最新多种医学影像设备原理简介

多种医学影像设备原理简介计算机X线成像( CR )：传统的X线成像是经X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。

计算机X线成像（computed radiography，CR）则不同，是将X线摄照的影像信息记录在影像板（image plate，IP）上，经读取装置读取，由计算机计算出一个数字化图像，复经数字/模拟转换器转换，于荧屏上显示出灰阶图像。

CR与DSA中所述的DR同属数字化成像。

CR的成像原理与设备：CR的成像要经过影像信息的记录、读取、处理和显示等步骤。

其基本结构见图1-6-1。

影像信息的记录：用一种含有微量素铕（Eu2+）的钡氟溴化合物结晶（BaFX：Eu2+，X=CI. Br. I）制成的IP代替X 线胶片,接受透过人体的X线,使IP感光,形成潜影。

X线影像信息由IP记录。

IP可重复使用达2-3万次。

影像信息的读取：IP上的潜影用激光扫描系统（图1-6-2）读取，并转换成数字信号。

激光束对匀速移动的IP整体进行精确而均匀的扫描。

在IP上由激光激发出的辉尽性荧光，由自动跟踪的集光器收集，复经光电转换器转换成电信号，放大后，由模拟/数字转换器转换成数字化影像信息。

由IP扫描完了后，则可得到一个数字化图像。

影像信息的处理：影像的数字化信号经图像处理系统处理，可以在一定范围内任意改变图像的特性。

这是CR优于X线照片之处，X线照片上的影像特性是不能改变的。

图像处理主要功能有：灰阶处理、窗位处理、数字减影血管造影处理和X线吸收率减影处理等。

灰阶处理：通过图像处理系统的调整，可使数字信号转换为黑白影像对比，在人眼能辨别的范围内进行选择，以达到最佳的视觉效果。

这有利于观察不同的组织结构。

例如胸部可得到两张分别显示肺和纵隔最佳图像。

窗位处理：以某一数字信号为0，即中心，使一定灰阶范围内的组织结构，以其对X线吸收率的差别，得到最佳的显示，同时可对这些数字信号进行增强处理。

窗位处理可提高影像对比，有利于显示组织结构，如骨小梁的显示。

数字减影血管造影处理：选择血管造影一系列CR图像中的一帧为负片（蒙片）行数字减影处理，可得到DSA图像。

X线吸收率减影处理：用两个不同的X线摄影条件摄影，选择其中任何一帧作为负片进行减影，则可消除某些组织。

例如对胸部行减影处理可消除肋骨影像，以利于观察肺野。

影像的显示与存储：数字化图像经数字/模拟转换器转换，于荧屏上显示出人眼可见的灰阶图像。

荧屏上的图像可供观察分析，还可用多帧光学照相机摄于胶片上，用激光照相机可把影像的数字化信号直接记录在胶片上，可提高图像质量。

激光照相机同自动洗片机联成一体，可减少操作程序。

CR的数字化图像信息还可用磁带、磁盘和光盘作长期保存。

CR的临床应用： CR的图像质量与所含的影像信息量可与传统的X线成像相媲美。

图像处理系统可调节对比。

故能达到最佳的视觉效果；摄照条件的宽容范围较大；患者接受的X线量减少。

图像信息可由磁盘或光盘储存，并进行传输，这些都是CR的优点。

CR图像与传统X线图像都是所摄部位总体的重迭影像，因此，传统X线能摄照的部位也都可以用CR成像，而且对CR图像的观察与分析也与传统X线相同。

所不同的是CR图像是由一定数目的象素所组成。

CR对骨结构、关结软骨及软组织的显示优于传统的X线成像，还可行矿物盐含量的定量分析。

CR易于显示纵隔结构如血管和气管。

对结节性病变的检出率高于传统的X线成像，但显示肺间质与肺泡病变则不及传统的X线图像。

CR在观察肠管积气、气腹和结石等含钙病变优于传统X线图像。

用CR行体层成像优于X线体层摄影。

胃肠双对比造影在显示胃小区、微小病变和肠粘膜皱襞上，CR 优于传统的X线造影。

CR是一种新的成像技术，在不少方面优于传统的X线成像，但从效益-价格比，尚难于替换传统的X线成像。

在临床应用上，CR不像CT与MRI那样不可代替。

DR： Digital Radiography,直接数字化X射线摄影系统。

DR 由探测器、影像处理器、图像显示器等组成。

透射过人体后的X线信号被探测获取，直接形成数字影像，数字影像数据传到计算机，在显示器上显示，也可以进行后期处理。

现在主要的DR探测器为非晶硅探测器和非晶硒探测器，两种探测器获取影像的效果差别不大。

其它的还有多丝正比室探测器，这是一种空气探测器。

还有一种CCD探测器。

非晶硅探测器和非晶硒探测器都被称为平板探测器。

1.直接通过专业显示器进行阅片，无须再冲洗胶片，大大节约胶片成本（有特殊需求的患者除外）；2.DR升级后可以免除了拍错片等各种烦恼，拍错片或病人身体移动导致图片效果差，医生可以很快看到影响结果，并重新拍摄。

