医学影像资料.docx
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医学影像资料
第六节变频X线机
工频X线机的局限性
曝光参数精度低
⏹KV与mA是相互关联的，依靠KV补偿和空间电荷补偿的方法，曝光精度仍然很低
⏹曝光时间精度难以控制
⏹变压器的剩磁现象、电感性限制了最短的曝光时间以及对电路的冲击
变频X线机的特点
可输出高质量X线
输出剂量大
可实现实时控制
输出稳定、重复性好
体积大大缩小
可实现智能化
曝光时间可以更短
使用直流电源供电
变频原理（逆变原理）--1
桥式方波逆变电路原理
变频X线机的特点
可输出高质量X线
输出剂量大
可实现实时控制
输出稳定、重复性好
体积大大缩小、重量减轻
可实现智能化计算机控制可实现
⏹自动化控制技术
⏹智能控制技术
曝光时间可以更短
使用直流电源供电
1.最短曝光时间可到达1ms，
2.而工频机用半周期曝光就是10ms，实际有效为3ms
●可解决供电电源问题，
●可实现移动和野外的条件下使用
第三章数字化X线机成像设备
数字化X线机成像设备的发展
数字化X线机成像设备是指把X线透射的影像转换成数字图像的一种X线设备。
分类
计算机X线摄影（ComputedRadiography,CR）
数字X线摄影（DigitalRadiography,DR）
特点
辐射剂量小、成像质量高、数字化媒体记录的量大空间小、可实现数字图像可处理技术及远距离传输技术
影像信号的数字化
数字图像
将二维图像以二维数字点阵的方式表示的图像叫数字图像。
二维数字图像中的每一个点称为像素。
像素的数目等于行数和列数的乘积，即为图像的大小。
一般医学中的图像大小有256×256，512×512，1024×1204等。
像素的黑白程度称为灰度，用一个数值可以表示灰度，这个数值的最大值称为灰阶，灰阶一般有256级、1024级，对应地也可表示为8bit、10bit。
n几种X线图像数字化的方式
ä胶片扫描系统
ä影像增强器+CCD+图像板
ä计算机X线摄影（ComputedRadiography,CR）
ä数字X线摄影（DigitalRadiography,DR）
第二节计算机X线摄影系统
系统原理和概念
计算机X线摄影（成像）系统（ComputedRadiography，简称CR）
CR是由日本富士公司于七十年代研制，八十年代推出，九十年代上市的计算机X线摄影系统。
CR的关键是用成像板（IP）取代X线胶片，摄片后由激光扫描仪读出IP板上的潜影，并转换成数字信号传入计算机作图像处理。
影像板（ImagePlte,IP）结构
表面保护层：
聚酯树脂类纤维制成，能弯曲、耐磨损、透光性好。
保护荧光层不受外界温度、湿度和辐射的影响。
涂布兰色滤光层，提高清晰度
荧光成像层：
用多聚体溶液把微量的二价铕的氟卤化钡晶体相互均匀结合涂布而成。
基板：
聚酯树脂类纤维制成。
保护荧光物质层免受外力损伤，延长IP的试用寿命。
两万次以上重复使用
背面保护层：
材料与表面层相同，避免IP在使用过程中的摩擦
影像板（ImagePlate,IP）成像原理
某些荧光物质可将第一次被激发的信息储存下来,当再次受激发时会释放出与第一次信息相应的荧光。
这种现象称为光激发发光或光致发光。
具有这一特性的物质称为辉尽性荧光物质。
成像板（IP）采用氟卤化钡晶体。
它的激发发光现象最强。
IP的特性：
发射与激发光谱
时间响应特征
动态范围
存储信息的消退X线激发IP后，潜影存储于荧光体中，在读取前一部分电子随时间延长将逃逸从而使第二次激发时的荧光强度减少，称为存储信息的消退。
