醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)復(fù)習(xí)資料lxn

1、醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)復(fù)習(xí)資料第一章：X射線物理第一節(jié)：X射線的產(chǎn)生一X射線管醫(yī)學(xué)成像用的X射線輻射源都是利用高速運動的電子撞擊靶物質(zhì)而產(chǎn)生的。1. 產(chǎn)生X射線的條件：（1）電子源（2）高速電子流（包括高電壓產(chǎn)生的強電場和高度真空的空間）（3）陽極靶2.x射線管的主要構(gòu)成部分：陰極和陽極。陰極包括燈絲和聚焦杯；陽極即靶物質(zhì)，可以分為固定陽極和旋轉(zhuǎn)陽極。X射線靶物質(zhì)的特性見表1-1. x射線的焦點：燈絲發(fā)射的電子，經(jīng)聚焦杯加速后撞擊在陽極靶上的面積為實際焦點。X射線管的實際焦點在垂直于X射線射線管的軸線方向上投影的面積，稱為有效焦點。3.x射線管的三個參數(shù)及其關(guān)系：管電壓，燈絲電流，管電流。結(jié)合圖1-2

2、 對于任意給定的燈絲電流，x射線管將會隨著管電壓的升高而增大，并達到其最大值。這個時候進一步增加管電壓，將不會使管電流增大。超過管電壓，只有通過提高燈絲溫度來提高管電流。二X射線的產(chǎn)生機制1.電子轟擊陽極靶原子時，它們便將其動能傳遞給了靶原子。能量分為碰撞損失（多）和輻射損失（少）。2.輻射損失只涉及原子的內(nèi)層電子和原子核。高速電子除與原子的外層電子發(fā)生碰撞而損失能量外，也可能電離原子的內(nèi)層電子，將能量轉(zhuǎn)化為特征輻射；另外，高速電子還可能與靶原子核發(fā)生相互作用，將能量轉(zhuǎn)化為韌致輻射。凡電子與原子的內(nèi)層電子或原子核作用而損失的能量統(tǒng)稱為輻射損失。結(jié)合公式1-1可知，提高x射線產(chǎn)生率可以通過增大原

3、子序數(shù)或增大管電壓的方法。3.韌致輻射的原理：當(dāng)高速電子經(jīng)過原子核時，它會慢下來，并改變其原有軌跡。按上述理論，電子將向外輻射電磁波而損失能量。電子的這種能量輻射稱為韌致輻射，這種能量產(chǎn)生為hv的電磁波稱為x射線光子。（參考圖1-6）譜線參考圖1-7. 掌握公式1-2 1-3 1-44.影像因素：濾過和管電壓。二x射線輻射場的空間分布一X射線強度 掌握公式1-6 表1-3二X射線空間分布厚靶周圍x射線強度的空間分布：（陽極效應(yīng)）越靠近陽極的一側(cè)x射線輻射強度下降越多，且靶傾角越小，下降越程度越大。如何避免陽極效應(yīng)？ 答：一般來說，將厚度大，密度高的部位置于陰極側(cè)，這樣就可以使成像探測器輻射較為

4、均勻，獲得更好的影像。另外，應(yīng)盡量使用中心線附近強度較均勻的X射線束攝影。三X射線與物質(zhì)相互作用一.作用系數(shù)即作用概率二作用過程1）光電效應(yīng)1.光電效應(yīng)（photoelectric effect）的過程：能量為hv的x射線光子與軌道電子發(fā)生相互作用，把能量傳遞給電子。光子消失，電子獲能變?yōu)楣怆娮?；原子的軌道出現(xiàn)一個空位處于激發(fā)態(tài)，將通過特征x射線或俄歇電子的形式回到基態(tài)的過程稱為光電效應(yīng)。2.公式1-23的意義光電子質(zhì)量衰減系數(shù)與Z的三次方成正比，與hv的三次方成反比。因此必須讓hv的值盡量的比較小，這樣發(fā)生光電效應(yīng)的概率才會盡可能的增大。3.診斷放射學(xué)中的光電效應(yīng)：從有利的方面來說，首先光電

5、效應(yīng)不產(chǎn)生散射線，減少了照片的灰霧；其次可增加不同組織的吸收差別，對比度較高。從不利的角度來說，入射的x射線會全部被人體吸收，增加了受檢者的劑量。2）康普頓效應(yīng)1.當(dāng)入射x射線和原子內(nèi)的一個軌道電子發(fā)生相互作用時，光子損失了一部分能量，并改變運動方向，電子獲螚脫離原子，成為康普頓效應(yīng)（Compton effect）康普頓效應(yīng)發(fā)生的概率只與能量有關(guān)，與原子序數(shù)無關(guān)。2. 診斷放射學(xué)中的康普頓效應(yīng)：在x射線診斷中，從受檢者身上產(chǎn)生的散射先與原放射線相差很少，散射線比較對稱的分布在整個空間中，必須采取相應(yīng)的防護措施。另外康普頓效應(yīng)增加了照片灰霧，但受檢者劑量較低。3）電子效應(yīng)當(dāng)高能x射線光子從核旁經(jīng)

