川大医学成像技术期末复习提纲-2013

医学成像原理期末复习提纲医学成像根底什么是医学成像技术？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〕与人体的相互作用，把人体内部组织、器官的形态结构、密度、功能等，以图像的方式表达出来，提供应诊断医生，使医生能根据自己的知识和经验对医学图像中所提供的信息进行判断，从而对病人的健康状况进行判断的一门科学技术。医学成像技术作为医学图像研究领域中的一个研究方向，是物理学、电子技术、计算机技术、工程数学及材料科学与精细加工等多种高新技术相互渗透的产物。ppt12密度分辨率和空间分辨率的概念密度分辨率，又称“低比照度分辨率”，在细节与背景间具有低比照度时,将细节从背景中鉴别出来的能力。常用“%”数表示。如某ＣＴ机的密度分辨率为0.35%,那么表示该机对组织间的密度差只要大于0.35%即可分辨出来。有两种定义①△=(ａ-ｂ)/(ａ+b)×100%②△=(ａ-ｂ)/ａ×100%空间分辨率，即“高比照度分辨率”，指在细节与背景间具有高比照度的情况下,鉴别被照体细微结构的能力或对物体空间大小的鉴别能力。常用ＬＰ/ｃｍ(线对/厘米)、ｐｉｘｅｌ/ｍｍ、Ｓ/ｍｍ(线径/毫米)等来表示空间分辨率。X射线物理重点:连续X射线和标示X射线的特性X射线产生需要具备的条件。电子源：能根据需要随时提供足够数量的电子；高速电子流：条件一：有一个高电压产生的强电场，使电子获得很大的动能;条件二：有一个高真空度的空间，使电子在高速运动中不受气体分子的阻挡而降低能量，同时也能保护灯丝不致因氧化而烧毁。阳极靶：必须有适当的阻挡物(金属靶面)，在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止，承受高速电子的能量，使高速电子所带的动能转变成X射线。常用钨靶，因其：原子序数较高，产生X射线的效率高和产生高能X射线；能有效散热；熔点高。乳腺诊断采用钼靶。实际焦点和有效焦点的概念，影响有效焦点的因素。实际焦点：电子流在靶面上的撞击面积有效焦点：实际焦点的在垂直于X射线管的轴向方向上的投影面积影响有效焦点大小的因素：靶倾角、实际焦点的大小有效焦点的大小直接影响：散热、影像清晰度〔空间分辨率〕硬X射线与软X射线的概念硬X射线：波长较短，能量较高，穿透性较强，适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。软X射线：20-40kV管电压产生的x射线。波长较长，能量较低，穿透性弱，衰减以光电效应为主。其发生概率与物质有效原子序数4次方成正比，使密度相差无几的软组织比照度提高，影像更清晰。连续X射线的产生机制，轫致辐射的发生的条件，轫致辐射X线能谱的特点。电子在失去全部能量时与靶原子发生屡次碰撞，造成碰撞损失和辐射损失。碰撞损失只涉及外层电子，辐射损失只涉及原子的内层电子和原子核。特征辐射：如果高速电子没有与靶原子的外层电子作用，而是与内层电子发生作用，就会产生特征辐射，特征辐射的谱是线状的。特征辐射代表了靶原子的特点。发生条件：加速电子的能量eU大于内层电子的结合能。轫致辐射〔连续x射线〕：轫致辐射是高速电子与靶原子核发生相互作用的结果，轫致辐射的能谱是连续的。产生机制：经典电磁学理论指出：当一个带电体在外电场中速度发生变化时，将向外辐射电磁波。当高速电子穿过靶原子时完全避开轨道电子而经过原子核，它会由于质子的电场作用而减速，并改变其原有的轨迹。按照上述理论，电子将向外辐射电磁波而损失能量△E，电磁波的频率由△E=hv决定。发生条件：接上：电子的这种能量辐射称轫致辐射，这种辐射所产生的能量为hv的电磁波称为X射线光子。韧致辐射X射线能谱的特点：1〕X射线强度连续变化2〕每条曲线有一个峰值3〕波长增加方向上无限延展，强度越来越弱4〕存在最短波长(λmin)什么是短波限，短波线与管电压的关系，能根据公式1-4计算连续X射线的短波限。短波限：连续X射线谱在短波方向有一个波长极限，称为短波限。它是由电子直接组昂即在原子核上而失去全部动能所产生的X射线。短波限：只与管电压有关X射线强度概念，影响X射线强度的因素有哪些？page11表1-5；连续X射线强度最大值在1.5λmin,而不在λmin处。X射线的强度是指单位时间内通过垂直于射线方向的单位面积的辐射能量(光子数目和能量乘积的总和)，用I表示。包括量和质两方面。X射线的强度I是由光子能量hv和它的数目n两个因素决定的,即I=nhv.连续X射线强度最大值在1.5λ0,而不在λ0处表1-5各种因素对X射线强度的影像影响因素〔增加〕X射线的质X射线的量毫安秒〔管电流·照射时间〕不变增加管电压增加增加靶原子序数增加增加滤过增加降低距离不变降低电压脉动降低降低X射线的量：由管电流与照射时间间接表示，通常以毫安秒(mA·s)为单位。X射线的质：表示X射线的硬度，即穿透物体本领的大小，只与光子的能量有关，而光子的能量又由管电压和滤过的厚度有关，通常以千伏数〔kV〕为单位。靶原子序数不仅能影响Ｘ射线的量〔原子核电场增强，连续辐射概率增大〕，还对Ｘ射线的质有一定的影响〔高能增加大于低能，更高能量的特征辐射〕。特征X射线的激发与管电压有关，但能量与其无关。特征X射线谱的产生机理产生机理：连续X射线的产生过程中，当加速电子的能量eU大于内层电子的结合能时，就有一定的概率产生特征X射线。高速电子将K层电子击出，使之离开原子成为自由电子，便会在K层产生一个临时的电子空位。对于靶原子来说，这是一个非常不稳定的状态。于是，外层的电子就会立即将这个K层电子空位填充，在跃迁过程中释放多余的能量，以X射线辐射的形式表现出来。此时，X射线的能量就等于这两个轨道电子的结合能之差。小结：靶的材料不变时，加速电压V改变，那么X射线连续谱的max改变，但标识X射线频率却不变；靶的材料改变时，加速电压V不变，那么标识X射线谱改变，但X射线连续谱的max不变。决定X射线的硬度的因素Ｘ射线的硬度：指X射线的贯穿本领，它只取决于X射线的波长，即光子的能量，与光子数目无关。