医疗成像技术

医疗成像技术作为生物医学工程专业一门主要专业方向课程，医学成像技术将为学生对实现医学自动化所必须图像化诊疗提供依据，使学生从医学成像原理、医学成像设备及医学成像系统分析等方面系统掌握该研究领域基础知识，了解该领域最新发展方向。

医疗成像技术2/287学习目标掌握X射线成像、磁共振成像、核医学成像、超声成像基本原理，了解各种基本成像装置及系统性能，培养较强抽象与逻辑思维能力以及用理论处理实际问题能力，从而初步具备研究医学成像方法、系统以及设备能力。

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参考书：

医学影像物理学（第2版）张泽宝人民卫生出版社年医学成像系统高上凯清华大学出版社年医学影像成像原理李月卿人民卫生出版社年医学影像设备学（第2版）徐跃人民卫生出版社年医学仪器（下册）齐颁扬高等教育出版社1991年医疗成像技术4/287

课时安排总课时：38课时第一章医学成像技术概论2课时第二章X线成像技术14课时第三章医学磁共振成像8课时第四章核医学成像6课时第五章超声医学成像6课时

医疗成像技术5/287成绩评定平时占30%，期末考试占70%。

医疗成像技术6/287第一章医学成像原理概论

问题：什么是医学成像?

医学成像是借助于某种介质（如X线、电磁场、超声波、放射性核素等）与人体相互作用，把人体内部组织、器官形态结构、密度、功效等，以图像方式表示出来，提供给诊疗医生，使医生能依据自己知识和经验对医学图像中所提供信息进行判断，从而对病人健康情况进行判断一门科学技术。问题：医学成像目标是什么？

经过各种方式探测人体，取得人体内部结构形态、功效等信息，将其转变为各种图像显示出来，进行医学研究和诊疗。医疗成像技术7/287医学影像学组成

医疗成像技术8/287医学影像学主要内容

医疗成像技术9/287专业现实状况及发展前景

伦琴（wilhelmkonradRoentgen)1895年发觉X线以后很快，X线就被用于对人体进行检测，从而形成了放射诊疗学（diagnosticradiology)新学科，并奠定了医学影像学（medicalimaging)基础。上世纪50－60年代开始应用超声与核素扫描进行人体检验，出现了超声成像（USG）和γ闪烁成像（γ－scientigraphy)。医疗成像技术10/28770年代和80年代相继出现了X线计算机体层成像（X-CT)、磁共振成像（MRI)和发射体层成像（ECT),包含单光子发射体层成像（SPECT)与正电子发射体层成像（PET)等新成像技术。70年代快速兴起了介入放射学（interventionalradiology)，介入超声和超声组织定位，MRI和CT立体组织定位等，以及PET在分子水平上利用影像技术研究人体心、脑代谢和受体功效，大大扩展了本专业应用领域。

医疗成像技术11/287近年来，我国医学影像学发展非常快速，医学影像设备不停更新，检验技术不停完善，介入治疗效果已提升到一个新水平，并有力地促进了临床医学发展。现在，除了X线诊疗设备外，USG、CT等已在较多医疗单位应用，PET、X-刀、全身γ刀等也在较高医疗中心使用。作为学术团体中华医学会放射、超声、磁共振等有力地推进了国内和国际地学术交流，世界性北美放射学会也代表了世界医学影像学最高水平。我国医学影像学高等教育已开展十余年，是当前发展较快一门学科。“全国高等医学影像教育研究会”于1999年8月23日在天津正式成立，这能够说是我国医学影像学高等教育发展史中里程碑。

医疗成像技术12/287我国医学成像设备发展1951年上海精密医疗器械厂试制第一台X线机1983年第一台颅脑CT试制成功1988年第二代颅脑CT问世1990年第三代全身CT装置研究成功近期永磁型和超导型MRI,X-刀,全身刀等设备医疗成像技术13/287第一节医学成像技术分类

按其成像原理和技术不一样，分为两大领域：一、以硕士物体微观结构为主要对象生物医学显微图像学(biomedicalmicroimaging,BMMI)二、以人体宏观解剖结构及功效为研究对象当代医学影像学(modernmedicalimaging,MMI)医疗成像技术14/287当代医学成像按其信息载体可分为以下几个基本类型：（1）X线成像：测量穿过人体组织、器官后X线强度；（2）磁共振成像：测量人体组织中同类元素原子核磁共振信号；（3）核素成像：测量放射性药品在体内放射出γ射线；（4）超声成像：测量人体组织、器官对超声反射波或透射波；（5）光学成像：直接利用光学及电视技术，观察人体器官形态；（6）红外、微波成像：测量体表红外信号和体内微波辐射信号。医疗成像技术15/287诊疗用X线机分类

