《医学影像物理学》1_9章课后习题答案

.wd.第一章 X射线物理1-1 产生X射线需要哪些条件答：这个题目实际上把高速电子轰击靶产生X射线这一事实在条件上予以明确。首先要有产生电子的阴极和被轰击的阳极靶，电子加速的环境条件即在阴极和阳极间建设电位差，为防止阴极和阳极氧化以及电子与中性分子碰撞的数量损失，要制造压强小于的真空环境，为此要有一个耐压、密封的管壳。1-2 影响X射线管有效焦点大小的因素有哪些 答：影响有效焦点大小的因素有：灯丝大小、管电压和管电流、靶倾角。1-3 在X射线管中，假设电子到达阳极靶面的速度为1.5ms-1，求连续X射线谱的最短波长和相应的最大光子能量。答：此题的思路是由动能公式求出电子的最大动能，此能量也是最大的光子能量，从而求出最短波长。但当速度可与光速c=3ms-1相比照时，必须考虑相对论效应，我们可以用下面公式求出运动中电子的质量此题的结果告诉我们，管电压为73.8KV。反过来，如果知道管电压，求电子到达阳极靶外表的电子速度时，同样需要考虑相对论效应。1-4 下面有关连续X射线的解释，哪些是正确的A连续X射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果；B连续X射线是高速电子与靶物质的原子核电场相互作用的结果；C连续X射线的最大能量决定于管电压；D连续X射线的最大能量决定于靶物质的原子序数；E连续X射线的质与管电流无关。正确答案：B、C、E1-5 下面有关标识X射线的解释，哪些是正确的A标识X射线是高速电子与靶物质轨道电子相互作用的结果；B标识X射线的质与高速电子的能量有关；C标识X射线的波长由跃迁电子的能级差决定；D滤过使标识X射线变硬；E靶物质原子序数越高，标识X射线的能量就越大。正确答案：A、C、E1-6 影响X射线能谱的因素有哪些答：电子轰击阳极靶产生的X射线能谱的形状归一化后主要由管电压、靶倾角和固有滤过决定。当然，通过附加滤过也可改变X射线能谱的形状。1-7 影响X射线强度的因素有哪些答：X射线在空间某一点的强度是指单位时间内通过垂直于X射线传播方向上的单位面积上的光子数量与能量乘积的总和。可见，X射线强度是由光子数目和光子能量两个因素决定的。影响X射线强度量与质的因素很多，主要有：增加毫安秒，X射线的质不变、量增加，X射线强度增加；增加管电压，X射线的质和量均增加，X射线强度增加；提高靶物质原子序数，X射线的质和量均增加，X射线强度增加；增加滤过，X射线的质增加、但X射线的量减少，X射线强度减少；增加离X射线源的距离，X射线的质不变，X射线的量减少，X射线强度减少；管电压的脉动，X射线的质和量均减少，X射线强度减少。1-8 原子放出X射线前是静止的，为了保持活动不变，当它发射X射线时，原子经历反冲。设原子的质量是M，X射线的能量为h，试计算原子的反冲动能。答：此题的关键在于利用X射线的动量和能量的关系：。根据动量守恒，可知：这样，原子的反冲动能1-9 X射线摄影中，光电效应和康普顿效应对影像质量和患者防护各有何利弊答：诊断放射学中的光电效应，可从利弊两个方面进展评价。有利的方面，能产生质量好的影像，其原因是：不产生散射线，大大减少了照片的灰雾；可增加人体不同组织和造影剂对射线的吸收差异，产生高比照度的X射线照片，对提高诊断的准确性有好处。钼靶乳腺X射线摄影，就是利用低能X射线在软组织中因光电吸收的明显差异产生高比照度照片的。有害的方面是，入射X射线通过光电效应可全部被人体吸收，增加了受检者的剂量。从全面质量管理观点讲，应尽量减少每次X射线检查的剂量。康普顿效应中产生的散射线是辐射防护中必须引起注意的问题。在X射线诊断中，从受检者身上产生的散射线其能量与原射线相差很少，并且散射线比照对称地分布在整个空间，这个事实必须引起医生和技术人员的重视，并采取相应的防护措施。另外，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。1-10 0.5cm的铝将单能X射线强度衰减到46.7%, 试求该光子束的HVL。答：此题是衰减规律的简单应用。根据衰减规律，可知：，从而求得线性衰减系数1.523cm-1再根据半价层HVL与线性衰减系数的关系：，得：HVL=0.455cmAl1-11 质量衰减系数、质能转移系数和质能吸收系数三者间的区别和联系假设何答：X射线光子与吸收物质发生相互作用时，一般情况下，光子的一局部能量以散射辐射的方式从吸收体中辐射掉，另一局部转化为高速电子或正电子的动能。质量衰减系数表示入射X射线与物质相互作用的总概率，它包括所有可能发生的相互作用的概率之和。质能转移系数表示相互作用过程中光子能量转移给带电粒子的那局部份额的总和。不过，由于光核反响及其它一些过程的发生概率很小，因而带电粒子的能量主要来自光电效应、康普顿效应和电子对效应三个主要过程。传递给带电粒子的能量，其中又有一局部转移成韧致辐射。质能吸收系数表示扣除韧致辐射后，光子交给带电粒子的能量用于造成电离、激发，从而真正被物质吸收的那局部能量所占的份额。在数量上它们之间的关系为：， ， 1-12 入射光子的能量为, 散射角为,试求散射光子的能量。并分析低能入射和高能入射光子在90方向上光子散射的情况。电子的静止能量为。答：由能量守恒和动量守恒，可得，散射光子能量为：为入射光子能量h和电子的静止能量的比值，=0.511MeV。当时，。由于，故=0.511MeV，这说明，不管入射X射线光子的能量有多高，散射光子的能量最大不超过0.511MeV。