1、1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.1 医学影像技术发展历程医学影像技术发展历程 1.2 医学影像系统成像的物理共性医学影像系统成像的物理共性 1.3 计算机医学影像计算机医学影像 1.4 影响对医学图像评价的因素影响对医学图像评价的因素 1.5 医学影像设备的分类与组成医学影像设备的分类与组成 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5现代医学影像技术的应用与发展，印证了现代医学影像技术的应用与发展，印证了100100多年来医学、生物、物理、多年来医学、生物、物理、电子工程、计算机和网络通信技术的诞生与沿革。电子工程、计算机和网络通信技术的诞生与沿革。数字医学影像新技术、新设备对医学影像
2、诊断和数字影像治疗带来许多根数字医学影像新技术、新设备对医学影像诊断和数字影像治疗带来许多根本的改变。本的改变。医院里有哪些医学影像设备和是否开展数字影像介入治疗，在很大程度上医院里有哪些医学影像设备和是否开展数字影像介入治疗，在很大程度上代表了这家医院的现代化检查治疗的条件与诊治水平。代表了这家医院的现代化检查治疗的条件与诊治水平。目前现代医学技术的提升和现代影像技术的发展目前现代医学技术的提升和现代影像技术的发展相互融合、相互推动、相相互融合、相互推动、相互依存互依存的趋势已经成为共识。的趋势已经成为共识。新的现代医学影像技术和设备的研制也已经成为新的现代医学影像技术和设备的研制也已经成为
3、2121世纪现代医学技术和生世纪现代医学技术和生命科学发展的经济技术增长点。命科学发展的经济技术增长点。1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.1 医学影像技术发展历程医学影像技术发展历程 从从1895年德国物理学家伦琴发现年德国物理学家伦琴发现X光并由此拍出世界上第光并由此拍出世界上第一张伦琴夫人手部的一张伦琴夫人手部的X线透视照片以来，医学影像技术从线透视照片以来，医学影像技术从无到有、从不完善到功能齐全、分类精细，经历了一个无到有、从不完善到功能齐全、分类精细，经历了一个0多年的发展过程。多年的发展过程。教学目标：教学目标：了解了解X射线、射线、CT、超声、超声、MRI、DSA、CR、
4、DR、核医、核医学（学（ECT、PET、SPECT）等医学影像技术的发展历程）等医学影像技术的发展历程1.1 1.2 1.3 1.4 1.51 1、18951895年年1111月月8 8日，德国物理学家伦琴在做真空管、高压、放电实验时，日，德国物理学家伦琴在做真空管、高压、放电实验时，发现了发现了X X射线或称射线或称X X线，并用于临床的骨折和体内异物的诊断。线，并用于临床的骨折和体内异物的诊断。18961896年，德国西门子公司研制出世界上第一支年，德国西门子公司研制出世界上第一支X X线球管。线球管。2020世纪世纪10-2010-20年代，出现了常规年代，出现了常规X X线机。线机。2
5、020世纪世纪6060年代中、末期形成了较完整的放射诊断或放射学年代中、末期形成了较完整的放射诊断或放射学（radiologyradiology）学科体系。）学科体系。第一张第一张X线照片线照片伦琴伦琴国产直接数字化国产直接数字化X摄影系统摄影系统1.1 1.2 1.3 1.4 1.5世界上第一台世界上第一台4层层CT扫描机扫描机豪恩斯费尔德豪恩斯费尔德1.1 1.2 1.3 1.4 1.5n CT机的分代主要以其机的分代主要以其线管和探测器的关系、探测器的数目、排列线管和探测器的关系、探测器的数目、排列方式以及线管与探测器的运动方式来划分方式以及线管与探测器的运动方式来划分。到今天为止。到今
6、天为止CT经历了经历了5代代发展，现在第发展，现在第6代代CT正在研发中。正在研发中。n第第1代代CT机只有一个探测器，扫描角度为机只有一个探测器，扫描角度为1，扫描时间，扫描时间270s/层。仅层。仅用头部的扫描用头部的扫描,图像质量差图像质量差,以平移加旋转的扫描运动方式进行以平移加旋转的扫描运动方式进行,称为称为平移平移/旋转型旋转型。1.1 1.2 1.3 1.4 1.5n第第2代代CT机探测器的数目增加机探测器的数目增加520个左右，个左右，X线束呈扇线束呈扇型，扫描角度增加为型，扫描角度增加为360,扫描时间仍较长扫描时间仍较长,一般在一般在20s1min/层，扫描方式为层，扫描方
