1、医学图像处理医学影像成像原理医学图像处理医学影像成像原理第一页，共69页。医学图像处理医学影像成像原理医学图像处理医学影像成像原理医学3.1 X线成像原理线成像原理X线的本质：电磁辐射线的本质：电磁辐射常用常用X线诊断设备：线诊断设备：X线机、数字线机、数字X线摄影设备线摄影设备DSA、CR、DR和和X线计算机体层线计算机体层 X线线CT等。等。3.1.1 X线的特征线的特征3.1.2 X射线成像原理射线成像原理3.1.3 计算机计算机X线摄影线摄影CR3.1.4 直接数字化直接数字化X线摄影系统线摄影系统DR第二页，共69页。3.1 X 线成像原理X 线的本质：电磁辐射第二页，共6 9 页。
2、3.1.1 X线的特征线的特征X射线在电磁辐射中的特点属于高频率、波长短射线在电磁辐射中的特点属于高频率、波长短的射线的射线X射线的频率约在射线的频率约在3101631020 Hz之间，波之间，波长约在长约在1010-3nm之间之间 X线诊断常用的线诊断常用的X线波长范围为线波长范围为 第三页，共69页。3.1.1 X 线的特征X 射线在电磁辐射中的特点属于高频率、波3.1.1 X线的特征线的特征第四页，共69页。3.1.1 X 线的特征第四页，共6 9 页。3.1.1 X线的特征线的特征1.X射线的波粒二象性射线的波粒二象性X射线同时具有波动性和微粒性，统称为波粒二象性射线同时具有波动性和微
3、粒性，统称为波粒二象性。X射线在传播时，它的波动性占主导地位，具有频率射线在传播时，它的波动性占主导地位，具有频率和波长，且有干预、衍射等现象发生。和波长，且有干预、衍射等现象发生。X射线在与物质相互作用时，它的粒子特性占主导地射线在与物质相互作用时，它的粒子特性占主导地位，具有质量、能量和动量。位，具有质量、能量和动量。第五页，共69页。3.1.1 X 线的特征1.X 射线的波粒二象性第五页，共6 93.1.1 X线的特征线的特征2.X射线与物质间的相互作用射线与物质间的相互作用1X射线的穿透作用。射线的穿透作用。其贯穿本领的强弱与物质的性质有关其贯穿本领的强弱与物质的性质有关 第六页，共6
4、9页。3.1.1 X 线的特征2.X 射线与物质间的相互作用第六页，3.1.1 X线的特征线的特征2.X射线与物质间的相互作用射线与物质间的相互作用2X射线的荧光作用。射线的荧光作用。X射线是肉眼看不见的，但当它照射某些物质时，如磷、射线是肉眼看不见的，但当它照射某些物质时，如磷、铂氰化钡、硫化锌、钨酸钙等，能够使这些物质的原子处铂氰化钡、硫化锌、钨酸钙等，能够使这些物质的原子处于激发态，当它们回到基态时就能够发出荧光，这类物质于激发态，当它们回到基态时就能够发出荧光，这类物质称荧光物质。称荧光物质。医学中透视用的荧光屏、医学中透视用的荧光屏、X射线摄影用的增感屏、影像增强射线摄影用的增感屏、
5、影像增强器中的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。器中的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。3X射线的电离作用。射线的电离作用。X射线虽然不带电，但具有足够能量的射线虽然不带电，但具有足够能量的X光子能够撞击原子中轨光子能够撞击原子中轨道电子，使之脱离原子产生一次电离。道电子，使之脱离原子产生一次电离。电离作用也是电离作用也是X射线损伤和治疗的根底。射线损伤和治疗的根底。第七页，共69页。3.1.1 X 线的特征2.X 射线与物质间的相互作用第七页，3.1.1 X线的特征线的特征2.X射线与物质间的相互作用射线与物质间的相互作用4X射线的热作用。射线的热作用。X射线被物质吸收，绝大局部最终
6、都将变为热能，使物射线被物质吸收，绝大局部最终都将变为热能，使物体温升。体温升。5X射线的化学效应。射线的化学效应。X射线能使多种物质发生光化学反响。例如，射线能使多种物质发生光化学反响。例如，X射线能使照射线能使照相底片感光。相底片感光。6X射线的生物效应。射线的生物效应。生物组织经一定量的生物组织经一定量的X射线照射，会产生电离和激发，使细胞受射线照射，会产生电离和激发，使细胞受到损伤、抑制、死亡或通过遗传变异影响下一代，这种现象称为到损伤、抑制、死亡或通过遗传变异影响下一代，这种现象称为X射线的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗中。射线的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗
