各种影像设备及其成像原理

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1、各种影像设备及其成像原理超声.超声原理：超声是超过正常人耳能听到的声波，频率在20 000 赫兹(Hertz，Hz)以上。超声在介质中以直线传播，有良好的指 向性.这是可以用超声对人体器官进行探测的基础。当超声在传 播过程中会发生反射，折射，散射，衰减等。反射回来的超声为回 声。.多普勒效应(Doppler effect):活动的界面对声源作相对运动 可改变反射回声的回率。这种效应使超声能探查心脏活动和胎 儿活动以及血流状态。.成像原理：超声检查是利用超声的物理特性和人体器官组织声 学性质上的差异，以波形、曲线或图像的形式显示和记录，借 以进行疾病诊断的检查方法。人体各种器官与组织都有它特定

2、的声阻抗和衰减特性，因而构成声阻抗上的差别和衰减上的差 异。超声射入体内，由表面到深部，将经过不同声阻抗和不同 衰减特性的器官与组织，从而产生不同的反射与衰减。这种不 同的反射与衰减是构成超声图像的基础。将接收到的回声，根 据回声强弱，用明暗不同的光点依次显示在影屏上，则可显出 人体的断面超声图像，称这为声像图(sonogram或echogram)。.A型超声：早期应用幅度调制型(amplitude mode)，即A型超 声，以波幅变化反映回波情况。 B型超声：灰度调制型(brightness mode),即B型超声，系以明暗不同的光点反映回声变化，在影屏上显示964个等级灰度的图像，强回声光

3、点明亮，弱回声光点黑暗。常规X线 X线具有穿透性和摄影效应，这是X线成像的基础。X线波长很 短，具有很强的穿透力，能穿透被照射的人体组织，并在穿透 过程中受到一定程度的吸收即衰减，由于被穿透的组织结构存 在着密度和厚度的差异，导致剩余下来的X线量会有差别，这 个有差别的剩余X线，经过显像这一过程后，例如经X线片、 荧屏或电视屏显示就能获得具有黑白对比、层次差异的X线影 像。常规X线分为透视和x线照相两种。透视(Fluoroscopy)：由于荧光效应，当X线透过人体被检查部位时转换成波长较长的荧光并在荧光屏上形成影像，称 为透视。透视一般在暗室内进行，检查前必须做好暗适应，带 深色眼镜并有暗室内

4、适应一段时间。透视的优点是经济，操作 简便，能看到心脏、横膈及胃肠等活动情况，同时还可转动患 者体位，作多方面观察，以显示病变及其特征，便于分析病变 的性质，多用于胸部及胃肠检查。缺点是荧光影象较暗。细微 病变(如粟粒型肺结核等)和密度、厚度较大的部位(如头颅、脊椎等）看不太清楚，而且，透视仅有书写记录，患者下次复 查时不易做精确的比较。照相（Radiography）： 亦称摄影。X线透过人体被检查的 部位并在胶片上形成影像，称为X线照相，胶片曝光后须经显 影、定影、水洗及晾干（或烤干）等步骤，操作复杂，费用较 贵。照片所见影像比透视清楚，适用于头颅、脊椎及腹部等部 位检查。照片还可留作永久记

5、录，便于分析对比、集体讨论和 复查比较。但照片不能显示脏器活动状态。一张照片只反映一 个体位（体位即照相位置）的X线征象，根据病情和部位，有 时需要选定多个投照体位。PET 英文名：Positron Emission Computed Tomography，正电子发 射型计算机断层显像。成像原理：其原理是将人体代谢所必需的物质，如：葡萄糖、 蛋白质、核酸、脂肪酸等标记上短寿命的放射性核素（如18F） 制成显像剂（如氟代脱氧葡萄糖，简称FDG）注入人体后进行 扫描成像。因为人体不同组织的代谢状态不同，所以这些被核 素标记了的物质在人体各种组织中的分布也不同，如：在高代 谢的恶性肿瘤组织中分布较多

