钡化物用于检查消化道，碘化物用于检查血管等,使用滤线栅,原理：散射会降低图像对比度，使用滤线栅只能通过原发,X,线，而过滤掉散射来的,X,线,选择合适电压（光子能量），获得最佳对比度,原理：不同能量下不同组织的衰减系数差不同,返回,61,大家好,不锐度,概念：,是用于衡量图像模糊程度的一项指标,造成图像模糊的原因与不锐度指标关系,由于放射源不是理想点或理想平行线,由于物体运动造成,X,线记录器造成,返回,几何不锐度,移动不锐度,屏不锐度,62,大家好,几何不锐度,减小不锐度方法,:,记录器愈接近探测物，模糊边缘的范围愈小，即几何不锐度愈小,特点：,针对静态物体,各项异性,二维函数,返回,63,大家好,移动不锐度,减小移动不锐度方法：,采用较大管电流，目的是在产生同样照射强度的情况下尽可能缩短照射时间,特点：,针对运动物体,一维函数,返回,64,大家好,屏不锐度产生原因：,荧光物质被,X,线光子击中后不是只产生理想可见点光源，而是使接收屏看到一个光晕,减小屏不锐度的方法：,使用较薄的记录器,特点：,所有物体,各向同性,返回,X,X,65,大家好,分辨力,概念,成像系统区分互相靠近物体的能力，是系统所能分辨的两个相邻物体间的最小距离。,分辨力的定量描述,单位距离中的线对数：,LP/mm,（每毫米线对数）,常用成像系统分辨力，见书,22,页图,返回,66,大家好,调制传递函数,使用调制传递函数的目的,线对数是分辨力（不锐度）在空域中的描述，对于分析系统不易做到严格，因此用频域中的方法来描述，这就要用到调制传递函数,调制传递函数的定义,若成像系统的冲激响应为 ，它对应的傅立叶变换为 ，则定义系统的调制传递函数为,调制传递函数特性,调制传递函数表现为低通特性，设截止频率为,P,k,，则高频成份的损失造成了图像模糊,调制传递函数具有级联特性，即整个系统由若干个环节构成，每个环节都有自己的调制传递函数与截止频率，则整个系统的调制传递函数为各环节调制传递函数的乘积，系统截止频率为各环节截止频率中的最小值,返回,67,大家好,X,线源对成像系统的影响,理想平行,X,射线源公式,理想点,X,射线源公式,结论：倾斜物体的图像与物体所在的位置及倾斜角有关,平面,X,射线源公式,对于薄片探查物，在忽略倾斜因子情况下，最终的图像是一个放大的源像与一个放大的物像的卷积,返回,68,大家好,记录器对成像系统的影响,记录器对成像系统影响的有关问题,较厚记录器对,X,线光子有较高俘获率,较薄记录器像的分辨率较高,解决矛盾的方法：使用钨酸钙一类高原子序数材料，能在较短路径中俘获大量,X,线光子；使用双面屏胶系统,公式（频域）,返回,69,大家好,投影,X,线成像系统总响应,空域公式,返回,频域公式,其中,而,代入整理可得,结论,:,当,X,线源的尺寸很小时,s(p),起主导作用,最佳响应发生在,Z,较小的时候,;,反之,当,X,线源尺寸较大时,s(p),频带较窄,最佳响应发生在,Z,很接近,d,的位置上,70,大家好,数字,X,线图像的采集,根据成像原理可将数字,X,线成像设备分为计算机放射成像,CR,、数字荧光摄影,DF,、数字电视摄影系统,DR,、数字减影血管成像,DSA,。,CR:,是用存储屏记录,X,线影像，通过激光扫描使存储信号转换成光信号，此光信号经光电倍增管转换成电信号，再经,A/D,转换后，输入计算机处理，形成高质量的数字图像。,DF:,是穿过病人的,X,线被影像增强器接收后，经,X,线电视系统转换为模拟视频信号，再经,A/D,转换后，输入计算机处理，形成高质量的数字图像。,DR:,分为直接数字,X,线摄影,DDR,和间接数字,X,线摄影,IDR,。,DDR,是采用,X,线探测器直接将,X,线图像变成电信号，再转化为数字图像。,IDR,是先从,I.I-TV,成像链或照片获得,X,线信息的模拟图像，再转换成数字图像，前者的成像原理与,DF,相同，后者是利用数字化扫描仪把照片上记录的模拟信息数字化。