核磁共振成像技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容課件

現(xiàn)代影像物理學(xué)應(yīng)用及其拓展第十八次全國(guó)原子、原子核物理研討會(huì)暨全國(guó)近代物理研究會(huì)第十一屆學(xué)術(shù)年會(huì)

廣西桂林廣西師范大學(xué)

2010?08?10

上海理工大學(xué)醫(yī)療器械學(xué)院

上海醫(yī)療器械高等專科學(xué)校

張學(xué)龍

現(xiàn)代影像物理學(xué)應(yīng)用及其拓展第十八次全國(guó)原子、原子核物理研討會(huì)1一.X射線相襯成像密度成像的另一面二.磁共振成像的非醫(yī)學(xué)應(yīng)用

醫(yī)學(xué)應(yīng)用的另一面現(xiàn)代影像物理學(xué)應(yīng)用及其拓展一.X射線相襯成像現(xiàn)代影像物理學(xué)應(yīng)用及其拓展2X射線透視和攝影

利用熒光作用X-rayfluoroscopy利用感光作用X-rayroentgengram基本原理：X射線的吸收與物質(zhì)的密度、厚度有關(guān)（正比）從而熒光強(qiáng)弱不同、感光深淺不同形成影像X射線X射線透視和攝影利用熒光作用X-rayfluorosco3一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法傳統(tǒng)X射線成像──吸收襯度──百余年不僅在醫(yī)學(xué)方面獲得了巨大的成功，而且在醫(yī)學(xué)以外的領(lǐng)域比如說(shuō)信息科學(xué)以及工業(yè)領(lǐng)域，都得到了極其廣泛的應(yīng)用。根據(jù)樣品密度組成分布以及厚度的不同，對(duì)X射線吸收不同，獲得像的襯度（吸收襯度absorbingcontrast）

一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法傳統(tǒng)X射線成像──4臨床醫(yī)學(xué)的飛速發(fā)展對(duì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)產(chǎn)生了巨大影響，對(duì)所能得到醫(yī)學(xué)成像提出了極高要求。醫(yī)學(xué)的研究逐漸深入到了微觀領(lǐng)域，在細(xì)胞甚至更小的層面討論它的微觀機(jī)制和病理也越來(lái)越重要。

醫(yī)學(xué)影像的發(fā)展趨勢(shì)就是從宏觀影像學(xué)到微觀影像學(xué)。現(xiàn)有X-CT，MRI，超聲成像等醫(yī)療診斷設(shè)備的分辨率，基本在毫米量級(jí)，不能滿足醫(yī)學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的要求，需要研究新的成像技術(shù)。一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法臨床醫(yī)學(xué)的飛速發(fā)展對(duì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)產(chǎn)生了巨大影響，對(duì)所能得到5醫(yī)用CT成像的空間分辨率已達(dá)到0.3～0.5mm工業(yè)CT用微焦點(diǎn)X線束及CCD檢測(cè)器，已達(dá)5～10ｍ

但本質(zhì)上依然是吸收襯度成像，特別是對(duì)于主要由碳、氫、氧、氮等輕元素組成的軟組織，其X射線吸收襯度很差，相應(yīng)的圖像分辨率也不高。一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法醫(yī)用CT成像的空間分辨率已達(dá)到0.3～0.5mm但本質(zhì)上依然6(a)當(dāng)X射線經(jīng)過(guò)樣品時(shí)X射線波發(fā)生位相漂移；(b)位相漂移導(dǎo)致X射線波前發(fā)生畸變。如何使畸變波面能以可觀察的強(qiáng)度變化顯示出來(lái)

通過(guò)不同的相位襯度技術(shù)記錄？一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法(a)當(dāng)X射線經(jīng)過(guò)樣品時(shí)X射線波發(fā)生位相漂移；如何使畸71935年，德國(guó)科學(xué)家FritsZernike相襯法，1953年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)把相位變化轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度分布（折射率略為不同可分辨）

物理：采用一種叫相襯觀察的方法（附加一些光學(xué)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)）數(shù)學(xué)：通過(guò)傅立葉變換和卷積處理來(lái)得到

若相位差非常小，光柵透過(guò)函數(shù)近似表示像平面上的強(qiáng)度正比于一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法1935年，德國(guó)科學(xué)家FritsZernike相襯法，198人體胸部軟組織不同X射線能量下δ與β的比較一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法人體胸部軟組織不同X射線能量下δ與β的比較一.X射線相襯9三種方法干涉法衍射增強(qiáng)法類同軸全息法具有光路簡(jiǎn)單、視場(chǎng)大以及圖像直觀無(wú)贗像等特點(diǎn)，是極有可能首先被用于臨床醫(yī)學(xué)成像的技術(shù)一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法三種方法干涉法衍射增強(qiáng)法類同軸全息法具有光路簡(jiǎn)單、視場(chǎng)10推廣的結(jié)果：

M

代表放大因子相位襯度函數(shù)與吸收襯度函數(shù)：一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法推廣的結(jié)果：相位襯度函數(shù)與吸收襯度函數(shù)：一.X射線相襯成像11一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法二維情況下，相位效應(yīng)濾波函數(shù)分布

