1、全國衛(wèi)生專業(yè)技術資格考試指導放射醫(yī)學技術中級專業(yè)知識數字影像基礎一、模擬與數字（一）模擬相關概念在信息科學中，能夠計數的離散量稱為數字信號，不能計數的連續(xù)量稱為模擬信號。模擬是以某種范疇的表達方式如實地反映另一種范疇。例如,地球圍繞著太陽不停地旋轉，地球與太陽之間的距離隨時間而連續(xù)地變化，這種連續(xù)變化的信號就是一種模擬信號，也稱為模擬量。在X線攝影范圍內，照片記錄或顯示的是從幾乎完全透明（白色）到幾乎不透明（黑色）的一個連續(xù)的灰階范圍。它是X線透過人體內部器官的投影，這種不同的灰度差別即為某一局部所接受的輻射強度的模擬，從另一角度講，為相應的成像組織結構對射線衰減程度的模擬。由此不難理解，傳統(tǒng)

2、X線透視熒屏影像、普通X線照片以及I.ITV影像，均是由模擬量構成的圖像，即屬于模擬影像。這些圖像畫面的像點在二維坐標系中是連續(xù)變化的，同時其密度（或亮度）值也是無限稠密的。換句話說，模擬圖像在水平和垂直方向上的像點位置變化，以及每個像點位置上的密度（或亮度）變化都是連續(xù)的。（二）數字相關概念若在一個正弦（或非正弦）信號周期內取若干個點的值，取點的多少以能恢復原信號為依據，再將每個點的值用若干位二進制數碼表示，這就是用數字量表示模擬量的方法。將模擬量轉換為數字信號的介質為模/數轉換器（ADC。模/數轉換器把模擬量（如電壓、電流、頻率、相移、脈寬、位移、轉角等）通過采樣轉換成離散的數字量，該過程

3、就稱為數字化。轉換后的數字信號送入計算機圖像處理器進行處理，重建出圖像，該圖像稱為數字化圖像?；蛘哒f數字化圖像完全是以一種規(guī)則的數字量的集合來表示的物理圖像。由此可見，數字影像則是將模擬影像分解成有限個小區(qū)域，每個小區(qū)域中影像密度的平均值用一個整數表示。也就是說，數字化圖像是由許多不同密度的點組成的，每個點內的密度是一均值。（三）模擬與數字互換模擬信號可以轉換成數字信號，同樣數字信號也可以轉換成模擬信號，兩者是可逆的。將數字信號轉換成模擬信號需要使用數/模轉換器（DAC,它能把離散的數字量轉換成模擬量。因此,同一幅圖像可以有兩種表現形式，即模擬方法和數字方法。從應用角度分析，數字圖像與傳統(tǒng)的模

4、擬圖像相比，數字圖像具有更多的優(yōu)勢：1 .數字圖像的密度分辨率高屏/片組合系統(tǒng)的密度分辨率只能達到26灰階，而數字圖像的密度分辨率可達到210-12甚至16位灰階。雖然人眼對灰階的分辨能力有一定的限度，但因數字圖像可通過變化窗寬、窗位、轉換曲線等技術，使全部灰階分段得到充分顯示，從而擴大了密度分辨率的信息量。2 .數字圖像可進行后處理圖像后處理是數字圖像的最大特點。只要保留原始數據，就可以根據診斷需要，并通過軟件功能，有針對性的對圖像進行處理，從而提高正確診斷率。3 .數字圖像的存儲、調閱、傳輸或拷貝更加方便數字圖像可以存儲在磁盤、磁帶、光盤及各種記憶卡中，并可隨時進行調閱、傳輸?？赏ㄟ^PAC

5、的絡實現遠程會診。二、矩陣與像素(一)定義1 .矩陣(Matrix)矩陣是一個數學概念。它表示一個橫成行、縱成列的數字方陣。矩陣有采集矩陣(Acquisitionmatrix)和顯示矩陣(Displaymatrix)之分。采集矩陣指每幅畫面觀察視野所含像素的數目，而顯示矩陣是指監(jiān)視器上顯示的圖像像素數目。為了保證顯示圖像的質量，顯示矩陣一般等于或大于采集矩陣。2 .像素(Pixel)像素又稱像元，指組成圖像矩陣中的基本單元。像素是一個二維概念。像素大小可由像素尺寸表示，如100mmx100區(qū)m(二)矩陣與像素關系數字圖像是用數字陣列表示的圖像，該陣列中的每一個元素稱為像素，像素是組成數字圖像的