7、中。第八页，共69页。3.1.1 X 线的特征2.X 射线与物质间的相互作用第八页，3.1.2 X射线成像原理射线成像原理当高速带电粒子撞击物质受阻而突然减速时，能够产生当高速带电粒子撞击物质受阻而突然减速时，能够产生X 射线。射线。医学影像诊断所用的医学影像诊断所用的X线产生设备是线产生设备是X线管线管X-ray tube，球，球管。管。1X射线的产生射线的产生X射线的产生需要的根本条件是：射线的产生需要的根本条件是：1有高速运动的电子流；有高速运动的电子流；2有阻碍带电粒子流运动的障碍物靶，用来阻止电子的运动，有阻碍带电粒子流运动的障碍物靶，用来阻止电子的运动，可以将电子的动能转变为可以将
8、电子的动能转变为X射线光子的能量。射线光子的能量。第九页，共69页。3.1.2 X 射线成像原理当高速带电粒子撞击物质受阻而突3.1.2 X射线成像原理射线成像原理X射线的产生装置主要包括三局部：射线的产生装置主要包括三局部：X射线管、高压电源及射线管、高压电源及低压电源，如图低压电源，如图3.2所示。所示。第十页，共69页。3.1.2 X 射线成像原理X 射线的产生装置主要包括三局部3.1.2 X射线成像原理射线成像原理2.X射线人体成像射线人体成像使用使用X射线对人体进展照射，并对透过人体的射线对人体进展照射，并对透过人体的X射线信息进展采射线信息进展采集、转换，并使之成为可见的影像，即为
9、集、转换，并使之成为可见的影像，即为X射线人体成像。射线人体成像。1X射线影像的形成射线影像的形成 当一束强度大致均匀的当一束强度大致均匀的X射线投照到人体上时，射线投照到人体上时，X 射线一局射线一局部被吸收和散射，另一局部透过人体沿原方向传播。由于部被吸收和散射，另一局部透过人体沿原方向传播。由于人体各种组织、器官在密度、厚度等方面存在差异，对投人体各种组织、器官在密度、厚度等方面存在差异，对投照在其上的照在其上的X射线的吸收量各不一样，从而使透过人体的射线的吸收量各不一样，从而使透过人体的X射线强度分布发生变化并携带人体信息，最终形成射线强度分布发生变化并携带人体信息，最终形成X射线信射
10、线信息影像。息影像。X射线信息影像不能为人眼识别，须通过一定的采射线信息影像不能为人眼识别，须通过一定的采集、转换、显示系统将集、转换、显示系统将X射线强度分布转换成可见光的强度射线强度分布转换成可见光的强度分布，形成人眼可见的分布，形成人眼可见的X 射线影像。射线影像。第十一页，共69页。3.1.2 X 射线成像原理2.X 射线人体成像第十一页，3.1.2 X射线成像原理射线成像原理 人体不同密度组织与人体不同密度组织与X线成像的关系线成像的关系 第十二页，共69页。3.1.2 X 射线成像原理 人体不同密度组织与X 线成像3.1.2 X射线成像原理射线成像原理 人体不同厚度组织与人体不同厚
11、度组织与X线成像的关系线成像的关系 密度和厚度的差异是产生影像比照的根底，是密度和厚度的差异是产生影像比照的根底，是X线线成像的根本条件成像的根本条件第十三页，共69页。3.1.2 X 射线成像原理 人体不同厚度组织与X 线成像3.1.2 X射线成像原理射线成像原理2.X射线人体成像射线人体成像2X射线的采集与显示射线的采集与显示 医用医用X 射线胶片与增感屏射线胶片与增感屏 医用医用X射线胶片的主要特性是感光，即承受光照并产生化学反响，射线胶片的主要特性是感光，即承受光照并产生化学反响，形成潜影形成潜影latent image。经过对有潜影的胶片处理暗室处理：显影、定影等。使胶片经过对有潜影
12、的胶片处理暗室处理：显影、定影等。使胶片上的潜影转变为可见的不同灰度上的潜影转变为可见的不同灰度gray分布像。胶片感光层中分布像。胶片感光层中的卤化银复原成金属银残留在胶片上，形成由金属银颗粒组成的的卤化银复原成金属银残留在胶片上，形成由金属银颗粒组成的黑色影像。人体组织的物质密度高，那么吸收黑色影像。人体组织的物质密度高，那么吸收X射线多，在射线多，在X射射线照片上呈白影；反之，如果组织的物质密度低，那么吸收线照片上呈白影；反之，如果组织的物质密度低，那么吸收X射射线少，在线少，在X射线照片上呈黑影。射线照片上呈黑影。第十四页，共69页。3.1.2 X 射线成像原理2.X 射线人体成像第十