,DSA:,是将造影剂注入前后各成一幅像,利用数字图像处理技术进行图像相减,得到血管图像,返回,71,大家好,电视摄影系统,构造：,X,线管、影像增强器等与传统,X,线摄影相同,对数放大器 用于增强信号,A/D,转换器 将模拟信号转换成数字信号,图像存储器 用于存储数字图像,D/A,转换器 将数字图像转换成模拟图像,特点：具有较高的成像速度，分辨率较低，对比度较差,72,大家好,73,大家好,线阵扫描系统,构造,准直器,1,将照射病人的,X,线限制在一条直线带内,准直器,2,防止人体散射的射线进入检测器,检测器 由接收屏与光电二极管组成（常用,512,个或,1024,个），用于感光产生电信号数据,特点,采集过程费时，会带来运动模糊问题,会浪费大量,X,线资源,成像清晰,74,大家好,计算机放射成像,CR,构造,存储屏 是加入钡卤化物晶体的荧光屏，它在,X,射线照射下，吸收,X,线能量并存储形成“潜影”，再用激光束扫描荧光屏，屏上存储信息可转换为可见光放射出来，该存储屏可用强光照射擦除,光电倍增管 用于放大光信号,A/D,转换器,强光源 用于擦除影像,反光镜 用于反射激光与强光,特点,灵敏度高，即获得相同的诊断信息情况下CR,比屏胶系统的,X,线需求量小一个数量级,动态范围宽，超过,10000,：,1,影像更清晰，可达,5LP/mm,工作效率高，擦除只需几秒,返回,75,大家好,数字,X,线减影,减影图像公式,设造影剂注入前，目标图像为,M(x,y),，而造影剂注入后,其中,T,2,(x,y),为注入造影剂处的血管厚度，,2,为造影剂的衰减系数,令,其中,D(x,y),称为对数差图像，,K,为常数,特点,可获取清晰血管图像,双平面的,X,线数字减影系统几乎可同时得到两幅相互垂直的血管造影图像，使血管的立体重构成为可能,多能量减影，可获取某种组织的清晰图像,返回,76,大家好,数字X线摄影的优点与应用前景,改善图像显示质量,减少对病人的照射剂量,可以方便地进行图像后处理,方便进行图像存储与检索,图像通信理加方便,PACS（图像归档与通信系统）的基础,返回,77,大家好,章节小结,X,线成像的物理基础,X,线产生及其性质,X,线的衰减，散射,投影,X,线成像设备的构造,荧光透视成像系统,胶片摄影系统,评价成像系统与图像质量的客观标准,对比度，不锐度，分辨力，调制传递函数的定义与含义,投影,X,线成像系统分析,X,线源，记录器，系统总响应公式的基本原理,数字,X,线摄影,CR,系统的系统组成,数字,X,线减影,DSA,的基本原理,返回,78,大家好,作业,简述旋转阳极,X,线管结构及其特点,简述产生X,射线的条件,说明旋转阳极,X,线管选择钨表面的原因,已知钼的原子序数为,42,，计算在,100,千伏电压下的电子转换成,X,线的效率,(,=1.4*10,-9,ZV),简述连续放射与特征放射线谱的产生机制,已知,X,线管电压,100KV,，求短波极限,(nm)=12.41/V(,千伏,),X,线具有哪些性质,说明相干散射、光电效应、康普顿散射产生的原因,X,线摄影中，光电效应与康普顿散射对成像系统有何影响,能量为,50KeV,的光子作用下，钙的衰减系数是多少？水的呢？,(P16,公式,2-21),返回,79,大家好,作业,X,线荧光透视成像系统主要有哪些部件组成？每个部件的作用是什么？,X,线成像系统实际工作中影响对比度的因素有哪些？提高对比度的措施有哪些？,说明三种不锐度的产生原因。,根据成像公式说明射线源与记录器对成像的影响。,说明,DSA,的基本工作原理。,返回,80,大家好,第三章 X-CT成像系统,基本原理与发展,中心切片定理,平行束反投影重建算法,迭代法,代数法,傅立叶法,直接反投影,滤波反投影,卷积反投影,扇形束反投影重建算法,等角度扇形束扫描图像重建,检测器等距扇形束扫描图像重建,数据重排,X,线衰减系数重建,章节小结,作业,返回,81,大家好,基本原理与发展,X-CT,主要解决的问题,常规,X,线是利用透射原理完成的，它使人体的三维结构通过投影后显示在二维平面上，造成图像上的器官重叠，导致读片困难,X-CT,工作原理,从投影重建图像基本原理,X-CT,特点,X-CT,的发展,返回,82,大家好,X-CT,工作原理,对物体旋转一周进行扫描，得到N个投影数据，根据投影数据利用重建算法计算二维断层图像，并使图