(1)透视用X线机(2)普通摄影用X线机(3)消化道造影用X线机(4)胸部摄影用X线机(5)心血管造影用X线机(6)其它医疗成像技术16/287数字血管减影系统

---计算机与常规X线血管造影结合

减影技术基本内容:

把人体同一部位两帧影像相减,从而得出其差值部分，减影像中骨骼和软组织等背景影像被消除，只留下含有造影剂血管影像。

医疗成像技术17/287二、磁共振成像

概述：

不但能从形态上，而且能从器质上和新陈代谢情况上诊疗各种疾病，所以在临床上应用范围在不停扩大。

医疗成像技术18/287三、核医学成像

概述：

核医学成像是一个以脏器内外或脏器内正常组织与病变之间放射性浓度差异为基础脏器或病变显像方法。

医疗成像技术19/287经典核医学成像系统

同位素闪烁扫描机摄影机发射型计算机断层成像（ECT）单光子发射型计算机体层（SPECT)正电子发射型计算机体层（PET）医疗成像技术20/287四、超声成像

超声成像发展

1928年研究超声生物效应；1950年应用A型超声显示仪对人体进行检验；60年代应用超声波进行理疗，眼科及牙科手术；70年代实时B型超声显像仪应用于临床；80年代图像质量大为提升，各种特殊探头出现彩色多普勒超声诊疗仪出现。医疗成像技术21/287超声诊疗仪基本结构

超声诊疗仪基本结构包含：探头、显示器、基本电路超声诊疗仪类型

A型超声诊疗仪（幅度显示）M型超声诊疗仪（运动显示）B型超声诊疗仪（切面显示）彩色多普勒超声诊疗仪

医疗成像技术22/287第二节医学成像技术比较

应从各个不一样角度全方面分析成像系统优缺点，并指明其临床适用范围。一、电磁波透射成像分析

用透射方法成像时，需考虑主要原因：分辨力、衰减。从分辨力角度考虑：用于成像辐射波波长最少应小于1.0cm从衰减角度考虑：若衰减过大，则极难检测到透过人体射线；若衰减过小，则不能得到对比清楚图像。医疗成像技术23/287二、超声成像与X线成像比较超声波与X线在人体组织中传输过程不一样，所以这两种成像方式有显著不一样特点：1、X线波长短（1×10－12～5×10－11m），在人体内沿直线传输，不受组织差异影响，图像分辨率高；诊疗用超声波波长为0.5mm左右，在人体中传输时将发生衍射，造成图像分辨力降低，这是超声成像制约原因。2、空气对超声波展现显著衰减特征；而空气对X线衰减作用可忽略不计医疗成像技术24/2873、超声成像可直接获取三维空间中某一特定点信息，即可方便地获取人体断面图像；而X线难以有选择地对所指定平面成像。4、对人体有没有危害是它们之间一个主要区分。5、含有各自最适宜临床应用范围。脉冲回波式超声适合用于腹内软组织结构或心脏显像，不宜对胸腔肺部进行检验；X线探查胸腔很成功，但对腹部检验只能显示极少器官（若采取X线造影法，也可有选择地对特定器官显像。）

医疗成像技术25/287三、形态学成像与功效成像形态学成像：

X线成像显示是人体结构解剖学形态，对疾病诊疗主要是依据形态上密度改变，较难在病理研究中发挥作用。功效成像：放射性同位素能直接显示脏器功效，尤其是代谢方面问题。医疗成像技术26/287四、对人体安全性评价X线与放射性同位素成像给人体造成电离辐射损伤时注意其差异：X线摄影时，辐射强度相对较大，但照射时间短；放射性同位素材料浓度虽低，但对人体照射连续较长时间，直至其排出体外或衰变结束。所以，进行X线检验时应尽可能降低对人体照射剂量；选择放射性材料时，应考虑其含有较短半衰期。超声成像无损、无创，尤其是对敏感区域，如胎儿与眼部检验，比X线安全得多。但对发育早期胚胎，也应慎用。

医疗成像技术27/287医疗成像技术28/287第三节医学成像技术展望

当代医学影像学未来发展趋向：

在确保人身安全前提下，努力改进信息传递方式，提升信息传递效率并开创新信息表示方式，提升图像显示质量；其最终医疗意义是更准确地发觉人体组织早期病理改变，为早期诊疗、治疗提供依据。

医疗成像技术29/287一、开发超高分辨力显示系统二、提升成像设备性能，增加新功效磁共振方面：磁共振波谱成像（MRS）超声方面：彩色血流成像（CFM）、腔内超声成像、数字处理三维图像显示、超声CT等。CT方面：继续提升空间分辨力和扫描速度；重点研究疾病在新陈代谢方面改变；降低成本。医疗成像技术30/287三、医学图像数字化

