医学影像物理学复习资料Word下载.docx
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实际焦点面积减小，阳极靶单位面积上的电子密度增大，实际焦点温度增大，阳极损坏；
5、焦点对成像的影响：
有效焦点越小，影像越清晰；
有效焦点为点光源时：
胶片图象边界清晰；
有效焦点为面光源时：
胶片图象边界模糊
有半影；
半影大小为：
为使图象清晰，要减小半影，可减小S和d（小焦点，短距离）；
管电流增大，焦点增大，影像质量下降；
管电压增大，焦点增大，影像质量下降；
六、能量损失形式分：
1、碰撞损失（collisionloss）：
（占电子总能量的99%）
高速电子与阳极靶原子核的外层电子相互作用而损失的能量；
全部转化为热能。
2、辐射损失（radiationloss）：
（占电子总能量的1%）
高速电子与阳极靶原子核的内层电子或原子核相互作用而损
失的能量；
3、特征辐射：
高速电子与原子内层电子发生相互作用，将能量转化为标识辐射。
4、韧致辐射：
高能入射电子通过阳极原子核附近，受到原子核引力场的作用会降低速度并改变方向，入射电子损失的能量以电磁辐射的形式释放。
这种形式产生的辐射称为“轫致辐射”或“制动辐射”。
韧致辐射的能谱是连续的
5、连续X射线的产生（轫致辐射）原因：
a、每个高速电子与靶原子作用时的相对位置不同
b、每个电子与靶原子作用前的能量也不同
故各次相互作用对应的辐射损失也不同，因而发出的X光子频率也互不相同，大量的X光子组成了具有频率连续的X光谱。
6、X射线强度：
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。
补充：
X射线强度是由光子数量和光子能量两个因素决定。
7、X射线的量与质
（1）、X射线的质（x-rayquality）又称线质，表示X射线的硬度，即穿透物质本领的大小。
与光子能量有关。
由管电压和滤过间接表示。
通常以千伏数（kV）为单位。
（2）、X射线的量（x-rayquantity）决定于X射线束中的光子数。
由管电流与照射时间间接表示通常以毫安秒（mA?
s）为单位。
8、各种因素对X射线强度的影响
影响因素（增加）
X射线的质
X射线的量
毫安秒
不变
增加
管电压
靶原子序数
附加滤过
降低
距离
电压脉动
管电流
七、X射线与物质的相互作用
1.X射线与物质三种作用形式：
光电效应，康普顿效应，电子对效应
2.光电效应：
能量为hv的X射线光子通过物质时，与物质原子的轨道电子发生相互作用，把全部能量传递给这个电子，光子消失，获得能量的电子挣脱原子束缚成为自由电子（光电子）；
原子的电子轨道出现一个空位而处于激发状态，他将通过发射标识X射线或俄歇电子的形式很快回到基态，这个过程成为光电效应。
产生条件：
入射光子、轨道电子、相互作用能量守恒hv=Ee+Eb.（Ee:
光电子的动能,Eb:
原子第i层电子的结合能），光电质量衰减系数与Z的3次方成正比，随原子序数的增大，光电效应的发生概率迅速增加。
3.诊断放射学中的光电效应：
利：
能产生质量好的影像，原因是：
（1）不产生散射线，减少照片灰雾
（2）可增加人体不同组织和造影剂对射线的吸收差别，产生高对比度的X射线照片，对提高诊断的准确性有好处。
弊：
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。
4.康普顿效应:
当入射X射线光子和原子内一个轨道电子发生相互作用时，光子损失一部分能量，并改变运动方向，电子获得能量而脱离原子，这个过程成为康普顿效应。