灰度值与组织衰减系数一致,返回,投影数据,重建算法,CT,图像,83,大家好,从投影重建图像基本原理,已知,I,0,，每个像素的大小（,d*d1,），可测得,I,1,，,I,2,，,I,3,，,I,4,，根据方程可求得四个衰减系数,返回,I,0,I,1,I,0,I,2,I,0,I,3,I,0,I,4,1,2,3,4,84,大家好,X-CT特点,优点能鉴别较小的衰减系数差，从而提高了对软组织的诊断能力,可以做出人体任意部位的断面图像,更容易利用计算机图像处理技术，如进行图像增强、特征提取、三维重构等,可以较精确地测定出组织的,X,线衰减系数值，从而对组织性质做出判断,缺点,对人体的电离损伤较大,只能成静态图像,返回,85,大家好,X-CT的发展,第一代,CT,一个射线源，一个探测器，同步平移，旋转扫描，缺点是数据采集时间长，优点是具有,I,0,自校功能,第二代,CT,一个射线源，多个探测器，扇形射线束，缺点是数据采集时间比较长，优点是具有,I,0,自校功能,第三代,CT,大角度扇形束旋转扫描，同时使用几百个检测器，明显提高检测速度，但由于不能进行自校，故可能出现环形伪像，一般采用较稳定的检测器或软件校准程序来解决这个问题,第四代,CT,360,。,圆周检测器，只需旋转,X,线源，可以自校，但同一检测器会在不同角度被,X,线入射，故图像质量会受影响,返回,86,大家好,中心切片定理,中心切片定理意义,X-CT,图像重建问题就是从投影数据算出各像素的衰减系数，而重建算法的重要依据就是中心切片定理,从密度函数获得投影数据的过程,中心切片定理描述,切片定理的一个实例,切片定理证明,中心切片定理应用,返回,87,大家好,从密度函数获得投影数据的过程,如图：沿着一个投影方向，对每一条投影线计算密度函数,f(x,y),的线积分，就得到该射线上的投影值。计算该投影方向上所有的投影值，就可得到该投影方向上的投影函数,g,(R),，其中,是,R,与,X,的夹角。,如图：投影线,L,的直线方程可通过,P1(0,R/sin,),与,P2(R/cos,0),两点来求得,xcos,+ysin,=R,极坐标,L,直线方程为,返回,x,y,R,O,O,g,(R),投影线,L,rcos(,-,)=R,88,大家好,中心切片定理描述,某一图像,f(x,y),在视角,时，投影,P,(x,r,),的一维傅立叶变换是,f(x,y),的二维傅立叶变换,F(u,v)=F,（,),的一个切片，切片与,u,轴相交成,角，且通过坐标原点，即,F,1,P,(x,r,)=F,（,)|,固定,返回,密度函数,f(x,y),投影函数,g,(R),F,（,),G,（,）,线积分,1,维,F,变换,2,维,F,变换,固定,89,大家好,切片定理的一个实例,验证当,=90,时，切片定理成立。,对于二维密度函数,f(x,y),，沿,x,方向取投影函数，故投影函数可表示为,返回,g(y),y,y,而,f(x,y),的傅立叶变换为,故,F(u,v),中沿,u=0,的直线上的值是,90,大家好,切片定理证明,投影线,L,的极坐标方程为,xcos,+ysin,=R,由于投影函数的值是密度函数沿投影线的线积分值，即有,另一方面，,f(x,y),的傅立叶变换为,将上式改为极坐标形式，另,u=,cos,v=,sin,，可有,根据,函数筛选性，对,e,的部分改写有,91,大家好,切片定理证明,返回,故有,结论：沿,角方向的投影函数,g,(R),的一维傅立叶变换的结果就是密度函数,f(x,y),的二维傅立叶变换函数在同样角度,下过原点的直线上的值,92,大家好,中心切片定理应用,傅立叶变换法重建图像原理,中心切片定理,傅立叶变换法重建图像过程,在不同角度下测得,N,个投影图像；,将,N,个投影函数做傅立叶变换,将,N,个变换函数构造成一个二维函数,F(u,v),将,F(u,v),反变换可得到,f(x,y),傅立叶变换法重建图像存在的问题,计算工作量非常大。二维傅氏变换等工作量大，将极坐标通过插补运算转换为直角坐标形式数据时计算量大。,可能有较明显的失真。