综合数字图像诊疗装置（TDIS）将得到发展

医疗成像技术31/287四、医学图像存放与通讯系统

（picturearchivingandcommunicationsystems,PACS)

PACS是基于当代计算机和通讯技术，替换传统胶片格式图像，以数字格式处理图像，从而以高效率、高性能价格比来检验、存放、查询、提取医学图像。其特点是利用计算机通讯网络在图像获取设备、图像存放设备、医学图像工作站等PACS设备之间实现数据传送。

医疗成像技术32/287PACS类型及其特征1.全规模PACS(full-servicePACS)涵盖全放射科和医学影像学科范围，包含全部医学成像设备，有独立影像存放及管理亚系统，足够量软拷贝显示和硬拷贝输出设备，以及临床影像浏览，会诊系统和远程放射学服务。医疗成像技术33/2872.数字化PACS(digitalPACS)

包含常规X-线影像以外全部数字影像设备如（CT、MRI、DSA等），具备独立影像存放及管理亚系统和必要软硬拷贝输出设备。3.小型PACS(mini-PACS)

局限于单一医学影像部门或影像亚专业范围内，在医学影像学科内部分地实现影像数字化传输、存放和软拷贝显示功效。

医疗成像技术34/287应用PACS系统可望取得以下显著效果：

※实现过去与现在图像对比，提升诊疗精度；※经过图像处理，能够更轻易、更准确地发觉病灶；※除查询病历和其它资料外，还能够作化验、心电图统计，比人工取片、查寻等更省时省力。※从临床使用角度来看，其操作实时性和获得图像信息可靠性，尤其可贵。

医疗成像技术35/287医学成像系统发展趋势

医学成像系统将向着从模拟图像到数字图像、从平面图像到立体图像、从局部图像到整体图像、从宏观图像到微观图像、从静态图像到动态图像、从形态图像到功效图像、从单一图像到综合图像等方向发展。即是要取得多时相（动态）图像、多维图像、多参数图像、多模式图像，以供临床各种诊疗指标（包含病灶检测、定性、脏器功效评定、血流预计等）、治疗（包含三维定位、体积计算、外科手术规划等）各种参考以及多地域显示观察。

医疗成像技术36/287医疗成像技术37/287医学超声成像技术

UltrasoundImagingTechnology

成像原理与系统之夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术38/287医学超声成像技术目录夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室第一节概述第二节超声波基本性质第三节超声成像原理与系统第四节超声多普勒成像原理与系统第五节新技术目录医疗成像技术39/287医学超声成像技术概述

夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室

研究和应用超声物理特征，以某种方式扫查人体、诊疗疾病科学称为超声诊疗学。是超声医学一部分。

第一节概述

超声

UltrasonictherapyactionreactionUltrasonicdiagnosisULTRASOUND

超声诊疗医疗成像技术40/287医学超声成像技术概述

夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室

超声成像超声成像是利用超声物理特征和人体器官组织声学性质上差异，以波形、曲线或图像形式显示和统计，借以进行疾病诊疗检验方法。超声成像因为设备不似CT或MRI设备那样昂贵，可取得器官任意断面图像，还可观察运动器官活动情况，成像快，诊疗及时，无痛苦与危险，属于非损伤性检验，所以在临床上应用已普及，是医学影像学中主要组成部分。不足之处于于图像对比分辨力和空间分辨力不如CT和MRI高。医疗成像技术41/287医学超声成像技术概述夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室

超声成像发展简史1950sA型(A-mode)回声图(echogram)我国自1958年11月开始将A型超声诊疗应用于临床1960sM型(M-mode)超声心动图(M-modeechocardiograph)1970sB型(B-mode)声像图(sonograph，ultrasonograph)我国自1978年开始应用B型超声诊疗疾病。1980s双功(duplex)声像图+多普勒频谱(sonograph+Dopplerspectrum)1990s三功(triplex)声像图+多普勒频谱+彩色多普勒血流显示(sonograph+Dopplerspectrum+colourDopplerflowimageCDFI)1990s三维立体声像图(3diamentions)医疗成像技术42/287医学超声成像技术超声波基本性质 振动传输称为波动（简称波）。分为机械波和电磁波。声波是一个机械波。以频率划分声波可分为三大类：次声：10-4Hz<f<16Hz(20Hz)声（可听声）：16Hz<f<2×104Hz超声：2×104Hz<f<109Hz。夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室第二节超声波基本性质

超声波概念超声波含有波长（λ）、频率（f）和传输速度（c）c＝λ·f超声诊疗使用频率范围：2～20MHz医疗成像技术43/287医学超声成像技术超声波基本性质夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室