1-13 X射线在物质中的衰减规律的适用条件是什么答：的适用条件是：单能、窄束、均匀物质。1-14 假设空气中各组分的质量百分比为氮75%，氧23.2%，氩1.3%，试计算在能量为20keV光子作用下，空气的质量衰减系数。氮、氧、氩的质量衰减系数分别为0.36、0.587、和8.31()。答：根据混合物或化合物的质量衰减系数公式：来计算。空气的质量衰减系数为： =0.360.75+0.5870.232+8.310.013 =0.514(m2/kg)第二章 X射线影像2-1 X射线信息影像形成的阶段是AX射线透过被照体之后 B.X射线照片冲洗之后CX射线到达被照体之前 D.在大脑判断之后答：X射线到达被照体之前，不具有物体信息。X射线透射出被照体时，由于被照体对X射线的吸收衰减，使透射出的X射线强度产生不均匀分布，由此形成X射线信息影像。正确答案：A2-2X射线照片图像形成过程中，起作用的是A.X射线的穿透作用B.X射线的荧光作用C.被照体对X射线吸收衰减的差异D.X射线的光化学作用答：由于X射线具有穿透作用，且不同的物体组织对X射线的吸收衰减不同，使透射出物体组织的X射线强度分布不均匀，携带了物体组织的信息，当其投照到胶片上后，X射线的光化学作用使胶片形成潜影。但因X射线的光化学作用使胶片形成潜影的效率较低，利用X射线荧光作用的增感屏得到广泛使用。在增感屏/胶片系统中，胶片潜影的形成，来自X射线光化学作用的奉献缺乏10%，其余为X射线的荧光作用使增感屏发出的荧光的奉献。正确答案：A、B、C、D2-3 关于X射线照片图像的形成，正确的说法是AX射线透过被照体之后的透射线和散射线，照射到胶片上形成照片图像BX射线照片图像是X射线被被照体吸收与散射后形成的CX射线照片图像是利用了X射线的直进性DX射线胶片承受到的散射线不形成图像答：由于被照体对X射线的吸收衰减，使透射出的X射线强度产生不均匀分布，由此形成X射线信息影像，散射线对透射过被照体的X射线的强度分布规律没有影响，因此，散射线不形成影像，只能给照片带来灰雾。正确答案：B、C、D2-4 关于密度的定义，正确的说法是A.密度为胶片乳剂膜在光的作用下致黑的程度B.密度是由胶片乳剂曝光后，经冲洗复原出来的银颗粒沉积而形成的C.银颗粒沉积越多的地方，照片越黑，密度越高；反之亦然D.密度值用照片阻光率的常用对数表示答：胶片感光层是感光灵敏的乳胶体薄层，在乳胶体中均匀地分布着卤化银微颗粒。X射线照射过的胶片，经过显影、定影后，胶片感光层中的卤化银被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。胶片变黑的程度称为照片光密度D式中I0是投照在胶片上曝光点的光强，I是曝光点的透射光强。越大，表示该曝光点吸收光的能力越大阻光能力强，也被称为阻光率，胶片经冲洗复原出来的银颗粒沉积越多，照片越黑，光密度越大高。正确答案：A、B、C、D2-5 均匀X射线透过被照体之后，形成的X射线强度分布变化，称为A客观比照度 B主观比照度 C图像比照度 DX射线比照度答：强度均匀的X射线投照到人体，由于人体存在客观比照度人体各种组织、器官间天然存在的密度、原子序数及厚度的差异，对X射线衰减不同，使透射出人体的X射线强度分布发生了变化，这种X线强度的差异，称为X射线比照度不可见的X射线信息影像，这是一种主观比照度。X射线照片上相邻组织影像的光学密度差，称为图像影像比照度。图像比照度依赖于被照体不同组织吸收所产生的X射线比照度，以及胶片对X射线比照度的放大结果。正确答案： B、D2-6 关于图像比照度，正确的说法是A为提高乳腺组织各层次的比照，应选用软X射线B骨骼图像所以有很高的图像比照度，是因为组成骨骼元素的原子序数高C离体的肺组织图像，应具有很高的图像比照度D消化道必须通过比照剂，才能形成良好的图像比照度E高千伏摄影的照片，图像比照度均偏低答：脂肪与软组织之间的物质密度差异不大，只有应用软X射线才能使它们显出光密度稍有不同的影像。组成骨骼元素的原子序数高、物质密度大，吸收X射线多，因此有很高的图像比照度。具有生命力的肺与离体肺，虽然在组织构造上是一样的，但具有活力的肺组织内充满了空气。气体与血液、肌肉相比，X射线的吸收率为千分之一，反映在照片上就形成了高比照度的影像。考虑到离体肺组织内空气的流失，因而不可能形成良好比照的影像。消化道内虽含有气体、液体等，但在普通平片上得不到满意的显影，只能显出其外形，不能显示其内腔，所以必须通过比照剂，才能形成良好的图像比照度。高千伏摄影时，由于X射线能量较大，光电吸收减少，所以照片的图像比照度均偏低正确答案：A、B、D、E2-7 客观比照度、图像比照度与成像系统的比照度分辨力三者之间存在假设何的关系答：客观比照度也称物理比照度，为物体各局部被检者的组织器官的密度、原子序数及厚度的差异程度。客观比照度的存在是医学成像最 根本的物理根基。图像比照度是可见图像中灰度、光密度或颜色的差异程度，是图像的最 根本特征。一个物体要形成可见的图像比照度，它与周围背景之间要存在一定的客观比照度，当某种物理因子作用物体后，能够形成一定的主观比照度，被成像系统的探测器检测出。如果客观比照度较小，成像系统的比照度分辨力低，则所得的图像比照度小，图像质量差，所以图像比照度的形成取决于客观比照度、主观比照度与成像系统的比照度分辨力。2-8 可通过哪些方法形成主观比照度答：广义上讲主观比照度是某种物理因子如X射线、超声波、射频电磁波、放射性核素等与物体人体相互作用后所表现出的特征变化，或物体人体自身某种物理因子表现出的特征如温度的分布，形成了某种物理因子比照度。