現(xiàn)代醫(yī)學成像原理輔導.doc

現(xiàn)代醫(yī)學成像原理學習輔導第一章 現(xiàn)代醫(yī)學成像基礎知識與普通X線成像1-1.普通X線攝影的成像原理是什么?成像系統(tǒng)由哪幾部份組成?答:當X射線透過檢體時,由于不同物質或組織對X線的衰減不同,透過射線的強度不同，因而在膠片上不同投照位置點引起的感光作用不同,于是形成具有一定密度分布的平面圖像。 成像系統(tǒng)由于放射源，受體檢和影像接收器三部分組成。1-2.什么叫做放射攝影的失銳?它對圖像質量有何影響?試說明常見的幾種失銳及其產生的原因.如何計算失銳的復合? 答:失銳就是指影像邊緣(或細節(jié))的模糊.失銳對圖像質量的影響是:(1)對于一般物體,使其邊界(或細節(jié))增寬;(2)對于線狀或窄小的物體,則使其整個模糊. 失銳的種類及其產生的原因如下: (1)幾何失銳() 由于放射源,物體和膠片的幾何位置關系或形狀而產生,包括焦點對引起的失銳; (2)膠片失銳 由于膠片感光所產生的銀粒分布的不規(guī)則性引起. (3)增感屏失銳 由于增感屏在X線攝影中的熒光漫射效應,引起物體邊緣的增寬. (4)運動失銳 由于膠片-放射源的相對運動,或受檢體在曝光時的移動而引起. (5)吸收失銳 由于物體形狀或厚度分布不同,邊緣附近的X線吸收量逐漸改變而不是突變,使影響邊界不夠明銳. 失銳復合(U)的計算公式:1-3.幾何失銳大小與哪些因素有關?如何減少幾何失銳?答:由公式可知,幾何失銳大小與三個因素有關:(1)放射源的大小S，一般指焦點尺寸；(2)被攝影物體到膠片的距離b；(3)放射源到被攝影物體的距離a.減少幾何失銳的方法是：(1)用小焦點攝影，(2)縮小物體-膠片距離，(3)增加放射源-物體距離.1-4.什么是空間分辨率？試說空間分辨率的測量方法。1-5.增感屏在X線成像中有什么作用？ 1-6.什么叫做放射攝影的對比度?它受哪些因素的影響?答：放射攝影的對比度是指像域內某兩個感光面積的相對密度差.影響對比度的因素包括:(1)受檢體對比度,它又受到厚度,物質密度,原子序數和管電壓(KVp)等物理參數的影響;(2)膠片對比度,是膠片的固有特性;(3)散射線量.1-7.圖像對比度的概念。 P5 1-8.什么是空間頻率？什么是空間分辨率？試述空間分辨率的測量方法和表示形式。答：空間頻率就是在空間周期性排布的物體每單位長度上出現(xiàn)的次數?？臻g分辨率是指成像系統(tǒng)對距離很近的兩個小物體的分辨本領，其測量方法是用線對卡或網眼板等測試模體成像，確定其中恰可分辨的區(qū)域的空間頻率?？臻g分辨率的表示形式有兩種：（1）僅可分辨的物體線度或物體之間的最小距離，單位mm；（2）僅可分辨的棚形物體的空間頻率，單位Lp/mm（線對/毫米）。1-9.什么叫做調制傳遞函數（MTF）？試說明MTF曲線的形態(tài)特點并解釋下列概念。（1）MTF數值，（2）截止頻率。如何應用MTF曲線測定成像系統(tǒng)的空間分辨率？答：調制傳輸函數（MTF）描述成像系統(tǒng)對各種空間頻率信號成分的傳輸本領，一般表示為相對信號強度-空間頻率曲線，如圖1-5-7所示。 MTF數值的另一種意義可用下式表述： MTF= 利用MTF曲線可以對成像的銳度及分辨率作綜合評價，主要有下列兩點：（1）曲線下降越慢，展布越寬，則系統(tǒng)對影像信號的傳輸性能越好（即失銳量?。唬?）曲線上MTF=0.1所對應的空間頻率稱為截止頻率，它表示系統(tǒng)分辨力的極限，既是系統(tǒng)的空間分辨率。1-10.什么叫做數字圖像處理？常用的數字圖像處理方式有哪些？試簡單介紹它們的操作方法和效果。答：借助計算機按照一定的數值算法去改變圖像的顯示特性，從中獲得更有用的診斷數據，稱為數字圖像處理。醫(yī)學上使用的數字圖像處理方法有很多種，它們被編輯成用戶軟件供操作者選擇。其中最常用的三種是：（1）平滑處理，（2）對比度處理，（3）圖像減影。