6、基本元素。數字圖像是由有限個像素點組成的，構成數字圖像的所有像素構成了矩陣。矩陣大小能表示構成一幅圖像的像素數量多少。矩陣與像素大小的關系，可由下述公式表示：重建像素大小=視野大小/矩陣大小從公式可知：當視野大小固定時，矩陣越大，像素尺寸越??；矩陣不變時，視野增大，像素尺寸隨之增大。(三)矩陣、像素與圖像關系數字圖像是將一幅圖像分成有限個被稱為像素的小區(qū)域，每個像素中的灰度值用一個整數來表示。圖像矩陣是一個整數值的二維數組。圖像矩陣的大小一般根據具體的應用和成像系統(tǒng)的容量決定，一幅圖像中包含的像素數目等于圖像矩陣行與列數的乘積。如果構成圖像的像素數量少，像素的尺寸大，可觀察到的原始圖像細節(jié)較少

7、，圖像的空間分辨力低；反之，像素數量多，圖像的空間分辨力高。描述一幅圖像需要的像素數量是由每個像素的大小和整個圖像的尺寸決定的。在空間分辨力一定的條件下，圖像大比圖像小需要的像素多，每個單獨像素的大小決定圖像空間分辨力。若圖像矩陣大小固定，視野增加時，圖像空間分辨力降低?；叶燃墧涤绊懼鴶底謭D像的密度分辨率。計算機處理和存儲數字圖像采用的是二進制數，ADCa連續(xù)變化的灰度值轉化為一系列離散的整數灰度值，量化后的整數灰度值又稱為灰度級(graylevel)或灰階(grayscale)。量化后灰度級的數量由2N決定,N是二進制數的位數，稱為位（bit）,用來表示每個像素的灰度精度。三、數字X線影像常

8、用術語熟悉和掌握數字成像用語的基本概念，對數字X線成像原理的理解和數字圖像的正確分析都是十分必要的。矩陣、體素與像素在上節(jié)已做了敘述，本節(jié)針對數字X線影像中常用的其他術語概念的做一簡介。（一）原始數據（RawData）由探測器即X線接受器直接接收到的信號，經放大后再通過模/數轉換所得到的數據稱為原始數據。（二）顯示數據（DisplayData）重建后某幅圖像的數據。對CT而言，是該層面各體素CT值的矩陣，這一矩陣中的數據稱顯示數據。對CRDR而言，是構成圖像的矩陣以及矩陣中每一個像素點的值。（三）重建（Reconstruction）用原始數據經計算而得到顯示數據的過程稱為重建。實際上重建的數學

9、處理過程是一個相當復雜的數學過程。重建能力是計算機功能中一項重要指標，重建一般采用專門的計算機來完成，它受主控計算機的控制。（四）采集時間（Acquisitiontime）指獲取一幅圖像的原始數據所花費的時間（五）重建時間（Reconstructiontime）重建時間系指計算機用原始數據重建成影像數據矩陣所需要的時間。重建時間與重建矩陣的大小和比特值有關，重建矩陣大或比特值大，所需的重建時間要長。同時又受計算機的運算速度與內存容量的影響。（六）濾波函數又稱重建算法，是指圖像重建時所采用的一種數學處理方法。（七）噪聲（noise）在X線數字成像中，影像上觀察到的亮度水平中隨機出現的波動稱為噪聲

10、。表現在圖像上大致可以分為兩種典型的圖像噪聲,一類是噪聲的幅值大小相同，但出現的位置隨機，這類噪聲屬于椒鹽噪聲；另一類是圖像中的每一點都存在噪聲，但噪聲的幅值大小是隨機分布的，這類噪聲屬于高斯噪聲。（八）信噪比（SNR或CZN）信噪比是信號噪聲比的簡稱，是圖像質量控制參數之一。在實際信號中一般都包含有兩種成份，即有用信號和噪聲，噪聲是無處不在的。用來表征有用信號強度與噪聲強度之比的參數稱為“信號噪聲比。這個參數值越大，噪聲對信號的影響愈小，信息傳遞質量就愈高。（九）灰階（Graylevel）在照片或顯示器上所呈現的黑白圖像上的各點表現出不同深度灰色。把白色與黑色之間分成若干級，稱為“灰度等級”，表現的亮度（或灰度）信號的等級差別稱為灰階。（十）比特（bit）比特是信息量的單位。在二進制中，一位二進制所包含的信息量稱為1比特。比特值的大小決定著圖像的密度分辨率，比特值越大，密度分辨率越高，但不是唯一因素。密度分辨率還受其他因素影響，如信噪比等。（H1）偽影（Artifact）