6、過時，形成一對正負(fù)電子，稱為電子對效應(yīng)。（electric pair effect）4）相干散射：相干散射是x射線光子與物質(zhì)相互作用中唯一個不產(chǎn)生電離的過程。5）x射線的基本特性及應(yīng)用1.x射線的穿透作用是醫(yī)學(xué)影像學(xué)的基礎(chǔ)；x射線的熒光作用是透射成像的基礎(chǔ)；x射線的電離作用是損傷的基礎(chǔ)；x射線的熱作用是測定x射線劑量的量熱法；x射線的化學(xué)和生物效應(yīng)使膠片的乳劑感光。另外x射線的電力激發(fā)作用是腫瘤放療的基礎(chǔ)。四X射線在物質(zhì)中的衰減1.單能窄束x射線在物質(zhì)中的衰減規(guī)律 公式（1-32）（1-33）2.寬術(shù)與窄束的區(qū)別3.連續(xù)x射線在物質(zhì)中的衰減規(guī)律。1）特點2）影響因素：一是x射線本身的性質(zhì)，另外

7、三個屬于吸收物質(zhì)的性質(zhì)，即物質(zhì)的密度，原子序數(shù)，每千克物質(zhì)含有的原子數(shù)。一般認(rèn)為，入射光子的能量越大，x射線的穿透能力越強；吸收物質(zhì)的密度越大，原子序數(shù)越高，每千克電子數(shù)越多，x射線衰減就越多。第二章 x射線影像第一節(jié) 模擬x射線影像一 普通x射線攝影1.透射2.X射線攝影基本原理?X射線貫穿本領(lǐng)強，當(dāng)一束強度大致均勻的x射線照到人體時，由于人體各種組織、器官在 度、厚度方面的差異，對投照在其上的x射線的衰減各不相同，使透過人體的x射線強度分布發(fā)生變化，攜帶人體信息，形成x射線信息影像。再通過一定的采集，轉(zhuǎn)換，顯示系統(tǒng)將x射線強度分布轉(zhuǎn)換成可見光的分布，形成人眼可見的X射線影像。公式（2-1）

8、 圖（2-2）的意義：拍攝時的曝光量應(yīng)該在曲線的直線部分，這樣光密度和曝光量才成正比的線性關(guān)系。另外，曲線的起始光密度并不是零，雖然沒有感光，但經(jīng)顯影后會呈現(xiàn)出一定的光密度值，此即膠片的底片灰霧。兩曝光點的光密度差別用反差系數(shù) 表示。 過小會降低圖像反差。膠片寬容度是膠片的性能指標(biāo)之一，即膠片特性曲線直線部分的照射量范圍，稱膠片寬容度。二 特殊x射線1.軟x射線攝影：采用2040kv的峰值管電壓產(chǎn)生的低能x射線（即軟x射線）進行攝影，稱為軟x射線攝影。2.x射線造影：將某種對比劑引入欲檢查的器官內(nèi)或其周圍，形成物質(zhì)密度的差異，使器官與周圍組織的x射線影響密度增大，顯示出器官的形態(tài)和功能的方法稱

9、為x射線造影。3.對比劑：對比劑可以分為陰性和陽性對比劑兩大類。陽性對比劑是指對比劑的有效原子序數(shù)大，物質(zhì)密度高，對x射線的吸收能力強，在透視熒光屏上顯示濃黑的對比劑影像，在膠片上則是淡白的對比劑影像，如各種鋇劑和碘劑等。陰性對比劑是指對比劑的有效原子序數(shù)低，物質(zhì)密度小，對x射線吸收差，在透視熒光屏上顯示淡白的對比劑影像，膠片上則是濃黑的對比劑影像。如空氣，氧氣，二氧化碳及氧化亞氮等。4. x射線攝影圖像質(zhì)量評價模糊與空間分辨力：成像系統(tǒng)的空間分辨力是成像系統(tǒng)區(qū)分或分開相互靠近的物體的能力，是評價影像設(shè)備性能的重要參數(shù)之一，也是決定臨床能夠觀測到的病灶的最小尺寸。噪聲與信噪比：圖像噪聲是指圖像

