04_医学图像成像模式_2010

医学图像处理与分析上海交通大学医学院医学图像的成像模式[e-mail]第二章医学图像的成像模式一．光学成像及其图像信息[e-mail]一．光学成像及其图像信息1.常规光学透射(或反射)成像[e-mail]00光密度与数字图像的灰度值成正比[e-mail]成分、结构、浓度光密度OD，透光强度图像灰度值[e-mail]对比度增强机制：提高图像对比度←增强光密度差异①细胞HE染色②免疫组化染色[e-mail]一．光学成像及其图像信息1.常规光学透射(或反射)成像2.荧光(或生物发光)成像[e-mail]④某些物质的受激电子从高能状态经系统内交调迁移到中间振动状态，再从振动状态迁移回到稳态的过程中发出磷光①物质吸收光能，从基态激发到激发态(高能)②分子很快从高能到一个不稳定的高能级③分子从不稳定的高能级返回基态时会伴随光子产生，即荧光产生[e-mail]400nm760nm荧光波长[e-mail]荧光强度特定物质量图像灰度[e-mail]一．光学成像及其图像信息1.常规光学透射(或反射)成像2.荧光(或生物发光)成像3.光学成像的一般技术性能[e-mail]3.光学成像的一般技术性能①灵敏度光学[e-mail]CCD的背景噪声CCD读取噪声CCD暗电流热噪声荧光背景光[e-mail]3.光学成像的一般技术性能①灵敏度光学CCD冷却CCD10-9~[e-mail]3.光学成像的一般技术性能①灵敏度②空间分辨率取决于光源深度荧光穿透组织的厚度1.5~[e-mail]3.光学成像的一般技术性能①灵敏度②空间分辨率③时间分辨率实时成像仅取决于CCD数据的读出[e-mail]3.光学成像的一般技术性能①灵敏度②空间分辨率③时间分辨率④稳定性好、毒性小[e-mail]第二章医学图像的成像模式一．光学成像及其图像信息二．X线及X-CT及其图像信息[e-mail]光的发现与发展1895伦琴发现X光1896爱迪生制造X光透射机1901伦琴获得第一届诺贝尔物理奖[e-mail](ComputedTomography)1963美国物理学家Cormark提出数学重建算法1971英国工程师Hounsfield设计成功第一台颅脑CT机1974美国Georgetown医学中心全身CT机1979Hounsfield和Cormark分享了诺贝尔生理学或医学奖。[e-mail]二．X线及X-CT及其图像信息1.X线及X-CT的成像原理[e-mail]0IX射线源检测器ddμeII0线性吸收系数：不同的生物组织和不同的厚度，对于X射线的衰减程度各不相同X线吸收系数，物质固有属性N1iiidμ[e-mail]图像的明暗程度(灰度)Vs.X线吸收系数[e-mail]X-CT的数学基础：由投影重建图像[e-mail]②X-CT的扫描：投影的产生[e-mail]二．X线及X-CT及其图像信息1.X线及X-CT的成像原理2.X-CT的图像信息[e-mail]①CT值(相对线性吸收系数)kCTwwnumber线性吸收系数比例因子假设：空气＝0，骨＝2，（已知，水＝1）若：k=1000，则，空气CT=-1000，骨CT=1000k=2000，则，？水的线性吸收系数[e-mail]②CT值的信息特定物质（人体组织）线性吸收系数CT值图像灰度值[e-mail]值和图像灰度相关，但可能超出图像灰度范围。[e-mail]③对比度增强机制——改变线性吸收系数及CT值a)图像的灰度对比度反映了不同组织成分的吸收系数的差异b)组织密度和线性吸收系数接近、CT值相近时，可采用对比度增强剂（碘）c)异常血管增生，局部血液丰富，血脑屏障破坏（碘含量增加）d)口服硫酸钡溶液（肠道、食道）[e-mail]二．X线及X-CT及其图像信息1.X线及X-CT的成像原理2.X-CT的图像信息3.X-CT的一般技术性能[e-mail]3.X-CT的一般技术性能①灵敏度密度相差不大（软组织）的区分能力不强[e-mail]3.X-CT的一般技术性能①灵敏度②空间分辨率临床CT：1mm动物CT：10[e-mail]3.X-CT的一般技术性能①灵敏度②空间分辨率③时间分辨率[e-mail]第二章医学图像的成像模式一．光学成像及其图像信息二．X线及X-CT及其图像信息三．磁共振成像及其图像信息[e-mail]1952，发现核磁共振現象的美国科学家Bloch和Purcell获诺贝尔物理学奖1977，第一台MRI问世1991，发明核磁共振高解像技术的Ernst获诺贝尔化学奖2002，发明核磁共振三唯空间解像的Wuthrich获诺贝尔化学奖2003，MRI的发明人美国化学家Lauterbur和英国物理学家Mansfield获诺贝尔医学奖[e-mail]三．