(1)方向性好。超声波频率很高，方向性相对较强，当超声波发生体压电晶体直径尺寸远大于超声波波长时，则晶体所产生超声波就类似于光特征。

(2)能量高。动能与速度平方成正比，频率与速度成正比。所以能量与频率平方成正比。

(3)传输特征。含有几何声学等特点，传输过程中能发生反射，折射，散射，绕射等现象。

(4)穿透能力。声波在各种媒质中传播时，媒质要吸收掉它一部分能量，伴随传输旅程增加，声波强度会逐渐减弱。

超声波特征超声波是疏密波医疗成像技术44/287医学超声成像技术超声波基本性质夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室

超声在介质中传输速度，称为声速。声速与传输介质弹性和密度相关，遵照以下公式：c=，普通在固体中声速值最大，液体次之，气体又次之，人体软组织平均声速为1540m/s，其中脂肪声速较低（1450m/s），骨与软骨声速高，约为4500m/s，含气脏器声速最低，仅350m/s。超声波物理量：声速医疗成像技术45/287医学超声成像技术超声波基本性质夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室(1)声压P——介质中有声波传输时压强与无声波时静压强之差称为声压。P=P'-P0=ρcAωcos［ω(t-x/c)-π/2］声压幅PmPm=ρcAω有效值PePe=Pm/(2)声阻抗Ζ——表示超声场中介质对质点振动妨碍作用Ζ=Pm/Vm=ρc(3)声强I——垂直声波传输方向上单位面积单位时间内经过能量I=1/2ρcA2ω2(4)声强级L——声波强度另一个量度单位L=lgI/I0贝尔I0:1000Hz、10–12瓦/米2=10lgI/I0分贝尔超声波物理量：声压、声阻抗、声强、声强级医疗成像技术46/287医学超声成像技术超声波基本性质夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室超声波传输特征

超声

透射

transmission

反射

reflection

折射

refraction

衍射difration

散射

scattering

衰减

attenuation

吸收

absorption

HUMANBODY

ULTRASOUND

界面（interface）为两种不一样声阻抗介质接触面。医疗成像技术47/287

近场远场DθD声源直径θ扩散角频率高，波长短，呈直线传输超声波指向性医学超声成像技术超声波基本性质夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术48/287超声波反射和折射反射1.声阻抗(z)=介质密度(ρ)×声速(c)△Z＞0.1%即可产生反射2.声阻抗差大，反射强折射两种介质内声速不一样可产生折射现象结果：造成入射声束偏转医学超声成像技术超声波基本性质夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术49/287超声波入射、反射和折射示意图大界面

折射波

入射波

反射波

医学超声成像技术超声波基本性质夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室任何一个反射波或折射波所对应角度正弦与声速之比恒等于一个定值it当入射区域声阻抗大于折射区域时医疗成像技术50/2872-2.超声波散射遇界面远小于波长微小粒子，超声波将产生散射，人体内散射源为红细胞和脏器内细微结构。医学超声成像技术超声波基本性质夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术51/2872-3.超声波绕射

目标大小约为1～2λ或稍小，超声波将绕过该靶目标继续前进，极少发生反射。医学超声成像技术超声波基本性质夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术52/287⒊超声波吸收与衰减声衰减定义：是指声能伴随传输距离而减弱现象

衰减量=频率×深度频率高，衰减重原因：吸收损耗、声束扩散、反射和折射医学超声成像技术超声波基本性质夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术53/287⒋超声波分辨力与穿透力频率高，分辨好，穿透差频率低，分辨低，穿透强对应临床应用：检测浅表器官，采取高频探头检测深部脏器，采取低频探头医学超声成像技术超声波基本性质夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术54/287医学超声成像技术超声成像原理与系统主机：包含基本电路、计算机信号处理器等。探头Probe（换能器Transducer）：关键器件是压电晶体，其作用是向人体发射和接收超声波。显示器：显示各种类型超声图像。探头种类：依晶片排列方式不一样分为线阵、凸阵、相控阵、扇扫、扇括及腔内探头等不一样种类。

夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室超声诊疗仪基本组成第三节超声成像原理与系统医疗成像技术55/287医学超声成像技术超声成像原理与系统假如对线阵排列各振元不一样时给予电激励，而是使施加到各振元激励脉冲有一个等值时间差τ，如图11相控阵扫描原理，则合成波束波前平面与振元排列平面之间，将有一相位差θ。

相控阵夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室对成线阵排列多个声学上相互独立压电振元同时给予电激励，能够产生合成波束发射，且合成波束方向与振元排列平面法线方向一致，这种激励方式称为同相激励。WavefrontTimeDelayElementFocallaw医疗成像技术56/287医学超声成像技术超声成像原理与系统

