成像原理（精选9篇）
成像原理 篇1
CCD成像技术目前广泛应用在工业、科研和军事等各个领域, 是一项具有广泛应用前景的新技术。在我们所开设的“电视跟踪系统”课程中, CCD成像原理是教学重点之一, 目的是通过该内容的学习使学生掌握CCD成像的关键环节, 为后续学习图像跟踪原理奠定基础。笔者已从事多年CCD成像原理教学, 经过多年来的教学经验积累, 围绕“讲得透、听得懂、学得快”这个教学目标开展一系列教学内容、方法和手段设计, 在此将一些教学心得与各位同仁进行分享, 旨在共同提高授课质量, 提升人才培养质量。
CCD成像原理教学的核心内容就是向学生揭示“CCD是如何将光学图像转换成电子图像的”, 围绕该内容可以分四步展开讲解。
一、一步曲:光电转换———“入乡随俗”
要想揭示光学图像到电子图像的转换原理, 首先需要阐述清楚的就是光电转换过程。如果学生前期开设过“光电技术”课程, 只需要在简单回顾半导体材料光电转换原理的基础上, 引导学生思考CCD成像器件对于光电转换材料的特殊要求。教学思路与进程:我们将一幅景物图像投射在一整块半导体材料上, 应该是可以将入射光的能量分布转换成对应光生载流子的浓度分布, 但是经过实验证实是不行的, 这是为什么呢? (给学生一定的思考时间) 原来一整块半导体内部的载流子将会发生扩散, 难以实现不同位置半导体光生载流子浓度代表对应景物单元亮暗的功能。怎么解决这个问题呢?既然一整块不行, 我们考虑能不能将整块的半导体分割成 (此处强调是物理分割) 许多个小块, 每块半导体的光生载流子浓度就代表了对应景物单元亮暗, 实现了入射光的能量分布到对应光生载流子浓度分布的转换。因此, CCD成像器件完成光电转换的一个重要条件就是光敏面的离散化, 这个离散化的光敏单元就是我们通常所说的“像素”。由于该过程是从“光”领域进入到“电”领域, 因此形象称之为“入乡随俗”, 借此活跃课堂气氛。
二、二步曲:电荷存储———“一尘不染”
通过前面的分析, 我们知道热激发作用会产生电子空穴对。这些电子空穴对将会混入到光生载流子中形成噪声, 降低图像的还原质量。那么怎样才能解决热激发作用对信号电荷存储产生干扰的问题呢?先从CCD的基本组成单元-MOS电容说起。我们发现MOS电容达到稳态的时候, 热激发电子进入耗尽层, 与光激发产生的电子 (也就是我们所需要存储的信号电荷) 混合在一起, 这样MOS电容里存储的电荷就不能真实反映对应位置的图像亮暗特性。那么通过什么方法可以避免这种情况发生呢?也就是如何避免热激发电子对信号电荷的干扰呢?既然稳态不行, 我们一起尝试一下不稳定的状态。MOS电容器上施加足够大的栅极电压, 在电压加到栅极的瞬间, 半导体中的空穴能跟上这种变化, 由于热激发电子取决于产生———复合过程而跟不上这个变化, 当前耗尽层那里只是空的电子势阱 (为了便于理解此概念, 可以将势阱类比成装载电子的杯子) 。此时, 光照产生大量的电子进入到势阱中, 完成了信号电荷的存储, 做到了“一尘不染”, 这就是MOS电容的非稳态。随着时间的推移, 热激发产生的电子终究会进入势阱中恢复稳态, 无法保证“一尘不染”, 因此信号电荷“此地不宜久留”。所以要实现信号电荷的存储, 需要在热激发电子进入势阱之前完成电荷的存储并快速转移到相邻势阱当中。如何实现呢?
三、三步曲:电荷转移———“此地不宜久留”
两个相邻MOS电容距离较远时, 显然不可能实现电荷的转移。 (在教学现场, 通过两个杯子间倒水来演示距离对于转移的重要性, 清晰直观) 一般来说, 当相邻两个金属栅极彼此足够靠近, 距离达到微米量级的时候, 其间隙下面的表面势由两个金属栅极上的电位决定, 从而实现两个相邻MOS电容器下面耗尽层的耦合, 称之为电荷耦合过程。据此引出CCD的英文全称 (Charge Coupled Device) 的由来之处。从多个班次的教学效果来看, 由于电荷转移过程微观抽象, 难以通过语言描述清楚, 在此结合多媒体动画来展现该过程, 直观易懂。多媒体动画截图如图1所示。
在本环节中, 需要结合动画分时序讲解电荷转移过程的细节, 理清“位”与“相”的关系, 全方位揭示电荷转移的技术内涵。
四、四步曲:信号读出———“破茧而出”
信号电荷在时钟脉冲驱动下, 很快转移到输出端的最后一个时钟电极下面, 如何将电荷信号变换为电流或电压信号是信号读出电路的主要任务。该环节主要分析几种信号读出电路, 原理虽然简单, 但是设计十分巧妙, 因此需要引导学生去挖掘它们的设计理念, 发散思维, 增强创新意识。
五、结语
虽然CCD成像原理微观抽象, 只要授课教师能做到“三多”, 即多揣摩、多设计和多互动, 此类问题就能迎刃而解。从教学反馈情况来看, “四步曲”教学方法有效提高了课堂效率, 学生反映较好。以上是笔者的一点教学实践感想, 望与从事该领域教学的老师们共勉。
摘要：CCD成像原理是“电视跟踪系统”课程的教学重点之一。CCD成像过程微观抽象, 因此也是教学难点之一。本文提出了一种“四步曲”教学方法, 围绕成像过程的四个环节, 层层递进, 虚实结合, 引导学员逐步掌握其技术内涵。实践表明, 新的教学模式与方法有效提高了教学质量。
关键词：CCD成像原理,四步曲,教学
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成像原理 篇2
关键词：X-RAY 高压发生器 数字成像 X-RAY管
0 引言
随着全钢子午线轮胎在载重汽车上的普及，市场对全钢载重子午线轮胎需求也日益增加，因此各大轮胎生产企业也将全钢载重子午线轮胎作为企业的主要产品。依据GB9744-1997《载重汽车轮胎》标准，全钢载重子午线轮胎必须进行逐条X光检验，以保证全钢载重子午线轮胎的产品质量，以及用户使用的安全。我公司引进了两台德国COLLMANN公司生产的2824型轮胎检验X光机。该机可以检验尺寸为15"到24.5"之间的所有规格的轮胎，具备全自动轮胎识别用于优化X光参数的调整，双源/轮胎操作装置用于较高速度和较高的产量，同时观测轮胎胎面和胎侧胎圈到胎圈，轮胎的检测外加图像调出功能进行进一步调查，具有缩放功能。要实现这些功能，X光的发生以及图像的生成是核心问题，现在我就这两个问题简单探讨一下。