10、中可觀察到的光密度隨機出現(xiàn)的變化，在圖像中表現(xiàn)的存在表現(xiàn)為斑點，細(xì)粒網(wǎng)紋或雪花等。常采用信噪比來描述成像系統(tǒng)的噪聲水平。第二節(jié)數(shù)字x射線影像一 數(shù)字圖像基礎(chǔ)1.像素：每個單獨像素的大小決定圖像的細(xì)節(jié)可見度，像素數(shù)量與像素大小的乘積決定視野。2.灰度級：模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將連續(xù)變化的灰度值轉(zhuǎn)化為一系列離散的整數(shù)灰度值，這個過程叫做圖像的量化。量化后的整數(shù)灰度又稱為灰度級。3.圖像處理1）對比度增強：圖像對比度差經(jīng)常是由于灰度范圍不足或非線性造成的，用對每一像素值重新分布的方法可以改善圖像的對比度。常用的方法有線性變換，非線性變換，灰度反轉(zhuǎn)和 矯正。2）圖像平滑技術(shù)：平滑的目的在于減弱圖像中的噪聲，平滑

11、抑制了噪聲的高頻成分，同時也會使圖像邊緣的輪廓變得模糊。平滑技術(shù)主要是在空間域和頻域中實現(xiàn)的。具體方法有臨域平均法，選擇平均法，中值濾波法，多圖像平均法，頻域低通濾波法。3）圖像的銳化：相對于灰度變換，從另一個角度來改善圖像質(zhì)量，使圖像所具有的信息讓人們更易觀察的方法是圖像的銳化。銳化處理能加強圖像的輪廓，使圖像看起來比較清晰，也是一種常用的圖像處理方法。具體方法為：頻率高通濾波法，頻域帶通濾波和適當(dāng)濾波，反銳化掩模，偽彩色顯示和代數(shù)運算。二數(shù)字減影血管造影（DSA）1.原理：數(shù)字減影血管造影是將造影前，后獲得的數(shù)字圖像進行數(shù)字減影，在減影圖像中消除骨骼和軟組織結(jié)構(gòu)，使?jié)舛群艿偷膶Ρ葎┧溆?/p>

12、血管在減影圖像中顯示出來，有較高的圖像對比度。當(dāng)血管內(nèi)注入碘對比劑后，即減影后的圖像信號與對比劑的厚度成正比，與對比劑和軟組織的線性吸收系數(shù)有關(guān)，與骨和軟組織的結(jié)構(gòu)無關(guān)。在減影后的圖像中可以消除骨和軟組織等其他無關(guān)組織的影響，突出造影的血管。2.數(shù)字減影血管造影的三種基本方法：時間減影，能量減影，混合減影。時間減影：欲在圖像中顯示出血管，可以從靜脈或動脈注入對比劑。在對比劑進入欲顯示血管區(qū)域之前，利用計算機技術(shù)采集一幀圖像貯存在儲存器內(nèi)，作為掩模，也稱蒙版。用作減影的兩幀圖像是在不同的顯影時期獲得的，這種方法被稱為時間減影。這種方式易受病人移動和動脈搏動等慢運動的影響。能量減影：在欲顯示血管引

13、入碘對比劑后，分別用略高于或略低于碘k-緣能量（33kev）的x射線曝光，可以突出減影圖像中的碘對比度，消除其他無關(guān)組織結(jié)構(gòu)對圖像的影響，這種減影方式被稱為能量減影。用這中方法，兩種能量的影響消除只能得到一種材料的像。二 數(shù)字x射線攝影（CR）與傳統(tǒng)x射線照片相比，CR系統(tǒng)的不同之處在于其影像記錄與顯示不是在同一媒介上完成的，其成像過程是先用成像版進行影響信息的采集，然后通過讀取裝置將成像版中的影響信息讀出后，由計算機圖像處理，再經(jīng)顯示，記錄裝置成像，顯示，貯存。 第三節(jié) x射線計算機斷層成像1普通的x射線影像與x-ct像相比，具有極大的不同，普通x射線影響是多器官圖像，而x-ct像是數(shù)字圖像

14、，且是清晰的斷層圖像。2.x-ct像的本質(zhì)是衰減系數(shù)成像。3.體素：是指在受檢者體內(nèi)欲成像的斷層表面上，按一定的大小和坐標(biāo)人為地劃分的很小的體積元。體素衰減系數(shù)的平均值可體現(xiàn)在空間上對應(yīng)的體素的灰度值。引入體素的概念后，按前述介紹的ct像本質(zhì)是衰減系數(shù)成像，重建ct像的任務(wù)就是要求出每個體素的衰減系數(shù)值，從而獲得衰減系數(shù)值在欲成像斷層上的分布矩陣。4.掃描與投影：掃描是為獲取投影值采用的物理技術(shù)。所謂掃描，是用x射線束以不同的方式，按一定的順序，沿不同的方向?qū)澐趾玫捏w素編號的受檢體斷層進行投照，并用高靈敏度的檢測器接受透射體素陣后的出射x射線束強度。5.ct用x射線束：掃描用的x射線束是有一

