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1、第第3章章医学影像成像原理医学影像成像原理3.1X线成像原理线成像原理3.2X-CT成像原理成像原理3.3MRI成像原理成像原理3.4超声波成像原理超声波成像原理3.5核医学设备成像基本原理核医学设备成像基本原理3.1X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。3.1.1X线的特征线的特征3.1.2X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（CR）3.1.4直接数字化直接数字化X线摄影系统（线摄影系统
2、（DR）3.1.1X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3101631020Hz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 3.1.1X线的特征线的特征3.1.1X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，且有干涉、衍射等现象发生。
3、和波长，且有干涉、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。3.1.1X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（1）X射射线线的穿透作用。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 3.1.1X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（2）X射射线线的的荧荧光作用。光作用。X射射线线是是肉肉眼眼看看不不见见的的，但但当当它它照照射射某某些些物物质质时时，如如磷磷、铂铂氰氰化化钡钡、硫硫化化锌锌
4、、钨钨酸酸钙钙等等，能能够够使使这这些些物物质质的的原原子子处处于于激激发发态态，当当它它们们回到基态时就能够发出荧光，这类物质称荧光物质。回到基态时就能够发出荧光，这类物质称荧光物质。医医学学中中透透视视用用的的荧荧光光屏屏、X射射线线摄摄影影用用的的增增感感屏屏、影影像像增增强强器器中中的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。（3）X射射线线的的电电离作用。离作用。X射射线线虽虽然然不不带带电电，但但具具有有足足够够能能量量的的X光光子子能能够够撞撞击击原原子子中中轨轨道道电子，使之脱离原子产生一次电离。电子，使之脱离原子产生一次电离。电电离作用也是
5、离作用也是X射射线损伤线损伤和治和治疗疗的基的基础础。3.1.1X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（4）X射射线线的的热热作用。作用。X射线被物质吸收，绝大部分最终都将变为热能，使物体温升。射线被物质吸收，绝大部分最终都将变为热能，使物体温升。（5）X射射线线的化学效的化学效应应。X射射线线能能使使多多种种物物质质发发生生光光化化学学反反应应。例例如如，X射射线线能能使使照照相相底底片片感光。感光。（6）X射射线线的生物效的生物效应应。生生物物组组织织经经一一定定量量的的X射射线线照照射射，会会产产生生电电离离和和激激发发，使使细细胞胞受受到到损损伤伤、抑抑制
6、制、死死亡亡或或通通过过遗遗传传变变异异影影响响下下一一代代，这这种种现现象象称称为为X射射线线的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗中。的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗中。3.1.2X射线成像原理射线成像原理当当高高速速带带电电粒粒子子撞撞击击物物质质受受阻阻而而突突然然减减速速时时，能能够够产产生生X射射线线。医医学学影影像像诊诊断断所所用用的的X线线产产生生设设备备是是X线线管管（X-raytube，球管）。，球管）。1X射线的产生射线的产生X射线的产生需要的基本条件是：射线的产生需要的基本条件是：（1）有高速运动的电子流；）有高速运动的电子流；（2）有有阻阻碍碍带带电