（1）平滑處理常規(guī)做法是在圖像矩陣中按順序每次取一個大小為3*3的字陣，用九點平滑函數（也是3*3矩陣）與之相乘，逐步改變圖像的像素值，使它的標準差明顯減少，從而達到減少噪音的效果。然而平滑稱呼里的副作用是使圖像對比度和空間分辨率下降，可能會造成部分細節(jié)（高頻信息）的丟失，（2）對比度處理以像平面上某個區(qū)域邊緣增強為例，最常用的處理方法是令該一個區(qū)域的各個像素值乘以一個適當的系數（又稱因子），在減去一個特定的常數。結果是使該區(qū)域的像素值下降，而它周圍的像素值相對增高。這種處理方法的副作用是增大了圖像噪音。（3）圖像減影臨床心血管研究常用一種基于圖像相減原理的X線成像方法，稱為圖像減影血管造影（簡稱DSA）。設A為注射造影劑之前的X線圖像，稱為掩摸（蒙片），B為注射造影劑后的X線圖像，把兩幅圖像數字化并按矩陣格式逐個像素值相減，得到新的數字圖像矩陣（A-B），稱為減影圖像。顯然，減影的作用是消除骨骼和軟組織信號，剩下的是被造影劑充盈的血管，其效果是產生很高的圖像對比度。 第二章 電子計算機X線斷層成像（CT）2-1. CT掃描機的斷層成像與傳統(tǒng)X線攝影有什么不同？ 答：傳統(tǒng)X線攝影是用X線沿某一特定方向透過三維物體，而在膠片上形成平面圖像。這樣就使各體層解剖學信息互相重迭，造成影像模糊，密度分辨率較差等。CT機使用旋轉掃描方式采集病人人體部的各項投影信息，然后輸入計算機作數據處理而重建斷層影像，可以避免信息重迭造成圖像模糊，明顯地提高圖像對比度和密度分辨率。2-2.什么是線性衰減系數？CT值是怎樣定義的？ 答：線性衰減系數由稱為吸收系數，它表示單位厚度的介質對穿過的X射線的相對吸收量。 CT值是CT圖像矩陣的像素值，其定義為：CT值=，單位是HU。式中為受檢物質的線性衰減系數，為水的線性衰減系數，即CT值是的一次函數。2-3.什么叫做圖像重建（簡述其過程和方法）？ 答：圖像重建法是一種適用于計算機斷層掃描的間接成像法。以CT為例，先是用球管-探測器系統(tǒng)采集各方向的投影信號，然后將模擬信號數字化，輸入計算機作數據處理，建立被掃描層面的數字圖像矩陣，再轉換成相應的解剖學影像。2-4.CT掃描機從第一代發(fā)展到第四代，掃描方式經歷了怎樣的變化過程？有哪些技術改進？答：CT機的探頭-準直器系統(tǒng)運動方式，最先是X線管作平移-旋轉，探測器同步相對運動（如第一、二代）。接著是線管旋轉，探測器同步反向旋轉（如第三代CT）。發(fā)展到第四代，則是線管旋轉而探測器固定。概括地說，機掃描方式的發(fā)展變化過程包含上述三個階段。相應的技術改進是探測器個數從個增加到近1000個，掃描線束從筆狀窄束改為寬角度扇形束，導致掃描時間的縮短（時間從5-10分鐘減少為約1秒），圖像質量也顯著提高。2-5.螺旋CT相對于普通第四代CT在結構和性能上有何改進？答：螺旋CT相對于第四代普通CT在結構性能上主要有下列改進：（1）掃描方式 由交替改變球管轉向的間歇性掃描改進為單一轉向的連續(xù)掃描，即床連續(xù)平移而球管不停地旋轉，掃描軌跡為進動的螺線，大大縮短了成像時間；（2）采用滑環(huán)技術，解決旋轉部件（球管）和靜止部件（探測器環(huán)）之間的機械接觸與信號傳遞為題；（3）普通CT只能在斷層的中間（中截面）位置上重建，相鄰層面有間隙，對小病灶可能會漏診。螺旋CT采用體積重建，即可以在受檢體軸線上任一位置重建，層面定位比較靈活，可以避免漏診。由于螺旋CT結構上的特點，能夠為臨床應用提供多種成像方式并改善圖像質量。例如可以進行三維成像、仿真內窺鏡顯示，還可以做CT血管成像以及超薄層（0.1mm）重建，使圖像質量或顯示效果躍上一個新的臺階。目前最新型的低壓滑環(huán)螺旋CT使用4800個固體探測器，空間分辨率達到2.15LP/mm。2-6 在CT成像中，什么叫做窗口技術？什么是窗寬和窗位？答：窗口技術是CT（影像）檢查中用以觀察不同密度的組織或病變的一種顯示技術，包括窗寬和窗位的設備。