当强度均匀的X射线投照到人体，由于人体存在客观比照度人体各种组织、器官的密度、原子序数及厚度的差异，对X射线衰减不同，使透射出人体的X射线的强度分布发生了变化，形成X射线比照度。由于声遇到声阻抗不同的界面时，会产生反射，且在声阻抗差异越大的界面，声的反射越强，当强度均匀的超声波投照到人体，由于人体组织声阻抗的差异，不同的界面对超声波的反射不同，从而形成反映组织差异的超声比照度；利用多普勒效应，探测投射到流动血液上超声波频率的变化，则可形成另外一种超声比照度反映血流情况。人体不同的部位、组织温度有所不同，其红外辐射可形成红外比照度。引入体内的放射性核素会因参与体内物质的输运、集聚、代谢，而在空间有特定的分布，由此其衰变时发出的射线如射线便会形成放射性活度比照度。人体中能够产生核磁共振的自旋核如1H分布及所处的状态不同，当用静磁场、射频场鼓励这些自旋核，使其发生核磁共振时，它们所产生的核磁共振信号特性便会有所不同，从而形成核磁共振信号比照度。人体不同组织的电特性不同，给人体施加特定的电场，可形成电流比照度、电压比照度和阻抗比照度等。2-9 图像的模糊度与哪些因素有关答：理想情况下，物体内每一个小物点的像应为一个边缘清晰的小点。但实际上，每个小物点的像均有不同程度的扩展，变得模糊失锐了。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，称为模糊度。图像的模糊度与成像系统的空间分辨力有很大关系。成像系统的空间分辨力是成像系统区分或分开相互靠近的物体的能力，以单位距离毫米或厘米内可分辨线对一个白线条与一个黑线条组成一个线对的数目来表示，单位为LP/mm或LP/cm，显然单位距离内可分辨的线对数越多，成像系统的空间分辨力越高，所得图像的模糊度越小。由于成像系统的比照度分辨力对成像系统的空间分辨力的有影响，所以也会对图像的模糊度产生影响。2-10 图像比照度、细节可见度、噪声三者之间有假设何的关系答：细节可见度与图像比照度有关。图像比照度高，细节可见度高；图像比照度低，细节可见度低。细节可见度减小的程度与细节构造的大小及图像的模糊度、图像比照度有关，当模糊度较低时，对于较大的物体，其图像比照度的减小，不会影响到细节可见度；如果物体较小，但其线度比模糊度大，则图像比照度的减小一般不会影响可见度；而当细节的线度接近或小于模糊度时，图像比照度的降低，会对细节可见度产生明显的影响。噪声对图像中可见与不可见构造间的边界有影响。图像噪声增大，就如同一幅原本清晰的画面被蒙上了一层雾，降低了图像比照度，并减小细节可见度。在大多数医学成像系统中，噪声对低比照度构造的影响最明显，因为它们已接近构造可见度的阈值。图像比照度增大会增加噪声的可见度。2-11 作为被照体本身，有哪些因素影响图像比照度A原子序数 B形状 C密度 D厚度答：原子序数越高，因光电效应产生的吸收就越多，X射线比照度就越大。骨骼由含高原子序数的钙、磷等元素构成，所以骨骼比肌肉、脂肪能吸收更多的X射线，在彼此间可形成较高的图像比照度。被照体的形状与图像比照度无关。组织密度越大，对X射线吸收越多，因此，密度差异大的组织也可以形成较明显的图像比照度。人体除骨骼外，其他组织的密度大致一样，只有肺是例外，具有生命力的肺是充满气体的组织，由于气体与血液、肌肉相比，X射线的吸收率为千分之一，可形成较高的图像比照度。在原子序数、密度一样的情况下，图像比照度的形成取决于被照体的厚度差异。正确答案：A、C、D2-12 X射线光子统计涨落的照片记录称为A.图像斑点B.屏构造斑点C.胶片构造斑点D.增感率答：因增感屏荧光颗粒大小不等、分布不均匀等增感屏自身构造因素所形成的斑点为屏构造斑点；因胶片感光颗粒大小不等、分布不均匀等胶片自身构造因素所形成的斑点为胶片构造斑点。在产生同样的照片图像比照度条件下，使用增感屏与不使用增感屏所需X射线照射量的比称为增感率。图像照片的斑点现象主要由X射线的量子斑点和构造斑点形成，其中X射线的量子斑点起主要作用。正确答案：A2-13 以下说法哪项是正确的A每个像素的信息包括在图像矩阵中的位置和灰度值B数字图像是在空间坐标上和灰度值上离散化了的模拟图像C像素的大小决定了图像的细节可见度D像素的数目与灰度级数越大，图像越模糊答：一幅图像可以用点函数fx，y，z，t的集合表示，其中f表示该点的明暗程度；x，y，z表示像点的空间位置，在二维图像中像点的空间位置与z无关；t表示时间，静止图像与t无关。一幅静止的二维图可表示为：G=fx，y坐标x，y决定了像点的空间位置，G代表像点的明暗程度灰度。 假设G、x、y的值是任意实数，则是模拟图像；假设G、x、y的值是离散的整数，则是数字图像。描述一幅图像需要的像素量是由每个像素的大小和整个图像的尺寸决定的。当一幅图像的尺寸一定，假设减少构成图像的像素数量，则每个像素的尺寸就会增大，则图像模糊，可观察到的原始图像细节较少，图像的细节可见度低；反之，则可观察到的图像细节就比照多，图像的细节可见度高。正确答案：A、B、C2-14 指出以下说法中正确者A同一窗口技术不能使不同密度的影像都得到满意的显示效果B同一窗口技术能使不同密度的影像都得到满意的显示效果C窗宽灰度值范围以外的影像分别显示黑色或白色影像D窗位是指显示图像的灰度值范围答：窗口技术中的窗宽是指感兴趣区图像准备调整的灰度值范围，窗位是对应准备调整的灰度值范围中心值。窗口技术只能使特定密度区域窗宽范围内的影像得到较满意的显示效果。