7、电粒粒子子流流运运动动的的障障碍碍物物（靶靶），用用来来阻阻止止电子的运动，可以将电子的动能转变为电子的运动，可以将电子的动能转变为X射线光子的能量。射线光子的能量。3.1.2X射线成像原理射线成像原理X射射线线的的产产生生装装置置主主要要包包括括三三部部分分：X射射线线管管、高高压压电电源源及及低压电源，如图所示。低压电源，如图所示。3.1.2X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使用用X射射线线对对人人体体进进行行照照射射，并并对对透透过过人人体体的的X射射线线信信息息进进行行采采集集、转转换换，并并使使之之成成为为可可见见的的影影像像，即即为为X射射线线人人体体成像。
8、成像。（1）X射线影像的形成射线影像的形成当当一一束束强强度度大大致致均均匀匀的的X射射线线投投照照到到人人体体上上时时，X射射线线一一部部分分被被吸吸收收和和散散射射，另另一一部部分分透透过过人人体体沿沿原原方方向向传传播播。由由于于人人体体各各种种组组织织、器器官官在在密密度度、厚厚度度等等方方面面存存在在差差异异，对对投投照照在在其其上上的的X射射线线的的吸吸收收量量各各不不相相同同，从从而而使使透透过过人人体体的的X射射线线强强度度分分布布发发生生变变化化并并携携带带人人体体信信息息，最最终终形形成成X射射线线信信息息影影像像。X射射线线信信息息影影像像不不能能为为人人眼眼识识别别，须
9、须通通过过一一定定的的采采集集、转转换换、显显示示系系统统将将X射射线线强强度度分分布布转转换换成成可可见见光的强度分布，形成人眼可见的光的强度分布，形成人眼可见的X射线影像。射线影像。3.1.2X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3.1.2X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度组织与X线成像的关系线成像的关系密度和厚度的差别是产生影像对比的基础，密度和厚度的差别是产生影像对比的基础，是是X线成像的基本条件线成像的基本条件3.1.2X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（2）X射线的采集与显示射线的采集与显
10、示医用医用X射线胶片与增感屏射线胶片与增感屏医医用用X射射线线胶胶片片的的主主要要特特性性是是感感光光，即即接接受受光光照照并并产产生生化化学反应，形成潜影（学反应，形成潜影（latentimage）。）。经经过过对对有有潜潜影影的的胶胶片片处处理理（暗暗室室处处理理：显显影影、定定影影等等）。使使胶胶片片上上的的潜潜影影转转变变为为可可见见的的不不同同灰灰度度（gray）分分布布像像。胶胶片片感感光光层层中中的的卤卤化化银银还还原原成成金金属属银银残残留留在在胶胶片片上上，形形成成由由金金属属银银颗颗粒粒组组成成的的黑黑色色影影像像。人人体体组组织织的的物物质质密密度度高高，则则吸吸收收X射
11、射线线多多，在在X射射线线照照片片上上呈呈白白影影；反反之之，如果组织的物质密度低，则吸收如果组织的物质密度低，则吸收X射线少，在射线少，在X射线照片上呈黑影。射线照片上呈黑影。3.1.2X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（2）X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医用用X射射线线增增感感屏屏为为荧荧光光增增感感屏屏，其其增增感感原原理理为为增增感感屏屏上上的的荧荧光光物物质质受受到到X射射线线激激发发后后，发发出出易易被被胶胶片片所所接接收收的的荧荧光光，从从而而增增强强对对X射射线线胶片的感光作用。胶片的感光作用。主主要要目目的
12、的是是：在在实实际际X射射线线摄摄影影中中，仅仅有有不不到到10%的的X射射线线光光子子能能直直接接被被胶胶片片吸吸收收形形成成潜潜影影，绝绝大大部部分分X射射线线光光子子穿穿透透胶胶片片，得得不不到到有有效效的的利利用用。因因此此需需要要利利用用一一种种增增感感方方法法来来增增加加X射射线线对对胶胶片片的的曝曝光光，以以缩缩短短摄摄影影时时间间，降降低低X射射线线的的辐辐射射剂剂量量。常常采采用用的的增增感感措措施施是是在在暗暗盒盒中中将将胶胶片片夹夹在在两两片片增增感感屏屏（intensifyingscreen）之之间间，然然后后进进行行曝曝光。光。3.1.2X射线成像原理射线成像原理2.
