医大医学影像成像原理考试重点.ppt

,第3章医学影像成像原理,学习要点：,了解各种医学影像设备；熟悉各种医学影像设备的成像原理。,CMUCC,章目录：,CMUCC,X-CT成像原理,现代医学影像的成像原理和技术路线从根本上说是依据电离辐射（如X射线）和非电离辐射（如超声波）的自身性质和它们与物质的相互作用，并利用计算机等现代技术手段来采集成像数据，按一定的数学方法用计算机重建数字图像。X线的本质：电磁辐射常用X线诊断设备：X线机、数字X线摄影设备（CR、DR、DSA）和X线计算机体层（X线CT）X射线在电磁辐射中的特点属于高频率、波长短的射线,第3章医学影像成像原理,1.X射线的波粒二象性X射线同时具有波动性和微粒性，统称为波粒二象性。（1）X射线的波动性X射线波长短，在一般条件下不表现波动性，只有晶体衍射实验才能显示出来。（2）X射线的微粒性X射线与物质的相互作用表现为微粒性。医学X射线利用的正是它的微粒性。,3.1.1X线的特性,3.1X线成像原理,2.X射线与物质间的相互作用(6方面）（1）X射线的穿透作用。（2）X射线的荧光作用。（3）X射线的电离作用。（4）X射线的热作用。（5）X射线的化学效应。（6）X射线的生物效应。,3.1.1X线的特征,3.1X线成像原理,3.1.2X射线成像原理,当高速带电粒子撞击物质受阻而突然减速时，能够产生X射线。医学影像诊断所用的X线产生设备是X线管（X-raytube，球管）。1X射线的产生X射线的产生需要的基本条件是：（1）有高速运动的电子流；（2）有阻碍带电粒子流运动的障碍物（靶），用来阻止电子的运动，可以将电子的动能转变为X射线光子的能量。,3.1X线成像原理,2.X射线人体成像（1）X射线影像的形成由于人体各种组织、器官在密度、厚度等方面存在差异，从而使透过人体的X射线强度分布发生变化并携带人体信息，最终形成X射线信息影像。X射线信息影像通过一定的采集、转换、显示系统将X射线强度分布转换成可见光的强度分布，形成人眼可见的X射线影像。,3.1.2X射线成像原理,3.1X线成像原理,2.X射线人体成像（2）X射线的采集与显示医用X射线胶片人体组织的物质密度高，则吸收X射线多，透过的X线少,在X射线照片上呈白影；反之，如果组织的物质密度低，则吸收X射线少，在X射线照片上呈黑影。增感屏（荧光屏）医用X射线增感屏为荧光增感屏，其增感原理为增感屏上的荧光物质受到X射线激发后，发出易被胶片所接收的荧光，从而增强对X射线胶片的感光作用。,3.1.2X射线成像原理,3.1.3计算机X线摄影（CR）,计算机X线摄影（ComputedRadiography，CR）是一个类似于胶片的摄影系统，其曝光方式与胶片类似，但它并不能把图像直接显示出来，而是通过激光等装置读成数字格式，显示在监视器中或显影到胶片上。,3.1X线成像原理,1.成像板（IP）成像板（IP）是使用一种含有微量素铕（Eu2+）的化合物结晶制作而成能够采集（记录）影像信息的载体，可以代替X线胶片并重复使用2-3万次。IP板可在普通室内明间进行操作，无需暗室处理，处理速度快。成像板的构造：（1）表面保护层。（2）辉尽性荧光体层。（3）基板（支持体）。（4）背面保护层。,3.1.3计算机X线摄影（CR）,3.1X线成像原理,2.CR系统成像的基本过程（1）影像信息的采集：携带人体信息的X射线照射IP板后，IP板将X射线的能量以潜影（模拟信号）的方式贮存下来，完成对影像信息的采集（记录）。（2）影像信息的读取：使用激光扫描仪，使IP板上释放出与贮存的影像信息相应的荧光并被自动跟踪集光器收集，经光电倍增管转换成相应强弱的电信号，进一步放大后由A/D转换器转换成数字化的影像信号并输入到计算机中。