7、式为窄扇形束扫描平移窄扇形束扫描平移-旋转方式旋转方式。1.1 1.2 1.3 1.4 1.5n第第3代代CT探测器数目一般多超过探测器数目一般多超过100个，有的接近个，有的接近1000个，个，X线线扇形束扩大到扇形束扩大到4050，足以覆盖人体的横径，足以覆盖人体的横径,这样扫描就不需这样扫描就不需要再平移，而只需要旋转就可以了要再平移，而只需要旋转就可以了,故称为故称为旋转旋转/旋转型。旋转型。扫描扫描时间一般均在几秒钟时间一般均在几秒钟,最快速度最快速度0.5s，实现了亚秒级扫描。，实现了亚秒级扫描。1.1 1.2 1.3 1.4 1.5n第第1代到第代到第3代代CT机的机的X线管和探
8、测器都是同步旋转的，而线管和探测器都是同步旋转的，而第第4代代CT机与之不同，探测器呈机与之不同，探测器呈360环状固定排列在机架内环状固定排列在机架内(目前有的机型多达目前有的机型多达4800个探测器个探测器)，X线管则围绕人体和机线管则围绕人体和机架作架作360旋转旋转,把第把第4代称代称固定固定/旋转型旋转型(螺旋螺旋CT属此型属此型)。1.1 1.2 1.3 1.4 1.5n第第5代代CT机与第机与第1到第到第4代代CT机不同，在成像过程中机不同，在成像过程中X线管不需环绕机线管不需环绕机架作机诫运动，它是用架作机诫运动，它是用电子束方法产生旋转的电子束方法产生旋转的X线源线源,再穿透
9、人体由探再穿透人体由探测器接受测器接受,这种这种CT机称为电子束机称为电子束CT,也称超高速也称超高速CT，特点是扫描速度，特点是扫描速度很快很快,50100ms/层层,每秒最多可扫每秒最多可扫34层层,就其扫描速度是普通就其扫描速度是普通CT的的40倍，螺旋倍，螺旋CT的的20倍倍,可用于心脏一类运动器官的扫描。可用于心脏一类运动器官的扫描。1.1 1.2 1.3 1.4 1.5n第第1 1代代CTCT：扫描方式为平移：扫描方式为平移(translate)+(translate)+旋转旋转(rotate)(T+R)(rotate)(T+R)方式方式的的CTCT。n第第2 2代代CTCT：扫描
10、方式为平移：扫描方式为平移(translate)+(translate)+旋转旋转(rotate)(T+R)(rotate)(T+R)方式方式的的CTCT。n第第3 3代代CTCT：扫描方式为旋转：扫描方式为旋转+旋转旋转(R+R)(R+R)扫描方式的扫描方式的CTCT。n第第4 4代代CTCT：扫描方式为静止：扫描方式为静止(stationary)+(stationary)+旋转旋转(S+R)(S+R)扫描方式的扫描方式的CTCT。n第第5 5代代CTCT：扫描方式为静止：扫描方式为静止+静止静止(S(SS)S)电子束扫描方式的电子束扫描方式的CTCT。现代螺旋现代螺旋CTCT结构图结构图第
11、二代第二代1616层层CTCT第五代第五代CTCT1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 3、20世纪世纪50年代和年代和60年代超声和放射性核素也相继出现。年代超声和放射性核素也相继出现。n1942年奥地利科学家达西科（年奥地利科学家达西科（Dussik）首先将超声技术应用与临床）首先将超声技术应用与临床诊断，从此开始了医学超声影像设备的发展。诊断，从此开始了医学超声影像设备的发展。n1954年瑞典人应用年瑞典人应用M型超声显示运动的心壁，称为超声心动图。型超声显示运动的心壁，称为超声心动图。n人类从人类从20世纪世纪50年代开始研究二维年代开始研究二维B型超声，至型超声，至70年代中期，实
12、时二年代中期，实时二维超声开始应用。维超声开始应用。超声检查超声检查 (二尖瓣粘连二尖瓣粘连)彩色超声检查彩色超声检查 (胎儿发育胎儿发育)1.1 1.2 1.3 1.4 1.5n4、70年代末年代末80年代初，超声、放射性核素、年代初，超声、放射性核素、MR-CT和数字影像设备和数字影像设备与技术逐步兴起。其中与技术逐步兴起。其中磁共振成像（磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRIMRI）是目前最为先进的影像检查方法之一。）是目前最为先进的影像检查方法之一。nMRI是基于是基于MR现象的医学影像技术。现象的医学影像技术。MR现象是现象是1946年分别由美国年分
13、别由美国斯坦福大学物理系斯坦福大学物理系Bloch教授和哈佛大学的教授和哈佛大学的Puecell教授领导的小组同教授领导的小组同时独立发现的。由于这一发现在物理、化学上具有重大意义，时独立发现的。由于这一发现在物理、化学上具有重大意义，Bloch和和Puecell共同获得了共同获得了1952年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。曼斯曼斯.菲尔德菲尔德裴奥裴奥.劳特伯劳特伯 GE Signa Profile/o MRI1.1 1.2 1.3 1.4 1.5n5、20世纪世纪80年代推出了数字减影血管造影（年代推出了数字减影血管造影（DSA）和计算机）和计算机X线线摄影（摄影（CR）成像设备与技