一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法二維情況下，相位效12黃蛉的相位吸收原始像的數(shù)據(jù)分布圖紅色表示邊緣數(shù)據(jù)被增強(qiáng)黃蛉的相位吸收原始像的數(shù)據(jù)分布圖紅色表示邊緣數(shù)據(jù)被增強(qiáng)131.相干光源2.合適的距離（樣品、光源、探測(cè)器）3.射線通量要求關(guān)鍵——光源X相襯成像實(shí)現(xiàn)的條件1.相干光源X相襯成像實(shí)現(xiàn)的條件14上海同步輻射裝置(SSRF)上海光源第三代的同步輻射裝置，能量高達(dá)3.5Gev，達(dá)到世界先進(jìn)水平。一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法上海同步輻射裝置(SSRF)上海光源第三代的同步輻射裝置15核磁共振對(duì)人體是如何成像的？利用人體中的原子核。什么樣的原子核？哪些原子核？為什么這樣會(huì)成像呢？——有個(gè)叫核磁共振的原理二.磁共振成像的非醫(yī)學(xué)應(yīng)用

拓展的新的應(yīng)用領(lǐng)域核磁共振對(duì)人體是如何成像的？利用人體中的原子核。什么樣的原子16磁場(chǎng)中的原子核射頻激發(fā)磁共振射頻無(wú)線電波波段三個(gè)基本條件：（1）能夠產(chǎn)生共振躍遷的原子核；（2）恒定的磁場(chǎng)；（3）一定頻率的交變磁場(chǎng)。當(dāng)射頻磁場(chǎng)的頻率與原子核進(jìn)動(dòng)的頻率一致時(shí)，原子核吸收能量，發(fā)生能級(jí)間的共振躍遷。“磁”磁場(chǎng)中的原子核射頻激發(fā)磁共振射頻無(wú)線電波波段三個(gè)基本條件：（17MRI磁共振成像：利用射頻(RadioFrequency，RF)電磁波對(duì)置于磁場(chǎng)中的含有自旋不為零的原子核的物質(zhì)進(jìn)行激發(fā)，發(fā)生核磁共振(NMR)，用感應(yīng)線圈采集共振信號(hào)，經(jīng)處理，按一定數(shù)學(xué)方法，建立的數(shù)字圖像。滿足一定條件，共振躍遷（共振頻率）二.磁共振成像的非醫(yī)學(xué)應(yīng)用MRI磁共振成像：利用射頻(RadioFrequency，18一旦撤除射頻脈沖,所有共振核將釋放能量,逐漸恢復(fù)到原狀態(tài)。由于原子核各自“環(huán)境”不同,恢復(fù)時(shí)間不同。馳豫時(shí)間,T1,T2(分為縱向和橫向)。(1)T1與組織分子的大小、場(chǎng)強(qiáng)及溫度、粘度有關(guān)中等大小的分子，T1小小分子，T1大（如水分子）大分子，T1大（如蛋白質(zhì)分子）顯然，含水量不同，T1的大小不同。(2)T2與環(huán)境溫度、粘度無(wú)關(guān),與主磁場(chǎng)B0的大小關(guān)系不大；與磁場(chǎng)均勻性關(guān)系密切.一旦撤除射頻脈沖,所有共振核將釋放能量,逐漸恢復(fù)到原狀態(tài)。19進(jìn)一步的問(wèn)題:線圈收到MR信號(hào)①生物體內(nèi)所有質(zhì)子的拉莫頻率相同②MR代表的是所有激發(fā)部位信號(hào)的總和③沒(méi)有空間位置區(qū)分（不能區(qū)分組織結(jié)構(gòu)）。如何獲得一幅具有空間位置信息的MR圖像？設(shè)法使不同位置處具有不同的頻率！怎樣才能做到？RF脈沖激發(fā)進(jìn)一步的問(wèn)題:線圈收到MR信號(hào)①生物體內(nèi)所有質(zhì)子的拉莫頻率相20問(wèn)題：采集到的MR信號(hào)是斷層內(nèi)所有信號(hào)總和二維傅立葉變換圖像重建工作需要分解到任一（x，y）或（）上的信號(hào)強(qiáng)度二.磁共振成像的非醫(yī)學(xué)應(yīng)用問(wèn)題：采集到的MR信號(hào)是斷層內(nèi)所有信號(hào)總和二維傅立葉變換圖像21NMI-20臺(tái)式核磁共振成像分析儀NMI-20臺(tái)式核磁共振成像分析儀22（化學(xué)位移）、J（偶極間接作用)液體DD（偶極-偶極直接作用）固體忽略分子信息，設(shè)法引起頻率差異得到信號(hào)的二維分布成像T1（縱向弛豫時(shí)間）、T2（橫向弛豫時(shí)間）、D（擴(kuò)散系數(shù)）譜分析二.磁共振成像的非醫(yī)學(xué)應(yīng)用

