医学影像物理学复习资料汇总

X射线物理学一、X射线的基本特性1. x射线在均匀的、各向同性的介质中，是直线传播，具有光的一切特性，具有波粒二象性。2. X射线不带电，不受外界磁场和电场影响；3. X射线具有贯穿本领；（不同组织穿透性不同：骨骼-软组织-脂肪-肺、肠道）4. X射线的荧光作用；（X射线照射荧光物质可发出荧光）透视、增感屏5. X射线的电离作用；（X光子撞击电子-一次电离-撞击其它原子-二次电离）X射线损伤和治疗基础6. X射线的热作用；7. X射线的化学和生物效应：与物质进行光化学反应，生物体内电离和激发作用二、X射线的产生医学成像用的X射线辐射源都是利用高速运动的电子撞击靶物质而产生的。1. 产生X射线的四个条件：（1）具有电子源（阴极）产生发射电子；（2）有加速电子使其增加动能的电位差（高管电压）（3）有一个高度真空（P<10-4Pa）的环境（玻璃外壳），使电子在运动过程中尽可能减少能量损耗，保 护灯丝不被氧化。（4）有一个受电子轰击而辐射X射线的物体（阳极靶）三、X射线管的阴极体作用： 使电子初聚焦：达到初聚焦作用，增加X线的产生率。 防止二次电子危害：阴极体可收集二次电子，防止危害。四、阳极的作用：1、是一个导电体，它接收从阴极发射出的电子并将它们传导至与X射线管相连的电缆，2、使其能返回高压发生器；3、为靶提供机械支撑；良好的热辐射体。五、焦点：1、实际焦点：灯丝发射的电子，经聚焦加速后，撞击在阳极靶上的面积。2、有效焦点：X射线管的实际焦点在垂直于X射线管轴线方向上投影的面积，即X射线照射在胶片上的 有效面积。3、补充：影响焦点大小的因素有哪些？答：灯丝的形状、大小及在阴极体中的位置、管电流、管电压和阳极的靶角。有关。管电流升高，焦点 变大；管电压升高，焦点变小。4、实际焦点和有效焦点大小的影响：答：实际焦点面积增大，散热好，但有效焦点面积也增大，胶片影像模糊；实际焦点面积减小，阳极靶单ffil-ls有她皂氐尺寸对酷峰位面积上的电子密度增大，实际焦点温度增大，阳极损坏；5、焦点对成像的影响：有效焦点越小，影像越清晰；有效焦点为点光源时：胶片图象边界清晰；有效焦点为面光源时：胶片图象边界模糊有半影；半影大小为：p = d Sf - d为使图象清晰，要减小半影，可减小S和d （小焦点，短距离）;管电流增大，焦点增大，影像质量下降；管电压增大，焦点增大，影像质量下降；六、能量损失形式分：1、碰撞损失（collisionloss）：（占电子总能量的99%）高速电子与阳极靶原子核的外层电子相互作用而损失的能量；全部转化为热能。2、辐射损失（radiationloss）：（占电子总能量的1%）高速电子与阳极靶原子核的内层电子或原子核相互作用而损失的能量；3、特征辐射：高速电子与原子内层电子发生相互作用，将能量转化为标识辐射。4、韧致辐射：高能入射电子通过阳极原子核附近，受到原子核引力场的作用会降低速度并改变方向，入 射电子损失的能量以电磁辐射的形式释放。这种形式产生的辐射称为“轫致辐射”或“制动辐射”。韧致辐射的能谱 是连续的5、 连续X射线的产生（韧致辐射）原因：a、每个高速电子与靶原子作用时的相对位置不同b、每个电子与靶原子作用前的能量也不同故各次相互作用对应的辐射损失也不同，因而发出的X光子频率也互不相同，大量的X光子组成了具有 频率连续的X光谱。6、X射线强度：X射线在空间某一点的强度是指单位时间内通过垂直于X射线传播方向上的单位面积上 的光子数量与能量乘积的总和。补充：X射线强度是由光子数量和光子能量两个因素决定。7、X射线的量与质（1）、X射线的质（x-ray quality）又称线质，表示X射线的硬度，即穿透物质本领的大小。与光子能量有关。 由管电压和滤过间接表示。通常以千伏数（kV）为单位。