關于醫學影像成像原理第一頁，共九十九頁，2022年，8月28日第3章醫學影像成像原理現代醫學影像的成像原理和技術路線從根本上說是依據電離輻射（如X射線、射線）和非電離輻射（如超聲波）的自身性質和它們與物質的相互作用，并利用計算機等現代技術手段來采集成像數據，按一定的數學方法用計算機重建數字圖像。因此，深入挖掘圖像所蘊藏的生物信息和很好的控制圖像質量，不但需要雄厚的醫學知識，而且需要掌握各種成像技術的原理。

第二頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.1X線成像原理X線的本質：電磁輻射常用X線診斷設備：X線機、數字X線攝影設備（CR、DR、DSA）和X線計算機體層（X線CT）3.1.1X線的特征3.1.2X射線成像原理3.1.3計算機X線攝影（CR）3.1.4直接數字化X線攝影系統（DR）第三頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.1.1X線的特性X射線在電磁輻射中的特點屬于高頻率、波長短的射線X射線的頻率約在3×1016～3×1020Hz之間，波長約在10～10-3nm之間

X線診斷常用的X線波長范圍為0.008～0.031nm第四頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.1.1X線的特性Hz第五頁，共九十九頁，2022年，8月28日1.X射線的波粒二象性X射線同時具有波動性和微粒性，統稱為波粒二象性。（1）X射線的波動性

X射線同可見光一樣，具有干涉、衍射、偏振、反射、折射等現象，說明X射線具有波的特性。它的波動性主要表現在以一定的波長和頻率在空間傳播。它是一種橫波，其傳播速度在真空中與光速相同，可以用波長，頻率f等來描述。（2）X射線的微粒性

X射線的波動性雖然可以成功地解釋X線的干涉與衍射現象，但卻不能解釋X射線的熒光作用、光電效應、電離作用等。X射線在以光子形式輻射和吸收時具有一定的質量、能量和動量。說明X射線在與物質相互作用時交換能量。3.1.1X線的特性第六頁，共九十九頁，2022年，8月28日1.X射線的波粒二象性X射線在傳播時，它的波動性占主導地位，具有頻率和波長，且有干涉、衍射等現象發生。X射線在與物質相互作用時，它的粒子特性占主導地位，具有質量、能量和動量。3.1.1X線的特性第七頁，共九十九頁，2022年，8月28日2.X射線與物質間的相互作用（1）X射線的穿透作用。因X射線波長短，光子能量大，物質對其吸收較弱，所以對物質有很強的穿透能力。其貫穿本領的強弱與物質的性質有關，如X射線的物質密度和原子序數等因素。

其貫穿本領的強弱與物質的性質有關3.1.1X線的特征第八頁，共九十九頁，2022年，8月28日2.X射線與物質間的相互作用（2）X射線的熒光作用。

X射線是肉眼看不見的，但當它照射某些物質時，能夠使這些物質的原子處于激發態，當它們回到基態時就能夠發出熒光。醫學中透視用的熒光屏、X射線攝影用的增感屏、影像增強器中的輸入屏和輸出屏都是利用熒光特性做成的。（3）X射線的電離作用。

X射線雖然不帶電，但具有足夠能量的X光子能夠撞擊原子中軌道電子，使之脫離原子產生一次電離。

電離作用也是X射線損傷和治療的基礎。

3.1.1X線的特征第九頁，共九十九頁，2022年，8月28日2.X射線與物質間的相互作用（4）X射線的熱作用。X射線被物質吸收，絕大部分都將變為熱能，使物體溫升。

（5）X射線的化學效應。X射線能使多種物質發生光化學反應。例如，X射線能使照相底片感光。（6）X射線的生物效應。

生物組織經一定量的X射線照射，會產生電離和激發，使細胞受到損傷、抑制、死亡或通過遺傳變異影響下一代，這種現象稱為X射線的生物效應。這個特性可充分應用在腫瘤放射治療中。3.1.1X線的特征第十頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.1.2X射線成像原理當高速帶電粒子撞擊物質受阻而突然減速時，能夠產生X射線。醫學影像診斷所用的X線產生設備是X線管（X-raytube，球管）。1．X射線的產生X射線的產生需要的基本條件是：（1）有高速運動的電子流；（2）有阻礙帶電粒子流運動的障礙物（靶），用來阻止電子的運動，可以將電子的動能轉變為X射線光子的能量。第十一頁，共九十九頁，2022年，8月28日X射線的產生裝置主要包括三部分：X射線管、高壓電源及低壓電源，如圖3.2所示。3.1.2X射線成像原理在這一過程中，約不到1％的動能轉變為光能向外輻射，輻射出來的射線就是X射線，而99％以上的能量轉變為熱能。第十二頁，共九十九頁，2022年，8月28日2.X射線人體成像使用X射線對人體進行照射，并對透過人體的X射線信息進行采集、轉換，并使之成為可見的影像，即為X射線人體成像。（1）X射線影像的形成當一束強度大致均勻的X射線投照到人體上時，X射線一部分被吸收和散射，另一部分透過人體沿原方向傳播。由于人體各種組織、器官在密度、厚度等方面存在差異，對投照在其上的X射線的吸收量各不相同，從而使透過人體的X射線強度分布發生變化并攜帶人體信息，最終形成X射線信息影像。X射線信息影像不能為人眼識別，須通過一定的采集、轉換、顯示系統將X射線強度分布轉換成可見光的強度分布，形成人眼可見的X射線影像。3.1.2X射線成像原理第十三頁，共九十九頁，2022年，8月28日①人體不同密度組織與X線成像的關系不同密度組織結構由于吸收程度不同，在X線膠片上或熒屏上顯出具有黑白或明暗對比、層次差異的X線影像。病理變化也可使人體組織密度發生改變。例如，肺結核病變是在原屬低密度的肺組織內產生中等密度的纖維性改變和高密度的鈣化灶。使用X射線拍攝的胸片上就可以清晰地顯示肺影的背景位置出現代表病變的白影。因此不同組織密度的病理變化可產生相應的病理X線影像。

圖3.3人體不同密度組織(厚度相同)與X線成像的關系第十四頁，共九十九頁，2022年，8月28日②人體不同厚度組織與X線成像的關系人體組織結構和器官形態不同，厚度也不一致，在組織密度相同的情況下，厚的部分，吸收X線多，透過的X線少，薄的部分則相反。

