散射成像

散射成像（精选四篇）

散射成像 篇1

X射线人体背散射成像技术在安检领域针对人体藏匿塑性炸药、陶瓷刀、塑料枪支等低原子序数的有机物探测, 正逐渐得到广泛关注[1,2], 这项技术在公安禁毒领域, 亦有广泛的应用[3]。与常规透视不同的, 背散射的有机物加亮效应使其能区分低原子物质, 从而凸显这类物质[4]。而人体本身主要成分就是低原子物质, 背散射探测能够对其进行成像, 为了更好地区分人体藏匿的有机物质和金属, 需对涉及人体背散射探测的多种因素影响进行研究, 这些因素包括:扫描射线能量、探测器尺寸与位置、被检物体的尺寸等。本文通过蒙特卡洛程序EGSnrc仿真实验, 分析各种参数对探测系统的影响, 为系统设计提供参考。

二、模型说明

人体扫描系统包括射线源、射线扫描装置、探测器以及搭载射线源上下移动的推杆, 图1左图是示意图。为简便起见, 模型使用单能量点射线源, 射线为单一方向笔形束, 被检物体和探测器简化为圆柱体, 通过对探测器探测到的光子数量进行记数来确定信号量, 如图1右图所示。实验取抽样数为1百万次, 计算结果数据误差精度小于5%。

为研究人体背散射成像质量, 首先定义有机物分辨力信号为区分水与其它物质散射信号强度的差别。由于人体中主要成分是水, 它的等效原子数接近7, 在实际实验中, 采用水与其等效原子序数相近的石墨之间散射强度的相对差, 用公式表示为S= (石墨散射光子数-水散射光子数) /水散射光子数。图像噪声符合泊松分布, 它与实际接收的散射强度的平方根成反比, 图像信噪比定以为两者之间的比率, 用公式表示为SNR= (石墨散射光子数-水散射光子数) /。SNR越大, 则说明区分水和其它物质的性能越好, 背散射图像质量越佳。

三、结果讨论

第一, 入射能量选取医用人体辐射范围0到120kV的射线, 考虑物体半径r和厚度h都为30cm, 而探测器半径R达到30cm, 探测器距离d=2cm, 入射角度θ为0°, 此时信噪比SNR关于入射能量的函数关系由图2所示。从图上可以看到, 在小于30keV时随着能量增加, 信噪比也在增加, 这是因为在低能范围内, 石墨与水之间的散射信号相对差变化不大, 信号随能量增加而增强, 而噪声相对减小, 但当射线能量增大到50keV后, 噪声尽管随信号增强有所减小, 石墨与水之间的散射信号相对差却变得越来越小, 导致总体的信噪比下降。因此选择射线能量为20到50keV区域, 可以保证在一定的射线曝光量下具备较好的有机物质分辨能力, 提高人体背散射图像质量。

第二, 研究探测器半径大小对于图像信噪比的影响。图3表示物体半径r=10cm, 入射能量为30keV, 探测器距离d=20cm, 多个探测器角度时, 信噪比SNR关于探测器半径R的函数关系图。从图上可以看出, 角度变化对于信噪比变化关系不大, 随着探测器半径R增大信噪比增加, 因为在探测器距离不变时, 增大探测器面积, 就增加了探测器对物体张开的空间立体角度, 从而可以探测到更大角度的散射线, 提高了图像信噪比。

第三, 研究被检物体尺寸对于图像信噪比的影响。图4表示探测器半径R=2cm, 探测器距离d=2cm, 入射能量为30keV, 多个物体半径时, 信噪比SNR关于物体厚度h的函数关系图。从图上可以看出, 随着物体厚度增大, 信噪比明显提升, 但当半径达到5cm后, 变化就不明显了, 而物体半径r在相当大的范围内对信噪比的影响较小, 只有当物体半径小于1cm后, 信噪比出现较为明显的减少。

四、结束语

人体背散射成像系统的物理参数优化涉及射线能量、探测器与探测物体等各个方面, 在实际设计中需要充分考虑各种因素的影响, 从而为有效提高有机物分辨能力, 降低噪声, 提升成像质量, 提供参考依据。

摘要：利用EGSnrc程序进行人体背散射仿真试验, 模拟各种物理参数对探测信号的影响, 为提高有机物分辨力提供参考依据。

关键词：背散射,人体扫描,成像

参考文献

[1]Andreas F.Kotowski, et.al.“X-ray Detector System Having Low Z Material Panel[C]”U.S.Patent, 2006, 7110493.