1 X-RAY的产生原理及系统组成
X-ray是由德国仑琴教授在1895年所发现。这种由真空管发出能穿透物体的辐射线，在电磁光谱上能量较可见光强，波长较短，频率较高，相类似之辐射线有宇宙射线。X光与可见光线基本相同。两者都是光子携带的波形电磁能，X光与可见光线的不同在于各自光子的能级不同。能级也可以表述为光线的波长。可见光光子和X光光子都是由电子在原子中的运动产生的。电子分布在原子核周围，占据不同的能级或轨道。当电子进入能量较低的轨道时，需要释放一些能量，即以光子的形式释放多余的能量。光子的能级取决于电子落在轨道间的距离。光子与另一个原子碰撞时，原子将一个电子推入能级较高的轨道，这样，就可以吸收光子的能量。为此，光子的能级必须与电子所在的两个位置之间的能差相符。否则，光子便无法使电子在轨道之间移动。构成物体组织的原子对可见光光子的吸收能力极强。光子的能级与电子所在位置之间的不同能差相符。无线电波的能量不足以在较大的原子中将电子在不同的轨道间移动，因此，无线电波可穿过大多数物质。X光光子也可以穿过大多数物质，但原因正好相反：它们的能量过大。这些光子能够将电子完全撞离所属的原子。X光光子的部分能量用于将电子与原子分离，其余能量用于发射电子，使其游离在空间。原子越大，以这种方式吸收X光光子的可能性就越大，因为原子越大，轨道间的能差越大，于是能级就越接近光子的能量。原子越小，分离电子轨道的能量突变相对越低，吸收X光光子的可能性就越小。橡胶由较小的原子组成，因此不能很好地吸收X光光子。钢铁原子则大得多，因此能更好地吸收X光光子。这也是产生X光图像的基础。
工业上产生X-RAY是由X-RAY管产生的，X-RAY管是由阴极灯丝（Cathod）和阳极靶（Anode）组成的高度真空的真空管。当在阳极与阴极之间加入电场，同时在阴极灯丝上有电流通过时，热电子在电场的加速下轰击阳极靶，从而产生X-RAY。德国COLLMANN公司2824型轮胎检验X光机使用的是德国RTW公司生产的MCT 120-6FII型X-RAY管。X-RAY管技术参数如下：
整个X-RAY发光系统是由X-RAY管、高压发生器、MP1控制器以及连接电缆组成。MP1控制器是一个微处理机控制的控制器，它用于连接Gulmay公司生产的X射线高压发生器。可通过面板调整参数，通过开关编码选择不同的位置，以适用于不同类型的X光管和高压发生器。控制器是借助于一个连接电缆线直接与发生器相连接。控制器连接到电源的分配装置，该装置可以与安全联锁，冷却器接口和警告灯相结合。每一台高压发生器与X光管配合在工厂可达到4个预编的加热程序。控制器带有一个RS232接口，它可使MP1状态随时受到监视，实现X光系统的电压、灯丝电流以及开始、结束的自动控制。FL100发生器是一个完全封闭的，单相输入操作独立的高压装置。它利用固态技术和高频技术，使其能够精密地控制并能监视输出参数。控制界面适宜于微处理机控制。FL100发生器用一个能控制的灯丝电压和一个产生的电子高压，给一个单级X-RAY光管提供电源。在480W的条件下产生100Kv的电压。电源供给由2个主要元件组成，一个电子高压缸和一个转换器底盘。电子高压缸包括所有产生电子高压输出所需要的高压电路和有关的灯丝电压。转换器底盘直接安装在电子高压缸上，它包含产生控制480W驱动电子高压和驱动灯丝变压器的电子电路。
2 数字成像原理
COLLMANN公司2824型轮胎检验X光机是运用数字成像原理，在3台电脑上分别显示胎面和左右胎侧的X光图像的。数字成像的原理是X-RAY管产生扇形平面X线来进行扫描投影，轮胎在驱动装置的作用下匀速转动，分别位于胎面和左右胎侧的探测器将X线直接转换为数字信号。具体为X线束对轮胎某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digital converter）转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel），见图1-2-1。
扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵（digital matrix），见图1-2-2。经数字/模拟转换器（digital/analog converter）把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即象素（pixel），并按矩阵排列，即构成轮胎某一部分的X光图像。所以，轮胎某一部分的X光图像是重建图象。每个体素的X线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。
轮胎在驱动装置的带动下匀速转动形成连续的轮胎连续的数字矩阵，通过相关的软件处理后得到重建后的连续扫描的轮胎X光图像。该系统的核心部件就是探测器，该机使用的是汤姆逊公司生产的非晶硅探测器，基本的原理是：像素都是由光电二极管和薄膜晶体管组成。光电二极管有非晶态氢化硅制成，它在可见光照射下产生电流。在光电二极管矩阵上覆盖着一层闪烁发光晶体层，X线光子通过闪烁发光晶体层转换为可见光光子，它激发光电二极管产生电流，电流在光电二极管自身电容上积分形成储存电荷，每个像素的储存电荷量与入射的X线光子能量成正比。在控制电路的作用下，按一定规律把各个像素的储存电荷读出，并形成14bit的数字信号输出，由计算机建立图像。
3 2824型轮胎检验X光机X-RAY成像系统的故障与维护
3.1 X-RAY管故障与维护 X光管是该机的核心部件之一，由于构造上的原因，X光管比较脆弱，再加上该件价格昂贵，更是我们日常维护的重中之重。我就结合我的维护经验简单谈一谈。
HDCT成像原理及临床应用价值 篇3
