医学影像技术总论--对比剂华中科技大学同济医学院附属协和医院放射科

• 胶片作为图像载体的缺点:
– 占地 – 无法对图像进行后处理
– 传递限制
– QC困难、以及运行成本高昂
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数学化成像的特点
（1）图像分 辨 率：数学化图像是由许许多多 的像素构成，它的空间分辨率不如传统胶片的模 似图像（3.6lp\mn_10lp\mn)，而数学图像的密度分 辨率远高于传统胶片（214-216），通过计算机软件 实现图像优化，可以显示出摸似图像不能显示的 软组织内玻璃和木块 。
容积渲染重建（Volume rendering, VR） 又称容积再现，这种方法采集全部体素，将 特定CT值体素赋予相应的颜色亮度、对比度 和透明度，并把相应结果映射到显示平面上， 人为改变体素的亮度和对比度，在不失真的 情况下，改变组织与周围的对比度，突出目 的的形态。
虚拟内窥镜（Virtual endosoope, VE）技术并不 是一种三维重建方法，而是一种三维显示技术。普 通显示方式是把不同方法建立的三维模型旋转并投 射到显示平面上观察，而虚拟内窥镜方法是将视点 沿一定线路进入三维模型内部飞行，将内部结构的 投影显示在平面上。它象普通纤维内窥镜一样沿空 腔脏器（肠管、气管）内部飞行，或沿着有固定边 界的非空腔脏器（血管、输尿管）内部飞行，以了 解兴趣区的走行及内部有无狭窄、隆起和凹陷性病 变。
数字图像密度分辨率高,动态范围大,
X线剂量仅为常规摄影的1／10。可进行
多种图象后处理，调节不同的灰阶对比。
数字图像使影像诊断变得直观，诊断
与技术正共同向影像方法学融合和发展,影 像技术工作将转移到图像形成的前期技术、 图像后处理技术、图像存储与传输、开发影 像学设备。从单纯的技术操作，向发挥设 备，软件功能最优化的能力转移。
扫描架的进步经历四代主要变革，从第 一代2-3个探测器的旋转平移式扫描架到第二 代有几十个探测器的扇形扫描架，再发展为 几百个探测器的旋转方式扫描架，最后发展 到数 十个探测器的旋转固定式扫描架。
扫描方式经历了单层断面扫描到螺旋扫 描的进步；一个扫描序列的完成从几十分钟 缩短到几十秒钟；探测器从单排到多排，以 及现在临床应用的64排；单层螺旋CT扫描速 度从几十秒提高数秒；将单层的时间分辨从1 秒提高到0.33秒；将单层的空间分辨率从几毫 米提高到0.33mm。
C R
• 普通X线机 • 激光读取
• 图像重建
• 影像板（IP）
• 数字化采集
D R
• DDR、IDR、CCD、LDRD • DDR：X线→非晶硒→电子空穴对分离→信息电流 →FFT接收→计算机
• IDR： X线→荧光体→光图像→电子图像→数字图像
→计算机 • CCD：X线→荧光屏→光信号→电信号→数字图像 →计算机 • LDRD：X线→多丝正比室→气体分子电离→数据采
DR的关健部件是电子成像板，由大量微小 的带有薄膜的晶体管（TFT）的探测器排列而 成。可分为间接DR板和直接DR板，前者使用 含碘化铯闪烁体的单片非结晶硅面板，将X线 先转变成可见光，通过光电转化方式被探测器 接收，后者使用非晶硒直接释放电子被探测器 接收。随着成像速度的提高，DR正在由静态 向动态方向发展，使数字化透视成为可能。
电子束CT(EBCT)是CT的一种特殊类型， X线源用电子枪发射电子束，使用环形排列 的探测器收集信息。这种技术使扫描时间缩 短到50ms，适应心脏大血管快速扫描检查。 由于成本高、辐射剂量大。加之32排和64排 CT的出现，该CT没有得到广泛普及。
影像分析方式的改变是现代CT进步的另 一种表现，主要有多平面重建（MPR）、表 面遮盖重建（SSD）、最大密度投影MIP）、 三维容积渲染（VR）、仿真内窥镜等。
外 延：
医学影像技术学涵盖了医学、工学、理学、 信息学等学科，其技术涉及到电子计算机技术、 电学、电子学、光电子学、微电子学、生物工 程学、材料学等，是多学科交叉的边缘学科。
