《X射线影像》PPT课件.ppt

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1、第二章 X射线影像,内容梗概,X射线摄影特殊X射线摄影X射线摄影图像质量评价数字图像基础,数字减影血管造影数字X射线摄影数字X射线影像的主要技术优势,第一节 X射线摄影,用胶片代替荧光屏，透过人体的X射线作用在胶片上，由于X射线的光化学作用，使胶片感光，因各组织器官的密度、厚度不同，对X射线的衰减不同，对胶片的感光程度也就不同，于是形成X射线影像。,X射线摄影基本原理,X射线摄影对胶片的要求,X射线胶片的感光度较高，需要的X射线剂量较X射线透视减少很多。胶片的感光颗粒较小，能显示更细微的病变。胶片可以长时间保存，并可走出暗室，在日光下读片。,X射线影像与传统X线透视的区别,主要不同在于X射线影

2、像不能在现场直接观察，需要在暗室中对已曝光的X射线胶片进行显影，定影处理后，才可获得人眼能观察的影像。,胶片,主要感光材料：溴化银 分辨率：分辨率的大小主要由溴化银颗粒的大小所决定。溴化银颗粒的大小一般为12m。一般用多少线对每毫米来表示，国产胶片的分辨率为6585线对/毫米。胶片规格：5 7，8 10，10 12，11 14，12 15，14 14，14 17。单位：英寸。,胶片特性曲线,曝光量H与对应黑度D的关系曲线 D:胶片变黑的程度 H:用毫安秒(mAs)表示 反差系数（contrast coefficient）:表示两曝光点的黑度差别,x射线摄片过程中的辅助装置,滤线器,散射线使得胶

3、片图像模糊，利用滤线器，可减小散射线的影响。,材料：薄铅条与可透X射线的物质(树脂等)相互间隔粘合而成 分类：线型栅和格型栅 平行栅和聚焦栅 静止栅和活动栅,栅比值（N）：铅条高度与铅条间距之比值 一般为：4 16。栅密度（R）：一般为40LP/CM。即每厘米有40条铅条。,束光器,用于限制X射线照射野的范围，减少病人其它部位的受照射剂量。利用铅对球管的X射线出射处的范围进行限定。,增感屏的作用,1.为了增加胶片的感光能力，缩短曝光时间，在胶片前面放置增感屏。2.增感屏相当于移波剂，由于X光对胶片的感光能力差，所以它将X光转化为荧光，荧光的光谱正好与胶片的感光光谱一致，从而使胶片感光效率提高。

4、,增感屏的材质,增感屏的材料是能在X射线照射下发出荧光的物质，如钨酸钙、硫酸钡等。,增感屏的分类,根据感应的速度增感屏可分为：低速增感屏、中速增感屏和高速增感屏。根据产生的荧光波长可分为：感绿增感屏和感蓝增感屏。分别与感绿胶片与感蓝胶片相匹配。,第二节 特殊X射线摄影,1、软X射线摄影2、高千伏X射线摄影3、体层摄影4、X射线造影及造影剂,1.软X射线摄影,软X射线摄影应用价值 是利用人体各种组织对不同质的软X射线的吸收有显著差别的原理，使密度相差不大的脂肪、肌肉和腺体等软组织在感光胶片上形成对比度高的影像，以利于观察软组织特别是乳房的形态变化以及癌肿等疾病。,1.软X射线摄影,软X射线摄影原

5、理：软X射线通常是指管电压在40kV以下的低能量X射线，它在体内主要是通过光电效应的方式被吸收。光电吸收与X射线能量的3次方成反比，与吸收物质的原子序数的4次方成正比，从而使密度相差无几的肌肉、脂肪等软组织的对比度大大提高，从而使影像变得更加清晰。,肌肉和脂肪对软X射线吸收能力之间的关系：,。,2.高千伏X射线摄影,高千伏X射线摄影原理：指使用高于120kV的管电压所产生的X射线进行的摄影检查，此时组织吸收一般则以散射效应(康普顿散射)为主，各部分结构影像密度的高低受其组织原子序数和厚度的影响减少。,高千伏X射线摄影的优点,1）对于密度差别较大的组织，其影像的对比度突出，层次丰富。2）可以改善