13、X射线人体成像射线人体成像（2）X射线的采集与显示射线的采集与显示X射线电视系统射线电视系统X射射线线电电视视系系统统主主要要包包括括X射射线线影影像像增增强强器器、光光学学图图像像分分配配系系统统、含含有有摄摄像像机机与与监监视视器器的的闭闭路路视视频频系系统统与与辅辅助助电电子子设设备。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。3.1.3计算机计算机X线摄影（线摄影（CR）计计算算机机X线线摄摄影影（ComputedRadiography，CR）是是将将X线线透透过过人人体体后后的的信信息息记记录录在在成成像像板板（ImagePlate，IP）上上，
14、经经读读取取装装置置读读取取后后，由由计计算算机机以以数数字字化化图图像像信信息息的的形形式式储储存存，再再经经过过数数字字/模模拟拟（D/A）转转换换器器将将数数字字化化信信息息转转换换成成图图像像的的组组织织密密度度（灰灰度度）信信息息，最最后后在在荧荧光光屏屏上上显示。其中，显示。其中，成像板是成像板是CR成像技术的关键成像技术的关键。3.1.3计算机计算机X线摄影（线摄影（CR）1.成像板（成像板（IP）成成像像板板（IP）是是使使用用一一种种含含有有微微量量素素铕铕（Eu2+）的的钡钡氟氟溴溴化化合合物物结结晶晶制制作作而而成成能能够够采采集集（记记录录）影影像像信信息息的的载载体体
15、，可以代替可以代替X线胶片并重复使用线胶片并重复使用2-3万次。万次。当当透透过过人人体体的的X线线照照射射到到IP板板上上时时可可以以使使IP板板感感光光并并形形成成潜影以记录潜影以记录X线影像信息。线影像信息。成像板的构造：成像板的构造：（1）表面保护层。）表面保护层。（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）背面保护层。）背面保护层。3.1.3计算机计算机X线摄影（线摄影（CR）2.CR系统成像的基本过程系统成像的基本过程（1）影像信息的采集：）影像信息的采集：（2）影像信息的读取：）影像信息的读取：与与普普通通X摄摄影影相相比比较较，CR的的
16、优优点点是是：宽宽容容度度大大，摄摄影影条条件件易易选选择择。可可降降低低投投照照辐辐射射量量：CR可可在在IP获获取取信信息息的的基基础础上上自自动动调调节节放放大大增增益益，最最大大幅幅度度地地减减少少X线线曝曝光光量量，降降低低病病人人的的辐辐射射损损伤伤。影影像像清清晰晰度度较较普普通通片片高高。对对影影像像可可进进行行后后处处理理，对对曝曝光光不不足足或或过过度度的的胶胶片片可可进进行行后后期期补补救救。可可进进行行图图像像传传输输、存存储储。由由于于激激光光扫扫描描仪仪可可以以对对IP上上的的残残留留信信号号进进行行消消影影处处理理，IP板板可可重重复复使使用用2-3万万次。次。3
17、.1.4直接数字化直接数字化X线摄影系统线摄影系统（DR）直直接接数数字字化化X射射线线摄摄影影（DigitalRadiography，DR）是是在在具具有有图图像像处处理理功功能能的的计计算算机机控控制制下下，采采用用一一维维或或二二维维的的X射射线线探探测测器器直直接接把把X射射线线信信息息影影像像转转化化为为数数字字图图像像信信息息的的技术。技术。当当前前DR设设备备主主要要采采用用二二维维平平板板X射射线线探探测测器器（flatpaneldetector，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
18、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）（3）DR与与CR成像技术的比较成像技术的比较3.2X-CT成像原理成像原理lX-CT与与X射射线摄线摄影相比影相比较较有很大区有很大区别别，X射射线摄线摄影影产产生生的是多器官重叠的平片的是多器官重叠的平片图图像像lCT是用是用X射射线对线对人体人体层层面面进进行行扫扫描，取得信息，描，取得信息，经计经计算算机机处处理而理而获获得重建得重建图图像，像，显显示的是断面解剖示的是断面解剖图图像，其密像，其密度分辨力明度分辨
19、力明显优显优于于X线图线图像，可以像，可以显显著的著的扩扩大人体的大人体的检检查查范范围围，提高病，提高病变变的的检检出率和出率和诊诊断的准确率断的准确率X射线平片与CT断层对比图 3.2.1.X-CT成像技术lX-CT（X-ray computed tomography,X-CT）是运用扫）是运用扫描并采集投影的物理技术，以测定描并采集投影的物理技术，以测定 X 射线在人体内的射线在人体内的衰减系数为基础，采用一定算法，经计算机运算处理，衰减系数为基础，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，再将其转
