各種影像設(shè)備及其成像原理

1、各種影像設(shè)備及其成像原理 超聲· 超聲原理：超聲是超過正常人耳能聽到的聲波，頻率在20 000赫茲(Hertz，Hz)以上。超聲在介質(zhì)中以直線傳播,有良好的指向性.這是可以用超聲對(duì)人體器官進(jìn)行探測(cè)的基礎(chǔ)。當(dāng)超聲在傳播過程中會(huì)發(fā)生反射,折射,散射,衰減等。反射回來的超聲為回聲。 · 多普勒效應(yīng)(Doppler effect)：活動(dòng)的界面對(duì)聲源作相對(duì)運(yùn)動(dòng)可改變反射回聲的回率。這種效應(yīng)使超聲能探查心臟活動(dòng)和胎兒活動(dòng)以及血流狀態(tài)。 · 成像原理：超聲檢查是利用超聲的物理特性和人體器官組織聲學(xué)性質(zhì)上的差異，以波形、曲線或圖像的形式顯示和記錄，借以進(jìn)行疾病診斷的檢查

2、方法。人體各種器官與組織都有它特定的聲阻抗和衰減特性,因而構(gòu)成聲阻抗上的差別和衰減上的差異。超聲射入體內(nèi)，由表面到深部，將經(jīng)過不同聲阻抗和不同衰減特性的器官與組織，從而產(chǎn)生不同的反射與衰減。這種不同的反射與衰減是構(gòu)成超聲圖像的基礎(chǔ)。將接收到的回聲，根據(jù)回聲強(qiáng)弱，用明暗不同的光點(diǎn)依次顯示在影屏上，則可顯出人體的斷面超聲圖像，稱這為聲像圖(sonogram或echogram)。 · A型超聲：早期應(yīng)用幅度調(diào)制型(amplitude mode)，即A型超聲，以波幅變化反映回波情況。 · B型超聲：灰度調(diào)制型(brightness mode)，即B型超聲，系以明暗不同的光點(diǎn)反映回聲

3、變化，在影屏上顯示964個(gè)等級(jí)灰度的圖像，強(qiáng)回聲光點(diǎn)明亮，弱回聲光點(diǎn)黑暗。常規(guī)X線· X線發(fā)射原理：高速行進(jìn)的電子流被物質(zhì)阻擋即可產(chǎn)生X線。具體說，X線是在真空管內(nèi)高速行進(jìn)成束的電子流撞擊鎢(或鉬)靶時(shí)而產(chǎn)生的。因此，X線發(fā)生裝置，主要包括X線管、變壓器和操作臺(tái)。 · X線成像的基礎(chǔ)：（1）穿透性-X線波長(zhǎng)很短，具有很強(qiáng)的穿透力，能穿透一般可見光不能穿透的各種不同密度的物質(zhì)，并在穿透過程中受到一定程度的吸收即衰減。X線的穿透力與X線管電壓密切相關(guān)，電壓愈高，所產(chǎn)生的X線的波長(zhǎng)愈短，穿透力也愈強(qiáng)；反之，電壓低，所產(chǎn)生的X線波長(zhǎng)愈長(zhǎng)，其穿透力也弱。另一方面，X線的穿透力還與被照

4、體的密度和厚度相關(guān)。X線穿透性是X線成像的基礎(chǔ)。（2）攝影效應(yīng)-涂有溴化銀的膠片，經(jīng)X線照射后，可以感光，產(chǎn)生潛影，經(jīng)顯、定影處理，感光的溴化銀中的銀離子(Ag+)被還原成金屬銀(Ag)，并沉淀于膠片的膠膜內(nèi)。此金屬銀的微粒，在膠片上呈黑色。而未感光的溴化銀，在定影及沖洗過程中，從X線膠片上被洗掉，因而顯出膠片片基的透明本色。依金屬銀沉淀的多少，便產(chǎn)生了黑和白的影像。所以，攝影效應(yīng)是X線成像的基礎(chǔ)。 ·   透視檢查的原理：熒光效應(yīng)-X線能激發(fā)熒光物質(zhì)(如硫化鋅鎘及鎢酸鈣等)，使產(chǎn)生肉眼可見的熒光。即X線作用于熒光物質(zhì)，使波長(zhǎng)短的X線轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)長(zhǎng)的熒光，這種轉(zhuǎn)換叫