6、因肢体厚薄及组织不同导致的影像密度差别过大的缺点。,高千伏X射线摄影的优点,3）如果不改变毫安数，可缩短照射时间，这对活动器官的检查可减少因运动造成的影像模糊，提高细节的可见程度。4）如果照射时间不变，可降低毫安数，减小X射线管的负荷，所以可以使用小焦点X射线管摄影，提高影像细节的可见程度。,高千伏X射线摄影的优点,5）X射线的硬度提高，透过肢体的X射线量适当，而组织吸收的X射线量却大为减少，减低了被检者所受的辐射量。,高千伏X射线摄影的缺点,由于X射线能量较大，各组织对X射线的吸收差异减小，散射线增多，这不仅降低了影像的反差，而且增加了照片的灰雾。,解决措施,用高栅比的滤线器来除去散射线的影

7、响，摄片时还要注意优选投照条件，使照片有较好的清晰度。,X射线体层摄影（Xray tomography）,体层摄影的目的：将位于身体内欲观察层面的病灶突出地显示出来，而使其他深度平面组织影像模糊不清。,体层摄影的基本原理：,在曝光过程中，使X射线管焦点、肢体和胶片作协调匀速运动，将支点定于某一选定层高度，通过连接杆使X射线管与胶片呈反向移动，选定层即可与胶片始终保持平行，并以一定的放大比例固定在投影胶片上。,经典断层成像X射线体层摄影,4.X射线造影及造影剂（contrast medium）,平片检查的适用性 软组织密度差别小导致影像密度差别小。软组织内腔无法显影。,X射线造影的定义,将某种造

8、影剂引入欲检查的器官内或其周围，使其形成物质密度差异，从而改变器官与周围组织的X射线影像密度，显示出器官的形态和功能的方法。,造影剂的分类,阳性造影剂阴性造影剂,第三节 X射线影像质量,1、评价医学影像质量的参数2、影像X射线影像质量的因素,影像X射线影像质量的因素,影响X射线影像对比度的因素模糊对X射线影像质量的影像,影响X射线影像对比度的因素,X射线胶片特性的影响：X射线胶片所产生的影像对比度的大小取决于其感光乳胶的类型、曝光量、处理过程的标准化和灰雾度。被检者的影响：厚度、密度,影响X射线影像对比度的因素,光子能量的影响：在X射线诊断中，影像不同区域之间的对比度随光子能量减少或增加。散射

9、线的影响：散射线穿过身体后方向发生改变，散射线也能到达胶片，造成影像对比度降低。在对较厚的肢体摄影时，这种影响尤为严重。,减少散射线的影响,可通过使用准直器、增大空气隙、控制照射野和使用滤线器的办法，减少散射线，增加影像对比度。,模糊对X射线影像质量的影响,降低了影像的对比度，进而减低细节的可见度。这是由于模糊使小物体（细节）的图像向周围背影区扩展，致使细节的对比度与可见度减小。,模糊分类,运动模糊 焦点模糊 检测器模糊,39,第四节 数字化X射线成像技术,1.计算机数字图像基础知识(数字图像、数字图像处理技术)2.数字减影血管造影3.数字X射线摄影（扫描投影放射摄影、计算机X射 线摄影、直接

10、数字化X射线摄影）4.数字化X射线成像技术与传统,40,1.计算机数字图像基础知识,数字图像概念：将一幅模拟图像分成有限个被称为象素的小区域，每个象素中的灰度平均值用一个整数来表示，就是数字图像。,1.计算机数字图像基础知识,灰度级（Gray level）：将连续变化的灰度值转化为一系列离散的整数灰度值，量化后的整数灰度值即为灰度级，又称为或灰阶（gray scale）。目前常用的灰度级数有8位256个灰度级、10位1024个灰度级。,1.计算机数字图像基础知识,灰度精度 量化后灰度级的数量由2N决定，N是二进制的位数，常称为位（bit），用来表示每个象素的灰度精度。图像灰度精度的范围为图像的