因此它与管电压有关，而与管电流无关。管电压越高，产生的X射线的硬度就越大。同时还与滤过的厚度有关。通常用管电压的千伏数(kV)来表示X射线的硬度。X射线通过物质时，与物质之间的5种重要的相互作用。一束X射线通过物质时，可分为三局部：散射、吸收、透过物质沿原方向传播五种相互作用形式:光电效应、康普顿效应、电子对效应、相干散射、光核反响光电效应：X射线光子通过物质时，与物质的轨道电子发生相互作用，把全部能量传递给这个电子，光子消失，获得能量的电子挣脱原子束缚成为光电子；原子的电子轨道出现一个空位而处于激发态，它将通过发射特征X射线或俄歇电子的方式快速回到激态，这个过程成为光电效应。俄歇电子：高能级电子跃迁时产生二次电离，使另一个核外电子成为二次电子。作用系数：表示了光电效应发生的概率在X射线诊断摄影中，光电效应占主要地位。优点：1〕无散射线，减少了照片灰雾；2〕增加人体不同组织和造影剂对射线的吸收差异，X照片比照度高。缺点：射线可全部被人体吸收，增加了受检者的辐射剂量，易造成辐射损伤。康普顿效应：〔非相干散射〕当入射X射线光子与原子内的轨道电子发生相互作用，光子损失一局部能量，并改变运动方向，电子获得能量而脱离原子，这个过程称为康普顿效应。损失后的X射线光子称为散射光子；获得能量的电子称为反冲电子。康普顿公式：，φ为散射角。散射光波长的改变仅与φ有关。1eV=1.6×10-19J。康普顿波长：在入射X光线能量一定的情况下，散射光子的能量随散射角的增大而减小。作用系数：缺点：〔1〕从受检者身上产生的散射线能量与原射线相差很少，并且散射线比较对称地分布在整个空间，医生和技术人员必须重视，并采取相应的防护措施。〔2〕散射线增加了照片的灰雾，降低了影像的比照度，但与光电效应相比受检者的剂量较低。电子对效应：当入射光子的能量≥1.02MeV时，在原子核库伦场的作用下X线光子形成一对正负电子。〔X射线与原子在核区的相互作用〕作用系数：〔1〕当hv>2mec2时：〔2〕当hv>>2mec2时：相干散射：也称经典散射或瑞利散射。在此过程中，一个束缚电子吸收入射光子而跃迁到高能级，随即又放出一个能量约等于入射光子能量的散射光子。相干散射是X射线光子与物质相互作用过程中唯一不产生电离的过程。相干散射在整个X射线能量范围内都可以产生，但所占比例很小。光核反响：光子与原子核作用而发生的核反响，是一个光子从原子核击出数量不等的中子、质子和γ光子的作用过程。光核反响在诊断X射线能量范围内不可能发生。总结：1)光子能量一般0.01-100MeV且一般光子与物质相互作用的三种方式均存在。时，光电效应占主导。时，康普顿散射占主导。4.0-100MeV时，电子对效应占主导。相干散射〔同频率、低能量的X线光子与物质作用时发生相干散射〕非相干散射〔康普顿效应〕〔波长发生变化的成分，康普顿波长，掌握PPT上例题〕例：波长的射线与静止的自由电子作弹性碰撞，在于入射角成90°的方向角上观察，问散射波长的改变量为多少？反射电子得到多少动能？在碰撞中，光子的能量损失了多少？解:反冲电子的动能：光子损失的能量＝反冲电子的动能光电效应，产生过程。光电效应发生概率与光子能量3次方成反比。与原子序数的3次方成正比。光电效应在成像中的利弊。电子对效应产生两个光子，能量均在0.511Mev，一条直线上，飞行方向正好相反。线性衰减系数和质量衰减系数的概念。线性衰减系数：表示X射线光子与每单位厚度物质发生相互作用的概率，单位是m-1。也表示X射线穿过靶物质时在单位厚度上X射线光子数减少的百分数。质量衰减系数：表示X射线光子与每单位质量厚度物质发生相互作用的概率，单位是m2·kg-1。质量衰减系数与物质密度无关，所以不管物质的热力学状态如何，都一样。μm随λ的变化是不连续的，其间被锋利的突变分开。突变对应的波长为吸收限半价层(HVL)的概念，掌握公式1-32，1-33，完成相关计算。一般的，当X射线强度衰减到初始值的一半时所需的某种物质的衰减厚度定义为半价层X线在物质中的衰减规律，掌握公式1-37，完成相关计算。单能窄束X射线：连续X射线：特点：X射线强度变小，硬度变大〔质提高〕决定衰减程度的四个因素：1〕X射线本身的性质；2〕物质密度；3〕原子序数；4〕每千克物质含有的电子数。混合物和化合物的物质衰减系数：如果物质是混合物或化合物，其密度为，所含各元素的质量衰减系数分别为，那么混合物或化合物的质量衰减系数为：，其中Pi是第i种元素在混合物中其质量的百分数。X线影像本章重点：X射线影像形成的原理，体层摄影的原理，图像质量评价参数〔主观比照度、客观比照度、模糊度等概念〕，DSA的物理根底与根本方法，能量剪影的原理.X射线成像的过程X射线有很强的贯穿本领，当一束强度大致均匀的X射线投射到人体上时，由于人体各种组织、器官在密度、厚度等方面的差异，对投射在其上的X射线的衰减各不相同，使透过人体的X射线强度分布发生变化，从而携带人体信息，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。荧光屏上〔正像〕：高密度的组织显示较黑，低密度的组织显示较白照片上〔反像或负像〕：高密度的组织较白，低密度的组织较黑与Ｘ线成像相关的特性：穿透性：能穿透可见光不能穿透的各种不同密度物体，此为X线成像的根底莹光效应：能激发莹光物质发出可见光，此为X线透视的根底摄影效应：能使涂有溴化银的胶片感光并形成潜影，以显定影处理产生黑、白图像。此为X线摄影的根底电离效应：X线通过任何物质都可产生电离效应，为X线防护和放射治疗的根底胶片光密度D、透光率T、阻光率S概念，如某点的透光率为1/10，阻光率为10，那么D＝1胶片光密度：表征胶片吸收光的能力光强度I0入射照片，经照片吸收后透过的光强度为I透光率T＝I/I0阻光率S＝I0/I胶片特性曲线〔相对曝光量H的对数-光密度D的关系曲线〕，胶片反差系数最正确工作局部：线性区当曝光量H=0时D=D0≠0,即为本底灰雾〔最小密度〕反差系数：两曝光点光密度的差异。一般控制在3左右。过小会降低图像反差。增感屏的作用增感屏的材料是能在X射线照射下发出荧光的物质，如钨酸钙、硫酸钡等。