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现代医学成像原理学习辅导第一章 现代医学成像基础知识与普通X线成像1-1.普通X线摄影的成像原理是什么?成像系统由哪几部份组成?答:当X射线透过检体时,由于不同物质或组织对X线的衰减不同,透过射线的强度不同，因而在胶片上不同投照位置点引起的感光作用不同,于是形成具有一定密度分布的平面图像。 成像系统由于放射源，受体检和影像接收器三部分组成。1-2.什么叫做放射摄影的失锐?它对图像质量有何影响?试说明常见的几种失锐及其产生的原因.如何计算失锐的复合? 答:失锐就是指影像边缘(或细节)的模糊.失锐对图像质量的影响是:(1)对于一般物体,使其边界(或细节)增宽;(2)对于线状或窄小的物体,则使其整个模糊. 失锐的种类及其产生的原因如下: (1)几何失锐() 由于放射源,物体和胶片的几何位置关系或形状而产生,包括焦点对引起的失锐; (2)胶片失锐 由于胶片感光所产生的银粒分布的不规则性引起. (3)增感屏失锐 由于增感屏在X线摄影中的荧光漫射效应,引起物体边缘的增宽. (4)运动失锐 由于胶片-放射源的相对运动,或受检体在曝光时的移动而引起. (5)吸收失锐 由于物体形状或厚度分布不同,边缘附近的X线吸收量逐渐改变而不是突变,使影响边界不够明锐. 失锐复合(U)的计算公式:1-3.几何失锐大小与哪些因素有关?如何减少几何失锐?答:由公式可知,几何失锐大小与三个因素有关:(1)放射源的大小S，一般指焦点尺寸；(2)被摄影物体到胶片的距离b；(3)放射源到被摄影物体的距离a.减少几何失锐的方法是：(1)用小焦点摄影，(2)缩小物体-胶片距离，(3)增加放射源-物体距离.1-4.什么是空间分辨率？试说空间分辨率的测量方法。1-5.增感屏在X线成像中有什么作用？ 1-6.什么叫做放射摄影的对比度?它受哪些因素的影响?答：放射摄影的对比度是指像域内某两个感光面积的相对密度差.影响对比度的因素包括:(1)受检体对比度,它又受到厚度,物质密度,原子序数和管电压(KVp)等物理参数的影响;(2)胶片对比度,是胶片的固有特性;(3)散射线量.1-7.图像对比度的概念。 P5 1-8.什么是空间频率？什么是空间分辨率？试述空间分辨率的测量方法和表示形式。答：空间频率就是在空间周期性排布的物体每单位长度上出现的次数。空间分辨率是指成像系统对距离很近的两个小物体的分辨本领，其测量方法是用线对卡或网眼板等测试模体成像，确定其中恰可分辨的区域的空间频率。空间分辨率的表示形式有两种：（1）仅可分辨的物体线度或物体之间的最小距离，单位mm；（2）仅可分辨的棚形物体的空间频率，单位Lp/mm（线对/毫米）。1-9.什么叫做调制传递函数（MTF）？试说明MTF曲线的形态特点并解释下列概念。（1）MTF数值，（2）截止频率。如何应用MTF曲线测定成像系统的空间分辨率？答：调制传输函数（MTF）描述成像系统对各种空间频率信号成分的传输本领，一般表示为相对信号强度-空间频率曲线，如图1-5-7所示。 MTF数值的另一种意义可用下式表述： MTF= 利用MTF曲线可以对成像的锐度及分辨率作综合评价，主要有下列两点：（1）曲线下降越慢，展布越宽，则系统对影像信号的传输性能越好（即失锐量小）；（2）曲线上MTF=0.1所对应的空间频率称为截止频率，它表示系统分辨力的极限，既是系统的空间分辨率。1-10.什么叫做数字图像处理？常用的数字图像处理方式有哪些？试简单介绍它们的操作方法和效果。答：借助计算机按照一定的数值算法去改变图像的显示特性，从中获得更有用的诊断数据，称为数字图像处理。医学上使用的数字图像处理方法有很多种，它们被编辑成用户软件供操作者选择。