11、灰度分辨力，也称为图像的对比度分辨力或图像的密度分辨力。,44,1.计算机数字图像基础知识,数字图像处理的主要方法图像增强图像恢复图像兴趣区的定量估值三维图像重建,增强技术根据不同处理原理的分类,空域法是针对图像平面本身，直接处理图像中的像素，如对比度增强。频域法是建立在修改图像傅立叶变换基础上，不直接处理像素，以高通、低通滤波为代表。,图象增强根据算法分类,对比度增强图象平滑图象锐化 同态滤波伪彩色与假彩色处理代数运算几何运算,对比度增强,灰度变换法 线性变换 对数变换 指数变换直方图调整法 直方图均衡化 直方图匹配,要点：,灰度变换法,(一)线性灰度变换 当图象成象时曝光不足或过度,或由于

12、成象设备的非线性和图象记录设备动态范围太窄等因素。都会产生对比度不足的弊病，使图象中的细节分辨不清。这时可将灰度范围线性扩展。设f(x,y)灰度范围为a,b，g(x,y)灰度范围为c,d,线性灰度变换,线性灰度变换,灰度变换法,(二)分段线性灰度变换 将感兴趣的灰度范围线性扩展，相对抑制不感兴趣的灰度区域。设f(x,y)灰度范围为0,Mf，g(x,y)灰度范围为0,Mg,分段线性灰度变换,分段线性灰度变换,0,f(x,y),g(x,y),a,b,c,d,Mf,Mg,灰度变换法,(三)非线性灰度变换（1）对数变换 低灰度区扩展，高灰度区压缩。（2）指数变换 高灰度区扩展，低灰度区压缩。,对数变换

13、,a,b,c是按需要可以调整的参数。,对数变换,对数变换,指数变换,a,b,c是按需要可以调整的参数。,指数变换,59,直方图调整法,通过修改直方图，把灰度级的分布拉开，这相当于增加了图像的对比度，包括直方图均衡和直方图匹配。修改的目的是突出感兴趣的灰度范围，使图像的质像有所改善。,63,图像平滑技术,邻域平均法低通滤波法,低通滤波法,低通滤波法：滤除高频成分，保留低频成分，在频域中实现平滑处理。滤波公式：F(u,v)原始图象频谱，G(u,v)平滑图象频谱，H(u,v)转移函数。,空间域与频率域,70,图像锐化（sharpening）,高通滤波法：是用高通滤波转移函数来衰减傅立叶变换中的低频分

14、量，但无损高频分量。带通滤波：选择性增强某些特定的空间频率，衰减其它成分。适当滤波：只增强某些空间频率，保持其它成分不变。,图像锐化（sharpening）,伪彩色显示：把黑白图像的各个灰度级按照线性和非线性函数映射成相应的色彩。提高人眼对图像的分辨能力。代数运算：指两幅图像对应象素之间进行一对一灰度值的加、减、乘、除运算。可用于突出有用信息，抑制或消除无用信息。如DSA。,USM,查找边缘,USM,查找边缘,79,反锐化掩模,这是一种边缘增强技术。,升高了高频成分，低频成分不受影响。,低通滤波后得到的模糊像,原始图像,常数,Return,80,兴趣区定量估值,常采用的方法有：（1）用不同的灰

