《医用放射影像仪器》PPT课件

主讲：周俊博士2010年秋季杭州,X线机的发展简史，X线机各组成部分及功能，逆变式X线机，X线电视系统数字成像设备CR、DR的组成、特点、原理X线CT的发展历史，CT机的基本构造及特点，螺旋CT的优缺点，螺旋CT的滑环技术及其种类、特点医用超声诊断仪的物理性质、分类、应用MRI的发展历史、组成部分、结构、作用、特点等详见书本第五章医用放射、影像仪器,自伦琴于1895年发现X射线以后即已被应用于医学方面，成为近代医学不可缺少的工具（了解其他的重要发展时间）,X线机分类：按用途：胃肠专用机，牙科，乳腺，床旁X线机按主机功率：小型(CCD-相应比例的电荷，然后移位串行输出优点：灵敏度高暗电流小，光谱响应范围宽，动态响应范围宽惰性小，分辨率很高几何失真小，体积小重量轻耗电少动作快寿命长可靠性好。CMOS:互补性金属氧化导体。摄像通过光敏二极管来实现，特点是外围电路简单，集成度非常高。,P110第117题,图像：像素越多，图像越清晰。扫描的概念：行扫描：电子束在水平方向的扫描。帧扫描：电子束在垂直方向的扫描。扫描的方式：教材P185图逐行扫描：自上到下依次扫描隔行扫描：先扫奇数行，再扫偶数行。,P104第48题,包括图像信号，消隐信号和同步信号消隐信号和同步信号又包括行消隐，帧消隐，行同步，帧同步图像信号的性质教材P187图电视信号：教材P188图,P104第49题,设备分类：计算机X线摄影系统（CR），数字X线透视系统（DF），数字X线摄影系统（DR）数字X射线成像设备相对于传统的屏-胶系统的优点：1.对比度分辨率高；2.动态范围大，线性好；3.量子检出效率高；4.成像质量高；5.数字化传输与存储（PACS）不足：空间分辨率低日本富士公司于1982年首先推出了计算机X线摄像系统。90年代中期广泛用于临床,P104第50题P110第118题,组成部分：信息采集部分，信息转换部分，信息处理部分，信息存储及记录部分。工作原理教材P190图X射线透过被照体后，由影像板吸收，再经读取装置读出影像板中存储的影像信息，通过计算机处理，在经过激光照相机成像，或有存储装置存储而直接在荧屏上显像。影像板（imageplateIP）IP是CR的关键，记录影像的载体。结构：表面保护层，荧光物质层，基板和背面保护层。工作原理：X射线照射IP时，入射IP的X射线量子被IP荧光层的PSL荧光体吸收，放出电子。部分电子呈半稳态，形成潜影，完成X射线信息的采集和存储。当用激光来扫描已有潜影的IP时，发生光激励发光现象，产生的荧光与第一次激发时X线的能量精确成正比，完成读出。IP的输出信号还需有读取装置继续完成光电转换和AD转换，才能形成数字图像。,P104第51-53题P110第119题,包括暗盒型读出装置和无暗盒型读出装置。区别：有没有打开暗盒和取出IP的过程。暗盒型读出装置结构流程教材P191图读出原理教材P192图计算机处理：1.与读取数据有关的处理；2.与图像显示打印有关的处理；3.图像信息存储和记录有关的处理。存储方式：磁带，硬盘，光盘。改进方向：提高时间分辨率，提高X射线转换效率，减少IP荧光体内颗粒的尺寸，提高发光效率。,P105第54题P110第120题,在I.I影像增强器-TV系统的基础上，利用AD转换使模拟视频信号数字化，实现了计算机处理。1995年第一台性能优于CR的DR样机。结构X影像接收器数据采集器（AD）图像处理器（数据查找表，专用运算器）存储器图像监视器系统控制器,P105第56题P110第121题,检测器是DR的关键部件。根据检测器分类：CCD摄像机型，非晶硅平板探测器，非晶硒平板探测器和多丝正比室扫描型4种。CCD摄像机型DR由I.I-TV把作为信息载体的X射线转换为可见光，经CCD摄像机变为视频信号，再经AD转换成数字图像信号。教材P192图5-42缺点：由于I.I和电视摄像机的光散射和电子散射，引入了附加的对比度损失；电视摄像机动态范围小，不能发现微小的组织差异；I.I的视野小，边缘和中心的分辨率不一致。,P105第55题,非晶硅型外形及工作原理（了解）教材P194图非晶硒型组成：集电矩阵，硒层，电介质，顶层电极，保护层。工作原理（了解）教材P195图多丝正比室：组成：高压电源，水平狭缝，多丝正比室，机械扫描结构，数据采集，计算机控制及图像处理系统。教材P195图结构：气体探测器。