[2]颜志国, 沈天明, 金洁.基于VB的PLC串口通讯在背散射人体检查仪动作控制中的应用[J].警察技术, 2010 (5) :61.

散射成像 篇2

1 资料与方法

1.1 一般资料

本组367例患者, 年龄最小24岁, 最大81岁, 平均56岁。所有患者临床均可扪及包块, 从发现乳腺肿块至就诊时间:2周至2年。

1.2 方法

采用中国新奥博为有限公司研制的超声光散射乳腺成像系统 (OPTIMUS) , 集二维超声检测与激光散射扫描于一体的复合探头。患者取平卧位, 充分暴露乳腺及双腋下, 先用复合探头中的超声技术检测患侧肿块大小、形态, 再启动复合探头中的光学技术对肿块进行激光散射断层成像, 收集肿物内部的光学信号, 并采集对侧乳腺的镜像部位光学信号作为对照 (健侧) ;比较患侧和健侧血红蛋白 (Hb T) 和血氧饱和度 (SO2) 在乳腺组织中的空间分布及定量数值差异, 根据北美放射学会的乳腺影像学和报告数据系统 (The Breast Imaging and Re2porting Data System, BI—RADS) 诊断分类, 系统自动生成肿块良恶性分级:4~5级提示为恶性可能。

2 结果

367例乳腺癌中, 肿块的平均大小为 (2.18±1.13) cm, HBT均值为 (245.21±87.54) μmol/L, SO2均值为 (0.55±0.14) μmol/L;其中浸润性导管癌174例, 导管内癌124例, 浸润性小叶癌53例, 小管癌12例, 黏液癌2例, 低度恶性叶状肿瘤2例。

3 讨论

乳腺癌的早发现、早诊断是提高术后生存期的关键。恶性肿瘤的形成、生长主要依赖其内部新生毛细血管的生长和增殖, 血管总容量增大, 血液流速减慢, 而癌细胞代谢旺盛, 耗氧量增加, 导致恶性肿瘤内部呈“高血 (HBT) 低氧 (SO2) ”的异常状态。

相关文献研究显示乳腺癌肿块以近红外光高血、低氧检测参数作为判断恶性肿瘤的标准是可靠的[1,2,3]。近红外波段光谱通过乳腺组织时主要被腺组织中的血红蛋白吸收。OPTIMUS系统先通过二维超声探测肿块大小、形态、边界等 (结构成像) , 再采用无创性的785 nm、830 nm双波段近红外激光散射扫描来测定肿块对光子的吸收 (功能成像) , 间接地推断出肿块内HBT和SO2含量, 为肿块良恶性鉴别诊断提供依据, 达到对乳腺癌的早发现、早诊断。

双模式超声光散射乳腺成像 (OPTIMUS) 实现了将超声的结构成像与光学的功能成像有效融合, 优于目前常见乳腺影像技术如乳腺钼靶X线拍片、彩超、红外线扫描、MRI等单一的结构或功能成像技术, 具有广阔的临床应用前景。

关键词：超声光散射,乳腺癌

参考文献

[1]ZHU Q, HUANG M, CHEN N, et al.Ultrasound-guided optical tomo-graphic imaging of malignant and benign breast lesions:Initial clinicalresultsof19cases[J].Neoplasia, 2003, 5 (5) :379-388.

[2]HUANG Y, CHEN DF, et al.Experimental study of breast tumor mi-crovessel density and oxygen near-infrared parameters[J].Cancer Re-search, 2007, 34 (1) :51-53.Chinese

散射成像 篇3

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择我院2008年3月~2010年4月疑似乳腺肿瘤患者60例,均行全数字化乳腺摄影与超声光散射成像检查,并最终经手术病理确诊。全部患者均为女性,年龄29~72岁,平均(51.5±6.2)岁。