超声波发生与接收逆压电效应(发生)正压电效应(接收)在交变电场作用造成厚度交替改变从而产生声振动，即由电能转变为声能。。。。-。+。。。-。+

由声波压力改变使压电晶体两端电极随声波压缩(正压)与弛张(负压)发生负电位交替改变。夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术57/287医学超声成像技术超声成像原理与系统A型超声诊疗法，简称A超。因其一维波形显示不足，当前仅用于眼科检验。B型超声诊疗法，简称B超。当前广泛应用于临床是实时显像（Real-timeimaging）。M型(Motiontype)超声诊疗法。是B型超声一个特殊显示方式，即M型超声心动图。

普通超声诊疗仪种类夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术58/287医学超声成像技术超声成像原理与系统

A型超声Amplitudemode回声以波型显示Ａ型仪幅度调制型以波幅高低代表界面反射信号强弱。反射强，波幅高。反射弱，波幅低。当前已基本淘汰夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术59/287医学超声成像技术超声成像原理与系统

B型超声Brightnessmode回声以辉度显示辉度调制型以不一样辉度光点反射信号强弱显示。反射强则亮，反射弱则暗。采取多声束连续扫描，显示脏器二维图像，是当前使用最为广泛超声诊疗法。

B超图像由不一样亮度像素组成，像素亮度由反射回声强弱所决定。黑色：没有反射灰色：中等反射白色：反射较强像素在屏幕上形成不一样亮度层次，既为灰阶。灰阶（Grayscale）

夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术60/287医学超声成像技术超声成像原理与系统

B型超声仪结构图夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术61/287医学超声成像技术超声成像原理与系统

B型超声扫描方式机械扫描由单个或多个换能器晶片进行高速机械转动或摆动实现快速扫描。当前有摆动式和转子式两种。电子扫描以电子开关或全数字式化系统控制阵元组发射来实现。在临床上广泛使用。分为直线电子扫描和相控阵电子扫描。夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术62/287医学超声成像技术超声成像原理与系统

M型超声Motionmode回声以时间曲线显示B型一个变异型：系在水平偏转板上加入一对慢扫描锯齿，使回声光点沿水平方向扫描，代表时间。保留原来深度扫描线

以单声束取样取得活动界面回声，再以慢扫描方式将某活动界面展开“距离-时间”曲线夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术63/287医学超声成像技术超声成像原理与系统

M型超声Motionmode回声以时间曲线显示因为探头位置固定，心脏有规律地收缩和舒张，心脏各层组织和探头间距离便发生节律性改变。伴随水平方向慢扫描，便把心脏各层组织回声展开成曲线，即为M型超声心动图夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术64/287医学超声成像技术超声成像原理与系统

M型超声仪结构图夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术65/287夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室多普勒效应第四节超声多普勒成像原理与系统因为波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率改变现象叫做多普勒效应

①波源频率等于单位时间内波源发出完全波个数。a）当波源和观察者相对靠近时，单位时间内接收到完全波个数大于波源产生完全波个数，即观察者接收到频率高于波源频率b）当波源和观察者相对远离时，单位时间内接收到完全波个数小于波源产生完全波个数，即观察者接收到频率低于波源频率

②观察者接收到频率等于观察者在单位时间内接收到完全波个数。医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统医疗成像技术66/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统

超声多普勒应用临床以来，其应用价值已愈加显著，尤其在以运动器官为主要研究对象心血管科，超声多普勒诊疗仪更成为不可或缺有力诊疗工具。多普勒效应应用于超声诊疗

原理应用：运动结构（如心脏瓣膜）或散射子集合（如血管中红细胞群体）反射回来超声波束，检测出其中多普勒频移，得到探查目标运动速度信息，然后被人耳监听、用仪器去分析、用图像去显示或者用影像去显现人体内部器官运动状态。右图：超声多普勒胎音仪与彩色能量图夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术67/287

超声波向着流动中红细胞集合体传输，碰到声障（红细胞）时，相对于流动中红细胞，声波f已经产生了一次多普勒频移（f′），频移量Δf′＝f′－f；而声障反射回来超声波（f′）仍沿着原来传输路径向反方向传送至探头，同时又迭加了一个相同方向运动速度（v），所以探头处检测到超声波又产生了一次新频移（f″），最终频移量Δf″=f″－f′=2Δf′即Δf″＝2f·v／c

医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统血流运动状态检测 假定频率f为3.5MHz超声波，向着以0.1m/s速度运动血流发射，正常声速c=1540m/s，则回声频移量Δf（由Δf＝2f·v／c可得）约为±450Hz。

由此可见，多普勒频移量Δf与超声固有频率f及反射目标运动速度V成正比；与声波在某种组织中传输速度成反比。 另外，惯用超声频率在人体组织中产生多普勒频移量Δf恰好在人耳敏锐听觉区分范围内（大约200～1200Hz），所以只要将此信号检测放大后，仅凭有经验医生聆听，就能够取得有价值临床诊疗信息。