（2）、X射线的量（x-ray quantity）决定于X射线束中的光子数。由管电流与照射时间间接表示 通常以毫安 秒（mA?s）为单位。8、各种因素对X射线强度的影响影响因素（增加）X射线的质X射线的量毫安秒不变增加管电压增加增加靶原子序数增加增加附加滤过增加降低距离不变降低电压脉动降低降低管电流不变增加七、X射线与物质的相互作用1. X射线与物质三种作用形式：光电效应，康普顿效应，电子对效应2. 光电效应：能量为hv的X射线光子通过物质时，与物质原子的轨道电子发生相互作用，把全部能 量传递给这个电子，光子消失，获得能量的电子挣脱原子束缚成为自由电子（光电子）；原子的电子轨道出现一 个空位而处于激发状态，他将通过发射标识X射线或俄歇电子的形式很快回到基态，这个过程成为光电效应。补充：产生条件：入射光子、轨道电子、相互作用能量守恒hv=Ee+Eb.（ Ee:光电子的动能,Eb:原子第i层 电子的结合能），光电质量衰减系数与Z的3次方成正比，随原子序数的增大，光电效应的发生概率迅速增加。3. 诊断放射学中的光电效应：利：能产生质量好的影像，原因是：（1）不产生散射线，减少照片灰雾（2）可增加人体不同组织和造影 剂对射线的吸收差别，产生高对比度的X射线照片，对提高诊断的准确性有好处。弊：入射X射线通过光电效应可全部被人体吸收，增加了受检者的剂量。4.康普顿效应:当入射X射线光子和原子内一个轨道电子发生相互作用时，光子损失一部分能量，并 改变运动方向，电子获得能量而脱离原子，这个过程成为康普顿效应。5、诊断放射学中的康普顿效应：散射线增加了照片灰雾，降低了影像的对比度，但与光电效应相比受检 者的剂量较低。散射较强，医生和技术人员应注意防护6、各种相互作用的相对重要性：光子能量处于10keV100MeV能量范围的低能端部分，光电效应占 优势；中间部分，康普顿效应占优势；高能端部分电子对效应占优势。八、滤过：1、固有滤过：从X射线管阳极发射出的原级X射线穿过管壁后，被吸收一部分；2、附加滤过：据需要，在X射线管射出的X射线到达被投照部位前放置一定的物体，会产生滤过；可 使X射线的总强度减小，分布均匀；硬度提高；附加滤过常用密度均匀的滤波板：管电压低时，用铝滤波板；管电压高时，铜铝滤波板-铜标识X射线-铝标识X射线-空气X射线的线质（硬度）常用半价层表示：使X射线束的强度减弱为原来一半时所需要的吸收层的厚度； 厚度升高，硬度升高。诊断时常用X射线管的管电压的千伏值表示质。3、产生硬x射线的方法：（1）高管电压（2）大原子序数阳极靶（3）厚度较大、原子序数较大的滤过板八、X射线影像1、X射线影像基本原理：X射线贯穿本领强，当一束强度大致均匀的x射线照到人体时，由于人体各种组织、器官在 度、厚度方 面的差异，对投照在其上的X射线的衰减各不相同，使透过人体的x射线强度分布发生变化，携带人体信息， 形成X射线信息影像。再通过一定的采集，转换，显示系统将X射线强度分布转换成可见光的分布，形成人眼 可见的X射线影像。（1）、X线影像增强器作用：X线影像增强器可将普通X射线透视的荧光屏亮点的亮度提高100010000 倍，使X射线间接摄影和X射线数字成像成为可能。（2）、X线影像增强器优点：转换系数高，可大幅度降低X线剂量；成像速度快，适合实时成像缺点：荧光屏的缺点；视野，几何畸变；其它2、X线透视：（1）、X线透视：人体不同部位透射的X线与荧光屏相遇时，可在荧光屏上形成明暗不同的点构成的影象。若投照部位厚度一定，则荧光屏上暗的地方对应人体组织密度高的部位，X线吸收多；荧光屏上亮的地方对应人 体组织密度低的部位，X线吸收少；医生根据医学知识，分析影象，判断组织器官的形态和功能，这就是X线 透视。