特 点：
• 年轻的学科 • 各种先进技术向其渗透 • 新生与消亡并存 • 发展迅速、不断扩展、周期变短
发 展：
• 1895年11月8日发现X线 • 20世纪60年代出现影像增强技术
• 普通平片的体位及摄影方法 • 胃肠道钡剂检查 • 泌尿系碘剂检查 • 生殖等部位碘剂检查
基本理论
• X线成像的基本理论 • 激光与光电子理论
• 电磁理论
• 核素理论
• 超声波理论
在X线发现的最初70年代时间里，传统X 线成像一直采用模拟影像技术，即X线穿透人 体后照射在荧光屏使之发光进行透视，或作用 于胶片使溴化银离子感光进行照相。其技术的 发展主要集中在X线管、荧光屏、胶片、增感 屏以及影像增强器的制作和性能的提高。
（4）数字图像的质量取决于信噪比，与X线剂 量密切相关。X线量子检测率（DQE）有机结合了 图像对比度、噪声、空间分辨率和X线剂量等因素。 DQE高说明X线转换率高，X线的利用率就高。数 字化成像在对比度和宽容度上有较大的动态范围， 再加上DR探测器的高灵敏度，使数字成像的DQE 从传统胶片的20-30%提高到60-70%，X线剂量却 降低了2/3以上。
近40多年来，随着物理学、电子学、光电 子技术和计算机科学的飞速发展以及在医学影 像领域的应用，衍生出一系列新的X线成像技 术。如CT、DSA、CR、DR、正电子发射CT等， 这些方法提供的影像不仅反映人体内的解剖结 构，还包括一些生理代谢过程。伴随着电子计 算机和数字信号处理技术的发展而产生了数字 成像技术，以及用数字方法处理、存储、传输 图像，用高分辨率显示器显示图像。
（2）图像质量稳定：自动曝光控制技术 (AEC)是通过设定不同的探测区域（电离室）， 在曝光前准确测量了打在患者身后X线探测器 的辐射剂量，当达到预定剂量时自动关闭X线 系统。通过AEC技术，配合工作站上的多种处 理模式，无需进行人为的调整和再处理，使成 像质量稳定且操作简单化。
（3）图像后处理；数学化图像能进行多 种后处理，如图像滤波，窗宽窗位调节、放 大缩小、图像拼接，以及距离、面积、密度 测量等，为影像诊断中的细节观察、前后对 比、定量分析提供支持，同时可对图像进行 注释、标记、测量大小、多幅显示、多幅打 印、测量多种角度，具有减影处理和加伪影 功能。
我国X线机大约10万台（全球约44万台）， 但普通X线检查仍是最主要的方法，约占影像检 查的50%以上。X线机的基本结构由X线发生装 置，X线成像装置和辅助设备三大部分构成。X 线发生装置包括X线管、高压发生器；X线成像 装置包括影像增强器、荧光屏、胶片、电视系 统、影像板、平板采测器等。辅助设备包括检 查床、各种支撑和保持装置等。
影像增强电耦合技术（I、I-CCD）是在X 线影像增强透视的基础上发展起来，将X线信 号通过影像增强器在荧光屏上转换成可见光信 号，再通过电荷耦合器（CCD）作为探测器采 集荧光影像并转换成电信号，经模数转换和计 算机处理得到数字化图像。这种方式常用于数 字胃肠机和DSA系统。
改变了传统的影像保存模式
在以上方法的三维重建技术基本上，又 衍生出许多智能分析软件。最常见的血管分 析软件、冠状动脉分析软件、心脏功能分析 软件，肺结节自动检测及分析软件、肺功分 析软件、结肠病变自动检测软件、头部及体 部灌注分析软件等。
CT未来的发展方向，依然面临着提高时 间和空间分辨率，减少辐射剂量，提高辅助 诊断水平的挑战。人们正在探索通过提高探 测器的性能，改善X线管的响应参数来减少 无效的X线辐射，在图像质量允许时尽量选 择低剂量扫描方式。
集→计算机
数字图像共性
• 曝光动态范围大 • 密度分辨率高
• 数字化存储与传输
• 量子检测率高（DQE）
• 图像多种后处理
• 省去胶片、暗室、贮片室
激光打印技术
• 激光胶片：分干式和湿式；干式分含银盐
和不含银盐； • 激光打印机：分干式和湿式；氦氖激光和
半导体激光；
• 干式相机分卤化银激光成像，热敏成像和
