影像技術(shù)學(xué)第六章ppt課件(已修改)
2025-05-11 02:00 本頁面
【正文】 影像技術(shù)學(xué) 南京醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院 放射科 田俊 Email: 第六章 數(shù)字 X線攝影技術(shù) 信息時代就是計算機(jī)化的時代，它基于一種海量存儲、高速傳輸網(wǎng)絡(luò)、高性能工作站及有效的科學(xué)管理。 醫(yī)學(xué)影像的數(shù)字化主要是指醫(yī)學(xué)影像以數(shù)字方式采集、傳輸信息，使采集的影像數(shù)據(jù)得以直接利用計算機(jī)強(qiáng)大的高速運算處理能力，且方便、快速地傳輸、顯示、存儲，為臨床的診斷、治療、研究提供極其重要的信息。 醫(yī)學(xué)影像數(shù)字化和藝術(shù)類圖像數(shù)字化、計算機(jī)輔助工業(yè)造型設(shè)計（ CAD）等其他領(lǐng)域的圖像數(shù)字化原理是類似的，在方法上也沒有本質(zhì)的差別。但作為醫(yī)學(xué)影像技術(shù)最終目的是要有助于早期診斷、及時治療，對病人微創(chuàng)或無創(chuàng)，使病人盡早康復(fù)。因此，對于醫(yī)學(xué)影像，通過數(shù)字化技術(shù)提高它的可視性、可懂性，并能進(jìn)行影像的修復(fù)、優(yōu)化，感興趣區(qū)域的測量與統(tǒng)計，信息的保存與傳輸，所有這些都是為了研究人的正常解剖生理，有效地發(fā)現(xiàn)異常病灶提供可靠的科學(xué)依據(jù)，這是醫(yī)學(xué)影像數(shù)字化的根本目的。 影像數(shù)字化研究始于 20世紀(jì) 40年代， 50年代末到 60年代末廣泛采用計算機(jī)模擬實驗的方法研究靜止圖像和數(shù)字圖像的傳輸，初步實現(xiàn)了可視電話，數(shù)字圖像的理論研究相當(dāng)深入。隨著數(shù)字集成電路器件快速發(fā)展和其他硬件系統(tǒng)的逐步研制成功，為 20世紀(jì) 70年代的醫(yī)學(xué)影像數(shù)字化技術(shù)的突破提供了軟硬件的基礎(chǔ)條件。 1972年的 CT機(jī)的問世和 80年代出現(xiàn)的 MRI和 DSA，成為醫(yī)學(xué)影像科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上革命性的里程碑，也是數(shù)字化技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像中應(yīng)用的典型范例。 第一節(jié) 數(shù)字 X線成像基礎(chǔ)知識 一、模擬影像與數(shù)字影像 模擬影像： 以普通 X線照片為典型代表，它由像素點的空間排列組合而構(gòu)成照片上的影像，照片上點與點之間是連續(xù)的，沒有間隔，所以影像的密度是空間位置的連續(xù)函數(shù)。另外具體到任何一個像素點的密度大小變化，也是一個連續(xù)變化的函數(shù)。因此模擬影像能夠非常真實地反映出影像信息的二維空間分布狀態(tài)。 數(shù)字影像： 是通過不同成像方式檢測信息，按照一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)計算機(jī)重建影像；或者是將已經(jīng)形成的模擬影像通過某種手段將其分解成一定數(shù)量的微小區(qū)域，每個區(qū)域成為一個像素，將像素中灰度的平均值取整數(shù)值；因此數(shù)字影像是由許多不同密度的點（實為小區(qū)域）組成，點和點之間的密度是離散的，并且每一個點的密度值也不連續(xù)，為離散的變化量。 數(shù)字影像的優(yōu)勢： 數(shù)字圖像可通過變化窗寬、窗位、轉(zhuǎn)換曲線等技術(shù)，可以使全部灰階分段得到充分顯示。 圖像后處理使數(shù)字圖像的最大特點?？筛鶕?jù)診斷要求，通過軟件功能對圖像進(jìn)行處理。 阻塞性肺不張 、調(diào)閱、傳輸或拷貝。 