14、术，其后又推出了数字）成像设备与技术，其后又推出了数字X线设备（线设备（DR）。）。n数字减影血管造影术是常规造影术与电子计算机处理技术相结合数字减影血管造影术是常规造影术与电子计算机处理技术相结合的一种新型成像技术。的一种新型成像技术。血管造影检查是对注入血管造影剂前后的血管造影检查是对注入血管造影剂前后的图像进行相减，得到无骨骼，内脏，软组织背景的清晰的血管影图像进行相减，得到无骨骼，内脏，软组织背景的清晰的血管影象，而血管的形态，结构反映了多种疾病的基本信息。象，而血管的形态，结构反映了多种疾病的基本信息。1.1 1.2 1.3 1.4 1.5n计算机计算机X线摄影（线摄影（CR）是将）
15、是将X线摄照的影像信息记录在影像板（线摄照的影像信息记录在影像板（IP板）上，这种可重复使用的板）上，这种可重复使用的IP影像板，替代了胶片，不需要冲印，影像板，替代了胶片，不需要冲印，因此也称为干板。干板经激光读取装置读取，由计算机精确计算处因此也称为干板。干板经激光读取装置读取，由计算机精确计算处理后，即可得到高清数字图像，最后经数字理后，即可得到高清数字图像，最后经数字/模拟转换器转换，在荧模拟转换器转换，在荧屏上显示出灰阶图像，有利于观察不同的组织结构。屏上显示出灰阶图像，有利于观察不同的组织结构。1.1 1.2 1.3 1.4 1.5n直接数字化直接数字化X射线摄影系统（射线摄影系统
16、（digital ray DR）是利用电子技术将）是利用电子技术将X线信线信息的其它载体转变为电子载体，息的其它载体转变为电子载体，X线照射人体后不直接作用于胶片，被线照射人体后不直接作用于胶片，被探测器（探测器（Detector）接收并转换为数字化信号，获得）接收并转换为数字化信号，获得X线衰减值线衰减值（attenuation value）的数字矩阵，经计算机处理，重建成图像。）的数字矩阵，经计算机处理，重建成图像。1.1 1.2 1.3 1.4 1.5n6、20世纪世纪90年代推出了更新、更强的核医学影像设备年代推出了更新、更强的核医学影像设备ECT，包括，包括PET、SPECT等设备。
17、等设备。PET也称正光电子成像设备，主要的优势是也称正光电子成像设备，主要的优势是超强的医学影像的识别与诊断的能力，尤其是利用注入体内的增强超强的医学影像的识别与诊断的能力，尤其是利用注入体内的增强显影剂或示踪剂，在体内循环可以动态地、靶向目标清晰地显示被显影剂或示踪剂，在体内循环可以动态地、靶向目标清晰地显示被检部位形态和功能的异常情况，甚至可以检查出细胞级别的病变。检部位形态和功能的异常情况，甚至可以检查出细胞级别的病变。GE GE 全数字全数字PET-CTPET-CTGE GE 生产的生产的 SPECTSPECTPET PET 图像图像1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.2 医学影
18、像系统成像的物理共性医学影像系统成像的物理共性n医学影像成像源共性是充分和准确的利用成像源的物理作医学影像成像源共性是充分和准确的利用成像源的物理作用，获得人体内携带有某种物理量分布信息的影像数据。用，获得人体内携带有某种物理量分布信息的影像数据。n医学影像系统成像主要包括以下医学影像系统成像主要包括以下4个共性个共性:源源 源与物体源与物体(目标目标)的相互作用的相互作用 检测器检测器 电子系统电子系统 1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.2.1 源与目标的作用源与目标的作用1.源源 体外源体外源:如如X射线源、磁场源、超声源、电磁波源、红外射线源、磁场源、超声源、电磁波源、红外线源线
19、源等，这些人体外部的能源称为外源。等，这些人体外部的能源称为外源。外源共同的特点是对人体组织或器官具有已知和可控的外源共同的特点是对人体组织或器官具有已知和可控的作用。作用。体内源体内源:如注入人体内部的同位素辐射源，或人体自身的如注入人体内部的同位素辐射源，或人体自身的热辐射源等。这些增强显影剂的辐射非常低，对人体无热辐射源等。这些增强显影剂的辐射非常低，对人体无损害，但由此产生的医学影像却非常的清晰，并且受检损害，但由此产生的医学影像却非常的清晰，并且受检查的部位查的部位靶向性（命中率）靶向性（命中率）准确。准确。1.1 1.2 1.3 1.4 1.52.源与物体源与物体(目标目标)的相互