20、为图像上的灰度分布，从而实现建立断层阵，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，解剖图像的现代医学成像技术，X-CT成像的本成像的本质质是衰是衰减系数成像。减系数成像。3.2.1.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线线管、准直器、管、准直器、检测检测器、器、扫扫描机构，描机构，测测量量电电路、路、电电子子计计算机、算机、监视监视器等部分所器等部分所组组成的。成的。X-CT成像流程是：成像流程是：X线线-准直器准直器-检测检测器器-转变转变电电信号信号-放大放大电电信号信号-转变为转变为数字信号数字信号-
21、计计算机算机系系统统-存入存入计计算机的存算机的存贮贮器器-编码编码-显显示示图图像像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成成像像的的数数据据采采集集是是利利用用X线线管管和和检检测测器器等等的的同同步步扫扫描描来来完完成成的的。检检测测器器是是一一种种X线线光光子子转转换换为为电电流流信信号号的的换换能能器器。X-CT成像的数据采集根据成像的数据采集根据X-CT成像的物理原理成像的物理原理进进行的。行的。X线管发出直线波束 3.2.2 X-CT 的扫描方式 CT的各种扫描方式中，的各种扫描方式中，单单束平移束平移-旋转方式旋转方式、窄扇形束
22、窄扇形束扫描平移扫描平移-旋转方式旋转方式、旋转旋转-旋转方式旋转方式、静止静止-旋转方式旋转方式的的共同点是都需要共同点是都需要X射线管和检射线管和检测器之间进行同步扫描机械测器之间进行同步扫描机械运动。为满足人体动态器官运动。为满足人体动态器官的检查，需要进一步提高扫的检查，需要进一步提高扫描的速度，在静止描的速度，在静止-旋转扫描旋转扫描模式基础上发展出来的模式基础上发展出来的电子电子束扫描方式束扫描方式，没有机械运动，没有机械运动，大大地提高了扫描速度大大地提高了扫描速度。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
23、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。这种扫描首先进行同步平移直线扫描。种扫描首先进行同步平移直线扫描。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（一般为1）后）后再对同一指定断层进行平移同步扫描，再对同一指定断层进行平移同步扫描，如此进行下去，直到扫描系统旋转到如此进行下去，直到扫描系统旋转到与初始值位置成与初始值位置成 180角为止，这就是角为止
24、，这就是平移旋转扫描方式平移旋转扫描方式 单束平移-旋转方式 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的扫描。用于无体动器官的扫描。单束平移-旋转方式 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
25、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的窄扇形射的窄扇形射线束，线束，630个检测器同时采样，并采个检测器同时采样，并采用平移用平移-旋转扫描方式旋转扫描方式。窄扇形束扫描平移-旋转方式 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：由于检这种扫描的主要缺点是：由于检测器排列成直线，对于测器排列成直线，对于X射线管发射线管发出的扇形束来说，扇形束的中心出的扇形束来说，扇形束的中心射束和边缘射束的测量值不相等，射束和边缘射束的测量值不相等，需校正，否则扫描会因
26、这种运动需校正，否则扫描会因这种运动而出现运动伪影，影响而出现运动伪影，影响CT图像的图像的质量。质量。窄扇形束扫描平移-旋转方式 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 这这种种扫扫描描称称为为第第三三代代CT扫扫描描，扫扫描描装装置置由由一一个个X射射线线管管和和由由250700个个检检测测器器（或或用用检检测测器器阵阵列列）排排列列成成一一个个可可在在扫扫描描架架内内滑滑动动的的紧紧密密圆圆弧弧形形。X射射线线管管发发出出张张角角为为3045，能能覆覆盖整个受检体的宽扇形射线束。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