15、定能譜寬度的連續(xù)x射線。準(zhǔn)直器用一定厚度的且對x射線有較強吸收的鉛制成，其準(zhǔn)直孔徑很小，通過準(zhǔn)直器道后的x射線束亦很細(xì)。6.傳統(tǒng)圖像重建的數(shù)字基礎(chǔ)：ct圖像重建的原理在于x射線通過介質(zhì)時衰減的物理規(guī)律。目前，ct機普遍采用的方法是濾波反投影法。反投影法的原理是沿掃描路徑的反方向，把所得的數(shù)值反響投回各體素中去，并用計算機進行運算，求出各體素 值而實現(xiàn)圖像的重建。為消除反投影法產(chǎn)生的圖像邊緣失銳，實際采用的方法是濾波反投影法。7.ct值：本質(zhì)是線性衰減系數(shù)分布 （x，y）ct影像中每個像素所對應(yīng)的物質(zhì)對x射線線性平均衰減量大小的表示。8.窗口技術(shù)：在圖像的任意位置上測量或顯示該位置的ct值；隨意

16、選擇感興趣區(qū)。所謂窗口技術(shù)指ct機放大或增強的灰度范圍，把確定灰度范圍的上限以上增強為完全白，把確定灰度范圍度的下限一下壓縮為完全黑，這樣就放大或增強了確定灰度范圍內(nèi)不同灰度之間黑白程度的對比度。這個被放大或增強的灰度范圍稱為窗口。計算見公式（2-20） （2-21）二傳統(tǒng)ct的掃描方式1.單數(shù)平移-旋轉(zhuǎn)掃描方式，窄扇形束平移-旋轉(zhuǎn)掃描方式，旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)掃描方式，靜止-旋轉(zhuǎn)掃描方式。三.電子束掃描方式四螺旋ct1.螺旋ct掃描與常規(guī)傳統(tǒng)掃描的優(yōu)勢：1）提高了掃描速度，整個器官或一個部位一次屏氣下完成，不會遺漏病灶，并減少運動偽影2）由于容積掃描，即對人體的某一區(qū)域作連續(xù)掃描，獲得的是某一區(qū)域連續(xù)

17、數(shù)據(jù)（容積數(shù)據(jù)），在體層與體層之間沒有采集數(shù)據(jù)上的遺漏，因而提高了二維和三維重建圖像的掃描質(zhì)量3）根據(jù)需要任意回顧性重建圖像，無間隔大小的約束和重建次數(shù)的限制4）單位時間內(nèi)的掃描速度提高，提高了增強ct檢查時對比劑的利用率。2.螺距（參見公式2-25）3.msct錐形束4.雙源ct：兩個X射線管的管電壓分別為80kv和140KV探頭由多層檢測器和濾線層組成能同時探測低能和高能X射線5X-ct圖像的質(zhì)量的控制1）對比度及對比度分辨力2）高對比度分辨力和低對比度分辨力3）空間分辨力4）圖像噪聲與x射線劑量5）均勻性6）空間分辨力第三章 磁共振物理第一節(jié) 原子核的磁性一 原子核的自旋1.原子核的自旋

18、角動量是量子化的，即離散的，不連續(xù)的。從取值上來說，角動量只能取一系列不連續(xù)的值。從空間分布上來說，處于靜磁場中的原子核，它的自旋在空間所取的方向也是離散的，不連續(xù)的，具有空間量子化的性質(zhì)，即在靜磁場反方只能有若干個特定的取向。有2i+1種可能。2.原子核的磁矩。在mri中，從磁矩的方面考察，水分子就是兩個裸露的氫核。第二節(jié) 靜磁場中的磁性核一 微觀描述1.能級劈裂現(xiàn)象。氫核的自旋i=1/2，它在磁場中的取向有兩種，一是順著磁場方向，能量狀態(tài)較低，另一種是反著磁場方向能量狀態(tài)較高。掌握裂距的公式。二宏觀描述1.為了描述磁性核在磁場中的運動所表現(xiàn)出來的宏觀特性，引入磁強度矢量。磁強度矢量定義為樣

19、品中單位體積核磁矩的矢量和。2磁（能級劈裂）（I=1/2），=1/2或-1/2 裂距：3.向上的氫核能量比較多且比較低。第四節(jié)弛豫過程從“不平衡”狀態(tài)（激勵狀態(tài)）恢復(fù)到平衡狀態(tài)的過程。T1為系統(tǒng)的縱向馳豫時間，T2為橫向馳豫時間?？v向弛豫：又稱自旋晶格弛豫，是MZ在激勵過后恢復(fù)到最大值M0這一過程中的時間常數(shù)，樣品中的自旋核核晶格以熱輻射的形式相互作用。橫向弛豫：又稱自旋自旋弛豫，是自旋核之間的相互作用產(chǎn)生的，是Mxy以Max衰減到0的變化快慢，本質(zhì)是自旋核的磁矩方向由相對有序狀態(tài)向無序狀態(tài)的過渡過程。弛豫過程相對獨立 晶格一般指自旋核以外的部分，即自旋核的外環(huán)境。弛豫過程及其特征量 T1、T

