《医学影像物理学》影像技术专业教学大纲2014.7.7

PAGEPAGE12《医学影像物理学》课程实验教学大纲课程编号：（可暂缺）课程名称：《医学影像物理学》英文名称：medicalimagingphysics课程类型:专业基础课必修总学时：60学分：3.5理论课学时：44实验学时：16适用对象:医学影像技术专业本科学生一、课程性质和地位医学影像物理学是医学影像专业本科学生的入门课程，它是专业基础课中的必修课，也是医学影像临床课的基础，在培养影像学生的过程中奠定有关医学影像原理的物理基础，为影像诊断提供物理学依据。所以，影像学生对本门课程的掌握程度直接影响到后续课程的学习。医学影像物理学与其它影像学科有着密切的联系。本课程的先修课为高等数学、工程数学、电子学基础及医学物理学，它们将为医学影像学中的数学方法、物理基本概念、规律及基本技能与方法打下坚实的知识基础。后续课程有影像设备学、X射线摄影学、影像诊断学、超声诊断学、核医学影像学、介入放射学、放射防护学、放射治疗学、医学图象处理等专业学科。而上述学科又是影像专业的重要基础课程，因此，医学影像物理学为深刻理解成像过程，评价图像质量以及读释图像，挖掘图像蕴藏的生物信息奠定理论基础。医学影像物理学是生命科学与理工科的理论、技术相互渗透而形成的新兴边缘学科。医学影像物理学重点阐述现代医学影像技术中X射线成像、磁共振成像、核医学影像及超声波成像的基本物理原理、成像方法。学习本学科的目的是让影像专业的学生掌握各种成像技术的原理，为学习其它专业课程和临床实践打下坚实的理论基础。二、教学环节及教学方法和手段医学影像物理学的教学环节包括课堂讲授、实验、考试等。其中课堂讲授是通过教师对指定教材部分章节的讲解，结合多媒体课件对板书和仪器结构给予图示以及启发式、案例式、双语式教学方法的应用，加强对学生抽象与逻辑思维能力的培养，强调理论与实践相结合的讲授，培养学生用理论解决实际问题的能力。实验是教师在实验室里指导学生通过对物理现象的观察、对物理量的测量和对实验结果的分析，培养学生的动手能力，使学生加深对医学物理学基本理论和定律的理解与掌握，逐步提高观察、分析实验现象和总结实验规律的能力。考试是检验教学效果的有效手段，分理论考试和实验考试两种。理论考试是指学期末本学科的结业考试，是对医学生学完医学影像物理学的总体测试；实验考试是检验学生运用理论知识采取合理的实验方法和手段完成物理实验要求的能力，这也是本学科重视实验教学的具体表现之一。三、实验教学内容及要求[实验名称一]CT计算机模拟实验——图像重建[项目性质]模拟性实验[实验目的]1．通过实验熟悉重建CT像的过程。2．体会像素大小对图像质量的影响。[实验原理]CT图像重建是运用一定的物理技术，获取生物体某断层上的生物信息，采用一定的数学方法，求得该断层上的CT值分布，再应用计算机技术把此二维分布矩阵转变为灰度分布。扫描是为获取投影（Projection）而采用的物理技术，是用近于单能窄束的X射线束以不同的方式、沿不同的方向、按一定的顺序对受检体体层进行投照。扫描的方式有平移扫描、旋转扫描、平移加旋转扫描等。对生物体扫描后，获取足够的投影数据，然后采用一种数学算法，求得二维μ值分布μ（χ，y），再将μ值分布转换成对应像素的CT值分布CT（x，y）。此后，通过电子计算机技术再把图像画面上的CT值分布转换为灰度图像。本实验中用三维动画的方式模拟了对头部的平移扫描和旋转扫描，学生可以形象地感受这两种扫描的扫描方式及扫描过程。