1、复习提纲,填空题: 30分,每空2分 选择题: 15分，每题1分 简答题: 35分，5-6题 计算题: 20分（2-3）题,第二章,X射线的物理基础 X射线摄影技术成像原理和设备 X射线摄影技术的发展 数字减影血管造影 X射线摄影图像质量评价,第二章,X射线的物理基础,X射线的产生,X射线的五个性质,与物质的相互作用三个效应,X射线的产生,A: 金属阳极 C: 阴极灯丝,Uh: 低电压，加热灯丝，产生电子 Ua: 几万伏至几十万伏高电压，使电子加速撞向阳极,X射线的五个性质,穿透作用,荧光作用,电离作用,热作用,化学和生物效应,X射线在人体内的衰减,X射线的衰减程度与经过物质的厚度l和衰减系数
2、m有关,人体组织的密度,人体组织的厚度,人体组织衰减系数,人体各种组织、器官衰减程度存在差异,计算机X射线摄影技术(Computed Radiography, CR)数字X射线摄影技术(Digital Radiography, DR)成像板的特性,如何使用以及保存,如何擦除,数字减影血管造影(Digital Subtraction Angiography, DSA ),时间减影,能量减影,混合减影,对比度,就是有差异的程度,客体对比度,主体对比度,图像对比度,物体本身的 物理对比度,透射出人体的X射线的强度发生变化，形成了X射线对比度,图像各部分反差的大小，有差异的程度,对比度,客体对比度,主
3、体对比度,图像对比度,成像基础,成像的充分条件,成像的必要条件,不可见,可见,不锐度,用于衡量图像模糊程度的一项指标 图像模糊降低了小物体和细节的对比度和可见度,几何模糊,运动模糊,屏模糊,由于X射线源 尺寸大小引 起的,由于物体运动 引起的,由于检测器厚 度引起的,噪声,噪声：图像上观察到的亮度水平中随机出现的波动 广义上说，影像上任何妨碍观察者解释的像点均可作为噪声 通俗：图像中的“斑点”、“雪花” 常见噪声,高斯噪声,泊松噪声,椒盐噪声,噪声,采用信噪比(Signal to Noise Ration, SNR)来描述成像系统的噪声水平S为有用图像信号幅度，N是噪声幅度 信噪比越高，图像质
4、量越好,伪影,伪影：实际物体被扫描时，重建后的医学图像中出现的实物中不存在的成分 大大降低医学图像的可信度和准确性，降低医学图像的分辨率 会给医生的临床诊断带来困难，甚至会使医生做出错误的判断 主要是由设备和病患引起,伪影,设备伪影运动伪影金属伪影,第三章,X-CT的简单介绍 X-CT的工作原理 X-CT的发展 X-CT的成像原理 X-CT图像的后处理 X-CT图像的质量控制,X-CT的简单介绍,X射线计算机断层成像 X-ray Computed Tomography, X-CT,计算机,断层成像,X-CT的工作原理,工作流程,X射线管产生X射线,探测器捕获透射过人 体的射线,X射线管和对应的
5、检 测器 围绕着人体某一 平面,产生携带人体信息的投影数据,传送到计算机里获得图像,X-CT的工作原理,物理原理:利用了人体各组织对X射线的衰减程度不同 在实际工作中用CT值来说明人体各组织密度,mt表示传播介质的衰减系数，mwater表示水的衰减系数 CT值的单位是Hounsfield，简称为Hu,投影数据g,如何获得投影数据,沿着某一条投影线L计算L 经过的所有点(x, y)的密度 函数f(x, y)的线积分,如何获得投影数据-平行束,平行束投影线L公式是如何获得的？,证明：投影线L的方程可以写成,其中斜率a，截距b为,中心切片定理,中心切片定理内容：密度函数f(x, y)在某一方向上的投
6、影函数gq(s)的一维傅立叶变换函数Gq(r)是原密度函数f(x, y)的二维傅立叶变换函数F(r, q)在(r, q)平面上沿同一角度q且经过原点的直线上的值。,中心切片定理证明,极坐标转化,f(x, y)的二维傅立叶变换可表示为,极坐标转化,令u=rcosq ，v=rsinq,卷积反投影重建算法-实现,待重建图像的步长为=x=y 图像大小为NN 图像左下角像素标号设为(1,1)，右上角像素标号设为(N, N)，则坐标原点O标号为(N+1)/2, (N+1)/2) 投影数据的格式为180185,X射线方程为xcosq +ysinq =s S平面是探测器平面，它与X轴成q角度 将坐标原点O在探