13、四页，3.1.2 X射线成像原理射线成像原理2.X射线人体成像射线人体成像2X射线的采集与显示射线的采集与显示 医用医用X 射线胶片与增感屏射线胶片与增感屏 医用医用X射线增感屏为荧光增感屏，其增感原理为增感屏上的荧射线增感屏为荧光增感屏，其增感原理为增感屏上的荧光物质受到光物质受到X射线激发后，发出易被胶片所接收的荧光，从而射线激发后，发出易被胶片所接收的荧光，从而增强对增强对X 射线胶片的感光作用。射线胶片的感光作用。主要目的是：在实际主要目的是：在实际X 射线摄影中，仅有不到射线摄影中，仅有不到10%的的X射线光子能直射线光子能直接被胶片吸收形成潜影，绝大局部接被胶片吸收形成潜影，绝大局
14、部X射线光子穿透胶片，得不到有射线光子穿透胶片，得不到有效的利用。因此需要利用一种增感方法来增加效的利用。因此需要利用一种增感方法来增加X射线对胶片的曝光，射线对胶片的曝光，以缩短摄影时间，降低以缩短摄影时间，降低X射线的辐射剂量。常采用的增感措施是在射线的辐射剂量。常采用的增感措施是在暗盒中将胶片夹在两片增感屏暗盒中将胶片夹在两片增感屏intensifying screen之间，然后之间，然后进展曝光。进展曝光。第十五页，共69页。3.1.2 X 射线成像原理2.X 射线人体成像第十五页，3.1.2 X射线成像原理射线成像原理2.X射线人体成像射线人体成像2X射线的采集与显示射线的采集与显示
15、 X射线电视系统射线电视系统X射线电视系统主要包括射线电视系统主要包括X射线影像增强器、光学图像分配系统、射线影像增强器、光学图像分配系统、含有摄像机与监视器的闭路视频系统与辅助电子设备。含有摄像机与监视器的闭路视频系统与辅助电子设备。X射线影像增强管是影像增强器的核心部件。射线影像增强管是影像增强器的核心部件。第十六页，共69页。3.1.2 X 射线成像原理2.X 射线人体成像第十六页，3.1.3 计算机计算机X线摄影线摄影CR 计算机计算机X线摄影线摄影Computed Radiography，CR是将是将X线透线透过人体后的信息记录在成像板过人体后的信息记录在成像板Image Plate
16、，IP上，经读取装置上，经读取装置读取后，由计算机以数字化图像信息的形式储存，再经过数字读取后，由计算机以数字化图像信息的形式储存，再经过数字/模拟模拟D/A转换器将数字化信息转换成图像的组织密度灰度信息，转换器将数字化信息转换成图像的组织密度灰度信息，最后在荧光屏上显示。其中，成像板是最后在荧光屏上显示。其中，成像板是CR 成像技术的关键。成像技术的关键。第十七页，共69页。3.1.3 计算机X 线摄影C R 计算机X 线摄3.1.3 计算机计算机X线摄影线摄影CR1.成像板成像板IP成像板成像板IP是使用一种含有微量素铕是使用一种含有微量素铕Eu2+的钡氟溴化合物结的钡氟溴化合物结晶制作而
17、成能够采集记录影像信息的载体，可以代替晶制作而成能够采集记录影像信息的载体，可以代替X线胶片线胶片并重复使用并重复使用2-3万次。万次。当透过人体的当透过人体的X线照射到线照射到IP板上时可以使板上时可以使IP板感光并形成潜影以板感光并形成潜影以记录记录X线影像信息。线影像信息。成像板的构造：成像板的构造：1外表保护层。外表保护层。2辉尽性荧光体层。辉尽性荧光体层。3基板支持体。基板支持体。4反面保护层。反面保护层。第十八页，共69页。3.1.3 计算机X 线摄影C R 1.成像板I P 第十3.1.3 计算机计算机X线摄影线摄影CR2.CR 系统成像的根本过程系统成像的根本过程 1影像信息的
18、采集：影像信息的采集：2影像信息的读取：影像信息的读取：与普通与普通X摄影相比较，摄影相比较，CR的优点是：的优点是：宽容度大，摄影条宽容度大，摄影条件易选择。件易选择。可降低投照辐射量：可降低投照辐射量：CR可在可在IP获取信息的根获取信息的根底上自动调节放大增益，最大幅度地减少底上自动调节放大增益，最大幅度地减少X线曝光量，降低线曝光量，降低病人的辐射损伤。病人的辐射损伤。影像清晰度较普通片高。影像清晰度较普通片高。对影像可对影像可进展后处理，对曝光缺乏或过度的胶片可进展后期补救。进展后处理，对曝光缺乏或过度的胶片可进展后期补救。可进展图像传输、存储。由于激光扫描仪可以对可进展图像传输、存
