医学影像学中常用的基本概念

1、医学影像学中用大量“概念”在日常工作中频频使用，一些概念 的定义、内 涵较为熟悉，但用相当多的概念使用者只有含糊的理解，特别是随着科学的发 展，很多概念的内涵不断更新，一些新的内涵被引用、一些被扬弃、一些被优 化、一些被限定。面对这些动态变化的概念，医学影像医生和技师若不能及时地 掌握其精确地定义和内涵，则必然会影响对新知识的理解和应用。以下是医学影像专业中常用的基本概念，另有大量概念本书中已在相应章 节有具体的理解，则本节不再重复。1密度（density）密度有双重含义，即物质密度和影像密度。物质密度系 指单位体积内的物质质量，由物质的组成成分和空间排布情况决定。影像密度则指照片上模拟影像的

2、黑化程度，即对光的吸收程度。又称照片的 光学密度或黑化度，简称密度。各种成像技术所获得照片的影响密度的内涵不同，并且与物质密度间的关 系亦不同，然而具有一个共同特征，即均以由黑到白的不同灰度组成的模拟影 像反映其所模拟物体的某方面特性。在X线为能源的成像技术中（包括传统X线摄影、X线电影或录像、 CT、CR或DR等），影像密度反映受检体的物质密度和（或）厚度的差别，是 由物质对X线的衰减特性决定的。物质密度高，X线吸收的多，胶片中还原的 银离子则少，呈白影；反之，物质密度低，影像呈黑影。2天然对比（natural contras）该概念起源于传统放射学。指X线照片 上，人体组织的模拟影像固有的

3、、肉眼可分辨的光学密度差别。模拟影像的天然 对比主要与成像组织的密度和厚度两个参数有关。X线照片上的天然对比有四个 主要层次，即骨骼、软组织和水、脂肪和空气，他们的密度依次降低。密度高者 在影像上呈透明状（白色）、密度低者则呈不透明状（黑色），透视时则相 反。实际X线照片上各部分组织天然对比的色调由密度与相应组织厚度的乘积 所决定。随医学影像学的发展，CT、CR、DR等X线成像设备的密度分辨力大 大提高，人体组织在相应影像上显示的天然对比层次也大为增加。非X线成像技术，如US、MRI、ECT、PET等的照片或模拟影像上，形 成固有的对比的基础各异，且与X线成像的物理学基础不同，当作不同的解 释

4、。3人工对比（artificial contrast）向机体内引入某些人工对比物质（对比 剂）后所突出的特定组织或器官与周围结构在影像上的光学密度差别。常规放射 学领域内，利用人工对比施行检查的方法称造影检查。提高组织或器官光学密度 差别的材料即对比剂。CT、MRI检查中也可应用对比剂增加欲查结构的人工对比，但是通常不 是只用于突出特定器官或结构的人工对比，还用于检测不同结构时间依赖性人工 对比变化的特征，称增强检查。4.影像对比度（image contrast gradien）t包括两层含义，其一是指照 片显示的模拟影像上相邻两点间的光学密度的差别，即照片对比度；其二是侠义 的影像对比度，系

5、指去处光学对比因素，仅反映物体成分的对比度。在传统放射 学领域相当于X线对比度。5.轴位(axial position) X线摄影体位之一。成像方向与被检查器 官或 结构的长(纵)轴一致的投照位置，如头颅X线检查中的颏顶位投照，腕部X线 检查的腕管位投照等。CT、MRI等层面成像方式中有时也使用“轴位”一词，但内涵 不同，可 见“横断面”。6-横断面(traverse section或axial section)影像学检查中层面 成像的标 准层面之一。层面检查方式中，与躯体长轴垂直的层面为横断面。CT、MR 检查中横断面为基本的常规扫描层面。有材料称为“轴位层面”，该词源于axial tomo