1.2 方法

全部患者均行全数字化乳腺摄影与超声光散射成像检查。全数字化乳腺摄影采用GE2000全数字化乳腺摄影仪,患者体位取头尾位及内外斜位,乳房加压约13 N,自动曝光获取摄影图像后传入工作站。超声光散射成像采用新奥博OPTIMUS-Ⅱ超声光散射成像仪,患者取平卧位,第一步乳腺超声扫查确定肿块的位置及大小,然后选取超声表现典型的切面,进行光散射检查,以肿块内部最高血红蛋白浓度(MHC)为主要光学参数,以健侧对应部位光学参数为对照。其中仪器以MHC值自动分级(1~5级),然后参照美国放射学院乳腺影像报告和数据系统进行肿块良恶性判定,1~3级判为良性肿块,4~5级判为恶性肿块[2]。全数字化乳腺摄影根据摄片表现判断良恶性,具体表现参照文献[3]。本组全部影像资料由相同的高年资影像医师进行阅片、诊断。

1.3 统计学方法

采用SPSS 13.0统计学软件,计数资料采用χ2检验,以术后病理诊断结果为“金标准”,计算两种方法检查的准确率、敏感度、特异度,并进行组间比较,以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 病理诊断

全部患者共检出62个肿块,术后病理确诊为良性肿块40个(38例患者),恶性肿块22个(22例患者)。良性肿块患者主要为单纯性纤维腺病9例,乳腺纤维腺瘤17例,炎症5例,导管内乳头状瘤4例,炎症3例。恶性肿块患者主要为浸润性小叶癌2例,黏液癌1例,浸润性导管癌19例。

2.2 全数字化乳腺摄影诊断

术前摄影诊断乳腺良性肿块30个,恶性肿块32个(表1),诊断准确率为74.2%,敏感度为81.8%,特异度为70.0%。良性肿块主要影像表现为肿块边缘光滑,轮廓清晰,部分存在少量散在钙化点(图1、2)。恶性肿块主要表现为,分叶状的高密度肿块,边缘清晰或不清,大量簇状或区域状分布的点状钙化(图3、4)。

2.3 超声光散射成像诊断

超声光散射成像检查显示62个肿块,肿块最大直径为1.0~4.8 cm,平均2.6 cm,其中良性肿块(1~3级)37个,恶性肿块(4~5级)25个(表2),以病理诊断为标准,超声光散射成像诊断准确率为79.0%,敏感度为77.3%,特异度为80.0%。本组1例女性患者,怀疑乳腺肿瘤,病理检查显示为乳腺病,前期二维超声显示不规则低回声团块,内部回声均匀,钙化灶回声不明显(图5),超声光散射成像显示蓝色背景中,肿块DOT为蓝色,表示血红蛋白含量低,呈良性倾向,与病理相符(图6)。

2.4 两组诊断准确率比较

以病理诊断为标准,两种检查方法的准确性、敏感度、特异度比较,差异均无统计学意义(均P>0.05)(表3),说明超声光散射成像与传统数字摄影诊断乳腺肿瘤效果相当。

3 讨论

乳腺癌是妇女常见的恶性肿瘤,发病率一直居女性肿瘤的首位。目前,我国妇女每10 000人中有35~45人患有乳腺癌。其中,35~70岁年龄段妇女的乳腺癌发病人数占总发病人数的85%,但是临床实践证明乳腺癌早期治愈率可达97%,因此早期检查及筛查乳腺肿瘤具有重要的临床意义。

超声光散射乳腺成像系统是近年兴起的一种新的无创检查乳腺肿块的技术,结合了超声与DOT成像技术,能够提供清晰、准确的声学与光学图像作为诊断参考,同时,OPTIMUS通过智能化地分析超声与光学信息,对肿瘤性质进行综合判断[4]。一方面OPTIMUS的超声智能诊断系统能进行超声图像处理,自动识别肿瘤边界,确定肿瘤位置;另一方面,自动分析肿瘤超声特征,智能判断肿瘤超声性质。与乳腺钼靶机、红外成像仪、超声仪等比较,该系统优势主要在于以下方面:检查过程无损伤、无辐射、分辨率高,即刻确认肿瘤性质、位置等,而确保患者进行及时、有效的治疗[5]。但是其不足在于需要首选通过超声发现肿块,然后才进行组织学评定,因此对于处于亚临床阶段的乳腺癌患者,肿块很小超声无法分辨时就容易漏诊。

