医学影像物理学复习整理NEW

医学影像物理学复习整理（四种成像技术的物理原理，基木思想等）第一章：X射线物理第一节：X射线的产生医学成像用的X射线辐射源都是利用高速运动的电子撞击靶物质而产生的。产生X射线的四个条件：（1） 电子源（2） 高速电子流（包括高电压产生的强电场和高度真空的空间）（3） 阳极靶X射线管结构及其作用（阴极，阳极，玻璃壁）（1） 阴极：包括灯丝，聚焦杯，灯丝为电子源，聚焦杯调节电流束斑大小和电子发射方向。（2） 阳极：接收阴极发出的电子；为X射线管的靶提供机械支撑；是良好的热辐射体。（3） 玻璃壁：提供真空环境。3a实际焦点：灯丝发射的电子，经聚焦加速后撞击在阳极靶上的面积称为实际焦点。有效焦点：X射线管的实际焦点在垂直于X射线管轴线方向上投影的面积，称为有效焦点。有效焦点的面积为实际焦点面积的sine倍。（0为靶与竖直方向的夹角）补充：影响焦点大小的因素有哪些？答：灯丝的形状、大小及在阴极体中的位置、管电流、管电压和阳极的靶角e有关。管电流升高，焦点变大；管电压升高，焦点变小。4•碰撞损失：电子与原子外层电子作用而损失的能量。5•辐射损失：电子与原子内层电子或原子核作用而损失的能量。a标识辐射（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。b.韧致辐射：高速电子与靶原子核发生相互作用，将能量转化为韧致辐射。6.a.连续X射线短波极限（入min）：连续X射线强度是随波长的变化而连续变化的，每条曲线有一个峰值，曲线在波长增加方向上无限延展，但强度越来越弱，在波长减小的方向上，曲线都存在一个最短波长，称短波极限。光子能量的最大极限（hvmax）等于入射电子在X射线管加速电场中所获得的能量eU,即光子最短波长为：入min=1.24/U（nm）0连续X射线的短波极限只与管电压有关。且与其成反比。最大光子能量对应的光子最短波长。b.特征X射线产生条件：管电压U满足入射电子动能〉靶原子某一壳层电子结合能7.X射线的产生机制：电子与物质的相互作用，X射线是高速运动的电子在与物质相互作用中产生的。韧致辐射是产生连续X射线的机制。影响X射线能谱的大小和相对位置的因素：管电流——能谱幅度管电压一一能谱幅度和位置附加滤过——能谱幅度，在低能时更加有效靶材料一一能谱幅度和特征X射线位置电压波形一一能谱幅度，在高能时更加有效第二节：X射线辐射场的空间分布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。X射线的量与质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。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。3.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增加增加靶原子序数增加增加附加滤过增加降低距离不变降低电压脉动降低降低管电流不变增加第三节：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。补充: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。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。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。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。电子对效应:当X射线光子从原子核旁经过时，在原子核库伦场的作用下形成一对正负电子，此过程称为电子对效应。产生条件：hv=E++E-+2mec2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。X射线的基本特征（1） X射线的穿透作用（2）荧光作用（3）电离作用（4）热作用（5）化学和生物效应*X射线的穿透作用是X射线医学影像学的基础。第四节：X射线在物质中的衰减包括距离所致的衰减（扩散衰减）和物质所致的衰减（吸收衰减）X射线强度衰减的平方反比定律：X射线点源在向空间各方向辐射时，若不考虑物质的吸收，与普通点光源一样，在半径不同球面上的X射线强度与距离（即半径）的平方成反比。