5、诊断放射学中的康普顿效应：
散射线增加了照片灰雾，降低了影像的对比度，但与光电效应相比受检者的剂量较低。
散射较强，医生和技术人员应注意防护
6、各种相互作用的相对重要性：
光子能量处于10keV——100MeV能量范围的低能端部分，光电效应占优势；
中间部分，康普顿效应占优势；
高能端部分电子对效应占优势。
八、滤过：
1、固有滤过：
从X射线管阳极发射出的原级X射线穿过管壁后，被吸收一部分；
2、附加滤过：
据需要，在X射线管射出的X射线到达被投照部位前放置一定的物体，会产生滤过；
可使X射线的总强度减小，分布均匀；
硬度提高；
附加滤过常用密度均匀的滤波板：
管电压低时，用铝滤波板；
管电压高时，铜铝滤波板----铜标识X射线---铝标识X射线--空气
X射线的线质（硬度）常用半价层表示：
使X射线束的强度减弱为原来一半时所需要的吸收层的厚度；
厚度升高，硬度升高。
诊断时常用X射线管的管电压的千伏值表示质。
3、产生硬x射线的方法：
（1）高管电压
（2）大原子序数阳极靶（3）厚度较大、原子序数较大的滤过板
八、X射线影像
1、X射线影像基本原理：
X射线贯穿本领强，当一束强度大致均匀的x射线照到人体时，由于人体各种组织、器官在度、厚度方面的差异，对投照在其上的x射线的衰减各不相同，使透过人体的x射线强度分布发生变化，携带人体信息，形成x射线信息影像。
再通过一定的采集，转换，显示系统将x射线强度分布转换成可见光的分布，形成人眼可见的X射线影像。
（1）、X线影像增强器作用：
X线影像增强器可将普通X射线透视的荧光屏亮点的亮度提高1000~10000倍，使X射线间接摄影和X射线数字成像成为可能。
（2）、X线影像增强器
优点：
转换系数高，可大幅度降低X线剂量；
成像速度快，适合实时成像
缺点：
荧光屏的缺点；
视野，几何畸变；
其它
2、X线透视：
（1）、X线透视：
人体不同部位透射的X线与荧光屏相遇时，可在荧光屏上形成明暗不同的点构成的影象。
若投照部位厚度一定，则荧光屏上暗的地方对应人体组织密度高的部位，X线吸收多；
荧光屏上亮的地方对应人体组织密度低的部位，X线吸收少；
医生根据医学知识，分析影象，判断组织器官的形态和功能，这就是X线透视。
透视可观察器官的形态和器官的活动状况
（2）X线透视设备：
X射线管和荧光屏装在一个C形臂的两端，透视时，使其同步动作，被检查者位于C字中心。
X线荧光屏：
产生影象部件:
（由荧光纸、铅玻璃、薄胶合板组成，他们同装于一个框架中。
）
薄胶合板：
保护荧光纸；
荧光纸：
纸面涂有荧光物质（材料）：
氰化钡、硫化锌、硫化镉的混合物；
铅玻璃：
防止X射线对工作人员的伤害
（3）X线透视缺点:
a、有辐射且量大
b、不能留下客观记录
c、透视影象是先将X射线影象转为荧光屏的光影象，然后再转为上影象，两次影象转换，丢失信息，同时荧光屏亮度有限，人眼视觉灵敏度低，荧光物质颗粒大，则较细微结构的影像看不清楚，对早期病变和复杂结构组织器官看不情。
3,、X射线摄影（胶片成像）：
（1）X线摄影：
人体不同部位透射的X线与胶片相遇时，可在胶片上形成明暗不同的点构成的影象。
若投照部位厚度一定，则胶片上暗的地方对应人体组织密度低的部位，X线吸收多；
荧光屏上亮的地方对应人体组织密度高的部位，X线吸收少；
医生根据医学知识，分析影象，判断组织器官的形态和功能，这就是X线摄影。
（2）摄影设备：
医用胶片（胶片－增感屏系统）和胶片处理系统。
a、医用胶片：
影像的记录、显示和储存b、增感屏：