20、作用的相互作用 例如例如X射线穿过人体时，就射线穿过人体时，就可以准确检测出某种源与每部可以准确检测出某种源与每部分人体组织器官相互作用后的分人体组织器官相互作用后的结果、指标和参数，据此来进结果、指标和参数，据此来进行医学影像的诊断或治疗。行医学影像的诊断或治疗。注意：源的生物安全剂量，注意：源的生物安全剂量，质量指标和检测标准。质量指标和检测标准。1.1 1.2 1.3 1.4 1.5n3.检测器检测器 n检测器的主要作用是检测器的主要作用是在体外检测携带有体内信息的信号在体外检测携带有体内信息的信号。n检测器的形式与各种源的类型有检测器的形式与各种源的类型有一一对应的关系一一对应的关系。
21、这些影像信号检测器共同的作用和主要功能评价指标很多这些影像信号检测器共同的作用和主要功能评价指标很多是一样的，如检测弱信号的灵敏度，检测与处理信号的速是一样的，如检测弱信号的灵敏度，检测与处理信号的速度，以及检测用的源剂量的低强度，达到向度，以及检测用的源剂量的低强度，达到向更清晰、更快更清晰、更快速、更安全、更多维和更智能速、更安全、更多维和更智能的方向发展。的方向发展。1.1 1.2 1.3 1.4 1.5n1.2.2 源的控制与信号检测源的控制与信号检测 医学图像信息的清晰或准确与否，最基本和最重要的关键问题就在医学图像信息的清晰或准确与否，最基本和最重要的关键问题就在于于对产生图像信息
22、源的精确控制与信号检出灵敏度的设计对产生图像信息源的精确控制与信号检出灵敏度的设计。n例如：例如：X光影像设备的性能指标主要有光影像设备的性能指标主要有5个：个：X线光源尺寸、线光源尺寸、X线剂量、线剂量、图像分辨率、图像灰度级和信噪比。目前对图像分辨率、图像灰度级和信噪比。目前对X线剂量控制指标：线剂量控制指标：1、X光源尺寸：光源尺寸：一般包括光源直径和一般包括光源直径和X光发射角度。光发射角度。2、X线剂量又可分为入射剂量、表面剂量、出射剂量、图像接收器剂量、线剂量又可分为入射剂量、表面剂量、出射剂量、图像接收器剂量、身体剂量和有效剂量身体剂量和有效剂量6种。种。3、图像分辨率，用于测量
23、一台设备能记录或生成的空间细节精度。分辨、图像分辨率，用于测量一台设备能记录或生成的空间细节精度。分辨率越高，细节越精细。率越高，细节越精细。1.1 1.2 1.3 1.4 1.54、图像灰度级，灰度级的数量由、图像灰度级，灰度级的数量由2N决定，决定，N是二进制数的位是二进制数的位数，常称为位，用来表示每个像素的灰阶精度。如果数，常称为位，用来表示每个像素的灰阶精度。如果N=8则有则有256个灰度级，图像灰度精度的范围为灰度分辨力，也个灰度级，图像灰度精度的范围为灰度分辨力，也称为图像的对比度分辨力。位数越大，图像的灰度分辨力称为图像的对比度分辨力。位数越大，图像的灰度分辨力越高。越高。5、
24、信噪比，有用的图像信息、信噪比，有用的图像信息(信号信号)与无用信息与无用信息(噪声噪声)的数量之的数量之比。比。X线图像占医院中全部影像的线图像占医院中全部影像的80左右，是目前医学左右，是目前医学影像检查的主要方法。常规影像检查的主要方法。常规X线成像操作简单、费用低廉，线成像操作简单、费用低廉，它一直是临床诊断中的主要成像设备。它一直是临床诊断中的主要成像设备。1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.3 计算机医学影像计算机医学影像 n教学要求：教学要求：1、了解点阵与矢量医学影像、了解点阵与矢量医学影像 格式格式2、熟悉医学图像处理常用技术，虚拟医学影像、虚拟内窥镜、基于影、熟悉医学
25、图像处理常用技术，虚拟医学影像、虚拟内窥镜、基于影像的计算机辅助外科与辅助诊断。像的计算机辅助外科与辅助诊断。3、掌握数字医学影像的颜色或灰度及计算机医学图像的分辨率概念、掌握数字医学影像的颜色或灰度及计算机医学图像的分辨率概念1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.3.1 点阵与矢量医学影像点阵与矢量医学影像n点阵图点阵图(位图位图)与矢量图的区别；计算机图像分为与矢量图的区别；计算机图像分为点阵图点阵图(又又称位图或栅格图像称位图或栅格图像)和矢量图形和矢量图形两大类。两大类。1 点阵图像点阵图像(Bitmap)点阵图像，亦称为位图图像或绘制图像，是由称作像点阵图像，亦称为位图图像或绘制