透视可观察器官的形态和器官的活动状况（2）X线透视设备：X射线管和荧光屏装在一个C形臂的两端，透视时，使其同步动作，被检查者位于C字中心。X线荧光屏：产生影象部件：（由荧光纸、铅玻璃、薄胶合板组成，他们同装于一个框架中。） 薄胶合板：保护荧光纸；荧光纸：纸面涂有荧光物质（材料）：氤化钡、硫化锌、硫化镉的混合物；铅玻璃：防止X射线对工作人员的伤害（3）X线透视缺点：a、有辐射且量大b、不能留下客观记录c、透视影象是先将X射线影象转为荧光屏的光影象，然后再转为上影象，两次影象转换，丢失信息，同时荧光 屏亮度有限，人眼视觉灵敏度低，荧光物质颗粒大，则较细微结构的影像看不清楚，对早期病变和复杂结构组织器官看不情。3, 、X射线摄影（胶片成像）：（1）X线摄影：人体不同部位透射的X线与胶片相遇时，可在胶片上形成明暗不同的点构成的影象。若投照部 位厚度一定，则胶片上暗的地方对应人体组织密度低的部位，X线吸收多；荧光屏上亮的地方对应人体组织密度 高的部位，X线吸收少；医生根据医学知识，分析影象，判断组织器官的形态和功能，这就是X线摄影。（2）摄影设备：医用胶片（胶片一增感屏系统）和胶片处理系统。a、医用胶片：影像的记录、显示和储存b、增感屏：增强X射线对胶片的感光。（3）胶片：X射线照射的胶片，经显影、定影后，胶片感光层的破化银一一银，组成黑色影像。胶片光密度：胶片变黑的程度。D = lg L0D越大，照片越黑，被照物质密度越大， 影像为白影（4）胶片成像原理：利用X射线的感光特性，医用胶片接收X射线照射时会产生某种化学反应，医用胶片上形 成与X射线信息影像相对应的不可见的潜影，再将带有潜影的胶片经过显影、定影等处理，最终获得可见的描 述组织、器官分布情况的灰度图像。4、传统屏-片成像优缺点：（1）优点：空间分辨力高、价格低廉；X线设备造价低、维护费用低（2）缺点：动态范围小；需要化学处理，影响图像质量，污染环境；法进行后处理，废片率较高；图像获取、 显示、存储和传递的功能均以胶片为载体，无法复制；消耗白银5、数字减影血管造影（DSA）减影技术：人体同一部位造影前后的两帧图象相减，获得两图象中有差异（造影）部分的图象。DSA:将造影前、后获得的数字图象进行数字减影，消除骨骼和软组织结构，使造影剂所充盈的血管在减影图 中显示出来，图像对比度提高。.对比剂：造影剂是为增强影响观察效果而注入（或服用）到人体组织或器官的化学制品选择条件：良好的显影效果。无毒性，无刺激性，副作用小。容易吸收和排泄，不久存于体内。理化性能稳定， 便于储存。DSA的物理基础:=I0 exp或 ln I = ln ITI =I exp或 In I = In IT10(p d + p d )0 B B T T(ppB + 四了 皿-d)+ pd(pd + Pt 葫丁 - d )+ pp)S=( u I- u T) d I减影后图像与造影剂厚度成正比，与造影剂和软组织的线衰减系数有关，与骨和软组织的结构无关。去掉了骨 和软组织的影响，突出造影的血管。DSA的三种基本方法：1、时间减影（用作减影的两帧图像是在不同的显影时期获得，易受病人移动和动脉搏动影响）优点：减影图像突出了对比剂影像的对比度。缺点：病人移到或动脉脉搏的运动会影响图像质量；2、能量减影（可消除运动影响，无法同时去除骨和软组织）优点：不受软组织运动影响图像质量。缺点：不能 在一幅减影图像中同时抵消软组织和骨骼。3混合减影：在造影剂到达前后都作高能和低能摄影。先做能量减影去软组织，再做时间减影去骨骼。缺点：减影图像中不能将软组织和骨骼同时抵消；要求X射线管能在短时间内产生两种不同能量的X射线， 增加了设备的复杂性；优点：如果高能像和低能像是在一个很短的时间间隔内取得，则可将患者移到的影响减 至很小影响DSA影象质量的因素：1. 