求解投影数据、像素矩阵分布、不同像素矩阵方式显示以及逐点成像等都是应用MicrosoftVisualBasic6.0软件编写完成。[实验时数]2学时[实验要求]1.打开计算机，安装VisualBasic6.0。2.打开ctsy\CT实验课件,运行应用程序。3.在CT实验动画片头中，点击“开始”进入目录页，再点击“进入实验”按钮进入实验环境。4.在Text框中输入物体名（a、b、c、d等，参见帮助），点击“旋转扫描”或“平移扫描”，观察扫描方式。5.扫描结束，点击“关闭扫描”按钮，然后点击“对扫描数据进行运算”按钮，进入主窗体。6.点击“显示原物及重建图像”按钮。7.点击“运行像素值求解程序求解像素”按钮，开始运算。8.运算完毕再次点击“显示原物及重建图像”按钮，四幅图像分别显示在四个Picture框中。观察像素大小不同对应的图像质量的差别。思考题1．CT像的重建过程有哪几个步骤？2．扫描的目的是什么？扫描方式有哪几种？3.采用各种数学算法的目的是什么？4.图像矩阵大小对CT像有何影响？[实验名称二]CT计算机模拟实验——窗口技术[项目性质]验证性实验[实验目的]1．通过实验加深对窗口技术的理解。2．体会不同的窗位、窗宽对图像的影响。[实验原理]经扫描获取的像素CT值数字矩阵直接转换成的图像，往往不能直接被临床利用，必须对图像加工处理之后，才能转变为可利用的图像。“窗口技术”便是图像处理技术中最典型的一种。所谓窗口技术是指放大某段范围内灰度的技术，即把生物体中与被观察组织的CT值范围相对应的灰度范围定为放大的灰度范围，把放大灰度范围的上限增强为全白，把放大灰度范围的下限压缩为全黑，这样就放大或增强了局部灰度范围内不同灰度之间黑白对比的程度。被放大或增强的灰度范围叫做窗口（Window），放大的灰度范围上下限之差叫窗宽，放大的灰度范围的平均值，即所放大灰度范围的灰度中心CT值叫窗位。如果用CT值表示，则：窗宽=CTmax-CTmin窗位=（CTmax+CTmin）/2要观察的病变组织不同，应选择的窗位、窗宽也不同，需根据理论，结合经验选择合适的窗位、窗宽。[实验时数]2学时[实验要求]1．打开计算机。2．打开ctsy\CT实验课件,运行“课件”应用程序。3．在CT实验动画片头中，点击“开始”进入目录页，再点击“进入实验”按钮进入实验环境。4．在“原图像名”Text框中输入原始数字图像名（a、b、c……i、j；aa、bb、cc……；cka、ckb等，参见帮助），窗口1、窗口2的窗位、窗宽Text框中分别输入数值，点击“运行窗口程序”开始运行。5.运算完毕点击“图像显示”按钮，在窗口1、窗口2Picture框中将显示运行结果。6.点击“清空窗口图像”按钮，清空窗口。7.重复第4步，输入不同的原始图像名，选择不同的窗位、窗宽，运行窗口程序，观察运行结果，为每个原图找出你认为最理想的窗位、窗宽填入表中。8.点按“返回目录页”按钮，退到目录窗口，再按“结束”按钮结束实验。思考题1．怎样理解窗位、窗宽？2．窗位高、低对图像灰度有何影响？3.窗宽宽、窄对CT像有何影响？四、各教学环节学时及进度分配表课程内容理论课时实验课时（一）绪论1（二）X射线物理94（三）X射线影像6（四）磁共振物理44（五）磁共振成像42（六）核医学物理4（七）核医学影像22（八）超声波物理104（九）超声成像4合计4416五、推荐教材和教学参考书书目参考教材：《医学影像物理学》，第3版，主编：吉强人民卫生版社，2011年3月出版主要参考书：《现代医学影像物理学》，主编：包尚联北京大学医学出版社，2004年4月出版《医学影像成像原理》，主编：黄泉荣高等教