医学影像物理学教学大纲(12版)

医学影像物理学教学大纲 一、课程简介 课程代码： 课程名称：医学影像物理学 学时： 80 理论/实验学时：60/20 课程属性：必修课 课程类型：专业基础课 先修课程：高等数学、医学物理学 开课学期：第 4 学期 适合专业：医学影像学 二、课程的性质、目的与任务 本课程为专业基础课。 通过对本课程的学习，要求学生了解医学影像技术的发展历程和该领域的 最新发展方向，掌握医学成像的主要方法和物理原理，以及医学图像质量保证 和控制的物理原理，掌握相关的基础知识，为以后更深入地了解和有效使用医 学影像设备，很好地控制医学图像的质量，正确利用医学图像进行诊断打下良 好的基础。 三、教学内容和要求 （一）理论课 在各章节内容中，按“了解” 、 “熟悉” 、 “掌握”三个层次要求。 “掌握” 是指学生能根据不同情况对某些概念、原理、方法等在正确熟悉的基础上结合 事例加以运用,能够进行分析和综合。 “熟悉”是指学生能用自己的语言把学过 的知识加以叙述、解释、归纳,并能把某一事实或概念分解为若干部分,指出它 们之间的内在联系或与其它事物的相互关系。 “了解”是指学生应能辨认的科学 事实、概念、原则、术语,知道事物的分类,过程及变化倾向,包括必要的记忆。 重、难点用下划线表示。 一、绪论 1、课程的主要内容、性质特点、学习目的、参考书目和学习网站。 2、专业现状及发展前景。 3、医学影像的发展历程。 X 线成像、磁共振成像、超声成像、放射性核素成像。 教学要求： 了解医学成像技术发展概况，使学生对本课程的学习目的、学习方法、课 程性质和特点，以及学时安排等有一个比较全面的认识。 二、X 射线物理 1、X 射线的产生 X 射线管、X 射线产生的机制。 2、X 射线辐射场的空间分布 X 射线的强度、X 射线的质与量、X 射线强度的空间分布。 3、X 射线与物质的相互作用 X 射线与物质相互作用系数、X 射线与物质相互作用的两种主要形式：光电 效应、康普顿效应，X 射线的基本特性。 4、X 射线在物质及人体中的衰减 单能 X 射线在物质中的衰减规律、连续 X 射线在物质中的衰减规律、X 射 线的滤过和硬化、混合物和化合物的质量衰减系数、化合物的有效原子序数、 X 射线在人体组织内的衰减。 教学要求: 掌握: 掌握 X 射线产生的条件及机制，影响 X 射线强度的因素，X 射线与 物质相互作用的两种主要形式，X 射线的衰减规律， X 射线的滤过与硬化。 熟悉: X 射线管的焦点及焦点对 X 线成像质量的影响， X 射线的基本特性， X 射线量与质的概念，X 射线强度的空间分布。 了解: X 线管的结构，阳极效应，混合物和化合物的质量衰减系数、化合 物的有效原子序数。 三、X 射线影像 1、模拟 X 射线影像 （1）普通 X 射线摄影 3 投影 X 射线影像的形成、X 射线透视、X 射线摄影。 （2）特殊 X 射线摄影 软 X 射线摄影、高千伏 X 射线摄影、X 射线造影。 （3）X 射线图像质量评价 评价医学影像质量的参数、影响医学影像质量的因素。 2、数字 X 线影像 （1）数字图像基础 模拟图像与数字图像、数字图像的形成、数字图像处理的主要方法：对比 度增强法。 （2）数字减影血管造影 DSA 的物理基础、DSA 的基本方法、DSA 的影像质量 （3）数字 X 射线摄影 CR、DR、数字 X 射线影像的主要技术优势。 、 X 射线计算机断层成像 （1）X-CT 的基础知识 断层、解剖断面、体素、像素的概念；扫描与投影；X-CT 图像重建的数理 基础；CT 值与灰度显示、窗口技术。 （2）传统 X-CT 的扫描方式 单束平移-旋转方式；窄扇形束平移-旋转方式；宽扇形束旋转-旋转方式； 宽扇形束静止-旋转方式；电子束扫描方式。 （3）螺旋 CT 单层螺旋 CT；多层螺旋 CT；双源螺旋 CT。 （4）X-CT 图像的质量控制 图像的主要质量参数；X-CT 图像的伪像。 教学要求: 掌握: 掌握 X 射线影像形成的物理基础，X 射线照片系统的工作原理、胶 片的感光度、光密度、胶片特性曲线，软 X 射线摄影的原理， DSA 的物理基础 及造影方法、CR 的物理原理及成像过程，扫描与投影概念、X-CT 成像原理、 窗口技术。 熟悉: DR 的工作原理，评价医学影像质量的基本参数， 影响 X 射线影像 质量的因素及改善图像质量的措施，数字图像的形成及基本特点， CT 图像的 质量控制的主要参数。 了解：X 射线影像的优势及局限性，传统 CT 的扫描方式、螺旋 CT，X-CT 图像的伪影。 四、核磁共振物理 1、基本概念 磁矩、角动量、磁旋比。 2、静磁场中的磁性核 Zeeman 效应、旋进、磁化强度矢量、自旋核数密度、影响磁化强度矢量的 因素。 3、磁共振现象 磁共振现象、射频电磁波的磁场矢量、射频电磁波对氢核系统的激励。 4、弛豫过程 弛豫及其规律、纵向弛豫、横向弛豫、弛豫时间常数的物理、生物特性、 自由感应衰减信号。 5、化学位移及磁共振谱 化学位移、磁共振谱分析、自由水及结合水。 