天然辐射与黑斑
读出装置
&缓冲作用输出及输入各10个暗盒，合供20个
&无需等候時间
&每小时70张
&阅读影像資料及病人資料
&12bit影像信息输出到:
-自动化工作站
-互动/交互处理工作站
计算机图像处理
n图像处理环节
ä图像读出过程的处理：
图像读出灵敏度自动设定，自动获得最佳密度和对比度的图像
ä显示图像过程的处理：
显示图像的特殊处理，以获得较高诊断价值的图像，也称后处理
ä图像存储和记录过程的处理：
在不影响图像质量的基础上压缩图像，并可进行保存和传输。
还可用激光相机打印出图像。
图像读出灵敏度自动设定
图像读出灵敏度自动设定
图像后处理
n灰阶处理
n空间频率处理
n动态范围压缩
n减影处理
n叠加处理
n图像处理：
调节亮度、对比度、窗宽窗位，放大、反轉,旋转，距离、面积测量。
n文字注释。
n更改病人资料
n
图像的储存和记录装置
n磁带
n硬盘
n光盘
n磁光盘（MOD
图像的储存和记录装置
激光照相机
✓激光发生器
✓光调制器
✓光学扫描器
✓胶片传输系统
✓供片库
CR特点（总结）
n实现了传统X线图象的数字化；
n提高了图象的密度分辨率和显示能力；
n能实现图象后处理，增加了显示信息的功能；
n降低了X线曝光量；
n可以不用胶片的形式存储图片，而是以数字形式用磁盘或光盘存储，还能把信息传输给PACS。
DSA技术原理
n这项技术是在通常的血管造影过程中，运用数字计算机工具，取人体同一部位两帧不同的数字图像，进行相减处理，消去两帧图像的相同部分，得到造影剂充盈的血管图像。
MRI应用于医学的优势
•利用人体氢质子的MR信号成像，从分子水平提供诊断信息；（分子结构层面提供诊断信息）
•任意截面成像；
•软组织图象更出色；
•不受骨像的影响；
•无电离辐射；
•组织对比灵活；
第四章
CT成像基础
ØI为穿过某一物质后的X射线强度；
ØI0为射入该物质之前的X射线强度；
Øμ为该物质的吸收系数（不同物质的μ值不同，由物质的物理特性决定）；
ØX为该物质的厚度；
CT影像的像素如何计算出来？
（
Ø直接矩阵求解法
Ø逐次近似法（迭代法）
Ø总和法（逆投影法）
Ø卷积反投影法
CT中最常用的成像计算方法就是：
滤波反投影法
CT技术的发展趋势
•加快扫描速度
•提高图像质量
•简化操作
•提高工作效率
•紧凑的机器结构
CT临床应用的新技术
•血管造影CTA （CT Angiography）
•三维图像重建
•CT介入
•CT仿真内镜
•CT在放射治疗中的应用
1.图像分辨率
空间分辨率（SpatialResolution）在HighContrast情况下区分相邻最小物体的能力,（又称“HighContrastResolution”）决定影像清晰度。
常用多少线对/厘米，即LP/CM
密度分辨率（DensityResolution低对比度情况下分辨物体微小差别的能力（又称“LowContrastResolution”）受影像清晰度&噪声影响。
CT图像伪影
运动金属部分容积效应线束硬化扫描系统误差误操作。
。
。
射线束硬化效应
由X线球管发出的X射线束是具有不同能量的、连续的光谱，通过物体后光子能量的改变由该物质的衰减系数决定，而有效能转移到高端一值这一现象，称为“线束硬化”.在所看到的图像中表现为条状或环状
伪影。
扫描系统误差
由于环境、系统本身等种种原因，对相同强度的入射X线，探测器不可能始终输出同样的扫描信号。
当探测器输出错误信号甚至无信号，会导致图像中的“环状伪影”。
可通过每天开机或连续几小时不工作后，作系统校正测量及其定期地作系统维护来防止，而一旦排除不了，须由维修工程师来解决!