应用举例夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术68/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统 在实际应用中，超声发射与接收并不一定正对着探测目标运动方向，多数情况下它们之间会存在一个夹角θ，所以上述多普勒频移量Δf完整表示式应为：Δf＝2fcosθ·v／c血流运动状态检测夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术69/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统D型超声成像诊疗仪（DopplerUltrasound，D超）即超声多普勒诊疗仪，是利用声学多普勒原理，对运动中脏器和血液所反射回波多普勒频移信号进行检测并处理，转换成声音、波形、色彩和辉度等信号，从而显示出人体内部器官运动状态。超声多普勒诊疗仪夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术70/287①连续波式多普勒系统(continuouswavedoppler)②脉冲式多普勒系统(pulsedwavedoppler)③彩色多普勒血流成像系统(colordopplerflowimage，CDFI)，也被称为彩色血流图（colorflowmapping，CFM）。超声多普勒诊疗仪发展阶段医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术71/287 探头内为双换能器结构，各自完成发射和接收任务，一只换能器连续不停地发射超声信号，另一只换能器不停接收反射回声，转换为电信号，送至高频放大单元，经幅度放大后再送至混频解调器解调。夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室①连续式超声多普勒成像仪工作原理医疗成像技术72/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室

1.超声波产生、发射和反射

主频振荡器产生并输出频率为f振荡信号，送入声发射驱动单元，经过放大后驱动探头中压电换能器向外辐射出频率为f连续超声波。

①连续式超声多普勒成像仪工作原理医疗成像技术73/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室①连续式超声多普勒成像仪2.频移信号检测

接收到频率为f′回声波，将之转换为电信号，经过电缆线送至机器高频放大单元，经过信号幅度放大后再送至混频解调器作解调处理。混频解调器是一个非线性差频处理单元电路，它有2路输入信号端口和1个信号输出端口。

工作原理医疗成像技术74/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室①连续式超声多普勒成像仪3.频移量取得

2个输入信号分别为：①高频放大单元送来f′电信号；②主频振荡器分出参考f电信号。在混频解调器内，这2路信号进行混频、相差处理，将差频信号Δf＝f′－f从输出端口送出。工作原理医疗成像技术75/287缺点：全部运动目标产生多普勒信号混叠在一起，无法辩识信息产生确实切部位，没有距离（深度）信息。

医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室①连续式超声多普勒成像仪医疗成像技术76/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室②脉冲式超声多普勒成像仪医疗成像技术77/287探测距离选通取得人体内部所需探测目标回声信息，就必须采取距离（或深度）选通接收门控制器。在人体软组织中，超声传输速度差异不大，能够将平均声速视为常数（c=1540m/s），故从发射出脉冲信号前沿为起始时刻(t0)计起，至返回信号脉冲抵达换能器时间(t1)长短与运动器官(受检体)距离换能器（探头）深度成正比。只要调整“距离选通门”启闭时间，就能控制探测距离和沿着这一距离方向上一段长度（又称作“容积”），这么就能够只接收感兴趣目标回声信号，滤除前后无关信号。

医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室②脉冲式超声多普勒成像仪医疗成像技术78/287脉冲多普勒探测只是一维声束上超声多普勒血流信息，它频谱显示表示流过取样容积血流速度改变。脉冲多普勒技术也被称为一维多普勒。一维多普勒在测定某一位置血流是很方便，假如要了解瓣口血流流动详细分布，一维多普勒就很困难，只能一个点一个点地测，把每一个点血流速度统计下来，最终得到一个大致血流轮廓。医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室③彩色多普勒血流显像仪彩色多普勒成像，对于血流方面各种状态含有强大显示能力，如：同时显示心脏某一断面上异常血流分布情况；反应血流路径及方向；明确血流性质是层流、湍流或涡流；能够测量血流束面积、轮廓、长度、宽度；血流信息能显示在二维切面像或M型图上，更直观地反应结构异常与血流动力学异常关系等。医疗成像技术79/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室③彩色多普勒血流显像仪系统在接收到发射来回声信号后，先进入相位检波器与原始振荡信号进行相位比较，再将一路信号送入脉冲多普勒信号处理通道；另一路则经过低通滤波器去除没有意义杂波信号。工作原理医疗成像技术80/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室③彩色多普勒血流显像仪滤过后信号经A/D模数转换后，再进行自相关处理。这一步骤是将前后2个脉冲产生回声时间差换算成相位差，再依据相位差与目标运动状态关系处理成血流方向和速度结果。工作原理医疗成像技术81/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室③彩色多普勒血流显像仪在一维多普勒诊疗仪（连续波CW和脉冲波PW）中，是将回声频率与原始振荡频率比较出频移量Δf，然后经过多普勒方程式换算出血流方向和速度。