27、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。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 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 这这种种扫扫描描的的缺缺点点是是：要要对对每每个个相相邻邻检检测测器器的的接接收收灵灵敏敏度度差差异异进进行行校校正正，否否则则由由于于同同步步旋旋转转扫扫描描运运动动会会产生环形伪像。产生环形伪像。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 3.2.2 X-CT 的扫描方式4.静止静止-旋转（旋转（S/R）方
28、式）方式这这种种扫扫描描称称为为第第四四代代CT扫扫描描方方式式，扫扫描描装装置置由由一一个个 X射射线线管管和和 6002000个个检检测测器器所所组组成成。在在静静止止-旋旋转转扫扫描描方方式式中中，每每个个检检测测器器得得到到的的投投影影值值，相相当当于于以以该该检检测测器器为为焦焦点点，由由 X射射线线管旋转扫描一个扇形面而获得。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：旋转扫描方式的优点是：每一个检测器上获得多个方每一个检测器上获得多个方向的投影数据，能很好地克向的投影数据，能很好地克服宽扇形束的旋转服宽扇形束的旋转-旋转扫描旋转扫描方式中由于检测器之间差异方式中由
29、于检测器之间差异所带来的环形伪影，扫描速所带来的环形伪影，扫描速度与静止度与静止-旋转方式相比也有旋转方式相比也有所提高。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 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，扫描装置由一个特殊制造的大型型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50100ms内能完成内能完成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 3.2.3 螺旋螺旋CT工
30、作原理工作原理 螺旋螺旋扫扫描是指在描是指在扫扫描期描期间间，X线线管管连续连续旋旋转转并并产产生生X线线束，束，同同时扫时扫描床在描床在纵轴纵轴方向方向连续连续移移动动，这样这样，扫扫描区域描区域X线线束束进进行行的的轨轨迹相迹相对对被被检查检查者而言呈螺旋运者而言呈螺旋运动动，扫扫描描轨轨迹迹为为螺旋形曲螺旋形曲线线，这样这样可以一次收集到可以一次收集到扫扫描范描范围围内全部容内全部容积积的数据，所以的数据，所以也称也称为为螺旋容螺旋容积扫积扫描。描。螺旋螺旋CT扫扫描装置包括探描装置包括探测测器、器、X线线管滑管滑环环、机架与、机架与检查检查床、床、控制台与控制台与计计算机。其中算机。其
31、中滑滑环环技技术术是螺旋是螺旋扫扫描的基描的基础础，螺旋，螺旋扫扫描是通描是通过过滑滑环环技技术术与与扫扫描床的描床的连续连续移移动动相相结结合而合而实现实现的。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，又称多层，又称多层CT。它的结构特点是具备多排检测器它的结构特点是具备多排检测器和多个数据采集系统。和多个数据采集系统。螺旋扫描及层面投影 3.2.3 螺旋螺旋CT工作原理工作原理多多层层螺旋螺旋CT扫扫描特点描特点：（1）降低）降低X射射线线球管球管损损耗。耗。（2）扫扫描覆盖范描覆盖范围围更更长长。（3）扫扫描描时间时间更短。更短。（4）扫扫描描层层厚更薄。厚更薄。
32、3.3MRI成像原理成像原理l磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）是一多种特征参数、多种靶位核素的成像技术。l磁共振成像基本原理是利用特定频率的电磁波，向外在磁场中的人体进行照射，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。3.3.1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相同的电磁波，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)。3.3.
