医学成像技术复习提纲课件

复复习提提纲复习提纲1 1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）题填空题:30分,每空2分2 2第二章第二章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3 3第二章第二章n nX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4 4X X射射线的的产生生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射线的产生A:金属阳极Uh:低电压，加热灯丝，产生电子5 5X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6 6与物质的相互作用三个效应光电效应康普顿效应电子对效应与物质的相互作用三个效应光电效应康普顿效应电子对效应7 7X X射射线在介在介质中的中的传输X射线的能量衰减公式X射线在介质中的传输X射线的能量衰减公式8 8X射射线在人体内的衰减在人体内的衰减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9 9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)成像板的特性成像板的特性,如何使用以及保存如何使用以及保存,如何擦除如何擦除计算机X射线摄影技术(Computed Radiograph1010n n数字减影血管造影(Digital Subtraction Angiography,DSA)时间减影能量减影混合减影数字减影血管造影(Digital Subtraction A1111对比度比度n n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1212对比度比度客体对比度主体对比度图像对比度对比度客体对比度主体对比度图像对比度成像基础成像的充分条件成1313不不锐度度n n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不锐度用于衡量图像模糊程度的一项指标几何模糊运动模糊屏模糊由1414噪声噪声噪声：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噪声：图像上观察到的亮度水平中随机出现的波动高斯噪声泊松1515噪声噪声n n采用信噪比(Signal to Noise Ration,SNR)来描述成像系统的噪声水平 S S为有用图像信号幅度，为有用图像信号幅度，N N是噪声幅度是噪声幅度n n信噪比越高，图像质量越好噪声采用信噪比(Signal to Noise Ration1616伪影影伪影：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1717伪影影设备伪影运动伪影金属伪影伪影设备伪影1818第三章第三章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图像的质量控制第三章X-CT的简单介绍1919X-CTX-CT的的简单介介绍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的简单介绍X射线计算机断层成像计算机断层成像2020X-CTX-CT的工作原理的工作原理n n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的工作原理工作流程X射线管产生X射线探测器捕获透射过2121X-CTX-CT的工作原理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 nmt表示传播介质的衰减系数，mwater表示水的衰减系数nCT值的单位是Hounsfield，简称为Hu 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2222投影数据g如何如何获得投影数据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)的线积分投影数据g如何获得投影数据沿着某一条投影线L计算L2323如何如何获得投影数据得投影数据-平行束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 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？2424医学成像技术复习提纲课件2525中心切片定理中心切片定理中心切片定理内容：密度函数密度函数f f(x x,y y)在某一方向上的投影函数在某一方向上的投影函数g gq q(s s)的的一维傅立叶变换函数一维傅立叶变换函数G Gq q(r r)是原密度函数是原密度函数f f(x x,y y)的二维傅立叶变换函数的二维傅立叶变换函数F F(r r,q q)在在(r r,q q)平面上沿同一平面上沿同一角度角度q q且经过原点的直线上的值。且经过原点的直线上的值。中心切片定理中心切片定理内容：2626中心切片定理中心切片定理证明明极坐标转化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 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2727卷卷积反投影重建算法反投影重建算法-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 180185X射线方程为xcosq+ysinq=sS平面是探测器平面，它与X轴成q角度将坐标原点O在探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-实现待重建图像的步长为X射线方程为xc2828卷卷积反投影重建算法反投影重建算法-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-实现图像尺寸N，待求灰度值的点坐标为(2929卷卷积反投影重建算法反投影重建算法-实现3.