拓展的新的應(yīng)用領(lǐng)域（化學(xué)位移）、J（偶極間接作用)液體二.磁共振成像23一般采用相對(duì)測(cè)量法利用含量與信號(hào)之間的比例關(guān)系,確定出刻度曲線A=kS+b

一般采用相對(duì)測(cè)量法24核磁共振成像技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容課件25弛豫時(shí)間與樣品內(nèi)含有磁性核分子的結(jié)構(gòu)、大小、均勻性程度、相互結(jié)合狀態(tài)等參數(shù)相關(guān)聯(lián)。通過(guò)弛豫時(shí)間的測(cè)量，可以分析檢測(cè)不同的樣品成分、狀態(tài)分布、分子結(jié)合、分子鉸鏈等與之相關(guān)的應(yīng)用信息。弛豫時(shí)間與樣品內(nèi)含有磁性核分子的結(jié)構(gòu)、大小、均勻性程度、相互26CPMG序列測(cè)量T2CPMG序列測(cè)量T227弛豫譜反演實(shí)際檢測(cè)信號(hào)是由一系列滿足單指數(shù)衰減規(guī)律的信號(hào)疊加而成的，同時(shí)不可避免地混入了隨機(jī)噪聲;弛豫譜反演實(shí)際檢測(cè)信號(hào)是由一系列滿足單指數(shù)衰減規(guī)律的信號(hào)疊加28反演常用算法1.NNLS（非負(fù)最小二乘法）2.SVD（奇異值分解）3.SIRT（聯(lián)合迭代法）4.GA（遺傳算法）反演常用算法1.NNLS（非負(fù)最小二乘法）29多孔介質(zhì)，比如建筑材料、土壤、巖心等），可以通過(guò)外部灌注磁性核樣品,根據(jù)磁性核樣品所處孔隙環(huán)境差異導(dǎo)致的弛豫時(shí)間差異或擴(kuò)散差異來(lái)間接檢測(cè)樣品的空隙情況，從而分析其性能。變溫和變壓系統(tǒng)用以改變樣品測(cè)量環(huán)境。

多孔介質(zhì)，比如建筑材料、土壤、巖心等），可以通過(guò)外部灌注磁性30擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量原理圖:在基本SE序列的180射頻脈沖的兩側(cè)沿某方向（或三個(gè)方向同時(shí)）對(duì)稱施加一對(duì)強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)敏感脈沖梯度。

擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量原理圖:在基本SE序列的180射頻脈沖的兩側(cè)沿31巧克力中的脂肪、油以及水的含量的測(cè)定

準(zhǔn)備樣品：稱重、預(yù)熱測(cè)試時(shí)間：每個(gè)樣品20~30秒使用自旋回波脈沖序列，其波形對(duì)于樣品的重量是歸一的。樣品的重量需要的很少，僅僅需要放在一個(gè)電熱蓋物或鋁塊中預(yù)熱，60%樣品需要此方法處理10~15分鐘。每次儀器都要進(jìn)行校正，而且儀器的參數(shù)也會(huì)被定義，每個(gè)樣品需要測(cè)試的時(shí)間僅僅需要20秒?？梢缘玫綔囟葘?duì)結(jié)果的影響，溫度是40℃。樣品%脂肪（索氏提?。?0℃%核磁共振誤差60℃%核磁共振誤差巧克力中的脂肪、油以及水的含量的測(cè)定

準(zhǔn)備樣品：稱重、預(yù)熱32玉米面筋含水量測(cè)試樣品準(zhǔn)備：稱重測(cè)試時(shí)間：20秒這是食品工業(yè)中測(cè)量含水量的一種方法，面筋中含有少量的油和水，這類樣品可通過(guò)一種脈沖方法對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)刻在射頻脈沖后70微秒處，下面是將傳統(tǒng)方法與核磁共振結(jié)果的比較細(xì)的玉米面筋%干燥的%核磁共振誤差粗的玉米面筋%干燥的%核磁共振誤差10.29.9-0.39.9100.19.39.2-0.19.19-0.1109.8-0.21010.10.19.28.7-0.510.110.20.19.39.309.19.30.210.210-0.210.410.409.99.7-0.29.89.90.19.39.40.19.69.5-0.15.45.60.25.65.608.98.909.39.40.1玉米面筋含水量測(cè)試樣品準(zhǔn)備：稱重測(cè)試時(shí)間：33相關(guān)應(yīng)用 低分辨率脈沖傅立葉核磁共振分析儀NM22―Analysis用于食品、農(nóng)業(yè)、石化、化工、生化以及化纖等領(lǐng)域的應(yīng)用的應(yīng)用研究和開(kāi)發(fā)，具有的突出優(yōu)點(diǎn)：速度：大多數(shù)應(yīng)用測(cè)量的時(shí)間在一分鐘以內(nèi)完成精度：與化學(xué)分析法和常規(guī)方法結(jié)果幾乎相同無(wú)需溶劑：直接測(cè)量原樣品，不需任何處理，不用任何化學(xué)試劑無(wú)損：測(cè)量不對(duì)樣品產(chǎn)生損傷，可重復(fù)測(cè)量，可被其它技術(shù)測(cè)量穩(wěn)定可靠：滿足質(zhì)量檢測(cè)的各種要求操作簡(jiǎn)單：在受嚴(yán)格訓(xùn)練的操作員操作下測(cè)量的結(jié)果幾乎完全相同模塊化的概念：很容易被設(shè)定成用戶所需要的各種配置相關(guān)應(yīng)用 低分辨率脈沖傅立葉核磁共振分析儀NM22―An34低場(chǎng)核磁應(yīng)用領(lǐng)域農(nóng)業(yè)食品石油化工材料科學(xué)生命科學(xué)地質(zhì)能源分析測(cè)試領(lǐng)域,尚不斷拓展…….低場(chǎng)核磁農(nóng)業(yè)食品石油化工材料科學(xué)生命科學(xué)地質(zhì)能源分析測(cè)試領(lǐng)域35種子含水、含油率測(cè)試種子育種、發(fā)育研究種子水分分布、吸水過(guò)程研究貨架期保鮮、解凍、速凍過(guò)程水分遷徙蒸煮過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