增强X射线对胶片的感光。
（3）胶片：
X射线照射的胶片，经显影、定影后，胶片感光层的硵化银－－银，组成黑色影像。
胶片光密度：
胶片变黑的程度。
D越大，照片越黑，被照物质密度越大，影像为白影
（4）胶片成像原理：
利用X射线的感光特性，医用胶片接收X射线照射时会产生某种化学反应，医用胶片上形成与X射线信息影像相对应的不可见的潜影，再将带有潜影的胶片经过显影、定影等处理，最终获得可见的描述组织、器官分布情况的灰度图像。
4、传统屏-片成像优缺点：
（1）优点：
空间分辨力高、价格低廉；
X线设备造价低、维护费用低
（2）缺点：
动态范围小；
需要化学处理，影响图像质量，污染环境；
法进行后处理，废片率较高；
图像获取、显示、存储和传递的功能均以胶片为载体，无法复制；
消耗白银
5、数字减影血管造影（DSA）
减影技术：
人体同一部位造影前后的两帧图象相减，获得两图象中有差异（造影）部分的图象。
DSA:
将造影前、后获得的数字图象进行数字减影，消除骨骼和软组织结构，使造影剂所充盈的血管在减影图中显示出来，图像对比度提高。
.对比剂：
造影剂是为增强影响观察效果而注入（或服用）到人体组织或器官的化学制品
选择条件：
良好的显影效果。
无毒性，无刺激性，副作用小。
容易吸收和排泄，不久存于体内。
理化性能稳定，便于储存。
DSA的物理基础：
S=（μI-μT）dI
减影后图像与造影剂厚度成正比，与造影剂和软组织的线衰减系数有关，与骨和软组织的结构无关。
去掉了骨和软组织的影响，突出造影的血管。
DSA的三种基本方法：
1、时间减影（用作减影的两帧图像是在不同的显影时期获得，易受病人移动和动脉搏动影响）优点：
减影图像突出了对比剂影像的对比度。
病人移到或动脉脉搏的运动会影响图像质量；
2、能量减影（可消除运动影响，无法同时去除骨和软组织）优点：
不受软组织运动影响图像质量。
不能在一幅减影图像中同时抵消软组织和骨骼。
3混合减影：
在造影剂到达前后都作高能和低能摄影。
先做能量减影去软组织，再做时间减影去骨骼。
缺点：
减影图像中不能将软组织和骨骼同时抵消；
要求X射线管能在短时间内产生两种不同能量的X射线，增加了设备的复杂性；
如果高能像和低能像是在一个很短的时间间隔内取得，则可将患者移到的影响减至很小
影响DSA影象质量的因素：
1.噪声：
被检者身体X线散射（与厚度成正比），视频摄影机和模拟存储器件噪声
2.运动伪影：
运动或投照系统不稳—配准难—伪影
3.造影剂浓度：
与血管直径反比
4.其它：
器官状态和精神状态（心搏）
DSA的优缺点：
（与胶片减影相比）
对比度大；
实时处理；
直接显示和校正：
运动会产生伪影；
不进行选择性注射时，会血管重叠，会产生伪影
（CR）计算机X射线摄影
曝光量低，宽容度大，可进行后续处理和存储、传输，质量和信息量同传统拍片一样。
同传统拍片不同：
影像记录和显示不在同一媒介。
•CR成像原理（四个过程）：
1、影像信息的采集：
记录在成像板（IP）上（代替胶片）
PSL：
光激励发光物质（某些物质在一次激发光照射下，能将一次激发光携带的信息储存起来，当再次受到激发光照射时，能发出与一次激发光所携带信息相关的荧光）
2.影像信息的读取：
曝光后的成像板在激光扫描时，PSL受激光激励释放累积的带电粒子，发出可见光，这就是光激励发光现象。
每个像素发出的可见光强度与该像素受到的X线照射量成比例。
3、影像信息的处理：
因为是数字图象，可以用计算机图象处理软件依据不同诊断要求进行各种后处理：
增强对比度、亮度、放大、滤波等。