,3.1.3计算机X线摄影（CR）,3.1X线成像原理,3.1.4直接数字化X线摄影系统（DR）,直接数字化X射线摄影(DigitalRadiography，DR)。它采用平板探测器，直接把X射线的强度信息转换成电信号或通过闪烁晶体转换成可见光信号，并实时转换成数字化信号。当前DR设备主要采用二维平板X射线探测器（flatpaneldetector，FPD)，包括：（1）非晶态硅平板探测器先经闪烁发光晶体转换成可见光再转换为数字信号（2）非晶态硒平板探测器将X线直接转换成数字信号,3.1X线成像原理,3.2X-CT成像原理,X-CT是运用物理技术，以测定X射线在人体内的衰减系数为基础，采用数学方法，经计算机处理，求解出衰减系数值在人体某剖面上的二维分布矩阵，转变为图像画面上的灰度分布，从而实现重新建立断面图像的现代医学成像技术。,Computedtomography,XCT像的本质是衰减系数成像,3.2X-CT成像原理,二、螺旋CT（1989）,1、扫描方式与供电方式：扫描方式：X线管绕被查人体匀速单向旋转，人体匀速前进,扫描轨迹为螺旋曲线，故称螺旋CT,优点：扫描速度高：减少运动伪影无采集数据遗漏：容积数据，任意位置、任意方位重建图像。,3.2X-CT成像原理,二、螺旋CT（1989）,2、多层面扫描螺旋CT（1998）,单层螺旋CT：线束宽度近似于层厚；多层螺旋CT：线束以X射线管为顶点，呈四棱锥形,排：是探测器的物理排列数目；层：数据采集电子系统同步获得图像的能力，即机架每旋转一周能够采集几层图像。,3.3MRI成像原理,磁共振成像基本原理是利用特定频率的电磁波，向外在磁场中的人体进行照射，人体内各种不同组织的氢核在电磁波的作用下会发生核磁共振，并吸收电磁波的能量，随后再发射出电磁波。,MRI系统探测到这些来自人体中的氢核发射出来的电磁波信号之后，经过计算机进行处理和图像重建，即可得到人体的断层图像。,3.3.1磁共振现象,1.核磁弛豫射频脉冲停止后，在主磁场的作用下，横向宏观磁化矢量逐渐缩小到零，纵向宏观磁化矢量从零逐渐回到平衡状态，这个过程称为核磁弛豫。弛豫时间包括：纵向弛豫时间T1横向弛豫时间T2,3.3MRI成像原理,3.3.1磁共振现象,2.核磁弛豫（1）纵向弛豫时间T190度脉冲关闭后，在主磁场的作用下，纵向磁化矢量开始恢复，直至恢复到平衡状态的过程。,3.3MRI成像原理,3.3.1磁共振现象,2.核磁弛豫（1）横向弛豫时间T290度脉冲关闭后，在主磁场的作用下，横向磁化矢量开始衰减，直至衰减到零的过程。,3.3MRI成像原理,3.3.3磁共振成像系统,磁共振成像系统主要由磁场系统、射频系统、图像重建系统三大部分组成。1.磁场系统磁体系统是磁共振成像系统最重要、成本最高的部件。磁体的作用是产生一个发生磁共振所必须的高度均匀的主磁场。2.射频系统射频系统主要由发射射频激励脉冲功能模块和接收磁共振信号功能模块组成。3.图像重建系统,3.3MRI成像原理,频率在2万赫兹以上的机械振动波，称为超声波（ultrasonicwave），简称超声（ultrasound）。能够传递超声波的物质，称为传声介质，它具有质量和弹性，包括各种气体、液体和固体；传声介质有均匀的、不均匀的；有各向同性的、各向异性的等。超声波在传声介质中的传播特点是具有明确指向性的束状传播，这种声波能够成束地发射并用于定向扫查人体组织。,3.4超声波成像原理,3.4.1超声波的特性超声波的传播特性（7方面）（1）方向性好。（2）强度高。（3）对液体和固体的穿透力强。（4）反射与折射（5）散射与衍射。（6）声波衰减。（7）超声多普勒效应。,3.4超声波成像原理,3.4.2超声波的产生医用高频超声波是由超声诊断仪上的压电换能器产生的，这种换能器又称为探头，能将电能转换为超声能，发射超声波，同时，它也能接受返回的超声波并把它转换成电信号。探头具有发射和接受超声两种功能。