正确答案：A、C2-15 普通人眼只能分辨16个灰度级，即从白到黑或从黑到白分16个灰度级，对应16个灰度值如015，人眼能够分清相邻两个灰度级的差异，如果从白到黑或从黑到白灰度级大于16，普通人眼便分辨不出相邻两个灰度级的差异了。监视器显示的灰度级通常是256，灰度值为0255，如果某一组织的灰度值为50，其周围其它组织构造的灰度值为4060，通过窗口技术处理线性灰度变换，增强低比照度图像的细节，假设要使人眼能分辨出其与周围的其它组织构造，则窗宽应不低于多少答：在全灰标内从全黑到全白，监视器显示的灰度级通常是256，灰度值为0255，普通人眼假设按只能分辨16个灰度级计算，即灰度值相差16的两个像素才能被人眼所分辨。考虑到数字图像中灰度值取正整数，故与窗位灰度值50相临的灰度值分别为51与49，假设要能被人眼与窗位区分开，则需分别将灰度值变为56增大15个灰度值与34减小15个灰度值，如此整个周围其它组织构造的灰度值范围则变为40-1560+15，即2575，要将此范围的组织构造都显示出来，则窗宽应不低于75-25=50灰度值。2-16 造影检查的目的是A增加器官组织的密度 C增加器官组织的自然比照度B降低器官组织的密度 D增加器官组织的人工比照度答：将某种比照剂引入欲检查的器官内或其周围，形成物质密度差异，以人工方式增大客观比照度，使器官与周围组织的图像比照度增大，进而显示出器官的形态或功能的方法称为造影。正确答案：D2-17 为什么通过能量减影可分别显示软组织或骨的图像答：光电效应的发生概率与X射线光子的能量、物质的密度、有效原子序数有关，是钙、骨骼、碘造影剂等高密度物质衰减X射线光子能量的主要方式；而康普顿效应的发生概率与物质有效原子序数无关，与X射线光子的能量略有关系，与物质的每克电子数有关但因除氢外其它所有物质的每克电子数均十分接近，故所有物质康普顿质量衰减系数几乎一样。医学影像诊断X射线摄片所使用的X射线束，在穿过人体组织的过程中，主要因发生光电效应和康普顿效应而衰减，常规X射线摄影照片所得到的图像中包含这两种衰减效应的综合信息。能量减影摄影照片利用骨与软组织对不同能量X射线的衰减方式不同不同有效原子序数物质发生光电效应的差异会在对不同能量X射线的衰减变化中更强烈地反映出来，及康普顿效应的产生在很大范围内与入射X射线的能量无关，可忽略不计的特点，将两种效应的信息进展别离，选择性去除骨或软组织的衰减信息，便可得到别离的软组织像或骨像。2-18 图像储存和传输系统PACS主要功能包括A高质量、高速度、大容量地储存影像B高质量、高速度地传输影像C利用网络技术，实现影像资料共享D直接产生数字图像答：图像储存和传输系统PACS是把医学影像学范畴的各种数字化信息施行存档、提取、处理和传输的计算机系统。正确答案：A、B、C第三章 X射线计算机断层成像X-CT3-1 普通X射线摄影像与X-CT图像最大不同之处是什么?答：普通X射线摄影像是重叠的模拟像，而X-CT图像是数字化的断层图像。3-2 何谓体层或断层? 何谓体素和像素? 在重建中二者有什么关系?答：体层或断层是指在人体上欲重建CT像的薄层。体素是人体中欲重建CT像断层上的小体积元，是人为划分的，是采集或获取成像参数衰减系数值的最小体积元实际中是扫描野进展划分；像素是构成图像的最小单元，是人为在重建平面上划分的，其数值是构成CT图像数据的最小单元。要注意的是CT图像的像素和工业上的像素不是同一个概念。体素和像素的关系是二者一一对应。按重建的思想是体素的坐标位置和成像参数值被对应的像素表现坐标位置对应、衰减系数值以灰度的形式显示在CT图像上。3-3 何谓扫描? 扫描有哪些方式? 何谓投影?答：所谓扫描系指在CT的重建中使用的采集数据的物理技术，具体言之就是以不同的方式，沿不同的角度，按一顶的次序用X射线对受检体进展投照的过程称为扫描。扫描方式从总体上说有平移扫描和旋转扫描两种。扫描的目的是为了采集足够的重建数据。所谓投影的本意系指透射物体后的光投照在屏上所得之影。假设物体完全透明，透射光强等于投照光强，则影是完全亮的；假设物体半透明, 透射光强小于投照光强，则影是半明半暗；假设物体完全不透明，透射光强等于零，则影是完全暗的。按此种考虑，所谓投影的本质就是透射光的强度。对重建CT像过程中投影p的直接含义就是透射人体后的X射线强度，即书中X射线透射一串非均匀介质或人体后的出射X射线的强度In，即p =In 。广义之，这个投影p又是由In 决定的书中表述的=p 。3-4 请写出射线束透射以下非均匀介质后广义下的投影值见书中习题3-4图。答案：(a)17；(b)3-5何谓层厚? 它与哪些因素有关?答：层厚的本意系指断层的厚度。对于传统CT和单螺旋CT通常层厚由X线束在扫描野中心处扫描断层的有效厚度决定，这个厚度一般用扫描野中心处层厚灵敏度曲线的半高宽表示。影响层厚的因素有准直器的准直孔径，检测器的有效受照宽度尤其是MSCT，内插算法等。以横断面为例，但凡影响在断层内外沿人体长轴方向的X射线能量分布情况的因素都将影响层厚的有效厚度。3-6什么是重建中的反投影法CT的重建中，为何要用滤波反投影法? 答：重建中的反投影法，系指把投影沿扫描路径的反方向将所得投影值反投回到各个体素中去的一种重建算法。反投影法又称总和法，它几乎是各CT生产厂家实际采用的唯一的算法。 为抑制反投影法重建产生的边缘失锐伪像，所以要对投影进展滤波后再进展反投影，这样可以消除重建的边缘失锐伪像。3-7现有四体素阵列且在四个方向上的反投影值已填写在各个体素中，如以以下列图，试求四个体素的成像参数的数值。