摄影学成像原理模拟信号的基础知识

1、医学影像成像原理 X线成像技术的基础,一、信号理论的基本概念,（ signal ）,信号的物理分类,信号,电信号,非电信号,探测器,模拟信号,离散信号,采样,抽样信号,数字信号,量化,X线转换基本流程,直接转换,间接转换,X线,能量转换器,频率变化 能量变化,可见光,电荷,电荷,X线透视,X线摄影 CT,X线摄影,增感屏,荧光屏,X线探测器,CT探测器,X线探测器,1. 信号是信息的载体（表达信息的某种物理量或是传递信息的函数）和具体表现形式。 例如，可见光、图像通过光信号（粒子理论用光子表述，波动理论用电磁频谱表述）传递；语音通过声信号（声波为一种机械波，由物体（声源）振动产生）传递。 2. 信号具有随时间变化的特点。 提示，只有变化的量，才可能含有信息。 信号分为模拟信号 ( Analog Signal )和数字信号( Digital Signal )。 提示，模拟信号和数字信号之间可以相互转换。,1、模拟信号的物理分类,共同特点都是连续信号,人类听觉所能感觉的声波频率在20-16000Hz之间。,举例；人类听觉特征及信息处理能力,空气传导,声波 耳廓 外耳道,空气振动,外耳,鼓膜

2、 锤骨 钻骨 镫骨 前庭窗,传声变压,外、内淋巴 螺旋器,液波传音,蜗神经 听神经,神经冲动,听觉中枢,中耳,内耳,迷路,大脑皮层,识别分析,骨传导,声音传导,二、模拟信号的特性,（ analog signal ）,1、基本定义,模拟信号指时间连续、幅值连续的信号。,2、时域-连续信号的时间特性,信号随时间变化，幅度发生变化。以时间函数描述信号的图象称为时域图（Time domain ） ，在时域上分析信号称为时域分析。 当模拟信号采用连续变化的电磁波表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质。,调频与调幅的演示,时间、幅值连续的信号,3、频域-连续信号的频率特性,信号含有不同频率的正弦分量。可用信号的频谱函数来表示，以频谱描述信号的图象称为频域图（frequency domain），在频域上分析信号称为频域分析。 频谱：频谱函数表征信号各频率（frequency）成分，以及各频率成分的振幅（Amplitude）和相位（phase ）。可用傅立叶分析将它分解为许多不同频率的正弦分量，将各正弦分量的振幅与相位分别按频率高低次序排列成频谱。 频带：复杂信号频谱中含各分量的频率，频谱中

3、该有效频率范围称为该信号的频带。,频域图,Amplitude,三、分频的基本认识,1、可见光的分频,光信号分频,白光,单色光,2、人体结构的大致分频,注意，人体结构是各种原始频率的混合，只是受到 X线能转换和处理能力限制以及人眼识别能力限制。,3、X线采集人体信号的分频,每毫米线对 LP = 1/2d，d为结构宽度,四、模拟X线成像,影像、成像是医学影像学专用名词。,1、基本概念,（1）X线摄影；用X线透过人体后的能量变化来表达人体 信息，并用X线胶片记录和显示的一种成像技术。 （2）成像方法的三大要素； 人体（信息源） X线（信息载体） 荧光屏、胶片（信息接收器） （3）X线成像程序； 原发X线 人体 调制X线 信息采集 能量转换 潜影形成 化学处理 影像形成,2、X线与人体的相互作用,（1）透过；原发X线在透过人体后保持原来强度和方向。 （2）衰减；X线光子以一定几率与物质中的原子发生相互作用，使X线光子能量的全部或一部分转移给物质（吸收-光电效应）；或X线光子的传播方向发生改变，使沿原方向的光子数量减少（散射-康普顿效应）。,X线,三角体,X线影像,3、X线模拟成像的两种模式,成