增感屏相当于移波剂，由于X光对胶片的感光能力差，所以它将X光转化为荧光，荧光的光谱正好与胶片的感光光谱一致，从而使胶片感光效率提高。作用：可显著提高X线照相的灵敏度，缩短曝光时间，降低X线剂量影像增强器的作用和增强的工作原理，见PPT影像增强器的优点：大大提高了透视成像的图像亮度〔还可提高管电流〕，减少透视剂量影像增强器的缺点：1〕比照度降低：输入荧光屏受X-线照射产生散射；2〕模糊度增加：输入荧光屏光线反响至光电阴极-电子-加速-输出图象〔影响图像质量5%-15%〕工作原理：１个能量为50KeV的X射线光子输入荧光屏：di=10-40cm(碘化铯)；作用：X射线光子能量转换为可见光,效率20%产生5000个能量为2eV的可见光光子光阴极：作用：可见光变电子，所有可见光变为150个电子高压加速器：高压电源提供能量使电子达25KeV输出荧光屏：；作用：电子转可见光子；每个电子产生2000个2eV光子∴光通量增益g=150*2000/5000=60亮度增益g*(d2/d1)2=60*(10/2.6)2=887软X射线摄影(采用钼靶)的原理和主要用途软Ｘ射线摄影：采用20～40KeV的管电压产生的低能X射线〔即软X射线〕进行的摄影软Ｘ射线与物质相互作用时，物质对Ｘ射线的吸收衰减以光电效应为主。光电效应发生概率与吸收物质有效原子序数的４次方成正比，对于密度差异不大而原子序数有微小差异的物质，因光电效应发生概率的不同对X射线的吸收衰减有明显差异，使密度相差无几的肌肉、脂肪、腺体等软组织的比照度大大提高，从而使影像更为清晰，得到比照度良好的X射线影像。多用于女性乳房的疾病检查，对于乳房的腺体组织、结缔组织、脂肪、血管等细微组织结构，以及乳腺的其他疾病甚至肿瘤的边缘，都有较清晰的显示。体层摄影的原理体层摄影是将位于身体内欲观察层面的病灶突出地显现，而使其他层面的组织变得模糊不清〔使焦点、被摄层面和胶片保持相对静止，而使其他各层面对焦点和胶片作相对运动〕图像质量评价参数〔比照度，主观比照度、客观比照度、图像比照度，模糊度等概念〕影响质量是由比照度、模糊度、噪声、伪影、畸变综合表达的。比照度：比照度就是差异的程度。是图像最根本的特征。客观比照度：即物体本身的物理比照度，由构成被检者组织的密度、原子序数和厚度的差异形成。主观比照度：由于人体各种组织、器官对X射线的衰减不同，使透射出人体的X射线强度分布发生变化，形成X射线的比照度。图像比照度：是在可见图像中出现的比照度，如图像的灰度梯度、光密度或颜色〔图像比照度与客观比照度、主观比照度、X射线胶片的比照度传递特征、Ｘ射线影像设备的特征有关〕比照度分辨力：将客观比照度转换为图像比照度的能力。低比照度分辨力：能分辨的最小比照度的数值。模糊度：通常用小物点的模糊图像的线度表示物点图像的模糊程度〔降低小物体和细节的比照度，从而降低了细节的可见度〕与成像系统的空间分辨力有关空间分辨力：成像系统区分开或分开相互靠近的物体的能力。锐利度：照片上相邻组织密度的变化是逐渐的还是明确的程度〔几何模糊、移动模糊、屏片模糊〕噪声：图像中可观察到的光密度随机出现的变化。信噪比：SNR=S/N信号幅度/噪音幅度伪影：图像中出现成像物体本身所不存在的虚假信息畸变：图像中结构的大小、形状、相对位置的改变DSA成像的物理根底〔数字减影血管造影DigitalSubtractionAngiography〕数字减影血管造影：是将人体同一部位造影前、后获得的两帧数字图像相减，那么可获得只反映两帧图像中差异〔造影〕局部的图像。物理根底：数字减影血管造影是将造影前、后获得的数字图像进行数字减影，在减影图像中消除骨骼和软组织结构，使低浓度比照剂〔照比正常比照剂〕充盈的血管在图像中显示出来，图像比照度较高。DSA成像的根本方法(三种)时间减影〔TemporalSubtraction〕能量减影〔EnergySubtraction〕混和减影〔HybridSubtraction〕时间减影、能量减影的概念和原理时间减影：〔易受病人移动和动脉搏动等慢运动影响而产生配准不良，血管模糊〕概念：在不同的显影时期获得两帧图像。原理：从静脉或动脉注入比照剂。在比照剂进入显示的血管区域之前，利用计算机技术采集一帧图像贮存在存储器内，作为掩膜。它与在时间上顺序出现的充有比照剂的血管图像一点一点地相减。这样，相同固定的图像局部就被消除，而比照剂通过血管引起的密度变化就会被突出地显示出来。能量减影〔双能剪影、K缘剪影〕：利用单次或双次能量曝光法，经对数变换进行加权相减，能将不同吸收系数的组织分开原理：在欲显示血管引入碘比照剂后，分别用略高于和略低于碘K-缘X减影的X射线能量曝光，由于在这两种能量条件下曝光的影像中，碘与其他结构的衰减特征有较大差异，因此将这两种能量条件下曝光的影像进行数字减影处理，可以突出减影图像中碘的比照度，消除其他无关组织结构对图像的影响。X-CT〔computerizedtomography〕本章重点：X-CT图像重建原理、滤波反投影算法体素与像素、体层与断层的概念和区别体素(voxel)：在受检体内欲成像的断层外表上，按照一定的大小和一定的坐标人为地划分的很小的体积单元像素：在图像平面上划分的很小的小单元，它是构成一幅图像的最小点，是构成图像的根本单元体层〔断层〕：根据研究目的沿某一方向所作的具有一定厚度的标本，在受检体内接受检查并欲建立图像的薄层。它的两个外表可视为平行的平面，体层越薄，甚至接近于0时，越接近解剖断面的剖面形态结构。解剖断面：断层标本的外表。五代CT扫描的特点，以及螺旋CT的特点第一代第二代第三代第四代第五代扫描方式平移-旋转平移-旋转旋转旋转电子束扫描线束单路笔形多路笔形

或扇形束脉冲扇形

束连续脉冲

