医学肾脏CT图像三维重建的方法和算法研究(2)
结论 37
致谢 38
参考文献 39
1 绪论
传统的医学CT设备只是简单地对人体某些断层进行扫描以获得对应的影像数据，由此得到二文影像供医务人员对病人进行诊断，这样所得到的诊断结果必然带有医生的主观判断，因此诊断结果的准确性难以得到保证。CT图像处理及其三文重建技术的运用可以将CT图像数据的真实感官效果展示给医务人员，使其准确地确定病灶的空间位置、大小、几何性质及其与周围组织的空间位置关系，减少主观判断和临床经验不足对诊断结果准确性的影响。正是由于CT图像处理及其三文重建技术对临床医学具有巨大的辅助和促进作用，使得CT图像处理及其可视化技术不仅成为生物医学工程研究的热点之一，也成为了科学计算可视化最引人注目和发展最快的领域之一。
1.1 CT原理简介
CT的英文全称为computed tomography，中文译为计算机断层扫描，是电子计算机技术与X射线检查技术相结合的产物。CT从理论上讲是一个从投影重建图像的反问题，有其普适性，在数学界已得到广泛关注与重视。CT作为一种技术，既有坚实的数学理论为依托，又有现代微电子与计算机技术的支持，已经在包括医学等众多的领域内得到了广泛且有效的应用。
下面介绍X-CT的成像原理：
首先是用准直后的X射线束，围绕人体的某一断面从不同角度（360°）进行扫描，由探测器接收该层面的X射线衰减信息，经光电管转换为电信号，再由模数（D/A）转换器将模拟电信号转变为数字信号输入计算机进行运算处理，得出该扫描层面上各单位体积的X射线吸收值或衰减系数，这些数据排列成数字矩阵，贮存于磁盘或光盘中。然后由数模（A/D）转换器将数字矩阵转换成不同灰度的像素矩阵，在图像显示器上显示为黑白不同的灰阶图像，即为该层面的CT图像[1]。
CT值是一种计算X射线衰减系数（或吸收系数）的单位，它反映该物质的密度。某物质的CT值等于该物质的衰减系数 与水的衰减系数 之差，再与水的衰减系数相比之后乘以1000。公式表示为：
CT值的单位名称为HU（Hounsfield unit），1000即为HU的分度因素。由公式可知，某物质的衰减系数越大，其CT值越大，该物质的密度也就越大。
1.2 肾脏CT图像的特点
1.2.1 肾脏结构的特点
一般人肾脏的尺寸约是长轴11厘米、宽6厘米，重约150公克（三两重），尺寸介于长约10至12厘米，宽约有5至7厘米、厚约2至3厘米，位于腰部两侧、靠近背侧的腹腔内，前有腹膜隔开肠胃和胰脏、后腹壁前方，若将肾脏移开，后侧则有腰大肌和腰方肌，且原来肾脏的位置可见肋下神经、髂腹下神经及髂鼠蹊神经走过，具体的高度约在第十二胸椎延伸至第三腰椎之间，而右肾因上方有肝脏，因此高度较左肾低。是一内侧面凹下的椭圆形扁豆状器官，凹下的位置称为肾门由人体腹侧向背侧依序有肾静脉、肾动脉和输尿管主管液体的进出[2]。
1.2.2 肾脏CT图像的特点
CT图像是由一定数目由黑到白不同灰度的象素按矩阵排列所构成。这些象素反映的是相应体素的X线吸收系数。不同CT装置所得图像的象素大小及数目不同，大小可以是1.0×1.0mm，0.5×0.5mm不等；数目可以是256×256，即65536，或512×512，即262144个不等。显然，象素越小，数目越多，构成图像越细致，即空间分辨力高。CT图像的空间分辨力不如X线图像高。CT图像是以不同的灰度来表示，反映器官和组织对X线的吸收程度。因此，与X线图像所示的黑白影像一样，黑影表示低吸收区，即低密度区，如肺部；白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。但是CT与X线图像相比，CT的密度分辨力高，即有高的密度分辨力。因此，人体软组织的密度差别虽小，吸收系数虽多接近于水，也能形成对比而成像。这是CT的突出优点。所以，CT可以好地显示由软组织构成的器官，如脑、脊髓、纵隔、肺、肝、胆、胰以及盆部器官等，并在良好的解剖图像背景上显示出病变的影像。
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