15、度级或颜色来显示图像的量值。（2）感兴趣区域的显示和测量。（3）感兴趣区的距离、角度、几何尺寸测量。（4）部分图像区域的扩大和旋转。（5）特征提取和分类、疾病部位的识别和定量等。,伪彩色与假彩色处理,伪彩色处理假彩色处理,要点：,伪彩色与假彩色处理,伪彩色(pseudocolor)处理：把黑白图象处理成伪彩色图象。假彩色(false color)处理：把真实的自然彩色图象或遥感多光谱图象处理成假彩色图象。,伪彩色处理,人眼只能区分40多种不同等级的灰度，却能区分几千种不同色度、不同亮度的色彩。伪彩色处理就是把黑白图象的灰度值映射成相应的彩色。（一）灰度分层法,伪彩色处理,（二）灰度变换法,假彩

16、色处理,把真实的自然彩色图象或遥感多光谱图象处理成假彩色图象。用途：（1）景物映射成奇异彩色，比本色更引人注目。,假彩色处理,用途：（2）适应人眼对颜色的灵敏度，提高鉴别能力。如人眼对绿色亮度响应最灵敏，可把细小物体映射成绿色。人眼对蓝光的强弱对比灵敏度最大。可把细节丰富的物体映射成深浅与亮度不一的蓝色。,假彩色处理,例：,Motor Activation-Right Index Finger Movement,1 Hz2 Hz3 Hz,Schlaug,et al,1995,Harvard Medical School and Beth Israel Hospital,Multispectra

17、l Tissue Classification,T1,T2,3D Histogram,SegmentedImage,94,第五节 数字减影血管造影,20世纪60年代出现过X线照片减影术(Radiography Image Subtraction)，主要用于脑血管造影。80年代的数字减影技术主要应用于血管造影中，所以又叫数字减影血管造影技术(DSA，Digital Subtraction Angiography)。,第五节 数字减影血管造影,20世纪60年代，出现过X线照片减影术(Radiography Image Subtraction)，主要用于脑血管造影。80年代，数字减影技术主要应用于血

18、管造影中，所以又叫数字减影血管造影技术(DSA，Digital Subtraction Angiography)。,第五节 数字减影血管造影,97,一、DSA技术的物理基础,骨骼,血管,软组织,X射线吸收规律,血管内注入造影剂前：,或,血管内注入造影剂后：,或,血管注入造影剂前、后透过的X射线强度的对数差为：,I0,dB,dT,dI,I,98,二、DSA的基本方法,（1）时间减影,C,C（t）,2,12,4,6,8,10,t（秒）,图像顺序,5,10,15,20,25,蒙片,减影图像,99,时间减影技术,将不同时间拍摄的统一部位的影像相减，来判断病灶。,二、DSA的基本方法,（2）能量减影利用

19、碘在33keV附近对X线衰减系数有明显的差异而进行。能量减影原来主要用于心血管造影检查。,101,I0,骨骼,血管,软组织,（2）能量减影利用碘在33keV附近对X线衰减系数有明显的差异而进行,分别用低能（管电压70kV）和高能（120kV）X射线照射如图所示两均匀介质时，透射X射 线强度 IT与入射X射线强度I0之间的关系为：,X射线检测器将接收到的X射线转换为电信号，并通过对数变换后，得到图像S为：,由低能X射线产生的图像SL和高能X射线图像SH分别为：,IT,dB,dI,dT,102,对两幅图像分别加权KL和KH后相减，得到减影图像S为：,令第二项0（消除软组织图像信号），得骨组织图像为

20、：,令第一项0（消除骨组织图像信号），得软组织图像为：,能量减影技术对X射线机的要求：X射线管的管电压在高低压之间（70kV130kV）高速切换，增加了设备的复杂性。,103,（3）混合减影,在造影剂到达前或到达后都做高能和低能的影像。先做高能和低能像的减影来得到一系列的双能减影像。在这种双能减影中软组织像已经被消除了。再用时间减影法处理这些双能减影像以消除骨骼等背景。由于软组织像是用能量减影法消除的，因此软组织的运动将不会产生影响。,104,三、DSA参数成像,在获取DSA影像序列后，除了提取血管的分布、轮廓、数量、位置、管径等形态学信息外，还可以把记录到的视频信号量化为视频灰度值，进而得到