噪声：被检者身体X线散射（与厚度成正比），视频摄影机和模拟存储器件噪声2. 运动伪影：运动或投照系统不稳一配准难一伪影3. 造影剂浓度：与血管直径反比4. 其它：器官状态和精神状态（心搏）DSA的优缺点：（与胶片减影相比）优点：对比度大；实时处理；直接显示和校正：缺点：运动会产生伪影；不进行选择性注射时，会血管重叠，会产生伪影（CR）计算机X射线摄影优点：曝光量低，宽容度大，可进行后续处理和存储、传输，质量和信息量同传统拍片一样。同传统拍片不同：影像记录和显示不在同一媒介。-CR成像原理（四个过程）：1、影像信息的采集：记录在成像板（IP）上（代替胶片）PSL：光激励发光物质（某些物质在一次激发光照射下，能将一次激发光携带的信息储存起来，当再次受到激发 光照射时，能发出与一次激发光所携带信息相关的荧光）2、影像信息的读取：曝光后的成像板在激光扫描时，PSL受激光激励释放累积的带电粒子，发出可见光，这就 是光激励发光现象。每个像素发出的可见光强度与该像素受到的X线照射量成比例。3、影像信息的处理：因为是数字图象，可以用计算机图象处理软件依据不同诊断要求进行各种后处理：增 强对比度、亮度、放大、滤波等。4、影像信息的再现：三种方式：荧光屏显示；多幅照相机摄影到胶片上；激光照相机直接记录影响CR影像质量的因素：1、空间分辨力：2、PSL物质结晶体的颗粒度、影像读出系统的电光学特性、激光束光点的大小、散射程度3、CR影像中的噪声：4、X射线量子噪声：IP吸收过程中产生5、光量子噪声：光电倍增管转换时产生6、固有噪声：IP结构噪声、激光噪声、模拟电路噪声、A/D转换中量子噪声等CR影像的优缺点.1、优点：数字影像；X射线照射量的动态范围大；照射剂量低；应用范围广；ip可重复使用2、缺点：时分力差、空分力稍差、设备昂贵数字X射线影像的主要技术优势（与传统X射线摄影比较）1, 量子检出效率高，X射线剂量低。2, 对比度高，曝光宽容度大，但细节可见度低于X射线胶片影像，但是可以通过图像处理的方式进行弥补。3, 摄影条件好，无需连续辐照4, 图像存储、传输方便5, 可进行计算机辅助诊断X-CT成像1.X-CT成像过程：X-CT是运用扫描并采集投影的物理技术，以测定X射线（使用的是有一定能谱宽度的连续X射线，通过准直 器后变为窄束X射线）在人体内的衰减系数为基础，采用一定算法，经计算机运算处理，求解出人体组织的衰 减系数值在某剖面上的二维分布矩阵后，再转为图像上的灰度分布，从而实现建立断层解剖图像的现代医学成 像技术。2 .X射线体层摄影的基本原理是根据X射线的投照原理，在曝光过程中，X射线管焦点、肢体、胶片三者必须 保持相对静止，才能获得清晰的影像。因此在曝光的过程中，欲成像部位的各点必须固定地投影在胶片的同一 位置上，影像才能清楚显示。如果三者之一在曝光中移动，影像就会模糊。X射线体层摄影的目的是摄取人体某 一体层的影像，而使其它各层影像模糊不清。因此必须使焦点、被摄体层和胶片保持相对静止，而使其它各层 对焦点和胶片作相对运动。断层：是根据研究目的沿某一方向所作的具有一定厚度的标本，是指在受检体内接受检查并欲建立图像的薄层， 又称为体层。体素：是指在受检体内欲成像的断层表面上，按一定的大小和一定的坐标人为地划分为很小的体积元。 像素：图像平面下划分的小单元，构成图像最基本最小的面积元。体素与像素之间一一对应： 空间位置； 体素的吸收衰减系数和像素的取值扫描：是为获取投影值而采用的物理技术。是用X射线束以不同的方式、按一定的顺序、沿不同的方向对划分 好体素编号的受检体断层进行投照，并用高灵敏度的检测器接收透射体素阵后的出射X线速强度。方法有平移 扫描、旋转扫描、平移加旋转扫描。投影：投照受检体后出射X线速的强度I。投影的数值称为投影值。