26、图像，是由称作像素的单个点按行列有序排列点阵组成的。这些点以其不同素的单个点按行列有序排列点阵组成的。这些点以其不同的排列位置和染色（灰阶）程度构成图（形）像。的排列位置和染色（灰阶）程度构成图（形）像。一幅二维的医学数字灰阶影像是由一幅二维的医学数字灰阶影像是由M行行*N列的像素点列的像素点构成，其中每个像素点用构成，其中每个像素点用28212个二进制数位来记录该位个二进制数位来记录该位像素的灰度值，即每个像素可以保存像素的灰度值，即每个像素可以保存2564096灰度值灰度值1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 点阵图的文件格式点阵图的文件格式 点阵图可以被保存成的文件类型很多，如点阵
27、图可以被保存成的文件类型很多，如*.bmp、*.pcx、*.gif、*.jpg、*.tif、Photoshop的的*.psd、kodak photo CD的的*.pcd、corel photo paint的的*.cpt等。等。点阵图文件大小的规律：点阵图文件大小的规律：图形面积越大，文件的字图形面积越大，文件的字节数越多，节数越多，文件的色彩越丰富，文件的字节数越多，这文件的色彩越丰富，文件的字节数越多，这些特征是所有点阵图文件所共有的。些特征是所有点阵图文件所共有的。1.1 1.2 1.3 1.4 1.53.矢量图矢量图(vector)（1）矢量图及矢量图的特性）矢量图及矢量图的特性 矢量图
28、，也称为面向对象的图形或绘图图形，矢量图，也称为面向对象的图形或绘图图形，数学上定义数学上定义矢量图矢量图为一系列由线连接的点为一系列由线连接的点。矢量图主要由线条和色块组成，这些图形可以分解为单个的线条、矢量图主要由线条和色块组成，这些图形可以分解为单个的线条、文字、圆、矩形、多边形等单个的图形元素，再用一个代数式来表达文字、圆、矩形、多边形等单个的图形元素，再用一个代数式来表达每个被分解出来的元素。每个被分解出来的元素。例如：一个矩形可以通过指定左上角的坐标例如：一个矩形可以通过指定左上角的坐标(x1,y1)和右下角的坐和右下角的坐标标(x2,y2)的四边形来表示。的四边形来表示。1.1
29、1.2 1.3 1.4 1.51.3.2 数字医学影像的颜色或灰度数字医学影像的颜色或灰度 现在的医学数字现在的医学数字X光成像设备主要有光成像设备主要有CR和和DR两类，产两类，产生图像的灰度一般可以达到生图像的灰度一般可以达到812bit，既图像中每个像素点，既图像中每个像素点的灰度信息可以表现出的灰度信息可以表现出2564096个灰度级别。个灰度级别。如果采集的是彩色图像信息，则每个像素至少需要用三如果采集的是彩色图像信息，则每个像素至少需要用三个字节个字节24位二进制数来保存位二进制数来保存RGB（红、绿、兰）信息，甚（红、绿、兰）信息，甚至有些彩色图像每个像素的信息量达到至有些彩色图
30、像每个像素的信息量达到32位位40位精度。位精度。1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.3.3 计算机医学图像的分辨率计算机医学图像的分辨率 计算机医学图像的分辨率和采集方式、转换精度、处计算机医学图像的分辨率和采集方式、转换精度、处理方法及显示视窗的清晰度等诸多因素有关。理方法及显示视窗的清晰度等诸多因素有关。1图像分辨率图像分辨率 2时间分辨率时间分辨率 3空间分辨率空间分辨率 4显示分辨率显示分辨率1.1 1.2 1.3 1.4 1.51 1、图像增强图像增强 2 2、图像分割、图像分割1.1 1.2 1.3 1.4 1.53 3、边缘检测、边缘检测 4 4、纹理分析、纹理分析 相同
31、的组织在相同的成像条件下每次都会产生相同的纹理模式相同的组织在相同的成像条件下每次都会产生相同的纹理模式;不同组织其超声图像纹理特征不同不同组织其超声图像纹理特征不同;同一组织当其内部结构发生改变同一组织当其内部结构发生改变后后,其超声图像的纹理特征亦不相同其超声图像的纹理特征亦不相同.利用计算机图像处理技术可对这种纹理特征进行数理模式分析利用计算机图像处理技术可对这种纹理特征进行数理模式分析,寻找能反映纹理特征的数理参量寻找能反映纹理特征的数理参量,从而达到对组织结构特征进行评价从而达到对组织结构特征进行评价的目的。的目的。1.1 1.2 1.3 1.4 1.55 5、配准与融合、配准与融合