19、储。由于激光扫描仪可以对IP上上的残留信号进展消影处理，的残留信号进展消影处理，IP板可重复使用板可重复使用2-3万次。万次。第十九页，共69页。3.1.3 计算机X 线摄影C R 2.C R 系统成像的根3.1.4 直接数字化直接数字化X线摄影系统线摄影系统DR 直接数字化直接数字化X射线摄影射线摄影Digital Radiography，DR是在具有图是在具有图像处理功能的计算机控制下，采用一维或二维的像处理功能的计算机控制下，采用一维或二维的X射线探测器直接射线探测器直接把把X射线信息影像转化为数字图像信息的技术。射线信息影像转化为数字图像信息的技术。当前当前DR设备主要采用二维平板设备
20、主要采用二维平板X射线探测器射线探测器flat panel detector，FPD)，包括：，包括：1非晶态硅平板探测器非晶态硅平板探测器先经闪烁发光晶体转换成可见光再转换为数字信号先经闪烁发光晶体转换成可见光再转换为数字信号2非晶态硒平板探测器非晶态硒平板探测器 将将X线直接转换成数字信号线直接转换成数字信号第二十页，共69页。3.1.4 直接数字化X 线摄影系统D R 直接数字化X 射3.1.4 直接数字化直接数字化X线摄影系统线摄影系统DR3DR与与CR成像技术的比较成像技术的比较 第二十一页，共69页。3.1.4 直接数字化X 线摄影系统D R 3 D R 与C R3.2 X-CT成
21、像原理成像原理lX-CT与与X射线摄影相比较有很大区别，射线摄影相比较有很大区别，X射线摄影产生射线摄影产生的是多器官重叠的平片图像的是多器官重叠的平片图像lCT是用是用X射线对人体层面进展扫描，取得信息，经计算射线对人体层面进展扫描，取得信息，经计算机处理而获得重建图像，显示的是断面解剖图像，其密机处理而获得重建图像，显示的是断面解剖图像，其密度分辨力明显优于度分辨力明显优于X线图像，可以显著的扩大人体的检查线图像，可以显著的扩大人体的检查范围，提高病变的检出率和诊断的准确率范围，提高病变的检出率和诊断的准确率X射线平片与CT断层比照图 第二十二页，共69页。3.2 X-C T 成像原理X-
22、C T 与X 射线摄影相比较有很大区别3.2.1.X-CT成像技术lX-CTX-ray computed tomography,X-CT是运用扫描是运用扫描并采集投影的物理技术，以测定并采集投影的物理技术，以测定 X 射线在人体内的衰减射线在人体内的衰减系数为根底，采用一定算法，经计算机运算处理，求解系数为根底，采用一定算法，经计算机运算处理，求解出人体组织的衰减系数值在某剖面上的二维分布矩阵，出人体组织的衰减系数值在某剖面上的二维分布矩阵，再将其转为图像上的灰度分布，从而实现建立断层解剖再将其转为图像上的灰度分布，从而实现建立断层解剖图像的现代医学成像技术，图像的现代医学成像技术，X-CT成
23、像的本质是衰减系数成像的本质是衰减系数成像。成像。第二十三页，共69页。3.2.1.X-C T 成像技术X-C T X-r a y c o mp3.2.1.X-CT成像技术1.X-CT成像装置与流程成像装置与流程X-CT成像装置主要由成像装置主要由X线管、准直器、检测线管、准直器、检测器、扫描机构，测量电路、电子计算机、监器、扫描机构，测量电路、电子计算机、监视器等局部所组成的。视器等局部所组成的。X-CT成像流程是：成像流程是：X线线-准直器准直器-检测器检测器-转变电信号转变电信号-放大电信号放大电信号-转变为数字转变为数字信号信号-计算机系统计算机系统-存入计算机的存贮器存入计算机的存贮
24、器-编码编码-显示图像显示图像第二十四页，共69页。3.2.1.X-C T 成像技术1.X-C T 成像装置与流程第3.2.1.X-CT成像技术2.X-CT成像的数据采集与处理成像的数据采集与处理X-CT成像的数据采集是利用成像的数据采集是利用X线管和检测器线管和检测器等的同步扫描来完成的。检测器是一种等的同步扫描来完成的。检测器是一种X线光线光子转换为电流信号的换能器。子转换为电流信号的换能器。X-CT成像的数成像的数据采集根据据采集根据X-CT成像的物理原理进展的。成像的物理原理进展的。X线管发出直线波束 第二十五页，共69页。3.2.1.X-C T 成像技术2.X-C T 成像的数据采集
25、与3.2.2 X-CT 的扫描方式 CT的各种扫描方式中，单束的各种扫描方式中，单束平移平移-旋转方式、窄扇形束扫旋转方式、窄扇形束扫描平移描平移-旋转方式、旋转旋转方式、旋转-旋转旋转方式、静止方式、静止-旋转方式的共同旋转方式的共同点是都需要点是都需要X射线管和检测器射线管和检测器之间进展同步扫描机械运动。之间进展同步扫描机械运动。为满足人体动态器官的检查，为满足人体动态器官的检查，需要进一步提高扫描的速度，需要进一步提高扫描的速度，在静止在静止-旋转扫描模式根底上旋转扫描模式根底上开展出来的电子束扫描方式，开展出来的电子束扫描方式，没有机械运动，大大地提高了没有机械运动，大大地提高了扫描
