课程目录

1.课程简介

2.医学成像技术简介

Radiography（X光成像）

Fluoroscopy—Real time radiography（荧光成像——实时的X光成像）

Mammography（乳腺癌钼靶成像）

Computed Tomography（CT成像）

Ultrasound imaging（超声成像）

Magnetic Resonance Imaging (MRI，磁共振成像)

Gamma Camera/Scintillation Camera（核素成像）

3.成像图像质量

对比度

Display contrast（显示器地对比度）

DICOM GSDF

分辨率

4.什么是DICOM

5.DICOM图片指向

Image Orientation-1

Image Orientation-2

Image Orientation-3

Image Orientation-4

Image Orientation-5

举例

6.DICOM图像传输

7.PACS

7.1 PACS介绍

7.2 PACS架构

8.X光产生

9.X光管

10.X光滤过效应

11.X光管发热效应

12.X光与物质作用简介

1.课程简介

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2.医学成像技术简介

    在医院里面，放射科是由三部分组成：

1.扫描技师（Technologist）。负责每天扫描病人，在控制室里面，在磁共振（CT）控制室里面，给病人准备换衣服、静脉注射，然后把病人推到磁共振设备或者CT设备里面，然后进行扫描，这是扫描技师的工作。

2.放射科医生（Radiologist）。负责在电脑跟前，将每个病人的图片进行传送从而展示在显示屏上，通过读片子来做出诊断。

3.医学物理师（Medical Physicist）。负责每个医疗成像设备的正常运行，而且能确保得到的图片都是高质量的图片。

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    医学成像技术分类：

1.X光成像（X-ray imaging）。有核辐射，需要采用高能量的X光或者伽马光子；应用领域如胸透、拍片、乳腺癌钼靶成像、CT（Computed Tomography，通过旋转拍摄得到不同角度透射的图片，然后根据这个图片来做重建，最后得到人体横断面的图片）、荧光成像（Fluoroscopy）。

2.超声成像（UltraSound imaging）。没有那些辐射而且用的是声波，只不过频率要比声波要高，所以是安全的且特别方便，应用领域如解剖成像（Anatomical imaging）、多普勒超声（Doppler flow imaging，可以测量血管里面血流的速度和方向）、胎儿成像（Fetal Ultrasound）、心脏的超声成像（Echocardiography）。

3.磁共振成像（Magnetic Resonance，MR）。采用的是射频电波，安全且没有核辐射；应用领域如解剖成像（Anatomical imaging）、磁共振做血管成像（MR Angiography）、磁共振做功能成像（Functional MRI）。

4.核素成像（Radionuclide imaging）。有核辐射，需要采用高能量的X光或者伽马光子；应用领域如单光子平面或成像（Planar single photon imaging）、单光子发射的CT（Single Photon EmissionCT，SPECT）、正电子发射成像（Positron Emission Tonography），这三类都是需要通过往人体里面进行静脉注射一种核素，这种核素需要释放出光子或者释放出正电子来回到它的稳态，如果释放出光子，这光子高能光子穿过人体就会被探测器接收到，然后用来做成像。

其他的分类，譬如形态学成像（Morphological imaging，一种就是只反映出来各个器官的形态大小形状），功能成像（Functional imaging，就是反映出来每个器官的功能血流或者供血从而成像），诊断成像（Diagnostic imaging），治疗成像（Therapeutic imaging）。

Radiography（X光成像）

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上图中：

A和B两张都是胸透的片子，但就是X光穿过人体的位置方式不一样。

A是从前往后或者是从后往前这么照的；

B是侧着从左往右或者是从右向左这么照的；

C是颈椎（Lateral cervical spine）的成像，也是从左往右或者是从右向左这么照的；

D是手腕（Wrist）的成像，可以看清楚腕关节；

E是脚踝（Ankle）成像；

F是膝关节（Knee）成像；

G是髋关节（Hip）成像（里面还有一些金属的物体（钛合金）用来固定髋关节骨头）；

综上可知X光看骨骼比较清除，比如一些骨折通过拍X光或者胸透。

Fluoroscopy—Real time radiography（荧光成像——实时的X光成像）

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上图通过打钡对比剂。

Mammography（乳腺癌钼靶成像）

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分辨率很高。

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A：数字化钼靶片（digital mammography），是透射图像，相当于整个乳腺的每一层的组织都把它重叠到一张图。

B：层析X射线照相组合（Tomosynthesis），通过不同的角度得到透视图，从而重建出断面的图像，看的更清楚，就可以去掉那些不同高度的图像组织的重叠。

Computed Tomography（CT成像）

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A: Sagittal;（矢状位）

B: Coronal；（冠状位）

C: Axial；（轴向的）

D: CT angiography of the head；（头部CT成像，通过静脉注射碘对比剂吸收X光）

E: Blood volume；（头部供血状况）

F: Pseudocolored 3D organ segmentation（三维的器官分割，用来进行体积或距离的测量）

Ultrasound imaging（超声成像）

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A：胎儿超声图像

B：胎儿头部直径测量

C：通过多个二维图片，可以进行三维成像建模

D:血管成像多普勒超声成像，红颜色、蓝颜色、绿颜色都反映出这个血流得方向和大小

Magnetic Resonance Imaging (MRI，磁共振成像)