3.对骨结构、关节软骨及软组织的显示优于传统的X线成像，还可进行矿物盐含量的定量分析；易于显示纵隔结构如血管和气管；对结节性病变的检出率高于传统的X线成像；在观察肠管积气、气腹和结石等含钙病变优于传统X线图像；体层成像优于X线体层摄影；胃肠双对比造影在显示胃小区、微小病变和肠粘膜皱襞上，数字化图像优于传统的X线造影。

二、电子计算机X射线断层扫描技术CT英文全称：computed tomographyCT是一种功能齐全的病情探测仪器，它是电子计算机X射线断层扫描技术简称。

CT的工作程序是这样的：它根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量，然后将测量所获取的数据输入电子计算机，电子计算机对数据进行处理后，就可摄下人体被检查部位的断面或立体的图像，发现体内任何部位的细小病变。

1、CT的发明自从X射线发现后，医学上就开始用它来探测人体疾病。

但是，由于人体内有些器官对X线的吸收差别极小，因此X射线对那些前后重叠的组织的病变就难以发现。

于是，美国与英国的科学家开始了寻找一种新的东西来弥补用X线技术检查人体病变的不足。

1963年，美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础。

1967年，英国电子工程师亨斯费尔德在并不知道科马克研究成果的情况下，也开始了研制一种新技术的工作。

他首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT，用于对人的头部进行实验性扫描测量。

后来，他又用这种装置去测量全身，获得了同样的效果。

1971年9月，亨斯费尔德又与一位神经放射学家合作，在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置，开始了头部检查。

10月4日，医院用它检查了第一个病人。

患者在完全清醒的情况下朝天仰卧，X线管装在患者的上方，绕检查部位转动，同时在患者下方装一计数器，使人体各部位对X线吸收的多少反映在计数器上，再经过电子计算机的处理，使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。

这次试验非常成功。

1972年4月，亨斯费尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT 的诞生。

这一消息引起科技界的极大震动，CT的研制成功被誉为自伦琴发现X 射线以后，放射诊断学上最重要的成就。

因此，亨斯费尔德和科马克共同获取1979年诺贝尔生理学或医学奖。

而今，CT已广泛运用于医疗诊断上。

2、CT的成像基本原理CT是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digital converter）转为数字，输入计算机处理。

图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel），见图1-2-1。

扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵（digital matrix），数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。

经数字/模拟转换器（digital/analog converter）把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即象素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT图像。

所以，CT图像是重建图像。

每个体素的X线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。

3、CT设备 CT设备主要有以下三部分：①扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成；②计算机系统，将扫描收集到的信息数据进行贮存运算；③图像显示和存储系统，将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。

探测器从原始的1个发展到现在的多达4800个。

扫描方式也从平移/旋转、旋转/旋转、旋转/固定，发展到新近开发的螺旋CT扫描（spiral CT scan）。

计算机容量大、运算快，可达到立即重建图像。

由于扫描时间短，可避免运动产生的伪影，例如，呼吸运动的干扰，可提高图像质量；层面是连续的，所以不致于漏掉病变，而且可行三维重建，注射造影剂作血管造影可得CT血管造影（Ct angiography，CTA）。

超高速CT扫描所用扫描方式与前者完全不同。

扫描时间可短到40ms以下，每秒可获得多帧图像。

由于扫描时间很短，可摄得电影图像，能避免运动所造成的伪影，因此，适用于心血管造影检查以及小儿和急性创伤等不能很好的合作的患者检查。

4、CT图像特点CT图像是由一定数目由黑到白不同灰度的象素按矩阵排列所构成。

这些象素反映的是相应体素的X线吸收系数。

不同CT装置所得图像的象素大小及数目不同。

大小可以是1.0×1.0mm，0.5×0.5mm不等；数目可以是256×256，即65536个，或512×512，即262144个不等。

显然，象素越小，数目越多，构成图像越细致，即空间分辨力（spatial resolution）高。

CT图像的空间分辨力不如X线图像高。

CT图像是以不同的灰度来表示，反映器官和组织对X线的吸收程度。

因此，与X线图像所示的黑白影像一样，黑影表示低吸收区，即低密度区，如含气体多的肺部；白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。

但是CT与X线图像相比，CT的密度分辨力高，即有高的密度分辨力（density resolutiln）。

因此，人体软组织的密度差别虽小，吸收系数虽多接近于水，也能形成对比而成像。

这是CT的突出优点。

所以，CT可以更好地显示由软组织构成的器官，如脑、脊髓、纵隔、肺、肝、胆、胰以及盆部器官等，并在良好的解剖图像背景上显示出病变的影像。

x线图像可反映正常与病变组织的密度，如高密度和低密度，但没有量的概念。

CT图像不仅以不同灰度显示其密度的高低，还可用组织对X线的吸收系数说明其密度高低的程度，具有一个量的概念。

实际工作中，不用吸收系数，而换算成CT值，用CT值说明密度。

单位为Hu（Hounsfield unit）。

水的吸收系数为10，CT值定为0Hu，人体中密度最高的骨皮质吸收系数最高，CT值定为+1000Hu，而空气密度最低，定为-1000Hu。