密度和厚度的差別是產生影像對比的基礎，是X線成像的基本條件第十五頁，共九十九頁，2022年，8月28日2.X射線人體成像（2）X射線的采集與顯示

①醫用X射線膠片與增感屏醫用X射線膠片的主要特性是感光，即接受光照并產生化學反應，形成潛影（latentimage）。經過對有潛影的膠片處理（暗室處理：顯影、定影等），使膠片上的潛影轉變為可見的不同灰度（gray）分布像。X射線照射的膠片，經過顯影、定影后，膠片感光層中的鹵化銀還原成金屬銀殘留在膠片上，形成由金屬銀顆粒組成的黑色影像。人體組織的物質密度高，則吸收X射線多，透過的X線少,在X射線照片上呈白影；反之，如果組織的物質密度低，則吸收X射線少，在X射線照片上呈黑影。3.1.2X射線成像原理第十六頁，共九十九頁，2022年，8月28日2.X射線人體成像（2）X射線的采集與顯示①醫用X射線膠片與增感屏醫用X射線增感屏為熒光增感屏，其增感原理為增感屏上的熒光物質受到X射線激發后，發出易被膠片所接收的熒光，從而增強對X射線膠片的感光作用。

主要目的是：在實際X射線攝影中，僅有不到10%的X射線光子能直接被膠片吸收形成潛影，絕大部分X射線光子穿透膠片，得不到有效的利用。因此需要利用一種增感方法來增加X射線對膠片的曝光，降低X射線的輻射劑量。常采用措施是在暗盒中將膠片夾在兩片增感屏之間，然后進行曝光。第十七頁，共九十九頁，2022年，8月28日2.X射線人體成像（2）X射線的采集與顯示②X射線電視系統X射線電視系統主要包括X射線影像增強器、光學圖像分配系統、含有攝像機與監視器的閉路視頻系統與輔助電子設備。X射線影像增強管是影像增強器的核心部件。隨著計算機技術的發展，有大量自動化控制成像和信息處理方法融入普通X線攝影技術之中。包括計算機X線攝影、直接數字化X線攝影等。大大提高了普通X線成像質量。3.1.2X射線成像原理第十八頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.1.3計算機X線攝影（CR）計算機X線攝影（ComputedRadiography，CR）是將X線透過人體后的信息記錄在成像板（ImagePlate，IP）上，經讀取裝置讀取后，由計算機以數字化圖像信息的形式儲存，再經過數字/模擬（D/A）轉換器將數字化信息轉換成圖像的組織密度（灰度）信息，最后在熒光屏上顯示。其中，成像板是CR成像技術的關鍵。第十九頁，共九十九頁，2022年，8月28日1.成像板（IP）成像板（IP）是使用一種含有微量素銪（Eu2+）的鋇氟溴化合物結晶制作而成能夠采集（記錄）影像信息的載體，可以代替X線膠片并重復使用2-3萬次。IP板可在普通室內明間進行操作，無需暗室處理，處理速度快。當透過人體的X線照射到IP板上時可以使IP板感光并形成潛影以記錄X線影像信息。成像板的構造：

（1）表面保護層。（2）輝盡性熒光體層。（3）基板（支持體）。（4）背面保護層。3.1.3計算機X線攝影（CR）第二十頁，共九十九頁，2022年，8月28日2.CR系統成像的基本過程（1）影像信息的采集：攜帶人體信息的X射線照射IP板后，IP板將X射線的能量以潛影（模擬信號）的方式貯存下來，完成對影像信息的采集（記錄）。（2）影像信息的讀?。阂獙①A存在IP板中以模擬信號的形式記錄的影像信息讀出并轉換成數字信號，需使用激光掃描儀。如圖3.6所示，隨著由高精度步進電機帶動IP板勻速移動，激光束經擺動式反光鏡的反射，在與IP板垂直的方向上，依次對IP板進行精確、均勻地掃描。與此同時，隨著激光束的掃描，IP板上釋放出與貯存的影像信息相應的熒光并被自動跟蹤集光器收集，經光電倍增管轉換成相應強弱的電信號，進一步放大后由A/D轉換器轉換成數字化的影像信號并輸入到計算機中。在計算機顯示器上電信號被重建為可視影像，并根據診斷需要對圖像進行數字處理。在完成對圖像的讀取后，由激光掃描儀對IP上的殘留信號進行消影處理，為下次使用做好準備。3.1.3計算機X線攝影（CR）第二十一頁，共九十九頁，2022年，8月28日2.CR系統成像的基本過程

與普通X攝影相比較，CR的優點是：①寬容度大，攝影條件易選擇。②可降低投照輻射量：CR可在IP獲取信息的基礎上自動調節放大增益，最大幅度地減少X線曝光量，降低病人的輻射損傷。③影像清晰度較普通片高。④對影像可進行后處理，對曝光不足或過度的膠片可進行后期補救。⑤可進行圖像傳輸、存儲。⑥由于激光掃描儀可以對IP上的殘留信號進行消影處理，IP板可重復使用2-3萬次。3.1.3計算機X線攝影（CR）第二十二頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.1.4直接數字化X線攝影系統（DR）直接數字化X射線攝影(DigitalRadiography，DR)是在具有圖像處理功能的計算機控制下，采用一維或二維的X射線探測器直接把X射線信息影像轉化為數字圖像信息的技術。當前DR設備主要采用二維平板X射線探測器（flatpaneldetector，FPD)，包括：（1）非晶態硅平板探測器先經閃爍發光晶體轉換成可見光再轉換為數字信號（2）非晶態硒平板探測器將X線直接轉換成數字信號第二十三頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.1.4直接數字化X線攝影系統（DR）第二十四頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.2X-CT成像原理X-CT與X射線攝影相比較有很大區別，X射線攝影產生的是多器官重疊的平片圖像CT是用X射線對人體層面進行掃描，取得信息，經計算機處理而獲得重建圖像，顯示的是斷面解剖圖像，其密度分辨力明顯優于X線圖像，顯著的擴大人體的檢查范圍，提高病變的檢出率和診斷準確率X射線平片與CT斷層對比圖第二十五頁，共九十九頁，2022年，8月28日X-CT（X-raycomputedtomography,X-CT）是運用掃描并采集投影的物理技術，以測定X射線在人體內的衰減系數為基礎，采用一定算法，經計算機運算處理，求解出人體組織的衰減系數值在某剖面上的二維分布矩陣，再將其轉為圖像上的灰度分布，從而實現建立斷層解剖圖像的現代醫學成像技術，X-CT成像的本質是衰減系數成像。3.2.1.X-CT成像技術第二十六頁，共九十九頁，2022年，8月28日1.X-CT成像裝置與流程X-CT成像裝置主要由X線管、準直器、檢測器、掃描機構、測量電路、電子計算機、監視器等部分所組成的。X-CT成像流程是：X線首先經過準直器形成很細的直線射束，用以穿透人體被檢測的斷層平面。X線束經人體薄層內器官或組織衰減并透射出后到達檢測器，檢測器將接收人體該斷面不同方向、不同密度的組織器官對X線的衰減值，并將相應的圖像信息轉變為對應的電信號。通過電子測量電路將電信號放大，再由模／數轉換器（A/D）將其變為數字信號，送給計算機系統進行處理。計算機系統按照設計好的圖像重建方法，對數字信號加以一系列的計算和處理等，得出人體斷層平面上器官或組織密度數值分布情況,然后把它們按電視監視器（TVmonitor）掃描制式進行編碼，以便在屏幕上依據不同器官或組織的密度表示出不同的灰度，顯示人體該斷層平面上的器官或組織密度的圖像。