在两块平行的大面积金属板之间平行并列许多条金属丝。室内冲入惰性气体或有机气体。具有较高的探测灵敏度工作原理（了解）,P105第57题P110第123题,与CR相比，优点如下：1.图像清晰度要优于CR2.DR的噪声源比CR少3.DR的工作效率比CR高4.DR的X线转换效率高5.DR检测器寿命长6.DR有升级为透视的能力问题：大面积TFT在工业生产中存在较大难度，不能满足心血管设备的需要，不能适应快速连续摄像的X线造影检查。提高读出和建像速度是主攻方向之一。,P110第124题,1971年10月，英国工程师Hounsfield设计并扫描出第一副具有诊断价值的头部CT而宣告世界第一台CT扫描仪的研制成功。发展阶段：第一阶段：20世纪70年代，扇形束扫描技术第二阶段：80年代后期，滑环技术的应用第三阶段：多层扫描,P106第68题,组成:1.数据采集系统；2.计算机和图像重建系统；3.图像显示，记录和存储系统.教材P198图数据采集系统：作用：产生X射线，使X射线束准直，滤过后，穿过病人所需成像部位的横截面，测得透射的X射线束强度，经AD转换为可提供计算机应用的数字信号。包括：高压发生器，CT专用X射线管，准直器，滤过器，探测器，扫描机架，诊断床和前置放大器，接口电路等。教材P199图,P111第128，129题,X射线管：基本结构与常规X线机相同，目前均为旋转阳极X射线管，但额定功率和热容量要大，尤其是螺旋CT扫描器。球管的散热常采用油冷和风冷方式。高压电源：管电压和管电流必须很稳定，于是采用闭环控制方法来稳定。滤过器：减小信号强度差使信号均匀。作用：1.吸收低能X射线（软X射线）。2.使X射线束通过滤过器后，变成能量均匀分布的硬射线束，减小信号采集的误差。,P106第69，70题P111第130题,准直器：分为前准直器和后准直器（探测器准直器）作用：控制X射线束在人体长轴平行方向上的宽度从而控制扫描层厚度（只适用于非螺旋CT和单层CT）并限制到达探测器组件的X射线角度分布。还有只接受垂直入射探测器的射线和减少散射线干扰的作用。教材P204图5-57机架：由机架部分和转动部分组成。转动部分包括：X射线管，X射线高压发生器，滤过器，准直器，滑环，探测器及数字数据传输装置等机架部分包括：旋转控制，旋转驱动，滑环碳刷，机架冷却，层面指示等。驱动方式为：皮带和线性电机直接驱动两种。目前多数是直接驱动方式。,P106第71-74，77题P111第131，132题,探测器：将射线能量转换为电信号（模拟信号）的装置。作用：通过测量穿过病人的X射线透射值来采集信号，信号经AD转换为数字信号，供图像重建使用。为了保证重建的质量：要求探测器有很高的灵敏度，灵敏的响应性，较好的稳定性，较宽的动态范围。类型主要有：固体探测器和气体探测器。固体探测器：闪烁探测器，闪烁晶体与光电倍增管组成。气体探测器：利用气体电离原理。教材P201图,P106第75，76题P111第133题,数据测量系统或数据采集系统DAS：探测器和计算机之间。作用为前置放大，对数放大，模数转换，数据传输。教材P202图。扫描床：碳素纤维材料做成，对X射线吸收少。强度高。,P111第134题,计算机系统：有主控计算机和阵列处理计算机组成。主控机任务：系统管理，任务分配，外设控制。阵列机任务：图像重建和处理。图像显示，记录和存储。,P107第78题P111第135题,随着滑环技术和三维影像重建技术的发展，产生了螺旋CT优点：1.扫描速度非常快。2.连续扫描和连续采集数据可以获得容积数据。3.快速无层间隔扫描可以充分发挥对比剂的增强作用。缺点：1.床运动产生伪影。2.螺旋扫描图像的噪声比传统CT标准扫描图像的噪声高。3.图像处理时间长且需大容量的存储能力。4.仍受到最大扫描容积的限制。,P107第79题P111第136题,滑环技术：利用碳刷和滑环进行连接的方法。解决了机架旋转部分与静止部分的供电和信号传递方式，可以实现连续扫描。功能：1.传递设备操作和控制信号。2.供应X射线管与变压器电源。3.传送探测器数据。滑环技术分为低压环和高压环。教材P204图低压滑环技术：从外部将数百伏的低压直流电传到滑环上，由滑环输送给高频高压发生器。技术的关键是采用高频逆变技术将制作的很小的高压发生器放在机架内，与X线管一起旋转。低压滑环对绝缘要求不高，稳定，可靠，采用较多。但是增加了旋转的重量，扫描速度低。