自1895年伦琴发现X线以来,X线在医学诊断方面发挥了重大的作用,但最大的且具有革命性意义的突破是1972年CT的研制成功,它首先用于颅脑疾病的诊断,很快扩大到全身检查,直至今日成为医学诊断中不可缺少的重要设备。
纵观CT的发展,从头颅扫描到全身扫描,从断层扫描到螺旋扫描,从单排螺旋扫描到多排螺旋扫描,经历了多次的创新,供应商所追求的设计理念都是为获得更高的图像分辨率、更好的图像清晰度、更快的扫描速度、更少的X线剂量、更强大的采集功能、更完善的重建技术等。但当多层的发展受到硬件发展的制约时,如:不断增宽的探测器,便产生了很多影响图像质量的不利因素:超宽体探测器形成的大角度的锥形束造成锥形伪影,即所谓的“屋顶效应”而致CT值的失真;超宽体探测器引起超宽的Z轴扫描使散射线增加而致密度分辨率下降,影响体部临床图像的质量等。因此全球CT生产商开始寻求增加探测器宽度以外的其它CT设计技术,在2009年GE公司成功地推出了一款可用于功能性成像的HDCT,在设计理念上突破了过去20年内所使用的探测器材料范畴,使用了一种全新的检测材料,具有极好光学特性的石榴石作为探测器基材,产生了能谱栅成像的概念。
1 HDCT的能谱栅成像原理
X线在物体中的吸收主要是通过光电效应和康普顿散射两种作用产生。光电效应是指光射入物质后,物质中的电子吸收光子能量并激发出自由电子的行为(图1),康普顿散射是指入射光子与物质原子中的核外电子产生非弹性碰撞而被散射的现象。碰撞时,入射光子把部分能量转移给电子,使它脱离原子成为反冲电子,而散射光子的能量和运动方向发生变化(图2)。
物体在经X线照射后其质量吸收系数随X线能量而变化,同一物体对应不同的X线能量有不同的质量吸收系数,因此用任意两个能量点即可获得物体的质量吸收曲线,不同物体则对应各自固定的特征吸收曲线,而CT值反映的正好是物体对X线的线性吸收,这就获得能谱栅CT成像可定性分离不同物质的基理[1]。在单电压所产生的连续能量X线CT成像过程中所获得的物体质量吸收是平均效应,不同的能量所获得的是不同的平均效应,CT值所反映的也是平均吸收系数,因此无法定性区分物质成份。
1977年CT物理学家Dr.Brooks RA著文阐明任何一种物质对X线的吸收都可用两种“基物质”来表达[2],最常用的基物质是水和碘,在已知水和碘在各能量点的吸收系数μ的情况下,可鉴别其他不同物质:
μ(E)被鉴别物质=a1μ(E)水+a2μ(E)碘
所以能求出a1和a2就可获得需鉴别物质:
μ(E)被鉴别物质=0.88μ(E)水+0.018μ(E)碘
在单能的情况下,选择任意两个不同能量建立能量栅,测出被检物质的两个吸收系数μ(E1)和μ(E2),结合水和碘在该两个不同能量下的μ(E1)水、μ(E2)水、μ(E1)碘、μ(E2)碘,便可测算出相应的a1和a2值,从而可获得对各种物质的测定和分离。
2 HDCT能谱栅成像的实现
综上所述,实现能谱栅成像的关键在于如何在单能扫描的条件下同时获得双能数据,HDCT采用了单源瞬时变能技术解决了这一问题。
2.1 高速瞬时高压发生器
区别于传统的高压发生器,HDCT的高压发生器采用了被称之为快速管电压开关的设计,可以使系统在0.5ms周期内对X线进行80k Vp和140k Vp电压切换,实现瞬时变能目的[3]。
2.2 高速采集的新型探测器
对于探测器来说,X射线激发可见光速度越快越好,初始速度越快,可见光转换速度越快,清空速度越快,余晖效应越小。为了获得对X线快速检测反应,HDCT探测器突破探测器传统材料使用范畴,采用了具有极好的光学特性的石榴石为基材,俗称宝石探测器,其可见光转换速度达到0.03μs,比传统材料加快了近100倍。宝石探测器也是能谱成像的硬件基础,是能谱成像链上关键的环节。它在机架旋转一次的时间内能够实现2496次采集(比64排CT增加了2.5倍),实现了全身的空间分辨率与图像质量的提高。能谱采集每圈实现128层的采集与101个单能谱的成像。
2.3 动态变焦球管
传统的球管不能克服高、低毫安与大、小焦点之间的任意匹配,HDCT的球管使用非常耐用的灯丝材料,采用一个焦点,通过电磁场的聚焦和偏转,实现动态变焦的技术,从而可以根据不同条件自动选择需要匹配的焦点大小。
2.4 ASi R重建引擎
HDCT的DAS系统较传统采样率提高约2.5倍,采集速度达到了目前最高的7131views/s,且采用了全新的数据模型与算法,称之为ASi R重建引擎,该种重建方式可在极低的剂量条件下实现高清晰成像,可使胸部扫描剂量降低26%~29%[4],心脏成像可降低90%。
3 HDCT的临床应用价值
3.1 组织的定性分离和定量测定
HDCT由于采用的能谱栅成像方法,这使得其能量时间分辨率达到0.5ms,是双源CT的100多倍,同进可获得101单光子能级成像,可使水、碘、钙、铁等单独作为一个序列成像。提供了更多的组织信息,使得精确判定物质的组织成分成为可能。
3.2 MARs去除硬化伪影技术
HDCT的单能谱成像和探测器材料的固有物理学特性,可以实现去除硬化伪影。
3.3 全身高清成像
由于新技术新材料的应用,使得HDCT的空间分辨率和低密度分辨率都得到了大幅度的提高,使CT图像获得了很高的清晰度,提高了临床诊断率和鉴别诊断。
3.4 四维动态功能成像
传统CT灌注局限于覆盖范围,无法明确病灶及供血动脉的位置。HDCT利用精准的控制系统实现了螺旋往穿梭式扫描技术,使得灌注覆盖范围远远超过探测器宽度的限制,可达到500排CT(312.5mm)的范围,从而拓展了功能学诊断,可观察动态状况下的生理功能、病变性质、生理特性等。
3.5 全身低剂量成像
HDCT提高的探测器采样效率,采用了全新的数据模型及算法,通过影像链的革命,实现了全身真正意义的低剂量扫描,传统CT心脏平均使用剂量为12m Sv,HDCT可实现0.1m Sv心脏成像,只相当于10张胸片的剂量,因此使心脏平均放射剂量可降低90%左右,全身扫描放射剂量降低50%左右。
4 结束语