第二十七頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.2.1.X-CT成像技術2.X-CT成像的數據采集與處理X-CT成像的數據采集是利用X線管和檢測器等的同步掃描來完成的。檢測器是一種X線光子轉換為電流信號的換能器。X-CT成像的數據采集根據X-CT成像的物理原理進行的。

X線管發出直線波束第二十八頁，共九十九頁，2022年，8月28日2.X-CT成像的數據采集與處理下面以X線管發出的直線波束和單一檢測器為例說明數據采集的基本原理。如圖3.10a所示，第一次掃描先采用等間隔直線平移，X線束對被測人體斷層每掃描一個間隔，接收的透射X線強度信號經計算可得到該處吸收系數之和的數值。當直線平移掃描完斷層后，就獲得此方向上的一組吸收系數之和與X線掃描位置的曲線，如圖3.10b。我們把這個曲線稱為X線束經被測人體吸收后在該方向上的投影（Projection），投影上各點數值稱為投影值。第一次直線平移掃描后，掃描系統需要旋轉一個小角度來改變方向，作第二次直線平移掃描，又可得到另一方向上的投影。重復此過程，就能得到被測人體整個平面在所有方向上X線束的投影。設每次直線平移掃描間隔為180次，即一個方向上的投影可得到180個投影值，如果把被測人體斷層分成180×180個單元體，就必須旋轉180次角度，為了不進行重復掃描，則每次旋轉角度為1°。因此，從X線束掃描被測人體斷層中，能得到180×180個投影值，相應地可建立180×180個方程，通過計算求解出180×180個單元體對應的X線吸收系數。

第二十九頁，共九十九頁，2022年，8月28日2.X-CT成像的數據采集與處理衰減值位置圖3.10X線束平行掃描的數據采集第三十頁，共九十九頁，2022年，8月28日2.X-CT成像的數據采集與處理綜上所述，X線穿過人體的過程中，在受檢體內欲成像的層面可被看作為一系列二維的體積元（體素）組成的面陣，并由計算機對其進行空間位置編碼，當X線進行掃描時，計算機將計算出每個單位容積的X線吸收系數（也稱作衰減系數μ值）。將μ值換算成CT值，即可以作為表達組織密度的統一單位。人體組織與器官的CT值等于該物質的吸收系數μm與水的吸收系數μw之差，再與水的衰減系數相比之后乘以1000。其單位名稱為Hu(HounsfieldUnit),1000為Hu的分度因素。人體組織的CT值界限可分為2000個分度，上界為骨的CT值(1000Hu)，下界為空氣的CT值（-1000Hu）。這樣分度包括了由最高密度（骨皮質）到最低密度（器官的含氣部分）的CT值。常規人體組織的CT值如表3.3。第三十一頁，共九十九頁，2022年，8月28日2.X-CT成像的數據采集與處理組織器官CT值（HU）組織器官CT值（HU）骨組織＞400肝臟50～70鈣化80～300脾臟35～60血塊或新鮮出血64～84胰腺30～55腦白質25～35腎臟25～50腦灰質28～44肌肉40～55腦脊液3～8膽囊10～30血液13～32甲狀腺50～90或更高空氣－200以上脂肪－20～－100表3.3常規人體組織的CT值

在求得人體組織與器官的CT值后，經計算機重建并依據不同器官或組織的密度表示出不同的灰度，在屏幕上進行顯示即得到斷層平面上的器官或組織密度的圖像。

第三十二頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.2.2X-CT的掃描方式目前CT的掃描方式從機械掃描方式發展到電子束掃描方式，探測器數量也從原始的1個發展到現在的多達4800個，掃描速度更快、成像時間更短，安全性也更高。CT的各種掃描方式中，單束平移-旋轉方式、窄扇形束平移-旋轉掃描方式、旋轉-旋轉方式、靜止-旋轉方式的共同點是都需要X射線管和檢測器之間進行同步掃描機械運動。為滿足人體動態器官的檢查，需要進一步提高掃描的速度，在靜止-旋轉掃描模式基礎上發展出來的電子束掃描方式，沒有機械運動，大大地提高了掃描速度，可以實現對人體心、肺等動態器官的檢查。

第三十三頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.2.2X-CT的掃描方式1.單束平移-旋轉（T/R）方式單束掃描是由一個X射線管和一個檢測器組成，X射線束被準直成筆直單射線束形式，X射線管和檢測器圍繞受檢體作同步平移-旋轉掃描運動。這種掃描首先進行同步平移直線掃描。當平移掃完一個指定斷層后，同步掃描系統轉過一個角度（一般為1°）后再對同一指定斷層進行平移同步掃描，如此進行下去，直到掃描系統旋轉到與初始值位置成180°角為止。這種掃描方式的缺點是射線利用率極低，掃描速度很慢，對一個斷層掃描約需5分鐘時間，只適用于無體動器官的掃描。單束平移-旋轉方式第三十四頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.2.2X-CT的掃描方式2.窄扇形束掃描平移-旋轉（T/R）方式窄扇形束掃描稱為第二代CT掃描。掃描裝置由一個X射線管和6～30個的檢測器組構成同步掃描系統。掃描時，X射線管發出角度為3°～20°的窄扇形射線束，6～30個檢測器同時采樣，并采用平移-旋轉掃描方式。窄扇形束掃描完一個斷層的時間可降為10秒左右?？梢詫崿F對人體除心臟器官以外的其它各器官的掃描成像。這種掃描的主要缺點是：由于檢測器排列成直線，對于X射線管發出的扇形束來說，扇形束的中心射束和邊緣射束的測量值不相等，需校正，否則掃描會因這種運動而出現運動偽影，影響CT圖像的質量。窄扇形束平移-旋轉掃描方式第三十五頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.旋轉-旋轉（R/R）方式