全数字化乳腺摄影临床广泛用于乳腺癌的早期诊断及普查,是传统有效方法之一。其高对比度以及数字化处理功能可以提高微小病灶的检出率,尤其是可对亚临床病灶进行诊断[6]。全数字化乳腺摄影可清晰显示致密乳腺中的微小钙化灶,国外学者报道其诊断簇状微小钙化灶的敏感度为95%[7],临床上对于肿块小于0.5 cm,无法触及的微小癌诊断的主要依据就是其微小钙化灶,因此全数字化乳腺摄影在早期及亚临床乳腺癌的诊断中具有明显优势。本文有12例患者出现点状或簇状微小钙化灶,乳腺摄影诊断为恶性肿瘤,但病理证实为良性,因此认为对于微小钙化的高显示度也是导致全数字化乳腺摄影诊断特异度不高的重要因素。而超声光散射乳腺成像系统对于肿瘤性质的判定则不受钙化的影响。

本文研究结果显示两种方法对乳腺肿块诊断的准确率、敏感度、特异度差异无统计学意义(P>0.05),说明新兴起超声光散射乳腺成像对乳腺癌的诊断至少已经达到了传统水平,与文献报道相似[8],而且对乳腺肿块性质的判断参考客观组织学指标,相对于全数字化乳腺摄影的主观形态学判断,更有优势。此外前者操作简单、无损伤,更易接受。

综上所述,笔者认为超声光散射成像与全数字化乳腺摄影诊断乳腺肿瘤的诊断准确性基本相同,并且前者无放射损伤,在肿块定位、定性诊断中有较大优势,可以作为乳腺肿瘤影像诊断的有效补充。

摘要：目的 比较全数字化乳腺摄影与超声光散射成像对乳腺肿瘤的诊断价值。方法 选取我院收治的疑似乳腺肿瘤患者60例,均进行全数字化乳腺摄影检查及超声光散射成像,以病理诊断为“金标准”,比较两种影像检查方法对乳腺肿瘤诊断的准确性。结果 全部患者共检出62个肿块,术后病理确诊为良性肿块40个,恶性肿块22个。超声光散射成像诊断准确率为79.0%,敏感度为77.3%,特异度为80.0%;术前全数字化乳腺摄影诊断的诊断准确率为74.2%,敏感度为81.8%,特异度为70.0%。两种方法各诊断指标比较,差异无统计学意义(P＞0.05)。结论 超声光散射成像与全数字化乳腺摄影诊断乳腺肿瘤的诊断准确性基本相同,并且前者无放射损伤,在肿块定位、定性诊断中有较大优势,可以作为乳腺肿瘤影像诊断的有效补充。

关键词：全数字化乳腺摄影,超声光散射成像,乳腺肿瘤,诊断

参考文献

[1]王俊明,杨立娟,姚晓新,等.全数字化乳腺摄影技术在乳腺癌诊断中的应用价值[J].实用放射学杂志,2009,25(1):36-38

[2]Michell College of Radiology.Breast imaging reporting and data system(BI-RADS)[M].4 ed.Reston:Am Coll Radiol,2003:111-114.

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[4]侯新燕,矫健,朱洁,等.超声光散射乳腺成像技术在乳腺疾病诊断中的应用[J].中国超声医学杂志,2008,24(4):315-318.

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[6]Ciatto S,Del Turco MR,Bonardi R,et al.Non-palpable lesions of thebreast detected by mammography–review of 1182 consecutive histologi-cally confirmed cases[J].Eur J Cancer,1994,30:40-44

[7]Obennauer S,Hermann KP,Schorn C,et al.Full-field digital mammog-raphy:dose-dependent detectability of breast lesions and microcalci-nosis[J].Rofo(German),2000,172(12):1052-1056

散射成像 篇4

1 资料与方法

1.1 一般资料

本次临床研究选择我院2010年1月至2012年1月之间收治的60例疑似乳腺肿瘤患者为观察对象, 患者年龄范围在30~70岁之间, 平均年龄为 (47.5±12.4) 岁, 所有患者均同时接受全数字化乳腺摄影和超声光散射成像检查, 且术后病理检查得到证实。

1.2 方法

全数字化乳腺摄影 (FFDM) 检查方法为:使用美国GE公司生产的Alqha RT MGF—101X线乳腺成像设备, 在全自动曝光条件下, 使用美国GE公司, 常规实施双斜位摄片以及双侧乳腺头尾位摄片检查, 如有需要可行局部点压放大或加压局部点压摄影检查[1]。