HDCT采用新的材料理念、新的设计理念实现了CT扫描技术革命性的突破,改善了图像质量、降低了扫描剂量[5,6],给临床诊断提供了更广更多的发展空间,为心脏冠脉能谱成像、心脏斑块定性定量检测、区分冠状动脉钙化和造影剂、大范围灌注及动态CTA等奠定基础。
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用数学原理解释凸透镜成像规律 篇4
学习凸透镜的`成像规律后，我一直在想，能否用数学原理来解释物理现象呢？在一次数学活动上，我和老师讨论了这个问题。
凸透镜的成像规律如下表所示：
（u为物距，v为像距，f为焦距）
凸透镜成像离不开三条特殊光线，如图1所示：
1.平行于主光轴的光线在经过凸透镜折射后汇聚于焦点（A-H-K）；
2.通过凸透镜光心的光线传播方向不变（AK）；
3.经过焦点射向凸透镜的光线，经过凸透镜折射后平行于主光轴（A-J-K）。
超声弹性成像基本原理及临床应用 篇5
关键词：超声弹性成像,原理,技术,临床应用
超声弹性成像技术能够获得组织内部的弹性分布的定量信息,是近年来医学超声成像的研究热点,作为一种全新的成像技术,它扩展了超声诊断理论的内涵,拓宽了超声诊断范围,能更生动地显示、定位病变及鉴别病变性质,使超声技术更为完善,被称为继A型、B型、D型M型之后的E型模式。现将超声弹性成像技术的基本原理,分类及技术应用简述如下。
1 超声弹性成像的基本原理
超声成像的基本原理是对组织施加一个内部(包括自身的)或外部的动态或者静态/准静态的激励。在弹性力学,生物力学等物理规律作用下,组织将产生一个响应,例如位移、应变、速度等的分布产生一定改变。利用超声成像方法,结合数字信号处理或数字图像处理技术,可以估计出组织内部相应情况,从而间接或直接反映组织内部的弹性模量等力学属性的差异。实时组织弹性成像将激励后前后回声信号移动幅度的变化转化为实时彩色图像,弹性系数小的组织受激励后位移变化幅度大,显示为红色;弹性系数大的组织受激励后位移变化幅度小,显示为蓝色;弹性系数中等的组织显示为绿色,以色彩对不同组织的弹性编码,借其反映组织硬度。有实验研究表明弹性成像能有效分辨不同硬度的物体,反映物体与周围组织相比较的硬度相对值。
2 超声弹性成像的相关技术
2.1 压迫性弹性成像
是目前最主要的弹性成像技术,激励是指操作者手法施加一定的压力,比较组织受压前后的变化得到一幅相关压力图,目前应用于临床的日本HI-TACHI公司研发的超声弹性设备即采用压迫性弹性成像。但手法加压人为影响因素较多,施加压力大小及压放频率影响组织应变,为解决这一问题,日本HITACHI开发的仪器显示屏上用数字1-7显示压力与压放频率的综合指标。
2.2 间歇性弹性成像
组织所受的激励是一个低频率的间歇振动,造成组织的位移,然后用组织反射回来的超声波去发现组织的移动位置。通过这种方法得到组织相对硬度图,此种方法不依赖于操作人员,重复性好,但仪器比较复杂,价格昂贵。
2.3 振动性弹性成像
此种激励是一个低频率的振动作用于组织并在组织内传播,产生一个振动图像并通过实时多谱勒超声图像表现出来。振动性超声成像是最新的弹性成像技术,目前研究处于初始阶段,仅对离体组织有实验研究。
3 超声弹性成像的分类及临床应用
3.1 组织超声弹性成像
又称静态/准静态的超声弹性成像,狭义的超声弹性成像仅指这种成像方法。采用静态/准静态的组织激励,沿探头纵向压缩组织,根据各种组织弹性系数不同,施加激励后组织产生应变也不同,对组织受压前后反射的回波信号进行分析,估测组织硬度。组织超声弹性成像目前主要用于以下四个方面:
(1)鉴别肿瘤的良恶性:组织超声弹性成像可有效鉴别肿瘤良恶性,对于恶性肿瘤诊断具有较高特异性和敏感性,目前广泛应用于乳腺、前列腺、甲状腺等小器官。尤其在乳腺疾病方面研究更为深入,技术更加成熟。研究表明超声弹性成像诊断乳腺恶性肿瘤的敏感性、特异性、准确性、和阳性预测值分别为48.3%、95.6%、77%、87.5%。
(2)早期发现恶性肿瘤:pesavento通过260例前列腺癌病人的研究表明,弹性成像能够获得76%的灵敏性和81%的特异性,而普通超声显像只能获得34%的灵敏性。
(3)监测高强度聚焦超声及射频消融治疗:由于高强度聚焦超声或射频消融治疗的热损害形成过程中,组织的弹性模量也将改变,因此可以监测治疗过程及评价治疗效果。
3.2 血管弹性成像
利用气囊、血压变化或者外来挤压来激励血管,估计血管的运动位移,得到血管的应变分布,从而表征血管弹性,估计斑块组成成分,评价斑块易损性等。
3.3 心肌弹性成像
是一种特殊的组织弹性成像方法,采用的激励是自身的心脏收缩-舒张,估计组织位移,得到心肌的应变。心肌弹性成像能对局部心脏功能进行准确客观的定量评价,具有高精度、高分辨率及很好的重复性,可用于心肌梗死和心肌缺血的定位。
4 局限及展望
超声弹性成像存在一定局限性,操作过程中受到操作者主观因素的影响,包括施力度的大小、振动频率等,而位于深部的肿瘤所受的压力要低于位于浅表者,影响检测结果。超声不但在鉴别肿瘤良恶性,早期发现恶性肿瘤及介入治疗监测上将会得到更广泛的应用,而且在不远的将来实现三维超声弹性成像,甚至可望借用超声显微镜技术实现细胞水平的弹性成像,进行生物组织的复杂力学特性研究与成像,利用超声弹性成像进行人体仿生材料的研制等等,应用前景非常广泛。
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成像原理 篇6
制约VIPA应用的一个重要原因是由于输出光束的光谱周期性的混叠在一起,致使VIPA的大角色散的特性不能得到充分利用。
2004年,普渡大学的Shijun Xiao等人将VIPA和衍射光栅结合起来,将宽带光谱映射到二维平面上,这是光谱处理技术的一项巨大突破[5]。该技术主要在三个方面有着重要应用:(1)解决了VIPA输出光谱混叠的问题,因此,可以有效利用其大角色散和高分辨率的特性来制作高分辨率和高信噪比的光学滤波器[6,7,8];(2)光谱映射到二维平面上之后,能够实现更加复杂和灵活的光谱处理方法[9];(3)在一级衍射范围内,光谱和二维平面上的点是一一对应的,因此,可以利用光谱成像[10,11]。