由于各種組織結構或病變的CT值不同，若要顯示某一組織結構時，應選擇適合于觀察該種組織或病變的窗口，相當于在欲觀察的CT值范圍內增加灰度級數，凸現(xiàn)某一部分組織或病變。窗寬是CT圖像上欲顯示的CT值范圍，高于此范圍上限的靶物一律顯示為白色；反之，低于此范圍下限的靶物一律顯示為黑色。窗位是指窗口的中心位置，一般取欲觀察組織的正常CT值為窗位。2-7.什么是CT系統(tǒng)的高對比度空間分辨率？ 答：CT系統(tǒng)的高對比度空間分辨率（簡稱高分辨）是指CT設備在高對比度條件下分辨解剖細節(jié)的本領。2-8.什么是CT系統(tǒng)的密度分辨率？答：CT系統(tǒng)的密度分辨率稱為低對比度分辨率，是指CT設備在低對比度即密度差很小的條件下，對被成像物體的鑒別能力。第三章 核磁共振成像（MRI）3-1.核磁共振成像的基本原理是什么？答：磁共振成像（MRI）是以核磁共振現(xiàn)象和波譜技術為基礎的一種新的醫(yī)學影像技術。把具有自旋性質的原子核（如氫核）置于均勻的磁場中，從外部施加一定頻率的射頻買沖激勵，便發(fā)生核磁共振現(xiàn)象。該過程首先是自旋核吸收外來電磁輻射的能量，核系統(tǒng)的磁化向量沿球面螺線進動而偏離磁場方向。當射頻脈沖關斷，處于受激共振狀態(tài)的原子核通過弛豫過程釋放能量和恢復到原來狀態(tài)，并且向外發(fā)射電磁波，即NMR信號。用探測線圈將NMR信號收集起來送到計算機系統(tǒng)做數據處理，借助梯度磁場對受檢體的層面和體素進行空間位置編碼，以及使用特定的圖像重建算法，可以重建被掃描層面的磁共振影像。3-2.拉穆爾公式有何意義？磁共振發(fā)生需要什么條件？答:拉穆爾公式表明：自旋核素在磁場中進動的圓頻率，即核-磁場系統(tǒng)的固有頻率與磁感應強度成正比，比例常數稱為旋磁比，是所選定核素的特征常數。核磁共振發(fā)生所必需的條件是：外部在磁場中進行的圓頻率，這個條件稱為核磁共振的條件。3-3.核磁共振成像過程中為什么要施加線形梯度磁場？答：核磁共振成像方法基于這樣的思路：即用磁場強度值來標記受檢體被掃描層面中各體素的空間位置。根據拉穆爾公式，若設法使各體素所處的感應強度不同，則各體素的共振頻率就不同，所發(fā)出的NMR信號頻率和相位也不同，于是可以把線圈接收到的復合NMR信號按頻率和相應特征分開，依次放回到相位的提速位置，這就相當于隊NMR信號源（各體素）作空間編碼。施加線性梯度場目的是實現(xiàn)這種空間編碼。3-4.什么叫做線性梯度磁場？答：線性梯度磁場是指磁場強度沿空間某一方向隨位置（）坐標）按線性關系變化的磁場，一般迭加在MRI系統(tǒng)原有均勻磁場上，作為空間編碼之用。3-5.磁共振成像常用的脈沖序列有哪幾類？是說明它們的基本構成，序列參數及每一個脈沖在成像過程中所起的作用？答：磁共振成像常用的基本脈沖序列有三類，即反轉恢復，自旋回波和梯度回波。反轉恢復（簡寫IR）脈沖序列如圖3-3-1所示，其中包含一個（或多個）脈沖組合，序列參數（即時間間隔參數）有反轉時間TI和重復時間TR。實際應用的反轉恢復序列還需在后面增加一個脈沖。首先用脈沖式磁化向量翻轉到負z軸方向，經過時間TI后，施加脈沖使翻轉到xy平面，再用第二個脈沖使散相的自旋核重聚相，用來測量回波信號。 傳統(tǒng)的自旋回波（SE）序列包含一個（或多個）脈沖組合，如圖3-3-3。它的三個序列參數為：間隔時間TI，回波時間TE和重復時間TR其中TI=TE/2。和脈沖的作用分別與實際反轉恢復序列中的脈沖和第二個脈沖相同。梯度回波（簡寫GRE）是在普通自旋回波序列基礎上產生的一種成像序列，其特點是: （1）采用翻轉角較小的脈沖代替常規(guī)的脈沖；（2）不是使用脈沖，而是使用反方向的梯度場使xy，平面上散相的自旋核重聚相(見P104圖3-38).3-6.什么是相位編碼？什么是頻率編碼？