33、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。3.3.2磁共振成像的原理磁共振成像的原理MRI成成像像的的指指导导思思想想是是用用磁磁场场值值来来标标定定受受检检体体共振核的空共振核的空间间位置。位置。（1）层层面的面的选择选择 将将待待测测物物体体置置于于一一均均匀匀磁磁场场B0中中，设设磁磁场场方方向向是是Z轴轴方方向向，在在均均匀匀磁磁场场的的基基础础上上，再再叠
34、叠加加一一相相同同方方向向的的线线性性梯梯度度场场GZ使使磁磁感感应应强强度度沿沿Z轴轴方方向向由小到大均匀改由小到大均匀改变变。XYXZB0GZ层面的选择 3.3.2磁共振成像的原理磁共振成像的原理（2）编码）编码编编码码是是将将研研究究的的物物体体断断层层分分为为若若干干个个体体素素，对对每每个个体体素素标标定定一一个个记记号号，常常用用nznynx来来标标定定层层面面每每个个体体素素的的标标号号。经经过过选选片片后后取取出出层层面面的的若若干干个个体体素素，由由于于整整个个层层面面处处于于相相同同的的磁磁场场中中，故故每每个个体体素素中中的的磁磁矩矩在在磁磁场场中中旋旋进进的的频频率率和
35、和相相位位均相同。均相同。目目前前MRI使使用用的的是是频频率率与与相相位位二种编码方法。二种编码方法。XYXZB0GZ选片后层面的若干个体素 3.3.2磁共振成像的原理磁共振成像的原理（3）图像重建）图像重建经经过过选选片片、相相位位编编码码和和频频率率编编码码，可可以以对对整整个个层层面面的的体体素素进进行行标标定定。由由于于观观测测层层面面中中的的磁磁矩矩是是在在RF脉脉冲冲激激励励下下旋旋进进，因因此此停停止止RF脉脉冲冲照照射射时时，各各体体素素的的磁磁矩矩在在回回到到平平衡衡态态的的过过程程中中，磁磁矩矩的的方方向向发发生生变变化化，在在接接收收线线圈圈中中可可以以感感应应出出这这
36、种种由由于于磁磁矩矩取取向向变变化化所所产产生生的的信信号号。这这种种感感应应信信号号是是各各个个体体素素带带有有相相位位和和频频率率特特征征的的MR信信号号的的总总和和。为为取取得得层层面面各各体体素素MR信信号号的的大大小小，需需要要根根据据信信号号所所携携带带的的相相位位编编码码和和频频率率编编码码的的特特征征，把把各各体体素素的的信信号号分分离离出出来来，这这一一过过程称为解码，由计算机完成。程称为解码，由计算机完成。3.3.2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氢核是人体核是人体MRI的首的首选选核种。核种。除除了了氢氢核核密密度度可可以以作作为为成
37、成像像特特征征信信息息外外，人人体体不不同同组组织织的的T1、T2值值也可以提供也可以提供诊诊断依据。断依据。人人体体组组织织的的MR信信号号强强度度取取决决于于该该组组织织中中的的氢氢核核密密度度及其及其氢氢核周核周围围的的环环境。境。T1、T2反反映映了了氢氢核核周周围围环环境境的的信信息息。换换句句话话说说，人人体体不不同同组组织织之之间间、正正常常组组织织与与该该组组织织中中的的病病变变组组织织之之间间氢氢核核密密度度、T1和和T2三三个个参参数数的的差差异异及及变变化化，是是MRI用用于于临临床床诊诊断最主要的物理学依据。断最主要的物理学依据。磁共振成像系统磁共振成像系统磁磁共共振振
38、成成像像系系统统主主要要由由磁磁场场系系统统、射射频频系系统统、图图像像重重建系统建系统三大部分组成。三大部分组成。1.磁场系统磁场系统（1）静磁）静磁场场。（2）梯度磁）梯度磁场场。（3）场场强强与精度。与精度。2.射频系统射频系统（1）射）射频发频发生器。生器。（2）射）射频频接收器。接收器。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，超声源，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；但在气体和液体