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磁共振对软组织看的更清楚些。

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磁共振可以把软骨看得很清楚。

Gamma Camera/Scintillation Camera（核素成像）

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心脏成像

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总结3种成像方式：

非X光成像：超声波成像，核磁共振成像

基于x光成像：X光成像，乳腺癌钼靶成像，荧光成像，CT

核素成像：伽玛相机，SPECT，PET

3.成像图像质量

图像质量组成部分:

对比度

空间分辨率

噪声

对比度

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对比度是指图像上的差异、灰度之间紧密相邻图像上的区域。

对比度的分类：

1)对象本身得对比度

2)探测器（胶片或采集系统）的对比

3)显示成像的对比（给医生看的屏幕对比度怎么样）

X光穿过人体，如骨头吸收的多或者厚的组织吸收的X光多一点，薄的或者如空气、水等吸收X光少一点，则就会出现差别，它们的吸收率（吸收X光的强度）不一样，吸收率公式如下：

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上图中使用了对比剂（通常是碘），可以增强肿瘤与正常脑组织的对比。如碘注射到血液中，在血管里面，可以吸收很多的X光，肿瘤这个部位因为血管多所以碘的含量高，可以吸收很多的X光，就被照亮了。

Display contrast（显示器地对比度）

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医学图片中希望把最黑的、最亮的、中间的能够完美地显示出来。

上图中如何将灰度转换为显示器上的实际密度：

窗口宽度（Window width，W）

window level（L）

饱和至黑色：L - W/2

饱和至白色：L + W/2

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1.检测器信号范围是0-4000计数/像素。

2.PC显示器相对亮度0-2000。

3.图像具有有用区域的信号范围为500-3000计数/像素。

像CT的话，窗口很宽，从负一千到正一千，如果全部显示出来的话，人眼不一定能够把那些细节检测出来看出来，所以针对CT，可以调整图像。

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上图所示，左图中，我们的目的是将软组织显示清除，其他的如骨头、空气等等不需要看的那么清楚，于是就可以使用Soft Tissue窗口；右图中，如果想看清楚如有些骨折或者有一些异常的关于骨头的，就可以使用Bone窗口。

可以局部的或者针对某个区域、某个具体的组织，在显示方面可以进行优化。

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DICOM GSDF

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显示器需要调，我们的显示器用的时间长了以后，它的颜色显示可能就会出现一个弱化，那么需要进行调节，将原始的图用黑白色在屏幕上面的亮暗进行最优的显示。

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DICOM（医学数字影像和通讯）有个标准叫GSDF，用来把屏幕的显示进行优化校准，目前的显示器都有一键校准的功能。

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上图的左边，黑颜色的线就是校准之后的，白颜色的线是校准之前不满足GSDF的曲线。

可以看到，未校准之前黑色的方块在灰色的方块中不那么明显，校准之后黑色的方块在灰色的方块中很明显，对比度增强了。

分辨率

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复合成像系统的MTF

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任何成像系统的MTF都是该系统各部件MTF的乘积。在每毫米5个周期的空间频率下，x射线胶片-屏幕成像系统各部件的MTF为焦斑0.9，运动0.8，和强化屏幕0.7。

则复合成像系统的MTF为0.9 × 0.8 × 0.7=0.5。

4.什么是DICOM

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所有的磁共振、医学影像设备里面出来的医学图片的格式，叫做DICOM（Digital Imaging and Communication in Medicine），是医疗设备的语言。

DICOM不只是图片的格式，还包括图片之间的传输交流格式和网络之间的协议。

由以下学会联合制定的标准：

ACR：美国放射学学会

NEMA：国家电气制造业协会

AAPM：美国医学物理协会

RSNA：北美放射学会

1993年的第3版改进了网络支持，并将名称改为DICOM，至今为止DICOM仍然是版本3，并且从那时起定期更新。

DICOM支持的成像模式

Magnetic Resonance Imaging（磁共振成像）

Nuclear Medicine（核医学）

Computed Tomography（计算机断层扫描）

Positron Emission Tomography（正电子发射断层扫描）

Ultrasound（超声波）

Digital X-Ray & X-Ray Angiography（数字X射线和X射线血管造影）

Electron Microscope（电子显微镜）

Digital Microscopy（数码显微镜）

等等…

DICOM支持各种不同的设备

打印机

投影仪

监控

电影数字化仪

存储服务器/ RAID

CD-R驱动器

Photoshop

等等

DICOM文件的格式

从影像设备里面出来的每个图片都是DICOM的格式，那么我们把文件从电脑上打开，把它拷贝或者把它打开看的话，其实它是由两部分组成，一部分是黑白图片（里面有骨头、软组织等等，显示出来人体的横截面或投影的一些信息），还有一部分是头文件（header），头文件和图像本身组合在一起。header非常重要里面包含很多的信息（如病人的信息、扫描设备的信息和扫描的时候如何进行扫描的信息）。

标题和图像数据存储在同一个文件中，所以重要的信息不会丢失；

存储了数百条关于病人、机器和数据采集的数据信息；

制造商需要遵照1993年颁布版本3的DICOM

支持每个文件一个切片（尽管有一些解决方法）