20、2?？v向弛豫時間T1處于高能態(tài)的自旋核向低能態(tài)過渡。橫向弛豫時間T2由相對有序狀態(tài)向無序狀態(tài)的過渡過程。T1、T2都是時間常數(shù)， T1表示Mz隨時間變化的快慢， T2表示Mxy隨時間變化的快慢。第五節(jié) 自由感應(yīng)衰減信號自由感應(yīng)衰減信號（free induced decay, FID):射頻脈沖停止后，樣品在弛豫過程中，由于磁矩大小和方向變化在接受線圈中產(chǎn)生的電磁感應(yīng)信號。它是分析核磁共振過程的基本素材。特點：（1）信號強度隨時間迅速衰減。（2）信號有一定頻寬。如果是在90°脈沖激勵下發(fā)生的馳豫過程稱為狹義的馳豫過程，而在一般的角脈沖激勵下發(fā)生的馳豫過程稱為廣義的馳豫過程第六節(jié) 化學(xué)位

21、移和磁共振譜公式（3-23） （3-24）第四章 磁共振成像第一節(jié) 磁共振信號與加權(quán)圖像一 自旋回波信號與加權(quán)圖像1.脈沖序列的組成參考（圖4-1）2.TI、TE、TR3.180度脈沖的作用：在90度脈沖后加180度脈沖可以消除主磁場不均勻的影響。4.se序列的加權(quán)與圖像對比度名稱TE選擇TR選擇效果T1加權(quán)圖像短 短T1小I值大T2加權(quán)圖像長長T2大I值大質(zhì)子密度加權(quán)圖像短長質(zhì)子密度大I值大三 反轉(zhuǎn)恢復(fù)信號與加權(quán)圖像1. 反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列 圖4-42.圖4-5 轉(zhuǎn)折點的存在 公式（4-15）3.短時反轉(zhuǎn)回復(fù)成像技術(shù)（STIR）：俗稱壓脂肪技術(shù)，通常情況下由于脂肪中氫核密度較大，無論T1還是T2加

22、權(quán)均成強信號。當(dāng)采用短T1、長TR時，脂肪的MZ=0，這就一只了脂肪的信號。4.流動衰減反轉(zhuǎn)序列信號（FLAIR）：在T2加權(quán)圖像中，腦脊液的信號很強，且常有脈動產(chǎn)生偽影。選T1=0.7T1CSF，可抑制腦脊液的信號。第二節(jié) 圖形重建一 梯度和梯度磁場：1.梯度場1）如果梯度磁場沿梯度方向大小都相等，這樣的梯度稱線性梯度，對應(yīng)的磁場稱為線性梯度磁場。2）3）方向同B0 4）大小沿x、y、z軸方向變化。二層面選擇1.原理：只使被選定斷層的自旋核受到激勵來實現(xiàn) 2.公式4-18 圖4-6三相位編碼和頻率編碼1.作用：相位編碼確定各體素的y坐標(biāo)；頻率編碼確定各體素的x坐標(biāo)。2.空間位置四二維傅立葉變

23、換圖像重建作用使時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號五 K空間與磁共振圖像重建1.本質(zhì)：K空間是抽象的頻率空間，用于存儲采集的MR信號。2.存儲的信息：MR信號3如何存儲（KX、KY） 圖4-104.Nx、Ny：列數(shù)Nx等于采樣點數(shù)，行數(shù)Ny等于相位編碼步數(shù)。5.特點1）K空間的頻率分布是中心頻率為零，距中心約遠(yuǎn)則頻率越高。2）在K空間內(nèi)信號的幅度分布是K空間中心部分所對應(yīng)的MR信號幅度大，主要形成圖像的對比度。K空間的外圍部分所對應(yīng)的MR信號幅度低，主要形成圖像的分辨力。6.成像時間：公式（4-32）第三節(jié)快速成像序列一快速自旋回波序列1.FSE與多回波SE的區(qū)別：ppt p89頁2.公式4-343.K空