扇形束扇形角度03--2621--4548--1200探测器数/层16~30300--800600--1500864扫描层数1--21--2118扫描时间/s240--30020--1203--51--5应用范围头头全身全身动态器官特点可以自校射线利用率低扫描速度慢可以自校窄扇形束运动伪影宽扇形束同步旋转环形伪影无法自校宽扇形束可以自校克服环形伪影电子控制无机械运动高速扫描动态检查价格高质量差螺旋CT特点：滑环技术，不再使用电缆供电、沿一个方向围绕受检体连续扫描优点：1〕整个器官或一个部位一次屏息下的容积扫描，不会产生病灶的遗漏。2〕单位时间内扫描速度的提高，减少了运动伪影,使造影剂的利用率提高，节省造影剂用量。3〕可任意地回忆性重建，无层间隔大小的约束和重建次数的限制。

4〕容积扫描，提高了多方位和三维重建图像的质量。CT重建方法的重建方法的步骤：掌握反投影重建算法；掌握傅里叶重建算法步骤；掌握滤波反投影重建算法的步骤，掌握中心面片定理的含义，能根据公式和图表识别重建算法，并说明重建步骤。投影方法：矩阵法〔解方程组〕、迭代法〔逼近〕、直接反投影、滤波反投影直接反投影：又称总和法，此法是利用投影数值近似地复制出ui值的二维分布。原理：沿扫描路径的反方向，将所得的投影数值反投回各体素中去，并用计算机进行运算，求出各体素u值而实现图像的重建。基数选择：所有体素的特征参数的总和〔任一方向上投影值的总和〕。优点：重建速度快；缺点：边缘失锐〔星状伪影〕。傅里叶重建算法：对象空间μ(x,y)测量X射线吸收率产生瑞东变换瑞东空间g(s,)1维傅里叶变换FT[g(s,)]1维傅里叶-瑞东空间G(ρ,)=FT[g(s,)]许多不同角度下的切片充满2维傅里叶-对象空间〔通过内插完成极坐标到直角坐标的变换〕→2维傅里叶反变换→对象空间2.插值误差：高频分量的计算误差比低频分量的大，引起图像质量的降低滤波反投影：将测得的投影数据与一个“核函数”作卷积运算，然后作反投影原因：直接反投影重建的图像变模糊是因为原图像被1/r卷积所致。式5.30〔95〕方法：要去除这个模糊因素，我们可以对Fb(ρ,θ)乘上一个|ρ|，也就是作一个滤波，以将其作用抵消，就可以得到正确的图像。〔公式5.28〕如果在反投影的过程中先将g(s,θ)经一维傅里叶变换后乘以|ρ|，然后经一维傅里叶反变换回到空间域进行反投影就可以得到不被模糊的图像。也可以在投影域上通过卷积来完成。重要公式：5.31,5.32,5.33〔96〕Radon变换：衰减函数u(x,y)沿平面各个方向的直线的积分值。在〔s,θ〕域中的每个点对应〔x,y〕域中的一条线中心面片定理：如果是函数的瑞东变换，那么关于s的投影函数的一维傅里叶变换对应于在角度下函数的二维傅里叶变换的一个中心切片公式：能识别R-L滤波函数，S-L滤波函数理想滤波器传递函数：不可能实现因为C(R)称为卷积核函数，对|ρ|不同程度的限制，构成了不同的卷积核。C(R)=F-1{|ρ|·w(ρ)}w(ρ)是一个窗函数，根据采样定理，边界值ρ0(B)≤1/2d,d为离散点的间隔距离R-L滤波器〔矩形窗〕缺乏：重建图像物体边缘有灰度起伏，噪声较大时重建效果差优点：边缘清楚S-L滤波器优点、缺点和R-L相反。为什么采用滤波反投影算法？CT值的定义，窗宽、窗位等概念，掌握水在73KeVX线照射时的衰减系数；掌握人体CT值的分布〔－1000HU～＋1000Hu〕。CT值：CT影像中，每个像素所对应的物质对Ｘ射线线性平均衰减量大小的表示。实际中，均以水的衰减系数为基准，假设某种物质平均衰减系数为，那么：为能量是73keV的X射线在水中的衰减系数19.5m-1k:分度因子空气CT值-1000HU水CT值1000HU人体各组织CT值约-1000~1000HU窗口技术：为弥补人眼的低灵敏度，并充分利用CT数字图像能表现出的生物信息。指CT机放大或增强某段CT值范围相对应的灰度范围内灰度的技术。窗宽：放大灰度范围的上下限CT值之差叫窗宽窗位：放大灰度范围的中心CT值叫窗位比照度定义，掌握page65公式比照度是CT图像表示不同物质密度差异、或对Ｘ射线透射度微小差异的量定义：公式2-26(a)a,b为两像素的CT值公式2-26(b)相对比照度高比照度分辨力和低比照度分辨力的概念和区别比照度分辨力，它是CT像表现不同物质的密度差异〔主要是针对生物体的组织器官及病变组织等而言〕或对X射线透射度微小差异的能力，比照度分辨力通常用能分辨的最小比照度的数值来表示高比照度分辨力：物体与均质环境的X射线线性衰减系数差异的相对值大于10%时，CT机能分辨该物体的能力，单位为mm或LP-1〔与周围环境相差大)低比照度分辨力：物体与均质环境的X射线线性衰减系数差异的相对值小于1%时，CT机能分辨该物体的能力，单位为mm〔与周围环境相差小)图像噪音的估计，掌握page67公式2-49CT噪音：在均匀物质的影像中，表示给定区域的各CT值对其平均值变化的量，可用CT值的标准偏差来表示增大投射X线量可减小图像噪声空间分辨率、比照度分辨率、噪音、均匀度及X射线剂量之间的制约关系均匀度：同一组织不同位置CT值的一致性要提高空间分辨力就要减小探测器的尺寸，即减小体素大小、增加体素数目造成进入探测器的光子数目减小量子噪声相对增大信噪比下降均匀性变差比照度分辨力下降所以只能在增大X射线照射剂量的前提下才能改善图像质量但受检体接受X射线剂量有限局部容积效应的概念假设成像系统划分的体素包含有不同的组织成分，所测得的CT值并不等于病变组织的真实CT值〔被周围组织的密度所影响〕。这种测量值与实际值的偏差〔即容积效应〕在图像上的表现，使位于断层内不同结构物体的边缘轮廓显示不清，出现局部容积伪像。减小层厚有助于减小局部容积伪像。核磁共振现象本章重点：产生核磁共振现象的原因及其描述原子核自旋、旋进现象、章动等概念。原子核自旋：原子核总是绕着自身的轴旋转自旋角动量：中子和质子的矢量和。〔同为偶=0，同为奇=整数，一奇一偶=整数+0.5〕旋磁比=磁矩/角动量旋进：也称进动，在静磁场B0的作用下，核磁矩uI会有特定的空间取向，与B0存在特定的夹角，静磁场与核磁矩作用还会产生施加在uI上的力矩，使磁矩uI与B0成某一夹角在以B0为轴的圆锥面上以恒定的角速度旋进，称为拉莫尔旋进。拉莫尔角频率ω0=2π·f0=γB0，γ为旋磁比，f0为拉莫尔频率。ω0与B0反相。磁矩的能量：E=-u·B〔向量〕。自旋向上能量最小，自旋向下能量最大。