測(cè)量食品和生物體系中的含水量研究水分的分布和水分的流動(dòng)性研究果蔬的成熟度和損傷程度研究食品中的油脂

種子含水、含油率測(cè)試貨架期測(cè)量食品和生物體系中的含水量36多孔材料孔隙度、滲透率等性質(zhì)研究土壤中未凍水含量研究橡膠、塑料老化程度研究，交聯(lián)密度測(cè)試聚合物結(jié)晶、融化的動(dòng)力學(xué)研究聚合物生產(chǎn)質(zhì)量控制聚合物水合與干燥水泥凝固時(shí)間、凝固性能研究混凝土孔隙測(cè)定燃料電池薄膜木材干燥

多孔材料孔隙度、滲透率等性質(zhì)研究橡膠、塑料老化程度研究，交聯(lián)37小動(dòng)物成像、形態(tài)結(jié)構(gòu)分析寵物臨床MRI造影劑研究實(shí)驗(yàn)動(dòng)物臨床前藥物試驗(yàn)藥物作用機(jī)制、毒性研究及藥物研發(fā)營(yíng)養(yǎng)學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究

臨床前病理動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究（癌癥、心腦血管疾病等）器官移植排斥反映檢測(cè)神經(jīng)性疾病……小動(dòng)物成像、形態(tài)結(jié)構(gòu)分析MRI造影劑研究臨床前病理動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研38快速檢測(cè)燃油中的氫含量石蠟中的油含量煤粉含水率、孔隙度分析油砂油泥含油率巖心孔隙大小、孔隙分布、孔隙導(dǎo)通情況巖心孔隙度、滲透率、飽和度測(cè)量原油黏度預(yù)測(cè)快速檢測(cè)燃油中的氫含量煤粉含水率、孔隙度分析巖心孔隙大小、39NM-5核磁共振巖心分析儀NM-5核磁共振巖心分析儀40MicroMRMiniMR科研、工業(yè)型MicroMRMiniMR科研、工業(yè)型41MiniMR-60MiniMR-6042通過(guò)實(shí)際教學(xué)實(shí)驗(yàn)，積累經(jīng)驗(yàn)，最后編寫(xiě)并出版《核磁共振成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程》一書(shū)（2008.1月，科學(xué)出版社）基于NMI-20臺(tái)式核磁共振教學(xué)成像儀的實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)通過(guò)實(shí)際教學(xué)實(shí)驗(yàn)，積累經(jīng)驗(yàn)，最后編寫(xiě)并出版《核磁共振成像技術(shù)43主要內(nèi)容與編排第一篇：核磁共振原理與設(shè)備結(jié)構(gòu)概述。第二篇：核磁共振成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容。

■第三章：原理性實(shí)驗(yàn)，共11個(gè)；

■第四章：成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)，共8個(gè)；

■第五章：硬件結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，共7個(gè)；

■第六章：應(yīng)用拓展實(shí)驗(yàn)，共5個(gè)。設(shè)：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)設(shè)備與器材、實(shí)驗(yàn)原理與方法、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、思考與討論以及仿真設(shè)計(jì)等。

第三篇：NMI-20臺(tái)式核磁共振成像儀器描述。

主要內(nèi)容與編排第一篇：核磁共振原理與設(shè)備結(jié)構(gòu)概述。44第三章

原理性實(shí)驗(yàn) 第一節(jié)

機(jī)械勻場(chǎng)和電子勻場(chǎng) 第二節(jié)

硬脈沖FID序列測(cè)量拉莫爾頻率 第三節(jié)

旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的FID信號(hào) 第四節(jié)

FID信號(hào)一維處理與增益調(diào)整 第五節(jié)

硬脈沖回波序列確定硬脈沖射頻 第六節(jié)

軟脈沖FID序列確定軟脈沖射頻 第七節(jié)

軟脈沖回波序列 第八節(jié)

翻轉(zhuǎn)恢復(fù)法測(cè)T1 第九節(jié)

飽和恢復(fù)法測(cè)T1 第十節(jié)