這種掃描稱為第三代CT掃描，掃描裝置由一個X射線管和由250～700個檢測器排列成一個可在掃描架內滑動的緊密圓弧形。X射線管發出張角為30°～45°，能覆蓋整個受檢體的寬扇形射線束。由于這種寬扇束掃描一次即能覆蓋整個受檢體，故只需X射線管和檢測器作同步旋轉運動。這種排列使扇形束的中心射束和邊緣射束到檢測器的距離相等，可減少中心射束和邊緣射束的檢測值差異。可靠性也比平移-旋轉方式高。用此種方式對斷層掃描所用的時間已降為1秒左右。這種掃描的缺點是：要對每個相鄰檢測器的接收靈敏度差異進行校正，否則由于同步旋轉掃描運動會產生環形偽像。X線管旋轉采樣點檢測器軌道檢測器扇形X線束旋轉-旋轉掃描方式第三十六頁，共九十九頁，2022年，8月28日4.靜止-旋轉（S/R）方式這種掃描稱為第四代CT掃描方式，掃描裝置由一個X射線管和600~2000個檢測器所組成。在靜止-旋轉掃描方式中，每個檢測器得到的投影值，相當于以該檢測器為焦點，由X射線管旋轉掃描一個扇形面而獲得。靜止-旋轉掃描方式的優點是：每一個檢測器上獲得多個方向的投影數據，能很好地克服寬扇形束的旋轉-旋轉掃描方式中由于檢測器之間差異所帶來的環形偽影，掃描速度與靜止-旋轉方式相比也有所提高。檢測器X線管軌跡X線管靜止-旋轉掃描方式第三十七頁，共九十九頁，2022年，8月28日5.電子束掃描方式電子束掃描又稱為第五代CT，掃描裝置由一個特殊制造的大型X射線管和靜止排列的檢測器環組成?？捎糜谛姆蔚葎討B器官的CT檢查。在大型的X射線管內，從電子槍發射出的電子束經過兩次磁偏轉控制，產生的電子束高速地旋轉偏轉并撞擊在X射線管的環形靶體上，然后沿環形靶體上發射出X射線，經準直后成為扇形束。扇形束透射受檢體后的衰減射線束再投照在靜止的檢測器環上，便可檢測出來自不同方位的投影值。真空泵靶環掃描床電子槍電子束聚焦線圈偏轉線圈X線束電子束掃描方式檢測器第三十八頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.2.3螺旋CT工作原理1、螺旋CT掃描裝置

螺旋掃描是指在掃描期間，X線管連續旋轉并產生X線束，同時掃描床在縱軸方向連續移動，這樣，掃描區域X線束進行的軌跡相對被檢查者而言呈螺旋運動，掃描軌跡為螺旋形曲線，這樣可以一次收集到掃描范圍內全部容積的數據，所以也稱為螺旋容積掃描。

螺旋CT掃描裝置包括探測器、X線管滑環、機架與檢查床、控制臺與計算機。其中滑環技術是螺旋掃描的基礎，螺旋掃描是通過滑環技術與掃描床的連續移動相結合而實現的。第三十九頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.2.3螺旋CT工作原理2、螺旋CT掃描過程在螺旋掃描中，當掃描床勻速通過X線掃描時，X線管連續曝光旋轉，如圖3.16所示。X線管每旋轉一周，床面移動的距離稱為螺距(pitch)。不同于軸向掃描時產生的分離獨立的數據組，螺旋掃描產生一組連續的數據。螺旋掃描及層面投影第四十頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.2.3螺旋CT工作原理3、多層螺旋CT掃描特點（1）降低X射線球管損耗。多層螺旋CT球管發射同等量的X射線，可以同時獲得多層圖像，提高X射線的利用率。（2）掃描覆蓋范圍更長。由于探測器具有多個數據采集通道，當層厚、掃描時間、螺距相同時，覆蓋范圍是單層的多倍。（3）掃描時間更短。由于取消了掃描時間間隔，單層螺旋掃描已經使檢查時間縮短到傳統CT掃描的十分之一。多層螺旋則使掃描時間又進一步縮短，在層厚不變，螺距相同的情況下，掃描時間僅為單層螺旋的1/2至1/64。（4）掃描層厚更薄。由于具有多個數據采集通道，可以在一次掃描中，在同樣的掃描時間內，完成更薄的層厚檢查，提高空間分辨率。

現在廣泛使用的多層螺旋CT，又稱多層CT。它的結構特點是具備多排檢測器和多個數據采集系統。第四十一頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.3MRI成像原理磁共振成像MRI是一多種特征參數、多種靶位核素的成像技術。目前臨床上主要有氫核密度ρ、弛豫時間T1、T2和組織流動的成像。磁共振成像基本原理是利用特定頻率的電磁波，向外在磁場中的人體進行照射，人體內各種不同組織的氫核在電磁波的作用下會發生核磁共振，并吸收電磁波的能量，隨后再發射出電磁波。MRI系統探測到這些來自人體中的氫核發射出來的電磁波信號之后，經過計算機進行處理和圖像重建，即可得到人體的斷層圖像。由于氫核吸收和發射電磁波時會受周圍化學環境的影響，所以從磁共振信號中獲取的人體斷層圖像，不僅可以反映形態學的信息，還能夠從圖像中得到相應的與生物化學和病理學等有關信息。因此MRI被認為是一種研究活體組織、診斷早期病變的醫學影像技術。

第四十二頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.3.1磁共振現象1.原子核的磁矩人體和其他物體一樣，也是由分子、原子組成的。組成人體的元素主要有C、H、O、Ca、P及其他微量元素。每個原子都有一個原子核，原子核顯正電性，因為作自旋運動而具有磁矩，稱為核磁矩。在通常情況下，組成物體的原子核系統中每個磁矩的方向都是隨意的，磁矩間的磁性相互抵消，對外不表現磁性，其總磁矩為零。氫核系統處于外磁場中，由于平行于B0的分量多于反平行于磁場的分量，使得氫核磁矩不能完全互相抵消，于是在外磁場方向便出現一個磁矩，即磁化矢量或宏觀磁矩M，這是氫核磁矩從無序排列變成有序排列的結果第四十三頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.3.1磁共振現象2.原子核在磁場中的運動對同一種原子核，磁場愈強，原子核的旋進頻率就愈高。而對不同種類的原子核，在相同的磁感應強度作用下，旋進頻率不相同。處于磁場中的氫核磁矩，若在垂直于B0方向上再施加一個交變磁場，即射頻（radiofrequency，RF）電磁波，氫核磁矩將吸收電磁波的能量，使部分氫核被激發，稱為共振吸收。去掉電磁輻射場后，氫核磁矩又會把吸收能量中的一部分以電磁輻射的形式發射出來，稱為共振發射。大量氫核磁矩吸收和發射能量，都會在環繞氫核系統的接收線圈上產生感生電動勢，這就是磁共振信號，其強度與參與共振氫核的數目及射頻脈沖過后提取信號的時刻有關。

