医学影像设备学教学执行大纲（供影像学专业本科生用）

PAGEPAGE10医学影像设备学教学大纲（供医学影像学专业本科使用）学分数：2.5周学时：3课程性质：医学影像专业本科生必修课程，生物工程系本科生选修课程。教学目的与要求：通过本课程的教学，要求医学影像系本科学生需熟悉医学影像设备的发展，普通X线设备、数字X线设备、CT、MRI、核医学成像设备的构造和作用，图像存储与传输系统（PACS）的应用，使学生认识到医学影像设备的发展与疾病的诊断和治疗的密切关系。基本教学内容：本教材共包括九章：第一章设备学总论，介绍成像设备发展历程、分类、进展；第二至第九章分别介绍X线发生装置（X线管、高压发生器、控制台）、诊断X线机、数字X线设备(CR、DR、DSA)、CT成像设备、MRI成像设备、超声成像设备、核医学成像设备及图像存储与传输系统（PACS）。其中，超声成像设备由超声医学教研室在超声诊断学中进行介绍，PACS放在总论中介绍。总教学时数45学时。（参考性）教学方式：采用“课堂理论讲解与实体设备相结合”的方式进行教学。教学用书：徐跃梁碧玲主编，《医学影像设备学》（第三版），人民卫生出版社，2010年。开课学期：秋季医学影像设备学时数分配：顺序内容学时理论实践合计1第一章设备学概论、新进展222第二章X线的发生装置及工作原理333第三章诊断X线机334第三章诊断X线机：诊断用X线机简介和成像辅助装置335第四章数字X线成像设备：CR、DR、DSA336X线成像设备分组见习337第五章CT成像设备：概述及成像系统338第五章CT成像设备：螺旋CT、CT质量保证339CT成像设备分组见习3310第六章MR成像设备：概述和主磁体系统3311第六章MR成像设备：梯度系统、射频系统、计算机系统3312第六章MR成像设备：低恒温、屏蔽技术、MRI质量保证3313MR成像设备分组见习3314第八章核医学成像设备3315第九章PACS系统1116复习、答疑33第一章医学影像设备学概论【目的要求】1、熟悉医学影像设备学的发展简史。2、熟悉数字X线设备的发展概况。3、了解X线的发现、特性和X线机的发展简史4、了解CT、MRI的诞生和发展概况。5、了解我国医学影像设备学的发展概况。6、了解医学影像设备学的分类。7、了解PACS系统的组成和分类及现实意义。【教学时数】2学时，理论课讲授。【教学内容】第一节发展历程一、常规X线设备问世，为放射学的建立奠定了基础1、X线的发现2、X线的特性：物理性、化学性、生物性3、X线球管的不断创新更代4、X线附属装置的更新换代二、X线CT机的诞生，标志着影像设备的革命性进展头颅CT的成功研制CT的发展三、现代医学影像设备体系的建立四、我国医学影像设备的发展简况第二节医学影像设备分类一、医学影像诊断设备X线成像设备磁共振成像设备超声成像设备核医学成像设备热成像设备医用内镜二、医学影像治疗设备介入放射学设备影像引导放射治疗设备：CT模拟定位机立体定向放射外科学设备【教学方式】多媒体讲授、课堂讨论【复习思考题】理解X线设备的发生发展。PACS系统的组成和内容。远程放射系统类型和意义。第二章X线发生装置【目的要求】掌握X线管的结构及各构成部分的作用；掌握X线管的特性；掌握高压发生器的作用、结构与各高压部件的作用；熟悉控制台的作用与电路基本构成。【教学时数】3学时，理论课2学时，见习1学时。【教学内容】第一节X线管一、固定阳极X线管结构阳极：阳极头、阳极帽、可划圈、阳极柄阴极：灯丝、聚焦罩玻璃壳X线管的焦点实际焦点有效焦点标称焦点有效焦点与成像质量焦点的方位性焦点增涨二、旋转阳极X线管三、特殊X线管金属陶瓷大功率X线管三极X线管软X线管CT用X线管四、X线管的特性与参数特性阳极特性曲线灯丝发射特性曲线电参数最高管电压容量：概念、影响因素、标称功率热容量：概念、散热率构造参数包括：阳极靶面的靶角、有效焦点尺寸、外形尺寸、重量、管壁的滤过当量、冷却和绝缘方式、旋转阳极X线管的阳极转速、最大允许工作温度等。