解：分三步第一步求和：每个体素在全部各个方向上的反投影值分别求总和，分别为20、26、23、29；第二步减基数：基数=成像参数总和=任一投影方向 (对此题而言或为0,45,或为90,或诶135)上投影值总和，如下基数=任一方向上投影值总和=5+9=2+7+5=6+8=4+7+3=14 由各像素值总和20、26、23、29分别减基数14求得各体素为 6、12、9、15第三步化简：把各体素值6、12、9、15化成相对最简数(用3约)。202623296129152435求和减基数化简3-8 何谓CT值? 它与衰减系数的数值有什么关系?答：按相对于水的衰减计算出来的衰减系数的相对值被称为CT值。国标对CT值的定义为：CT值是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w作为基准，假设某种物质的平均衰减系数为，则其对应的CT值由下式给出CT = kCT值的标尺按空气的CT值=-1000HU和水的CT值=0HU作为两个固定值标定,这样标定的根据是因空气和水的CT值几乎不受X线能量影响。CT值的单位为“亨，HU ，规定w为能量是73keV的X射线在水中的衰减系数，w=19m-1。式中k称为分度因子，按CT值标尺，取k=1000，故实用的定义式应表为 CT = 1000 HU 3-9 何谓准直器? 准直器有什么作用? 答：准直器系指在X-CT扫描中限定X线束的装置，用铅制成。如传统X-CT中准直器的准直通道可限定X线束的束宽和束高。准直器的 根本作用有两条，一是限定并准直X线束，二是吸收散射线。3-10 请你简述X-CT重建过程以传统CT为例。 答：一是划分体素和像素；二是扫描并采集足够的投影数据；三是采用一定的算法处理投影数据，求解出各体素的成像参数值即衰减系数获取分布，并转为对应的CT值分布；四是把CT值转为与体素对应的像素的灰度，即把CT值分布转为图像画面上的灰度分布，此灰度分布就是CT像。3-11 何谓窗口技术? 什么叫窗宽? 窗宽取得宽或窄，对图像有什么影响?什么叫窗位? 窗位取得高或低，对图像有什么影响? 答：所谓窗口技术系指CT机放大或增强某段灰度范围内比照度的技术。把观察组织器官所对应的CT值范围确定为放大或增强的灰度范围，这个放大或增强的灰度范围叫做窗口。具体做法是：把放大或增强的灰度范围的上限以上增强为完全白，下限以下压缩为完全黑，结果就增强了观察灰度范围的比照度。 窗宽指窗口的数值范围，它等于放大或增强的灰度范围的上下限灰度值之差，用CT值表示则为：窗宽=CTmax- CTmin ；窗宽取得宽的优点是不易丧失图像数据，不丧失信息，表现在图像上就是不丧失构造对应组织构造；缺点是比照度差。窗位指放大或增强的灰度范围的中心灰度值，用CT值表示则为： 窗位=窗位取得高或低同窗位取得标准相比都易是图像数据丧失，表现在图像上都是丧失图像解构，窗位取得高图像偏白，窗位取得低图像偏黑。3-12 观察脑组织时，一般取窗宽为120HU，窗位为35HU，试估计脑组织的CT值范围。 解：由于 窗宽=CTmax- CTmin =120HU 窗位=35HU可解得CTmax = 95 HU，CTmin =-25HU，可见脑组织的CT值范围约为-25HU95 HU。3-13何谓比照度? 何谓比照度分辩力? 影响比照度分辩力的因素有哪些假设何用模体检测比照度分辩力?答：所谓CT图像的比照度是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。表现在图像上像素间的比照度，是它们灰度间的黑白程度的比照。比照度的定义如下= 100% 比照度主要由物质间的密度差或说不同物质对X射线衰减的差异决定，但也与X射线的能量有关。许多其它因素，比照照度也有影响，如噪声等就会使比照度降低。所谓比照度分辩力也叫密度分辨力，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表示。可观察小比照度的组织是CT的优势，典型CT比照度分辨力为0.1%1.0%，这比普通X射线摄影要高得多。由于衰减系数与X射线的能量有关，故比照度分辨力也与X射线的能量有关。比照度分辨力还受探测器噪声的影响，噪声越大，比照度分辨力越低、图像信噪比越低。窗宽和窗位的选择也影响比照度分辨。比照度分辨力高是图像能清晰显示微细组织构造的一个重要参数保证。检测CT机的比照度分辨力方法通常给低密度体模图3-23做CT，然后对试模的CT像进展主观的视觉评价。3-14何谓高比照度分辩力? 何谓低比照度分辩力?答：当被分辨组织器官的较小构造或病灶的线度过小时，即使在满足比照度分辨力的条件下，该较小构造或病灶也未必能被分辨或识别出来。由此可见，CT机或CT像存在一个对物体线度大小的分辨能力问题。此分辨能力和比照度有关，在高比照度下，或说物体与周围环境的线性衰减系数差异较大的情况下，物体的线度不很大时，就可能被分辨或识别出来；在低比照度下，或说物体与周围环境的线性衰减系数差异较小的情况下，物体线度需较大些，物体才可能被分辨或识别出来。按国家GB标准，高比照度分辨力的定义是：物体与匀质环境的X射线线性衰减系数差异的相对值大于10%时，CT机从而也是CT图像能分辨该物体的能力。高比照度分辨力的单位是mm或Lp/cm。国家GB标准对低比照度分辨力的定义是：物体与匀质环境的X射线线性衰减系数差异的相对值小于1%时，CT机从而也是图像能分辨该物体的能力。 低比照度分辨力的单位是mm。3-15何谓空间分辩力? 影响空间分辩力的因素有哪些? 假设何用模体检测空间分辩力?