将极坐标通过插补运算转换为直角坐标形式数据，插补误差可能造成图像失真,返回,93,大家好,逐次近似法(迭代法),返回,94,大家好,直接反投影重建算法,简单示例,基本原理,具体做法,算法评价,修正要计算两次二维傅立叶变换，费时,不修正得到的图像模糊,目前此法无实用价值,返回,95,大家好,直接反投影重建算法简单示例,0,0,0,0,0,1,0,0,0,原图像,0,1,0,0 1 0,0 1 0,0 1 0,重建图像,0,1,0,0,0,1,0,1,0,0 1 0,垂直,+,0,0,0,1,1,1,0,0,0,水平0,1,0,+,1,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,1,0,0,1,1,0,0,+,1,1,1,1,1,4,1,1,1,=,对角,反对角,返回,96,大家好,基本原理,一般做法,将每次测得的投影数据原路返回到投影线的各像素上，再将所有反投影图像相加,存在问题,不同角度进行反投影后的重建图像是以原点为中心一系列辐射线，图像会有云晕状模糊,修正方法,将,f,b,(x,y),变换到频域，乘以修正因子，再求逆,F,变换,返回,97,大家好,空域,频域,直接反投影重建具体做法,返回,g,(R),f,b,(x,y),F,b,(,),F(,),f(x,y),直接反投影,2D-FT,*,2D-IFT98,大家好,滤波反投影重建算法,基本原理,具体做法,算法评价,只需做两次一维傅立叶变换,避免了费时的二维傅立叶变换,大大提高了图像重建速度,返回,99,大家好,滤波反投影重建基本原理,基本做法,在某一投影角下取得了投影函数,(,一维,),后,对此投影函数作滤波处理,得到修正的投影函数,然后再做直接反投影重建,可得密度函数,存在问题,如何修正投影函数才能使重建图像为原来的,f(x,y),修正方法,返回,100,大家好,滤波反投影重建具体做法,空域,频域,g,(R),g,(R),F,1,g,(R),F1g,(R)|,|,f(x,y),反投影,1D-FT,*,|,|,1D-IFT,返回,101,大家好,卷积反投影重建算法,基本原理,具体做法,算法评价,R_L,卷积函数形式简单，重建图像轮廓清晰，但由于在频域中采用矩形函数截断，因此在相应的空域中造成振荡响应，如果投影数据有噪声，重建图像质量不好。,S_L,重建图像采用平滑的窗函数进行滤波，因此振荡较小，抗噪声能力也较强。但由于,S_L,函数高频段偏离实际的,|,|,，因此在高频响应方面不如,R_L,滤波,避免了做傅立叶变换，但要做卷积运算,返回,102,大家好,卷积反投影重建算法基本原理,一般做法,本质上与滤波反投影相同，不同的是直接在空域对,g,(R),进行修正。即将,g,(R),与,|,|,的逆傅立叶变换函数,c(R),进行卷积运算，然后将卷积后的结果反投影。,工作关键是卷积函数,C(R),的选择。,C(R),推导与讨论,R_L,滤波函数,S_L,滤波函数,返回,103,大家好,C(R),的讨论,理论上：,C(R)=F,-1,|,|,，但,|,|,不可积,将,|,|,作近似调整，可得,C(R),的特点,C(R),的均值为,0,，根据傅立叶变换的性质，傅立叶变换函数在频率坐标原点的值就是被变换函数的均值。,|,|,在原点为,0,。,C(R),在原点的值是函数,|,|,的均值。而,C(0)=,C(R),在原点附近有较大冲激,当,当,返回,104,大家好,R_L,滤波函数,是,1971,年印度数学家,G.N.R,与,A.V.L,提出,基本出发点：认为实际的二维图像函数总有一个频率上限，因此采用矩形滤波方式,滤波函数的表示,离散化表示,返回,n=0,0 n,为偶数,n,为奇数,105,大家好,S_L,滤波函数,是1974年美国学者L.A.S与B.F.L提出，用平滑的窗函数来约束滤波函数,滤波函数的表示,离散化表示,返回,106,大家好,卷积反投影重建算法基本做法,g,(R),g,(R),f(x,y),反投影,*,C(R),空域,返回,107,大家好,等角度扇形束扫描图像重建,公式,投影函数修正,卷积运算,平滑处理,加权反投影,加权,1/L,2,L,是与,x,y,有关的函数，设一周采集,N,个数据，即,=2,/N,返