26、速度扫描速度。第二十六页，共69页。3.2.2 X-C T 的扫描方式 C T 的各种扫描方式中，单3.2.2 X-CT 的扫描方式1.单束平移单束平移-旋转旋转T/R方式方式单束扫描是由一个单束扫描是由一个X射线管和一个检射线管和一个检测器组成，测器组成，X射线束被准直成笔直单射线束被准直成笔直单射线束形式，射线束形式，X射线管和检测器围绕射线管和检测器围绕受检体作同步平移受检体作同步平移-旋转扫描运动。这旋转扫描运动。这种扫描首先进展同步平移直线扫描。种扫描首先进展同步平移直线扫描。当平移扫完一个指定断层后，同步扫当平移扫完一个指定断层后，同步扫描系统转过一个角度一般为描系统转过一个角度一
27、般为1后再对同一指定断层进展平移同步扫后再对同一指定断层进展平移同步扫描，如此进展下去，直到扫描系统旋描，如此进展下去，直到扫描系统旋转到与初始值位置成转到与初始值位置成 180角为止，角为止，这就是平移旋转扫描方式这就是平移旋转扫描方式 单束平移-旋转方式 第二十七页，共69页。3.2.2 X-C T 的扫描方式1.单束平移-旋转T/R3.2.2 X-CT 的扫描方式1.单束平移单束平移-旋转旋转T/R方式方式这种扫描方式的缺点是射线利用这种扫描方式的缺点是射线利用率极低，扫描速度很慢，对一个率极低，扫描速度很慢，对一个断层扫描约需断层扫描约需 5分钟时分钟时 间，只适间，只适用于无体动器官
28、的扫描。用于无体动器官的扫描。单束平移-旋转方式 第二十八页，共69页。3.2.2 X-C T 的扫描方式1.单束平移-旋转T/R3.2.2 X-CT 的扫描方式2.窄扇形束扫描平移窄扇形束扫描平移-旋转旋转T/R方方式式窄扇形束扫描称为第二代窄扇形束扫描称为第二代CT扫描。扫扫描。扫描装置由一个描装置由一个X射线管和射线管和630个的检个的检测器组构成同步扫描系统。扫描时，测器组构成同步扫描系统。扫描时，X射线管发出角度为射线管发出角度为320的窄扇形的窄扇形射线束，射线束，630个检测器同时采样，并个检测器同时采样，并采用平移采用平移-旋转扫描方式旋转扫描方式。窄扇形束扫描平移-旋转方式
29、第二十九页，共69页。3.2.2 X-C T 的扫描方式2.窄扇形束扫描平移-旋转3.2.2 X-CT 的扫描方式2.窄扇形束扫描平移窄扇形束扫描平移-旋转旋转T/R方式方式这种扫描的主要缺点是：由于检测器这种扫描的主要缺点是：由于检测器排列成直线，对于排列成直线，对于X射线管发出的扇射线管发出的扇形束来说，扇形束的中心射束和边缘形束来说，扇形束的中心射束和边缘射束的测量值不相等，需校正，否那射束的测量值不相等，需校正，否那么扫描会因这种运动而出现运动伪影，么扫描会因这种运动而出现运动伪影，影响影响CT图像的质量。图像的质量。窄扇形束扫描平移-旋转方式 第三十页，共69页。3.2.2 X-C
30、T 的扫描方式2.窄扇形束扫描平移-旋转3.2.2 X-CT 的扫描方式3.旋转旋转-旋转旋转R/R方式方式 这种扫描称为第三代这种扫描称为第三代CT扫描，扫描装置由一个扫描，扫描装置由一个X射线管和射线管和由由250700个检测器或用检测器阵列排列成一个可个检测器或用检测器阵列排列成一个可在扫描架内滑动的严密圆弧形。在扫描架内滑动的严密圆弧形。X射线管发出张角为射线管发出张角为3045，能覆盖整个受检体的宽扇形射线束。，能覆盖整个受检体的宽扇形射线束。由于这种宽扇束扫描一次由于这种宽扇束扫描一次即能覆盖整个受检体，故即能覆盖整个受检体，故只需只需X射线管和检测器作射线管和检测器作同步旋转运动
31、。同步旋转运动。X线管旋转采样点检测器轨道检测器扇形X线束摄影区域旋转-旋转扫描方式 第三十一页，共69页。3.2.2 X-C T 的扫描方式3.旋转-旋转R/R 方3.2.2 X-CT 的扫描方式3.旋转旋转-旋转旋转R/R方式方式 这种扫描的缺点是：要对每个相邻检测器的接收灵敏度这种扫描的缺点是：要对每个相邻检测器的接收灵敏度差异进展校正，否那么由于同步旋转扫描运动会产生环差异进展校正，否那么由于同步旋转扫描运动会产生环形伪像。形伪像。X线管旋转采样点检测器轨道检测器扇形X线束摄影区域旋转-旋转扫描方式 第三十二页，共69页。3.2.2 X-C T 的扫描方式3.旋转-旋转R/R 方3.2