7、测器平面上的垂足设为探测器的坐标原点,卷积反投影重建算法-实现,图像尺寸N，待求灰度值的点坐标为(X, Y)；已知投影数据角度，在该角度下共有185个投影数据,1. 计算坐标步长,2. 把像素标号转变为直角坐标系下的坐标,卷积反投影重建算法-实现,3. 经过点(x0, y0)的投影线为,4. 转换Sx的定义域,5. 插值计算,窗宽窗位调节,CT值 国际标准的定义：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 相对于水的衰减系数计算出来的相对值 单位是HUmw是能量为73keV的X射线在水中的衰减系数,P57,第四章,简要介绍 核物理基础 放射性核素断层成像原理,简要介绍,放射
8、性(Radioactivity),天然放射性,人工放射性,天然存在的放射性 核素所具有的放射 性,用核反应的办法所 获得的放射性,四个原子模型,汤姆逊模型,卢瑟福模型,玻尔模型,薛定谔模型,核素,同位素(Isotope) 具有相同质子数而质量数不同的核素 各种元素都有各自的同位素 化学性质基本相同，物理性质可能有很大不同 同量异位素(Isobar) 质量数相同而质子数不同的核素 同质异能素(Isomer) 质量数和质子数相同而处于不同能量状态的核素,核衰变,主要分为a衰变、b衰变和g衰变,核衰变,b+衰变 反应式为 e是正电子，即b+粒子 实际上是一个质子转化为一个中子和一个正电子的过程,核衰
9、变,b+衰变 正电子极易与周围的电子进行合并，发生湮灭放射出一对511keV 光子，方向相反且沿直线飞出,一般原理,放射性同位素 示踪计作用 追踪各种元素的新陈代谢途径 来源：反应堆、回旋加速器和放射性核素发生器,g相机成像,优点 不仅能提供静态图像，还能提供动态图像 具有丰富的功能信息 可以对人体某个部位成像，也可对全身成像 缺点 图像存在重叠，不能获得断层图像,第四章,SPECT, PET中文名,英文全称,PET成像原理,成像原理 放射性核素在进入人体之后，参与人体内的新陈代谢活动，发生b+衰变产生正电子 正电子发生湮灭放射出一对能量为511keV、方向相反且沿直线飞出的光子,第五章,简单
10、介绍 核磁共振现象 磁共振成像原理和成像设备 磁共振图像后处理技术,MRI的中文和英文全称,原子核的磁性,原子核的磁性 原子核可看成是具有一定质量与体积的均匀带电球体 原子核的自旋产生角动量，形成了绕核心旋转的环形电流 根据法拉第的电磁理论，环形电流在其周围产生磁场，因此原子核具有一定磁性,物质的磁性,物质,原子,磁性,磁性,顺磁性,逆磁性,铁磁性,核磁共振现象,核磁共振现象,核磁共振现象,核磁共振现象,弛豫过程,弛豫过程 可分为纵向弛豫和横向弛豫 纵向弛豫：纵向磁化向量M逐渐达到M0的过程 横向弛豫：横向磁化向量Mxy逐渐衰减为0的过程,磁共振图像重建,过程可分为以下四个阶段 激励阶段 空间
11、定位编码阶段 数据读出阶段 重建图像阶段,第六章,简单介绍 超声波的基本性质 超声波传播特性 多普勒效应 超声成像技术原理 超声图像的后处理和质量评价,超声波的基本性质,超声(Ultrasound, US) 一种高频机械波，振动频率超过20000Hz，最高可达1015Hz 人耳的听觉范围在2020000Hz之间，因此听不到超声波 诊断用超声频率在1MHz100MHz之间,超声波的基本性质产生,由电场作用引起材料内部正负电荷重心发生相对位移，使材料内部产生应力导致宏观几何形变，这种电能转变为机械能的效应称为电致伸缩效应,电致伸缩效应,超声波的基本性质产生,压电效应,某些各向异性的材料，在外部拉力