在普通X线机的发展道路上，普通数字化成 像技术的发展更为重要，主要包括CR、DR、 CCD。CR装置包括图像采集的影像板，图像扫 描的读取器，图像后处理的计算机，CR用一种 具有特殊辉尽性荧光物质的影像板取代传统的X 线胶片，影像板感光后形成的潜影通过读取器 中的激光束扫描，其信号经光电转换和模数转 换成数字化图像。它的最大优势在于充分利用 原有的X线机，又具有数字化特点。
（5）图像存储与传输；传统模拟图像存储 是通过胶片，需要大量存储空间，人力和管理 成本。数学图像的中短期存储用磁盘或磁盘阵 列，长期存储可用光盘或数字磁带。数字存储 将以往胶片存储的死信息变成了活信息，随时 调出并进行图像后处理。数字图像可通过网络 在院内外传输，提高信息利用率，做到资源共 享。
（6）优化流程、节约资源：传统X线诊断 过程是在完成摄影、胶片冲洗后才开始，而数 字化成像是在摄影完成1-2分钟后就可以通过 网络终端进行无胶片诊断。数字化图像节约资 源包括四方面：①图像质量高，无废片率。 ②节约硬拷贝胶片。③节约胶片存储空间。④ 节约显、定影液消耗，有利于环保。
最大（最小）密度投影重建 （maximum/minimun intersity projection, MIP） 应用广泛，它是在三维的数据库中，根据密度 变化比率，提取与周围密度对比最大（最小） 的部分构建实体的三维模型。这种方法由于使 用了计算机自动提取模型，使用标的形态准确， 失真小，可信度高，目标的三维关系显示清晰。
喷墨成像；
• 干式热敏相机分助烙热敏、升华热敏和直 式热敏；
CT成像
• 20世纪70年代单层CT
• 多层CT和电子束CT
• 三维乃至四维重建图像
• 仿真内镜
• 20世纪90年代低压滑环技术（原理变化）
• 平板容积CT
• 功能CT（动态、灌注、CT-PET）
• CT介入
CT成像技术
自20世纪70年代CT应用临床以来，经历 了扫描架结构及扫描方式的多次改进，在扫描 速度、图像质量方面有几次飞跃。CT数据从 单纯断层到断层与三维重建相结合；静态影像 与动态影像相结合；单纯定性诊断到定性、功 能诊断相结合。
• 20世纪70年代出现CT、介入治疗
• 20世纪80年代出现DSA、MR、ECT、CR…
• 20世纪90年代出现DR、激光打印、PACS、功能 图像、图像融合。
基 本 淘 汰 的 技 术：
• 心脏计波摄影 • 心脏造影
• 脑室、膝关节、胆囊、腹膜后等造影
• 体层摄影
• 手工冲洗照片
具 有 生 命 力 的 技 术：
医学影像技术总论-对比剂
华中科技大学同济医学院附属
协和医院放射科
余建明
定 义：
医学影像技术学是研究在某种能量发射物质 的作用下，图像成像链的形成过程、图像后处理、 图像存储、图像显示和图像记录，以及影响图像 成像链各种因素的科学。
内 涵：
• 普通X线成像技术 • CT成像技术 • DSA成像技术 • 核医学成像技术 • 数字X线成像技术 • MR成像技术 • 超声成像技术 • 激光打印技术
多平面重建（multi-plane reformation, MPR） 是将多个连续的平面断面图像组成三维模型， 再将模型沿冠状面、矢状面或任意斜面甚至曲 面断开，形成新的断层图像，从不同角度反映 兴趣区的解剖关系，可进行密度测量。
表面遮盖重建（surface shacling display, SSD）是将连续平面图像形成的三维模型, 以 不同CT值为界线形成多组平面，并以光照和 投影方式，显示不同界面之间的关系。优点 是三维关系清晰，各组织器官边界明确，可 进行三维关系测量。但不能作内部结构的分 析，图像失真。
CT扫描机分为数据采集系统，包括X线 管、高压发生器、准直器、滤过器、探测器、 扫描机架、病床和前置放大器及接口电路等； 计算机和图像重建系统和图像显示、记录和 存储系统。
CT的技术基础是计算机技术和X线断层 摄影技术，成像原理实质是滤波反投影重建 技术。工作过程是首先通过对三维物体的某 一断层进行扫描采集数据，根据一定的数学 原理对数据进行逆运算，最后将这些参数值 转换为灰度图像。简单地概括为图像扫描、 图像重建和图像显示三阶段。