5、做熒光效應(yīng)。這個(gè)特性是進(jìn)行透視檢查的基礎(chǔ)。 · 放射防護(hù)學(xué)和放射治療學(xué)的基礎(chǔ)：電離效應(yīng)-X線通過任何物質(zhì)都可產(chǎn)生電離效應(yīng)?？諝獾碾婋x程度與空氣所吸收X線的量成正比，因而通過測(cè)量空氣電離的程度可計(jì)算出X線的量。X線進(jìn)入人體，也產(chǎn)生電離作用，使人體產(chǎn)生生物學(xué)方面的改變，即生物效應(yīng)。它是放射防護(hù)學(xué)和放射治療學(xué)的基礎(chǔ)。 · X線成像的基本條件：首先，X線應(yīng)具有一定的穿透力，這樣才能穿透照射的組織結(jié)構(gòu)；第二，被穿透的組織結(jié)構(gòu)，必須存在著密度和厚度的差異，這樣，在穿透過程中被吸收后剩余下來的X線量，才會(huì)是有差別的；第三，這個(gè)有差別的剩余X線，仍是不可見的，還必須經(jīng)過顯像這一過程，例如經(jīng)

6、X線片、熒屏或電視屏顯示才能獲得具有黑白對(duì)比、層次差異的X線影像。 · 透視（Fluoroscopy）：  使X線透過人體被檢查部位并在熒光屏上形成影像，稱為透視。透視一般在暗室內(nèi)進(jìn)行，檢查前必須做好暗適應(yīng)，帶深色眼鏡并有暗室內(nèi)適應(yīng)一段時(shí)間。透視的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)，操作簡(jiǎn)便，能看到心臟、橫膈及胃腸等活動(dòng)情況，同時(shí)還可轉(zhuǎn)動(dòng)患者體位，作多方面觀察，以顯示病變及其特征，便于分析病變的性質(zhì)，多用于胸部及胃腸檢查。缺點(diǎn)是熒光影象較暗。細(xì)微病變（如粟粒型肺結(jié)核等）和密度、厚度較大的部位（如頭顱、脊椎等）看不太清楚，而且，透視僅有書寫記錄，患者下次復(fù)查時(shí)不易做精確的比較。 ·

7、; 照相（Radiography）：  亦稱攝影。X線透過人體被檢查的部位并在膠片上形成影像，稱為X線照相，膠片曝光后須經(jīng)顯影、定影、水洗及晾干（或烤干）等步驟，操作復(fù)雜，費(fèi)用較貴。照片所見影像比透視清楚，適用于頭顱、脊椎及腹部等部位檢查。照片還可留作永久記錄，便于分析對(duì)比、集體討論和復(fù)查比較。但照片不能顯示臟器活動(dòng)狀態(tài)。一張照片只反映一個(gè)體位（體位即照相位置）的X線征象，根據(jù)病情和部位，有時(shí)需要選定多個(gè)投照體位。PET· 英文名：Positron Emission Computed Tomography，正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像。 · 成像原理：其原

8、理是將人體代謝所必需的物質(zhì)，如：葡萄糖、蛋白質(zhì)、核酸、脂肪酸等標(biāo)記上短壽命的放射性核素（如18F）制成顯像劑（如氟代脫氧葡萄糖，簡(jiǎn)稱FDG）注入人體后進(jìn)行掃描成像。因?yàn)槿梭w不同組織的代謝狀態(tài)不同，所以這些被核素標(biāo)記了的物質(zhì)在人體各種組織中的分布也不同，如：在高代謝的惡性腫瘤組織中分布較多，這些特點(diǎn)能通過圖像反映出來，從而可對(duì)病變進(jìn)行診斷和分析。MRI· 英文名：Magnetic resonance imaging 磁共振成像 · 成像原理：磁共振成像是利用原子核在磁場(chǎng)內(nèi)共振所產(chǎn)生信號(hào)經(jīng)重建成像的一種成像技術(shù)。含單數(shù)質(zhì)子的原子核，例如人體內(nèi)廣泛存在的氫原子核，其質(zhì)子有自旋運(yùn)動(dòng)

9、，帶正電，產(chǎn)生磁矩，有如一個(gè)小磁體。小磁體自旋軸的排列無一定規(guī)律。但如在均勻的強(qiáng)磁場(chǎng)中，則小磁體的自旋軸將按磁場(chǎng)磁力線的方向重新排列。用特定頻率的射頻脈沖（radionfrequency，RF）進(jìn)行激發(fā)，作為小磁體的氫原子核吸收一定量的能而共振，即發(fā)生了磁共振現(xiàn)象。停止發(fā)射射頻脈沖，則被激發(fā)的氫原子核把所吸收的能逐步釋放出來，其相位和能級(jí)都恢復(fù)到激發(fā)前的狀態(tài)。這一恢復(fù)過程稱為弛豫過程（relaxationprocess），而恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)所需的時(shí)間則稱之為弛豫時(shí)間（relaxationtime）。人體不同器官的正常組織與病理組織的T1是相對(duì)固定的，而且它們之間有一定的差別，T2也是如此。這