24、間的節(jié)段技術(shù)FSE序列中，K空間被分成ETL個趨于或節(jié)段，假定256*256像素的層面，ETL=4，經(jīng)過64個TR周期，K空間就被填滿了，形成一幅MR圖像二梯度回波序列1.與SE序列的區(qū)別2.WI與TR、TE有關(guān)三回波平面成像序列1. 本質(zhì)：EPI技術(shù)實質(zhì)上是一種數(shù)據(jù)讀出模式。2.最快3.相位編碼與梯度：（1）采用恒定相位編碼梯度，利用相位積累形成相位逐漸升高的相位編碼（2）采用脈沖式相位編碼梯度，在每個讀出梯度后施加脈沖式相位編碼梯度進行相位編碼4.要求（對硬件要求高）四磁共振血管成像1.信號飽和：成像容積內(nèi)靜態(tài)組織，受到90º脈沖反復(fù)激勵，在TR遠(yuǎn)小于T1時，其縱向磁化來不及恢復(fù)

25、，這樣靜態(tài)組織所產(chǎn)生的MR信號幅度很小。 2.留空效應(yīng)：由于RF脈沖的激發(fā)和采集時間間隔內(nèi)，被激發(fā)的血液完全流出了成像層面，而采集不到MR信號的現(xiàn)象稱為留空效應(yīng)。3.流動增強：設(shè)RF脈沖激發(fā)一片層，厚度為TH，引入臨界速度vc, v vc時TH層內(nèi)完全被未飽和的自旋核充滿。新流進血液產(chǎn)生較強的MR信號，該現(xiàn)象叫流入性增強效應(yīng)，vc為臨界速度 4.預(yù)報和技術(shù)：在選擇的層面內(nèi)流入的血液既有動脈血又有靜脈血，方向相反，會產(chǎn)生相互干擾。為了準(zhǔn)確判斷動脈或靜脈的病變，可以采用預(yù)報和技術(shù)選擇性的在圖像上除掉動脈或靜脈血液的MR信號。具體做法是在MRI的視野外對從一個方向流入的血液施加飽和脈沖，等它進入成像

26、區(qū)域時由于處于飽和狀態(tài)，不能接受新的RF激勵產(chǎn)生MR信號，血流呈現(xiàn)黑色；于此同時，從相反方向進入成像區(qū)域的血流未經(jīng)預(yù)報和處理，血流可以接受新鮮的RF激勵產(chǎn)生MR信號。第五章 核醫(yī)學(xué)物理第一節(jié) 原子核的基本性質(zhì)1.核力 將質(zhì)子和中子結(jié)合在一起的即不是萬有引力，也不是電磁力（因為中子不帶電），而是一種被稱為核力的特殊能力。核力具有的特征1）核力與電荷無關(guān)2）核力是短程強吸引力3）核力具有飽和性2.原子核的穩(wěn)定性1）質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量與組成它的所有核子能量總和之差稱為質(zhì)量虧損。2）平均結(jié)合能：由單個核子結(jié)合成原子核時放出的能量稱為原子核的結(jié)合能。3）原子核的穩(wěn)定性：在原子物理學(xué)中常用平均結(jié)合能來

27、表示原子核的穩(wěn)定性。因為平均結(jié)合能的大小可以表示原子核結(jié)合的松緊程度，平均結(jié)合能越大，則原子核分解為單個核子所需要的能量就越大，原子核就越穩(wěn)定?？梢钥闯觯褐械荣|(zhì)量的原子核，其平均結(jié)合能比氫核和重核都大，因此，中等質(zhì)量的核比較穩(wěn)定。第三節(jié) 原子核衰變的宏觀規(guī)律放射性核素在衰變時都遵循著共同的宏觀基本規(guī)律 它表明放射性核素衰變是按照指數(shù)衰減的規(guī)律減少的公式5-13 5-14 5-16 5-17 5-19 5-20 5-21 5-22 對式5-22的討論：1）當(dāng)核素一定（即不變）時，即在體外測得的活度數(shù)值正比于體內(nèi)對應(yīng)投影位置上的放射性核素的數(shù)目，這是核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的基本原理之一。2）當(dāng)兩種核素的N

28、相同而 不同時，有 。即如果引入體內(nèi)兩種數(shù)量相等的不同的核素，短壽命的核素的活度大。3)當(dāng)A一定時，有 。即滿足體外測量的一定活度下，引入體內(nèi)的放射性核素壽命約短，所需數(shù)量越小，這就是為什么臨床上都要用短壽命核素的原因。四。放射平衡在遞次衰變中，當(dāng)滿足一定條件時，各代核的數(shù)量比會出現(xiàn)與時間無關(guān)的多種衰變現(xiàn)象，統(tǒng)稱這些衰變現(xiàn)象為放射平衡。5-33此時子核的數(shù)量變化將按照母核的衰變規(guī)律而變化，他們之間保持與t無關(guān)的暫時固定比例，這就叫暫態(tài)平衡。由于A=N,故在達到暫時平衡時，可得 公式（5-34） 2.長期平衡 且時間足夠長t³7T2公式5-38 五、放射性計數(shù)的統(tǒng)計規(guī)律 通常計數(shù)測量是