一、 单能X射线在物质中的衰减规律单能窄束X射线在物质中的衰减规律半价层（half-valuelayer,HVL）:X射线强度衰减到其初始值一半时所需某种物质的衰减厚度。宽束X射线:含有散射线成分的X射线束。积累因子B：表示在物质中所考虑的那一点的光子计数率与未经相互作用原射线光子计数率之比。二、 连续X射线在物质中的衰减规律决定X射线衰减程度的因素：X射线本身的性质，物质的密度，原子序数，每千克物质含有电子数。三、 X射线的滤过滤过：X射线管出口放置一定均匀厚度的金属，预先把X射线束中的低能成分吸收掉，将X射线的平均能量提高，这种过程就是所谓滤过。铝当量（mmAl）：是指一定厚度的铝板与其它滤过材料相比，对X射线具有相同的衰减效果，此铝板厚度就是该滤过材料的铝当量。实际滤过板可选择某种物质使它通过光电效应大量吸收低能成分，而高能成分通过时仅有极少量的康普顿散射吸收和光电效应吸收，绝大部分高能射线可通过。理想滤过板低能成分全部吸收高能成分全部透过单能X射线由于具有同样的穿透本领，无需滤过，其线质可用X射线光子的能量或半价层表示。但对连续X射线来说，光子能量不同，当通过滤过物质后，能量分布有不同的变化,要描述它的线质比较困难。在不需严格的能谱分析情况下，通常可用半价层、有效能量等表示。三、 化合物的有效原子序数是指在相同照射下，1kg混合物或化合物与1kg单元素物质所吸收的辐射相同时，此元素的原子序数就称为化合物的有效原子序数。康普顿散射占优势时，电子密度成为衰减的主要因素。四、 X射线在人体内的衰减人体各种组织器官的密度，有效原子序数，厚度不同，对X射线的吸收程度各不一样。当X射线穿过人体组织，由于透过量不同，从而形成带有信息的X射线影像，这种影像是肉眼看不见的，当它到达荧光屏或X射线胶片时，将不可见的X射线影像变为可见光影像。观察分析这种深浅不同的影像，就能帮助判断人体各部分组织器官的正常或病理的形态，这就是X射线诊断的物理基础。第二章第一节X射线摄影基本原理？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。米集、转换、显示系统（1） X射线电视系统：主要包括X射线影像增强器，光学图像分配系统，含有摄像机与监视器的闭路视频系统与辅助电子设备。（2） X射线照片系统：用胶片采集转换X射线信息影像，使之成为可见的影像，即为X射线摄影。X射线照片系统主要包括医用胶片（或胶片一增感屏系统）和胶片处理系统。胶片作用：影像记录，显示，贮存。特性:感光，即接受光的投照并产生化学反应，形成潜影。灰度：明暗或黑白的程度，主要由曝光量（即投照光强度对投照时间的积分）X射线照射的胶片，经过显影、定影后，胶片感光层中的卤化银被还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胶片光密度D。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。0临床上，影像白对应组织的密度高，吸收X射线多，照片上呈白影；黑对应组织的密度低，吸收的X线少，照在胶片上的多，胶片呈黑影。胶片特性曲线：相对曝光量RE与对应光密度D的关系曲线胶片宽容度：是胶片的性能指标之一，指感光材料按线性关系正确记录被检体反差的范围，即胶片特性曲线直线部分的照射量范围，又称曝光宽容度。增感屏构造：基层、反射层和吸收层、荧光层、保护层。作用：增加X射线对胶片的曝光，以缩短摄影时间，降低X射线的辐射剂量。增感原理：增感屏上荧光物质受到X射线激发后，将X射线能量的一部分（大约5%〜20%）转变为容易被胶片所接受的荧光，从而增强了对X射线胶片的感光作用。第二节1•软X射线摄影:采用20-40KV的峰值管电压产生的低能X射线（即软X射线）进行的摄影。原理是利用人体各种组织对不同质地软X射线的吸收有显著差别，其质量衰减系数与物质有效原子序数3次方成正比，使密度相差的基本不大的脂肪、肌肉和腺体等软组织在感光胶片上形成对比度高的影像，从而使影像更清晰。物质对软X射线的吸收衰减以光电效应为主。2•高千伏X射线摄影的产生方式：管电压大于120kV产生高能X射线。应用：胸部摄影（显示心脏、肋骨和膈肌后的肺组织）基本原理是利用管电压达到120kv以上时，组织吸收以散射效应（康普顿散射）为主，质量衰减系数与原子序数、密度无关，骨骼、软组织、脂肪的气体的影像密度差别随之减少，相差不大，即使相互重叠也不致为骨影所遮盖，从而使与骨骼相重叠的软组织或骨骼本身的细小结构及含气的管腔等变得易于观察。3..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。