经过点(x0,y0)的投影线为4.转换Sx的定义域5.插值计算卷积反投影重建算法-实现3.经过点(x0,y0)的投影3030窗窗宽窗位窗位调节CT值国际标准的定义：国际标准的定义：CTCT影像中每个像素所对应的物影像中每个像素所对应的物质对质对X X射线线性平均衰减量大小的表示射线线性平均衰减量大小的表示相对于相对于水的衰减系数水的衰减系数计算出来的相对值计算出来的相对值单位是单位是HUHUm mw w是能量为是能量为73keV73keV的的X X射线在水中的衰减系数射线在水中的衰减系数P57窗宽窗位调节CT值P573131第四章第四章简要介绍核物理基础放射性核素断层成像原理第四章简要介绍3232简要介要介绍n n放射性(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简要介绍放射性(Radioactivity)天然放射性人工放3333四个原子模型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3434核素核素n n同位素(Isotope)具有相同质子数而质量数不同的核素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化学性质基本相同，物理性质可能有很大不同n n同量异位素(Isobar)质量数相同而质子数不同的核素质量数相同而质子数不同的核素n n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质量数和质子数相同而处于不同能量状态的核素核素同位素(Isotope)3535核衰核衰变主要分为a衰变、b衰变和g衰变核衰变主要分为a衰变、b衰变和g衰变3636核衰核衰变n nb+衰变 反应式为反应式为 e e是正电子，是正电子，即即即即b b b b+粒子粒子粒子粒子 实际上是一个质子转化为一个中子和一个正电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的过程核衰变b+衰变3737核衰核衰变n nb+衰变 正电子极易与周围的电子进行合并，发生湮灭放正电子极易与周围的电子进行合并，发生湮灭放射出一对射出一对511keV 511keV 光子光子，方向相反且沿直线飞出方向相反且沿直线飞出核衰变b+衰变3838一般原理一般原理n n放射性同位素 示踪计作用示踪计作用 追踪各种元素的新陈代谢途径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来源：反应堆、回旋加速器和放射性核素发生器一般原理放射性同位素3939g g相机成像相机成像n n优点 不仅能提供静态图像，不仅能提供静态图像，还能提供动态图像还能提供动态图像 具有丰富的功能信息具有丰富的功能信息 可以对人体某个部位成像，也可对全身成像可以对人体某个部位成像，也可对全身成像n n缺点 图像存在重叠图像存在重叠，不能获得断层图像，不能获得断层图像g相机成像优点4040第四章第四章SPECT,PET中文名,英文全称第四章SPECT,PET中文名,英文全称4141PETPET成像原理成像原理n n成像原理 放射性核素在进入人放射性核素在进入人体之后，参与人体内体之后，参与人体内的新陈代谢活动，发的新陈代谢活动，发生生b b+衰变衰变产生正电子产生正电子 正电子发生湮灭放射正电子发生湮灭放射出一对出一对能量为能量为511keV511keV、方向相反且沿直线飞方向相反且沿直线飞出的出的光子光子 PET成像原理成像原理4242第五章第五章简单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第五章简单介绍4343MRI的中文和英文全称MRI的中文和英文全称4444原子核的磁性原子核的磁性n n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原子核可看成是具有一定质量与体积的均匀带电球体球体原子核的自旋产生角动量，形成了绕核心旋转的原子核的自旋产生角动量，形成了绕核心旋转的环形电流环形电流根据法拉第的电磁理论，根据法拉第的电磁理论，环形电流在其周围产生环形电流在其周围产生 磁场，因此原子核具有磁场，因此原子核具有 一定磁性一定磁性原子核的磁性原子核的磁性4545物物质的磁性的磁性物质原子磁性磁性顺磁性逆磁性铁磁性物质的磁性物质原子磁性磁性顺磁性逆磁性铁磁性4646核磁共振核磁共振现象象核磁共振现象4747核磁共振核磁共振现象象核磁共振现象4848核磁共振核磁共振现象象核磁共振现象4949核磁共振核磁共振现象象核磁共振现象5050弛豫弛豫过程程n弛豫过程n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的过程弛豫过程弛豫过程5151磁共振磁共振图像重建像重建n n过程可分为以下四个阶段 激励阶段激励阶段 空间定位空间定位编码阶段编码阶段 数据读出阶段数据读出阶段 重建图像阶段重建图像阶段磁共振图像重建过程可分为以下四个阶段 5252第六章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 第六章简单介绍5353超声波的基本性超声波的基本性质n n超声(Ultrasound,US)一种高频机械波，振动频率超过一种高频机械波，振动频率超过20000Hz20000Hz，最高可，最高可达达10101515HzHz 人耳的听觉范围在人耳的听觉范围在2020000Hz2020000Hz之间，因此听不到之间，因此听不到超声波超声波 诊断用超声频率在诊断用超声频率在1MHz100MHz1MHz100MHz之间之间超声波的基本性质超声(Ultrasound,US)5454超声波的基本性超声波的基本性质产生生 由电场作用引起材料内部正负电荷重心发生相对位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，这移，使材料内部产生应力导致宏观几何形变，这种种电能转变为机械能电能转变为机械能的效应称为电致伸缩效应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 由电场作用引起材料内部正负电荷重心5555超声波的基本性超声波的基本性质产生生压电效应 