CTPrinciples
Systemcomponents
❑机架
❑床
❑高压发生器
❑控制台
❑计算机
CT机架?
v球管
v探测器
vDAS*
球管的工作方式
栅控式X线管使扫描时X线管间断的发射X射线，称为脉冲工作方式。
栅控式栅控阳极X线管（即在X线管靠近灯丝附近做一个专门的控制栅极）。
X线高压控制的要求
管电压和管电流必须有足够的稳定度。
CT扫描机中一般采用闭环反馈方法稳定X线管的电压和电流，使其误差控制在0.01％～0.05％范围内。
目前常采用高频逆变的方式产生高压和灯丝电压，使体积大大缩小、重量大大减轻，为实现CT的滑环技术提供了基础。
高压控制器？
？
主要包括：
ØKV控制板
ØMA控制板
Ø显示面板
ØMA调整板
Ø曝光控制板
Ø旋转阳极启动板
Ø高压油箱（变压器）
Ø整流滤波电路
Ø变频电路
气体电离室探测器？
？
氙探测器有很好的稳定性和短的响应时间，而且没有余辉问题。
然而它们的转换效率要低于固态探测器，仅为35%~45%。
固体探测器？
？
？
它具有灵敏度高、噪声小、线性好、工作频率范围宽、放大倍数高、光谱响应范围宽、稳定性好和工作电压范围宽等优点。
材料：
早期的CT扫描机使用NaI（Tl）晶体耦合光电倍增管。
由于余辉问题和NaI（Tl）晶体的动态范围有限，其它一些晶体如氟化钙（CaF2）、锗酸铋（Bi4Ge3O12,BGO）得到了应用。
现在使用带有固态光电二极管放大器的闪烁晶体探测器。
常规CT...？
？
？
常规扫描方式的缺点：
1、需要较长的扫描时间
2、成像中会产生遗漏人体某些组织的情况
3、不能准确地重建三维图像和多方位图像
4、使用造影剂扫描时，在造影剂的有效时间里，只扫描了有限的几个层面。
常规CT存在的问题...
由于不同层次呼吸而导致的漏诊
不能准确地重建三维图像和多方位图像
层厚定位选择所引起的问题...
常规vs.螺旋CT...？
？
？
？
在扫描过程中，X线管连续地围绕受检者旋转，与此同时承托着受检者的病床匀速的向机架的扫描孔内推进（或匀速地离开扫描孔），这样X射线束在受检者身上勾画出一条螺旋线轨迹，因此称之为螺旋CT。
螺旋线限定了人体组织的一段容积，所以这一技术也叫作容积扫描。
何谓4“C”?
Continuouslyrotatingtube/detectorsystem
-球管/探测器连续旋转。
Continuousradiation-连续投照。
Continuousdataacquisition-连续数据获取。
Continuoustablefeed-连续进床。
实现螺旋CT扫描的技术要求…？
？
？
？
？
要实现螺旋扫描，完成连续的容积式数据采集，必须满足下列要求：
1.依靠滑环技术使X线管能连续地沿着一个方向转动；
2.病床能做同步匀速直线运动；
3.使用大功率、高热容量和散热率的X线管；
4.具有螺旋加权算法软件；
5.选用计算速度快、存储容量大的计算机系统。
螺旋扫描的特点？
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✓扫描时间快：
避免呼吸引起的病灶遗漏
✓连续扫描：
避免了漏扫和重扫
✓可减少造影剂的使用量
✓可在任意层面重建图像
✓三维重建图像质量高
x床运动产生伪影
x比传统扫描图像噪声高
x扫描容积受球管容量限制
螺旋CT的加权算法...
螺旋扫描技术带给图像重建最突出的问题是原始数据采集的不对称现象。
常用的方法是利用螺旋CT扫描的原始投影数据进行内插，使用插值法来组合成需要成像层面的完整投影数据，然后再经滤波后反投影重建图像。
因此，原始数据的线性内插方式是螺旋CT扫描成像的关键
成像参数
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螺距:
机架旋转一周床运动的这段时间内，
床移动的距离
Increment（重建间隔）:
被重建的相邻两层横断面之间长轴方向的距离。
Determinesdegreeofoverlapbetweensuccessiveimages（连续影像之间的重叠程度）.
重建间隔越小，影像重叠越多.
回顾性重建:
这是螺旋CT的一个重要特征，先收集数据，然后可以在任意纵向位置上重建断层图像。
成像范围:
即一次采集中成像的第一层面中心点与最后一个层面的中心点之间的距离。
比扫描范围要小。
床移动范围:
一次采集病床移动的距离
什么时候使用螺旋CT?