硬脈沖CPMG序列測(cè)量T2 第十一節(jié)

乙醇的化學(xué)位移測(cè)量

第三章原理性實(shí)驗(yàn)45核磁共振成像技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容課件46C1為8時(shí)的CPMG回波列回波鏈長(zhǎng)度為200時(shí)的T2擬合效果C1為8時(shí)的CPMG回波列回波鏈長(zhǎng)度為200時(shí)的T2擬合效47第四章

成像技術(shù)實(shí)驗(yàn) 第一節(jié)

自旋回波序列成像 第二節(jié)

自旋回波權(quán)重像 第三節(jié)

一維梯度編碼成像 第四節(jié)

單脈沖雙相位編碼成像 第五節(jié)

反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列成像 第六節(jié)

二維梯度回波序列成像 第七節(jié)

采樣參數(shù)對(duì)圖像大小及形狀的影響規(guī)律 第八節(jié)

三維梯度回波序列成像

第四章成像技術(shù)實(shí)驗(yàn)48核磁共振成像技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容課件49核磁共振成像技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容課件50第五章

硬件結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn) 第一節(jié)

射頻線圈的調(diào)諧與匹配 第二節(jié)

射頻開(kāi)關(guān)與前置放大器 第三節(jié)

射頻功率放大器與射頻波形調(diào)制電路 第四節(jié)

數(shù)據(jù)處理過(guò)程(模擬部分)實(shí)驗(yàn) 第五節(jié)

梯度功率放大器 第六節(jié)

譜儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制信號(hào) 第七節(jié)

高頻數(shù)字記憶示波器的使用第五章硬件結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)51NE1=NE2=1

NE1=32；NE2=1

NE1=24；NE2=4

NE1=NE2=1NE1=32；NE2=1NE1=24；52第六章

應(yīng)用拓展實(shí)驗(yàn) 第一節(jié)2D-FFT圖像重建的仿真實(shí)驗(yàn) 第二節(jié)

核磁共振圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn) 第三節(jié)3D-FFT圖像重建的仿真實(shí)驗(yàn) 第四節(jié)

牙膏含氟量的測(cè)量 第五節(jié)

芝麻含油率的測(cè)定

第六章應(yīng)用拓展實(shí)驗(yàn)53Thankyou！Thankyou！54現(xiàn)代影像物理學(xué)應(yīng)用及其拓展第十八次全國(guó)原子、原子核物理研討會(huì)暨全國(guó)近代物理研究會(huì)第十一屆學(xué)術(shù)年會(huì)

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張學(xué)龍

現(xiàn)代影像物理學(xué)應(yīng)用及其拓展第十八次全國(guó)原子、原子核物理研討會(huì)55一.X射線相襯成像密度成像的另一面二.磁共振成像的非醫(yī)學(xué)應(yīng)用

醫(yī)學(xué)應(yīng)用的另一面現(xiàn)代影像物理學(xué)應(yīng)用及其拓展一.X射線相襯成像現(xiàn)代影像物理學(xué)應(yīng)用及其拓展56X射線透視和攝影

利用熒光作用X-rayfluoroscopy利用感光作用X-rayroentgengram基本原理：X射線的吸收與物質(zhì)的密度、厚度有關(guān)（正比）從而熒光強(qiáng)弱不同、感光深淺不同形成影像X射線X射線透視和攝影利用熒光作用X-rayfluorosco57一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法傳統(tǒng)X射線成像──吸收襯度──百余年不僅在醫(yī)學(xué)方面獲得了巨大的成功，而且在醫(yī)學(xué)以外的領(lǐng)域比如說(shuō)信息科學(xué)以及工業(yè)領(lǐng)域，都得到了極其廣泛的應(yīng)用。根據(jù)樣品密度組成分布以及厚度的不同，對(duì)X射線吸收不同，獲得像的襯度（吸收襯度absorbingcontrast）

一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法傳統(tǒng)X射線成像──58臨床醫(yī)學(xué)的飛速發(fā)展對(duì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)產(chǎn)生了巨大影響，對(duì)所能得到醫(yī)學(xué)成像提出了極高要求。醫(yī)學(xué)的研究逐漸深入到了微觀領(lǐng)域，在細(xì)胞甚至更小的層面討論它的微觀機(jī)制和病理也越來(lái)越重要。

醫(yī)學(xué)影像的發(fā)展趨勢(shì)就是從宏觀影像學(xué)到微觀影像學(xué)。現(xiàn)有X-CT，MRI，超聲成像等醫(yī)療診斷設(shè)備的分辨率，基本在毫米量級(jí)，不能滿足醫(yī)學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的要求，需要研究新的成像技術(shù)。一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法臨床醫(yī)學(xué)的飛速發(fā)展對(duì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)產(chǎn)生了巨大影響，對(duì)所能得到59醫(yī)用CT成像的空間分辨率已達(dá)到0.3～0.5mm工業(yè)CT用微焦點(diǎn)X線束及CCD檢測(cè)器，已達(dá)5～10ｍ