6、，这些特点能通过图像反映出来， 从而可对病变进行诊断和分析。 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场内共振所产生信号 经重建成像的一种成像技术。含单数质子的原子核，例如人体 内广泛存在的氢原子核，其质子有自旋运动，带正电，产生磁 矩，有如一个小磁体。小磁体自旋轴的排列无一定规律。但如 在均匀的强磁场中，则小磁体的自旋轴将按磁场磁力线的方向 重新排列。用特定频率的射频脉冲（radionfrequency，RF）进 行激发，作为小磁体的氢原子核吸收一定量的能而共振，即发 生了磁共振现象。停止发射射频脉冲，则被激发的氢原子核把

7、 所吸收的能逐步释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状 态。这一恢复过程称为弛豫过程（relaxationprocess），而恢 复到原来平衡状态所需的时间则称之为弛豫时间（relaxationtime）。人体不同器官的正常组织与病理组织的 T1是相对固定的，而且它们之间有一定的差别，T2也是如此。 这种组织间弛豫时间上的差别，是MRI的成像基础。 MRI的参数：MRI是有T1、丁2和自旋核密度（P）等几个参数， 其中T1与T2尤为重要。因此，获得选定层面中各种组织的T1（或T2）值，就可获得该层面中包括各种组织影像的图像。 T1：有两种弛豫时间，一种是自旋-晶格弛豫时间（spin-latt

8、icerelaxationtime）又称纵向弛豫时间（longitudinalrelaxation time）反映自旋核把吸收的能传给周围晶格所需要 的时间，也是90。射频脉冲质子由纵向磁化转到横向磁化之后 再恢复到纵向磁化激发前状态所需时间，称T1。 T2：另一种是自旋-自旋弛豫时间(spin-spin relaxation time)，又称横向弛豫时间(transverse relaxation time) 反映横向磁化衰减、丧失的过程，也即是横向磁化所维持的时 间，称T2。T2衰减是由共振质子之间相互磁化作用所引起，与 T1不同，它引起相位的变化。 MRI的磁体分类：磁体有常导型、超导型

9、和永磁型三种，直接 关系到磁场强度、均匀度和稳定性，并影响MRI的图像质量。因此，非常重要。通常用磁体类型来说明MRI设备的类型。常 导型的线圈用铜、铝线绕成，磁场强度最高可达0.150.3T*， 超导型的线圈用铌-钛合金线绕成，磁场强度一般为0.35 2.0T，用液氦及液氮冷却；永磁型的磁体由用磁性物质制成的 磁砖所组成，较重，磁场强度偏低，最高达0.3T。 MRI的射频系统：射频发射器与MR信号接收器为射频系统，射 频发射器是为了产生临床检查目的不同的脉冲序列，以激发人 体内氢原子核产生MR信号。射频发射器及射频线圈很象一个短 波发射台及发射天线，向人体发射脉冲，人体内氢原子核相当 一台收

10、音机接收脉冲。脉冲停止发射后，人体氢原子核变成一 个短波发射台，而MR信号接受器则成为一台收音机接收MR信 号。脉冲序列发射完全在计算机控制之下。.名称解析：ECT是同位素发射计算机辅助断层显像的英文缩写。ECT是由电子计算机断层(CT)与核医学示踪原理相结合的高科技技术。.特点：ECT兼具CT和核医学两种优势，较CT的容积采集信息 量大，是当前唯一的一种活体生理、生化、功能、代谢信息的 四维显像方式。其示踪剂适应面广，特异性高，放射性小，不 干扰体内环境的稳定，有独到的诊断价值。DSA.数字减影血管造影DSA技术，是利用计算机处理数字化的影像 信息，以消除骨骼和软组织影的减影技术，是新一代血

11、管造影 的成像技术。.时间减影法：(temporal subtraction method)经导管内快速 注入有机碘水造影剂。在造影剂到达欲查血管之前，血管内造 影剂浓度处于高峰和造影剂被廓清这段时间内，使检查部位连 续成像，比如每秒成像一帧，共得图像10帧。在这系列图像中， 取一帧血管内不含造影剂的图像和含造影剂最多的图像，用这 同一部位的两帧图像的数字矩阵，经计算机行数字减影处理， 使两个数字矩阵中代表骨骼及软组织的数字被抵销，而代表血 管的数字不被抵销。这样，这个经计算机减影处理的数字矩阵 经数字/模拟转换器转换为图像，则没有骨骼和软组织影像，只 有血管影像，达到减影目的。这两帧图像称为