五、管套X线管的管套是放置X线管的特殊容器，现代X线管的管套均为防电击、防散射、油浸式，其结构随用途不同而异。固定阳极X线管管套旋转阳极X线管管套组合机头高压发生器高压发生器的作用为X线管灯丝提供加热电压为X线管提供直流高压如配有两只或两只以上X线管，还需切换X线管高压变压器构造：高压发生器由铁心、初级绕组、次级绕组、绝缘材料和固定件等组成。过渡过程高压元器件灯丝变压器高压整流器高压电缆、高压插头与插座高压交换闸变压器油控制台一、对电路的基本要求可调管电流可调管电压可调曝光时间二、基本电路单元电路简介电源电路X线管灯丝加热电路高压发生电路控制电路限时电路自动曝光控时电路旋转阳极启动、延时与保护电路X线管安全保护电路【教学方式】多媒体讲授、课堂讨论【复习思考题】X线管的基本结构有哪些？固定阳极、旋转阳极X线管由几部分组成？对X线管阳极材料有什么要求？为什么X线机在使用前要进行预热？X线管的特性和参数有哪些？解释名词：实际焦点、有效焦点、标称焦点、X线管容量、热容量第三章诊断X线机【目的要求】掌握诊断用X线机的基本结构，X线管的结构，X线机预热的目的及方法；熟悉X线管各部件的作用；X线管的规格；高压发生装置；控制装置的作用；了解诊断用X线机发展史；特殊X线管；X线机房的基本要求；熟悉工频X线机的原理和特点熟悉程控X线机的原理和特点掌握高频X线机的结构熟悉高频的原理和特点了解高频X线机的主要技术参数熟悉影像增像器的结构、原理和作用熟悉摄影机的构造和特点了解电视基础知识机熟悉自动亮度控制装置、监视器、高清晰度电视的作用熟悉胃肠X线机的结构和作用熟悉摄影X线机的结构和作用了解其他专用X线机、牙科X线机、口腔全景摄影X线机、乳腺X线机、床边X线机、手术用X线机、放射治疗模拟定位机。熟悉、自动洗片机、激光相机的结构和基本原理【教学时数】7学时，其中理论课6学时，见习1学。【教学内容】序言诊断X线机的概念诊断X线机的功能诊断X线机按工作频率分类工频X线机：50Hz或60Hz中频X线机：400~20kHz高频X线机：大于20kHz第一节工频X线机一、工频X线机分类常规X线机程控X线机二、常规X线机1、常规X线机的分类自整流X线机：10~50mA的小型X线机单相全波整流X线机：100~500mA的中、大型X线机三相全波整流X线机：500mA以上的大型X线机倍压整流X线机：移动式电容冲放电X线机2、主要技术参数及主要特点三、程控X线机的主要技术参数及特点四、工频X线机的弱点体积与重量庞大；输出波形纹波系数大、X线剂量不稳定、软射线成分较多；曝光参数的准确性和重复性较差。第二节高频X线机一、主要技术参数二、主要特点病人的皮肤剂量低成像质量高输出剂量大实时控制高压变压器的体积小、重量轻可实现超短时曝光便于智能化三、构成四、工作原理五、直流逆变电源第三节医用X线电视系统一、影像增强器增强管的结构及其工作原理壳体与电源多视野影像增强管结构与工作原理光学系统二、电视基础知识视觉惰性图像的摄取与显像扫描原理与扫描制式全电视信号的形成三、摄像机摄像管是摄像机CCD摄像机四、自动亮度控制装置五、监视器的构成及工作原理阴极射线管监视器彩色显示器液晶显示器六、高清晰度电视第四节诊断用X线机简介一、诊断用X线机的构成、发展方向二、胃肠X线机的构成及临床应用三、摄影X线机的构成及临床应用四、其他专用X线机牙科X线机口腔全景摄影X线机乳腺摄影X线机床边X线机手术用X线机放射治疗模拟定位机五、成像辅助装置自动洗片机激光照相机集成网络影像打印系统激光照相机的影像质量控制【教学方式】多媒体讲授、课堂讨论【复习思考题】简述工频X线机的结构和原理。