6、graphy 一词，愿意为沿 长轴的分层(扫描)成像，并非是长轴方向的成像层面，故在 汉语中，“横断层 面更能准确地表达其内涵，故宜以“横断面”代 替“轴位层面”。冠状面(coronal section)影像学检查中层面成像的标准层面 之一。层 面检查方式中，与躯体冠状面平行的层面为冠状面。超声、常规体层摄影和MRI 均可作冠状面采集，受设备固有因素的限制，CT仅可作少数部位，如头部的直 接冠状面扫描，但高级CT设备可作冠状面重组，得到冠状面影像。矢状面(sagittal section)影像学检查中层面成像的标准层面 之一。层面 检查方式中，与躯体矢状面平行的层面为矢状面。超声、常规体层摄影

7、和MRI 均可作矢状面采集，受设备固有因素的限制，CT不可能作直接矢状层面成像， 但高级CT设备可作矢状面重组，得到矢状面影像。灰阶显示(gray scale display)超声诊断仪用声信号的幅度调制光点亮度，以一定的灰度来显示诊断信息的方式。其断面像以灰阶显示，能 反映出富有层次的人体组织的影像，有助于识别病变结构。人眼区别灰阶能力与 提供灰阶方式有关，在电视荧屏上，能区别规则排列的12 16级灰阶，不规 则排列者大约只能区别一半。B型超声把回波幅度数字化时，取灰阶数为32或64级，远大于人眼能识别的级别， 并可满足图像后处理时作灰阶变换的要求。B型超声检查中强调“灰阶显示”是当时用于区

8、分“A”型超声的“波幅显示”方式，实际上，CT、MRI、DSA、CR、DR、SPECT和 PET等影像也都是以灰阶方式显示模拟影像，但应用中通常不强调。伪彩色处理(false color processing数字成像方式中改良的 影像显 示方式之一。通常情况下，人的视觉只能分辨出十几级灰度，但是却能分辨出几 百种颜色的色彩和强度。把图像中的各像素点的灰度转换为不同色彩的过程称为 色彩编码，可把原始的灰阶影像转换成(伪)彩色影像。经过伪彩色处理后的影像能够表现出更多的细节，使影像更 加鲜明，对比更加清晰。模拟影像(analog image)影像学检查中，任何由密度、灰 阶、辉 度、信号强度等变量

9、的差别而显示的可识别的影像均称为模拟影像。常规X线 摄影中，X线透射投照的部位，受到穿行轨迹上组织结构的不同程度的衰减后 透射到X线胶片上，使胶片上的感光成分发生与局部接受的射线强度一致的光 化学反应，经过显、定影处理后呈现不同的灰度或胶片密度。这些不同的灰度 组合即为可识别的相 应组织的“影像”。事实上，胶片上不同区域的灰度是相应 区域接受的射线强度的模拟，或者从另一个角度讲，是相应区域对应的射线穿 行轨迹上组织结构对射线衰减程度的模拟。同样的道理可以解释CT影像的密度 亦为局部组织结构对射线衰减程度的模拟；灰阶超声影像的辉度为声束透射的组 织结构回声质地的模拟；MR影像的信号强度为组织结构

10、内的氢原子于外磁场中 被射频信号激励后弛豫时间的模拟。数字成像方式中，尽管所有像素反映的信息均已被数字化，但由数字矩阵 表示的信息缺乏“空间”的形态学印象，故均经数字-模拟 转换，以密度、灰 度、辉度、信号强度等变量重建为模拟影像。数字影像（digital image）侠义的概念系指以数字化影像为显示、存 储手段的X线摄影影像，如CR、DR影像；广义的概念则包括以数字化影像 为显示、存储手段的各种医学诊断成像技术的影像，如CT、MRI、DSA 等。在医学影像设备中，由摄影管和各种传感器、接收器，即载体，收集到的是 时域连续的模拟信号。在数字影像设备中，时域连续的模拟信号经模拟-数字 转换器变为