高压滑环技术：机架外的高压发生器产生X线管所需的高压，然后通过电缆，电刷，滑环传到机架的X线管上。优点是高压外置，不受体积重量限制，扫描速度快。缺点是容易引起高压放电，引入高压噪声，绝缘要求高，成本高。,P111第137-140题,包括：1.X射线管。2.探测器。3.机架与扫描检查床。4.控制与计算机。5.软件技术X射线管：高容量，大电流探测器：多采用固体探测器软件技术：由于床的移动，会产生运动伪影和层面错位。所以在重建前，要用螺旋内插法进行矫正。从螺旋数据合成平面数据，采用卷积滤波法。,P107第80，81题,使用多排探测器阵列，扫描轨迹是多根螺旋线教材P209图关键部件是二维探测器阵列。在Z方向上有多排探测器，增加在Z轴的覆盖范围排列方式有：等宽型和不等宽型。,P107第82，83题,概述及发展历史（了解）物理性质：方向性、反射、折射、透射、衍射、散射、衰减、多普勒效应。正压电效应：压力-电荷逆压电效应：电压-应变超声波换能器：利用逆压电效应产生超声波，正压电效应来接收超声回波。超声探头按用途分类：腹部探头、心脏探头、穿刺探头、高频浅表探头。超声探头按结构分类：单元换能器、多元阵换能器、超声多普勒换能器。,P105第64，65题,幅度调制型超声利用超声波的反射特性基本电路：发射电路、接收电路、同步电路、扫描电路。临床上已经逐渐被B型超声仪替代。特点：简便易行成本低。,P105第58题P110第126题,辉度调节型中的一个特殊类型。主要用于心脏及大血管检查，早期称之为M型超声心动图。描记了声束所经心脏各层组织结构的运动轨迹。基本结构（了解）临床应用（了解）,P105第60，61题,辉度调制型原理与A型相同，不同之处教材209页。目前已经广泛应用于全身各部位检查。缺点：仅有二维切面图像等,P105第59题P110第125题,基本原理：多普勒效应利用多普勒效应，对运动的脏器和血流进行探测的仪器。发展历史（了解）教材P211第一代为连续波多普勒系统，发射和接受连续的超声，能探测深部血流和高速血流，缺点不能测距。第二代为脉冲多普勒系统，原则上，可检测心脏或大血管内的流动信号。第三代为多普勒彩色血流显像系统。在B型和M型的基础上，同时显示血流方向和相对速度，提供在心脏和大血管内血流的时间和空间信息。,P105第62，63题,MR现象：1946年第一次由布洛赫领导的斯坦福大学研究小组和波塞尔领导的哈佛大学研究小组在水中和石蜡中独立发现。1973年MRI的空间定位方法1977年，首张MRI影像1980年，重建算法1983年，市场化。,P107第84题,原理：原子核收到一定频率的电磁波激发后，会在他们的能级之间发生共振跃迁。组成：主磁体系统，梯度系统，射频发射和接收系统，计算机图像处理系统，辅助系统等组成。教材P214图,P112第141题,三种类型：常导型磁体，超导型磁体和永久型磁体。永久型磁体：最早使用的。结构：环形和轭型。教材P215图特点：优点：结构简单造价低，消耗功率小，维护费用低，杂散磁场少，容易制成开放式磁体。缺点：磁场强度较低，不能满足临床磁共振波谱研究的需要。磁场均匀性差。磁场稳定性差。,P107第85题P112第142，143题,常导型磁体：电流通过线圈来产生磁场。实质就是空心的电磁铁。结构：单个线圈产生的磁场是非均匀的，所以必须是偶数个。最常见的是4线圈。优点：造价较低，安装制造容易，不需要补充冷却液，随时可以切断电源关闭磁场。缺点：1.需要消耗大量的电能，并要水冷系统和风冷系统进行散热。2.磁场较低。3.均匀度较低。4.稳定性低，目前正在被淘汰。,P107第86题P112第144题,超导磁体超导线圈的材料：铌一钛二元合金的多心复合超导线。液氦温度下，处于超导态并零电阻。线圈的绕制有两种形式：一种是以4个或6个线圈为基础，另一种是以螺线管为基础。超导线周围有铜基：作用是泄放磁体所储存的巨大电能，以防过热是超导体烧毁。超导体结构复杂，为了保持低温，要有磁体冷却系统，包括二级膨胀的制冷机，即冷头，氦气压缩机，冷水机组。特点：优点：磁场强度高，稳定性好，均匀性高缺点：制造复杂，成本高，运行费用高,P107第87-90题P112第145题,混合型磁体：两种或两种以上磁体技术构成的磁体。常见的是永磁体与常导型磁体的组合。优点：较高的场强，克服了永磁体不稳定，笨重和常导型磁体功耗大的缺点缺点：构造复杂，需低温容器（制冷剂降温），造价高。,P108第91题P112第146题,