常用的探头分为线阵型、扇型、凸阵型，探头的类型不同，发射的超声束形状和大小各不相同，而各种探头根据探查部位的不同被设计成不同的形状。,3.4超声波成像原理,3.4.3超声波成像技术超声波探测技术可以分为两大类，即基于回波扫描的超声探测技术和基于多普勒效应的超声探测技术。基于回波扫描的超声探测技术主要用于解剖学范畴的检测、了解器官的组织形态学方面的状况和变化。基于多普勒效应的超声探测技术主要用于了解组织器官的功能状况和血流动力学方面的生理病理状况，如观测血流状态、心脏的运动状况和血管是否栓塞检查等方面。,3.4超声波成像原理,3.4.3超声波成像技术1.脉冲回波检测技术（1）A型超声A型显示是最基本的超声显示方式。A型超声是以波形来显示组织特征的方法，主要用于测量器官的径线，以判定其大小。A超主要用于颅脑的占位性病变的诊断。A型超声诊断仪仅能提供体内器官的一维信息，而不能显示整个器官的形状，目前在临床只起到定位的作用，远不如B型超声诊断仪应用广泛。,3.4超声波成像原理,3.4.3超声波成像技术1.脉冲回波检测技术（2）M型超声M型超声诊断仪（简称M超）又叫超声心动仪之称。M型超声是用于观察心脏等活动界面时间变化的一种方法。最适用于检查心脏的动态活动情况，其曲线的动态改变称为超声心动图。M超可用来研究心脏的各种疾病（常用频率为27MHz），也可对胎儿心脏搏动情况作检查。,3.4超声波成像原理,3.4.3超声波成像技术1.脉冲回波检测技术（3）B型超声B型超声诊断仪（简称B超）是目前超声图像诊断应用最广泛的机型。它得到的是脏器或病变的二维断层图像，并可以进行实时的动态观察。B型超声是用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情况。广泛用于妇产科、泌尿、消化及心血管等系统疾病的诊断。,3.4超声波成像原理,3.4.3超声波成像技术2.多普勒效应的超声探测技术多普勒成像分为连续波多普勒成像、脉冲波多普勒成像和彩色血流成像。（1）连续波多普勒法（continuouswaveDoppler,CW）它没有深度分辨力，但可测高速血流。（2）脉冲波多普勒法（pulsedwaveDoppler,PW）具有距离选通能力，提供深度信息，但检测高速血流受限，会出现折返现象，产生频谱混叠。（3）彩色多普勒血流图（colorDopplerflowmapping,CDFM）也称为彩色多普勒血流显像（colorDopplerflowimaging,CDFI）,简称彩超。,3.4超声波成像原理,3.4.3超声波成像技术3.三维超声三维超声是将连续不同平面的二维图像进行计算机处理，得到一个重建的有立体感的图形。三维成像方法:(1)自动容积扫查(2)三维数据库的建立（3)三维图像重建,3.4超声波成像原理,3.5.1核医学技术基础核医学技术基础包括射线探测技术、放射性示踪技术、放射性制剂等。1射线探测原理放射性测量的原理是建立在射线与物质的相互作用的基础之上的。2放射性示踪技术示踪技术是能指示物质踪迹的技术，将能指示被测物体踪迹的物质称为示踪剂。3放射性制剂,3.5核医学设备成像基本原理,3.5.2SPECT成像系统1SPECT显像原理SPECT单光子发射型计算机断层成像是通过示踪技术，将具有选择性聚集在特定脏器或病变部位的放射性核素或其标记化合物引入体内（吸入、静注或口服），根据示踪剂在体内器官发射到体表的光子（射线）密度，由计算机检测并通过重建处理生成断层影像。,3.5核医学设备成像基本原理,3.5.2SPECT成像系统2SPECT的基本结构SPECT主要由四部分组成:探头电子线路计算机影像处理系统显示记录装置,3.5核医学设备成像基本原理,SPECT的构成,3.5.3PET成像系统1PET的基本原理PET为正电子发射型计算机