兩者的合成作用對被成像的層面產生什么效果？答：相位編碼實際上是利用梯度磁場受檢層面內各形體素的進動頻率或角速度不同，積累一段時間后，行與行之間相位明顯拉開，從而可以用相位角標定提速形的空間位置（見書本P98圖3-2-11）。相位編碼目的是使各個體素行發(fā)射的回波信號具有對應的相位特征。 頻率編碼是利用梯度場確定被掃描層面的一個橫行上每個體素的位置。由于的作用，使同一橫行中每個體素所處的磁場強度不同，因而發(fā)射出不同頻率的MR信號，既實現(xiàn)了位置編碼。（見書本P99圖3-2-13）這兩個梯度場共同作用的結果是使層面內任意兩個體素具有不同的相位和頻率，即完全實現(xiàn)了空間編碼，如圖3-2-14所示。3-7什么是磁共振成像中的自由感應衰減信號（FID）?3-8.什么叫做磁共振加權成像？答：MR信號強度一般可表示為S=Km0（）f1（T1）f2（T2），它是三個組織特性參數T1、T2和的函數。通過調節(jié)脈沖序列參數（TE和TR），使圖像的信號強度或對比度主要由某一個組織特性參數（差別）所決定，這種方法稱為磁共振加權成像。第四章 核醫(yī)學成像4-1.核醫(yī)學成像的基本原理是什么？這種影像診斷技術有何優(yōu)勢？答：核醫(yī)學成像的基本原理是利用放射性核素制成標記藥物注入人體，形成的體內某個臟器或感興趣部位分布的放射源。用體外探測器對體內放射源發(fā)出的射性進行跟蹤與探測，包括光點記錄，閃爍照相機和斷層掃描等方式，獲得反映放射性核素在人體臟器和組織中濃度分布及其隨時間變化的圖像。與X線成像相比較，核醫(yī)學成像的重點不在于人體組織和臟器的形態(tài)學顯像，而是通過顯示放射性藥物在人體內的聚集、分布、轉移和排除過程，提供活體代謝的生理學和功能信息。醫(yī)學研究表明，病變過程一般首先出現(xiàn)生理和功能方面的變化，然后才出現(xiàn)形態(tài)學的改變，所以核醫(yī)學成像方法為疾病的早期診斷提供了一種有效手段。4-2.核醫(yī)學成像使用的放射性核素一般應具有哪些性質？試舉出其中幾種主要核素并簡述其臨床應用。答：臨床核醫(yī)學顯像使用的放射性核素應具備如下性質：（1）有合適的半衰期，一般為幾小時到幾天（正電子核素半衰期約幾分鐘）（2）射線能量要適中，能量范圍在100500keV之間。（3）產生的 射線種類（或能量）基本上是單一的，衰變產物是穩(wěn)定的核素。4-3.照相機由哪幾部分組成？各部分在成像過程所起的作用如何?答：照相機由（1）探頭，（2）電子學系統(tǒng)，（3）顯示與記錄系統(tǒng)三部分組成，它們的作用如下：（1）探頭裝置 含準直器、閃爍晶體、光電倍增管等，作用是把進入探頭的線（光子）信號轉變?yōu)殡娒}沖信號；（2）電子學系統(tǒng) 定位邏輯電路合位置信道用來確定線源的平面裝置，能量信道用來確定線源的強度（活性）；其中脈沖高度分析器用來鑒別原發(fā)子射線（有效脈沖），計數裝置用來測量閃爍事件個數。（3）顯示與記錄系統(tǒng) 包括監(jiān)視屏和圖像照相機等，作用是顯示和記錄線影像（閃爍圖）。4-4.準直器在線成像中的作用是什么？照相機（和ETC）探頭所用的準直器有哪幾類？試簡要說明各類準直器的結構、性能特點及其主要用途。答：準直器的作用是對射進探頭的線進行校直，即只允許從正向（或偏角很小）入射的線束通過，而把斜向（偏角很大）的射線和散射線阻斷。照相機的準直器大致上可分為四類：（1）平行孔準直器，（2）擴散型準直器，（3）匯聚型準直器，（4）針孔準直器。（1）平行孔準直器，其特點是孔的軸線平行于探頭軸線。這種準直器裝置不產生圖像的放大或縮?。幢堵蕿?），同時探測靈敏度基本上不隨放射源與照相機之間的距離而改變，普遍適用于人體各種臟器顯像。（2）擴散型準直器，其孔軸線從探頭內側的聚焦點向外擴散，相當于擴大了視野，使照相機可以對大于探頭晶面的放射源成像。用擴散型準直器可以得到相對于實物縮小的圖像，這種準直器適用于大面積