投影值的分布成为投影函数，反投影法的原理沿扫描路径的反方向，把所得投影的数值反投回各体素中去，并用计算机进行运算，求出各体素u值而实现图 像的重建。反投影法的优点：重建速度快：缺点：产生图像的边缘失锐。解决的办法：采用滤波反投影法，即把获得的投 影函数作卷积处理以便于滤波，之后把改造过的投影函数进行反投等处理，就可以达到消除星状伪影 的目的。CT机主要分以下三部分： 扫描系统（X线管、探测器和扫描架）； 计算机系统（数据储存、运算等）和图像重建系统； 图像显示和存储、照相系统、窗口技术：CT机放大某段范围内灰度的技术。是将放大灰度范围的上限增强为全白，下限压缩为全黑。增 强了局部灰度范围内不同灰度之间黑白对比的程度。窗口：被放大的灰度范围。窗宽：被放大的灰度范围上下限之差。窗宽=CT max-CT min窗位：被放大的灰度范围的灰度中心值。窗位=（CT max+CT min）/2窄窗宽CT值范围小每级灰阶代表的CT值跨度小黑白对比度大。适合观察密度差别小的组织。 反之宽窗宽，适合观察密度差别大（肺、骨质）的组织。CT的意义：CT的密度分辨率远高于一般X线检查，属非创伤性，检查时间较短，准确性较高和应用范围 甚广的一种技术。它是目前神经系统疾病首选的影像学诊断方法；同时还应用于五官、胸部、腹部的组织、器 官的检查，如对眼、鼻、耳、心、肥、肝、胰、肾等器官疾病的诊断很有帮助。CT检查的优点： CT为无创性检查，检查方便、迅速，易为患者接受。 有很高的密度分辨力，密度相差5-6H的不同组织能被区分。能测出各种组织的CT值。 CT图象清晰，解剖关系明确。 CT能提供没有组织重叠的横断面图象，并可进行冠状和矢状面图象的重建。 用造影剂进行增强扫描，不仅提高了病变的发现率，而且有的能做定性诊断。CT成像缺点：CT图像是经过数据采集、量化、图像重建和图像显示等多个环节形成的，任何一个环节出现偏 差都会给CT图像带来伪差，容易造成误诊断，这是在使用CT成像中和读CT影像片时应力求避免的。医师与 技师应根据具体情况，尽早识别或判断出CT图像中出现的图像伪差的原因，及时进行修正或改进。空间分辨力一般，介与X线成像与r照相机之间补充：1、普通X射线影像与X-CT影像最大的不同之处是什么？答：二者最大的不同之处在于：X-CT像是断层的、经过重建的数字影像；而普通X射线摄影像是多器官重叠的 模拟图像。磁共振成像MRI1.产生核磁共振（NMR）时，射频电磁波的频率VRF 2兀'I &磁共振成像原理：利用处于静磁场中的原子核在另一交变电场作用下发生振动产生的信号经梯度磁场进行空间 定位，通过图像重建的成像技术。产生三个基本条件:1.能够产生共振跃迁的原子核；2.恒定的静磁场（外磁场、主磁场）3.产生一定频率电磁波 的交变磁场（射频磁场RF）MRI的特点：1.具有较高的组织对比度和组织分辨力2.多方位成像3.多参数成像4能进行形态、功能、组织化 学和生物化学方面的研究5.多种特殊成像6.以射频脉冲作为成像的能量源7.流动测量。MRI优缺点：有多个成像参数，能提供丰富的诊断信息；无电离辐射，安全可靠；有极好的组织分辨能力; 不需造影剂，即可观察心脏和血管系统；扫描方向灵活，可做横断面、冠状面、矢状面及任意切面断层扫描。但扫描时间相对较长。空分力较低。设备昂贵，禁忌症多磁共振信号的采集： 当在静磁场中物质的原子核受到一定频率的电磁波作用时，在它们的能级之间发生 共振跃迁，这就是磁共振现象。物质吸收电磁波能量而跃迁之后，又会释放电磁能量恢复到初始状态，如果用 特殊装置接受这部分能量信号，就采集到了磁共振信号。产生磁共振现象的基本条件：1. 能够产生共振跃迁的原子核；2.恒定的静磁场3.产生一定频率电磁波的交变磁场。驰豫过程：从“不平衡”状态（激励状态）恢复到平衡状态的过程。