第四十四頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.3.1磁共振現象3.核磁弛豫大量的氫核磁矩順磁場方向排列并不隨時間變化的狀態，稱為穩定平衡狀態。如果受到電磁輻射激發，這時氫核磁矩就不能長久保持這種狀態，它們會逐漸恢復到平衡狀態。這個恢復過程稱為弛豫過程，它反映了氫核之間以及氫核與周圍環境之間相互作用的過程?；謴偷皆瓉砥胶鉅顟B所需的時間稱為弛豫時間（relaxationtime）。弛豫時間包括縱向弛豫時間T1與橫向弛豫時間T2兩種。

（1）縱向弛豫時間T1，是指高能態的核將其能量轉移到周圍分子而轉變成熱運動，恢復到低能態的過程所需要的時間。（2）橫向弛豫時間T2，這種弛豫是通過相鄰的同種核之間的能量交換實現的，反映橫向磁化衰減、喪失的過程所需要的時間。第四十五頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.3.2磁共振成像的原理1.磁共振成像的方法

MRI成像的指導思想是用磁場值來標定受檢體共振核的空間位置。為了達到這一目的，人們在均勻的強磁場中疊加一個隨位置坐標而變化的可控磁場，稱為線性梯度磁場。然后通過梯度磁場來建立共振信號與空間位置之間的關系。為了重建一幅斷層圖像，即建立起不同點的共振信號與位置坐標一一對應的關系。首先對觀測對象進行空間編碼，把研究對象簡化為由若干個小體積（體素）的集合，然后依次測量每個體素，或將體素排列成線或面的信息量，再根據各體素的編碼與空間位置對應關系實現圖像的重建。第四十六頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.3.2磁共振成像的原理（1）層面的選擇

將待測物體置于一均勻磁場B0中，設磁場方向是Z軸方向，在均勻磁場的基礎上，再疊加一相同方向的線性梯度場GZ．使磁感應強度沿Z軸方向由小到大均勻改變。由此可見，垂直于Z軸同一層面上的磁感應強度相同，不同層面（圖中l、2、3層面）梯度磁場的強度不同（層面箭頭的長短不同），方向沿箭頭所指方向?？稍O計電磁波RF脈沖的頻率，使2層面的氫核發生共振，而l、3層面的氫核則不會發生共振。如果把RF脈沖的頻率設計成其他層面的頻率時，也可使其他層面氫核分別發生共振，這一過程稱為層面的選擇，也稱作選片，所以ＧＺ稱作選片梯度磁場。XYZB0GZ層面的選擇第四十七頁，共九十九頁，2022年，8月28日（2）編碼

編碼是將研究的物體斷層分為若干個體素，對每個體素標定一個記號。經過選片后取出層面的若干個體素，由于整個層面處于相同的磁場中，故每個體素中的磁矩在磁場中旋進的頻率和相位均相同。為在斷層面空間對某個點進行區分，需要在選擇的層面進行二維定位，目前MRI使用的是頻率與相位二種編碼方法。

XYZB0GZ選片后層面的若干個體素3.3.2磁共振成像的原理第四十八頁，共九十九頁，2022年，8月28日（2）編碼①頻率編碼。首先沿x軸方向選擇某一條直線上的若干體素，沿y軸方向施加一個線性梯度磁場，這時層面上垂直于y軸方向的同一條直線的磁感應強度相同，而不同直線上的磁場則不同，磁矩旋進也有差異，用這種方法可以識別垂直于y軸的各條直線。②相位編碼。沿x軸施加一個線性梯度磁場，并沿x軸使磁場強度由小逐漸變大，這時層面中垂直于x軸方向的同一條直線的磁場均相同，而不同直線磁場略有差異，磁矩旋進的速度也不一樣，這就使各個體素中磁矩旋進的相位發生變化，用這種相位差作為一種標記，可識別沿x軸方向的每一條直線上各體素的MR信號。XYZB0GZ選片后層面的若干個體素3.3.2磁共振成像的原理第四十九頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.3.2磁共振成像的原理（3）圖像重建

經過選片、相位編碼和頻率編碼，可以對整個層面的體素進行標定。由于觀測層面中的磁矩是在RF脈沖激勵下旋進，因此停止RF脈沖照射時，各體素的磁矩在回到平衡態的過程中，磁矩的方向發生變化，在接收線圈中可以感應出這種由于磁矩取向變化所產生的信號。這種感應信號是各個體素帶有相位和頻率特征的MR信號的總和。為取得層面各體素MR信號的大小，需要根據信號所攜帶的相位編碼和頻率編碼的特征，把各體素的信號分離出來，這一過程稱為解碼，由計算機完成。計算機對探測到的信號進行計算，得到具有相位和頻率特征的MR信號的大小，再根據這些信號與層面各體素編碼的對應關系，依次將其顯示在熒光屏上，信號大小用灰度等級表示，信號大，亮度亦大；信號小，亮度亦小。這就可以得到一幅反映層面各體素MR信號大小的圖像。第五十頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.3.2磁共振成像的原理2.人體的磁共振成像氫核是人體MRI的首選核種。在人體各種組織中，含有大量的水和碳氫化合物，所以氫核的磁共振靈敏度高、信號強，這是氫核被首選作為人體成像元素的原因。表3.4給出人體組織中氫核與其他元素磁共振信號的相對靈敏度，并規定氫的相對值為1。

元素相對靈敏度元素相對靈敏度1H1.000Na1*10-3C2.5*10-4P1.4*10-3

14N3.1*10-4K1.1*10-4O4.9*10-4Ca9.1*10-6F6.3*10-6Fe5.2*10-9表3.4人體組織中氫核與其他元素的MR信號對比相對靈敏度

第五十一頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.3.2磁共振成像的原理2.人體的磁共振成像由于MR信號強度與樣品中氫核密度有關，人體中各種組織和臟器含水比例不同，即含氫核數的多少不同，則MR信號強度有差異，表3.5列出人體幾種組織和臟器的含水比例。利用這種差異作為特征量，把各種組織區分開，這就是氫核密度的MR圖像。