但本質(zhì)上依然是吸收襯度成像，特別是對(duì)于主要由碳、氫、氧、氮等輕元素組成的軟組織，其X射線吸收襯度很差，相應(yīng)的圖像分辨率也不高。一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法醫(yī)用CT成像的空間分辨率已達(dá)到0.3～0.5mm但本質(zhì)上依然60(a)當(dāng)X射線經(jīng)過(guò)樣品時(shí)X射線波發(fā)生位相漂移；(b)位相漂移導(dǎo)致X射線波前發(fā)生畸變。如何使畸變波面能以可觀察的強(qiáng)度變化顯示出來(lái)

通過(guò)不同的相位襯度技術(shù)記錄？一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法(a)當(dāng)X射線經(jīng)過(guò)樣品時(shí)X射線波發(fā)生位相漂移；如何使畸611935年，德國(guó)科學(xué)家FritsZernike相襯法，1953年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)把相位變化轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度分布（折射率略為不同可分辨）

物理：采用一種叫相襯觀察的方法（附加一些光學(xué)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)）數(shù)學(xué)：通過(guò)傅立葉變換和卷積處理來(lái)得到

若相位差非常小，光柵透過(guò)函數(shù)近似表示像平面上的強(qiáng)度正比于一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法1935年，德國(guó)科學(xué)家FritsZernike相襯法，1962人體胸部軟組織不同X射線能量下δ與β的比較一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法人體胸部軟組織不同X射線能量下δ與β的比較一.X射線相襯63三種方法干涉法衍射增強(qiáng)法類同軸全息法具有光路簡(jiǎn)單、視場(chǎng)大以及圖像直觀無(wú)贗像等特點(diǎn)，是極有可能首先被用于臨床醫(yī)學(xué)成像的技術(shù)一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法三種方法干涉法衍射增強(qiáng)法類同軸全息法具有光路簡(jiǎn)單、視場(chǎng)64推廣的結(jié)果：

M

代表放大因子相位襯度函數(shù)與吸收襯度函數(shù)：一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法推廣的結(jié)果：相位襯度函數(shù)與吸收襯度函數(shù)：一.X射線相襯成像65一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法二維情況下，相位效應(yīng)濾波函數(shù)分布

一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法二維情況下，相位效66黃蛉的相位吸收原始像的數(shù)據(jù)分布圖紅色表示邊緣數(shù)據(jù)被增強(qiáng)黃蛉的相位吸收原始像的數(shù)據(jù)分布圖紅色表示邊緣數(shù)據(jù)被增強(qiáng)671.相干光源2.合適的距離（樣品、光源、探測(cè)器）3.射線通量要求關(guān)鍵——光源X相襯成像實(shí)現(xiàn)的條件1.相干光源X相襯成像實(shí)現(xiàn)的條件68上海同步輻射裝置(SSRF)上海光源第三代的同步輻射裝置，能量高達(dá)3.5Gev，達(dá)到世界先進(jìn)水平。一.X射線相襯成像拓展的新的成像方法上海同步輻射裝置(SSRF)上海光源第三代的同步輻射裝置69核磁共振對(duì)人體是如何成像的？利用人體中的原子核。什么樣的原子核？哪些原子核？為什么這樣會(huì)成像呢？——有個(gè)叫核磁共振的原理二.磁共振成像的非醫(yī)學(xué)應(yīng)用