分为阳性和阴性，阳性是指对比剂的有效原子序数大，物质密度高，对X射线吸收强，在透视荧光屏上显示浓黑的对比剂影像，在胶片上则是淡白的对比剂影像，如各种钡剂、碘剂。阴性对比剂：对比剂的有效原子序数低，物质密度小，对X射线吸收差，在透视荧光屏上显示淡白的对比剂影像，在胶片上则是浓黑的对比剂影像，如空气，氧气，二氧化碳及氧化氮等。引入对比剂形成密度差异显示形态功能选择条件：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。4.X射线造影：将某种对比剂引入欲检查的器官内或其周围，形成物质密度差异，使器官与周围组织的X射线影像密度差增大，显示出器官的形态和功能的方法。1•影像质量是由对比度、模糊度、噪声及信噪比、伪影及畸变等多种因素综合体现出来的。2•对比度：差异的程度。包括3•模糊度：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。第五节1•数字减影血管造影（DSA）的原理是？数字减影血管造影是将造影前、后获得的数字图像进行数字减影，在减影图像中消除骨骼和软组织结构，使浓度很低的对比剂所充盈的血管在减影图像中显示出来，有较高的图像对比度。2•数字减影的3种基本方法：（1）•时间减影从静脉或动脉注入对比剂。在对比剂进入欲显示血管区域之前，利用计算机技术采集一帧图像贮存在存储器内，作为掩模（即蒙片）。它与在时间上顺序出现的充有对比剂的血管图像（称为充盈图像）一点对一点的进行相减。这样，相同固定的图像部分（如软组织和骨骼）就被消除，而对比剂通过血管引起的密度变化就会被突出地显示出来。优点：减影图像突出了对比剂影像的对比度。缺点：病人移到或动脉脉搏的运动会影响图像质量；（2） •能量减影（双能减影、K-缘减影）血管注入碘对比剂后，用略低于和略高于碘K-缘能量（33keV）的X射线照射，在这两种条件下所得的血管造影影像中，碘在不同能量下的衰减特征差别较大,可将此两种影像数字减影,可以突出减影图像中碘的对比度，不消除其它无关组织结构对图像的影响，而且更能突出血管的对比度（碘的对比度）。优点：不受软组织运动影响图像质量。缺点：不能在一幅减影图像中同时抵消软组织和骨骼。（3） •混合减影对比剂注入前后都做高能和低能图像。先做高能和低能的减影图像得到一系列双能减影图像。这些双能减影图像中软组织像（或骨像）已被消除。再用时间减影处理双能减影图像消除骨骼（或软组织）等背景。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；优点：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；3•影像DSA影像质量的因素？1•噪声：包括X射线的量子噪声、视频摄影机的噪声、模拟存储器件的噪声及X射线穿过被检查身体时散射线引起的噪声2•运动伪影:会严重损害DSA的影像质量3•对比剂浓度：DSA要求的动脉对比剂浓度与血管直径近似地成反比4DSA的优缺点？优点：图像叠加准确，对比度大，可用稀释的很淡的对比剂显示出被充盈的细小血管。可实时处理，即图像信息的数字化、图像信息的处理和存储都不需要很多时间。在屏幕上直接显示出减影图像，便于进行图像分析。数字图像存储有可能对图像伪影进行快速的校正。缺点：当不进行选择性注射时，图像中会出现血管重叠。由于背检者的移动、吞咽、肠蠕动和动脉搏动等慢运动，使掩模图像和充盈图像发生位移，以致不能充分消掉与血管重叠的那些结构，而产生图像伪影。计算机X线摄影（CR）CR与传统X线摄影的不同之处？曝光量少，宽容度大B.数字化成像，可进行图像处理，为X射线长期保存和高效率的检索提供可能。C.其影像记录与显示不是在同一媒介上完成的，成像过程为：先用成像板（IP）进行影像信息的采集，然后通过读取装置将成像板中的影像信息读出后，由计算机图像处理系统处理，再经显示、记录装置成像、显示、贮存。3•光激励发光的发光特性某些物质在第一次受到照射光（一次激发光）照射时，能将一次激发光所携带的信息贮存（记录）下来，当再次受到照射光（二次激发光）照射时，能发出与一次激发光所携带的信息相关的荧光。4•直接数字化X射线摄影（DDR）其与其他摄影技术的不同点体现在探测器上。即二维平板探测器（FPD）：A.非晶态硒型平板探测器b.非晶态硅型平板探测器c.气体电离室探测器5.DDR的主要特点：其与传统增感屏一胶片系统不同，由于成像环节明显减少，可以在两个方面避免了图像信息的丢失。