表3.5幾種人體組織、肝臟含水比例組織名稱含水比例組織名稱含水比例皮膚69腎81肌肉79心80腦灰質83脾79腦白質72肝71脂肪80骨13第五十二頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.3.2磁共振成像的原理2.人體的磁共振成像除了氫核密度可以作為成像特征信息外，人體不同組織的T1、T2值也可以提供診斷依據。尤其是人體正常組織與病變組織的含水量和T1、T2值均有顯現差異，所以可以利用此特點從圖像中把病變組織識別出來，從中還可以判斷病變的不同發展階段，為臨床診斷提供依據。人體組織的MR信號強度取決于該組織中的氫核密度及其氫核周圍的環境。這里所說的環境意指人體組織結構和生化以及病理狀態。磁共振原理告訴我們，T1、T2反映了氫核周圍環境的信息。換句話說，人體不同組織之間、正常組織與該組織中的病變組織之間氫核密度ρ、T1和T2三個參數的差異及變化，是MRI用于臨床診斷最主要的物理學依據。

第五十三頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.3.2磁共振成像的原理2.人體的磁共振成像第五十四頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.3.2磁共振成像的原理2.人體的磁共振成像第五十五頁，共九十九頁，2022年，8月28日磁共振成像系統

磁共振成像系統主要由磁場系統、射頻系統、圖像重建系統三大部分組成。1.磁場系統（1）靜磁場。（2）梯度磁場。（3）場強與精度。2.射頻系統（1）射頻發生器。（2）射頻接收器。第五十六頁，共九十九頁，2022年，8月28日磁共振成像系統3.圖像重建系統此系統的作用是進行圖像信息處理，給出所激發層面的組織分布圖像。工作過程是：由射頻接收器送入信號，經A／D轉換器把模擬信號轉變為數字信號，以便于貯存和計算機累加運算，經過累加處理的MR信號，得到具有相位和頻率特征的MR信息，根據與觀測層面體素的對應關系，經計算機運算和處理，得到層面圖像數據，再經過D／A轉換，加到圖像顯示器上，按信號的大小用不同的灰度等級顯示出所欲觀測的層面圖像。

第五十七頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.4超聲波成像原理超聲波的頻率范圍一般在2×104Hz～5×109Hz之間，在人耳聽覺的頻率范圍之外。雖然說人類聽不出超聲波，但不少動物卻有此本領。它們可以利用超聲波“導航”、追捕食物，或避開危險物。大家可能看到過夏天的夜晚有許多蝙蝠在庭院里來回飛翔，它們為什么在沒有光亮的情況下飛翔而不會迷失方向呢？原因就是蝙蝠能發出2～10萬赫茲的超聲波，這好比是一座活動的“雷達站”。蝙蝠正是利用這種“雷達”判斷飛行前方是昆蟲，或是障礙物的。第五十八頁，共九十九頁，2022年，8月28日我們人類直到第一次世界大戰才學會利用超聲波，這就是利用“聲納”的原理來探測水中目標及其狀態，如潛艇的位置、距離等。那時人們向水中發出一系列不同頻率的超聲波，然后記錄與處理反射回聲波，從回聲的特征我們便可以估計出探測物的距離、形態及其動態改變。醫學上最早利用超聲波是在1942年，奧地利醫生杜西克首次用超聲技術掃描腦部結構；以后到了60年代醫生們開始研究將超聲波應用于人體腹部器官、甚至周身器官的探測與診治。如今超聲波掃描技術已成為現代醫學影像診斷不可缺少的工具了。第五十九頁，共九十九頁，2022年，8月28日醫學超聲波檢查的工作原理與聲納有一定的相似性，即將超聲波發射到人體內，當它在體內遇到界面時會發生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減。因為人體各種組織的形態與結構是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線或影像的特征來辨別它們。此外再結合解剖學知識、正常與病理的改變，便可診斷所檢查的器官是否有病。

第六十頁，共九十九頁，2022年，8月28日

醫學上應用的超聲成像是靠反射或散射回波來運載生物信息的。超聲回波運載信息主要包括三個方面：①大界面造成的反射波②小粒子所引起的散射波③生物組織對聲能吸收所導致的回波幅值衰減3.4超聲波成像原理第六十一頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.4.1超聲波的特性１．超聲波的傳播特性（1）方向性好。由于在同種介質中超聲波長比普通聲波波長短得多，可以像光一樣沿直線傳播，具有很好的方向性。利用這一特點在醫學探測時，可以起到很好的定位作用。（2）強度高。超聲波比普通聲波具有大得多的能量。近代超聲技術已能產生幾百乃至幾千瓦的超聲波功率，醫學上利用這一特點可以通過超聲碎石法去除臟器中的結石。（3）對液體和固體的穿透力強。雖然超聲波在氣體中能夠被強烈吸收，但在液體和固體中吸收卻很小。第六十二頁，共九十九頁，2022年，8月28日（4）反射與折射。超聲波入射到人體組織或器官時引起返回的過程，稱為聲波反射。而聲波穿過介質之間的界面，進入另一種介質中繼續傳播的現象，稱為聲波透射。當超聲的入射方向不垂直于兩種介質的界面時，它通過界面進入另一種介質后改變傳播方向的過程，稱為聲波折射。反射與折射示意圖第六十三頁，共九十九頁，2022年，8月28日（5）散射與衍射。聲波傳播過程中，遇到直徑小于波長的微小粒子，微粒吸收聲波能量后，再向四周各個方向輻射球形波，這種現象稱為聲散射，散射現象是聲波傳播中最普遍、最基本的現象，也是脈沖回波技術的依據與超聲診斷技術的基礎。當聲波傳播過程中遇到與波長相當的障礙物，聲波將繞過該障礙物而繼續前進，這種現象稱為聲衍射。散射與衍射示意圖第六十四頁，共九十九頁，2022年，8月28日（6）聲波衰減。聲波在介質內傳播過程中，由于介質的熱傳導性、分子吸收以及散射等因素導致聲能減少、聲強減弱的現象稱為聲衰減。在人體絕大多數軟組織中，引起聲波衰減的主要原因是聲吸收，聲波傳播中的一部分能量被轉化為熱能，從而使繼續傳播的聲強減弱。在人體組織中衰減程度一般規律是：骨組織（或鈣化）>肌腱（或軟骨）>肝臟>脂肪>血液>尿液（或膽汁）。（7）超聲多普勒效應。當聲源與人體組織之間存在相互運動時，人體組織接收聲波的頻率會發生變化，這種現象稱為多普勒效應。第六十五頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.4.1超聲波的特性2．超聲波與物質作用的特性超聲波會對人體組織產生各種生物效應，包括熱效應和非熱效應，其作用機制較為復雜。（1）熱作用機制（2）機械作用（3）超聲空化作用（4）化學效應第六十六頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.4超聲波成像原理3.4.2超聲波的產生超聲波的產生是對某些特殊材料加載高頻交變電信號使之產生高頻機械振蕩而獲得的。大多數超聲診斷儀采用脈沖形式發射超聲波，即每隔一定時間發射一個振蕩脈沖，每次振蕩持續的時間，稱為脈沖寬度（約幾微秒）。每秒發出振蕩脈沖的次數，稱為重復頻率（約1000次／秒）。高頻脈沖發生器用來產生超聲波頻的電振蕩。常用的超聲波檢查使用脈沖振蕩發射器與超聲回波接收器一體裝置。