超声光散射成像系统 (OPTIMUS) 检查选用新奥博为技术有限公司生产的OPTIMUS系统, 数据采集具体方法为:患者首先接受超声图像检查, 准确定位乳腺肿块位置, 采集患侧乳房肿块处的光学数据, 同时在健侧乳房肿块所对应的区域采集光学数据。通过多波长下组织生成光的漫散射三维图像, 定量组织内的生物化学信息, 并对乳腺肿块内部的二氧化碳血红蛋白和血红蛋白含量进行评价[2]。在自动分析数据和重建光学数据的基础上, 利用肿瘤后方回声、形状因子、方向、氧合血红蛋白 (HbO2) 、血红蛋白值 (HBT) 和综合诊断指数 (SDI) 等, 分级综合确定病灶信息[3]。

1.3 统计学处理

使用SPSS17.0软件对本次医学研究数据进行统计学分析。使用表示计量资料, 使用单因素方差分析法对数据进行比较分析, 使用χ2检验方法对计数资料进行统计学分析, 若P<0.05, 则表示数据之间差异具有明显的统计学意义[4]。

2 结果

2.1 术后病理检查

所有60例患者, 共确诊62个肿块, 其中, 术后病理检查证实22例为恶性肿块, 40个为良性肿块。恶性肿块患者主要类型包括:19例浸润性导管癌, 1例黏液癌, 2例浸润性小叶癌。良性肿块患者主要类型包括:10例炎症, 4例导管内乳头状瘤, 17例乳腺纤维腺瘤, 9例单纯性纤维腺瘤。

2.2 超声光散射成像检查

超声光散射成像检查共有6 2个肿块确诊, 肿块直径在1.0cm~4.8cm之间, 平均直径为 (2.6±2.1) cm。其中, 25个4~5级恶性肿块, 37个1~3级良性肿块, 与术后病理检查结果对比, 超声光散射成像检查的特意度为80.0%, 敏感度为77.3%, 准确率为79.0%。如表1所示。

2.3 全数字化乳腺摄影检查

全数字化乳腺摄影检查共有62个肿块确诊, 其中, 32个为恶性肿块, 30个为良性肿块, 与术后病理检查结果对比, 全数字化乳腺摄影检查特意度为70.0%, 敏感度为81.8%, 准确率为74.2%。如表2所示。

2.4 两种检查方法对比

与术后病理检查结果对比, 全数字化乳腺摄影和超声光散射成像检查特异度、敏感度和准确性对比, 无明显的统计学差异 (P>0.05) , 由此可见, 乳腺肿瘤全数字化乳腺摄影和超声光散射成像检查效果相近。如表3所示。

3 讨论

乳腺癌是临床上较为常见的一种妇科恶性肿瘤, 35~70岁女性的整体发病率在85%左右, 医学研究结果真证实, 乳腺癌早期治愈率最高可达97%左右, 所以, 早期诊断和及时治疗是乳腺癌临床治疗的关键[5]。

全数字化乳腺摄影能够对致密乳腺中的微小钙化灶进行清晰显示, 而微小钙化灶也是无法触及的微小癌最为主要的临床诊断依据。所以, 在乳腺癌早期诊断中全数字化乳腺摄影具有较为明显的优势[6]。

超声光散射成像是一种新兴的无创乳腺肿块检查技术, 这一检查技术综合了光子漫散射与超声检查的优势, 能够为临床诊断提供更加准确且可靠的光学与声学图像。OPTIMUS系统不仅能够准确定位肿瘤位置, 对肿瘤边界进行自动识别, 超声智能诊断系统能够有效处理超声图像, 而且, 能够对肿瘤超声性质进行智能判断, 并对肿瘤超声特征进行自动分析[7]。与各项传统的临床检查方法相比, 其优势主要表现为:能够准确确定肿瘤位置和性质, 分辨率高、无辐射、检查过程无损伤, 因而更加有助于患者的临床治疗。综上所述, 全数字化乳腺摄影和超声光散射成像都可作为乳腺肿瘤临床诊断的主要方法和依据, 能够实现相互补充, 但后者应用价值更高。

参考文献

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[3]刘丽媛, 唐金海, 张瑾, 等.我国部分地区乳腺癌患病情况调查[J].肿瘤研究与临床, 2010, 22 (3) :206-207.

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