12、或压力的作用下引起材料内部原来重合的正负电荷重心发生相对位移，在相应表面上产生符号相反的表面电荷，即在机械力作用下产生了电场，这种机械能转换为电能的现象称为压电效应,反射与透射,全反射,水作探头与皮肤间夹层，临界角 7630,石蜡油作夹层，临界角 6710,实际应用中探头探测角度不超24,全反射现象对超声诊断无意义，应尽量避免。,减少信号强度损失,避免产生透射伪像及全反射现象,衍射与散射,超声波长与物体尺寸可以比拟甚至更大时，会发生衍射和散射现象 衍射 界面或障碍物线度与超声波波长相近时，超声绕过障碍物传播的现象,声波的多普勒效应,多普勒效应(Doppler effect),声源或接收体或两者
13、同时相对介质运动，接收频率发生变化的现象,多普勒频移的数学表示,多普勒频移公式 由多普勒效应引起的接收频率的变化称为多普勒频移,第一次多普勒频移,被血液颗粒散射超声波返回接收体 血液颗粒作为波源相对接收体运动,超声波射入血液颗粒 血液颗粒作为接收体相对波源运动,第二次多普勒频移,A型超声成像,对回波显示采用幅度调制 由探头定点发射获得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以及大小 一维的回波图像，只能反映局部组织的回波信息，不能获得二维图像 检查运动脏器时不稳定 临床已较少使用,M型超声成像,M型超声,纵轴表示脏器深度，横轴表示时间，构成活动曲线图,用辉度调制(brightn
14、ess modulation)方式显示超声回波,光点强弱代表幅度大小,以光点形式在显示器垂直扫描线上显示,M型超声成像,M型超声成像对人体中的运动脏器功能的检查具有优势,可进行多种心功能参数的测量,M型超声成像仍不能获得真正的二维解剖图像,不适用于静态脏器诊查,辉度调制式断面图像的形成,采用辉度调制式显示,光点强弱代表回波信号幅度大小, 快速移动探头发射声束逐次获得不同位置界面反射回波,B型超声成像(二维超声成像),B型超声成像原理图,辉度调制式断面图像的形成,B型和M型主要差别,M型帧扫描是与时间成线性关系慢变化 显示动态状况,B型帧扫描与声线实际位置严格对应 显示断面图像,辉度调制 探头固
15、定,辉度调制 声束运动,第七章,电离辐射的生物效应 医学照射的基本概念及防护要求 影像检查的防护 非电离性的电磁波和超声的防护,电离辐射的概念和种类,电离辐射 一切能引起物质电离的辐射总称 电离 将电子从基态激发到脱离原子,电离辐射的概念和种类,辐射剂量单位,放射性活度（radioactivity) 放射性元素或同位素每秒衰变的原子数，简称活度 SI单位是“S-1”，SI单位专名是贝可勒(Becquerel)，符号为Bq 照射剂量(exposure dose) 单位质量空气中产生的正离子或负离子的总电量 单位是伦琴,辐射剂量单位,吸收剂量(absorbed dose) 单位质量物质受辐射后吸收
16、辐射的能量 SI单位专名是戈，符号Gy 曾用名称拉德，符号为rad 当量剂量(equivalent dose) 乘上了适当的修正系数后的吸收剂量 比较不同类型辐射照射所造成的生物效应的严重程度或产生机率 国际制单位：希伏(Sv),电离辐射防护的基本原则,国际辐射防护委员会提出辐射防护的三项基本原则,正当化原则,防护最优化原则,剂量限值的应用原则,电离辐射防护的基本方法,电离辐射防护,外照射防护,内照射防护,电离辐射防护的基本方法,外照射防护,三大原则,时间防护,距离防护,屏蔽防护,影像检查的防护,六条一般性原则,非电离性的电磁波和超声的防护,非电离性的电磁波和超声的防护,非电离辐射是指波长大于 100 纳米的电磁波,其能量低，不能引起水和组织电离，故称为非电离辐射,包括光和电磁辐射，亦包括超声波,非电离辐射对人体的生物学效应与其物理特性有密切关系 来源于天然、日常生活用品或其它人为的发生源,非电离性的电磁波和超声的防护,电磁波危害人体的机理,热效应,非热效应,累积效应,非电离性的电磁波和超声的防护,电磁波的防护,一、使发射电磁功率较大、可能产生强电磁波的工作场所和设施尽量远离人群密集区,人群密集区,住宅,学校,运动场,