4、影像信息的再现：
三种方式：
荧光屏显示；
多幅照相机摄影到胶片上；
激光照相机直接记录
影响CR影像质量的因素：
1、空间分辨力：
2、PSL物质结晶体的颗粒度、影像读出系统的电光学特性、激光束光点的大小、散射程度
3、CR影像中的噪声：
4、X射线量子噪声：
IP吸收过程中产生
5、光量子噪声：
光电倍增管转换时产生
6、固有噪声：
IP结构噪声、激光噪声、模拟电路噪声、A/D转换中量子噪声等
.CR影像的优缺点
1、优点：
数字影像；
X射线照射量的动态范围大；
照射剂量低；
应用范围广；
IP可重复使用
2、缺点：
时分力差、空分力稍差、设备昂贵
数字X射线影像的主要技术优势（与传统X射线摄影比较）
1.量子检出效率高，X射线剂量低。
2.对比度高，曝光宽容度大，但细节可见度低于X射线胶片影像，但是可以通过图像处理的方式进行弥补。
3.摄影条件好，无需连续辐照
4.图像存储、传输方便
5.可进行计算机辅助诊断
X-CT成像
1.X-CT成像过程：
X-CT是运用扫描并采集投影的物理技术，以测定X射线（使用的是有一定能谱宽度的连续X射线，通过准直器后变为窄束X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，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后，再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。
2.X射线体层摄影的基本原理是根据X射线的投照原理，在曝光过程中，X射线管焦点、肢体、胶片三者必须保持相对静止，才能获得清晰的影像。
因此在曝光的过程中，欲成像部位的各点必须固定地投影在胶片的同一位置上，影像才能清楚显示。
如果三者之一在曝光中移动，影像就会模糊。
X射线体层摄影的目的是摄取人体某一体层的影像，而使其它各层影像模糊不清。
因此必须使焦点、被摄体层和胶片保持相对静止，而使其它各层对焦点和胶片作相对运动。
断层：
是根据研究目的沿某一方向所作的具有一定厚度的标本，是指在受检体内接受检查并欲建立图像的薄层，又称为体层。
体素：
是指在受检体内欲成像的断层表面上，按一定的大小和一定的坐标人为地划分为很小的体积元。
像素：
图像平面下划分的小单元，构成图像最基本最小的面积元。
体素与像素之间一一对应：
①空间位置；
②体素的吸收衰减系数和像素的取值
扫描：
是为获取投影值而采用的物理技术。
是用X射线束以不同的方式、按一定的顺序、沿不同的方向对划分好体素编号的受检体断层进行投照，并用高灵敏度的检测器接收透射体素阵后的出射X线速强度。
方法有平移扫描、旋转扫描、平移加旋转扫描。
投影：
投照受检体后出射X线速的强度I。
投影的数值称为投影值。
投影值的分布成为投影函数，
反投影法的原理
沿扫描路径的反方向，把所得投影的数值反投回各体素中去，并用计算机进行运算，求出各体素u值而实现图像的重建。
反投影法的优点：
重建速度快:
产生图像的边缘失锐。
解决的办法：
采用滤波反投影法，即把获得的投影函数作卷积处理以便于滤波，之后把改造过的投影函数进行反投等处理，就可以达到消除星状伪影的目的。
CT机主要分以下三部分：
①扫描系统（X线管、探测器和扫描架）;
②计算机系统（数据储存、运算等）和图像重建系统;
③图像显示和存储、照相系统、
窗口技术：
CT机放大某段范围内灰度的技术。
是将放大灰度范围的上限增强为全白，下限压缩为全黑。
增强了局部灰度范围内不同灰度之间黑白对比的程度。
窗口：