简述程控X线机的工作原理和特点简述高频X线机的结构、工作原理和特点简述影像增像器的结构、原理和作用简述摄影X线机的结构和作用简述胃肠X线机的结构和工作原理简述乳腺X线机的结构和作用简述自动洗片机、激光相机的结构和工作原理数字X线成像设备【目的要求】掌握CR的概念、基本组成和工作原理掌握影像板（IP）的结构、特性和成像原理掌握DR的概念、分类、基本结构和工作原理掌握DSA的基本组成和工作原理了解DSA对设备的特殊要求和技术错施【教学时数】4学时，其中理论课3学时，见习1学时。【教学内容】序言简单阐述数字X线设备的概念、类型、发展概况第一节计算机X线摄影装置一、基本组成与工作原理二、影像板结构工作原理特性使用注意事项三、读取装置结构读出原理影像图像质量的因素四、计算机图像处理图像处理的环节图像读出灵敏度自动设定图像的后处理五、图像存储装置六、评价标准七、使用注意事项第二节数字X线摄影装置一、组成X线探测器图像处理器二、不同类型DR的工作原理及主要技术指标非晶硒平板探测器非晶硅平板探测器多丝正比室扫描型DRCCD摄像机型DR三、CR与DR的比较第三节数字减影血管造影装置一、基本结构二、影响图像质量的因素三、对X线机的要求四、专用支架五、导管床六、高压注射器七、数字系统八、DSA系统的特殊功能九、图像质量检测十、注意事项【教学方式】多媒体讲授，课堂讨论【复习思考题】简述CR的基本组成和工作原理简述IP的结构、成像原理和特性简述DR的类型及各型DR的成像原理简述DSA的成像原理Ｘ线计算机体层成像设备【目的要求】掌握X线CT设备的基本组件及其工作原理掌握探测器与数据处理装置的工作原理掌握螺旋CT和多层螺旋CT的工作原理熟悉CT技术的发展趋势及新技术的临床应用熟悉CT图像质量参数、影响图像质量的因素、ＣＴ伪影及原因了解CT的发展历史及各代CT的特点【教学时数】9学时，其中理论课6学时，见习3学时。【教学内容】概论一、CT发展简史CT的诞生CT发展历程回顾第一代CT第二代CT第三代CT第四代CT第五代CT：电子束CT（超高速CT）螺旋CT二、CT发展趋势1、硬件发展趋势加快扫描速度提高图像质量降低辐射剂量缩小体积简化操作、优化流程提高工作效率2、软件发展趋势血管成像三维图像重建CT引导下的介入治疗仿真内镜放疗计划第二节成像系统一、CT成像系统的基本组件数据采集部分：X线发生装置与X线管、探测器、A/D转换器与接口电路、扫描机架、扫描床、操作台等计算机与图像重建部分：中央系统控制器、图像重建单元、数据存储装置等图像显示与保存部分：图像显示器、激光照相机、图像存储装置等二、数据采集装置X线发生装置及其特点准直器与过滤器探测器探测器的特性：检测效率、稳定性、相应时间、准确性、一致性探测器的种类：气体探测器、闪烁探测器、稀土陶瓷探测器各类探测器的特性比较多排探测器数据处理与接口装置前置放大器对数放大器积分器多路转换器A/D转换器接口电路扫描机架扫描床二、计算机和图像重建系统1、计算机系统在CT中的功能控制整个CT系统的运行图像重建图像处理故障诊断与分析2、计算机系统基本结构与特点图像重建单元计算机控制单元软件：系统软件、应用软件（功能软件）图像灰阶显示原理第三节螺旋CT一、螺旋CT的特点（优、缺点）二、螺旋扫描装置滑环技术：低压滑环、高压滑环螺旋扫描方式的实现螺旋扫描参数层厚螺距螺距因子成像范围成像间隔三、多层螺旋CT螺距的概念层面选择重建算法应用特点新技术的发展双源CT双能量探测器技术能谱成像第四节Ｘ线CT的设备质量保证一、图像质量参数高对比分辨率（空间分辨率）低对比分辨率（密度分辨率）噪声均匀度二、影响图像质量的因素成像系统测量误差扫描及数据处理参数选择不当三、伪影伪影的概念及形成原因物理原因：量子噪声、散射线、X线束硬化效应等被测人体原因：运动、蠕动、金属异物等成像系统原因【教学方式】多媒体讲授，课堂讨论【复习思考题】什么是CT？