拓展的新的應(yīng)用領(lǐng)域核磁共振對(duì)人體是如何成像的？利用人體中的原子核。什么樣的原子70磁場(chǎng)中的原子核射頻激發(fā)磁共振射頻無(wú)線電波波段三個(gè)基本條件：（1）能夠產(chǎn)生共振躍遷的原子核；（2）恒定的磁場(chǎng)；（3）一定頻率的交變磁場(chǎng)。當(dāng)射頻磁場(chǎng)的頻率與原子核進(jìn)動(dòng)的頻率一致時(shí)，原子核吸收能量，發(fā)生能級(jí)間的共振躍遷?！按拧贝艌?chǎng)中的原子核射頻激發(fā)磁共振射頻無(wú)線電波波段三個(gè)基本條件：（71MRI磁共振成像：利用射頻(RadioFrequency，RF)電磁波對(duì)置于磁場(chǎng)中的含有自旋不為零的原子核的物質(zhì)進(jìn)行激發(fā)，發(fā)生核磁共振(NMR)，用感應(yīng)線圈采集共振信號(hào)，經(jīng)處理，按一定數(shù)學(xué)方法，建立的數(shù)字圖像。滿足一定條件，共振躍遷（共振頻率）二.磁共振成像的非醫(yī)學(xué)應(yīng)用MRI磁共振成像：利用射頻(RadioFrequency，72一旦撤除射頻脈沖,所有共振核將釋放能量,逐漸恢復(fù)到原狀態(tài)。由于原子核各自“環(huán)境”不同,恢復(fù)時(shí)間不同。馳豫時(shí)間,T1,T2(分為縱向和橫向)。(1)T1與組織分子的大小、場(chǎng)強(qiáng)及溫度、粘度有關(guān)中等大小的分子，T1小小分子，T1大（如水分子）大分子，T1大（如蛋白質(zhì)分子）顯然，含水量不同，T1的大小不同。(2)T2與環(huán)境溫度、粘度無(wú)關(guān),與主磁場(chǎng)B0的大小關(guān)系不大；與磁場(chǎng)均勻性關(guān)系密切.一旦撤除射頻脈沖,所有共振核將釋放能量,逐漸恢復(fù)到原狀態(tài)。73進(jìn)一步的問(wèn)題:線圈收到MR信號(hào)①生物體內(nèi)所有質(zhì)子的拉莫頻率相同②MR代表的是所有激發(fā)部位信號(hào)的總和③沒(méi)有空間位置區(qū)分（不能區(qū)分組織結(jié)構(gòu)）。如何獲得一幅具有空間位置信息的MR圖像？設(shè)法使不同位置處具有不同的頻率！怎樣才能做到？RF脈沖激發(fā)進(jìn)一步的問(wèn)題:線圈收到MR信號(hào)①生物體內(nèi)所有質(zhì)子的拉莫頻率相74問(wèn)題：采集到的MR信號(hào)是斷層內(nèi)所有信號(hào)總和二維傅立葉變換圖像重建工作需要分解到任一（x，y）或（）上的信號(hào)強(qiáng)度二.磁共振成像的非醫(yī)學(xué)應(yīng)用問(wèn)題：采集到的MR信號(hào)是斷層內(nèi)所有信號(hào)總和二維傅立葉變換圖像75NMI-20臺(tái)式核磁共振成像分析儀NMI-20臺(tái)式核磁共振成像分析儀76（化學(xué)位移）、J（偶極間接作用)液體DD（偶極-偶極直接作用）固體忽略分子信息，設(shè)法引起頻率差異得到信號(hào)的二維分布成像T1（縱向弛豫時(shí)間）、T2（橫向弛豫時(shí)間）、D（擴(kuò)散系數(shù)）譜分析二.磁共振成像的非醫(yī)學(xué)應(yīng)用

拓展的新的應(yīng)用領(lǐng)域（化學(xué)位移）、J（偶極間接作用)液體二.磁共振成像77一般采用相對(duì)測(cè)量法利用含量與信號(hào)之間的比例關(guān)系,確定出刻度曲線A=kS+b

一般采用相對(duì)測(cè)量法78核磁共振成像技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容課件79弛豫時(shí)間與樣品內(nèi)含有磁性核分子的結(jié)構(gòu)、大小、均勻性程度、相互結(jié)合狀態(tài)等參數(shù)相關(guān)聯(lián)。通過(guò)弛豫時(shí)間的測(cè)量，可以分析檢測(cè)不同的樣品成分、狀態(tài)分布、分子結(jié)合、分子鉸鏈等與之相關(guān)的應(yīng)用信息。弛豫時(shí)間與樣品內(nèi)含有磁性核分子的結(jié)構(gòu)、大小、均勻性程度、相互80CPMG序列測(cè)量T2CPMG序列測(cè)量T281弛豫譜反演實(shí)際檢測(cè)信號(hào)是由一系列滿足單指數(shù)衰減規(guī)律的信號(hào)疊加而成的，同時(shí)不可避免地混入了隨機(jī)噪聲;弛豫譜反演實(shí)際檢測(cè)信號(hào)是由一系列滿足單指數(shù)衰減規(guī)律的信號(hào)疊加82反演常用算法1.NNLS（非負(fù)最小二乘法）2.SVD（奇異值分解）3.SIRT（聯(lián)合迭代法）4.GA（遺傳算法）反演常用算法1.NNLS（非負(fù)最小二乘法）83多孔介質(zhì)，比如建筑材料、土壤、巖心等），可以通過(guò)外部灌注磁性核樣品,根據(jù)磁性核樣品所處孔隙環(huán)境差異導(dǎo)致的弛豫時(shí)間差異或擴(kuò)散差異來(lái)間接檢測(cè)樣品的空隙情況，從而分析其性能。變溫和變壓系統(tǒng)用以改變樣品測(cè)量環(huán)境。

多孔介質(zhì)，比如建筑材料、土壤、巖心等），可以通過(guò)外部灌注磁性84擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量原理圖:在基本SE序列的180射頻脈沖的兩側(cè)沿某方向（或三個(gè)方向同時(shí)）對(duì)稱施加一對(duì)強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)敏感脈沖梯度。

擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量原理圖:在基本SE序列的180射頻脈沖的兩側(cè)沿85巧克力中的脂肪、油以及水的含量的測(cè)定

準(zhǔn)備樣品：稱重、預(yù)熱測(cè)試時(shí)間：每個(gè)樣品20~30秒使用自旋回波脈沖序列，其波形對(duì)于樣品的重量是歸一的。樣品的重量需要的很少，僅僅需要放在一個(gè)電熱蓋物或鋁塊中預(yù)熱，60%樣品需要此方法處理10~15分鐘。每次儀器都要進(jìn)行校正，而且儀器的參數(shù)也會(huì)被定義，每個(gè)樣品需要測(cè)試的時(shí)間僅僅需要20秒。可以得到溫度對(duì)結(jié)果的影響，溫度是40℃。樣品%脂肪（索氏提取）40℃%核磁共振誤差60℃%核磁共振誤差巧克力中的脂肪、油以及水的含量的測(cè)定