32、 医学图像配准是指对于一幅医学图像寻求一种医学图像配准是指对于一幅医学图像寻求一种(或一系列或一系列)空间变空间变换，使它与另一幅医学图像上的对应点达到空间上的一致。这种一致换，使它与另一幅医学图像上的对应点达到空间上的一致。这种一致是指人体上的同一解剖点在两张匹配图像上有相同的空间位置。是指人体上的同一解剖点在两张匹配图像上有相同的空间位置。医学影像的融合，就是影像信息的融合，即利用计算机技术，将医学影像的融合，就是影像信息的融合，即利用计算机技术，将各种影像学检查如各种影像学检查如CT-MRICT-MRI，CT-SPECTCT-SPECT，MRI-PETMRI-PET、MRI-DSAMRI
33、-DSA等所得到的等所得到的图像信息进行数字化综合处理，将多源数据协同应用，进行空间配准图像信息进行数字化综合处理，将多源数据协同应用，进行空间配准后，产生一种全新的信息影像，以获得研究对象的一致性描述，同时后，产生一种全新的信息影像，以获得研究对象的一致性描述，同时融合了各种检查的优势，从而达到计算机辅助诊断的目的。融合了各种检查的优势，从而达到计算机辅助诊断的目的。6 6、图像压缩、图像压缩 图像压缩图像压缩就是把图像文件的大小进行压缩变小，同时图片的质量又就是把图像文件的大小进行压缩变小，同时图片的质量又不会失真到不能接受的程度。不会失真到不能接受的程度。1.1 1.2 1.3 1.4
34、1.51.3.5 三维医学影像三维医学影像 很多实用的影像设备不断开发出具有三维图像重建的功能，像三维很多实用的影像设备不断开发出具有三维图像重建的功能，像三维CT、彩色三维超声、核素成像、彩色三维超声、核素成像SPECT、PET等具有三维立体成像功等具有三维立体成像功能。能。同时为深化研究人体的器官形态和生理、生化、细胞、蛋白质、同时为深化研究人体的器官形态和生理、生化、细胞、蛋白质、基因等重要的人类信息。各个国家正在研究基因等重要的人类信息。各个国家正在研究“数字虚拟人数字虚拟人”。“虚虚拟人拟人”在医学领域有着广泛的应用前景，为医学科研、教学和临床在医学领域有着广泛的应用前景，为医学科研
35、、教学和临床手术提供形象而真实的模型，也为疾病诊断、新药检验及新诊疗手手术提供形象而真实的模型，也为疾病诊断、新药检验及新诊疗手段的开发提供参考。段的开发提供参考。1.1 1.2 1.3 1.4 1.51三维数字图像重建三维数字图像重建 越来越多的图像以及三维重建技术已经变成外科手术计划、治疗越来越多的图像以及三维重建技术已经变成外科手术计划、治疗处理及放射科以外其他应用的有效手段。它可以处理及放射科以外其他应用的有效手段。它可以提供器官和组织的提供器官和组织的三维结构信息，辅助医生对病情做出正确的诊断三维结构信息，辅助医生对病情做出正确的诊断;如：多平面重建（如：多平面重建（MPR）、最大强
36、度投影（）、最大强度投影（MaxIP）、最小密）、最小密度投影（度投影（MinIP）、平均密度投影（）、平均密度投影（AIP）、表面重建）、表面重建(SSD)、CT仿仿真内窥镜（真内窥镜（CTVE）等。）等。图图1.17额骨骨纤维肉瘤三维重建图像额骨骨纤维肉瘤三维重建图像1.1 1.2 1.3 1.4 1.52数字虚拟人数字虚拟人 数字虚拟人简称数字虚拟人简称“数字人数字人”或或“虚拟人虚拟人”，是为更加准确的描述，是为更加准确的描述和研究人体自身形态结构和生理、生化功能指标而采用高科技手段和研究人体自身形态结构和生理、生化功能指标而采用高科技手段和计算机图像处理技术，通过对和计算机图像处理技
37、术，通过对“标准人体标准人体”真人尸体的从头到脚真人尸体的从头到脚做高精细水平断层（小于做高精细水平断层（小于1mm层厚）解剖处理，并实时采集全部数层厚）解剖处理，并实时采集全部数字高清晰图像。通过大型计算机处理而实现的数字化虚拟人体。字高清晰图像。通过大型计算机处理而实现的数字化虚拟人体。数字化虚拟人包括三个研究阶段：虚拟可视人、虚拟物理人和虚数字化虚拟人包括三个研究阶段：虚拟可视人、虚拟物理人和虚拟生物人。拟生物人。1.1 1.2 1.3 1.4 1.5数字化人体切片数字化人体切片 美国男性数字化人美国男性数字化人中国虚拟人女一号中国虚拟人女一号中国虚拟人女一号人体切片中国虚拟人女一号人体
38、切片1.1 1.2 1.3 1.4 1.53 三维立体医学图像的临床应用三维立体医学图像的临床应用1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.3.6 1.3.6 虚拟内窥镜虚拟内窥镜 虚拟内窥镜技术（虚拟内窥镜技术（Virtual EndoscopeVirtual Endoscope，VEVE）是将）是将CTCT和和MRMR获得的获得的原始容积数据与计算机三维图像技术相结合，借助导航技术原始容积数据与计算机三维图像技术相结合，借助导航技术（NavigationNavigation）或漫游技术（）或漫游技术（FlythroughFlythrough）以及伪彩技术来逼真地）以及伪彩技术来逼真地模拟腔