简述CT的基本成像原理。第一台CT的发明人、发明时间、发明地点、获奖时间？简述各代CT探测器的数量，X线束的形状，扫描时间及扫描方式？简述CT技术的发展趋势？CT新技术的临床应用有哪些？CT扫描成像系统是由哪些基本结构组成？CT用X线管与普通X线管有何区别与联系（包括结构特点、工作方式、对电源的要求）？什么是CT探测器？其特性又有哪些？固体、气体探测器各有何特点？简述准直器、滤过器、数据采集系统（DAS）的作用简述螺旋扫描的原理、优点及缺点简述螺距与螺旋因子的关系，螺旋因子与图像质量之间的关系与传统CT相比，螺旋CT有哪些优点？多层螺旋CT有哪些优点？CT图像质量的影响因素有哪些？磁共振成像设备【目的要求】掌握磁共振成像系统的组成及各自的作用掌握主磁体的类型及各自的特点掌握主磁体的主要性能指标掌握梯度系统的基本结构、性能指标和作用掌握射频系统的基本结构、线圈的分类及其主要功能熟悉磁共振成像的优、缺点熟悉磁共振图像的伪影原因、补救措施了解磁屏蔽的材料、分类和作用了解射频屏蔽和梯度场屏蔽的基本内容了解磁共振成像设备质量保证的主要参数【教学学时】12学时，其中理论课9学时，见习3学时。【教学内容】概述一、发展简史核磁共振现象的发现及其应用MRI硬件的发展MRI软件与临床应用的发展二、MRI的特点（优点）五电离辐射危害多参数成像，可提供丰富的诊断信息高对比度成像多方位、任意方向断层成像无需使用对比剂显示心脏血管结构无骨伪影干扰，后颅窝病变显示清晰可进行功能、组织化学和生物化学方面的研究三、MRI设备的基本构成主磁体梯度系统射频系统计算机系统检查床控制台其他辅助设备：磁屏蔽体、RF屏蔽体、冷水机组、不间断电源、精密空调、超导磁体的低恒温保障设施、激光照相机等第二节主磁体系统一、主磁体（静磁场）的性能指标磁场强度场强的概念：特斯拉、高斯场强的分类：低场、中场、高场、超高场磁场均匀性磁场稳定性磁体有效孔径二、主磁体的种类永久磁体结构：由永久磁铁的磁砖拼砌而成性能特点：场强（档次）低、造价低、能耗低、运行维护费用低、性能较差主要技术参数常导磁体结构：由高导电性的金属导线（如铜、铝导线）或薄片绕制而成性能特点：主要技术参数超导磁体结构：由高导电性的金属导线（如铜、铝导线）或薄片绕制而成性能特点：场强高，稳定性、均匀性好，临床应用功能多，技术复杂、成本高主要技术参数4、各类主磁体的技术性能比较三、匀场技术无源匀场（passiveshimming）:是在磁铁内壁放置一些铁片来提高磁场均匀性的方法。有源匀场（activeshimming）：是指通过适当调整匀场线圈的电流强度，使其周围的局部磁场发生变化来调整主磁场的均匀性。第三节梯度磁场系统一、梯度磁场的产生梯度磁场的概念：选层梯度磁场、相位编码梯度磁场、频率编码梯度磁场梯度磁场系统的组成：梯度线圈、梯度控制器、数模转换器、梯度放大器和梯度冷却系统等组成。涡流对梯度磁场的影响二、梯度磁场线圈梯度线圈的作用：产生线性度好的梯度磁场。梯度磁场线圈应满足的要求：良好的线性特性；响应时间短；功耗小；最低程度的涡流效应。直线系统鞍形线圈三、技术参数梯度磁场强度（大小）：梯度磁场系统产生的磁场随空间的变化率，单位：mT/m梯度切换率（梯度爬升时间、斜率）:梯度场工作周期有效容积线性第四节射频系统一、射频系统的组成发射RF磁场部分：由发射线圈和发射通道组成。