1 VIPA工作原理
VIPA是一块玻璃平板,平板的入射面除入射窗口区域镀增透膜(AR)外,均镀反射率为100%的高反膜,出射面镀反射率一般为95%～98%的高反膜。
入射光以很小的入射角从入射窗口进入玻璃平板,被聚焦到出射面。入射光的一小部分(约占总能量的2%～5%)从高反层出射,经过光束腰后发散,其余的光在玻璃板中被再次反射,又有一部分从高反层出射,这样入射光在板内进行多次反射,被分成具有恒定位移的光通道,每个光通道具有一束似乎是从虚像光束腰部发散出的光。光束腰的虚像沿着玻璃板的法线方向自准直,因此像到像的间距是一个恒量,约等于玻璃平板厚度的两倍。输出光束仿佛产生于一个光的相位阵列,因此称作虚像相位阵列。
2 二维成像原理
2001年,M.shirasaki在VIPA和聚焦透镜间加入衍射光栅,以改变反射镜形状,从而实现不同WDM信道的色散斜率补偿[12]。由于VIPA单独用于波分解复用时会产生周期性光谱色散,这就极大限制了可用信道数,2004年Shijun Xiao等人在M.shirasaki研究的基础上论证了该装置的解复用性能,实现了宽带光谱到二维平面的映射,并证实该二维解复用装置有望在C波段实现超过1 000信道的解复用[5]。此后,这一组合在越来越多的领域被关注并应用。
如图2,光束先经过VIPA,由于VIPA的色散在y方向展开,然后再经过衍射光栅在x轴方向将周期性混叠的光谱展开。图2中的柱面镜2是y方向上关于VIPA的傅里叶透镜,柱面镜3是x方向上关于光栅的傅里叶透镜。
图2所示的结构中,若在反射镜前加上模板,可以阻挡某些点的光返回光纤,能够作为滤波器使用。由于VIPA具有精确的光谱分辨率,可以用该方法得到高信噪比和分辨率的滤波器;若在反射镜前加上样品,则可以通过测量其光谱得到样品的图像。
3 二维光谱成像技术应用
3.1 光学滤波器—飞秒脉冲整形
2008年普渡大学的Supradeepa V等人结合VIPA和衍射光栅,分别利用它们高分辨率和带宽大的特点,在二维空间正交分离频率分量,实现飞秒脉冲整形[6]。
如图3,首先利用锁模掺饵光纤激光器或光频梳生成带宽受限脉冲,脉冲生成装置包含VIPA和衍射光栅、柱面透镜、反射镜以及光环形器。光束经过VIPA和衍射光栅正交色散后,再由两柱面透镜分别对其进行空间傅里叶变换,这时光束在傅里叶平面上形成二维图样。
VIPA结合衍射光栅实现光学滤波器的应用还有很多,如任意光学波形生成(OAWG)[9]以及光学载波抑制单边带调制器(O-CS-SSB)[7]等,与最常见的衍射光栅实现一维脉冲整形相比,二维脉冲成像具有分辨率高、带宽大、波形复杂度高等优点[6]。
3.2 光谱处理——基于多级VIPA标准具的高消光平行布里渊光谱检测
目前存在的布里渊光谱仪实现方法中,扫描光栅单色仪、光拍频方法及多路扫描法布-珀罗干涉仪可同时满足光谱分辨率和消光比的精确需求,但是,由于需要对波长进行扫描,光谱的获取根据插入损耗不同可能需要几分钟到几小时不等,这就使得布里渊光谱测试限制在了点采样及静态测量的范围。
一种新型非扫描布里渊光谱仪采用VIPA,插入损耗低且可同时采集所有频谱,获取布里渊光谱只需几秒钟。单个VIPA标准具消光比为30 d B,并且只能测量几乎透明的样本。正交串联多个VIPA的方法可提高消光比,正交串联方法提供了一种简单方法逐层将杂散光从光谱信号中分离滤除,进而从本质上较小背景和串扰。
如图4a为布里渊光谱法原理图,单纵模激光通过中性密度滤光片和光束分离器,再经过非球面透镜聚焦在样品上。非球面透镜收集背向散射光并经物镜耦合进入单模滤波器,然后经光纤传输给VIPA分光仪。
VIPA标准具概念上与倾斜法布-珀罗标准具相似。如图4b,入射光通过柱面透镜聚焦在标准具上并进入倾斜标准具,其中将光束靠近HR和AR区域边界对齐以最小化入射角和插入损耗至关重要。在标准具内部,光束经多路内反射产生光路延迟增加的输出光束阵列。光束的相位阵列之间干涉提供大角度色散以使不同频率部分以不同角度发散,然后经球面透镜将角度分离转化成CCD照相机平面上空间分离。
图4c是甲苯作样本获得的典型单帧光谱,每个衍射级处,光谱包含中间瑞利散射和两边斯托克斯、反斯托克斯布里渊散射3个峰值,这3种样式在不同衍射级处叠加,最后可以获得为80 d B的消光比。
多级VIPA光谱分析仪具有消光比高、光谱分辨率高、并行检测等特点。实验证明,三级VIPA干涉可适用于生物组织的高速并行布里渊光谱检测,多级光谱分析仪则在次微米颗粒低频喇曼散射光谱聚合及激光光源边模抑制比等方面可能具有其他应用[8]。
4 光谱成像
4.1 基于飞秒激光频率梳模式分解的分子分辨
利用锁模激光器频率梳光谱的提议至少30年前已经出现,早期新西伯利亚和斯坦福大学的研究侧重于锁模激光器频率梳的双光子光谱。近年来载波频率偏移稳定技术的快速发展成为研究锁模激光器直接输出的高分辨率频谱的新型有力工具。所有此类实验中,不同原子系统作为鉴频器从通过样品的大量元素中有效地选择一独立频率梳。此处采用一种截然不同的方法,利用一高分辨率分光仪在平行架构中空间分离独立频率梳,从而多信道探测器可测量每个频率梳的振幅。用入射场作为参考,由共振跃迁引入的相对相位偏移可通过类似光谱干涉仪的方法测量。
如图5,宽带掺钛蓝宝石激光器产生频率梳,再由光学带通滤波器限制缩小频谱范围。为更好地匹配分光仪的分辨率,由两球面镜构成的法布-珀罗共振腔进一步将频率梳过滤成一个模式。接下来,VI-PA光谱色散器件和普通衍射光栅正交结合构成高分辨率分光仪提供高分辨率可见光谱。分光仪的输出在CCD照相机上成像产生点阵列,从而将一维频率梳转化成二维“刷”。