净磁矩：〔进动后〕低能态略多于高能态〔费米分布〕，和B0成正比。章动：当原子核自旋角速度不够大时，原子核除了自旋和进动外，中心轴与主磁场之间角度会逐渐变大或减小直至稳定。旋进频率的决定因素，掌握公式能计算旋进角频率和频率。旋进角速度：其中为旋磁比，B为磁场强度旋进频率：发生核磁共振时，射频电波的角频率等于核磁共振的角频率H：ω=42.58MHz〔当B=1T〕MRI医学成像所采用的原子核是哪一种？〔1H核〕因为1H相对含量高、相对灵敏度高、旋磁比大核磁共振现象产生的宏观描述在外加磁场B0作用的同时，施加脉冲射频场的作用当RF的频率适宜〔取决于B0〕时，进动的相位趋向一致，当完全一致时就发生核磁共振，原子由低能态激发到高能态时，质子大量吸收交变场的能量，RF信号之后，向外辐射能量，此即为成像信号两种可能的激发90°脉冲:自旋从平行方向至垂直方向(lowerRF)180°脉冲:自旋从平行方向至反平行方向(higherRF)什么是弛豫过程？T1〔自旋-晶格弛豫〕和T2〔自旋-自旋弛豫〕弛豫时间的定义。弛豫过程：脉冲B1作用之后,被激发的自旋渐渐恢复到低能态，同时向外辐射RF信号，这一从“不平衡”状态恢复到平衡状态的过程，称为弛豫过程。〔包括纵向驰豫、横向驰豫〕T1称为纵向驰豫时间：Mz方向上的磁场强度恢复到初始状态M0的63%所用的时间。与分子结构〔顺磁↑〕、环境温度、静磁场强度〔增强↑〕有关。水中H核的T1最长。低温、高粘→T1缩短；高温、低粘→T1增长。T2称为横向驰豫时间：Mxy方向上的磁场强度衰减到初始态M0的37%所用的时间。T2与主磁场的均匀性关系特别大〔与大小相关不大〕，因为磁场的不均匀会大大加剧自旋核磁矩方向分散，使T2明显缩短。与分子结构有关，与温度、粘度无关。其他原子的局部磁场使失相位加快，为T2*。T2一般比T1小1个数量级。含游离水分子较多的组织T2较长。弛豫时间常数的生物特性。不同的组织与器官的驰豫时间有显著不同，这一特点使MRI对软组织即器官有特殊的分辨能力同一组织、器官的不同病理阶段上的驰豫时间也有显著不同→MR进行病理分期磁共振成像本章重点:自旋回波序列原理和图像特点，反转恢复序列原理和图像特点，180度相位重聚脉冲的作用，梯度磁场作用理解磁共振加权图像的概念在MRI中，出于分析图像的方便，希望一帧MRI图像的灰度主要由一个特定的成像参数决定，通过改变射频脉冲发射的幅度、宽度或脉冲时间间隔可突出成像参数中的一个或两个，其他参数被抑制，得到被突出参数的比照度图像，这一图像就是加权图像。例如图像灰度主要由T1决定就是T1加权图，主要由质子密度决定时就是质子密度加权图。90°脉冲后立即采集FID信号，FID信号正比与样品内质子平均密度，所得的MRI图像就是质子密度图像。等待一段时间后是T2*加权图像。自旋回波序列〔临床上最根本的序列〕构成，能标出T1，TE、TR时间段，说明各脉冲激发段所做的工作。1〕90°脉冲作用：M0倒向Y’轴，产生FID信号磁场的非均匀性：在XY平面散相

2〕180°脉冲作用：消除主磁场不均匀的影响。180°脉冲在t=TE/2时触发。这时由于T2弛豫，横向磁矩根本趋于0。180°脉冲后，横向磁矩发生关于x’轴的翻转，使原来落后最多的磁矩……。又经过TE/2时间，相位在前的磁矩……，实现了相位重聚，回波信号到达最大。3〕此时可从接收线圈中感应出一个射频信号形成自旋回波SE4〕自旋回波的峰值由T2决定，对T2*不敏感。5〕T1自由衰减时间；TE回波时间〔到达信号峰值，=2T1〕；TR：脉冲序列重复时间〔必须足够大〕TR长，TE短，仅与质子密度N相关，称为PD加权；TR短，TE短，与T1有关，小的呈高亮信号，大的呈低亮信号，称为T1加权；TR长，TE长，与T2有关，大的高亮，小的低亮。SEspinecho序列〔自旋回波序列〕的加权图像的构成特点。T1加权图：短的TE〔10~20ms〕和短TR〔300~600ms〕T2加权图：长的TE〔80ms〕和长TR〔2000ms〕质子密度PD加权图：短的TE〔20ms〕和长TR〔2000ms〕180度脉冲的作用。能使由于静磁场不均匀所造成的自旋去相位产生重聚IR〔反转恢复序列〕构成〔180-T1(90)-180〕，能标出T1，TE、TR时间段，说明各脉冲激发段所做的工作。自旋回波序列派生，即在之前加180°脉冲。T1为反转时间，TE为回波时间，TR为脉冲重复时间。T1参量用来抑制某组织的信号，增加图像的比照度。反转回波序列的特点：1〕T1比照最正确，明显高于SET1WI。2〕一次反转仅采集一个回波，且TR较长。3〕临床上T1WI，应用不广泛，主要用于增加脑灰白质之间的T1比照，对于儿童髓鞘发育研究有较高价值。IR序列可用于脂肪抑制〔STIR,不宜用于增强扫描〕或水抑制〔Flair〕，但由于时间长，现在多用快速反转恢复序列完成。IR序列的加权图像的构成特点在IR序列成像中，TI的长度决定了图像的T1比照度,TE选择较短的图像的T2比照成分较少，而TR那么要充分长〔2000ms以上〕，以保证在下一次180°反转脉冲开始前纵向磁化得到完全恢复。由于TR太长，因而IR序列扫描时间一般较长。质子密度加权图像：长Ti〔1800ms〕，短TE(10~20ms)，长TR〔2000ms以上〕T1加权图：中等Ti〔400~800ms〕，短TE(10~20ms)，长TR〔2000ms以上〕180度反脉冲后的-M0到M0，范围大，故IR可获得较大程度的T1加权成像T2加权图：〔长Ti，长TE，长TR〕短时反转加权图：短Ti〔150~175ms〕，短TE(10~20ms)，长TR〔2000ms以上〕使短T1组织的纵向磁化处于转折点，该组织的信号被完全抑制，主要用于抑制脂肪的短T1高信号流动衰减恢复图像：长Ti〔2000ms〕，短TE(质子密度加权图)或长TE〔T2加权图〕，长TR〔6000ms以上〕使长T1组织的纵向磁化处于转折点，该组织的信号被完全抑制抑制脑脊液〔含水组织〕的高信号梯度磁场作用及空间定位的方法〔选层、相位编码、频率编码〕梯度磁场：在垂直于所选定的断层方向上加一个线性梯度磁场，沿该方向的自旋核的共振频率就呈线性变化，而具有一定频率范围的RF脉冲信号就只能鼓励共振频率和RF频率一致的自旋核。