29、以計數(shù)率表示的，計數(shù)率n的定義是： 第五節(jié) 醫(yī)用放射性核素的來源臨床應(yīng)用的放射性核素來源主要由反應(yīng)堆、回旋加速器、和放射性核素發(fā)生器等產(chǎn)生。第六章 核醫(yī)學(xué)物理第一節(jié) 概述一 核素示蹤1.放射性核素或其標(biāo)記化合物應(yīng)用于示蹤是基于兩個基本依據(jù)：1）同一元素的同位素有相同的化學(xué)性質(zhì)，進入生物體后化學(xué)變化與生物變化完全相同，而生物體不能區(qū)分同一元素的各個同位素，這就有可能用放射性核素來代替其同位素中的穩(wěn)定核素；2）放射性同位素在和衰變時發(fā)生射線，利用高靈敏度的放射性測量儀器可對它所標(biāo)記的物質(zhì)進行精確定性、定量及定位測量。二、核醫(yī)學(xué)影像及其技術(shù)特點特點：1）核醫(yī)學(xué)影像技術(shù)方便且安全 2）核醫(yī)學(xué)影像是一種

30、功能顯像，不是組織的密度變化。第二節(jié) g射線探測1.測量原理：g射線晶體內(nèi)產(chǎn)生熒光，光導(dǎo)和反射器組成的光收集器將光子投射到光電倍增管光陰極上，擊出光電子，光電子在光電倍增管內(nèi)倍增、加速在陽極上形成電流脈沖，電流脈沖高度與射線能量成正比，電流脈沖個數(shù)與輻射源入射晶體的光子數(shù)成正比，即與輻射源的活度成正比。2.準(zhǔn)直器的作用：僅局限于某一空間單元的射線能進入閃爍計數(shù)器，其他區(qū)域射線不得進入，排除干擾成像的射線,建立放射性核素與圖像的空間對應(yīng)關(guān)系。與x-ct準(zhǔn)直器的區(qū)別3.準(zhǔn)直器的技術(shù)參數(shù) ：記空間分辨力，是分辨兩線源或點源的最小距離的倒數(shù)。定量評價 Ø 兩線源分辨距離RØ 半峰寬

31、度(FWHM)Ø 調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF) 范圍0,1第四節(jié) g照相機和單光子發(fā)射型計算機斷層1.g照相機探頭結(jié)構(gòu)：1）準(zhǔn)直器 2）閃爍體 3）光電倍增管 4）電阻矩陣2.單光子發(fā)射型計算機斷層原理：發(fā)射型計算機斷層（ECT）是通過計算機圖像重建來顯示已進入人體內(nèi)的放射性核素在斷層上的分布。SPCET和g照相機的區(qū)別是斷層成像。第五節(jié) PET及其融合技術(shù)1.PET原理：采用具有自準(zhǔn)直符合計數(shù)方法，湮滅輻射產(chǎn)生的雙光子同一直線上反方向飛行，b衰變區(qū)域兩側(cè)放置兩個光子探測器，兩探測器同時( 10-8s內(nèi)) 接收g光子，符合電路給出一個計數(shù)。2.PET技術(shù)優(yōu)勢1）PET所用的放射性制劑中的核

32、素是構(gòu)成人體生物分子的主要元素，在理論上可以顯示機體進行的生理、生化過程，因此PET有生化斷層、生命斷層、活體分子斷層的稱謂。2）由于采用了貧中子核素，其半衰期極短，故對人體的放射性劑量很小，在臨出檢查上可以進行多次給藥、重復(fù)成像檢查。3）PET采用了具有自準(zhǔn)直的符合電路技術(shù)方法，省去了準(zhǔn)直器，使探測效率即靈敏度大為提高。SPECT圖像質(zhì)量更高，患者的安全性更高。4）由于正電子發(fā)生電子對湮滅的距離為1.5mm左右，可有效檢查出510mm的病灶。5）因為衰減矯正更為精確，PET便于做定量分析。3.PET融合技術(shù)PET/CT圖像融合技術(shù)的發(fā)展大致可分為三個階段：1）原始階段 2）異源圖像融合階段

33、3）設(shè)備整合階段第七章 超聲波物理1.診斷用超聲波的頻率在1MHz至100MHz之間2.脈沖波的幾個特征量：t 脈沖寬度 振動持續(xù)時間 通常在1.55mS之間Ø T 脈沖重復(fù)周期(PRP)：兩個相鄰脈沖前沿相隔時間Ø f 脈沖重復(fù)頻率(PRF)：每秒內(nèi)脈沖重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)Ø Tr 間歇期：相鄰脈沖的間歇時間Ø S 占空因子：脈沖寬度與靜止期之比 3.超聲波產(chǎn)生的機制：產(chǎn)生超聲波的兩個必要條件是：一要有高頻聲源、二是要有傳播超聲的介質(zhì)4.壓電效應(yīng)：機械力引起材料內(nèi)部正負(fù)電荷重心相對位移,產(chǎn)生符號相反的表面電荷而產(chǎn)生電場。機械能轉(zhuǎn)化為電能。5.電致伸縮效應(yīng)：