T1为系统的纵向驰豫时间，T2为横向驰豫时间。纵向弛豫：又称自旋一一晶格弛豫，是MZ在激励过后恢复到最大值M0这一过程中的时间常数，样品中的自旋 核核晶格以热辐射的形式相互作用。横向弛豫：又称自旋一一自旋弛豫，是自旋核之间的相互作用产生的，是Mxy以Max衰减到0的变化快慢，本 质是自旋核的磁矩方向由相对有序状态向无序状态的过渡过程。弛豫过程一一相对独立晶格一般指自旋核以外的部分，即自旋核的外环境。弛豫过程及其特征量T1、T2纵向弛豫时间T1处于高能态的自旋核向低能态过渡。横向弛豫时间T2由相对有序状态向无序状态的过渡过程。T1、T2都是时间常数，T1表示Mz随时间变化的快慢，T2表示Mxy随时间变化的快慢自由感应衰减信号（free induced decay, FID）:射频脉冲停止后，样品在弛豫过程中，由于磁矩大小和方向变化在 接受线圈中产生的电磁感应信号。它是分析核磁共振过程的基本素材。特点：（1）信号强度随时间迅速衰减。（2）信号有一定频宽。如果是在90°脉冲激励下发生的驰豫过程称为狭义的驰豫过程，而在一般的。角脉冲激励下发生的驰豫过程称 为广义的驰豫过程射频脉冲的作用：（原子核同时绕B0和Br旋进）1、是低能级的原子核吸收了 RF脉冲的能量后跃迁到了高能级，原子核在外磁场中排列方向由同方向平行变为反方向平行，进而又抵消了相同数目低能级原子核的磁力，纵向磁化矢量变小。2、是受射频咏冲磁场的 磁化作用，进动的原子核趋向于射频磁场方向而变为同步、同速运动，即处于'同相”。这样，在x-Y平面上 叠加起来，形成了一个新的宏观磁化量，即横向磁化矢量Mxy,不为零，继续绕z轴进动。空间定位 像素体素 对应-梯度成像方法梯度磁场BG方向同B0,大小与（x,y,z）成线性关系，低于B0。1层面选择（定z） 通过只使成像物体被选定 断层的自旋核受到激励来实现。旋进频率®=）B =yB + B B + zG） 若所加的rf脉冲的中心频率为：0Gz0z 贝h只有z=zi这一断层的自旋核受到激励。一一断层选择 Z不同，V不同2相位编码（定y） RF脉冲停止后，同频率，同相位 沿Y方向加BGy，沿Y方向坐标不同的地方磁场强度不同，自旋核旋进频率不同，经过ty后，相位不同中=3 t =3 t + Aw t =中 + 中 y y 0 y y y 0=% +YGyt X y3频率编码（定X）BGy停止后，不同Y位置质子初相位确定,、 沿X方向加BGx经过tx后，不同X位置质子旋进频率不同w =y B + T G x用频率定X重建时间'=VN - NEX核医学成像核医学成像是一门利用放射性核素的核射线进行成像的技术。是核技术在医学领域中的应用。主要设备有r相 机，SPECT，PET。主要是功能性成像：物质在生物体内的动态变化规律。优点：应用广泛.可揭示细胞内发生的细微、复杂的生理、生化过程，可在分子水平上动态的认识生命过程的 本质。灵敏度较高.采用放射性核素示踪的间接检测技术，检测灵敏度较高，可检测某些低浓度、动态变化快的 物质。准确性高，结果可靠.可获取定性、定量、定位的生物体内物质动态变化规律。安全、测量方法简便。（放 射性核素半衰期短、数量小，体外检测）放射性核素显像原理：放射性核素显像是利用放射性核素示踪技术在活体内实现正常和病变组织显像的核医 学检查法。放射性核素或其标记化合物与天然元素或其化合物一样，引入体内后根据其化学及生物学特性有其 一定的生物学行为，它们选择性地聚集在特定脏器、组织或受检病变部位中的主要机制有：细胞选择性摄取 （包括特需物质、特价物质和代谢产物或异物）；特异性结合；化学吸附；微血管栓塞；简单在某一 生物区通过和积存等。