32、.2 X-CT 的扫描方式4.静止静止-旋转旋转S/R方式方式这种扫描称为第四代这种扫描称为第四代CT扫描方式，扫描装置由一个扫描方式，扫描装置由一个 X射射线管和线管和 6002000个检测器所组成。在静止个检测器所组成。在静止-旋转扫描方旋转扫描方式中，每个检测器得到的投影值，相当于以该检测器为式中，每个检测器得到的投影值，相当于以该检测器为焦点，由焦点，由 X射线管旋转扫描一个扇形面而获得。射线管旋转扫描一个扇形面而获得。静止静止-旋转扫描方式的优点是：每旋转扫描方式的优点是：每一个检测器上获得多个方向的投一个检测器上获得多个方向的投影数据，能很好地抑制宽扇形束影数据，能很好地抑制宽扇形
33、束的旋转的旋转-旋转扫描方式中由于检测旋转扫描方式中由于检测器之间差异所带来的环形伪影，器之间差异所带来的环形伪影，扫描速度与静止扫描速度与静止-旋转方式相比也旋转方式相比也有所提高。有所提高。检测器检测器X线管轨迹线管轨迹X线管线管静止-旋转扫描方式 第三十三页，共69页。3.2.2 X-C T 的扫描方式4.静止-旋转S/R 方3.2.2 X-CT 的扫描方式5.电子束扫描方式电子束扫描方式电子束扫描又称为第五代电子束扫描又称为第五代CT，扫描装置由一个特殊制造的大型，扫描装置由一个特殊制造的大型X射线管和静止排列的检测器环组成。这种机构在射线管和静止排列的检测器环组成。这种机构在5010
34、0ms内能内能完成完成 216的局部扫描的局部扫描。真空泵靶环扫描床电子枪电子束聚焦线圈偏转线圈X线束电子束扫描方式 第三十四页，共69页。3.2.2 X-C T 的扫描方式5.电子束扫描方式真空泵靶环3.2.3 螺旋螺旋CT工作原理工作原理 螺旋扫描是指在扫描期间，螺旋扫描是指在扫描期间，X线管连续旋转并产生线管连续旋转并产生X线束，同时线束，同时扫描床在纵轴方向连续移动，这样，扫描区域扫描床在纵轴方向连续移动，这样，扫描区域X线束进展的轨迹线束进展的轨迹相对被检查者而言呈螺旋运动，扫描轨迹为螺旋形曲线，这样可相对被检查者而言呈螺旋运动，扫描轨迹为螺旋形曲线，这样可以一次收集到扫描范围内全部
35、容积的数据，所以也称为螺旋容积以一次收集到扫描范围内全部容积的数据，所以也称为螺旋容积扫描。扫描。螺旋螺旋CT扫描装置包括探测器、扫描装置包括探测器、X线管滑环、机架与检查床、控制台与计线管滑环、机架与检查床、控制台与计算机。其中滑环技术是螺旋扫描的根底，螺旋扫描是通过滑环技术与扫算机。其中滑环技术是螺旋扫描的根底，螺旋扫描是通过滑环技术与扫描床的连续移动相结合而实现的。描床的连续移动相结合而实现的。第三十五页，共69页。3.2.3 螺旋C T 工作原理 螺旋扫描是指在扫描期间，X 线3.2.3 螺旋螺旋CT工作原理工作原理多层螺旋多层螺旋CT，又称多层，又称多层CT。它的构造特点是具备多排检
36、测器和多个。它的构造特点是具备多排检测器和多个数据采集系统。数据采集系统。螺旋扫描及层面投影 第三十六页，共69页。3.2.3 螺旋C T 工作原理多层螺旋C T，又称多层C T。它的3.2.3 螺旋螺旋CT工作原理工作原理多层螺旋多层螺旋CT扫描特点扫描特点：1降低降低X射线球管损耗。射线球管损耗。2扫描覆盖范围更长。扫描覆盖范围更长。3扫描时间更短。扫描时间更短。4扫描层厚更薄。扫描层厚更薄。第三十七页，共69页。3.2.3 螺旋C T 工作原理多层螺旋C T 扫描特点：第三十七3.3 MRI成像原理成像原理l磁共振成像magnetic resonance imaging,MRI是一多种特
37、征参数、多种靶位核素的成像技术。l磁共振成像根本原理是利用特定频率的电磁波，向外在磁场中的人体进展照射，人体内各种不同组织的氢核在电磁波的作用下会发生核磁共振，并吸收电磁波的能量，随后再发射出电磁波。第三十八页，共69页。3.3 MR I 成像原理磁共振成像ma g n e t i c r e s o3.3.1 磁共振现象磁共振现象l在磁场中旋转的原子核有一个特点，即可以吸收频率与其旋转频率一样的电磁波，使原子核的能量增加，当原子核恢复原状时，就会把多余的能量以电磁波的形式释放 出 来。这 种 现 象 称 为 磁 共 振 现 象(magnetic resonance，MR)。第三十九页，共69