21、作为时间函数的视频灰度曲线。该曲线间接反应了相关兴趣区内含碘血液的廓清过程，从曲线的峰值高度、曲线下面积、曲线的出现时间、曲线的最大斜率等以及进一步派生出来的一系列参数之中可以获得一系列非形态学信息。,105,四、影响DSA影像质量的因素,（1）噪声（2）运动伪影（3）造影剂浓度,106,五、DSA的优缺点,优点：（1）图像叠加精确，对比度大，可用稀释得很淡的造影剂显示出被充盈的细小血管。（2）可实时处理。,五、DSA的优缺点,优点：（3）在屏幕上直接显示出减影图像，便于进行图像分析。（4）数字图像的存储有可能对图像伪影进行快速的校正，如采用新的掩模图像来改变对比度和消除伪影等。,五、DSA的

22、优缺点,缺点：（1）当不进行选择性注射时，图像中会出现血管重叠。（2）由于被检者的移动、吞咽、肠胃蠕动和动脉搏动等慢运动，使掩模图像和充盈图像发生位移，以致不能充分消除掉与血管重叠的那些结构，而产生图像伪影。,109,第六节 数字X射线摄影,1 扫描投影放射摄影2 计算机X射线摄影（CR）3 直接数字化X射线摄影（DDR）,110,1.扫描投影放射摄影（SPR）,定义：用点状或线阵检测器进行X射线数字化成像的方法。特点：与DF相比，SPR系统具有较低的散射几何条件，对点检测器而言，几乎没有散射线。在检查过程中允许工作人员在患者身边，这对严重受伤的患者来讲，具有重要意义。,1.扫描投影放射摄影（

23、SPR）,分类：点扫描 线（扇）扫描法,112,点扫描,113,线（扇）扫描法,114,2.计算机X射线摄影（CR）系统,CR的基本组成,控制计算机,影 像 板,影像读取装置（X射线影像 数字）,图像处 理装置,图像记录装置（数 字信号 光信号）,图像存储装置（光盘、磁带等）,荧光屏,胶 片,激光 照相机,CR相片,自动洗相机,透射X射线,2.计算机X射线摄影（CR）系统,CR成像的基本原理 IP板经X射线照射后，其内的电子获得能量，跃迁到高能态，由此形成了模拟影像。受照射后的IP板，经激光扫描后，受激电子以荧光的形势释放出来，将IP板上的每一点荧光值用光电倍增管转化成电信号，并记录下来，形成

24、了X光数字图像。,2.计算机X射线摄影（CR）系统,CR的成像过程,影像信息的采集（模拟信息）。用激光束扫描带有潜影的IP，PSL物质被激励，释放其储存的能量，荧光经光电倍增管将其放大并转换成电信号。经A/D转换器转换成数字图像。显示与储存CR数字影像。,影像板(IP板),材料：氟卤化钡(Barium Fluorohalide)结构：,保护层荧光层基板背面保护层,119,影像板(IP板),背面保护层：防止使用过程中成像板之间的摩擦损伤，其材料与表面保护层相同。,基板：基板的作用是保护PSL物质层免受外力的损伤。要求具有很好的平面性、适度的柔软性及机械强度，材料是聚酯树脂纤维胶膜，厚度在2003

25、50um。,PSL物质层：将PSL物质混于多聚体溶液中，涂在基板上，干燥而成。,表面保护层：防止PSL物质在使用过程中受到损伤。它不能随外界的温度、湿度的变化而发生变化，并在非常薄的条件下能弯曲、耐磨损、透光率高。常用聚酯树脂类纤维制造这种保护层。,120,灵敏度高，使曝光剂量降低 分辨率高动态范围宽 IP可重复使用 速度慢 分辨率不如常规X线机,IP成像的物理基础：,光激励发光 某些物质在第一次受到照射光（一次激发光）照射时，能将一次激发光所携带的信息储存（记录）下来，当再次收到照射光（二次激发光）照射时，能发出与一次激发光所携带信息相关的荧光，这种现象被称作光激励发光（photostimu