发射通道由发射控制器、频率合成器、发射混频器、衰减器、功率放大器、发射/接收转换开关等组成。接受RF信号部分：由接收线圈和接收通道组成。接收通道由低噪声放大器、衰减器、滤波器、相位检测器、低通滤波器、A/D转换器等构成。二、发射线圈与发射通道发射线圈：种类、特点、作用发射通道三、接受线圈与接受通道接收线圈：种类、特点、作用接收通道第五节计算机系统低温冷却屏蔽系统一、计算机系统功能过程二、梯度磁场的控制：直接控制；间接控制；射频脉冲的控制三、图像重建四、图像显示五、低恒温系统超导性与超导体：超导电性；超导体的基本性质；超导材料的主要指标低恒温技术：致冷与制冷、低温的概念、液氮及其性质、液氦及其性质、氦制冷过程：压缩制冷循环的基本过程、氦制冷、氦压缩制冷机与磁体冷头的关系超导环境的建立与失超保护超导环境（深冷）的建立：真空绝热层、磁体预冷、超导环境的建立、励磁（充磁）原则、持续电流开关、失超和去磁及其保护六、屏蔽系统磁场的屏蔽：磁场与环境的相互影响；杂散磁场、等高斯线；磁场对环境的影响；环境对磁场的影响主磁体屏蔽：磁屏蔽、磁屏蔽的分类：有源屏蔽、无源屏蔽、磁屏蔽材料射频屏蔽：作用、方法和要求梯度磁场屏蔽：作用、方法和要求第六节磁共振成像设备质量保证一、磁共振设备质量保证的主要参数一）非成像参数共振频率磁场均匀性射频翻转角度的准确性涡流补偿梯度场强校准二）信号强度参数信噪比均匀度三）几何参数空间分辨率线性度层面几何特性参数二、磁共振成像设备检测体模体模材料Magphan体模三、磁共振成像伪影磁共振梯度伪影射频伪影射频不均匀性伪影自由感应衰减伪影认字形伪影【教学方式】多媒体讲授、课堂讨论【复习思考题】磁共振成像系统由哪几部分组成?他们各起什么样的作用？磁共振成像设备的主磁体有哪几种类型？比较几种磁铁类型的优缺点。静磁场有哪些主要性能指标？其含义是什么？超导磁体有何优缺点？匀场有哪些类型？如何匀场？简述梯度系统组成及磁共振信号的空间定位原理。梯度磁场有哪些指标参数？什么是梯度切换率？简述射频系统的组成及其工作原理。简述磁共振成像的特点（优、缺点）。核医学成像设备【目的要求】了解核医学成像设备的发展简史、分类及应用特点熟悉核医学成像设备的基本部件熟悉单光子发射型计算机断层扫描仪的基本结构与工作原理熟悉正电子发射型计算机断层扫描仪的基本结构与工作原理【教学时数】3学时，理论课讲授。【教学内容】概述发展简史分类及应用特点γ照相机（闪烁照相机）：组成部分、优点发射型计算机体层成像（emissioncomputedtomography,ECT）单光子发射型计算机断层扫描仪：以发射γ射线的核素为发射体。正电子发射型计算机断层扫描仪：以发射正电子的放射性核素作为发射体。核医学成像设备的基本部件基本结构与工作原理核医学成像设备的基本部件主要由准直器、闪烁晶体、光电倍增管、前置放大器、定位电路、显示记录装置、机械支架和床组成。其中，将准直器、闪烁晶体、光电倍增管、前置放大器和电子矩阵电路等固定在一个支架上，组成探测器（探头）。准直器准直器的主要性能参数：空间分辨率、灵敏度、使用能量范围。准直器的类型按几何形状分四类：针孔型、平行孔型、扩散型、会聚型按适用的γ射线能量分三类：低能量准直器、中能量准直器、高能量准直器。按灵敏度和分辨率分三类：高灵敏型、高分辨型、通用型（兼顾灵敏度和分辨率的一类准直器）。各种常用准直器的实际性能闪烁晶体闪烁晶体是将γ射线或X射线转变为可见光的物质。射入NaI(TI)闪烁晶体的γ射线在闪烁晶体内与NaI(TI)晶体发生光电效应和康普顿散射，这时γ射线失去能量，发出近似紫色的闪烁光。单光子发射型计算机断层扫描仪基本结构与工作原理SPEC