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1、医学成像技术 -参考要点第二章：超声成像技术1.超声波的定义：一种在弹性介质中传播的频率较高的机械振动。 （频率范围 2x1041010Hz;医用频率范围 210MHz；重复频率 502000Hz）2.超声波的特性：具有声波的基本性质，但其频率高、波长短、成束传播，能量集中于束内，指向性好，具有类似于光线的一些特性，即束射性、明显的衍射性等。3.超声波的类型：连续波：一般为等幅正弦波，频率、幅度稳定；脉冲波：一般为阻尼衰减震荡波。4.超声场：充满超声的介质空间。描述超声场的物理量：声压：超声波在弹性介质中传播导致压强的周期性变化。声压级：L p=20 log(Pi/P0)声强度：在单位时间内通
2、过垂直于传播方向上单位面积的声能量。声强级：L i=10 log(Ii/I0)特性阻抗：表现超声在介质传播过程中发生的能量损耗，为声场中给定点的声强于质点速度的复数比。Z sp=P/V5.超声波在生物组织中的传播：在界面的发射和透射：反射原因：两种介质的声特性阻抗不同（相差大于 1%）反射能量大小取决于特性阻抗差大小。超声传播过程中，在两种介质的界面两侧必须服从两个边界条件：两侧的总压强相等和进边界的质点速度等于出边界的质点速度。反射系数 pt=Pr/Pi=(Z2cos i-Z1cos t)/(Z2cos i+Z1cos t)（与两介质特性阻抗差成正比） 为防止全反射，入射角 i45 o软组织
3、对超声的体散射：吸收过程：声能在作用位置被生物组织先后吸收，转化为其他形式的能量。散射过程：声能在作用位置上被重新辐射出去，但辐射波的振幅和波前指向等与入射波不同。超声在生物组织中的衰减和吸收：衰减原因：在传播过程中由于声束的扩散及散射等现象，使超声沿传播的方向能量逐渐减小；由于介质的吸收，将声能转换成热能等使声能逐渐减小。扩散衰减与波阵面形状有关，与特性阻抗差无关。水对超声的衰减非常小。超声诊断中，其分辨率随频率的增加而提高。6.超声波的发射和接收：发射：压电效应；接收;逆压电效应。接收到回波吼，为测定超声波在反射界面上的损失强度，消除吸收衰减对回波的影响，必须对回波进行放大。放大程度于吸收
4、衰减程度成比例。7.A 型超声诊断仪：图像直观性差，不能给出体内脏器、病灶的图像显示。 探头定点发射获得的回波所在位置可测得人体脏器的厚度，病灶在人体组织中的深度及病灶大小。重复频率越高，显示亮度越亮，但探测深度减小。8.B 型超声诊断仪：辉度调制。探头发射的声束在水平方向是以快速电子扫描的方法逐次获得不同位置的深度方向所有界面的反射回波。工作原理：回波加在电子枪的阴极或控制级上，利用回波产生的电信号改变阴、栅的电势差，从而改变阴极发射电子的数量，达到控制荧光屏上光点辉度的目的。9.M 型超声诊断仪：显示的图形是由运动回波信号对显示器扫描线进行辉度调制，并按时间顺序展开而获得一维空间多点运动时
5、序图。适用于运动脏器的诊断，可构成运动目标在不同时间的运动轨迹图。工作原理：于 B 型类似。但深度扫描信号输入显示器的垂直偏转板 y，时间慢扫描信号输入显示器的水平偏转板 x。10.C 型超声诊断仪：为解决 B 型超声诊断仪不能显示水平解剖图像的不足。11.M 型与 A 型比较：M 型的深度扫描信号不是加到 x 偏转板而是加到 y 偏转板上，于是扫描线自上而下扫描。M 型接收的回波信号加到栅极，有回波信号时不是显示波形而是显示亮点。M 型增加时间慢扫描信号加到 x 偏转板上，垂直扫描线自左向右形成二维图像。12.M 型与 B 型比较：相似处：回波加到栅极上调制光点亮度。深度扫描信号加到 y 偏