38、页。3.3.1 磁共振现象在磁场中旋转的原子核有一个特点，即可以3.3.2 磁共振成像的原理磁共振成像的原理lMRI成像方法是将检查层面分成体素信息，用接收器收集信息，数字化后输入计算机处理，同时获得每个体素的T1值与T2值，用转换器将每个T值转为模拟灰度，而重建图像。当MRI应用于人体成像时，由于人体各组织与器官的T值不同，从而形成不同的影像。第四十页，共69页。3.3.2 磁共振成像的原理MR I 成像方法是将检查层面分成体3.3.2 磁共振成像的原理磁共振成像的原理MRI成像的指导思想是成像的指导思想是用磁场值来标定受检体共振用磁场值来标定受检体共振核的空间位置。核的空间位置。1层面的选
39、择层面的选择 将待测物体置于一均匀将待测物体置于一均匀磁场磁场B0中，设磁场方向是中，设磁场方向是Z轴方向，在均匀磁场的根轴方向，在均匀磁场的根底上，再叠加一一样方向底上，再叠加一一样方向的线性梯度场的线性梯度场GZ使磁感使磁感应强度沿应强度沿Z轴方向由小到大轴方向由小到大均匀改变均匀改变。XYXZB0GZ层面的选择 第四十一页，共69页。3.3.2 磁共振成像的原理MR I 成像的指导思想是用磁场3.3.2 磁共振成像的原理磁共振成像的原理2编码编码 编码是将研究的物体断层分为编码是将研究的物体断层分为假设干个体素，对每个体素标定假设干个体素，对每个体素标定一个记号，常用一个记号，常用nz
40、ny nx来标定来标定层面每个体素的标号。经过选片层面每个体素的标号。经过选片后取出层面的假设干个体素，由后取出层面的假设干个体素，由于整个层面处于一样的磁场中，于整个层面处于一样的磁场中，故每个体素中的磁矩在磁场中旋故每个体素中的磁矩在磁场中旋进的频率和相位均一样。进的频率和相位均一样。目前目前MRI使用的是频率与相位使用的是频率与相位二种编码方法。二种编码方法。XYXZB0GZ选片后层面的假设干个体素 第四十二页，共69页。3.3.2 磁共振成像的原理2 编码X Y X Z B 0 G Z 选片后3.3.2 磁共振成像的原理磁共振成像的原理3图像重建图像重建 经过选片、相位编码和频率编码，
41、可以对整个层面的体经过选片、相位编码和频率编码，可以对整个层面的体素进展标定。由于观测层面中的磁矩是在素进展标定。由于观测层面中的磁矩是在RF脉冲鼓励下旋脉冲鼓励下旋进，因此停顿进，因此停顿RF脉冲照射时，各体素的磁矩在回到平衡态脉冲照射时，各体素的磁矩在回到平衡态的过程中，磁矩的方向发生变化，在接收线圈中可以感应出的过程中，磁矩的方向发生变化，在接收线圈中可以感应出这种由于磁矩取向变化所产生的信号。这种感应信号是各个这种由于磁矩取向变化所产生的信号。这种感应信号是各个体素带有相位和频率特征的体素带有相位和频率特征的MR信号的总和。为取得层面各信号的总和。为取得层面各体素体素MR信号的大小，需
42、要根据信号所携带的相位编码和频信号的大小，需要根据信号所携带的相位编码和频率编码的特征，把各体素的信号别离出来，这一过程称为解率编码的特征，把各体素的信号别离出来，这一过程称为解码，由计算机完成。码，由计算机完成。第四十三页，共69页。3.3.2 磁共振成像的原理3 图像重建第四十三页，共6 93.3.2 磁共振成像的原理磁共振成像的原理2.人体的磁共振成像人体的磁共振成像氢核是人体氢核是人体MRI的首选核种。的首选核种。除了氢核密度可以作为成像特征信息外，人体不同组织的除了氢核密度可以作为成像特征信息外，人体不同组织的T1、T2值值也可以提供诊断依据。也可以提供诊断依据。人体组织的人体组织的
43、MR信号强度取决于该组织中的氢核密度及其信号强度取决于该组织中的氢核密度及其氢核周围的环境。氢核周围的环境。T1、T2反映了氢核周围环境的信息。换句话说，人体不同组反映了氢核周围环境的信息。换句话说，人体不同组织之间、正常组织与该组织中的病变组织之间氢核密度织之间、正常组织与该组织中的病变组织之间氢核密度、T1和和T2三个参数的差异及变化，是三个参数的差异及变化，是MRI用于临床诊断最主要的物理学依用于临床诊断最主要的物理学依据。据。第四十四页，共69页。3.3.2 磁共振成像的原理2.人体的磁共振成像第四十四页磁共振成像系统磁共振成像系统 磁共振成像系统主要由磁场系统、射频系统、图像重建系统
44、磁共振成像系统主要由磁场系统、射频系统、图像重建系统三大局部组成。三大局部组成。1.磁场系统磁场系统1静磁场。静磁场。2梯度磁场。梯度磁场。3场强与精度。场强与精度。2.射频系统射频系统1射频发生器。射频发生器。2射频接收器。射频接收器。第四十五页，共69页。磁共振成像系统 磁共振成像系统主要由磁场系统、射频3.4 超声波成像原理超声波成像原理产生超声波有两个必要条件：一是要有高频声源，产生超声波有两个必要条件：一是要有高频声源，二是要有传播超声的介质。在固体中，超声振动可以以二是要有传播超声的介质。在固体中，超声振动可以以纵波的形式传播，也可以以横波的形式传播；但在气体纵波的形式传播，也可以