39、道内镜检查的一种方法。模拟腔道内镜检查的一种方法。1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.3.7 1.3.7 基于影像的计算机辅助外科基于影像的计算机辅助外科(computer aided(computer aided surgerysurgery，CAS)CAS)随着随着CTCT、MRIMRI等图像诊断仪的发展，使计算机虚拟现实等图像诊断仪的发展，使计算机虚拟现实技术在医学中的应用得到了飞速的发展。计算机利用这技术在医学中的应用得到了飞速的发展。计算机利用这些图像信息进行三维图像重建，为外科医生进行手术模些图像信息进行三维图像重建，为外科医生进行手术模拟、手术导航拟、手术导航(naviga
40、tor)(navigator)、手术定位、术前规划提供了、手术定位、术前规划提供了客观、准确、直观、科学的手段。客观、准确、直观、科学的手段。1 1、手术模拟、手术模拟 2 2、术前规划、术前规划 3 3、手术导航、手术导航1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.1 1.2 1.3 1.4 1.51.3.8 1.3.8 基于医学影像的计算机辅助诊断基于医学影像的计算机辅助诊断1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.4 计算机医学影像计算机医学影像 n 对医学图像的评价产生影响包括对医学图像的评价产生影响包括成像质成像质量的客观物理因素与人的视觉系统量的客观物理因素与人的视觉系统等主等主观因
41、素。观因素。1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.4.1 1.4.1 影响对医学图像评价的客观因素影响对医学图像评价的客观因素 各种成像系统最后供给医生的图像都是经过加工处理的实各种成像系统最后供给医生的图像都是经过加工处理的实际信号。但有一些物理因素可影响成像的质量。包括际信号。但有一些物理因素可影响成像的质量。包括X X线的线的发射光谱、待测对象的吸收特性和散射特性、增感屏的吸收发射光谱、待测对象的吸收特性和散射特性、增感屏的吸收特性及其发射光谱。特性及其发射光谱。噪声的物理源噪声的物理源密切地同源本身和检测系统有关，因此测量密切地同源本身和检测系统有关，因此测量时应按需选择。医学中的
42、放射摄影，有如下几种类型的噪声时应按需选择。医学中的放射摄影，有如下几种类型的噪声干扰，即感光乳胶的结团、胶片的物理形变、增感屏磷光物干扰，即感光乳胶的结团、胶片的物理形变、增感屏磷光物质的无规则漫射、胶片处理中杂斑的形成以及量子杂斑等。质的无规则漫射、胶片处理中杂斑的形成以及量子杂斑等。1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.4.2 影响对医学图像评价的主观因素影响对医学图像评价的主观因素 探讨主观因素对医学图像评价的影响应该从眼睛这个特殊探讨主观因素对医学图像评价的影响应该从眼睛这个特殊的光学系统说起。观察物体时，要想看清楚它，首先要使它在的光学系统说起。观察物体时，要想看清楚它，首先要
43、使它在视网膜上形成清晰的像。为了使不同距离的物体都能在网膜上视网膜上形成清晰的像。为了使不同距离的物体都能在网膜上形成清晰的像，必须随着物距的改变相应的改变眼睛的焦度。形成清晰的像，必须随着物距的改变相应的改变眼睛的焦度。晶状体实际上是一个可变焦距的透镜，这使它具有很强的适应晶状体实际上是一个可变焦距的透镜，这使它具有很强的适应能力。能力。医学中所遇到的各种图像基本上是由许多分离的亮点（像医学中所遇到的各种图像基本上是由许多分离的亮点（像素）排列显示出来。因此素）排列显示出来。因此人的眼睛对于不同亮度之间的分辨能人的眼睛对于不同亮度之间的分辨能力力，在评价图像处理结果中也是必须考虑的重要方面。
44、，在评价图像处理结果中也是必须考虑的重要方面。1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 人的视觉系统适应光强度的范围很宽。由视觉刺激阈值到强人的视觉系统适应光强度的范围很宽。由视觉刺激阈值到强闪光之间，光强度的级别约为闪光之间，光强度的级别约为1010级。级。医学成像系统中，常将各种医学成像系统中，常将各种信息用具有各种灰度级别的像素点构成阵列，以显示信息用具有各种灰度级别的像素点构成阵列，以显示“图像图像”，其光强度表示为该点的灰度级。灰度级的最小值认为是黑，最大其光强度表示为该点的灰度级。灰度级的最小值认为是黑，最大值认为是白，而所有中间值都是由黑连续变为白时的灰度渐变级。值认为是白，而所有