Ø螺旋CT用于临床造影剂应用。
Ø螺旋CT适用于身体所有部位检查。
Ø对于小儿和外伤病人,能快速完成扫描。
Ø适用于大范围的解剖结构检查。
多层螺旋X线-CT介绍？
？
？
？
多层面螺旋扫描技术中，使用多排探测器阵列（其排数可以从几排到几十排）扫描轨迹是多根螺旋线。
X线管旋转一周可以同时获得四层数据，而且可以选择较薄的层厚，使获得的三维数据有更高的精度。
WhatisSpiralScan?
--just4“C”
¨Continuouslyrotatingtube/detectorsystem
¨ContinuouslygeneratingX-ray
¨Continuouslytablefeed
¨Continuouslydataacquisition
医用核磁共振成像设备
原理与结构
磁共振成像的命名由来
Nuclear）MagneticResonanceImaging
为了和原子核及射线的放射性危害区分开来，临床医生建议去掉N，简称为磁共振成像（MRI）
MRI应用于医学的优势
利用人体氢质子的MR信号成像，从分子水平提供诊断信息；（分子结构层面提供诊断信息）
•多参数成像
任意截面成像；
软组织图象更出色；
•组织对比灵活；
不受骨像的影响
无电离辐射；
生物体组织的电离能大约为9eV；因此电磁波能量超过9eV的称为电离辐射；
MRI的局限性
•成像速度慢（相对于X-CT而言）
•对钙化灶和骨皮质灶不敏感
图像易受多种伪影影响
•禁忌症：
心脏起搏器及铁磁性植入者等
•定量诊断困难
发展目的：
缩短成像时间
提高图像质量
降低成像费用
更舒适、人性化的受检环境
发展方向：
（原理、硬件、软件、技术四个方面）
原理方面的发展
开发研究新的成像参数：
温度（超声聚焦下的肿瘤消融）
压强
导电率
粘滞度
弹性等（核磁共振弹性图）
设备方面的发展？
？
？
•主磁体方面
•高性能的梯度子系统
•高效线圈、信号采集的数字化和多通道化
•从四肢和乳腺专用机到头和心脏专用系统的实现
•移动床的MRI
•MRI系统的环保理念
•MRI系统的人性化设计
•对计算机的要求及其网络化趋势
成像技术方面的进展
1：
检查的若干进展
2、血管成像
3、功能成像
4、水成像
5、介入治疗中的MRI
核磁共振成像原理？
？
？
？
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？
质子数与中子数至少有一个为奇数的核都是磁性核；
1、某些原子核具有磁性
2、无静磁场下，质子群系统磁性杂乱无章,体现不出宏观磁性来
3、一个强、均匀、稳定磁场环境
4、该环境中，铁磁性物质具有扭矩，因而出现方向规则化
共振：
系统之间匹配能量的吸收现象
5、将磁性核置入强磁场环境；体现出宏观磁性；及样品被磁化（量子力学观点）
核磁共振吸收现象:
连续波核磁共振就是检测吸收峰，直接获得频谱图
观察核磁共振现象的两种方式
扫频法扫场法
经典电磁学观点
v对放入静磁场的质子群施加一射频脉冲将会出现什么现象呢？
90度射频脉冲的作用：
使磁化矢量以射频场为轴做进动；以进动的角度定义射频场，如90度脉冲、180度脉冲、α脉冲等
如果此时去掉RF脉冲，质子将会恢复到原来状态，当然恢复有一个时间过程，这个过程就叫弛豫过程。
弛豫：
Relaxation;自然界的一种固有属性；即任何系统都有在外界激励撤销后回到原本（原始、平衡）状态的性质；这种从激励状态回到平衡状态的过程就是弛豫过程
弛豫快慢：
用弛豫时间T来进行度量；
弛豫过程是激励过程的反过程,因此也包括2个分过程：
1、放出能量，从高能级向低能级跃迁；纵向磁化逐渐增加；纵向弛豫过程，T1弛豫过程
2、相位分散，横向磁化矢量逐渐减小；横向弛豫过程，T2弛豫过程