10、種組織間弛豫時(shí)間上的差別，是MRI的成像基礎(chǔ)。 · MRI的參數(shù)：MRI是有T1、T2和自旋核密度（P）等幾個(gè)參數(shù)，其中T1與T2尤為重要。因此，獲得選定層面中各種組織的T1（或T2）值，就可獲得該層面中包括各種組織影像的圖像。 · T1：有兩種弛豫時(shí)間，一種是自旋-晶格弛豫時(shí)間（spin-lattice relaxationtime）又稱縱向弛豫時(shí)間（longitudinal relaxation time）反映自旋核把吸收的能傳給周圍晶格所需要的時(shí)間，也是90°射頻脈沖質(zhì)子由縱向磁化轉(zhuǎn)到橫向磁化之后再恢復(fù)到縱向磁化激發(fā)前狀態(tài)所需時(shí)間，稱T1。 · T

11、2：另一種是自旋-自旋弛豫時(shí)間（spin-spin relaxation time），又稱橫向弛豫時(shí)間（transverse relaxation time）反映橫向磁化衰減、喪失的過程，也即是橫向磁化所維持的時(shí)間，稱T2。T2衰減是由共振質(zhì)子之間相互磁化作用所引起，與T1不同，它引起相位的變化。 · MRI的磁體分類：磁體有常導(dǎo)型、超導(dǎo)型和永磁型三種，直接關(guān)系到磁場(chǎng)強(qiáng)度、均勻度和穩(wěn)定性，并影響MRI的圖像質(zhì)量。因此，非常重要。通常用磁體類型來說明MRI設(shè)備的類型。常導(dǎo)型的線圈用銅、鋁線繞成，磁場(chǎng)強(qiáng)度最高可達(dá)0.150.3T*，超導(dǎo)型的線圈用鈮-鈦合金線繞成，磁場(chǎng)強(qiáng)度一般為0.352

12、.0T，用液氦及液氮冷卻；永磁型的磁體由用磁性物質(zhì)制成的磁磚所組成，較重，磁場(chǎng)強(qiáng)度偏低，最高達(dá)0.3T。 · MRI的射頻系統(tǒng)：射頻發(fā)射器與MR信號(hào)接收器為射頻系統(tǒng)，射頻發(fā)射器是為了產(chǎn)生臨床檢查目的不同的脈沖序列，以激發(fā)人體內(nèi)氫原子核產(chǎn)生MR信號(hào)。射頻發(fā)射器及射頻線圈很象一個(gè)短波發(fā)射臺(tái)及發(fā)射天線，向人體發(fā)射脈沖，人體內(nèi)氫原子核相當(dāng)一臺(tái)收音機(jī)接收脈沖。脈沖停止發(fā)射后，人體氫原子核變成一個(gè)短波發(fā)射臺(tái)，而MR信號(hào)接受器則成為一臺(tái)收音機(jī)接收MR信號(hào)。脈沖序列發(fā)射完全在計(jì)算機(jī)控制之下。ECT· 名稱解析：ECT是同位素發(fā)射計(jì)算機(jī)輔助斷層顯像的英文縮寫。ECT是由電子計(jì)算機(jī)斷層(CT)

13、與核醫(yī)學(xué)示蹤原理相結(jié)合的高科技技術(shù)。 · 特點(diǎn)：ECT兼具CT和核醫(yī)學(xué)兩種優(yōu)勢(shì)，較CT的容積采集信息量大，是當(dāng)前唯一的一種活體生理、生化、功能、代謝信息的四維顯像方式。其示蹤劑適應(yīng)面廣，特異性高，放射性小，不干擾體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，有獨(dú)到的診斷價(jià)值。DSA· 英文名：digital subtraction angiography  數(shù)字減影血管造影 · 名稱解析：DSA是數(shù)字X線成像（digital radiography，DR）的一個(gè)組成部分，是利用計(jì)算機(jī)處理數(shù)字化的影像信息，以消除骨骼和軟組織影的減影技術(shù)，是新一代血管造影的成像技術(shù)。 

14、3; 時(shí)間減影法：（temporal subtraction method）經(jīng)導(dǎo)管內(nèi)快速注入有機(jī)碘水造影劑。在造影劑到達(dá)欲查血管之前，血管內(nèi)造影劑濃度處于高峰和造影劑被廓清這段時(shí)間內(nèi)，使檢查部位連續(xù)成像，比如每秒成像一幀，共得圖像10幀。在這系列圖像中，取一幀血管內(nèi)不含造影劑的圖像和含造影劑最多的圖像，用這同一部位的兩幀圖像的數(shù)字矩陣，經(jīng)計(jì)算機(jī)行數(shù)字減影處理，使兩個(gè)數(shù)字矩陣中代表骨骼及軟組織的數(shù)字被抵銷，而代表血管的數(shù)字不被抵銷。這樣，這個(gè)經(jīng)計(jì)算機(jī)減影處理的數(shù)字矩陣經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為圖像，則沒有骨骼和軟組織影像，只有血管影像，達(dá)到減影目的。這兩幀圖像稱為減影對(duì)，因系在不同時(shí)間所得，故稱為