被放大的灰度范围。
窗宽：
被放大的灰度范围上下限之差。
窗宽=CTmax-CTmin
窗位：
被放大的灰度范围的灰度中心值。
窗位=（CTmax+CTmin）/2
窄窗宽——CT值范围小——每级灰阶代表的CT值跨度小——黑白对比度大。
适合观察密度差别小的组织。
反之宽窗宽，适合观察密度差别大（肺、骨质）的组织。
CT的意义：
CT的密度分辨率远高于一般Ｘ线检查，属非创伤性，检查时间较短，准确性较高和应用范围甚广的一种技术。
它是目前神经系统疾病首选的影像学诊断方法；
同时还应用于五官、胸部、腹部的组织、器官的检查，如对眼、鼻、耳、心、肥、肝、胰、肾等器官疾病的诊断很有帮助。
CT检查的优点：
①CT为无创性检查，检查方便、迅速，易为患者接受。
②有很高的密度分辨力，密度相差5-6H的不同组织能被区分。
能测出各种组织的CT值。
③CT图象清晰，解剖关系明确。
④CT能提供没有组织重叠的横断面图象，并可进行冠状和矢状面图象的重建。
⑤用造影剂进行增强扫描，不仅提高了病变的发现率，而且有的能做定性诊断。
CT成像缺点：
CT图像是经过数据采集、量化、图像重建和图像显示等多个环节形成的，任何一个环节出现偏差都会给CT图像带来伪差，容易造成误诊断，这是在使用CT成像中和读CT影像片时应力求避免的。
医师与技师应根据具体情况，尽早识别或判断出CT图像中出现的图像伪差的原因，及时进行修正或改进。
空间分辨力一般，介与X线成像与r照相机之间
1、普通X射线影像与X-CT影像最大的不同之处是什么？
二者最大的不同之处在于：
X-CT像是断层的、经过重建的数字影像；
而普通X射线摄影像是多器官重叠的模拟图像。
磁共振成像MRI
1.产生核磁共振（NMR）时，射频电磁波的频率
磁共振成像原理：
利用处于静磁场中的原子核在另一交变电场作用下发生振动产生的信号经梯度磁场进行空间定位，通过图像重建的成像技术。
产生三个基本条件:
1.能够产生共振跃迁的原子核;
2.恒定的静磁场（外磁场、主磁场）3.产生一定频率电磁波的交变磁场（射频磁场RF）
MRI的特点：
1.具有较高的组织对比度和组织分辨力2.多方位成像3.多参数成像4能进行形态、功能、组织化学和生物化学方面的研究5.多种特殊成像6.以射频脉冲作为成像的能量源7.流动测量
。
MRI优缺点：
有多个成像参数，能提供丰富的诊断信息；
无电离辐射，安全可靠；
有极好的组织分辨能力；
不需造影剂，即可观察心脏和血管系统；
扫描方向灵活，可做横断面、冠状面、矢状面及任意切面断层扫描。
但扫描时间相对较长。
空分力较低。
设备昂贵，禁忌症多
磁共振信号的采集：
当在静磁场中物质的原子核受到—定频率的电磁波作用时，在它们的能级之间发生共振跃迁，这就是磁共振现象。
物质吸收电磁波能量而跃迁之后，又会释放电磁能量恢复到初始状态，如果用特殊装置接受这部分能量信号，就采集到了磁共振信号。
产生磁共振现象的基本条件：
1.能够产生共振跃迁的原子核；
2.恒定的静磁场3.产生一定频率电磁波的交变磁场。
驰豫过程：
从“不平衡”状态（激励状态）恢复到平衡状态的过程。
T1为系统的纵向驰豫时间，T2为横向驰豫时间。
纵向弛豫：
又称自旋——晶格弛豫，是MZ在激励过后恢复到最大值M0这一过程中的时间常数，样品中的自旋核核晶格以热辐射的形式相互作用。
横向弛豫：
又称自旋——自旋弛豫，是自旋核之间的相互作用产生的，是Mxy以Max衰减到0的变化快慢，本质是自旋核的磁矩方向由相对有序状态向无序状态的过渡过程。
弛豫过程——相对独立
晶格一般指自旋核以外的部分，即自旋核的外环境。