11、数字信号；经数据处理构成数字影像（即数字矩阵）；再经数字-模 拟转换器变为模拟信号，在图像监视器或照片上显示。20世纪70年代X线CT的出现，奠定了数字放射学的基础，随后陆续出 现的MRI、ECT、DSA、CR、DR、US等均为数字化成像技术，共同 构成数字放射学。数字放射学的发展与普及，则为图像存档与传输系统（PACS）的发展提供了前提。像素（pixel）构成图像的基本单位，即图像可被分解成的最 小的独立信息单元。以胶片作为记录信息和显示信息载体的成像方式，如常规X线照片，构成 图像的基本单位即胶片感光乳剂层的银盐颗粒，每一银盐颗粒即为一个像素。计 算机辅助的数字成像方式中，如CT、DSA、

12、US、MRI等，构成图像矩阵的最小独立信息单元即为一个像素。像素是一个二维的概念，换言之，像素是一个面积单位。数字城乡方式中， 像素的大小和数目受制于计算机的性能，每一种设备的设计中均已精确地规定了 像素地尺寸。体素（voxel）构成图像的基本单位一像素所包含的体积单位。又称 “体元”。像素是一个二维的概念，即为一个面积单位，体素则为一个三维的概念， 系一个体积单位。在层面成像方式中，设置的层面厚度为体素的高度；在非层面 成像方式中。每一像素涵盖的机体厚度则为体素的高度。任何以二维方式显示的图像中，像素显示的信息实际上代表的是相应体素 涵盖的信息量的平均值。CT值（CT number） CT扫

13、描中X线衰减系数的单位，用于表示CT影像中组织结构的线性衰减系数（吸收系数）的相对值。CT值由下式确定：值水 X JM _p W）p W式中，、口 W分别为物质（M）和水（W）的吸收系数，K为常数，现均指定为1000。CT值用亨氏单位（Hounsfield unit ）表示，简 写为HU.由上式可得出水的CT值为0HU，空气为一1000HU,皮质骨为+ 1000HU ,实际工作中CT影像中的CT值并不经过上式计算，而是由计算机直 接通过水的吸收系数换算出的。CT值每变换1 H U，则意味着相对于水的吸收 系数来说发生了0.1%的变化。在有些早期设备上，CT值用EMI单位（U）表示，与亨氏单位的

14、换算关系为 1U=2HU。CT值系一密度值，理论上密度值为一无量纲值，即一相对值，无计量单 位。CT值则是经上述方式标定的CT扫描中特定的密度单位。窗位处理（window level processing）数字成像方式的图像后处 理技术之一。数字成像方式的图像显示中，以某一灰阶为中心点，选择性显示 该中心上、下一定范围内的灰阶，该中心点即为窗位。由于人类眼睛的密度分辨能力仅12-16灰阶，不可能区分全阶显示的数字 影像，故实际工作中需选择性显示设定范围内的一部分灰阶，即窗宽（见相应词 条）；还需以兴趣结构达到最佳视觉显示效果为目的的设定选定灰阶范围的中 心，即窗位。犹如在一面很宽的墙上开窗，窗

15、位决定在墙的哪一部位开窗，从 而决定该窗可观察哪些特定景物。窗位处理并不改变原始影像的信息，是回顾性施行的，故可任意设置、调 整、重复，是数字成像设备中应用最广泛的后处理技术之一。窗宽处理（window width processing）数字成像方式的图像后处理 技术之一。数字成像方式的图像显示中，根据人眼视觉分辨力的需要，对兴趣 结构所占据的灰阶范围作选择性显示的技术。由于人类眼睛的密度分辨能力仅12-16灰阶，若作数字影像的全阶显示，如CT可由2000个灰阶，则肉眼只能区分密度差别很大（即灰 阶差别很大）的结构。为此，可经计算机系统处理，仅选择性显示设定范围内的 一部分灰阶，改范围之上及之