而在自相关处理中，用探测时间差异来处理这个问题：脉冲发射过程中，前后两个相邻脉冲之间时间差Δt，包含了探测目标运动方向与速度等变量原因，最终反应在回波脉冲波形相位差异上，由此经过脉冲本身相位差关系解得血流方向和速度方法称作自相关处理技术。自相关信号处理医疗成像技术82/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室在彩色多普勒中，因为血流方向决定了血流颜色（普通正向血流为红色，反向血流为蓝色），所以同一流向血流处于与声束不一样角度时血流颜色也可能不一样。

③彩色多普勒血流显像仪医疗成像技术83/287经过数字电路和计算机处理，将血流某种信息参数，处理成国际照明委员会要求彩色图。要求血流方向用红和蓝表示，朝向探头运动血流用红色，远离探头运动血流颜色用蓝色，而湍动血流用绿色。

血流速度与红蓝两种彩色亮度成正比，正向速度越高，红色亮度越亮。医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统血流运动状态彩色显示方法夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室医疗成像技术84/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室频谱显示超声射向流动红细胞，接收到红细胞散射回声，提取Dopplershift（多普勒频移），经ＦＦＴ处理，形成频谱显示。频谱在baseline以上者为迎向探头血流，baseline以下者为离开探头血流。医疗成像技术85/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室彩色多普勒血流显示动态实时用自相关处理提取到多普勒信息，再用伪彩色编码，形成彩色血流图像，叠加到二维声像图上，形成彩色多普勒血流图。医疗成像技术86/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室彩色能量图把提取红细胞散射多普勒信息，用积分法处理。彩色图像也叠加在二维声像图上。此法与红细胞散射能量强度相关，与频移无关，故无方向性，不存在混叠。医疗成像技术87/287医学超声成像技术超声多普勒成像原理与系统夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室临床效果评析彩色多普勒与B型超声彩色多普勒血流仪经过对散射回多普勒信息作相位检测并经自相关处理、彩色灰阶编码，把平均血流速度信息以色彩显示，并组合到B型灰阶影像上。不但能够加紧过去B型对心脏疾病检验速度，而且能够直接采集到心内血流速度、轮廓信息。彩色多普勒血流成像与频谱多普勒

彩色多普勒血流显像对血流显示是直观，对于区分血流湍动、了解流速在心血管内分布较脉冲多普勒更加快更加好。不过，对血流定量测定来说，脉冲多普勒与连续波多普勒却是非常有效工具。医疗成像技术88/287医学超声成像技术 新技术夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室1与提升图像质量相关超声成像新技术

1.1频谱合成成像频谱合成成像即频率转换技术(frequencyconverttechnology,FCT)。利用超宽频探头、数字化处理和超大容量计算机，可将回波信号分解为多个频带进行并行处理，然后再按频谱合成为最终信号，所以亦称为频谱合成成像，由此取得图像分辨率更高，对比度更大，噪声伪像更低。

1.2二次谐波成像

1995年以来，二次谐波成像(secondharmonicimaging,SHI)技术逐步趋于成熟，近几年开始用于心外脏器和组织检验。应用于临床谐波成像分自然组织谐波成像(nativetissueharmonicimaging,NTHI)和造影剂谐波成像(contrastagentsharmonicimaging,CAHI)两种。第五节新技术医疗成像技术89/287医学超声成像技术 新技术夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室 1.3能量造影谐波成像技术 能量造影谐波成像(powercontrastagentharmonicimaging,PCAHI)在接收返回谐波信号时，主要对回波功率(振幅)信息进行分析处理，并利用该信息进行成像。

1.4脉冲反向谐波成像(pulseinversionharmonicimaging) 该技术是系统在发射正向脉冲波同时发射一个相同反向脉 冲波，并全数字化存放返回基波信号友好波信号，经处理使正向和反向基波信号叠加而抵消，而结合谐波成份产生纯净宽频谐波信号，克服了常规谐波成像频带不足，提升了图像分辨率，并可降低造影剂用量。

1.5组织多普勒成像

常规多普勒成像采取高通壁滤波器，提取血流多普勒信号，组织多普勒成像(tissueDopplerimaging,TDI)则采取低通壁滤波器，单独提取运动器官低速多普勒信息，并以适当参数给予显示。医疗成像技术90/287医学超声成像技术 新技术夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室2与组织特征相关超声成像新技术

2.1超声背向散射积分成像声学密度定量分析是经过定量地分析一些声学参数来研究组织特征以到达组织定征目标。超声背向散射积分成像(integratedbackscatter,IBS)技术作为声学密度定量分析新技术，为组织原始回声信号定量分析提供了新方法。2.2声参量成像此技术临床应用尚不普及，有还处于理论阶段。