梯度磁场远远低于静磁场。选层：以Ｚ轴横断面为例在主磁场Ｂ０上，沿Ｚ方向施加梯度磁场，Ｚ不同的地方，总磁场Ｂ不同，自旋核的共振频率也就不同，假设所加的RF脉冲的中心角频率w1为时，只有Z=Z1这一层断面的自旋核受到鼓励，这样就通过采用特定频率的RF脉冲对所需要的断层进行了选择。RF频率范围〔△ω〕越宽层越厚〔△z〕。相位编码：选层梯度之后，每个体素产生一个频率相同、相位相同的RF信号。这些信号是同时发出的，所以它们无法被区分开。沿Y方向施加一线性梯度场(时间很短,在选层梯度之后),那么沿Y方向的质子在进动相位上呈现线性关系。频率编码：在X方向叠加一线性梯度场，可使沿X向质子所处磁场线性变化,从而共振频率线性变化。K空间的根本概念和填充方法空间频率：指沿空间某一方向单位距离内波动的周期数，是矢量。又称为波数，以它为变量把时间t隐含到空间频率之中。其量纲为Hz·cm-1K空间是一个抽象的频率空间，是一个以空间频率为坐标轴的坐标系所对应的空间。把采集到的时域信号S(t)变换为空间域S(k)，此函数恰好是自旋核密度的傅里叶变换式。在K空间中，每一个点实际上是一个空位，这个空位只能存放具有相同空间频率的数据，数据的大小代表信号的强度。在MRI，每次采集到的是所有体素发出的信号之和。采集一次得到一个S(k)，形成一个数据点储存到MRI系统计算机上的一个区域内。K空间的性质：在K空间的中心局部，所对应的MR信号空间频率低、幅度大，主要形成图像比照度在K空间的外围局部，所对应的MR信号空间频率高、幅度大，主要形成图像分辨力光栅型扫描、EPI扫描〔应用最广〕、螺旋扫描→〔对称、循环填充〕快速自旋回波序列的扫描时间和K空间的填充特点；与多回波SE序列的区别。快速自旋回波序列FSE的扫描时间：Tr：重复周期Ny：相位编码次数NEX：重复测量次数ETL：一个周期内所获得的回波数概念：与多回波SE序列一样，一次RF激发后施加屡次180°脉冲，所不同的是每个回波对应不同的相位编码梯度，所以采集的信号对应一幅图像快速自旋回波序列的K空间填充特点：FSE序列中每个TR期间内获得几个彼此独立的相位编码数据，填充到同一个K空间中，所以形成一幅图像可使用较少的脉冲鼓励及较少的TR周期，从而减少扫描时间多回波SE序列：概念：在90°脉冲后施加相位编码，而后以特定的时间间隔连续施加多个180°脉冲，由此产生多个自旋回波，通过频率编码后采集信号，从而形成多个有一定间隔的自旋回波。相位编码梯度的幅度是固定的，每个回波填充到不同的K空间，得到多幅图像梯度回波序列〔临床上应用最广泛最成熟的快速扫描方法〕和自旋回波序列的主要区别〔三点〕。使用小于90°的α脉冲较短的重复时间使用反转梯度取代180°重聚脉冲梯度回波〔GRE〕序列加权图像的构成特点T1加权：大翻转角70°、短Te(5~10ms)、短TR(<50ms)T2加权：小翻转角5°~20°、长TE〔15~25ms〕、短TR〔<50ms〕质子密度加权：小翻转角5°~20°、短Te(5~10ms)、短TR〔<50ms〕回波平面成像EPI〔临床上应用中最快的成像方法〕快速成像的原理EPI其实是一种数据读出模式，对于单次鼓励EPI成像，在一次RF鼓励后，施加的读出梯度进行快速的往返振荡，梯度每反转一次就产生一个具有独立相位编码的梯度回波，直至采集完重建一幅MR图像所需的全部回波。了解快速成像序列的应用：弥散成像、灌注成像、功能性成像弥散成像：各分子热运动产生的扩散不同，导致去相位不同灌注成像：血流从动脉进入毛细血管再汇入到静脉的过程功能性成像：利用核磁共振对组织磁化特性的高度敏感来探究人脑功能磁共振血管成像的原理利用流动血液MR信号与周围静态组织MR信号的差异来建立图像比照度建立在流动效应突出血流信号的根底上一种无创性血管造影技术，不用造影剂评价MRI图像质量的主要指标〔信噪比、比照度、空间分辨力、伪影〕伪影：1〕主磁场不均匀伪影〔均匀场、屏蔽〕2〕梯度磁场伪影〔涡流补偿、线性校正〕3〕RF脉冲伪影〔串扰伪影、RF拉链、RF馈穿〕4〕运动伪影5〕磁敏感性伪影等〔镶牙等〕6〕化学位移伪影7〕混叠伪影信噪比的概念和影响信噪比的主要因素体素的信号强度S与单位时间的噪声电平σ之比1〕磁场强度：磁场强度↑，信噪比↑2〕RF线圈：RF线圈与物体的距离↓，信号强度↑；线圈敏感区域包含的组织↓，噪声幅度越↓3〕体素容积：体素容积↑，体素内自旋核的数目↑，MR信号的强度↑4〕翻转角：RF脉冲作用下纵向磁化偏离Z轴的角度，所以翻转角↑，MR信号↑，信噪比↑5〕重复时间：重复时间决定纵向磁化恢复的大小，所以TR↑，恢复↑，下次激励时横向磁化增大，信噪比↑6〕回波时间：延长TE，回波信号↓，信噪比↓7〕重复测量次数：NEX↑，信噪比↑放射性核素成像本章重点：放射性核素成像的特点，种类什么是放射性核素成像RNI〔radionuclearimaging〕，成像特点RNI：通过探测引入人体内的放射性核素直接或间接放射出γ射线，利用计算机辅助进行图像重建，从而对病灶进行定位和定性。主要技术：γ照相机、单光子发射型计算机断层〔SPECT〕、正电子发射型计算机断层〔PET〕。统称发射型计算机断层〔ECT〕。放射性核素成像的根本过程：〔1〕放射性核素或标记化合物的制备〔2〕将放射性显像剂引入体内〔3〕体外测定γ射线〔4〕数据处理〔5〕图像显示与储存成像的技术特点：〔1〕检测灵敏度高：可精确测出10-14～10-18g水平，一般化学方法难以比较。〔2〕测量简便且平安：由于引入人体内放射性核素的数量很少、生物半衰期极短、在体外进行的放射性检测灵敏度很高，且省去对被测物质的纯化或别离手续，所以核医学影像技术方便且平安。〔3〕功能性显像：影像清晰度主要由脏器或组织的功能状态决定，其成像取决于脏器或组织的血流，细胞功能，细胞数量，代谢活性和排泄引流情况等因素，而不是组织的密度变化〔与CT,MR,US不同：解剖学形态变化〕。