準(zhǔn)備樣品：稱重、預(yù)熱86玉米面筋含水量測(cè)試樣品準(zhǔn)備：稱重測(cè)試時(shí)間：20秒這是食品工業(yè)中測(cè)量含水量的一種方法，面筋中含有少量的油和水，這類樣品可通過(guò)一種脈沖方法對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)刻在射頻脈沖后70微秒處，下面是將傳統(tǒng)方法與核磁共振結(jié)果的比較細(xì)的玉米面筋%干燥的%核磁共振誤差粗的玉米面筋%干燥的%核磁共振誤差10.29.9-0.39.9100.19.39.2-0.19.19-0.1109.8-0.21010.10.19.28.7-0.510.110.20.19.39.309.19.30.210.210-0.210.410.409.99.7-0.29.89.90.19.39.40.19.69.5-0.15.45.60.25.65.608.98.909.39.40.1玉米面筋含水量測(cè)試樣品準(zhǔn)備：稱重測(cè)試時(shí)間：87相關(guān)應(yīng)用 低分辨率脈沖傅立葉核磁共振分析儀NM22―Analysis用于食品、農(nóng)業(yè)、石化、化工、生化以及化纖等領(lǐng)域的應(yīng)用的應(yīng)用研究和開(kāi)發(fā)，具有的突出優(yōu)點(diǎn)：速度：大多數(shù)應(yīng)用測(cè)量的時(shí)間在一分鐘以內(nèi)完成精度：與化學(xué)分析法和常規(guī)方法結(jié)果幾乎相同無(wú)需溶劑：直接測(cè)量原樣品，不需任何處理，不用任何化學(xué)試劑無(wú)損：測(cè)量不對(duì)樣品產(chǎn)生損傷，可重復(fù)測(cè)量，可被其它技術(shù)測(cè)量穩(wěn)定可靠：滿足質(zhì)量檢測(cè)的各種要求操作簡(jiǎn)單：在受嚴(yán)格訓(xùn)練的操作員操作下測(cè)量的結(jié)果幾乎完全相同模塊化的概念：很容易被設(shè)定成用戶所需要的各種配置相關(guān)應(yīng)用 低分辨率脈沖傅立葉核磁共振分析儀NM22―An88低場(chǎng)核磁應(yīng)用領(lǐng)域農(nóng)業(yè)食品石油化工材料科學(xué)生命科學(xué)地質(zhì)能源分析測(cè)試領(lǐng)域,尚不斷拓展…….低場(chǎng)核磁農(nóng)業(yè)食品石油化工材料科學(xué)生命科學(xué)地質(zhì)能源分析測(cè)試領(lǐng)域89種子含水、含油率測(cè)試種子育種、發(fā)育研究種子水分分布、吸水過(guò)程研究貨架期保鮮、解凍、速凍過(guò)程水分遷徙蒸煮過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

測(cè)量食品和生物體系中的含水量研究水分的分布和水分的流動(dòng)性研究果蔬的成熟度和損傷程度研究食品中的油脂

種子含水、含油率測(cè)試貨架期測(cè)量食品和生物體系中的含水量90多孔材料孔隙度、滲透率等性質(zhì)研究土壤中未凍水含量研究橡膠、塑料老化程度研究，交聯(lián)密度測(cè)試聚合物結(jié)晶、融化的動(dòng)力學(xué)研究聚合物生產(chǎn)質(zhì)量控制聚合物水合與干燥水泥凝固時(shí)間、凝固性能研究混凝土孔隙測(cè)定燃料電池薄膜木材干燥

多孔材料孔隙度、滲透率等性質(zhì)研究橡膠、塑料老化程度研究，交聯(lián)91小動(dòng)物成像、形態(tài)結(jié)構(gòu)分析寵物臨床MRI造影劑研究實(shí)驗(yàn)動(dòng)物臨床前藥物試驗(yàn)藥物作用機(jī)制、毒性研究及藥物研發(fā)營(yíng)養(yǎng)學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究

臨床前病理動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究（癌癥、心腦血管疾病等）器官移植排斥反映檢測(cè)神經(jīng)性疾病……小動(dòng)物成像、形態(tài)結(jié)構(gòu)分析MRI造影劑研究臨床前病理動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研92快速檢測(cè)燃油中的氫含量石蠟中的油含量煤粉含水率、孔隙度分析油砂油泥含油率巖心孔隙大小、孔隙分布、孔隙導(dǎo)通情況巖心孔隙度、滲透率、飽和度測(cè)量原油黏度預(yù)測(cè)快速檢測(cè)燃油中的氫含量煤粉含水率、孔隙度分析巖心孔隙大小、93NM-5核磁共振巖心分析儀NM-5核磁共振巖心分析儀94MicroMRMiniMR科研、工