6、转板，自上而下扫描，各亮点距离表示界面的深度。区别：B 型在 x 偏转板加的电压与换能器位置相对应，当换能器在人体表面移动时，显示屏的垂直扫描线，相应地自左向右移动。于是线上代表界面位置和特征的亮点就可横向连成曲线，勾画出体内某一组织的切面轮廓。B 型主要用于：腹腔及胸腔内脏器（不含心脏）检查。M 型主要用于：心脏运动观测，胎心及一些动脉血管的搏动。13.超声多普勒成像：定性分析：发射器与接收器相互分离运动，接收频率 ff 0。超声多普勒血流计：发射器发射，由血液接收的频率f1=f0(C+Vcos)/C再由血液发射，接收器接收的频率f2=f1C/(C+Vcos)=f 0(C+Vcos)/(C-
7、Vcos)故频移 f D=f2-f0=2 f0Vcos/C若 V 反向，则 f D=-2 f0Vcos/C连续多普勒：理论上最大流速测值无限制性，但缺乏空间分辨能力。脉冲多普勒：能进行疾病的定位诊断和血流的定量测定，但最大流速测值受限，位置信息进度精度不高。第三章：X 射线成像技术1.电离辐射的生物效应：是一种能量的传递过程，辐射的部分能量为被照物所吸收，从而引起其内部发生各种物理的、化学的、生物的变化，并从临床症状表现出来。具体分为躯体效应和遗传效应。2.电离辐射与普通光电辐射的基本区别在于：电离辐射具有足够的能量引起电离，并与被照体细胞组织、体液等相互作用，引起物质的原子激发或电离，因而可
8、以直接使机体内某些大分子结构受破坏，甚至直接损伤细胞的结构。3.电离辐射飞防护：为防止或减少体内受到的内照射，必须尽可能切断放射物质进入人体的各种途径，减少放射性核素进入体内的一切机会。外照射防护的基本措施是缩短接触放射源的时间，增大离开放射源的距离和采取适当的屏蔽措施。4.X 射线的产生：产生 X 射线的两个基本条件：高速运动的粒子流；适当的阻止粒子流运动的障碍。连续辐射：高速带电粒子在靶物质的原子核电场作用下，改变运动方向和速度所损失的动能中一部分转化为能量等于 hv 的光子辐射出去。 （辐射的光子具有连续的能量分布）hvmax=eV , min=C/ vmax=hC/eV , 带值得 m
9、in=12.4/V(kv)故连续辐射的 X 射线波长由管电压 V 决定。特性辐射（标识辐射）：高速电子于原子内层电子相互作用，而将内层电子轰击使原子呈不稳状态。当具有较高势能的外层电子填补内层电子的空位时，就要释放多余能量。标识辐射的 X 射线波长由跃迁电子能量差决定。5.X 射线的基本特性：物理特性：穿透作用、荧光作用、电离作用；化学特性：感光作用、脱水作用；通过物质被吸收所产生的各种效应：光电效应、康普顿散射、电子对的产生。6.X 射线的量与质：常用管电流和管电压来描述。量：X 射线束内的光子数量。 质：X 射线光子的能量。X 射线强度 I=N ihvi=N1hv1+N2hv2+管电流增大
10、，N 增大；管电压增大，hv 增大。7.X 射线对人体的穿透能力：用硬度描述。硬度越大，穿透力越强。密度越大的组织，对X 射线的吸收越多。8.实用 X 射线的产生条件：具有一个电子源(阴极)：用以发射电子；具有一个受电子轰击而辐射 X 射线的物质( 阳极)；为加速电子，在阳、阴极之间加上较高的电压，是电子在强电场作用下被加速，获得电场能；为使高速电子在加速中部受气体分子阻挡而损耗能量，同时保护阳极不被氧化，阴极及靶内必须处于机械强度较高的抽真空的 X射线管内。9.X 射线机的分类：10.X 射线机的组成：主机（电源箱、控制台、高压发生器、X 射线管）和外设(荧光屏、增感盒、遮光器、滤线器)X
11、射线管对电路结构的要求：可以改变管电流的装置（由灯丝电压控制） ；管电压可变的装置、可控制 X 射线曝光时间的装置。为使阴、阳极不相互变换，必须对管电压进行整流。11.X 射线机采用的滤线设备：避免原发 X 射线进入人体组织后产生的续发射线对胶片影像的影响。 遮光器：调节 X 射线照射的视野定位。 集光筒：与遮光器作用相同，主要差异是照射视野不可调节。 滤线器：直接减少续发射线。 原发 X 射线 越短（管电压越高） ，强度越大（管电流越大） ，散射线越多，受到散射的面积越大越厚，对照片质量的影响也越严重。12.X 射线透视：利用各组织器官对 X 射线的吸收不同。优点：方便、简单、便宜。局限：被