第六十七頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.4超聲波成像原理3.4.3超聲波成像技術超聲波探測技術可以分為兩大類，即基于回波掃描的超聲探測技術和基于多普勒效應的超聲探測技術?；诨夭⊕呙璧某曁綔y技術主要用于解剖學范疇的檢測、了解器官的組織形態學方面的狀況和變化。基于多普勒效應的超聲探測技術主要用于了解組織器官的功能狀況和血流動力學方面的生理病理狀況，如觀測血流狀態、心臟的運動狀況和血管是否栓塞檢查等方面。第六十八頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.4超聲波成像原理3.4.3超聲波成像技術1.脈沖回波檢測技術基于回波掃描的超聲探測技術是利用超聲波在傳播路線上遇到介質的不均勻界面能發生不同頻率與密度的回聲波反射的物理特性來檢測回波信號，并對其進行接收放大和信號處理，最后在顯示器上顯示超聲檢查圖像。

目前，醫生們應用的超聲診斷方法有不同的形式，可分為A型、B型和M型三大類。

第六十九頁，共九十九頁，2022年，8月28日1.脈沖回波檢測技術（1）A型超聲A型顯示是最基本的超聲顯示方式。A型超聲是以波形來顯示組織特征的方法，主要用于測量器官的徑線，以判定其大小?？捎脕龛b別病變組織的一些物理特性，如實質性、液體或是氣體是否存在等。脈沖之間的距離正比于反射界面之間的距離。A超主要用于顱腦的占位性病變的診斷。A型超聲診斷儀僅能提供體內器官的一維信息，而不能顯示整個器官的形狀，目前在臨床只起到定位的作用，遠不如B型超聲診斷儀應用廣泛。第七十頁，共九十九頁，2022年，8月28日1.脈沖回波檢測技術（2）M型超聲M型超聲診斷儀（簡稱M超）又叫超聲心動儀之稱。M型超聲是用于觀察心臟等活動界面時間變化的一種方法。最適用于檢查心臟的動態活動情況，其曲線的動態改變稱為超聲心動圖，它能夠用來觀察心臟各層結構的位置、活動狀態、結構的狀況等，多用于輔助心臟及大血管疫病的診斷。M超可用來研究心臟的各種疾?。ǔＳ妙l率為2～7MHz），也可對胎兒心臟搏動情況作檢查。

第七十一頁，共九十九頁，2022年，8月28日1.脈沖回波檢測技術（3）B型超聲B型超聲診斷儀（簡稱B超）是目前超聲圖像診斷應用最廣泛的機型。它得到的是臟器或病變的二維斷層圖像，并可以進行實時的動態觀察。它還能與其它形式的超聲設備復合成更先進的超聲診斷系統對運動臟器進行實時動態觀察。B型超聲是用平面圖形的形式來顯示被探查組織的具體情況。檢查時，首先將人體界面的反射信號轉變為強弱不同的光點，這些光點可通過熒光屏顯現出來，這種方法直觀性好，重復性強，可供前后對比，所以廣泛用于婦產科、泌尿、消化及心血管等系統疾病的診斷。第七十二頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.4.3超聲波成像技術2.多普勒效應的超聲探測技術近幾年來科學家又發展了彩色編碼多普勒系統，可在超聲心動圖解剖標志的指示下，以不同顏色顯示血流的方向，色澤的深淺代表血流的流速?，F在還有立體超聲顯象、超聲CT、超聲內窺鏡等超聲技術不斷涌現出來，并且還可以與其他檢查儀器結合使用，使疾病的診斷準確率大大提高。超聲波技術正在醫學界發揮著巨大的作用，隨著科學的進步，它將更加完善，將更好地造福于人類。多普勒效應的超聲探測技術是利用運動物體散射或反射聲波時造成的頻率偏移現象來獲得人體內部器官如心臟、血液等動態檢查信息。第七十三頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.4.3超聲波成像技術2.多普勒效應的超聲探測技術（1）D型超聲D型超聲全名為超聲多普勒血流測量技術。它在醫學臨床診斷中用于心臟、血管、血流和胎兒心率的診斷，相應的儀器有超聲血流測量儀、超聲胎心檢測儀、超聲血管顯像儀以及超聲血壓計、超聲血流速度剖面測試儀等。根據電路的結構，超聲多普勒成像大致可分為聽診型、指示記錄型、電子快速分析型和顯像型四類，每一類中又可分為連續波式和脈沖波式。早期超聲多普勒血流計以聽多普勒頻移的聲音為主，目前已發展為帶有計算機處理的超聲多普勒實時顯像儀。第七十四頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.4.3超聲波成像技術2.多普勒效應的超聲探測技術（2）彩色多普勒血流顯像儀彩色多普勒血流顯像儀(簡稱“彩超”)是利用紅細胞與超聲波之間的多普勒效應實現顯像的。彩色多普勒血流儀包括二維超聲顯像系統、脈沖多普勒（一維多普勒）血流分析系統、連續波多普勒血流測量系統和彩色多普勒（二維多普勒）血流顯像系統。