45、以横波的形式传播；但在气体和液体中，因为介质没有切变弹性，超声只能以纵波的和液体中，因为介质没有切变弹性，超声只能以纵波的形式传播。由于这种特性，超声波在不同介质中传播时形式传播。由于这种特性，超声波在不同介质中传播时会产生波形的转换。会产生波形的转换。第四十六页，共69页。3.4 超声波成像原理产生超声波有两个必要条件：一是要有3.4 超声波成像原理超声波成像原理 医学上应用的超声成像是靠反射或散射回波来运载医学上应用的超声成像是靠反射或散射回波来运载生物信息的。超声回波运载信息主要包括三个方面：生物信息的。超声回波运载信息主要包括三个方面：大界面造成的反射波大界面造成的反射波小粒子所引起的
46、散射波小粒子所引起的散射波生物组织对声能吸收所导致的回波幅值衰减生物组织对声能吸收所导致的回波幅值衰减 第四十七页，共69页。3.4 超声波成像原理 医学上应用的超声成像是靠反射3.4 超声波成像原理超声波成像原理3.4.1 超声波的特性超声波的特性超声波的传播特性超声波的传播特性1方向性好。方向性好。2强度高。强度高。3对液体和固体的穿透力强。对液体和固体的穿透力强。4反射与折射。反射与折射。5衍射与散射。衍射与散射。6声波衰减。声波衰减。7超声多普勒效应。超声多普勒效应。衍射与散射示意图 反射与折射示意图 第四十八页，共69页。3.4 超声波成像原理3.4.1 超声波的特性衍射与散射示意3
47、.4 超声波成像原理超声波成像原理3.4.1 超声波的特性超声波的特性2超声波与物质作用的特性超声波与物质作用的特性1热作用机制热作用机制被组织吸收的超声波对分子产生作用会导致两种根本的结被组织吸收的超声波对分子产生作用会导致两种根本的结果：分子振动和转动能量可逆转性增加，使介质温度上果：分子振动和转动能量可逆转性增加，使介质温度上升。分子构造永久性地被改变升。分子构造永久性地被改变。2机械作用机械作用3超声空化作用超声空化作用4化学效应化学效应第四十九页，共69页。3.4 超声波成像原理3.4.1 超声波的特性第四十九页，共3.4 超声波成像原理超声波成像原理3.4.2 超声波的产生超声波的
48、产生常用的超声波检查使用脉冲振荡发射器与超声回波接收器一体装常用的超声波检查使用脉冲振荡发射器与超声回波接收器一体装置。置。1.压电效应压电效应医用超声波仪器主要采用压电式超声波发生器。医用超声波仪器主要采用压电式超声波发生器。2.超声波对人体的作用超声波对人体的作用1无反射型。无反射型。2少反射型。少反射型。3多反射型。多反射型。4全反射型。全反射型。第五十页，共69页。3.4 超声波成像原理3.4.2 超声波的产生第五十页，共63.4 超声波成像原理超声波成像原理3.4.3 超声波成像技术超声波成像技术超声波探测技术可以分为两大类，即基于回波扫描的超声超声波探测技术可以分为两大类，即基于回
49、波扫描的超声探测技术和基于多普勒效应的超声探测技术。探测技术和基于多普勒效应的超声探测技术。基于回波扫描的超声探测技术主要用于解剖学范畴的检测、了基于回波扫描的超声探测技术主要用于解剖学范畴的检测、了解器官的组织形态学方面的状况和变化。解器官的组织形态学方面的状况和变化。基于多普勒效应的超声探测技术主要用于了解组织器官的基于多普勒效应的超声探测技术主要用于了解组织器官的功能状况和血流动力学方面的生理病理状况，如观测血流功能状况和血流动力学方面的生理病理状况，如观测血流状态、心脏的运动状况和血管是否栓塞检查等方面。状态、心脏的运动状况和血管是否栓塞检查等方面。第五十一页，共69页。3.4 超声波
50、成像原理3.4.3 超声波成像技术第五十一页，3.4 超声波成像原理超声波成像原理3.4.3 超声波成像技术超声波成像技术1.脉冲回波检测技术脉冲回波检测技术基于回波扫描的超声探测技术是利用超声波在传播路线基于回波扫描的超声探测技术是利用超声波在传播路线上遇到介质的不均匀界面能发生不同频率与密度的回声上遇到介质的不均匀界面能发生不同频率与密度的回声波反射的物理特性来检测回波信号，并对其进展接收放波反射的物理特性来检测回波信号，并对其进展接收放大和信号处理，最后在显示器上显示超声检查图像。大和信号处理，最后在显示器上显示超声检查图像。目前，医生们应用的超声诊断方法有不同的形式，可分目前，医生们应