39、中，因为介质没有切形式传播；但在气体和液体中，因为介质没有切变弹性，超声只能以纵波的形式传播。由于这种变弹性，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会产生波形的特性，超声波在不同介质中传播时会产生波形的转换。转换。3.4超声波成像原理超声波成像原理 医学上医学上应应用的超声成像是靠反射或散射回波来用的超声成像是靠反射或散射回波来运运载载生物信息的。超声回波运生物信息的。超声回波运载载信息主要包括三信息主要包括三个方面：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散射波小粒子所引起的散射波生物生物组织对组织对声能吸收所声能吸收所导导致的回波幅致的回波幅值值
40、衰减衰减 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超声波的传传播特性播特性（1）方向性好。）方向性好。（2）强强度高。度高。（3）对对液体和固体的穿透力液体和固体的穿透力强强。（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）超声多普勒效应应。衍射与散射示意图 反射与折射示意图 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2超声波与物超声波与物质质作用的特性作用的特性（1）热热作用机制作用机制被被组组织织吸吸收收的的超超声声波波对对分分子子产产生生作作用用会会导导致致两两种
41、种基基本本的的结结果果：分分子子振振动动和和转转动动能能量量可可逆逆转转性性增增加加，使使介介质质温温度度上上升。升。分子分子结结构永久性地被改构永久性地被改变变。（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）化学效应应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产生常常用用的的超超声声波波检检查查使使用用脉脉冲冲振振荡荡发发射射器器与与超超声声回回波波接接收收器器一体装置。一体装置。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
42、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。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超超声声波波探探测测技技术术可可以以分分为为两两大大类类，即即基基于于回回波波扫扫描描的的超超声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。基基于于回回波波扫扫描描的的超超声声探探测测技技术术主主要要用用于于解解剖剖学学范范畴畴的的检检测测、了解器官的组织形态学方面的状况和变化。了解器官的组织形态学方面的状况和变化。基基于于多多普普勒勒效效应应的的超超声声探探测测技技术术主主要要用用于于了了解解组组
43、织织器器官官的的功功能能状状况况和和血血流流动动力力学学方方面面的的生生理理病病理理状状况况，如如观观测测血血流流状态、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。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基于于回回波波扫扫描描的的超超声声探探测测技技术术是是利利用用超超声声波波在在传传播播路路线线上上遇遇到到介介质质的的不不均均匀匀界界面面能能发发生生不不同同频频率率与与密密度度的的回回声声波波反反射射的的物物理理特特性性来来检检测测回回波波信信号号，并并对对其其进进行行接接收收放放
44、大大和和信信号处理，最后在显示器上显示超声检查图像。号处理，最后在显示器上显示超声检查图像。目目前前，医医生生们们应应用用的的超超声声诊诊断断方方法法有有不不同同的的形形式式，可可分分为为A型、型、B型、型、M型及型及D型四型四大大类。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（1）A 型超声型超声lA型显示是最基本的超声显示方式型显示是最基本的超声显示方式lA型超声是以波形来显示组织特征的方法，主要型超声是以波形来显示组织特征的方法，主要用于测量器官的径线，以判定其大小。可用来鉴用于测量器官的径线，以判定其大小。可用来鉴别病变