这种高分辨率的碘蒸汽分子频谱分辨技术可在6 THz带宽上获得高频率分辨度的吸收图像,其测试速度可达到几毫秒,稳定的频率梳的直接并行存取技术在安全性增加的高带宽扩频通信、高分辨率相干量子控制以及任意光学波形合成光学辐射控制等方面都具有重要应用。空间分离探测稳定频率梳的不同模式可用于现有任何CW激光分光技术[10]。
4.2 用于快速动态事件实时观测的STEAM技术[8]
尽管CCD成像将依然是被最广泛使用的成像形式,但需要一种能够捕获快速的单点或随机活动的成像形式。STEAM技术正是满足这种特性的新型成像方法。该技术中,放大和捕获由二维图像编码形成的时域波形序列是由单个像素点光电二极管和示波器取代CCD完成。该成像技术的特性是光学图像放大和光的时域串行编码相结合,可实现6.1 MHz帧速率和快门速度440 ps时连续实时操作。STEAM照相机可连续操作并且可以在任何无预兆情况下捕获超高速事件,如图6。
图6为STEAM照相机将二维图像映射成为时域波形序列的过程,首先将二维图像编码形成宽带脉冲光谱,光环形器将反射脉冲导入光放大傅里叶变换器,图像被光纤放大器预放大10 dB后进入色散光纤,此处图像将被分布式喇曼放大器进一步放大15dB,其光谱同时被映射到时域。光谱在时域以序列形式出现,这样就可以用单像素点光电二极管和示波器捕获图像。该技术也可用于共焦显微镜。
5 结束语
将VIPA与衍射光栅结合实现二维成像,是光谱处理领域的一个重大进步。文中结合目前该技术的发展状况,详细介绍了其在光学滤波器、光谱处理、光学成像几个方面的具体应用,并对各项应用的未来发展做出展望。
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成像原理 篇7
在X线影像实现数字化的过程中,对于各种成像方法,因采用的探测器不同,故成像技术也不同,现就X线成像检测技术做进一步的探讨。
1 按图像读出方式分类
图像读出方式是指成像体从X线曝光到成像体的显示过程,可以分为直接图像读出方式(Direct Readout)与间接图像读出方式(Indirect Readout)。
1.1
DDR成像技术是直接图像读出方式,是指成像体从X射线曝光到成像体的显示过程全部为计算机自动完成,实时显示曝光图像。
如果对图像感到满意,便直接点击图像存储键储存图像,如果对图像不满意,可按删除键删除图像,再进行一次X线曝光,非常方便。
1.2
CR成像技术是间接图像读出方式,是指成像体首先要用成像板(Image Plate简称IP板)进行X线曝光,完成后要人工将IP板插入到IP读出器中(Reader)进行计算机扫描。扫描完成后,才能在显示器上显示出成像体的图像。CR显示出图像以后,如果不满意,比如曝光剂量过大或者过小,超出Reader的各种参数的调节范围,就要删除此图像,要对此图像重新进行X线曝光。
与DDR相比较,CR成像快捷、方便,操作中的工作效率很高,而CR成像与传统的普通胶片成像相比较,在用工、用时方面差不多,并无节省,就工作效率而言,CR大大逊色于DDR。
2 按图像的转换方式分类
图像的转换方式是指由X射线转换为电信号,再通过A/D转换成数字信号的方式,可以分为直接转换方式(Direc Convert)与间接转换方式(Indirect Convert)。要讨论图像的转换方式,先讨论以下当今探测器的类型与成像原理,目前市场上FPD(Flate Panel Detector平板探测器)大体上可以分为以下四类:
2.1 非晶硅(a-Si)型
其工作原理:X线照到FPD的闪烁体上转换成可见光,可见光经光电二极管转换成电信号,再通过A/D转换成数字信号后输出、重组为图像信息,现在的非晶硅闪烁体主要分为两类:Cs I与GOS(硫氧化二钆),这两者相比较,a-Si+Cs I在转换过程中是一种全反射形式,中途损失与a-SI+GOS相比较可以忽略不计,能量损失约为零;a-Si探测器的能量散发主要有两种:自然冷却与被动冷却,自然冷却就是在不加外因的作用下,FPD在室温下就可以将自身产生的热量散发出去,使探测器处于一个正常的工作状态。而被动冷却则指探测器必须通过水或者其他介质的循环把热量散发出去。
2.2 非晶硒(a-Se)型
这一类FPD无闪烁体,X线曝光后不产生可见光,而是直接转换成微弱电流,通过A/D转换成数字信号,然后输出、重组为图像信息。
与a-Si相比较,a-Se在X线转换的过程中,不产生可见光,所以减少了能量的损失。但是,Se涂层不敏感,对X线光子反应比较迟钝,DEQ(Detective Quantum Efficiency量子检出率)值比较低。所以,与a-Si相比,投照剂量要大一些,以提高信噪比。
由于投照剂量的增大,a-Se平板探测器长时间处于一个高压产生的电场中,这样会缩短FPD的使用寿命。同时,a-Se平板探测器对周围工作环境的温度与湿度较为敏感,a-Se平板探测器的工作环境温度只允许在几个摄氏度范围内上下波动。
如果温度超过额定的工作温度范围,图像质量就会发生改变,温度变化越大,图像质量也就越差。所以,使用a-Se平板探测器的设备都备有一套探测器校正程序,要求每(5~8)天校正一次。平时,需根据天气的温度与湿度变化对a-Se平板探测器进行进一步的校正。一旦温度与湿度有较大变化,就会发生a-Se结晶现象,造成FPD的损伤,而且这些损伤对FPD来说是不可逆的。
2.3 CCD型探测器
CCD型探测器分成多CCD晶片与单CCD晶片两类。
多CCD晶片型探测器采用多个光学镜头分别成像,然后通过计算机软件把图像数据进行重组,得到一幅完整图像,但在重组的过程中,图像的信息会丢失一部分。由于采用的是CCD摄像,因此光电转换部分构架的体积比较笨重,不如FPD小巧灵活,并且CCD探测器的散热性能较差,需要用冷却水等外部介质对探测器进行强迫冷却。
2.4 线性扫描探测器
线性扫描与上述三种探测器的扫描方法不同,线性扫描探测器体积小,且随球管遮光器的束光片做角速度统一运动,扫描速度较慢,时间较长。
从上述四种探测器成像原理分析可以得出如下结论:
除a-Se平板探测器为图像直接转换方式以外,其他三种都为图像间接转换方式。
比较以上四种FPD的工作原理与性能可以看出,目前a-Se的技术难题尚未解决的情况下a-Se+Cs I平板探测器仍占主导地位。但是,克服目前的瓶颈需要找到新的光导体材料,研发出更为完善的FPD直接转换成像技术,进入医学影像市场。
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成像原理 篇8
冠状动脉粥样硬化性心脏病(CAD),冠状动脉狭窄及急性冠状动脉综合征(ACS)等心血管疾病是目前威胁人类健康的严重疾病之一。现在大部分医疗机构对于冠状动脉状态的检查通常采用冠状动脉造影(CAG)或者血管内超声(IVUS)等方法对冠状动脉的复杂组织断面(如图1)进行检测。冠状动脉造影能够显示血管的整体轮廓,有助于分析冠状动脉狭窄的情况,但是无法显示血管壁的组织结构。而IVUS利用超声探头进入血管内扫描,可得到冠状动脉管壁的断层图像,不过超声组织成像过程中会产生伪影,因此超声成像的分辨率一般只能到100μm,医生在后期图像分析时较难清晰观察不同组织之间的边界及组织质地,熟练分析IVUS图像需要进过半年以上的学习和临床经验积累。近年来迅速发展起来的光学相干成像技术(OCT)最初是用于眼科透明组织的成像分析,后来被研究者们用于血管内组织成像并得到了很好的效果。
1 血管内OCT技术的历史
OCT的分辨率能够达到10μm,可以清晰地显示血管的断层图像,提供血管壁形态、斑块性质、管径,以及血管狭窄的情况,绝大部分心肌梗塞的产生是由于动脉中小的粥样斑块破裂造成的,但是以往的所有影像手段都无法检测出来,只有OCT技术能够做到这一点[1]。OCT技术的分辨率能够达到组织病理切片检查的水平,所以这项技术也被称为“光学活检”[2],能够为冠心病患者的检查和治疗提供很好的依据。
OCT技术[3]是在1991年由美国麻省理工学院的Huang等人提出的一项新的成像技术,并由哈佛医学院的Schuman等人有限应用于眼科疾病的诊断,随后由研究者们分别应用于消化系统、呼吸系统、泌尿系统及心血管系统的组织成像。其中OCT技术在心血管系统中的应用表现出了良好的成像素质,可以清楚地识别易损斑块、血栓、支架和内膜。这项技术不但大大提高了冠状动脉疾病诊断的准确性,并应用于心血管疾病的治疗及植入支架后用药控制的过程,为病人康复过程提供了可靠数据支持。
目前国际上能够生产临床使用的血管内OCT产品的公司只有美国Lightlab Imaging(LLI)公司,该公司的知识产权来自于MIT、Harvard University、Massachusetts General Hospital、Tufts University、Medtronic,以及the Zeiss Foundation。目前该公司的产品在国内的北京协和医院、301医院、上海同济医院等几十家医院使用,手术量也在逐年增加。现在全球专家在美国、欧洲及日本等地建立了很多研究机构,来支持OCT技术在心血管领域的发展。
2 血管内OCT的技术原理
OCT设备是以迈克尔逊干涉仪为基础利用近红外光的干涉原理来采集组织断层信息的。首先利用弱相干光源产生一定波长的相干光,然后通过分束镜分为样品光和参考光,光线照射样品时会发生散射和反射,而不同组织对光的散射和反射程度不同,于是我们通过采集反射回的光强度可以辨别组织类型[4]。
光强探测器最后接收到的强度Id为:
公式(1)中Er为参考臂发射光场,Es为样本臂发射光场,Es'为样本臂反射光场,Ir为样本臂的发射光强,Is为样本臂发射光强,Is'为样本臂反射光强
其中:
公式(2)中是光源中心频率,是光信号的功率谱密度。这样通过探测器探测到光强和时间延迟信息,再将光信号转化成电信号,我们就可以得到某个深度的组织信息,经过图像重建得到组织的断层图像图2。
完整的光影仪包括光源、分光器、参考臂、样本臂、探测器,以及数字处理器。样本臂是由一个可旋转的光学耦合器(又称探头连接单元,PIU)和成像导丝导管组成图3,其作用就是将检测光引导到所需检测的血管壁上。
医生操作过程中将阻断球囊导管和成像导丝送入冠状动脉内,通过扩张球囊阻断靶病变处的近端血管血液,经过管腔内持续低容量的冲洗,将靶病变处的血液冲洗干净,然后成像导丝在血管内进行扫描成像。成像完成后,球囊收缩,血液流动恢复,医生将球囊导管和导丝退出冠状动脉完成整个操作。
3 血管内OCT在临床上的应用
冠状动脉中的不稳定斑块也称为易损斑块是引发冠状动脉疾病的重要隐患,如巨噬细胞密度、纤维斑块和富含脂质斑块的增加会引起患者的不稳定心绞痛,Jang等人的研究[5]表明畸形冠状动脉综合征和急性心肌梗死患者与稳定心绞痛患者相比脂质斑块含量较高而且纤维帽变薄。因此,临床医生通过检查冠状动脉中的易损斑块情况能够在早期检测心血管疾病及其严重程度。在图4和图5中比较了OCT图像、IVUS图像及组织病理检查照片,可以看出OCT图像的分辨率很高,而且能清晰分辨各种斑块性质。
利用OCT技术可以观察到增厚的内膜、弹力板和脂质斑块等组织,且对各种斑块成分具有很高的对比度。OCT技术对于钙化组织的穿透能力较强,Patwari等人的研究[6]证明对于几乎完全闭塞的冠状动脉斑块,这项技术都能穿透并成像。由于光传播速度较声传播速度高很多,所以OCT成像的实时性非常高,而且最大程度上避免了运动伪影。因此OCT技术的应用在冠状动脉病变检查方面表现出了良好的性质,为医生制定治疗方案提供了更完备的依据。
对于冠状动脉狭窄的患者,医生通常会采用植入支架的方法进行治疗[7],在手术中需要评估介入手术的治疗效果,如支架贴壁情况以及组织撕裂、组织脱垂等手术伤害,临床治疗的研究结果表明,OCT技术能清晰地显示支架贴壁情况和内膜损伤情况(如图6)。
病人在支架手术后的康复过程中会产生内膜增生,于是近年来大都采用药物洗脱支架,能够防止内膜过度增生,但是这种支架会造成内膜覆盖不全而引起血栓,所以病人需要服用抗血小板药物。手术后的病人需要定期检查内膜覆盖情况以确定停药时间,以往利用IVUS进行检查分辨率不足,现在利用OCT进行扫描得到的图像医生可以很清晰的观察内膜增生和覆盖支架的情况[8](如图7),从而确定病人的停药时间。