答：空间分辨力系指CT像分辨两个距离很近的微小组织构造的能力，抽象地说就是CT图像分辨断层内两邻近点的能力。空间分辨力可用分辨距离即能分辨的两个点间的最小距离表示。显然，空间分辨力是从空间分布上表征图像分辨物体细节微小构造的能力。目前在这一方面，传统X-CT同某些其它影像相比并不占优势。以胸部检测为例，射线源焦点为1mm，焦距为1.8m时，X射线摄影的空间分辨距离为0.10.2mm，核素检测的照相为510mm，传统CT机的空间分辨距离介于上两者之间，约为12mm(这里指的是在断层外表上的空间分辨力，或称为横向空间分辨力)。表现在断层外表上的空间分辨力，与表现在沿断层轴向上的空间分辨力(也称为纵向空间分辨力或长轴分辨力)不同。在沿断层轴向上的空间分辨力，主要由层厚决定。传统CT的纵向空间分辨力约为315mm,不如表现在体层外表上的横向空间分辨力；多层CT的纵向空间分辨力和横向空间分辨力接近, 如16层CT纵向约为0.6mm,横向约为0.5mm。CT图像的空间分辨力主要取决于检测器有效受照宽度传统CT与线束宽度相对应和有效受照高度传统CT与线束高度相对应的大小，或者说取决于在检测器前方准直器的准直孔径。准直孔径的宽度和高度越小，检测器的有效受照宽度和高度就越小，则相应的空间分辨力就越高。检测器的有效受照宽度 根本上决定了在体层外表上的空间分辨力；而检测器的有效受照高度 根本上决定了层厚，也就是 根本上决定了沿体层轴向上的长轴分辨力，或纵向分辨力。重建算法对空间分辨力也有影响，选用不同的算法将得到不同分辨力的图像质量。图像矩阵对空间分辨力的影响是，图像矩阵越大，分辨力越高。这是因图像矩阵是由组成图像的像素组成，像素越多即划分的像素越小图像就应越细腻。表现在图像上的比照度也影响图像的空间分辨力，当邻近的两个微小构造比照度过低时，既使满足空间分辨力，也会因两个邻近微小组织构造的低比照度而造成不可分辩。所以，只有同时具有高的比照度分辩力和高的空间分辩力，图像才能清晰显示微细组织构造。检测CT机空间分辨力的方法通常用高密度模体图3-24做CT，然后对模体的CT像进展主观的视觉评价。3-16图像噪声有哪些? 假设何定量估计图像噪声?答：图像噪声有量子噪声，还有电子测量系统工作状态的随机变化而产生的热噪声，以及重建算法等所造成的噪声。这些噪声随机不均匀分布在图像上的反响或表现，统称为图像噪声。噪声会使得匀质体CT像上各像点的CT值不一样。噪声的存在表现在CT值的统计涨落上。增大X射线的剂量可以减小图像噪声。图像噪声可以用像素CT值的标准偏差来表示或估计 =CT图像的噪声量可用扫描水模的方法来测定，然后用观察感兴趣局部的图像处理技术显示该局部CT值的标准偏差。如在书中图3-25所示的扫描水模所得体素数字矩阵中，CT值的标准偏差可求得为=1.72HU，以此来估计CT值在平均值上下的起伏程度，并以此来估计图像的噪声量。3-17 有16阵列的各像素CT值如图，试估计图像噪声水平。习题3-17图解：提示用像素CT值的标准偏差来表示或估计=求得平均值=0.31HU ；=1.00HU 3-18 X射线剂量和图像噪声之间有什么关系?答：增大X射线的剂量可以减小图像噪声。3-19 何谓图像均匀度? 假设何估计图像均匀度? 答：均匀度或均匀性，是描述在断面不同位置上的同一种组织成像时，是否具有同一个平均CT值的量。国标对均匀度的定义是：在扫描野中，匀质体各局部在CT图像上显示出的CT值的一致性。由图像噪声的讨论可知，匀质体在其CT像上各处的CT值，表现出事实上的不一致。此种不一致表现在图像上各局部区域内的平均CT值上，也将是不一致的。这不一致之间终究有多大的偏离程度，可由均匀性定量给出。偏离程度越大，均匀性越差；偏离程度越小，则均匀性越好。可见，均匀性在进展图像的定量评价时具有特殊意义。按国家GB标准规定，每月都要对CT像均匀性的稳定性指标做检测。检测方法是：配置匀质水或线性衰减系数与水接近的其它均匀物质圆柱形试模仲裁时用水模；使模体圆柱轴线与扫描层面垂直，并处于扫描野的中心；采用头部和体部扫描条件分别进展扫描，获取模体CT像；在图像中心处取一大于100个像素点并小于图像面积10的区域，测出此区域内的平均CT值和噪声；然后在相当于钟表时针3、6、9、12时，并距模体边缘lcm处的四个位置上取面积同于前述规定的面积区域，分别测出四个区域的平均CT值，其中与中心区域平均CT值差异最大的，其差值用来表示图像的均匀性。3-20 螺旋扫描同传统扫描有何不同?答：与传统CT第一个不同点是螺旋CT对X射线管的供电方式。螺旋CT因采用了滑环技术，对X射线管供电方式采用的是：电刷与滑环平行，作可滑动的接触式连接，不再使用电缆线供电。第二个不同点是与传统CT的扫描方式不同。螺旋CT采集数据的扫描方式是X射线管由传统CT的往复旋转运动改为向一个方向围绕受检体连续旋转扫描，受检体检查床同时向一个方向连续匀速移动通过扫描野，因此，X射线管相对于受检体的运动在受检体的外周划过一圆柱面螺旋线形轨迹。扫描过程中没有扫描的暂停时间X射线管复位花费的时间，可进展连续的动态扫描，故解决了传统扫描时的层隔问题。其优点主要有二，一是提高了扫描速度，单次屏气就可以完成整个检查部位的扫描，且减少了运动伪像；二是由于可以进展薄层扫描，且在断层与断层之间没有采集数据上的遗漏，所以可提供容积数据，由此可使在重建中有许多新的选择，如三维重建、各种方式各个角度的重建、各种回忆性重建等。3-21 何谓螺旋数据? 何谓螺旋插值? MSCT为什么要进展螺旋插值?螺旋内插方式有哪些?