〔4〕准确性高：微量示踪物，不干扰研究对象的正常生理、生化过程；〔5〕能获取定性、定量、定位的生物体内物质动态变化规律。核示踪剂的特点〔同位素、衰变发出γ射线〕和作用两个根本根据〔作用〕：示踪和辐射粒子同一元素的同位素有相同化学性质，在生物体内生物化学变化过程完全相同，生物体不能区别同一元素的各个同位素，可用放射性核素来代替其同位素中的稳定性核素。放射性核素衰变时发射γ射线，利用高灵敏度放射性测量仪器可对其标记物质进行精确定性、定量及定位测量。核素要求：1.能量适中：100～400KeV，一般临床应用50～500KeV太低易被机体吸收，探测效率低；太高准值效果差〔屏蔽困难〕，空间分辨率低2.半衰期适中：①T1/2尽可能短——减少辐射剂量；②核素在靶器官有适宜的存留时间，保障探测采集足够的数据；③显像后，放射性药物应尽快地从体内去除掉，减少辐射危害。3.易标记：适宜的化学价态和较强的化学活性。4.稳定性好：①化学结构稳定，不易发生分解、氧化复原等化学反响；②核素与化合物结合稳定，不因体内介质条件或生物活性物质的改变〔如酶作用〕而发生分解、变性和脱落；③对自身辐射作用耐受能力高。5.无毒害：核素的衰变产物应该是稳定产物。核示踪剂特点：〔1〕灵敏度高。〔2〕测量方法简便。〔3〕由于放射性示踪物质示踪量极少，不干扰机体正常生理生化过程，因此可用于生命活动过程的各个阶段。放射性制剂的性质决定于被标记的化合物。γ照相机原理和位置信号特点：快速、一次性成像，可动态可近态，可局部可全身。根本原理：注入人体的放射性核素发射出的伽玛射线首先经过准直器准直，然后打在碘化钠晶体上，碘化钠晶体产生的闪光由一组光电倍增管收集。任何一次闪烁均将在各个光电倍增管上产生不同的响应。每一个光电倍增管阳极输出的电流脉冲信号经前置放大器到电阻矩阵，可完成闪烁点的定位工作。响应的强弱与光电倍增管距闪烁点的位置有关，距闪烁点愈近，产生的响应愈强，将所有光电倍增管的响应加起来可以产生位置信号和能量信号。位置信号确定了闪烁事件发生的位置，能量信号确定那些闪烁事件该启辉，那些闪烁事件不该启辉。经过上述处理的信号成为一个计数被记录，一定时间累计后形成一幅人体放射性浓度分布的二维图像，即为一幅γ相机图像特点：γ照相机是一种快速显像设备，它不仅能提供静态图像，而且可提供动态图像，了解血流和代谢过程，是诊断肿瘤和循环系统疾病的重要设备。不需要探头移动，可一次成像效率高，特别是对低能量伽玛射线位置信号：①靠闪烁点近的光电倍增管输出光电信号较强，反之那么弱。②光电倍增管输出的位置信号同光电倍增管所处的位置有关，这是由电阻矩阵配置决定。③加在照相示波器水平和竖直偏转板上控制亮点位置。能量信号：每一个光电倍增管的电流都要经前置放大后分别通过四个电阻形成X+、X-、Y+、Y-的位置信号，此外四个位置信号还要在加法器中总和起来，再通过脉冲幅度分析器，选取需要的脉冲信号送到示波器的Z输入端，控制亮点的亮度，又称Z信号。SPECT成像原理及其采用的主要同位素，和γ相机比成像的优势ECT的本质：由在体外测量发自体内的γ射线技术来确定体内的放射性核素的活度。SPECT成像原理：体外用绕人体旋转〔步进式或连续旋转式〕的探测器记录脏器组织中放射性的分布，探头为围绕病人某一脏器进行180°或360°旋转的γ相机，如步进式探头在旋转时每隔一定角度〔2°~9°〕采集一帧图片，经计算机处理，将图像叠加，利用滤波反投影方法，从一系列投影像重建横断层影像。由横断层影像的三维信息再经影像重新组合可以得到矢状、冠状断层和任意斜位方向的断层影像。对于一些不完全角度投影可以采用迭代法〔OSEM〕重建图像。层厚：任意选定y1-y2衰减校正〔补偿组织对光子的衰减〕：平均衰减校正法、投射扫描校正法〔利用CT)单光子放射性核素：1.锝Tc-99m：γ90%;不伴有β辐射；能量140KeV(适合探测〕；T1/2=6.02h适合所有器官显像2.碘I-131：γ98%;668KeV(伴有β射线)；能量(偏高，探测效率低，分辨率差〕；T1/2=8.04h。适合于甲状腺、肾、肝、脑、肺、胆显像，功能测量和治疗常用能够标记放射性药物有：MIBI〔心肌显象〕；MDP〔全身骨显象〕；ECD〔脑血流显象〕SPECT的优势1.可以提供建立三维图像的信息，也可以建立任意方位的断层图像，为临床诊断提供了方便；2.SPECT在空间分辨力、定位的精确度、计算病变部位的大小和体积等远优于γ照相；3.图像受脏器大小、厚度影响大大低于γ照相，对一些深度组织的探测能力也显著提高；4.可进行量化诊断，对肿瘤等疾病的诊断率比γ照相有了大幅度提高；5.SPECT有利于发现早期的病变，这一方面明显优于X-CT和B超甚至MR。PET成像原理及其采用的主要同位素和主要优势主要同位素：11C、13N、15O、18F〔正电子药物〕成像原理：当人体内含有衰变产生正电子的核素〔18F、13N、15O、11C〕时，正电子在人体中很短的路程内〔约1.5mm〕即可和周围的负电子发生湮灭辐射，产生一对运动方向相反、能量均为0.511MeV的γ光子即双光子。PET正是用两个位置相对的探测器探测这一对γ光子来表征β+衰变的发生，对人体的脏器成像。符合探测：当两个探测器同时接收到光子时，符合电路会给出一个计数〔10-8s内〕。将探测器一对一对的用符合电路联结起来，每对探测器就给出一个投影数据，利用计算机按一定的方法〔如滤波反投影法〕对一系列投影数据进行处理可重建放射性同位素在人体断层上的活度分布。衰减校正：湮灭辐射发生地点对测量结果影响不大，且可得到精确校正。相比SPECT精度只有±25%~50%的粗糙校正，PET中两光子总行程是的，校正可事先由测得的待测区域外轮廓与相应的扫描路径确定下来，在重建前完成校正工作，精度可达±10%。PET的检测系统：早期〔六角阵列〕，现在〔多环结构〕。环：n；断层数据：2n-1。n-1个数据来自交叉符合计数。技术优势：定量评价在体组织的生理、生化功能PET所用的放射性制剂中的核素是构成人体生物分子的主要元素，理论上可显示机体的生理生化过程，因此有生化断层、生理断层、活体分子断层的称谓。