一时在屏一片系统中X射线照射使增感屏发出可见光后，再使X射线胶片感光的过程中的信息丢失，二是暗室化学处理过程中的信息丢失。图像具有较细节可见度，能够满足临床常规X射线摄影诊断的需要。放射剂量小，曝光宽容度大，曝光条件易掌握。可以根据临床需要进行各种图像后处理。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。摄影条件好，无需连续辐照图像存储、传输方便5•可进行计算机辅助诊断霍斯菲尔德(Housefield)发明了CTX-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。3.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，准直器：允许X射线通过的狭窄通道，通过准直器之后的X射线称为窄束X射线。反投影法(backprojection)：利用投影数值近似地复制出ui值的二维分布。4•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。优点：重建速度快：缺点：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值的定义：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。CT=kU~Uw,P71，CT值的单位为HUuw第三节：1•窗口技术系指CT机放大或增强某段范围内灰度的技术，即把人体中与被观测组织的CT范围相对应的灰度范围确定为放大或增强的灰度范围，把确定灰度范围的上限以上增强为完全白，把确定灰度范围的下限一下压缩为完全黑，这样就放大或增强了确定灰度范围内不同灰度之间黑白对比的程度。这个被确定为放大或增强的灰度范围叫做窗口，放大的灰度范围上下限之差叫窗宽，放大的灰度范围的平均值，即所放大灰度范围的灰度中心值叫窗位。传统X-CT的扫描方式一、 单束平移-旋转（T/R）方式1•组成：一个X射线管一个检测器2•特点：先直线平移后旋转角度3•缺点：射线利用率极低扫描速度慢二、 窄扇形束平移-旋转（T/R）方式组成：一个X射线管6~30个检测器组构成同步扫描系统2•特点：窄扇形线束同时采样平移-旋转缺点：运动伪影三、 旋转-旋转（R/R）方式1•组成：一个X射线管和由250〜700个检测器（或用检测器阵列）排成一个可在扫描架内滑动的紧密圆弧形排列组成。2•特点：宽扇形线束同步旋转缺点：环形伪像四、 静止-旋转扫描（S/R）方式组成：一个X射线管和600~2000个检测器在扫描架内排列成静止的检测器环组成。2•特点：宽扇形射束只有X射线管旋转3•速度快克服环形伪影五、 传统CT扫描的技术缺憾电缆供电一一不能连续扫描一一时间延缓断层间隔六、 电子束扫描方式1•组成：特殊制造的大型X线管和静止排列的检测器环电子束偏转产生X射线特点：电子控制，无机械运动3•优点：动态器官检查，高速扫描1•螺旋CT（SCT或者HCT）与传统CT的不同点：a.螺旋CT对X射线管的供电方式不同。b。扫描方式不同。2•什么是螺旋扫描CT?X射线管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。3•螺旋CT扫描方式的优点：a.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,减少了运动伪像；b.由于可以进行薄层扫描，且在断层与断层之间没有采集数据上的遗漏，所以不仅可在任意位置上重建图像，而且还可提供较好的三维图像重建的容积数据和质量。c.根据需要任意回顾性重建图像，无层间隔大小的约束和重建次数的限制。d.单位时间内的扫描速度提高，提高了增强CT检查时对比剂的利用率。X-CT图像的质量控制对比度（contrast）：是CT图像表示不同物质密度差异（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量。高对比度分辨力：物体与匀质环境的X射线线性衰减系数差别的相对值大于10%时，CT机（从而也是CT图像）能分辨该物体的能力，单位是mm或LP?cm-1低对比度分辨力：物体与匀质环境的X射线线性衰减系数差别的相对值小于1%时，CT机（从而也是CT图像）能分辨该物体的能力，单位是mm。图像噪声：在均匀物质的影像中，表示给定区域的各CT值对其平均值变化的量。