34、電場引起材料內(nèi)部正負(fù)電荷重心相對位移,內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致宏觀上的幾何形變。電能轉(zhuǎn)化為機械能。6.聲速、聲壓、聲強與聲阻抗的關(guān)系：7. 人體組織分成三大類 Ø 低聲阻的氣體或充氣組織 如肺部組織Ø 中等聲阻的液體和軟組織 如肌肉Ø 高聲阻的礦物組織 如骨骼三類組織聲阻相差甚大，彼此不能傳播聲波超聲檢測主要適用第二類組織 第二類組織中，聲阻抗相差不大，聲速大致相等，又可利用不同類組織間的聲阻抗造成的反射、散射識別不同軟組織與器官的形態(tài)和性質(zhì)。這是超聲成像及讀片的基本物理依據(jù)。臨床用聲強級表示儀器的探測靈敏度：第二節(jié) 超聲場1.超聲場軸線上的聲壓分布聲壓極小值：公式7-1

35、5 7-16 聲壓極大值：7-17 7-18進場長度用L表示 公式7-20結(jié)論：原型單晶片輻射半徑越大，超聲頻率越高，則進場長度L就越長。2，遠(yuǎn)場區(qū)內(nèi)聲壓分布：聲壓p隨聲程x成單值變化。在遠(yuǎn)場區(qū)內(nèi)，聲壓p與聲程x都是成反比減弱的。公式7-24 關(guān)于進場和遠(yuǎn)場的簡略結(jié)論：超聲振動頻率f愈高，即波長愈小，晶片半徑a愈大，則進場長度L愈大，同時擴散角愈小。這表示超聲成束性好，方向性強。2. 聲束的聚焦：實際應(yīng)用中，希望焦點直徑d小，而焦距f應(yīng)大些。電子控制延遲。第三節(jié) 超聲波在介質(zhì)中的傳播特性一反射與透射在超聲界面上聲壓和法相速度連續(xù)。3. 透射系數(shù)Z1>>Z2 tP®0 超聲

36、強烈反射無透射Z1Z2 tP1 超聲全部透射 Z2>> Z1 tP2 駐波現(xiàn)象 反射強烈 超聲的反射和透射只有在垂直入射時聲強才守恒。二散射和衍射1.衍射當(dāng)超聲傳播過程中，遇到界面或障礙物的線度與超聲波長相近時，超聲可以繞過障礙物的邊緣傳播，這一現(xiàn)象叫衍射。由于衍射與障礙物的線度有關(guān)，聲波遇到障礙物時會發(fā)生兩種現(xiàn)象：1）聲影：由于障礙物線度較大，聲波不能完全繞過障礙物，在障礙物之后聲波不能到達的空間稱之為聲影。聲影在圖像上表現(xiàn)為暗區(qū)，是探測不到的盲區(qū)。2）與波長相仿的病灶探測不到：此時聲波會完全繞過病灶，不能形成明顯的反射回波，所以在圖像上不會出現(xiàn)病灶的外輪廓圖形，但可存在反向散射

37、，由此可以判斷病灶的性質(zhì)。2.散射：超聲傳播過程中，遇到界面或障礙物的線度小于且接近超聲的波長時，超將發(fā)生散射現(xiàn)象。如果介質(zhì)中存在許多懸浮粒子（如氣體中的塵埃、煙霧、液體和固體中的雜質(zhì)、氣體泡等），當(dāng)超聲傳到這些障礙物上時，這些粒子又將成為新的波源而向四周發(fā)射超聲，有一部分聲能就要偏離原來的傳播方向。散射無傳播性。三聲波在介質(zhì)中傳播的衰減規(guī)律1.衰減的概念：聲波聲強隨傳播距離增加而逐漸減弱的現(xiàn)象。聲波衰減的規(guī)律主要有：1）擴散衰減：聲波能量分布改變造成的衰減;2）散射衰減：聲波與散射中心多次相互作用部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能散失3）吸收衰減：聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、機械能等其它形式能量2.生物組織的主要聲學(xué)參數(shù)：衰減系數(shù)a是由吸收衰減系數(shù)和散射衰減系數(shù)兩部分組成的。生物組織的衰減系數(shù)和組織的厚度、超聲的頻率有關(guān)，人體軟組織對超聲的品均衰減系數(shù)約0.81dB。其含義是超聲頻率每增加1Mkz，超聲傳播每增加1cm，則組織對超聲的衰減系數(shù)增加0.81dB。3.為什么要使用耦合劑：探頭與體表間存在聲阻抗差很大的界面，使