驰豫过程的综合表示（三种运动的综合过程）
频率合成器：
采用单个或多个不同频率的晶体振荡器作为基准信号源，经过具有加减乘除四则运算功能的混频器、倍频器、分频器和具有选频功能的滤波器的不同组合来实现频率合成的方法，一般称为直接频率合成法。
利用不同组合的四则运算，即可产生大量的、频率间隔较小的离散频率系列。
基本原理
混频器完成频率的相加和相减；
倍频器完成频率的乘法；
分频器完成频率的除法；
通过鉴相器和锁相环路来稳定频率。
优点：
频率转换时间短，能产生任意小的频率增量；
缺点：
频率范围有限，离散频率数不能太多；
由于采用大量的倍频器、分频器、混频器，输出信号中的寄生频率成分和相位噪声显著加大；
过多的滤波器又使设备变得庞大。
低噪声前置放大器？
？
？
是核磁共振系统的关键电子学部件；
信号微弱，容易受到干扰和噪声的影响
•采用低噪声元器件（CMOS管，金属膜电阻等）
•静态工作点的最优化
•屏蔽措施消除干扰
•匹配最优
•选择最合适带宽
•低温下工作
•采用最优的放大电路
谱仪系统的作用
磁共振系统设备的中心控制系统，负责产生、控制序列的各个环节的协调运行，如射频的发射时序、梯度的配合施加时序，接受线圈的接收
计算机子系统作用
1，负责将操作者选择的成像软件用网络线发送给谱仪系统；
2，负责将K空间中存储的数据进行图像重建和显示；
3，对图像进行一些基本的图像处理
美国FDA关于磁共振安全标准
•静磁场静磁场不得超过3.0T。
如果磁场超过3.0T，设备需要提供必要的安全设施。
目前3.0T的MRI设备已投入临床应用。
•梯度场时变梯度场要小，对人体不能产生周围神经刺激或其他效应。
•RF功率分布控制RF能量吸收产生的热过载和局部热损害需要采取以下措施：
（1）全身的特性吸收率为0.4W/kg或更少，任何1g组织的特性吸收率是8.0W/kg或更少，头部特性吸收率是3.2W/kg或更少，则RF能量吸收在允许的水平范围内。
（2）如果RF场没有使中心升高l℃，局部温度没有超过极限温度，头部为38℃，躯干为39℃，四肢为40℃。
这些均在允许范围内
4．噪音MRI设备产生的噪音应在允许的范围内。
如果超标，负责人必须采取措施减小或消除病人接收的噪音。
第七章核医学成像设备
核医学影像设备种类
♦用于脏器显像的装置
⏹闪烁扫描仪
⏹伽玛照相机
⏹ECT（SPECT、PET）
♦用于放射性药物的活度测量的活度计
⏹活度计又称强度计、同位素刻度计、居里计
♦用于个人剂量监测和防护监测的仪器
⏹个人剂量计、热释光剂量计、表面沾染仪、环境监测仪等
♦用于体外样品分析的样品测量装置
⏹放射免疫测计数器、液体闪烁计数器
♦用于脏器功能测定的仪器
⏹甲状腺功能仪、肾功能仪、心功能仪、肺密度仪、骨密度仪等
核医学成像设备原理简介
同位素扫描仪（RadionuclideScanner）工作原理
根据人体脏器对放射性药物也即示踪核素的选择吸收能力，利用扫描仪的闪烁探头对准脏器缓慢地作“弓”字形匀速平面扫描运动，并逐点探测记录放射性核素在脏器内的分布情况，将各点的放射性活度以相应的打点密度或颜色等方式描绘成脏器中放射性核素浓度（或放射性活度）的二维分布图像，即为扫描图。
由此可以判断脏器的形态变化以及生理、生化参数的变化。
闪烁扫描机特点
♦扫描机早在50年代国外已普遍使用，我国自60年代以来也逐渐普及。
♦由于扫描机的设备比较简单、价格低廉、使用方便、检查费用低以及扫描图具有功能成像的特点，所以被临床应用价值所肯定。
♦扫描机的空间分辨率约为10mm左右，在其静态显像上并不亚于后来发展起来的γ照相机，且成像的大小与脏器实物相等（即成像比为1:
1）。