X-CT的伪像：是指在重建图像过程中，所有不同类型的图像干扰和各种其他非随机干扰在图像上的表现，它对应的是受检体中根本不存在的组织或病灶的影像。补充：1、普通X射线影像与X-CT影像最大的不同之处是什么？答：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。第四章11.产生核磁共振（NMR）时，射频电磁波的频率Vrf=2T"i'B第三节磁共振成像原理: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.流动测量优点：1.MRI对人体没有电离辐射损伤；MRI能获得原生三维断面成像而无需重建就可获得多方位的图像；软组织结构显示清晰，对中枢神经系统、膀胱、直肠、子宫、阴道、关节、肌肉等检查优于CT。多序列成像、多种图像类型，为明确病变性质提供更丰富的影像信息。缺点：1.和CT一样，MRI也是影像诊断，很多病变单凭MRI仍难以确诊,不像内窥镜可同时获得影像和病理两方面的诊断；对肺部的检查不优于X线或CT检杳，对肝脏、胰腺、肾上腺、前列腺的检查不比CT优越，但费用要高昂得多；对胃肠道的病变不如内窥镜检杳：对骨折的诊断的敏感性不如CT及X线平片；5•体内留有金属物品者不宜接受MRI。6.危重病人不宜做妊娠3个月内者除非必须，不推荐进行MRI检查&带有心脏起搏器者不能进行MRI检查，也不能靠近MRI设备9•多数MRI设备检查空间较为封闭，部分患者因恐惧不能配合完成检查10.检查所需时间较长宏观的磁共振现象1） 平衡态的能级分布平衡态的磁化强度2） 激励后能级重新分布3） 激励过程磁化强度矢量的变化过程：主磁场方向分量的大小变化；XY平面分量既有大小变化，同时绕Z轴旋转。低能数量多于高能级磁化现象：宏观物体包含大量的自旋磁矩。但由于这些自旋小磁体杂乱无章的排列，磁性相互抵消，对外不显磁性。在外磁场的作用下，这些磁矩有沿外磁场排列的趋势，从而对外显磁性。称为磁化现象。在MRI中，1H核主要来自组织器官中的水，即水的含量越多的地方，p越大。在不同病理阶段上，病灶的含水量不同，这就是MRI诊断中病灶分期的根据之一。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8角脉冲激励下发生的驰豫过程称为广义的驰豫过程成像物体的基本参数：质子密度P，驰豫时间T1,T2自旋回波序列P1133.SE序列的加权图像名称TE选择TR选择效果T1加权图像短短T1小I值大T2加权图像长长T2大I值大质子密度加权图像短长质子密度大I值大第二节各个方向上梯度磁场分量的作用分别是：BGx进行频率编码；BGy进行相位编码；梯度磁场BGz选出一个垂直于Z轴的薄层。K空间P124AW-—r- 、.Vt-第五、八早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。核衰变：是指放射性核素自发地放出射线（或粒子）变为另一种核素的过程。原子核衰变的类型：第一种是a衰变（电离作用大，贯穿本领小），它是某种元素的一个原子核通过放射出一个a粒子，而变成另外一种元素的原子核的衰变.原子核在进行a衰变时，放出一个a粒子，并且原子序数减去2,质量数减去4,成为原子序数比它小2的原子核.其中，衰变前的原子核称为母核，而衰变后生成的原子核称为子核.第二种放射性衰变是B衰变（电离作用比较小，贯穿本领比较大），它的特点是原子核的原子序数改变而质量数不变.它主要分为三种类型：B+衰变、B+衰变和轨道电子俘获.在B+衰变中，原子核中的一个质子放出一个正电子和一个中微子而成为中子，同时原子序数也减去1.第三种放射性衰变Y衰变（电力作用小，贯穿本领大），往往是伴随着a衰变或B衰变而产生的.原子核经过a衰变或B衰变后一般处在激发态，这时就会发生y衰变，使原子核跃迁到基态，同时放出一个高能光子.除此之外，原子核的放射性衰变还包括原子核的自发裂变、质子放射性等许多形式.只有很重的原子核才会有显著的原子核的自发裂变，1940年最早发现的可以自发裂变的原子核是铀核，现在已知的可以自发裂变的原子核主要是比铀重的原子核.放射性衰变（原子核衰变即核反射现象）：是指放射性原子核自发地从不稳定状态转化为稳定状态的过程；在放射性核素（母核）在衰变过程中，自身原子数目不断减小并产生新的核素（子核），并释放出射线；对应产生的子核可能是稳定的核素，也可能具有放性；从而子核会按照自身的衰变方式和规律继续衰变，直到获得稳定的子核；衰变常数：描述放射性核素衰变快慢物理量，单位s-1。