15、時(shí)間減影法。時(shí)間減影法的各幀圖像是在造影過程中所得，易因運(yùn)動(dòng)而不盡一致造成減影對(duì)的不能精確重合，即配準(zhǔn)不良，致使血管影像模糊。CT· 英文名：Computed tomography電子計(jì)算機(jī)體層攝影，是電子計(jì)算機(jī)和X線相結(jié)合的一項(xiàng)診斷技術(shù)。 · 成像基礎(chǔ)：組織間X線吸收系數(shù)（CT值）的差別是CT成像基礎(chǔ)。 · 特點(diǎn)：密度分辨率高，比普通X線照片高1020倍。能準(zhǔn)確測(cè)出某一平面各種不同組織之間的放射衰減特性的微小差異，極其精細(xì)地分辨出各種軟組織的不同密度 · 圖像特點(diǎn)： T圖像是以不同的灰度來表示，反映器官和組織對(duì)X線的吸收程度。黑影表示低吸收區(qū)，即低密度

16、區(qū)，如肺部；白影表示高吸收區(qū)，即高密度區(qū)，如骨骼。 · CT值：水的吸收系數(shù)為10，CT值定為0Hu，人體中密度最高的骨皮質(zhì)吸收系數(shù)最高，CT值定為+1000Hu，而空氣密度最低，定為-1000Hu。人體中密度不同和各種組織的CT值則居于-1000Hu到+1000Hu的2000個(gè)分度之間。CR· 英文名：computed radiography  計(jì)算機(jī)X線成像 · 成像方法：傳統(tǒng)的X線成像是經(jīng)X線攝照，將影像信息記錄在膠片上，在顯定影處理后，影像才能于照片上顯示。計(jì)算機(jī)X線成像（computed radiography，CR）則不同，是將X線

17、攝照的影像信息記錄在影像板（image plate，IP）上，經(jīng)讀取裝置讀取，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出一個(gè)數(shù)字化圖像，復(fù)經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，于熒屏上顯示出灰階圖像。 · IP板：由一種含有微量素銪（Eu2+）的鋇氟溴化合物結(jié)晶（BaFX：Eu2+，X=CI.Br.I）制成，,接受透過人體的X線,使IP感光,形成潛影。X線影像信息由IP記錄。IP可重復(fù)使用達(dá)2-3萬次。 · IP板的讀?。篒P上的潛影用激光掃描系統(tǒng)讀取，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 · CR的優(yōu)點(diǎn)：圖像處理系統(tǒng)可調(diào)節(jié)對(duì)比，故能達(dá)到最佳的視覺效果；攝照條件的寬容范圍較大；患者接受的X線量減少。圖像信息可由磁盤或光盤儲(chǔ)

18、存，并進(jìn)行傳輸。DR· 英文名：Digital Radiography 直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)，是由電子暗盒、掃描控制器、系統(tǒng)控制器、影像監(jiān)示器等組成，是直接將X線光子通過電子暗盒轉(zhuǎn)換為數(shù)字化圖像。 · 電子暗盒：電子暗盒的結(jié)構(gòu)14 in×17 in(1 in=2.54 cm)，由4塊5 in ×8 in 所組成，每塊的接縫處由于工藝的限制不能做得沒縫，且一旦其中一塊損壞必將導(dǎo)致4塊全部更換，費(fèi)用較昂貴。CR和DR的比較項(xiàng)目 CR DR 成像原理 CR是一種X線間接轉(zhuǎn)換技術(shù)，它利用圖像板作為X線檢測(cè)器，成像環(huán)節(jié)相對(duì)于DR較多。 DR是一種X線直接轉(zhuǎn)換技術(shù)，它利用硒作為X線檢測(cè)器，成像環(huán)節(jié)少。 圖像分辨率 CR系統(tǒng)由于自身的結(jié)構(gòu)，在受到X線照射時(shí)，圖像板中的磷粒子使X線存在著散射，引起潛像模糊；在判讀潛像過程中，激光掃描儀的激發(fā)光在穿過圖像板的深部時(shí)產(chǎn)生著散射，沿著路徑形成受激熒光，使圖像模糊，降低了圖像分辨率，因此當(dāng)前CR系統(tǒng)的不足之處主要為時(shí)間