♦但由于扫描机是通过“顺序定点”的扫描方式来获得人体器官的静态图像，故成像时间较长（一般要花十几到几十分钟），不能使用太短半衰期的放射性核素，易形成运动伪像，不能做动态显像。
♦后逐渐被γ照相机所取代。
伽玛照相机的特点
♦不需要探头移动，可一次成像
♦成像效率高，特别是对低能量伽玛射线
♦能做连续动态显像，可以观察脏器对药物随时间的吸收、代谢情况，判断脏器的功能。
♦γ照相机由美国科学家海尔·安格（Hal.O.Anger）于1957年首次发明的，所以又把它叫做Anger相机。
♦γ相机可采用闪烁探测器、半导体探测器或多丝正比室等探测器。
采用闪烁探测器的γ照相机称为闪烁γ照相机，简称闪烁照相机（ScintillationCamera）。
核医学成像设备原理简介
♦发射型计算机断层扫描仪
⏹EmissionComputedTomography（ECT）
♦分类
⏹单光子发射型计算机断层扫描仪
●SinglePhotonEmissionComputedTomography（SPECT）
⏹正电子发射型计算机断层扫描仪
●PositronEmissionComputedTomography（PECT），简称PET
为什么叫ECT？
♦相对于TCT（TransmissionComputedTomography）而言，即射线源在人体的外部，X线CT即为TCT。
♦而ECT的射线源在人体内部，即放射线药物引入人体后，药物释放出伽玛射线。
SPECT成像的特点
♦比X线CT图像重建复杂
⏹必须修正伽玛射线被组织的吸收
⏹必须修正散射线的影响
♦X线CT测定的是人体组织对X线的衰减值，反映的是组织的物理特性（组织密度值）。
♦而SPECT测定的是人体组织对放射性药物的吸收情况，反映的是人体组织的生理、生化信息，以及组织的功能代谢情况。
♦正常组织与病变组织对药物的吸收差异，远远大于他们的密度差异。
符合探测原理
♦符合探测技术能在符合电路的时间分辨范围内，检测同时发生的放射性事件。
♦利用符合探测技术可以进行正电子放射性核素示踪成像。
♦使用符合探测技术，起到电子准直作用，大大减少随机符合事件和本底的同时提高了探测灵敏度。
♦符合线路是探测同时发生的闪烁事件。
♦两个探测器的触发总有一定时间差异，这时间差异称为符合线路的分辨时间。
♦在分辨时间内进入两个探测器的不同位置的γ光子也会被记录下来。
这种不是由湮灭作用产生的符合称为随机符合。
♦γ光子在飞行过程中还会产生康普顿散射，γ光子与吸收物质的一个电子作用，改变了电子动能的同时使γ光子改变飞行方向，这样就有可能与其它飞行的γ光子同时进入两个相对的探测器，并发生符合探测。
这种符合称为散射符合
PET的2D和3D采集模式
♦2D采集：
1.信噪比高，随机符合和散射符合计数较小
2.图像校正和图像重建简单，定量处理准确
3.轴向FOV均匀性较好
4.灵敏度较低，采集时间较长
♦3D采集：
1.灵敏度较高，节省采集时间
2.随机符合和散射符合计数较高
3.图像校正和图像重建复杂，定量精度很差
4.轴向FOV均匀性较差
PET的性能参数
♦能量分辨率：
Eres=（EFWHM/EP）X100%
♦时间分辨：
时间响应曲线的半高宽（FWHM）
♦空间分辨：
探测器在X、Y、Z三个方向能分辨最小物体的能力。
♦噪声等效计数率：
对于各次符合采集数据，与无散射和无随机符合具有相同信噪比时的真符合计数率。
♦系统灵敏度：
单位时间内、单位辐射剂量条件下获得的符合计数。
♦最大计数率：
探测器在单位时间能计量的最大计数值。
♦PET显像仪的性能指标可以根据严格的规定、使用标准的模型进行测试。
第六章超声成像设备
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