半衰期（halflife）：特定能态的放射性核素，核的的数量因发生自发自发核衰变减少到原来核数一半所需的时间；（单位：年a、天d、小时h、秒s）生物衰变常数：考虑由于人体排泄而使核素数量减小，且假设此减小也按指数规律变化；对应也应有一个衰变常数称生物衰变常数bo有效衰减常数e;物理衰变常数p三者表示放射性核素的衰变快慢。可得：l/Te/2=l/Tp/2+l/Tb/2可见，有效半衰期比物理半衰期和生物半衰期都短。平均寿命：某种放射性核素在衰变过程中的平均存在时间，单位秒So放射性活度(radioactivity):单位时间内衰变的原子核数为该放射性样品的放射性活度，也称放射性强度。用A表示，单位贝可(勒尔)Bq1Bq=1s-1居里(1Ci=3.7?1010Bq)1•核素一定，在体外测得活度值正比于体内对应投影位置上的放射性核素数目，这是核素显像基本原理之一。2•两种核素N相同，衰变常数不同。即引入两种数量相等的不同核素，短寿命核素的活度大。A一定时，即在满足体外测量的一定活度下，引入体内的放射性核素寿命越短，所需数量越少。这就是临床应用短寿命核素的原因。核反应：具有一定能量的粒子如质子(p)、中子(n)、光子(?)等轰击原子核(靶核)，使之转变为另一原子核，并释放另一种粒子的过程。重核裂变和核反应堆(生产放射性核素)重核裂变：中子轰击重原子核会产生重核裂变，分裂为质量差不多相等的两个部分和1到3个中子并同时放出大量的热量。在裂变中，入射一个中子，而射出多个中子，射出的中子又会与重核发生裂变，从而产生的中子越来越多，所以裂变呈现链式的反应，将能产生可控制的持续重核裂变链式反应的装置称为核反应堆。放射性核素显像的类型：1•平面与断层显像2•静态与动态显像3•局部与全身显像4•阳性与阴性显像5.静息与负荷显像6.早期与延迟显像7.单光子与正电子显像。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。3•某些脏器、组织或病变能特异地摄取特定显像剂而显影，这种显像即具有较高的特异性，如用放射性标记的配体进行受体显像，放射性核素标记的单克隆抗体进行RII等。放射性核素显像所得脏器和病变的影像清晰度较差，影响对细微结构的显示和病变的精确定位。这一方面是由于引入体内的放射性活度受限，致使成像的信息量不足，另一方面也受显像仪器空间分辨率的影响，故显示细微的解剖结构上不及CT、MR和超声检查。近年来图像融合技术的应用可将CT或MR提供的解剖结构信息与核医学SPECT或PET提供的功能代谢信息准确匹配，得到对病灶既能精确定位又能定性的高质量图像5•显像剂大多数通过静脉注射或口服引入体内，属无创性检查。其化学量极微，多为几毫克，不良反应率远低于X线造影剂。受检者辐射吸收剂量也多低于X线检查，因此本法是一种安全的检查方法核素示踪:是以放射性核素或其标记化合物作为示踪剂，应用射线探测方法来检测他的示踪，是研究示踪剂在生物体系或外界环境中运动规律的核技术。基本根据：放射性核素衰变时发射射线，利用高灵敏度放射性测量仪器可对其标记物质进行精确定性、定量及定位测量。1•同一元素的各同位素有相同化学性质，在生物体内生物化学变化过程完全相同，生物体不能区别同一元素的各同位素，可用放射性核素来代替其同位素中的稳定性核素。2•放射性核素在核衰变时发射射线，利用高灵敏度的放射性测量仪器可对它所标记的物质进行精确定性、定量、定位测量。核素示踪技术的优越性：1•灵敏度高2•测量方法简便3•医学科学中应用广泛，可用于生命活动过程的各个阶段4•准确性高，结果可靠放射性制剂：用于核医学诊断和治疗的，含有放射性核素的一类特殊药物；核医学影像诊断用的放射性制剂也叫显影剂（imagingagent）。Y闪烁计数器：Y闪烁计数器（Yscintillationdetector）主要部件由闪烁体（碘化钠（铊）［NaI（T1）］晶体）、光电倍增管（photomultiplier,PMT）和光学收集系统（反射层、光学耦合剂、光导）组成。工作原理：射线入射到闪烁晶体内产生荧光，光导（或光学耦合剂）和反射层组成的光收集系统将光子投射到光电倍增管光阴极上，击出电子，电子在光电倍增管内倍增、加速在阳极上形成电流脉冲，电流脉冲幅值与射线能量成正比，电流脉冲个数与?光子数成正比，即与辐射源的活度成正比。闪烁计数器的优点：效率高，有很好的时间分辨率和空间分辨率，时间分辨率达10A-9秒，空间分辨率达毫米量级。它不仅能探测各种带电粒子，还能探测各种不带电的核辐射；不仅能探测核辐射是否存在，还能鉴别它们的性质和种类；不但能计数，还能根据脉冲幅度确定辐射粒子的能量。