12、检者和医生不可避免地要接受 X 射线剂量；不能留下客观记载；所观察的影像是经两次影像转换的，较细微解剖结构影像变得模糊不清，甚至观察不到。影像增强器：增强荧光屏上光点的亮度。意义在于使间接摄影及电视观察成为可能。产生亮度增益的原因：由于电子在静电场中被加速，增加了能量使输出屏能激发更多的可见光子，产生了通量增益；由于输出屏尺寸小于输入屏，从而增加了光密度，产生了缩小增益。 总亮度增益等于两者之积。医用 X 射线电视：对信噪比和分辨率的要求比一般电视高；对成像具有良好的调制传递函数。 13.普通 X 射线摄影：与 X 射线透视的区别：不能直接在现场观察，需在暗室进行显影、定影处理；形成的影像与透
13、视影像的明暗恰好相反。如透视影像在荧光屏上骨骼是暗的，而摄影胶片上骨骼是明亮的。合格的 X 射线照片的条件：照片能表示出足够的能为肉眼识别的适当密度；具有能分辨出 X 射线吸收差异的适当对比度；能反映被照体细节，保持良好的明锐度；能保持被照体的原有形态，具有较小的失真度；摄影部位的质量、位置选择符合临床要求。14.X 射线造影检查：引入造影剂，认为造成器官与周围组织的密度、原子序数上的差异。15.静电 X 射线摄影：操作简便、速度快，不消耗银。16.常规 X 射线断层摄影：必须满足的 3 个条件：X 射线管的焦点与胶片必须作方向相反的匀速运动；X 射线管的焦点、金属杆的支点及胶片中心三者始终在
14、同一直线上；X 射线管焦点到支点的距离与支点到胶片中心的距离比值恒定不变。直线式常规 X 射线断层摄影工作原理：如图示，在曝光时间内， X 线源沿水平方向由 S1S2，同时底片由左右，水平地保持一定速度移动，由图可见，需要研究的剖面如果和轴心在同一水平面上，那么 P 在胶片上的像点位置就始终不变，同一剖面另一像点 R 的位置始终处于胶片左端 1/5 长度的位置，但不在此剖面的 Q 点，在胶片上的像点却占据从胶片的右端到左端的位置上，即 Q 的像点比 P 像点模糊得多，这样就可在胶片上获得 PR剖面的清晰断面影像 证明： 两支点在同一剖面上 S 1S 2S1P/S1P1=PR/P1R1=S2P/
15、S2P2=PR/P2R2 R 1P1=R2P2且 P1、P2 在胶片中心位置不变R 点的影像即 R1R2 位置也不变，即可获得清晰的断层图像。17.X-CT 与普通 X 射线摄影比较：18.X-CT 原理：让一束 X 射线透射待研究物体，同时使这个 X 射线源相对待测物体旋转，得到不同角度的投影像。每个投影像透视物体各片层信息的综合。在利用计算机将这些综合信息的数据加以分析，得到每一片层的数据。最后将这些数据分别加以重建，即得到每层的图像。19.X-CT 图像重建：空间分辨率：只区分距离很近的两微小体的能力。它主要取决于探测器尺寸的大小，尺寸越小，空间分辨率越高。反映物质密度差异大小的能力。空
16、间分辨率、密度分辨率、噪声以及 X 射线剂量相互制约。20.X-CT 扫描装置的扫描方式：单束扫描：单光源、单探测器，两者同步直线扫描，并在旋转 1800后，完成扫描。特点：散射引起的噪声小，采集数据时间长，旋转期间不采集数据。窄角扇束扫描：采用扇形 X 射线束和多个检测器，平移加旋转进行数据采集。特点：数据采集时间长，采集是间断进行的。广角扇束扫描：单 X 射线管和扇形线管、多个探测器，旋转采集数据。特点：连续数据采集、射线源和检测器不用平移，采集速度慢。 扇束扫描：多个检测器组成固定的环形检测器阵列，单 X 射线管在检测阵列内侧圆周旋转运动。特点：数据采集时，检测器及电子线路不必旋转，采集速度慢。 态空间重建机：半圆形的 X 射线管阵列及对应的检测阵列，完全