其中最常用的三种是：（1）平滑处理，（2）对比度处理，（3）图像减影。（1）平滑处理常规做法是在图像矩阵中按顺序每次取一个大小为3*3的字阵，用九点平滑函数（也是3*3矩阵）与之相乘，逐步改变图像的像素值，使它的标准差明显减少，从而达到减少噪音的效果。然而平滑称呼里的副作用是使图像对比度和空间分辨率下降，可能会造成部分细节（高频信息）的丢失，（2）对比度处理以像平面上某个区域边缘增强为例，最常用的处理方法是令该一个区域的各个像素值乘以一个适当的系数（又称因子），在减去一个特定的常数。结果是使该区域的像素值下降，而它周围的像素值相对增高。这种处理方法的副作用是增大了图像噪音。（3）图像减影临床心血管研究常用一种基于图像相减原理的X线成像方法，称为图像减影血管造影（简称DSA）。设A为注射造影剂之前的X线图像，称为掩摸（蒙片），B为注射造影剂后的X线图像，把两幅图像数字化并按矩阵格式逐个像素值相减，得到新的数字图像矩阵（A-B），称为减影图像。显然，减影的作用是消除骨骼和软组织信号，剩下的是被造影剂充盈的血管，其效果是产生很高的图像对比度。 第二章 电子计算机X线断层成像（CT）2-1. CT扫描机的断层成像与传统X线摄影有什么不同？ 答：传统X线摄影是用X线沿某一特定方向透过三维物体，而在胶片上形成平面图像。这样就使各体层解剖学信息互相重迭，造成影像模糊，密度分辨率较差等。CT机使用旋转扫描方式采集病人人体部的各项投影信息，然后输入计算机作数据处理而重建断层影像，可以避免信息重迭造成图像模糊，明显地提高图像对比度和密度分辨率。2-2.什么是线性衰减系数？CT值是怎样定义的？ 答：线性衰减系数由称为吸收系数，它表示单位厚度的介质对穿过的X射线的相对吸收量。 CT值是CT图像矩阵的像素值，其定义为：CT值=，单位是HU。式中为受检物质的线性衰减系数，为水的线性衰减系数，即CT值是的一次函数。2-3.什么叫做图像重建（简述其过程和方法）？ 答：图像重建法是一种适用于计算机断层扫描的间接成像法。以CT为例，先是用球管-探测器系统采集各方向的投影信号，然后将模拟信号数字化，输入计算机作数据处理，建立被扫描层面的数字图像矩阵，再转换成相应的解剖学影像。2-4.CT扫描机从第一代发展到第四代，扫描方式经历了怎样的变化过程？有哪些技术改进？答：CT机的探头-准直器系统运动方式，最先是X线管作平移-旋转，探测器同步相对运动（如第一、二代）。接着是线管旋转，探测器同步反向旋转（如第三代CT）。发展到第四代，则是线管旋转而探测器固定。概括地说，机扫描方式的发展变化过程包含上述三个阶段。相应的技术改进是探测器个数从个增加到近1000个，扫描线束从笔状窄束改为宽角度扇形束，导致扫描时间的缩短（时间从5-10分钟减少为约1秒），图像质量也显著提高。2-5.螺旋CT相对于普通第四代CT在结构和性能上有何改进？答：螺旋CT相对于第四代普通CT在结构性能上主要有下列改进：（1）扫描方式 由交替改变球管转向的间歇性扫描改进为单一转向的连续扫描，即床连续平移而球管不停地旋转，扫描轨迹为进动的螺线，大大缩短了成像时间；（2）采用滑环技术，解决旋转部件（球管）和静止部件（探测器环）之间的机械接触与信号传递为题；（3）普通CT只能在断层的中间（中截面）位置上重建，相邻层面有间隙，对小病灶可能会漏诊。螺旋CT采用体积重建，即可以在受检体轴线上任一位置重建，层面定位比较灵活，可以避免漏诊。由于螺旋CT结构上的特点，能够为临床应用提供多种成像方式并改善图像质量。例如可以进行三维成像、仿真内窥镜显示，还可以做CT血管成像以及超薄层（0.1mm）重建，使图像质量或显示效果跃上一个新的台阶。目前最新型的低压滑环螺旋CT使用4800个固体探测器，空间分辨率达到2.15LP/mm。