在核物理和粒子物理实验中应用十分广泛。医学放射性核素的来源1•反应堆（生产放射性核素）：首先以235U和239PU为核燃料进行反应，然后用在裂变过程中产生的中子（n）轰击靶核发生核反应，再将经中子辐照后的靶物进行化学处理，即可最后生产获得医用放射性核素。2•回旋加速器（生产医用放射性核素）：回旋加速器是用来加速带电粒子轰击靶核产生放射性核素发生核反应的装置。3•放射性核素发生器（生产医用放射性核素）：放射性核素发生器是一种从较长半衰期的母体核素中分离出由它衰减而来的短半衰期子核的装置。第七、八章超声（ultrosound,US）:是一种高频机械波。20000Hz〜10的15次方Hz。人耳感觉不到超声波，人耳的听觉范围是在20Hz〜20000Hz之间。诊断用超声波的频率在1MHZ（10的6次方HZ）至100MHZ超声波特点：频率高、波长短、方向性强、能量大、危害小。超声波的分类：1•按振动形式分：纵波（气体、液体、固体）横波（固体）2•按频率分（临床用）：低频超声1〜2.75MHz；中频（常规）超声3〜10MHz；高频超声12〜20MHz；超高频超声〉20MHz3•按发射方式分类：连续波（连续正弦等幅波，频率与振幅稳定不变）；脉冲波（阻尼衰减振荡波，特征量有脉冲宽度、T脉冲重复周期、PRF脉冲重复频率、Tr间歇期、S占空因子、W峰峰值功率、平均功率）超声波的产生机制：1.高频声源2•要有传播超声的介质压电效应：机械能转变成电能。机械力引起材料内部正负电荷重心相对位移,产生符号相反的表面电荷而产生电场。电致伸缩效应：电场引起材料内部正负电荷重心相对位移，内部产生应力导致宏观上的几何形变。电能转变成机械能。通常临床上采用压电陶瓷作为制作压电式换能器的材料超声波的速度：超声在弹性介质中传播时，单位时间内传播的距离。声速的大小与介质有密切的关系：不同频率的超声在相同介质中传播时，声速基本相同；同一频率的超声在不同介质中传播时，声速各不同；在各相同性的均匀介质中，声速是一个恒量；在各相异性的介质中，沿各个方向传播的声速不同；在非均匀介质中，各部分介质的声速不同；声速与温度成正比关系声压（P）—某一时刻，介质中某一点有超声波传播时的压强p与无超声波传播时压强值p0之差。超声介质中传播，介质密度将作周期性变化。在介质中的稀疏区域，实际压强小于无超声波传播时的压强；在介质中的密集区域，实际压强大于无超声波传播时的压强声强（I）:超声波在传播过程中单位时间内通过单位横截面积的平均超声波能量；声阻抗（Z）:声压与质点振动速度之比。声压与质点振动速度同位相时，声阻抗为声阻Z=pc.单位瑞利（Rayleigh）.声阻抗与密度有关，所以Z由介质固有性质决定；声阻抗与温度有关。声阻抗物理意义：代表介质阻碍声波传播的能力。人体组织分成三大类：低声阻的气体或充气组织如肺部组织；中等声阻的液体和软组织如肌肉；高声阻的矿物组织如骨骼。三类组织声阻相差甚大，彼此不能传播声波。超声检测主要适用第二类组织。第二类组织中，声阻抗相差不大，声速大致相等，又可利用不同类组织间的声阻抗造成的反射、散射识别不同软组织与器官的形态和性质。这是超声成像及读片的基本物理依据。超声通过声阻抗差达到百分之一的介质,可在其交界面上产生反射可被测量。声强级(LI)：代表声强的大小。基准声强(10)=10-12Wm-2。单位：贝尔(Bel、B) 分贝(dB) 1B=10dB声压级(LP)：代表声压的大小。临床用声强级表示仪器的探测灵敏度。声压级与声强级数值上一样，只是表现形式不同声束聚焦：聚焦后声束宽度变小，可提高超声设备的横向分辨力；声束聚焦的好处：声束聚焦区域能量强度最大，可用于治疗肿瘤等组织；.声聚焦方法：声透镜聚焦：凹透镜；曲面换能器聚焦：晶片型探头；电子聚焦：多晶片电子聚焦换能器。超声波传播遵循几何声学原则：1•直线传播2•遇到界面发生反射和透射研究声波反射，折射特性基本依据：1.声压连续：界面两侧声压相等；2.法向速度连续：进界面的质点振动速度在垂直界面的分量相等，出界面的质点振动速度在垂直界面的分量相等。声压的反射系数：反射声压与入射声压之比声强的反射系数：反射声强与入射声强之比声波垂直入射：Z1>>Z2 tP趋近0(rP心-1)超声强烈反射(全反射)无透射，且反射波与入射波的位相突变180，即半波损失。Z1"Z2 tP"1(rP"0)超声全部透射Z2>>Z1 tP"2(rP"1)反射强烈而不能透射，这是一种驻波现象。