影像數(shù)據(jù)的存儲和傳輸是 PACS建立的最重要 部分，是實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程會診、實現(xiàn)無膠片化的基礎(chǔ)。 三、數(shù)字化影像的形成 被照體 模擬信號 圖像數(shù)據(jù)采集 標(biāo)本分割 像素采樣 灰度量化 數(shù)字信號 圖像處理 數(shù)字影像 數(shù)字化 借助探測器、 CCD攝像管、探頭、 IP板、硒探測器等各種輻射接收器件，通過曝光或掃描等形式后將收集到的模擬信號經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換器（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 —— 共計三個步驟 1）標(biāo)本分割（標(biāo)本化） 就是把圖像分割成若干個相等的小單元。它是一個圖像行和列格柵化（矩陣的過程），矩陣大小通常決定了像素的數(shù)量。行和列對像素而言又起到識別和定位的作用。 2）像素采樣 一副圖像被分割后，要對該圖像中每一個像素所表現(xiàn)的兩點進(jìn)行亮度采樣，每一像素的光量子通過探測器（光電倍增管）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小的電信號（模擬信號）。 3）灰度量化（量子化）把模擬信號連續(xù)變化的灰度值轉(zhuǎn)換成數(shù)值上離散的有限個等級的整數(shù)量。 灰度值的總和稱為灰階。圖像可以由灰階中任何一個灰度值組成。 計算機(jī)接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)字信號 根據(jù)需要選用某種圖像處理技術(shù)，立即進(jìn)行相應(yīng)的圖象數(shù)據(jù)處理，從而重建圖像。 將接收到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，以備隨時調(diào)用、顯示或重建。 三、數(shù)字?jǐn)z影中的常用概念 像素：是構(gòu)成影像矩陣的基本單元，也就是代表影像矩陣中的一個小方格。 —— 二維概念 體素： X線影像實際上是包含人體某一部位的一定厚度信息的二維圖像，我們將其代表一定厚度的三維空間的體積單元稱為體素。 —— 三維概念 是一個數(shù)學(xué)概念，它表示一個橫成行、縱成列的數(shù)字集合，是由二維（ n行和 m列）排列成的像素組合，一個像素就是坐標(biāo)中的一個點（ x,y）。 指照片或顯示器上所呈現(xiàn)的黑白圖像上各像素表現(xiàn)的不同深度的灰色。把白色與黑色之間分成若干級，稱為“灰度等級”，表現(xiàn)的亮度（或灰度）信號的等級差別稱為灰階。 將原始圖像數(shù)據(jù)經(jīng)計算得到二維或三維顯示數(shù)據(jù)的過程稱為圖像重建。重建后的圖像可經(jīng)過顯示裝置或介質(zhì)顯示。 四、影像的數(shù)據(jù)量 矩陣大小 、 灰度級數(shù) 決定了影像的數(shù)據(jù)量，并影響 影像質(zhì)量 和 傳送 、 存儲 。 矩陣大小的 原則 必須保證數(shù)字圖像能不失真地反映原始圖像信息。 觀察野（ Field of View）＝ 像素數(shù)量 * 像素大小 在空間分辨力相同的條件下，觀察野（ FOV）越大所需要的像素越多，圖像的矩陣也越大； 如圖像矩陣大小固定， FOV增加時，像素的尺寸就增大，圖像的空間分辨力就降低； 為了獲得圖像更多的細(xì)節(jié)和更高的分辨力，我們需要大的像素矩陣和小的像素尺寸。 —— 占據(jù)計算機(jī)的存儲空間，圖像處理時間延長。 灰度級數(shù)用二進(jìn)制表示，量化后灰度級數(shù)的數(shù)量由 2n決定。 例如：一幅影像中的密度為 ～ ，其密度范圍為 ，若用8bit量化， 28=256,即為 0～ 255灰階，每一灰階密度差為≈，若用 4bit量化， 24=16,即為 0～ 15灰階，每一灰階的密度差為 ≈ 。 結(jié)論： 用盡可能多的圖像灰度的量化級數(shù)來精確表示原來的灰度，有利于保持圖像的不失真，但過高的灰度級數(shù)會占據(jù)大量
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