教学要求： 掌握：磁矩、磁旋比、磁化强度矢量、核磁共振现象、磁共振的本质及共 振条件、 脉冲及自由感应衰减信号、弛豫时间常数 T1 与 T2。 熟悉：角动量、旋进、影响磁化强度矢量的因素，弛豫过程及规律。 了解：弛豫时间常数的物理生物特性，化学位移及磁共振谱。 五、磁共振成像 1、磁共振信号及加权图像 自由感应衰减信号与加权图像、自旋回波信号与加权图像、反转恢复信号 与加权图像。 2、磁共振图像重建 5 梯度与梯度磁场、空间位置编码、二维傅里叶变换图像重建、K 空间的定 义、K 空间的填充及性质。 3、快速成像序列 快速自旋回波系列、梯度回波序列、回波平面成像序列、快速成像序列的 应用。 4、磁共振血管成像 流动现象、流动现象的补偿、时间飞越法血管成像、相位对比法血管成像。 教学要求： 掌握：加权图像的概念、磁共振成像基本原理、磁共振信号的空间定位原 理，自旋回波序列。 熟悉：反转恢复序列、快速自旋回波序列、梯度回波序列、回波平面成像 序列原理及图像特点，K 空间的基本概念。 了解：磁共振信号的获取与二维傅立叶变换图像重建的思想，快速成像序 列的应用，磁共振血管成像。 六、核医学物理 1、原子核的基本性质 原子核的组成和质量、核素及分类、原子核的稳定性。 2、原子核衰变的类型 衰变、 衰变、 衰变。 3、原子核衰变规律 放射性衰变规律、核衰变有关的物理量、递次衰变、放射平衡、放射性计 数的统计规律。 4、原子核反应 核反应的一般概念、中子与中子核反应。 5、医用放射性核素的来源 反应堆、回旋加速器、放射性核素发生器。 教学要求： 掌握: 核素及分类，放射性衰变规律，核衰变有关的物理量：半衰期、平 均寿命、放射性活度，。 熟悉：描述核衰变的物理量之间的关系，放射平衡，医用放射性核素的来 源。 了解：原子核的组成及稳定性、原子核的三种衰变、递次衰变及放射性计 数的统计规律、原子核反应。 七、核医学影像 1、概述 核医学影像的主要技术及特点、核素示踪技术、放射性制剂。 2、 射线探测 射线能谱、闪烁计数器。 3、 相机 相机成像原理、探头、位置信号与 Z 信号、幅度脉冲分析器。 4、发射型计算机断层成像（ECT） ECT 成像的本质、单光子发射型计算机断层成像（SPECT）、正电子发射型 计算机断层成像（PET）。 教学要求： 掌握：核素示踪的基本根据、 照相机的探头结构及工作原理、PET 成像 的物理基础及其符合探测原理。 熟悉：核医学影像的技术特点、SPECT 的成像原理及数据的衰减校正。 了解：放射性制剂、 射线探测、 相机位置计算电路的工作原理、 SPECT 及 PET 的技术优势。 八、超声物理 1、超声波的基本性质 超声波的分类、声波、声压、声强与声阻抗。 2、超声波的发射与接收、超声场 压电效应、圆形单晶片声源的超声场、声束的聚焦。 3、超声波在介质中的传播特性 7 反射与折射、衍射与散射、声波在介质中的衰减规律、声束通过介质薄层 的特征。 4、多普勒效应 多普勒频移、利用多普勒效应测量血流速度。 教学要求： 掌握：超声波的基本性质、超声在介质中的传播特点及介质对超声传播的 影响、 熟悉：多普勒效应及频移信号的采集、超声场及声束聚焦。 了解：压电效应。 九、 超声成像 1、超声回波所携带的信息 反射和散射回波、超声成像的三个物理假定。 2、A 超与 M 超 A 超原理、M 超原理。 3、B 超 B 超原理、电子扫描、B 超图像及质量评价。 4、频谱多谱勒 脉冲多普勒、连续多普勒、频谱分析与显示。 5、彩色多普勒血流成像 彩色多普照勒血流成像原理、信号输出的显示方式、彩色多普勒血流显像 特点。 教学要求： 掌握：超声成像的基本方法、超声反射回波和散射回波所携带的信息特征、 B 超原理、多普勒成像及彩超的基本原理 熟悉：超声图像的质量评价方法、M 超原理、脉冲多普勒技术和频谱分析 方法。 了解：谐波成像原理及技术的应用、自相关技术基本原理及应用。 （二）实验课 医学影像物理学实验的任务是让学生结合医学影像物理学理论知识，了解 医学影像技术的原理，掌握部分设备的初级应用技能，为进一步熟悉医学仪器 原理提供物理和医学依据。要求学生掌握现代医学仪器的一些物理原理和工作 方法。 1、模拟 X 射线成像见习 2、X 射线图像质量控制见习 3、数字 X 射线成像见习 4、X-CT 成像与应用见习 5、磁共振成像与应用见习 6、放射性核素显像见习 7、超声成像与应用见习 四、学时分配 内 容 讲授 讨论 实验、 见习 示教 其它 小计 绪论 2 X 射线物理 7 X 射线影像 18 磁共振物理 6 磁共振成像 12 核医学物理 3 核医学影像 3 超声物理 3 超声成像 6 模拟 X 射线成像见习 3 X 射线图像质量控制见习 2 数字 X 射线成像见习 3 X-CT 成像与应用见习 3 磁共振成像与应用见习 3 放射性核素显像见习 3 超声成像与应用见习 3 总 计 60 20 80 五、考核方式 按平时 20%、实验见习 20%、考试 60%的标准综合评定该课程的总成绩。 9 六、教材及主要参考书 1、教材：医学影像物理学 （第二版