16、下的灰阶则均从图像上删除，仅显示为全“白”与 全“黑”的色调，故窗宽处理又称灰 阶处理（grey scale processing。窗宽处 理犹如在一面很宽的墙上开窗，观察者只能透过开的窗子观察到限定范围的窗外 景物，但看不到窗子允许观察的视野以外的景物。窗子的大小（即窗宽）决定可 观测景物的范围。根据人类视觉分辨力的特征，适当的窗宽可更好的分辨窗子 限定的视野之内的景物。窗宽处理并不改变原始影像的信息，是回顾性实施的，故可任意设置、调整、重复，是数字成像设备中应用最广 泛的后处理技术之O18信号强度（signal intensity）磁共振成像过程中，位于静磁场中的质子 接受射频脉冲激励后发

17、生弛豫过程，质子的净磁矢量发生时相依赖性变化，在 磁共振成像的模拟影像上，以灰阶反映的净磁矢量的大小即信号强度。将模拟 影像上的百的（亮的）灰度称为“高信号”；黑的（暗的）灰度称为“低信 号”；将与兴趣区域结构的正常灰度或用为参照结构的灰度相等的灰度称为“等 信号。以灰度反映的信号强度是无量纲的，没有计量单位。19.脉冲序列（pulse sequence）磁共振成像中，为获得欲查结构质子 的弛豫时间，即磁共振信号的特征，而依设定的时间间隔施加的一系列射频脉 冲，即脉冲序列。磁共振成像中，结合梯度磁场的设置及不同的磁共振信号接受 方式，已由一些成熟、规范的脉冲序列，如自旋回波序列、梯度回波序列、

18、反转 恢复序列等。随技术的发展，还在不断开发出新的脉冲序列、如回波平面序列 等。20噪声（n oise）影像质量的特征参数之一。分为广义与侠义的概念。广 义上讲，影像上任何妨爱观察者解释的影像结构或特征均可认作为噪声。侠义 上讲，噪声是指在影像上观察到的亮度水平随机出现的波动。本质上侠义的噪声 主要是统计学的，而不是检测性的。影像噪声为广义上的噪声，有一系列不同的来源，除上述统计学噪声以 外，还可有非统计学噪声，如系统噪声、视频摄像机噪声（又称附加噪声）、量 子化噪声（模/数转换为此肿噪声源）、存贮噪声等。注意，噪声与“伪影” （artefact）为截然不同的概念，二者不应混淆或 视为同义。2

19、1信噪比（signal noise ratio ,SNR）影像质量的特性参数之一。以视 频影像为显示手段的成像方式中（CT、DSA、MR、US等），信号等于视频信 号的峰值，噪声指信号在最暗的视频水平的平均波动量。二者以相同的单位测 量，比值即信噪比。该比值为一比例，没有相应 单位，即为无量纲值。医学图像 中信噪比具有不同的内涵。由于它可 应用于不同的领域，故可以是特指成像软件 仗视频摄像机）的，也可以是针对影像的。判断影像的信噪比又和规定影像中 哪些结构是信号（有用的、感兴趣的）、哪些结构是噪声有关。故在应用信噪比 这一概念时，均应是特指的、有特定背景的。22伪影（artefact）泛指影像

20、失真。依失真的原因可分为：成像设备设计 缺陷所致的伪影，如CT的线束硬化性伪影；成像设备故障所致伪影，可为机械 性故障或数据处理方面故障；运动或移动伪影，系被检者的不合作所致；信息载 体所致的传感性伪影；读取、转换系统所致伪影；光学系统所致的伪影；暗室处 理所致的伪影。影像学检查中，伪影是需与正常或病变结构的影像鉴别的结构，常需结合成 因作出判断。23兴趣区（region of interest, ROI）数字成像方式中，检查者拟重点观 察的部位或结构。和常规X线检查方式不同，数字成像方式，如CT、DSA、 US、MR等可由检查者在获取的影像中规定任意大小。形状。部位和数目的面 积，经计算机作