12、减影对，因系在 不同时间所得，故称为时间减影法。时间减影法的各帧图像是 在造影过程中所得，易因运动而不尽一致造成减影对的不能精 确重合，即配准不良，致使血管影像模糊。CT.英文名：Computed tomography电子计算机体层摄影，是电子 计算机和X线相结合的一项诊断技术。它利用人体组织间对X 线吸收系数（CT值）的差别来进行成像。其中，水的吸收系 数为10，CT值定为0Hu，人体中密度最高的骨皮质吸收系数最 高，CT值定为+1000Hu，而空气密度最低，定为1000Hu，这样 人体中密度不同的各种组织的CT值则居于-1000Hu到+1000Hu 的2000个分度之间。.CT图像密度分辨

13、率高，比普通X线照片高1020倍，是以不 同的灰度来表示，反映器官和组织对X线的吸收程度，能准确 测出某一平面各种不同组织之间的放射衰减特性的微小差异， 极其精细地分辨出各种软组织的不同密度，如黑影表示低吸收 区，即低密度区，如肺部；白影表示高吸收区，即高密度区， 如骨骼。.CR.英文名：computed radiography 计算机X线成像.成像方法：传统的X线成像是经X线摄照，将影像信息记录在 胶片上，在显定影处理后，影像才能于照片上显示。计算机X 线成像(computed radiography， CR)则不同，是将X线摄照 的影像信息记录在影像板(image plate，IP)上，经

14、读取装置 读取，由计算机计算出一个数字化图像，复经数字/模拟转换器 转换，于荧屏上显示出灰阶图像。.IP板：由一种含有微量素铕(Eu2+)的钡氟漠化合物结晶(BaFX： Eu2+，X=CI.Br.I)制成，接受透过人体的X线,使IP感光， 形成潜影。X线影像信息由IP记录OIP可重复使用达2-3万次。. IP板的读取：IP上的潜影用激光扫描系统读取，并转换成数字 信号。. CR的优点：图像处理系统可调节对比，故能达到最佳的视觉效 果；摄照条件的宽容范围较大；患者接受的X线量减少。图像 信息可由磁盘或光盘储存，并进行传输。DR.英文名：Digital Radiography直接数字化X射线摄影系

15、统， 是由电子暗盒、扫描控制器、系统控制器、影像监示器等组成， 是直接将X线光子通过电子暗盒转换为数字化图像。.电子暗盒：电子暗盒的结构14 inX17 in(1 in=2.54 cm)，由4块7.5 in X8 in所组成，每块的接缝处由于工艺的限制不能做得没缝，且一旦其中一块损坏必将导致4块全部更换，费 用较昂贵。CR和DR的比较项目CRDR成像原理CR是一种X线间接转 换技术，它利用图像板 作为X线检测器，成像 环节相对于DR较多。DR是一种X线直接转 换技术，它利用硒作为 X线检测器，成像环节 少。图像分辨率CR系统由于自身的结 构，在受到X线照射时， 图像板中的磷粒子使X 线存在着散

16、射，引起潜 像模糊；在判读潜像过 程中，激光扫描仪的激 发光在穿过图像板的 深部时产生着散射，沿 着路径形成受激荧光， 使图像模糊，降低了图 像分辨率，因此当前CR 系统的不足之处主要 为时间分辨率较差，不DR系统无光学散射而 引起的图像模糊，其清 晰度主要由像素尺寸 大小决定能满足动态器官和结构的显示。对现有X线设备的升级CR使用IP板替代原胶片盒，相对费用较低，适用范围多台X线机可同时使用，无需改变现有设备。CR系统更适用于X线平片摄影，其非专用机型可和多台常规X线摄影机匹配使用，且更适用于复杂部位和体位的X线摄影。DR使用电子暗盒，费用昂贵，还需改装已有的X线机设备DR系统则较适用于透视与点片摄影及各种造影检查，由于单机工作时的通量限制，不易取代大型医院中多机同时工作的常规X线摄影设备，但较适用于小医疗单位和诊所的一机多用目的。