45、组织的一些物理特性别病变组织的一些物理特性lA超主要用于颅脑的占位性病变的诊断超主要用于颅脑的占位性病变的诊断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（2）M型超声型超声lM型超声诊断仪（简称型超声诊断仪（简称M超）又叫超声心超）又叫超声心动仪之称。动仪之称。lM型超声是用于观察心脏等活动界面时间型超声是用于观察心脏等活动界面时间变化的一种方法。变化的一种方法。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（3）B型超声型超声 lB型超声诊断仪（简称型超声诊断仪（简
46、称B超）是目前超声超）是目前超声图像诊断应用最广泛的机型。图像诊断应用最广泛的机型。lB型超声是用平面图形的形式来显示被探型超声是用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情况。查组织的具体情况。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2.多普勒效应的超声探测技术多普勒效应的超声探测技术多多普普勒勒效效应应的的超超声声探探测测技技术术是是利利用用运运动动物物体体散散射射或或反反射射声声波波时时造造成成的的频频率率偏偏移移现现象象来来获获得得人人体体内内部部器器官官如如心心脏脏、血血液等液等动态检查动态检查信息。信息。（1）D型超声型超声 D型超声全名为超声多普勒血流
47、测量技术。型超声全名为超声多普勒血流测量技术。（2）彩色多普勒血流）彩色多普勒血流显显像像仪仪提取的信号转变为红色、蓝色、绿色的色彩显示。提取的信号转变为红色、蓝色、绿色的色彩显示。彩彩色色多多普普勒勒血血流流显显像像仪仪（彩彩超超）能能用用彩彩色色反反映映出出血血流流的的运运动动状状态态：红红色色表表示示朝朝向向探探头头的的血血流流，蓝蓝色色表表示示离离开开探探头头的的血血流流，而而湍湍流流的的程程度度用用绿绿色色成成份份的的多多少少表表示示，色色彩彩的的亮亮度度表示速率大小。表示速率大小。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3.超声波成像特点超声波成像特
48、点（1）有高的）有高的软组织软组织分辨力。分辨力。（2）具有高度的安全性。）具有高度的安全性。（3）实时实时成像。成像。4超声的应用超声的应用（1）超声超声检验（2）超声超声处理理（3）基基础研究研究3.5核医学设备成像基本原理核医学设备成像基本原理放射性核素显像（放射性核素显像（RNI）是核医学诊断）是核医学诊断中的重要技术手段。目前中的重要技术手段。目前RNI的主要技术有的主要技术有照相、单光子发射型计算机断层照相、单光子发射型计算机断层（SPECT）及正电子发射型计算机断层）及正电子发射型计算机断层（PET），后两者又统称为发射型计算机断），后两者又统称为发射型计算机断层（层（ECT）。
49、）。3.5核医学设备成像基本原理核医学设备成像基本原理3.5.1核医学技术基础核医学技术基础 核核医医学学技技术术基基础础包包括括射射线线探探测测技技术术、放放射射性性示示踪踪技技术术、放射性制放射性制剂剂等。等。1射射线线探探测测原理原理 放放射射性性测测量量的的原原理理是是建建立立在在射射线线与与物物质质的的相相互互作作用用的的基基础础之上的。之上的。射射线线探探测测的原理主要有以下三种：的原理主要有以下三种：（1）电电离作用离作用（2）荧荧光光现现象象（3）感光作用）感光作用3.5核医学设备成像基本原理核医学设备成像基本原理3.5.1核医学技术基础核医学技术基础2放射性示踪技放射性示踪技
50、术术 示示踪踪技技术术是是能能指指示示物物质质踪踪迹迹的的技技术术，将将能能指指示示被被测测物物体踪迹的物体踪迹的物质质称称为为示踪示踪剂剂。示示踪踪剂剂事事先先标标记记或或部部分分顶顶替替被被研研究究物物质质。将将示示踪踪剂剂引引入入生生物物体体后后，它它们们随随着着被被研研究究物物质质一一起起参参与与机机体体内内的的循循环环、集聚和代集聚和代谢谢。在在RNI中中是是以以放放射射性性核核素素作作为为示示踪踪物物质质，故故有有放放射射性性核核素素示示踪踪技技术术的的称称谓谓。放放射射性性核核素素在在其其衰衰变变过过程程中中会会发发出出在在体体外外可可以以检检测测到到的的射射线线，通通过过对对射