26、lated luminescence，PSL），该物质被称作光激励发光物质（photostimulated luminescence substance）,122,PSL的强度与二次激发光的波长有关，PSL的最大发射波长在390400nm，二次激发光的最大激发波长在600nm附近。由于二次激发光的 和携带X射线影像信息的PSL的 不同（600nm和390400nm），易于区分，因而在读取影像信号时，会有良好的信噪比（S/N）。,波长（nm）,PSL相对强度,400,500,600,二次激发光谱,PSL发射光谱,123,IP板读片机,124,影响CR影像质量的因素,空间分辨力：主要决定于PSL物

27、质结晶体的颗粒度和影像读出系统的电、光学特性。CR影像空间分辨力尚不如传统胶片。噪声：X射线量子噪声、光量子噪声和固有噪声。,影响CR影像质量的因素,X射线量子噪声：在X射线被IP吸收过程中产生的噪声。噪声量与入射X射线量成反比。光量子噪声：PSL物质被二次激发，产生PSL转换为电信号过程中产生的噪声。固有噪声：与X射线无关的噪声。包括IP结构噪声、激光噪声、模拟电路噪声、A/D转换中的量子噪声等。,126,3.直接数字化X射线摄影（direct digitized radiography,DDR）,基本原理 在具有图像处理功能的计算机控制下，采用一维或二维的直接X射线摄影探测器（DRD）直接

28、把X射线信息影像转化为数字图像信息的技术。,127,平板数字探测器(FPD,Flat Pannel Detector),材料种类：CCD探测器 CMOS探测器 非晶硅探测器 非晶硒探测器,Thin Film Transistor array 薄膜晶体管阵列,探测器,128,直接FPD非晶硒探测器,129,直接数字化X 射线摄影的主要特点,成像环节明显减少,可以在避免胶片感光的过程中和暗室化学处理过程中图像信息的丢失。图像具有较高分辨力，能够满足临床常规X射线摄影诊断的需要。放射剂量小，曝光宽容度大，曝光条件易掌握。可以根据临床需要进行各种图像后处理。,130,1、X射线的量子检测效率与X线剂量

29、2、图像的对比度分辨力与空间分辨力 3、摄影条件 4、图像的处理、存贮和传输5、计算机辅助诊断,第七节 数字化X射线成像技术与传统X射线摄影的比较,131,1、X射线的量子检测效率与X线剂量,检测效率：传统X射线摄影:20%30%，数字化X射线成像系统：60%。数字化X射线成像的剂量可降低很多。利用图像处理功能，一次曝光所得图像数据经处理后可以获得与需要改变条件和多次曝光的传统方法相同的效果。在应用上减少曝光次数，也可减少受检者辐射剂量，提高X射线使用效率。,132,普通X射线胶片的动态范围约为1比100，所以只能分辨出组织密度差别大于1%的物体。数字化X射线成像技术中探测器系统的动态范围可达

30、1比5000及至1比10000，所以X射线数字摄影可分辨组织密度差别小于1%的物体，具有很高的对比度分辨力及较大的曝光宽容度。,2、图像的对比度分辨力与空间分辨力,2、图像的对比度分辨力与空间分辨力,X射线数字影像的空间分辨力一般不及普通X射线胶片。数字化X射线成像技术,其探测器的动态范围比较大，对低比度差异物体检查性好，并可用图像处理技术，对低对比度物体进行灰度变换，能将微小的灰度差异突出显示出来。,134,传统X射线影像在观察透视影像时需持续辐射。数字化X射线成像技术有脉冲透视，无需连续辐射，并有图像冻结功能，可选取最佳时机冻结图像，可在无X射线辐射的情况下观察和分析图像。数字化X射线成像系统宽容度大，且可避免因参数选择失当而重拍，有利于提高诊断效率。,3、摄影条件,