弛豫过程及其特征量T1、T2
纵向弛豫时间T1处于高能态的自旋核向低能态过渡。
横向弛豫时间T2由相对有序状态向无序状态的过渡过程。
T1、T2都是时间常数，T1表示Mz随时间变化的快慢，T2表示Mxy随时间变化的快慢
自由感应衰减信号（freeinduceddecay,FID）:
射频脉冲停止后，样品在弛豫过程中，由于磁矩大小和方向变化在接受线圈中产生的电磁感应信号。
它是分析核磁共振过程的基本素材。
特点：
（1）信号强度随时间迅速衰减。
（2）信号有一定频宽。
如果是在90°
脉冲激励下发生的驰豫过程称为狭义的驰豫过程，而在一般的θ角脉冲激励下发生的驰豫过程称为广义的驰豫过程
射频脉冲的作用：
（原子核同时绕B0和Br旋进）
1、是低能级的原子核吸收了RF脉冲的能量后跃迁到了高能级，原子核在外磁场中排列方向由同方向平行变为反方向平行，进而又抵消了相同数目低能级原子核的磁力，纵向磁化矢量变小。
2、是受射频咏冲磁场的磁化作用，进动的原子核趋向于射频磁场方向而变为同步、同速运动，即处于“同相”。
这样，在x-Y平面上叠加起来，形成了一个新的宏观磁化量，即横向磁化矢量Mxy,不为零，继续绕z轴进动。
空间定位
•像素－－体素一一对应
•梯度成像方法－－－梯度磁场BG,方向同B0,大小与（x,y,z）成线性关系，低于B0。
1层面选择（定z）
•通过只使成像物体被选定
•断层的自旋核受到激励来实现。
•
旋进频率
•若所加的RF脉冲的中心频率为：
•则，只有Z=Z1这一断层的自旋核受到激励。
－－断层选择
•Z不同，V不同
2相位编码（定y）
•RF脉冲停止后，同频率，同相位
•沿Y方向加BGy，沿Y方向坐标不同的地方磁场强度不同，自旋核旋进频率不同，经过ty后，相位不同
用定y
3频率编码（定X）
•BGy停止后，不同Y位置质子初相位确定
•沿X方向加BGx经过tx后，不同X位置质子旋进频率不同
用频率定x
重建时间
核医学成像
核医学成像是一门利用放射性核素的核射线进行成像的技术。
是核技术在医学领域中的应用。
主要设备有r相机，SPECT，PET。
主要是功能性成像：
物质在生物体内的动态变化规律。
应用广泛.可揭示细胞内发生的细微、复杂的生理、生化过程，可在分子水平上动态的认识生命过程的本质。
灵敏度较高.采用放射性核素示踪的间接检测技术，检测灵敏度较高，可检测某些低浓度、动态变化快的物质。
准确性高,结果可靠.可获取定性、定量、定位的生物体内物质动态变化规律。
安全、测量方法简便。
（放射性核素半衰期短、数量小，体外检测）
放射性核素显像原理：
放射性核素显像是利用放射性核素示踪技术在活体内实现正常和病变组织显像的核医学检查法。
放射性核素或其标记化合物与天然元素或其化合物一样，引入体内后根据其化学及生物学特性有其一定的生物学行为，它们选择性地聚集在特定脏器、组织或受检病变部位中的主要机制有：
①细胞选择性摄取（包括特需物质、特价物质和代谢产物或异物）；
②特异性结合；
③化学吸附；
④微血管栓塞；
⑤简单在某一生物区通过和积存等。
放射性核素显像（即核医学物理）的特点：
技术特点：
所获得的图像包含丰富的功能性信息，不仅能获得组织脏器新陈代谢情况，还可揭示细胞内复杂微细的各种反应；
1.放射性核素显像为功能显像，它能反映脏器、组织或病变的血流、功能、引流、代谢和受体方面的信息，有利于疾病的早期诊断。
2.可以对影像进行定量分析，提供有关血流、功能和代谢的各种参数。
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