医疗成像技术91/287医学超声成像技术 新技术夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室3三维成像法是近年来发展起来医学影像技术，能显示直观立体图像，可提供比二维超声更为丰富信息。主要用于心脏疾病研究与临床诊治，在妇产科、眼科、腹部及周围血管成像等方面有一定应用。医疗成像技术92/287医学超声成像技术

夏志勋深圳大学生物医学工程重点试验室THEEND医疗成像技术93/287第三章X－CT成像技术一、X线－CT历史二、X线－CT成像原理三、X线－CT扫描方式四、X线－CT一些基本参数五、X线－CT组成六、螺旋X线－CT介绍七、多层螺旋C线－CT介绍医疗成像技术94/287医疗成像技术95/287医疗成像技术96/287医疗成像技术97/287医疗成像技术98/287医疗成像技术99/287医疗成像技术100/287医疗成像技术101/287医疗成像技术102/287医疗成像技术103/287医疗成像技术104/287医疗成像技术105/287医疗成像技术106/287医疗成像技术107/287医疗成像技术108/287医疗成像技术109/287医疗成像技术110/287医疗成像技术111/287医疗成像技术112/287医疗成像技术113/287医疗成像技术114/287医疗成像技术115/287医疗成像技术116/287医疗成像技术117/287医疗成像技术118/287医疗成像技术119/287医疗成像技术120/287医疗成像技术121/287医疗成像技术122/287医疗成像技术123/287医疗成像技术124/287医疗成像技术125/287医疗成像技术126/287医疗成像技术127/287医疗成像技术128/287医疗成像技术129/287医疗成像技术130/287医疗成像技术131/287医疗成像技术132/287医疗成像技术133/287医疗成像技术134/287医疗成像技术135/287医疗成像技术136/287医疗成像技术137/287医疗成像技术138/287医疗成像技术139/287医疗成像技术140/287医疗成像技术141/287医疗成像技术142/287医疗成像技术143/287医疗成像技术144/287医疗成像技术145/287医疗成像技术146/287医疗成像技术147/287医疗成像技术148/287医疗成像技术149/287医疗成像技术150/287医疗成像技术151/287医疗成像技术152/287医疗成像技术153/287医疗成像技术154/287医疗成像技术155/287医疗成像技术156/287医疗成像技术157/287医疗成像技术158/287医疗成像技术159/287医疗成像技术160/287医疗成像技术161/287医疗成像技术162/287医疗成像技术163/287医疗成像技术164/287医疗成像技术165/287医疗成像技术166/287医疗成像技术167/287医疗成像技术168/287医疗成像技术169/287医疗成像技术170/287医疗成像技术171/287医疗成像技术172/287医疗成像技术173/287医疗成像技术174/287医疗成像技术175/287医疗成像技术176/287医疗成像技术177/287医疗成像技术178/287医疗成像技术179/287第四章磁共振成像技术第一节绪论第二节核磁共振成像技术医疗成像技术180/287医疗成像技术181/287医疗成像技术182/287医疗成像技术183/287医疗成像技术184/287医疗成像技术185/287医疗成像技术186/287医疗成像技术187/287医疗成像技术188/287医疗成像技术189/287医疗成像技术190/287医疗成像技术191/287医疗成像技术192/287医疗成像技术193/287医疗成像技术194/287医疗成像技术195/287医疗成像技术196/287医疗成像技术197/287医疗成像技术198/287医疗成像技术199/287医疗成像技术200/287医疗成像技术201/287医疗成像技术202/287医疗成像技术203/287医疗成像技术204/287医疗成像技术205/287医疗成像技术206/287医疗成像技术207/287医疗成像技术208/287医疗成像技术209/287医疗成像技术210/287医疗成像技术211/287医疗成像技术212/287医疗成像技术213/287医疗成像技术214/287医疗成像技术215/287医疗成像技术216/287医疗成像技术217/287医疗成像技术218/287医疗成像技术219/287医疗成像技术220/287医疗成像技术221/287医疗成像技术222/287医疗成像技术223/287医疗成像技术224/287医疗成像技术225/287医疗成像技术226/287医疗成像技术227/287第三节磁共振成像系统一、磁共振系统组成（如图）（1）能产生静磁场、射频场和梯度场磁体和电磁系统；（2）数据采集、处理和图像存放、显示系统；（3）脉冲参数与成像方法选择组件。二、磁体与磁场1、磁体包含：静磁场、梯度场以及与静磁场正交射频场。医疗成像技术228/287医疗成像技术229/287医疗成像技术230/2872、磁场及其产生磁共振成像系统磁体主要使由通电线圈产生。在MR成像系统中，磁场强度大小主要由取得FID信号信