衰减概念：声波在介质中传播时，声波声强随传播距离增加而逐渐减弱的现象；声波衰减的主要原因扩散衰减：反射波，折射波或者波阵面的扩大造成单位截面通过的声能减小；散射衰减：声波传播过程中，由于散射中心的散射作用，产生散射波，从而使沿传播方向上的声波能量减小；吸收衰减：声波传播过程中，与介质相互作用，声能被吸收，转化为热能或其他形式的机械能，从而使沿传播方向上的声波能量减小；声波在介质中的衰减规律：频率越大，传播距离越长，衰减越大谐波：医学利用造影剂产生微气泡获得谐波进行谐波成像。气泡产生的谐波比组织谐波强的多。1•空化效应：超声在液体中传播产生声压，当声压为负值，且负压够大时，分子间距离增大超过极限值，液体就会气化，产生气泡的现象。稳态空化：气泡半径周期性振动，稳态空化中气泡半径振动是非线性的，包含各种谐波的振，因此稳态空化中的气泡也会产生谐波；瞬态空化：气泡半径剧烈振动。2.组织谐波：简谐波在非线性组织中传播发生畸变时，周期不变，按照傅立叶变换理论，此波可由具有原始频率的基波和一系列频率为基波倍数的谐波这些正弦波重叠而成；x=0幅度为零，x增大幅度增大。n=l：基波n=2：二次谐波n>2：高次谐波在声波刚进入非线性介质时（x=0处），声波还未发生波形畸变，此时基波能量最大，振幅相应最大；随着在非线性介质中的传播，波形畸变，基波能量逐渐转化为谐波的能量，因此谐波能量（振幅）逐渐增大；当增大到一定值时开始衰减；基波就是欲进入非线性介质的声波，这就解释了为什么基波所引起的质点振动速度方程与声波在线性介质中所引起的质点振动方程相同；此种由于声波在介质中传播所产生的谐波称为组织谐波。超声成像三个物理假定：1.声束介质中直线传播2.各介质中声速均匀一致3.各种介质中介质吸收系数均匀一致。以此来估计成像方位，估计成像层面，确定增益补偿等技术参数。超声反射成像：用探头接收界面反射的回波，界面的位置可通过所接收回波的时间来确定；而回波幅值的大小则代表了形成界面的两种组织的声阻抗之差。携带超声成像的位置信息。超声散射成像：超声波进入人体，经过与人体组织相互作用后，其幅度、波前方向、相位及频率在相互作用的位置上发生了变化，从而形成以这些作用点为中心的次级波源，产生超声波的再发射，这种再发射现象就称为超声波的散射。携带被测介质的结构信息。回波测距理论基础：不同组织器官的声阻抗不同，那么探头所发射的超声波在界面处就会产生回波，则超声波到达界面并反射回探头所经历的往返路径S与声速c之间的关系就可确定产生回波的界面的位置；L=ct/2.时间增益补偿的含义：由于介质对超声波衰减的存在且不可忽略，则对于人体内不同深度相同性质的界面，因到达不同深度界面的声波被衰减的程度不同，幅值不同，从而界面回波的幅值相差很多；其原则是按衰减的幅度补偿，使接收器增益随扫描时间而增加。B超成像原理：声束直线移动；X轴偏转板加扫描信号，用X轴代表探头移动的位置。将所获得的不同位置声束扫描回波沿X轴展开，从而形成二维断层图像。扫描（Scan）:声束掠过某剖面的过程。电子线性扫描（线阵式探头为基础，若干阵元编为一组，一个线阵式探头分成几组，每组阵元产生一束扫描超声束，并自接收自己产生声束的回波。如果声束发射按阵元组排列顺序进行，则相当是有一个声束在线性平移）：常规扫描；隔行扫描；飞越扫描；半间距扫描相控阵扇形扫描B超的特点：操作简便，价格低廉，无损伤无痛苦，组织分辨力特强（阻抗差千分之一，便能区分，超声对软组织的分辨力是X射线的100倍以上）应用对象：目前主要用于心脏大血管、腹盆腔的肝、脾、肾、子宫、膀胱等。缺点：显示的是二维切面图像，对脏器和病灶的空间构形和空间位置不能清晰显示；由于切面范围和探查深度有限，对病变所在脏器或组织的毗邻结构显示不清；对过度肥胖病人，含气空腔和含气组织以及骨骼等显示极差。B超图像质量评价指标：空间分辨力：清晰区分细微组织的能力。1.横向分辨力：在与超声波束垂直平面上能分辨开相邻两点间最小距离的能力。超声束直径小于两点间距可将其分辨。2•纵向分辨力：超声传播方向上两界面回波不重叠的最小距离。3•最小距离以内的距离称为盲区，位于最小距离以内的病灶，反射回波信号相互重叠，病灶轮廓不能被分辨；缩短盲区，只有缩短脉冲宽度，但可造成超声能量减少影响灵敏度，通常在适当缩短脉冲宽度同时提高脉冲频率补偿。4侧向分辨力：厚度分辨力。清晰均匀性1•对比清晰度：低对比度情况下，能区别的两相邻点间的最小距离；2•图像均匀性：整个显示画面的均匀程度。伪像及其形成原因：伪像（Artifact）形成原因复杂，成像系统原理不足，三个物理假定在实际组织中很难满足，技术限制、方法不全等客观条件，诊断上的主观推断等人为因素。超声图像失真造成