第七十五頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.4.3超聲波成像技術2.多普勒效應的超聲探測技術（2）彩色多普勒血流顯像儀震蕩器產生相差為π/2的兩個正交信號，分別與多普勒血流信號相乘，其乘積經模/數（A/D）轉換器轉變成數字信號，經梳形濾波器濾波，去掉血管壁或瓣膜等產生的低頻分量后，送入自相關器作自相關檢測。由于每次取樣都包含了許多個紅細胞所產生的多普勒血流信息，因此經自相關檢測后得到的是多個血流速度的混合信號。把自相關檢測結果送入速度計算器和方差計算器求得平均速度，連同經FFT處理后的血流頻譜信息及二維圖像信息一起存放在數字掃描轉換器（DSC）中。最后，根據血流的方向和速度大小，由彩色處理器對血流資料作為偽彩色編碼，送彩色顯示器顯示，從而完成彩色多普勒血流顯像。第七十六頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.4.3超聲波成像技術2.多普勒效應的超聲探測技術（2）彩色多普勒血流顯像儀彩色多普勒又稱二維多普勒，它把所得的血流信息經相位檢測、自相關處理、彩色灰階編碼，把平均血流速度資料以彩色顯示，并將其組合，疊加顯示在B型灰階圖像上。它較直觀地顯示血流，對血流的性質和流速在心臟、血管內的分布較脈沖多普勒更快、更直觀地顯示。對左向右分流血流以及瓣口返流血流的顯示有獨到的優越性。但對血流的定量不如脈沖波和連續波多普勒。第七十七頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.4超聲波成像原理3.4.3超聲波成像技術3.超聲波成像特點（1）軟組織分辨力高。人體軟組織只要有1%的聲阻抗差異，儀器就能檢測出并顯示其反射回波。（2）具有高度的安全性。嚴格控制聲強低于安全標準，超聲即為無損傷診斷技術，提高了人體檢查的安全性。（3）實時成像。超聲檢查能高速實時成像，可以觀察運動的器官，并節省檢查時間。第七十八頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.5核醫學設備成像基本原理放射性核素顯像（RNI）是核醫學診斷中的重要技術手段。目前RNI的主要技術有γ照相、單光子發射型計算機斷層（SPECT）及正電子發射型計算機斷層（PET），后兩者又統稱為發射型計算機斷層（ECT）。第七十九頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.5核醫學設備成像基本原理

核醫學技術是利用非天然同位素及核射線進行生物醫學研究和疾病診療的一項技術。核醫學技術主要有以下四大類：生物示蹤技術通過追蹤非天然同位素來揭示天然元素及其化合物在生物體內或離體組織中吸收、運轉、代謝和排泄等規律的方法。利用這種技術已經揭示了許多重要的生理生化過程，包括信使核糖核酸（mRNA）的復制和脫氧核糖核酸（DNA）遺傳信息的轉錄，是分子生物醫學不可缺少的研究手段。第八十頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.5核醫學設備成像基本原理2.超微量放射分析技術放射性測量的探測極限比一般物理化學方法小3～6個數量級，同時在大多數情況下，被測樣品不需化學分離和提純，因此十分靈敏簡便。該技術已能測定300多種體內微量物質，是醫學研究、疾病診斷、藥物血濃度監測、計劃生育等不可缺少的重要手段。第八十一頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.5核醫學設備成像基本原理3.放射性核素顯像是一種以臟器內、外或正常組織與病變之間的放射性濃度差別為基礎的臟器或病變的顯像方法。它主要提供與放射性分布有密切關系的血流、功能和代謝信息，與主要以顯示形態結構的X射線CT、MRI、超聲檢查等不同，是一種功能性顯像，?？稍谛螒B結構發生變化之前顯示異常而對疾病作出早期診斷，在心、腦、腫瘤的代謝研究和疾病診斷方面有特殊價值。第八十二頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.5核醫學設備成像基本原理4.內照射治療將放射性核素選擇性地引入病變，利用其發射的β射線殺傷生長活躍的癌細胞或其他病理組織，以達到治療目的的方法。該法的適應癥不多，但療效較高，毒副作用較小。第八十三頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.5.1核醫學技術基礎核醫學技術基礎包括射線探測技術、放射性示蹤技術、放射性制劑等。1．射線探測原理放射性測量的原理是建立在射線與物質的相互作用的基礎之上的。如果將一定量的放射性核素引入人體內，它將參與人體的新陳代謝，或在特定的臟器及組織中聚集。放射性核素顯像（RNI）的本質就是體內放射性核素的外部測量，并將測量結果以圖像的形式顯現出來。這種圖像含有豐富的人體內部功能性信息，因此，RNI以功能性顯像為主。3.5核醫學設備成像基本原理第八十四頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.5.1核醫學技術基礎2．放射性示蹤技術示蹤技術是能指示物質蹤跡的技術，將能指示被測物體蹤跡的物質稱為示蹤劑。將示蹤劑引入生物體后，它們隨著被研究物質一起參與機體內的循環、集聚和代謝。在RNI中是以放射性核素作為示蹤物質，故有放射性核素示蹤技術的稱謂。放射性核素在其衰變過程中會發出在體外可以檢測到的射線，通過對射線的檢測可以做到對超微量定量及精確的定位。3.5核醫學設備成像基本原理第八十五頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.5.1核醫學技術基礎3．放射性制劑放射性制劑是指制劑分子中含有放射性核素的放射性制劑或放射性藥物的總稱。放射性制劑在其制備過程中的要求為：（1）高產率。（2）微量、低濃度。（3）簡便、快速。（4）安全。3.5核醫學設備成像基本原理第八十六頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.5.1核醫學技術基礎4．幾種常用核醫學探測儀器（1）井型γ計數器。（2）液體閃爍計數器。（3）微機多功能測定儀。（4）甲狀腺功能測定儀。3.5核醫學設備成像基本原理第八十七頁，共九十九頁，2022年，8月28日3.5.2SPECT成像系統1．SPECT顯像原理

SPECT單光子發射型計算機斷層成像是利用放射性同位素作為示蹤劑，將這種示蹤劑注入人體內，使該示蹤劑濃聚在被測臟器上，從而使該臟器成為γ射線源，在體外用繞人體旋轉的探測器記錄臟器組織中放射性的分布，探測器旋轉一個角度可得到一組數據，旋轉一周可得到若干組數據，根據這些數據可以建立一系列斷層平面圖像。計算機則以橫截面的方式重建成像。3.5核醫學設備成像基本原理第八十八頁，共九十九頁，2022年，8月28日．SPECT成像系統2．SPECT的基本結構

SPECT主要由探頭、電子線路、計算機影像處理系統和顯示記錄裝置四部分組成。（1）探頭探頭是在體表檢測放射性γ射線的分布狀態的傳感器，由準直器、晶體、光導、光電倍增管、前置放大器和計算電路等部件組成。（2）電子線路電子線路指含光電倍增管的高壓電源、線性放大器和脈沖高倍分析器等電子控制裝置。3.5核醫學設備成像基本原理第八十九頁，共九十九頁，2022年，8月28日

PET成像系統1．PET的基本原理

PET為正電子發射型計算機斷層成像，是利用回旋加速器加速帶電粒子轟擊靶核，通過核反應產生帶正電子的放射性核素，并合成顯像劑，引入體內定位于靶器官，它們在衰變過程中發射帶正電荷的電子，這種正電子在組織中運行很短距離后，即與周圍物質中的電子相互作用，發生湮沒輻射，發射出方向相反，能量相等的兩光子。

PET成像是采用探頭在體外探測光子，