磁共振成像1.MRI成像原理[e-mail]①原子核的常态(稳态)和非常态②弛豫过程(relaxation)和驰豫时间③驰豫时间vs.原子核的种类与数量纵向弛豫(T1)，横向弛豫(T2)[e-mail]磁共振成像的图像表现①弛豫时间是物质固有的物理属性②医学MRI主要用氢核（1H）③不同的测量时间T1/T2，表现了不同的物质对象MRI中不同的灰度值X-CT以线性吸收系数反映物质的固有属性[e-mail]三．磁共振成像1.MRI成像原理2.MRI成像的图像信息[e-mail]成像的图像信息①医学MRI成像均采用氢核（1H）人体内的氢核大多包含在水分子中②T1/T2的生物学意义[e-mail]不同组织的T1和T2值各异同一组织在不同生理或病理状态的T1和T2值也不相同[e-mail]成像的图像信息①医学MRI成像均采用氢核（1H）人体内的氢核大多包含在水分子中②T1/T2的生物学意义③MRI图像中的像素灰度反映了T1或T2值④对比度增强机制[e-mail]④对比度增强剂MRI：（1）软组织本身可区分（2）加入磁性物质，使得磁场表现不同CT：（1）软组织密度相近，图像中难以区分（2）重金属吸收密度不同，明显差异[e-mail]三．磁共振成像1.MRI成像原理2.MRI成像的图像信息3.MRI的一般技术性能[e-mail]的一般技术性能①灵敏度高于X-CT，低于核素成像和光学成像10-3~[e-mail]的一般技术性能①灵敏度②空间分辨率稍逊于X-CT，高于其他医学成像方式临床MRI：1mm动物MRI：100[e-mail]的一般技术性能①灵敏度②空间分辨率③时间分辨率[e-mail]第二章医学图像的成像模式一．光学成像及其图像信息二．X线及X-CT及其图像信息三．磁共振成像及其图像信息四．超声成像及其图像信息[e-mail]超声成像（US）1912，出现了利用声波摄取影像的技术1.侦测冰山2.声纳——二次大战1949，美国医生Howry创建了初步的超声波仪器[e-mail]四．超声成像1.B型超声成像原理[e-mail]超声成像原理超声波在不同介质内传播的速度不同。不同的生物组织会产生不同的反射波强度。当声波从一个介质进入另一个介质的时候，声波频率不变，波长和声波速度将随着介质的不同而改变。[e-mail]超声成像原理超声通过多个界面时的反射和透射形成回波依照接受回波的先后次序及时间长短，可标定出所发声波行进路线上的各介质存在的位置[e-mail]四．超声成像1.B型超声成像原理2.超声成像的图像信息[e-mail]2.超声成像的图像信息①不同组织具有不同的声阻抗[e-mail]声阻抗是生物组织的固有特性，是一种反射回波声阻抗=介质的密度*声速声阻抗←→反射波强度←→图像灰度值[e-mail]2.超声成像的图像信息①不同组织具有不同的声阻抗②回波强度可反映介质的声阻抗图像灰度值反映了超声波回波的强度具有不同声阻抗介质的界面[e-mail]2.超声成像的图像信息①不同组织具有不同的声阻抗②回波强度可反映介质的声阻抗③对比度增强增强散射理论上可采用充气的微泡[e-mail]四．超声成像1.B型超声成像原理2.超声成像的图像信息3.超声成像的一般技术性能[e-mail]3.超声成像的一般技术性能①灵敏度和探测深度有关[e-mail]3.超声成像的一般技术性能①灵敏度②空间分辨率角度分辨率轴向分辨率[e-mail]3.超声成像的一般技术性能①灵敏度②空间分辨率③时间分辨率超声速度、角度分辨率最大径向检测范围[e-mail]第二章医学图像的成像模式一．光学成像及其图像信息二．X线及X-CT及其图像信息三．磁共振成像及其图像信息四．超声成像及其图像信息五．放射性核素(发射型计算机断层)成像及其图像信息[e-mail]的出现1943，瑞典化学家赫维西(GeorgeCharlesdeHevesy)，发现了用于人体检测的安全有效的放射性追踪剂，获得诺贝尔化学奖。1995，FDA核准PET的临床使用。[e-mail]第二章医学图像的成像模式五．放射性核素成像1.放射性核素成像原理[e-mail]1.放射性核素成像原理①ECT的物理基础放射性核素发射射线体外检测射线可确定体内放射性核素活度放射性核素是外源性的射线活度取决于组织的血流、代谢、排泄、细胞功能、细胞数量、……[e-mail]•内源性•结构成像•外源性•功能成像[e-mail]1.放射性核素成像原理①ECT的物理基础②ECT的数学基础[e-mail]1.放射性核素成像原理①ECT的物理基础②ECT的数学基础③ECT的种类单光子发射（SPECT）正电子发射（PET）[e-mail]体外的示踪剂注入体内，聚集在体内靶标组织，核素