2-6 在CT成像中，什么叫做窗口技术？什么是窗宽和窗位？答：窗口技术是CT（影像）检查中用以观察不同密度的组织或病变的一种显示技术，包括窗宽和窗位的设备。由于各种组织结构或病变的CT值不同，若要显示某一组织结构时，应选择适合于观察该种组织或病变的窗口，相当于在欲观察的CT值范围内增加灰度级数，凸现某一部分组织或病变。窗宽是CT图像上欲显示的CT值范围，高于此范围上限的靶物一律显示为白色；反之，低于此范围下限的靶物一律显示为黑色。窗位是指窗口的中心位置，一般取欲观察组织的正常CT值为窗位。2-7.什么是CT系统的高对比度空间分辨率？ 答：CT系统的高对比度空间分辨率（简称高分辨）是指CT设备在高对比度条件下分辨解剖细节的本领。2-8.什么是CT系统的密度分辨率？答：CT系统的密度分辨率称为低对比度分辨率，是指CT设备在低对比度即密度差很小的条件下，对被成像物体的鉴别能力。第三章 核磁共振成像（MRI）3-1.核磁共振成像的基本原理是什么？答：磁共振成像（MRI）是以核磁共振现象和波谱技术为基础的一种新的医学影像技术。把具有自旋性质的原子核（如氢核）置于均匀的磁场中，从外部施加一定频率的射频买冲激励，便发生核磁共振现象。该过程首先是自旋核吸收外来电磁辐射的能量，核系统的磁化向量沿球面螺线进动而偏离磁场方向。当射频脉冲关断，处于受激共振状态的原子核通过弛豫过程释放能量和恢复到原来状态，并且向外发射电磁波，即NMR信号。用探测线圈将NMR信号收集起来送到计算机系统做数据处理，借助梯度磁场对受检体的层面和体素进行空间位置编码，以及使用特定的图像重建算法，可以重建被扫描层面的磁共振影像。3-2.拉穆尔公式有何意义？磁共振发生需要什么条件？答:拉穆尔公式表明：自旋核素在磁场中进动的圆频率，即核-磁场系统的固有频率与磁感应强度成正比，比例常数称为旋磁比，是所选定核素的特征常数。核磁共振发生所必需的条件是：外部在磁场中进行的圆频率，这个条件称为核磁共振的条件。3-3.核磁共振成像过程中为什么要施加线形梯度磁场？答：核磁共振成像方法基于这样的思路：即用磁场强度值来标记受检体被扫描层面中各体素的空间位置。根据拉穆尔公式，若设法使各体素所处的感应强度不同，则各体素的共振频率就不同，所发出的NMR信号频率和相位也不同，于是可以把线圈接收到的复合NMR信号按频率和相应特征分开，依次放回到相位的提速位置，这就相当于队NMR信号源（各体素）作空间编码。施加线性梯度场目的是实现这种空间编码。3-4.什么叫做线性梯度磁场？答：线性梯度磁场是指磁场强度沿空间某一方向随位置（）坐标）按线性关系变化的磁场，一般迭加在MRI系统原有均匀磁场上，作为空间编码之用。3-5.磁共振成像常用的脉冲序列有哪几类？是说明它们的基本构成，序列参数及每一个脉冲在成像过程中所起的作用？答：磁共振成像常用的基本脉冲序列有三类，即反转恢复，自旋回波和梯度回波。反转恢复（简写IR）脉冲序列如图3-3-1所示，其中包含一个（或多个）脉冲组合，序列参数（即时间间隔参数）有反转时间TI和重复时间TR。实际应用的反转恢复序列还需在后面增加一个脉冲。首先用脉冲式磁化向量翻转到负z轴方向，经过时间TI后，施加脉冲使翻转到xy平面，再用第二个脉冲使散相的自旋核重聚相，用来测量回波信号。 传统的自旋回波（SE）序列包含一个（或多个）脉冲组合，如图3-3-3。它的三个序列参数为：间隔时间TI，回波时间TE和重复时间TR其中TI=TE/2。和脉冲的作用分别与实际反转恢复序列中的脉冲和第二个脉冲相同。梯度回波（简写GRE）是在普通自旋回波序列基础上产生的一种成像序列，其特点是: （1）采用翻转角较小的脉冲代替常规的脉冲；（2）不是使用脉冲，而是使用反方向的梯度场使xy，平面上散相的自旋核重聚相(见P104图3-38).3-6.