4 OCT技术存在的不足和发展前景
目前OCT技术的发展已经比较成熟,但是还是存在很多不足之处。首先是OCT技术使用的光源没有研究一致的标准,而且对组织的穿透力不足,无法深度探测组织内部病变情况,另外应用于血管内成像的耗材费用昂贵,限制了这项技术的推广。
OCT技术应用于体表检查时可达到无创效果,但用于血管内检查时需要进行侵入操作,为防止血液细胞对红外光的干扰,扫描前要在血管近端阻断血流。医生在临床操作中曾经出现过冠状动脉夹层和血栓,所以这项操作对医生的操作技术要求比较高,操作时动作要细致娴熟。也因为血液对OCT成像的影响,病人在动脉开口部位有病变以及心功能不全的话,这项技术的应用会受到限制。
由于OCT只能穿透2~3mm的表层组织,所以在某些领域的发展受到限制,于是研究者们正在试验利用OCT技术和其他技术相结合来完善其不足,其中包括医学超声-OCT内窥镜成像[9],用于探测脂肪组织中肿瘤的光声成像技术[10],与多普勒技术相结合的光学多普勒层析系统等[11]。科学家们研究的声光结合式探头,正在进行仿真实验,相信其发展前景广阔。还有建立在OCT和激光扫描偏振计(SPL)基础上的偏振敏感光学相干技术[12],这项技术能够同时检测干涉光的偏振和由于病变引起的偏振相位差信息,这样能比常规的OCT多提供以为生物信息,这项技术已经在龋齿诊断的研究中取得了很好的效果,分辨率可达到2~3μm。
OCT技术有相当优越的成像效果,相信通过各个领域各项技术的结合,这项技术会有很广阔的发展前景。
5 总结
由于OCT技术的发展,现在冠状动脉疾病的诊断和治疗有了清晰定量的依据,而且在支架手术的术中操作、术后评估,以及随访检查等各个阶段发挥了很好的作用。凭借其高分辨率和实时成像速度,这项技术已经成为心血管病人的精确治疗的必要手段,相信通过研究者们的努力,OCT技术必能发挥更大的作用。
摘要：本文介绍了光学相干成像(Optical Coherence Tomography,OCT)这种采集组织浅表断层图像的新技术,分析了血管内OCT技术的成像原理及临床应用优势,文章最后对其发展前景进行了展望。
关键词：光学相干成像,冠状动脉造影,冠状动脉综合症,迈克尔逊干涉仪
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成像原理 篇9
1972年,英国工程师豪斯菲尔德发明了X射线断层成像(X-ray compute tomography),简称X-CT,X-CT的发明,引起了发射医学领域的一场深刻的技术革命,是医学发射诊断学的重大成就之一。这种现代医学成像技术是以测定X射线通过人体后的衰减系数为基础,运用相关数学方法经过计算机处理,获得生物体某一部位的断层图像。与普通X射线透视和摄影相比,X-CT可以获得更加清晰的人体解剖图像。
1 X-CT成像的基本原理。
设有n个厚度为l的小立方体体素,如图1所示,每个小立方体近似地认为是均匀的介质,衰减系数分别为:µ1、µ2...µn,入射X射线的强度为I0。
X-CT所获得的图像为人体断层图像,在人体横断面上按照一定大小划分成n×n个体素组成的矩阵,称为体素矩阵。设每个体素的衰减系数分别为µ11、µ12µnn,如图2所示,只要求出体素矩阵中每个体素的衰减系数,就可以根据其数值的大小利用计算机建立人体断层的图像。当X射线穿过体素矩阵的第一行体素时,由探测器测得X射线的I0和In,可以计算出第一行体素的投影值;同理,把X射线管和探测器向下平移到第二行、第三行、…、第n行,就可以计算出n个投影值,根据(1)式,可以建立n个关于衰减系数的线性方程,而体素矩阵中共有n2个衰减系数,需要n2个线性独立的方程才能求解,为此,可以将X射线管和探测器旋转一个角度,如图2B所示,然后依次平移,又可以获得一组投影值,这种通过旋转X射线管和探测器并依次平移获得投影值的方法,称为扫描,通过不断的扫描,就可以建立n2个线性独立的方程,通过计算机运算就能求出体素矩阵中每个体素的衰减系数,依据衰减系数的大小,计算机就可以绘制出由n2个像素构成的人体断层图像。
2图像重建
根据建立的联立方程求解衰减系数值,图3A是一个简单的2×2体素矩阵组成的层面,µ11、µ12µ21µ22为四个体素的衰减系数,假设所求结构为图3B中数值,按照水平和垂直方向扫描,可得µ11+µ12=7、µ21+µ22=11、µ11+µ21=5、µ12+µ22=13四个方程,其中只有三个是独立的,另取左上右下对角线扫描可得方程µ11+µ22=10;将此方程和以上任意三个联立可求得µ11=2、µ12=5、µ21=3、µ22=8,这样就可以得到图3B的µ值矩阵。
根据所得µ值矩阵,计算机可以生成由若干不同灰度的小方块排列成相应的矩阵,矩阵中的小方块称为像素,像素的灰度强弱与µ值矩阵中的µ值的大小有关。在图像重建时,计算机首先把µ值转变为CT值[2]:
CT值的单位是HU,上式中µW=0.19cm-1为水在X射线光子能量为73Ke V时的线性衰减系数,按照上式,水的衰减系数为0HU,空气的CI值为-1000HU,致密骨的CT值大约为1000HU,这样,人体内各个组织器官的CT值在-1000HU和1000HU之间,因此,X-CT所建立的断层图像实际上是由CT值矩阵生成的像素矩阵,图像中每个像素灰度的强弱是根据CT值的大小确定的。
摘要：当前,X射线计算机断层成像技术在医学诊断领域具有重要应用,这种技术是根据测定X射线通过人体后的衰减系数,利用计算机获得生物体某一部位的清晰断层图像,根据获取的人体生理图像分析,对某些重大疾病的早期诊断提供可靠的依据。
关键词：X射线断层成像,衰减系数,反投影法
参考文献
[1]侯玉林,楼渝英主编.医用物理学[M].西安交通大学出版社,2012(08):229.