21、进一步处理，从而更精确地显示相应结构具有地诊断性信息。兴趣 区的设置最小为一个像素，最大可覆盖整个图像。大多数数字成像方式的图像后 处理都是以兴趣区为基础施行的。24后处理（post process in g , reprocessi ng）数字成像方式中，完成原始 数据采集后，由计算机对获取的数据进行的完善与信息提取处理。后处理是常规 X线检查不具备的功能。后处理通常是在临床检查结束后回顾进行的，比如：CT 扫描中图像的放大、CT值测量、径线测量、调窗、多种方式的重组、动态扫描 的时间-密度曲线显示；DSA检查中的再配准、像素移动、标记、空间过滤、 积分蒙片减影、匹配滤过、递推滤过、混合减影

22、；MRI中的动态三维重建、 伪影消除技术等。后处理是计算机的功能,因此，随计算机软件技术的开发，后处理 功能当有很大的开发余地。数字成像方式中的很多原理是相同或类似的,因此很 多后处理功能也是多种设备共有的。 空间分辨力（spatial resolution）图像中可辨认的邻接物体的空间 几何尺寸的最小极限，即影像中细微结构的分辨能力。空间分辨力是由单位面 积的像素的数目决定的，和像素的数目成正比。在数字成像方式中，即与图像 的矩阵大小成正比。事实上，在数字成像方式中，图像是在监视器的屏幕上显示 的，还与监视器的扫描线数目相关，通常用每毫米的线对数（LP/mm）表 示。数字成像方式中，单位面积

23、的像素数目远低于模拟成像方式者仗口X线平 片），故数字成像影像（CT、MRI、DSA等）的空间分辨力也低于模拟方式 者。密度分辨力（density resolution）图像中可辨认的光学密度差别 的最小极限，即影像中细微密度差别的分辨能力。又称低对比分辨力。以X 线为成像能源的成像方式中，密度分辨力与每一像素接受的光子数量成正比。若 以相同数量的光子入射到两个面积相同、矩阵大小不一的靶区时，则矩阵越大， 每一像素接受的光子数目越少，图像的密度分辨力越低。模拟成像方式（如X 线平片）的单位面积内像素的数目远多于数字成像方式者（如CT、DSA等），故模拟成像方式的影像密度分辨力远不及数字成像方式

24、者。对比剂（contrast media）影像学检查中，用以增加组织和（或） 病变结构人工对比的物质。以X线为成像能源，以显示组织密度差别为目的的 检查手段，如常规X线检查和CT扫描中，应用“阴性”和“阳性”两类对比 物质。阴性对比剂为所含元素的原子序数低和（或）物质的密度低的材料，典型 者为空气和脂肪；阳性对比剂则相反，为所含元素的原子序数高和（或）物质密 度高的材料，目前筛选后主要实用的为碘剂与钡剂，少数其它材料，如钽等也有 应用。磁共振成像（MRI）中应用的对比剂则为顺磁性材料，如、铁、锰等。 此类对比剂在MR检查中用于增加病变和（或）部分正常组织的信号强度。以往，习惯将增加人工对比的物

25、质称为“造影剂”。因为在常规X线检查 中，使用阴性或阳性对比材料可使直接充盈的器官或结构显影，如胃肠道、胆 系、泌尿系、血管、淋巴管、器官等。CT、MRI等成像手段问世以来，对比材料已可进一步使特异的或非特异的器 官、组织和 （或）病变的对比增加，故以“对比剂取代“造影剂更 能反映其内涵。当前，超声和核医学影像检查中也使用增加影像对比的材料，即相应的对 比剂，但材料和增加人工对比的机制各异。碘对比剂的副反应（side effect of iodine contrast agent）影像学 检查中，应用碘对比剂时引起的机体不良反应。碘对比剂是目前应用最广泛的 对比剂，其副反应可分为特异反应和物理-化学反应。特异质反应是