由于采用了贫中子核素，半衰期极短，有“超短半衰期核素”之称，对人体的放射性剂量很小，在临床上可进行屡次给药、重复成像检查。PET采用了具有自准直的符合电路计数方法，省去了准直器，使灵敏度大为提高。使得放射性制剂用量大为减少，成像信号的信噪比大为提高。相对γ照相和SPECT图像质量更高，患者平安性更高。正电子发生电子对湮灭的距离只有1.5mm左右，因此PET图像空间分辨率较SPECT提高近10倍，可有效检出5~10mm病灶。由于衰减校正精确，PET便于做定量分析。多环检测技术可以获得大容积成像数据，从而可以进行三维图像重建。PET图像是构建融合所必备的条件。PET以功能及代谢显示为主，CT和MR的形态学信息精确，故PET/CT,PET/MR融合大大提高了图像诊断的综合技术水平。章后习题〔不要求6-12～6-14，6-16〕超声物理本章重点：超声波的特点，超声在介质中传播的特性，声波的多普勒效应，压电效应1.超声波的概念是一种高频机械波。它的声源振动频率超过20000Hz，最高可达1015Hz。诊断用超声波的频率在1MHz到100MHz之间，典型值为3.5MHZ。特点：频率高、波长短、方向性强、能量大、危害小纵波：拉压应力；横波：剪切应力纵波传播速度大于横波2．超声波在介质中的传播规律超声在介质中以直线传播，有良好的指向性〔探测的根底〕超声场特性：如果超声换能器的直径明显大于超声波波长，那么所发射的超声波能量集中成束状向前传播，这现象称为超声的束射性〔或称指向性〕。近场区：超声波束宽度与声源直径相近似，平行而不扩散，近似平面波，近场区内声强分布不均匀。声场中心轴线上声压幅值是随声程x的变化而变化。直径为D圆形晶片，向弹性介质辐射波长λ超声波，应有个n<D/2λ个极小值，m<(D-λ)/2λ+1个极大值。圆形晶片半径越大，超声频率越高，那么近场长度L越长，声压分布越不稳定。远场区：声波以某一角度扩散，声束不平行，声强分布均匀。声压p与声程x是按反比例减弱的。只有当x>5L时才较为明显。束射性：f越高，晶片直径D越大，那么近场长度L越大，扩散角θ越小，束射性↑。医学诊断要求超声束扩散角θ在±3.5°以下。声束聚焦：超声束截面积太大可使超声横向分辨力降低。实际应用希望焦点直径d小，焦距f大，但这是矛盾的。超声功率小于200W·m-2对人体无害。电子聚焦换能器。超声波在介质中的传播规律是否存在界面？以声阻抗为依据。超声波传播遵循几何声学原那么：直线传播；遇到界面发生反射和透射。反射和透射的条件：1〕界面的线度远大于声波波长；2〕介质的声阻抗在界面处发生突变，或称为“不连续”。根本依据：1〕能量守恒；2〕声压连续；3〕法向速度连续。即满足：；反射：反射系数：反射声压pr和入射声压pi之比。垂直入射时：1〕Z2>>Z1：rp=1，全反射；2〕Z1>>Z2：rp=-1，全反射，相位突变π，发生半波损失；3〕Z2=Z1：rp=0，全透射；4〕Z2<Z1：rp<0，反相。声强反射系数：分贝表示：全反射：探头的探测角度不超过±24°〔防止强度损失以及全反射〕；全反射对超声诊断无意义，应尽力防止。3.透射系数：；垂直入射时：1〕Z1>>Z2，tp→0，无透射而反射强烈；2〕Z1≈Z2，tp=1，全部透射；3〕Z2>>Z1，tp=2，反射强烈，出现驻波现象。超声在界面反射和透射只有垂直入射声强才能守恒。衍射和散射：当超声波波长与物体尺寸相当甚至更大时，发生衍射和散射。衍射：当超声波在传播过程中，遇到界面或障碍物线度与超声波长相近，超声绕过障碍物传播的现象。声影：由于障碍物线度较大，超声波不能完全绕过障碍物，在障碍物之后声波不能到达的空间称为声影。与波长相仿的病灶探测不到。〔因声波会绕过病灶，不形成明显反射回波〕但可存在反向散射以判断病灶性质。散射：当超声波在传播过程中，遇到界面或障碍物线度与超声波长相近，超声将会发生散射现象。当超声波遇到这些障碍物时，这些粒子又将成为新的波源而向四周发射超声，有一局部声能会偏离原来的方向。散射无方向性。散射波场：由障碍物引起的干预空间。散射程度：散射截面=散射功率/入射声强结论：1〕当d>>λ，散射不明显，主要是反射、折射，并有声影；2〕当d<<λ，散射明显，散射场强度均匀分布，与入射频率四次方反比；3〕当d≈λ，散射场强度分不复杂，表现为角分布。与入射频率四次方正比，与距离平方成反比。5.声波在介质中的衰减规律：衰减概念：声波在介质中传播时，声波声强随传播距离增加而逐渐减弱的现象衰减原因：1〕扩散衰减：声波能量分布改变造成的衰减。平方反比定律：结论：扩散衰减与波阵面形状有关，与介质特性无关2〕散射衰减：声波与散射中心屡次相互作用局部声能转化为热能散失3〕吸收衰减：声能转变为热能、内能等其它形式能量粘滞吸收：声波衰减的主要原因。相对运动内摩擦引起。热传导吸收弛豫吸收：建立一个新的平衡分配不是瞬时的需要过渡。介质吸收衰减规律：α为声强吸收系数。αp为声压吸收系数。有α=2αp。衰减系数：吸收衰减吸收和散射衰减系数；软组织对超声：0.81dB(cm·MHz)-1半价层H：强度衰减到一半时所传播的距离混响时间：声源停止发射后，声场中某点振动延续时间原因：1〕屡次反射；2〕固有振动；3〕介质本身不均匀性引起散射。6.声学谐波：当声强小时，介质比较符合线性关系；当声强大时，必须采用非线性声学理论。1〕波形畸变：频率越高振幅越大，非线性畸变越大2〕组织谐波：x=0幅度为零，x增大幅度增大。3〕气泡产生的谐波：空化效应〔声压为负产生气泡〕；瞬态破坏大〔声强大〕气泡产生的谐波比组织谐波强的多，含有气泡的介质非线性很强反射增强：为克服反射信号随着深度加深而衰减，对不同深度回波信号进行不同程度放大,部位越深信号放大倍数越大,使同种均匀介质不同深度回波信号强度根本相同。由于声波在液体介质中衰减较小，而在软组织中衰减相对较大，假设使软组织反射信号均匀一致那么液体介质中声波的回波信号比入射波信号强度大,即反射增强。7.声束通过薄层特征1〕Z1·Z3>>Z2：如Z2为软组织间的空气薄层→声束不能透射〔t=0〕；2〕d=λ2/2，λ2，3/2λ2，…，nλ2/4〔