第二章　数字医学图像基础

第一节　数字医学图像基本设备

一、X线

我们通常意义上的数字图像，是基于真实世界三维物体表面的反射光成像，可以基于透视原理理解其所包含的三维信息。而X线成像是一种特殊的成像方式，从点光源发出锥形的光束通过人体组织在感光板上成像。X线图像的灰度值反映的是人体不同组织对X线的不同衰减率。由于是锥形光束，所以成像有一定放大率；在图像的边缘由于光束与感光板成角较大，所以图像也有一定程度失真。这就要求如果想精确测量X线图像上组织结构的尺寸，一方面要有参照物，文献报道可以在拍摄时放置一个已知直径的硬币作为比例尺，当然目前临床数字成像均带有比例尺；另一方面应该将所测量的组织置于图像中央。

对于骨组织来讲，与CT和MR相比X线成像的空间分辨率是最高的。空间分辨率指将相邻两个物体分辨开的物体之间最小距离。传统X线胶片空间分辨率为0.08mm，数字X线成像为0.17mm，透视成像为0.125mm。

X线片由于获取容易，价格低廉，广泛应用于临床检查。但由于X线成像本质上是三维物体在平面的投影，要获得三维结构信息，需要多次多角度拍摄，同时也很难转化为计算机三维模型。

二、CT

影像学与信息技术的进步推动数字骨科的诞生和蓬勃发展，主要基于CT的进步。CT图像实际上是人体某一部位一定厚度的体层图像，也称为断层图像。早期的CT图像断层之间距离一般为1cm，远远大于断层图像本身的空间分辨率，而目前临床应用的螺旋CT，真正提供了人体三维体数据，在空间分辨率上做到了三维各向同性。

体数据是指在有限空间中，对一种或多种物理属性的一组离散采样，采样点既可以是以等间隔、等层距的规则采样，也可以按照其他方式采样。采样点的采样值可以是单值或多值，单值时称为标量体数据，多值时称为向量体数据。螺旋CT的采样值反映组织对X线的衰减率，所以是标量体数据。

CT成像应用的原理依然是不同组织对X线的衰减率不同，所以在骨骼成像有优势。CT成像因为是对人体离散采样，所以空间分辨率要低于X线成像，为0.4mm。

三、MRI

MRI成像原理就是将人体置于磁场中，利用组织的磁共振现实获取电磁信号计算机重组断面图像。MRI每个采样点上有三个采样值，分别代表组织的质子密度，T1弛豫时间和T2弛豫时间，因而是向量体数据。MRI的成像是基于组织所含质子的量及其T1弛豫时间和T2弛豫时间的差异等参数，涉及参数众多，采用不同的检查序列可以很好地观察骨、肌肉、韧带、软骨以及神经组织等病变，对软组织的分辨率要好于CT。然而由于MR成像目前还做不到各向同性，层与层之间层厚一般为7mm，因而在数字骨科的应用中，通常要与CT图像进行融合应用。

MR在断层上的空间分辨率为1mm，而层厚一般为7mm。