45、中间值都是由黑连续变为白时的灰度渐变级。可见，平面上的像素位置可用坐标表示，其灰度级也可用数可见，平面上的像素位置可用坐标表示，其灰度级也可用数字表示，因此所谓数字图像就是在空间坐标上和亮度上都是已经字表示，因此所谓数字图像就是在空间坐标上和亮度上都是已经离散化了的像素矩阵图像。离散化了的像素矩阵图像。为了得到高质量的数字图像，阵列像素的数目和灰度级别需为了得到高质量的数字图像，阵列像素的数目和灰度级别需要多少才好？很明显，要多少才好？很明显，图像清晰度主要取决于像素数目图像清晰度主要取决于像素数目。固然，。固然，这些参量的增加将使图像更加接近原始信息。但当像素数目增加这些参量的增加将使图像更
46、加接近原始信息。但当像素数目增加时，对系统的存储量和数据处理量也随之增加。时，对系统的存储量和数据处理量也随之增加。1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.5 医学影像设备的分类与组成医学影像设备的分类与组成 n 数字化医学影像设备的发展和应用，已经成为建设数字化医院的数字化医学影像设备的发展和应用，已经成为建设数字化医院的基础和提高诊断与治疗水平的保证。现在医院里常用的各种医学基础和提高诊断与治疗水平的保证。现在医院里常用的各种医学影像设备种类与型号很多，大致分为五种类型；影像设备种类与型号很多，大致分为五种类型；X线摄影系统、磁线摄影系统、磁共振摄影系统、超声诊断系统、核医学图像系统、核
47、医学图像系共振摄影系统、超声诊断系统、核医学图像系统、核医学图像系统、红外影像系统与医用内窥镜检查系统。各类影像系统的功能统、红外影像系统与医用内窥镜检查系统。各类影像系统的功能和适宜检查的范围是不同的，因此人们正在研究运用医学影像比和适宜检查的范围是不同的，因此人们正在研究运用医学影像比较学、各类医学影像融合技术来进一步提高诊断和治疗的水平。较学、各类医学影像融合技术来进一步提高诊断和治疗的水平。1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.5.1 X线摄影系统线摄影系统 医学医学X线摄影系统，泛指所有采用线摄影系统，泛指所有采用X线源获取医线源获取医学影像的设备，这里包括常规胶片学影像的设备，
48、这里包括常规胶片X光机，计算机成光机，计算机成像像X线机（线机（CR）、数字）、数字X线机（线机（DR）、断层扫描）、断层扫描X线线机（机（CT）和血管数字减影（）和血管数字减影（DSA）等设备。）等设备。1.1 1.2 1.3 1.4 1.51 1、常规、常规X X线影像技术线影像技术 传统的传统的X X线成像是经线成像是经X X线摄照，将影像信息记录在胶片上，在线摄照，将影像信息记录在胶片上，在显定影处理后，影像才能于照片上显示。这类胶片影像属于连续显定影处理后，影像才能于照片上显示。这类胶片影像属于连续变化的光学模拟图像。现今仍有变化的光学模拟图像。现今仍有7070以上以上X X线影像诊
49、断是用增感屏线影像诊断是用增感屏-胶片方式的常规胶片方式的常规X X线摄影技术。原因是；一是新型线摄影技术。原因是；一是新型X X线胶片感光线胶片感光粒度非常高，且新胶片是按不同波长、不同能谱段的专用胶片，粒度非常高，且新胶片是按不同波长、不同能谱段的专用胶片，在能谱内的敏感度非常高，比原来胶片高出三个数量级，而对此在能谱内的敏感度非常高，比原来胶片高出三个数量级，而对此能谱段外的射线又有极强的排它性，尤其对可见光极不敏感，从能谱段外的射线又有极强的排它性，尤其对可见光极不敏感，从而可以免去采用增感屏和在暗室中操作的限制。二是新而可以免去采用增感屏和在暗室中操作的限制。二是新X X线胶片的线胶
50、片的敏感度高，检查时所用敏感度高，检查时所用X X线剂量也必然要降低，可减少线剂量也必然要降低，可减少1 12 2个数量个数量级，这些新型的胶片保持住了传统的成像快，空间分辨率高的优级，这些新型的胶片保持住了传统的成像快，空间分辨率高的优势，结果也使势，结果也使X X线机由大功率变为小功率，可制作出体积小重量轻、线机由大功率变为小功率，可制作出体积小重量轻、便于携带的精密型小功率便于携带的精密型小功率X X线机。线机。1.1 1.2 1.3 1.4 1.52 2、计算机成像、计算机成像X X线机（线机（Computed RadiographyComputed RadiographyCRCR）目