答：螺旋CT扫描采集数据的过程中因受检体随扫描床的不断移动，故使采集到的数据不是取自对同一断层扫描的采集结果，这些不是取自同一断层的采样数据称为螺旋数据。在螺旋CT的重建中，必须安排螺旋圈间采样数据的内插，用以合成平面(即同一断层内的)采样数据，以补充欲重建图像所对应的同一断层内的采样值。 所以要这样做的原因是：由传统的重建理论知，为重建一幅断层图像而使用的采样数据, 必须是取自对同一断层扫描的结果传统CT的采集数据就是对同一断层扫描获取的，并据此重建一幅断层图像；而螺旋CT扫描采集数据的过程中因受检体随扫描床的不断移动，故使采集到的数据不是取自对同一断层扫描的螺旋数据，见书中图3-28所示：传统CT对同一断层扫描的数据采集点和螺旋CT扫描的数据采集点示意图，传统CT的数据采集点在同一断层内，螺旋CT扫描数据采集点的空间位置不断离开起始点所在的断层。为了得到同一断层的数据并据此来重建一幅断层图像，就必须根据不是取自同一断层的螺旋实测采样值，通过某种计算即所谓的内插算法来获取重建所需要的属于同一断层内的采样数据即这些为了重建同一断层图像所需要的采样数据, 并非象传统CT那样是由真实的扫描过程所采集到的，而是通过插值算法求出来的。螺旋内插分为线性内插和非线性内插。线性内插分为360线性内插和称为标准型的180线性内插。非线性内插有清晰内插和超清晰内插等。最常用的是180线性内插。完成螺旋插值运算功能的部件叫螺旋内插器。3-22 单层螺旋CT与多层螺旋CT扫描使用的X线束有何不同? 答：在传统CT和单层螺旋CT的扫描中，因只有一排检测器采集数据接收信号，故通过准直器后的X线束为薄扇形束即可，且线束宽度近似等于层厚。而在MSCT的数据采集中，在长轴方向上有多排检测器排列采集数据接收信号，故X射线束沿长轴方向的总宽度应大于等于数排检测器沿长轴方向的宽度总和才行。所以，MSCT扫描中被利用的X线束形状应是以X射线管为顶点射出X线之处，称为焦点的四棱锥形，这样的X线束才能同时覆盖多排检测器实际使用时不一定要全覆盖。称这样的X线束称为“小孔束或厚扇形束。3-23 何谓容积数据? 多层螺旋CT的重建主要优点有哪些? 答：所谓容积数据系指三维分布的数据。由于容积数据的获取，使得在此根基上的重建有了许多新的优点，这些优点也表现为多层CT优点。MSCT的最大优势首先是实现了重建的各向同性16层以上CT，如长轴分辩率和横向分辩率几乎完全一样，并且都很高如16层CT纵向分辩率为0.6mm,横向为0.5mm；第二是大大地提高了检查速度16层CT被称为亚秒级扫描CT,其单圈扫描的时间可短到半秒，这些优点为动态器官重建及加快临床检查奠定根基；第三是为各种回忆性重建及三维重建的高质量提供保证。第四章 核磁共振现象4-1 具有自旋的原子核置于外磁场中为什么会发生自旋或角动量旋进答：具有自旋的原子核置于外磁场中，其自旋角动量受到一个与之垂直的力矩的作用，所以自旋或角动量就产生旋进。4-2 当一质子处于磁场中时，如果增加此磁场的强度，则其旋进频率将A减小 B增加C不发生变化 D依赖于其它条件答：因为旋进频率，如果增加此磁场的强度，则其旋进频率将将增加。正确答案：B4-3 、是核磁共振成像中的两个驰豫时间常数，以下表达哪个正确A、都是横向驰豫时间常数B、都是纵向驰豫时间常数C是横向驰豫时间常数、是纵向驰豫时间常数D是横向驰豫时间常数、是纵向驰豫时间常数答：核磁共振成像中的通常用表示横向驰豫时间常数、用表示纵向驰豫时间。正确答案：D4-4 磁场中，处于热平衡状态的1H核从外界吸收了能量，则其旋进角_；反之，如果向外界放出能量，则其旋进角_。答：磁矩在磁场中会得到能量，获得的能量的大小，与磁矩同磁场的夹角有关，当夹角增大时，磁矩系统能量增加。反之，当夹角减小时，磁矩系统能量减小，向外界放出能量。所以第一个空填“增加，第二个空填“减小。4-5 判断正误1核磁共振成像中驰豫过程是磁化矢量受激翻倒的过程2核磁共振成像中驰豫过程是磁化矢量受激翻倒的过程的逆过程3核磁共振成像中驰豫过程是射频脉冲过后，组织中的质子先进展驰豫，再进展驰豫的过程4核磁共振成像中驰豫过程是磁化量的x轴分量和y轴分量消失，z轴分量向自旋系统的热平衡状态恢复的过程答：射频脉冲完毕之后，核磁矩解脱了射频场的影响，而只受到主磁场的作用，进展“自由旋进。所有核磁矩力图恢复到原来的热平衡状态。这一从“不平衡状态恢复到平衡状态的过程，称为弛豫过程。可见，驰豫过程是射频脉冲过后，组织中的质子同时进展驰豫，和驰豫。即是磁化量的x轴分量和y轴分量消失，z轴分量向自旋系统的热平衡状态恢复的过程。所以选项1、2、3错，选项4正确。4-6 具有自旋角动量的1H核在外磁场中旋进时，其自旋角动量A不发生变化 B大小不变，方向改变C大小改变，方向不变 D大小改变，方向也改变答：可用两种方法分析自旋角动量旋进的情况1用质点的圆周运动引出体系发生纯旋进质点要作圆周运动：在平动中，当外力与质点的运动速度或动量始终保持垂直时，质点要作圆周运动，即质点的运动速度大小不变，而速度方向连续发生改变。体系发生纯旋进：假设作转动的体系所受的外力矩与体系的角动量始终垂直时，体系将发生纯旋进，即角动量的大小不变，而角动量的方向连续发生改变。所以选项B正确。2用刚体转动中角动量定理引出角动量旋进的数学表达式如以以下列图教材图4-2，当陀螺倾斜时，重力矩，与陀螺的自旋角动量 始终垂直时，陀螺将产生纯旋进以下简称旋进，具体表现是陀螺除自旋外，还绕铅直方向作转动。的大小不变，方向时刻发生变化。所以选项B正确。正确答案：B4-7 具有自旋的原子核置于外磁场中能级劈裂的间距等于什么? 