什么是相位编码？什么是频率编码？两者的合成作用对被成像的层面产生什么效果？答：相位编码实际上是利用梯度磁场受检层面内各形体素的进动频率或角速度不同，积累一段时间后，行与行之间相位明显拉开，从而可以用相位角标定提速形的空间位置（见书本P98图3-2-11）。相位编码目的是使各个体素行发射的回波信号具有对应的相位特征。 频率编码是利用梯度场确定被扫描层面的一个横行上每个体素的位置。由于的作用，使同一横行中每个体素所处的磁场强度不同，因而发射出不同频率的MR信号，既实现了位置编码。（见书本P99图3-2-13）这两个梯度场共同作用的结果是使层面内任意两个体素具有不同的相位和频率，即完全实现了空间编码，如图3-2-14所示。3-7什么是磁共振成像中的自由感应衰减信号（FID）?3-8.什么叫做磁共振加权成像？答：MR信号强度一般可表示为S=Km0（）f1（T1）f2（T2），它是三个组织特性参数T1、T2和的函数。通过调节脉冲序列参数（TE和TR），使图像的信号强度或对比度主要由某一个组织特性参数（差别）所决定，这种方法称为磁共振加权成像。第四章 核医学成像4-1.核医学成像的基本原理是什么？这种影像诊断技术有何优势？答：核医学成像的基本原理是利用放射性核素制成标记药物注入人体，形成的体内某个脏器或感兴趣部位分布的放射源。用体外探测器对体内放射源发出的射性进行跟踪与探测，包括光点记录，闪烁照相机和断层扫描等方式，获得反映放射性核素在人体脏器和组织中浓度分布及其随时间变化的图像。与X线成像相比较，核医学成像的重点不在于人体组织和脏器的形态学显像，而是通过显示放射性药物在人体内的聚集、分布、转移和排除过程，提供活体代谢的生理学和功能信息。医学研究表明，病变过程一般首先出现生理和功能方面的变化，然后才出现形态学的改变，所以核医学成像方法为疾病的早期诊断提供了一种有效手段。4-2.核医学成像使用的放射性核素一般应具有哪些性质？试举出其中几种主要核素并简述其临床应用。答：临床核医学显像使用的放射性核素应具备如下性质：（1）有合适的半衰期，一般为几小时到几天（正电子核素半衰期约几分钟）（2）射线能量要适中，能量范围在100500keV之间。（3）产生的 射线种类（或能量）基本上是单一的，衰变产物是稳定的核素。4-3.照相机由哪几部分组成？各部分在成像过程所起的作用如何?答：照相机由（1）探头，（2）电子学系统，（3）显示与记录系统三部分组成，它们的作用如下：（1）探头装置 含准直器、闪烁晶体、光电倍增管等，作用是把进入探头的线（光子）信号转变为电脉冲信号；（2）电子学系统 定位逻辑电路合位置信道用来确定线源的平面装置，能量信道用来确定线源的强度（活性）；其中脉冲高度分析器用来鉴别原发子射线（有效脉冲），计数装置用来测量闪烁事件个数。（3）显示与记录系统 包括监视屏和图像照相机等，作用是显示和记录线影像（闪烁图）。4-4.准直器在线成像中的作用是什么？照相机（和ETC）探头所用的准直器有哪几类？试简要说明各类准直器的结构、性能特点及其主要用途。答：准直器的作用是对射进探头的线进行校直，即只允许从正向（或偏角很小）入射的线束通过，而把斜向（偏角很大）的射线和散射线阻断。照相机的准直器大致上可分为四类：（1）平行孔准直器，（2）扩散型准直器，（3）汇聚型准直器，（4）针孔准直器。（1）平行孔准直器，其特点是孔的轴线平行于探头轴线。这种准直器装置不产生图像的放大或缩小（即倍率为1），同时探测灵敏度基本上不随放射源与照相机之间的距离而改变，普遍适用于人体各种脏器显像。（2）扩散型准直器，其孔轴线从探头内侧的聚焦点向外扩散，相当于扩大了视野，使照相机可以对大于探头晶面的放射源成像。用扩散型准直器可以得到相对于实物缩小的图像，这种准直器适用于大面积