4、像基本流程,胶片显定影,X线照片,能量转换器,信号的频率变化 ，能量变化 ；物态的表现形式变化,可见光,增感屏,荧光屏,胶片感光,X线照片,X线电视,I I 增强管,光电转换,荧光屏,信息读出,氧化还原反应,X线透视,能量转换器,光电子学反应,信息读出,阅片灯,光化学反应,4、模拟X线影像的特性,（1）模拟X线影像是曝光瞬间，X线透过人体后，所获取的X线信号具有空间、时间和位置上的连续性。因此，具有唯一性的特征和不可复制性的真实记录。 （2）X线能量转换设备（X线透视系统，屏/片系统）对X线量子的转换能力存在一定阈值，可能造成高能量和低能量的X线在采集过程或信息处理过程中丢失。 （3） X光影像的形成采用光化学原理，感光材料（X线胶片）的敏感性决定了X线采集能力。在感光过程中，卤化银晶体颗粒是潜影的一个显影单位。 （4）在显定影处理过程中，影像还原的程度随冲洗条件的变化而改变。,胶片的感光原理,感光材料；能起光化学反应，经过显定影处理后能形成影像的材料。 感光乳剂；感光乳剂是由对光敏感的微细颗粒悬浮在明胶介质中而成的。胶片上的明胶与某些食品所用明胶类似。 卤化银晶体；在明胶中悬浮着的光

5、敏物质是卤化银颗粒。卤化银晶体具有一经曝光其结构就发生变化的特性。,增感屏能量转换与屏片组合,胶片感光特性,胶片的化学处理,1；溴离子 2；银离子,光化学反应又称为光化作用，是指由一个原子、分子、自由基或离子吸收一个光子所引发的化学反应。,模拟X线影像形成原理,A; 感光中心 B; 显影中心 C; 潜影 D; 显影 E; 还原银颗粒,暗室化学与处理流程,显影；将曝光形成的潜像变成可见影像。 组成：显影剂、保护剂、促进剂、抑制剂 还原剂-米吐尔、对苯二酚、菲尼酮 定影；使银盐还原停止，并除去胶片中残余的未曝光银盐。 组成:定影剂、保护剂、坚膜剂、酸 定影剂-硫代硫酸钠、硫代硫酸胺,调制X线影像的形成,照片密度的测定,高对比度与低对比度胶片,胶片的感光原理小结,（一） 胶片的感光是化学反应中的光化学氧化还原反应。胶片的核心物质卤化银的感光，是在吸收光量子的能量后，光量子激发溴离子，使其电子能量加大脱离溴离子，即Br+hvBr+e， 此电子又去还原银离子而成为银原子，即Ag+eAg （二）潜影的形成分三步 1、溴化银晶体颗粒的溴离子，受到光量子的冲击，释放出若干电子。 2、这些电子在溴化银晶体格内自由移动时，遭到了感光中心被吸陷，从而使感光中心带上了负电荷。这个感光中心就成了陷阱。与此同时，晶体格内游离的银离子，因为带有正电荷，于是在静电吸引下被移向感光中心。 3、银离子与感光中心的电子中和，形成了中性的银原子，沉积在感光中心上。光化学反应的不断进行，感光中心的银原子聚集到一定大小时(至少36个银原子)，它就成了显影中心，许许多多显影中心就成了被照体的潜影。 （1）Ag+eAg （2）36个Ag显影中心 （3）无数显影中心潜影 （4）潜影+显影剂Ag颗粒(肉眼可见),模拟X线影像小 结,模拟X线影像是用一种物理量来连续的、形象的表现另一种物理特性的图像。 优点是在整个X线成像过程，X线信息的传递和转换均保持连续性，完整性和真实性。 缺点是模拟转换方式受到转换介质的制约，原始X线信息因为增感材料对X线敏感性不同，形成采集能力的差异；胶片感光材料的灰阶动态范围较小，不能满足影像信息全部显示；X线胶片是一次性记录和显示的介质，成像后不能改变或进行后处理。,

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