某些各向异性的材料，在外部拉力或压力的作用 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5656反射与透射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反射与透射全反射水作探头与皮肤间夹层，临界角 7630石5757衍射与散射衍射与散射n n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n n衍射 界面或障碍物线度与超界面或障碍物线度与超声波声波波长相近时，超声绕波长相近时，超声绕过障碍物传播的现象过障碍物传播的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5858声波的多普勒效声波的多普勒效应多普勒效应(Doppler effect)声源或接收体或两者同时相对介质运动，接收频率发生变化的现象声波的多普勒效应多普勒效应(Doppler effect)声5959多普勒多普勒频移的数学表示移的数学表示n n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由多普勒效应引起的接收频率的变化称为多普勒频移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多普勒频移的数学表示多普勒频移公式第一次多普勒频移被血液颗粒6060A型超声成像型超声成像n n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器的厚度、病灶在人体组织中的深度以及大小n n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n n检查运动脏器时不稳定n n临床已较少使用A型超声成像对回波显示采用幅度调制6161M型超声成像型超声成像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(brightness 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型超声纵轴表示脏器深度，横轴表示时间，构成活动6262M型超声成像型超声成像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 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6363辉度度调制式断面制式断面图像的形成像的形成 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 采用辉度调制式显示,光点强弱6464辉度度调制式断面制式断面图像的形成像的形成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 探头固定辉度调制 声束运动辉度调制式断面图像的形成B型和M型主要差别 M型帧6565第七章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 第七章电离辐射的生物效应6666电离离辐射的概念和种射的概念和种类n n电离辐射 一切能引起物质电离的辐射总称一切能引起物质电离的辐射总称n n电离 将电子从基态激发到脱离原子将电子从基态激发到脱离原子电离辐射的概念和种类电离辐射6767电离离辐射的概念和种射的概念和种类电离辐射的概念和种类6868辐射射剂量量单位位n n放射性活度（radioactivity)放射性元素或同位素每秒衰变的原子数，简称活放射性元素或同位素每秒衰变的原子数，简称活度度 SISI单位是单位是“S S-1-1”，SISI单位专名是贝可勒单位专名是贝可勒(Becquerel)(Becquerel)，符号为，符号为BqBqn n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质量空气中产生的正离子或负离子的总电量 单位是伦琴单位是伦琴 辐射剂量单位放射性活度（radioactivity)6969辐射射剂量量单位位n n吸收剂量(absorbed dose)单位质量物质受辐射后吸收辐射的能量单位质量物质受辐射后吸收辐射的能量 SISI单位专名是戈，符号单位专名是戈，符号GyGy 曾用名称拉德，符号为曾用名称拉德，符号为radradn n当量剂量(equivalent dose)乘上了适当的修正系数后的吸收剂量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程度或产生机率 国际制单位：国际制单位：希伏希伏(Sv)(Sv)辐射剂量单位吸收剂量(absorbed dose)7070电离离辐射防射防护的基本原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原则国际辐射防护委员会提出辐射防护的三项基7171电离离辐射防射防护的基本方法的基本方法电离辐射防护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电离辐射防护外照射防护 内照射防护 7272电离离辐射防射防护的基本方法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 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 7373影像影像检查的防的防护六条一般性原则影像检查的防护7474非非电离性的离性的电磁波和超声的防磁波和超声的防护非电离性的电磁波和超声的防护7575非非电离性的离性的电磁波和超声的防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非电离辐射是指波长大于 100 7676非非电离性的离性的电磁波和超声的防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危害人体的机理 热效应 7777非非电离性的离性的电磁波和超声的防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7878