【数字X线成像基础】第一节 | 数字图像的特征
文摘
2025-01-22 17:18
福建
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在信息科学中，能够计数的离散量称为数字信号，不能计数的连续量称为模拟信号。模拟是以某种范畴的表达方式如实地反映另一种范畴。例如，地球围绕着太阳不停地旋转，地球与太阳之间的距离随时间而连续地变化，这种连续变化的信号就是一种模拟信号，也称为模拟量。当模拟信号釆用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质。若在一个正弦或非正弦信号周期内取若干个点的值，取点的多少以能恢复原信号为依据，再将每个点的值用若干位二进制数码表示，这就是用数字量表示模拟量的方法。将模拟量转换为数字信号的介质为模/数转换器（ADC）。模/数转换器把模拟量（如电压、电流、频率、相移、脉宽、位移、转角等）通过采样转换成离散的数字量，该过程就称为数字化。模拟信号可以转换成数字信号，同样数字信号也可以转换成模拟信号，两者是可逆的。数字信号一般通过对载波进行移相的方法转换为模拟信号。从应用角度分析，数字图像与传统的模拟图像相比，数字图像具有更多的优势：矩阵是一个数学概念。它表示一个横成行、纵成列的数字方阵。以一个CT值综合代表每个单元内的物质密度，这些小单元即称为体素。像素又称像元，指组成图像矩阵中的基本单元。像素是一个二维概念。像素大小可由像素尺寸表示，如100μm×100μm。数字图像是用数字阵列表示的图像，该阵列中的每一个元素称为像素，像素是组成数字图像的基本元素。当视野大小固定时，矩阵越大，像素尺寸越小，空间分辨率越高；矩阵不变时，视野增大，像素尺寸随之增大，空间分辨率下降。如果构成图像的像素数量少，像素的尺寸大，可观察到的原始图像细节较少，图像的空间分辨率低；反之，像素数量多，图像的空间分辨率高。描述一幅图像需要的像素数量是由每个像素的大小和整个图像的尺寸决定的。在空间分辨率一定的条件下，图像大比图像小需要的像素多，每个单独像素的大小决定图像空间分辨率。若图像矩阵大小固定，视野增加时，图像空间分辨率降低。由探测器即X线接收器直接接收到的信号，经放大后再通过模/数转换所得到的数据称为原始数据。重建后某幅图像的数据。对CT而言，是层面影像各像素的CT值，对CR、DR而言，是构成图像的矩阵中每一个点的像素值。重建是一个相当复杂的数学过程。重建一般采用专门的计算机来完成，它受主控计算机的控制。重建时间系指计算机用原始数据重建成影像数据矩阵所需要的时间。重建时间与重建矩阵的大小和比特值有关，重建矩阵大或比特值大，所需的重建时间要长。同时又受计算机的运算速度与内存容量的影响。又称重建算法，是指CT影像重建时所釆用的数学处理方法。重建算法不同，得到的影像效果不同。是成像系统的性能描述，即能分辨出的细节好坏，是影响图像质量的重要参数。对CR系统而言，成像板的空间分辨力取决于几个因素。其中物理因素包括成像板的结构和厚度、激光点尺寸、荧光体散射、预釆样引起的信号损失等。CR系统中荧光体接收器的特性影响着空间分辨率的最大值，即极限分辨力。在DR系统中，影响极限分辨力的主要是单个像素区域的大小。是指在影像中区分低对比信号的能力，主要依赖于固有物体对比度、噪声量、影像观察条件、观测者辨别小尺寸低对比区域信号的能力。密度分辨力是影响图像质量的另一个重要参数。在X线数字成像中，影像上观察到的亮度水平中随机出现的波动称为噪声。表现在图像上大致可以分为两种典型的图像噪声，一类是噪声的幅值大小相同，但出现的位置随机，这类噪声属于椒盐噪声；另一类是图像中的每一点都存在噪声，但噪声的幅值大小是随机分布的，这类噪声属于高斯噪声。是信号与噪声之比的简称，也是影响图像质量的主要参数。在实际信号中一般都包含有两种成分，即有用信号和噪声，噪声是无处不在的。用来表征有用信号强度与噪声强度之比的参数称为“信号噪声比”。这个参数值越大，噪声对信号的影响越小，信息传递质量就越高。在照片或显示器上所呈现的黑白图像上的各点表现出不同深度灰色。把白色与黑色之间分成若干级，称为“灰度等级”，表现的亮度(或灰度)信号的等级差别称为灰阶。是信息量的单位。在二进制中，一位二进制所包含的信息量称为1比特。比特值的大小决定着图像的密度分辨，比特值越大，密度分辨率越高，但不是唯一因素。密度分辨率还受其他因素影响，如信号强度、噪声大小、信噪比、X线对比度等。是指在成像过程中产生的错误图像特征。伪影是附加在正常图像上的异常图像，它会干扰对正常图像的判读，是影响图像质量的又一个重要因素。14.模/数转换(ADC)和数/模转换(DAC)：模/数转换是把模拟信号转换为数字的形式。即把连续的模拟信号分解为彼此分离的信息，并分别赋予相应的数字量级，此过程为模/数转换。完成这种转换的元件称模/数转换器ADC。数/模转换实际是模/数转换的逆转。它把二进制数字影像转换成模拟影像，即形成视频影像显示在显示器上，此过程称数/模转。完成这种转换的元件称数/模转换器DAC。是指包含有诊断信息的曝光量范围，通过原始影像数据分析来加以识别，通常使用直方图分析。对光电转换器而言，亮度响应并非从零水平开始，也不会持续至无限大的亮度，响应的有用的最大与最小亮度值之比称为动态范围。是成像系统对信号从输入到输出传递能力的表达，以百分比表示。量子检出效率描述了与空间分辨率相关的信息探测效率，与图像质量成正比。量子检出效率高的数字化探测器在相同的剂量下具有改善图像质量的潜能，同时，量子检出效率又与患者所受辐射剂量成反比，剂量较低时对图像质量影响相对较小。计算机上物理设备的通称，是计算机中的电子和机械构成部分。例如，主板、内存、CPU硬盘、光驱、鼠标、键盘、显示器、电源等。计算机中的所有硬件都需要驱动软件支持才能正常使用。是指用于控制计算机运算过程的程序。程序由计算机语言写成，它是能被计算机识别的系列数字。软件包括管理程序、数据获取程序、数据处理程序，以及显示程序。![]()
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