能级劈裂的数目由什么决定? 答：因为自旋核在磁场中的附加能量和核磁量子数的关系为 所以具有自旋的原子核置于外磁场中能级劈裂的间距为 能级劈裂的数目由决定。4-8 计算1H、23Na在0.5T及1.0T的磁场中发生核磁共振的频率。 答：从表4-1中可知， 当B=0.6T时， 当B=1.0T时，4-9 样品的磁化强度矢量与哪些量有关 答：样品的磁化强度矢量与样品内自旋核的数目、外磁场的大小以及环境温度有关。样品中自旋核的密度越大，则越大；外磁场越大，也越大；环境温度越高，越小。第五章 磁共振成像5-1 假设何理解加权图像答：磁共振成像是多参数成像，图像的灰度反映了各像素上MR信号的强度，而MR信号的强度则由成像物体的质子密度、纵向弛豫时间、横向弛豫时间等特性参数决定。在磁共振成像中，出于分析图像的方便，我们希望一幅MR图像的灰度主要由一个特定的成像参数决定，这就是所谓的加权图像，例如图像灰度主要由决定时就是加权图像、主要由决定时就是加权图像，主要由质子密度决定时就是质子密度加权图像。在磁共振成像中，通过选择不同的序列参数，可以获得同一断层组织无数种不同比照情况的加权图像，以便在最大限度上显示病灶，提高病灶组织和正常组织的比照度。5-2 SE信号是假设何产生的SE序列的比照特点是什么答：(1)SE序列由一个脉冲和一个脉冲组合而成，脉冲使得纵向磁化翻转到xy平面，于是就出现了横向磁化，横向磁化也就是开场在xy平面旋进。由于磁场的不均匀包括静磁场的不均匀和自旋-自旋相互作用产生的磁场不均匀，自旋磁矩的旋进速度会不一致，自旋磁矩的相位一致性会逐渐丧失，横向磁化逐渐衰减。为消除静磁场不均匀所致的自旋磁矩失相位，脉冲过后的时刻，施加一个脉冲，使得自旋磁矩翻转，于是处于失相位状态的自旋磁矩开场相位重聚，在接收线圈中出现一个幅值先增长后衰减的MR信号，即SE信号。 (2)SE序列的图像比照主要决定和的选择：加权图像：选择短、短产生。越短，影响越小，信号幅度也越高，图像的SNR也就越高；越短，比照越强，但信号幅度随之下降，图像的SNR也越低。加权图像：选择长、长产生。越长，影响越小；越长则比照越强，但信号幅度随之下降，图像的SNR也越低。质子密度加权图像：选择短、长产生。越短，影响越小，质子密度比照越强；越长，影响就越小。5-3 采用自旋回波脉冲序列，为获得 加权像，应选用 A长 ，短 ； B. 短，短 ； C长 , 长 ； D. 短，长 。答：因为在SE脉冲序列中，图像的加权主要由扫描参数和决定，其中的长度决定了纵向磁化的恢复程度，而的长度决定了横向磁化的衰减程度，所以选择短可使各类组织纵向磁化的恢复程度存在较大差异，突出组织的比照；而选择短可使各类组织横向磁化的衰减程度差异不大，对图像比照的影响较小。正确答案：B5-4 IR信号是假设何产生的IR序列的比照特点是什么答：(1)IR序列先使用脉冲使纵向磁化翻转到负轴上，待纵向磁化恢复一段时间后，再施加脉冲，使恢复到一定程度的纵向磁化翻转到xy平面成为横向磁化，由此在接收线圈产生的MR信号就是IR信号。(2)IR序列中，的选择对图像的形成起着非常重要的作用，因为第一个脉冲后，经过时间的弛豫，较长的组织，纵向磁化尚处于负值；一般的组织，纵向磁化可能正好过零点；较短的组织，纵向磁化已恢复到某一正值。但无论纵向磁化是正值还是负值，脉冲后在xy平面上的横向磁化是其绝对值，IR信号的强度只与此绝对值相关。由于存在局部组织在时刻正好过零点，这局部组织的信号就很弱，所以IR图像SNR较低。选择长、短、长形成质子密度加权图像。长使得所有组织的纵向磁化均可完全恢复，短使得影响减小。选择中等长的、短、长形成加权图像。中等长，使得大局部组织的纵向磁化已恢复至正值，比照加强；越短，影响越小。选择较短、较长形成加权图像。较短时不同组织纵向磁化恢复至正值和负值的绝对值相仿，脉冲后的信号强度相差不大，即影响较小；较长的，会使得的影响加大。5-5 反转恢复法是否可获得加权像答：选择较短，较长可以形成加权像，因为较短时不同组织纵向磁化恢复至正值和负值的绝对值相仿，脉冲后的信号强度相差不大，即影响较小；而较长的，会使得的影响加大。5-6 在反转恢复脉冲序列中，为有效地抑制脂肪信号，应选用A短的 ； B.长的 ； C.中等长度的 ； D. A、B、C都正确。答：因为当非常短时，大多数组织的纵向磁化都是负值，只有短组织的纵向磁化处于转折点，如脂肪，因此图像中该组织的信号完全被抑制。正确答案：A5-7 液体衰减反转恢复FLAIR序列是假设何来抑制脑脊液含水组织的高信号，使脑脊液周围的病变在图像中得以突出的答：流动衰减反转恢复FLAIR序列是由反转恢复脉冲序列开展而来的，该序列采用很长的，使得几乎所有组织的纵向磁化都已恢复，只有非常长的组织的纵向磁化处于转折点，如水，因此图像中含水组织如脑脊液的信号完全被抑制，脑脊液周围的病变在图像中得以突出抑制。5-8 梯度磁场是假设何选层、确定层厚和层面位置的答：磁共振成像中，断层位置的选择是线性梯度磁场和选择性RF脉冲sinc函数型共同作用的结果。在叠加上线性梯度磁场后，自旋核所受的磁场就变为，于是坐标z不同的自旋核，其共振频率也就不同，为 。 假定在叠加线性梯度磁场时，施加中心频率的RF脉冲，就只有这一层面的自旋核受到鼓励，所需的断层就选择出来了。由于所施加的RF脉冲的频率总是有一定频率范围的，即 ， 因此所选择的断层厚度为 。5-9 一磁共振成像仪，其静磁场为1.5T,假设z方向的梯度场选定为1高斯/cm,为获取10mm层厚的横断面像,射频脉冲的频宽应为多少?假