放射性核素显像（即核医学物理）的特点：技术特点：所获得的图像包含丰富的功能性信息，不仅能获得组织脏器新陈代谢情况，还可揭示细胞内复杂微 细的各种反应；1. 放射性核素显像为功能显像，它能反映脏器、组织或病变的血流、功能、引流、代谢和受体方面的信息，有利 于疾病的早期诊断。2. 可以对影像进行定量分析，提供有关血流、功能和代谢的各种参数。3. 某些脏器、组织或病变能特异地摄取特定显像剂而显影，这种显像即具有较高的特异性，如用放射性标记的配 体进行受体显像，放射性核素标记的单克隆抗体进行RII等。4. 放射性核素显像所得脏器和病变的影像清晰度较差，影响对细微结构的显示和病变的精确定位。这一方面是由 于引入体内的放射性活度受限，致使成像的信息量不足，另一方面也受显像仪器空间分辨率的影响，故显示细 微的解剖结构上不及CT、MR和超声检查。近年来图像融合技术的应用可将CT或MR提供的解剖结构信息与 核医学SPECT或PET提供的功能代谢信息准确匹配，得到对病灶既能精确定位又能定性的高质量图像5. 显像剂大多数通过静脉注射或口服引入体内，属无创性检查。其化学量极微，多为几毫克，不良反应率远低于 X线造影剂。受检者辐射吸收剂量也多低于X线检查，因此本法是一种安全的检查方法核素示踪：是以放射性核素或其标记化合物作为示踪剂，应用射线探测方法来检测他的示踪，是研究示踪剂在 生物体系或外界环境中运动规律的核技术。基本根据：放射性核素衰变时发射射线，利用高灵敏度放射性测量仪器可对其标记物质进行精确定性、定量及 定位测量。1. 同一元素的各同位素有相同化学性质，在生物体内生物化学变化过程完全相同，生物体不能区别同一元素的各 同位素，可用放射性核素来代替其同位素中的稳定性核素。2. 放射性核素在核衰变时发射射线，利用高灵敏度的放射性测量仪器可对它所标记的物质进行精确定性、定量、 定位测量。核素示踪技术的优越性：1.灵敏度高2.测量方法简便3.医学科学中应用广泛，可用于生命活动过程的各个阶段4. 准确性高，结果可靠放射性制剂：用于核医学诊断和治疗的，含有放射性核素的一类特殊药物；核医学影像诊断用的放射性制剂也 叫显影U （imaging agent）。医学放射性核素的来源1. 反应堆（生产放射性核素）：首先以235U和239PU为核燃料进行反应，然后用在裂变过程中产生的中子（n） 轰击靶核发生核反应，再将经中子辐照后的靶物进行化学处理，即可最后生产获得医用放射性核素。2. 回旋加速器（生产医用放射性核素）：回旋加速器是用来加速带电粒子轰击靶核产生放射性核素发生核反应的 装置。3. 放射性核素发生器（生产医用放射性核素）：放射性核素发生器是一种从较长半衰期的母体核素中分离出由 它衰减而来的短半衰期子核的装置。放射衰变规律放射性核素会自发的由不稳定状态趋于稳定状态一一衰变，使原来的核素数量不断减少并产生出新的核素，同 时会辐射出核射线，通过对射线的检测得以成像。dN衰变规律：指数衰减N = N 0 e-人tdt衰变参数：1. 衰变常数入：一个放射核在单位时间内的衰变概率。2, 半衰期T1/2 （Half life）：核数量因发生自发核衰变而减小到原来核数一半所需的时间T = ln2 /X = 0.693 / 人1/2；I-33： 2.28hT13。平均寿命T :某种放射核平均存在的时间。T =核衰变类型- 按衰变时所释放出的射线性质分a By衰变。- 1. a衰变：放射性核素从原子核自发的释放出a粒子的衰变。衰变反应式：ZZ - 2210 Po T 2068482AX t A-4Y + 4He + Q2Pb + 4 He + Q2a粒子特性：贯穿本领小（人体中0.06-0.16mm）,电离能力强（体内照射危险），临床不用。多数发生在质子数大于82的放射性核素中。2. B衰变：原子核自发地射出电子，正电子或俘获一个轨道电子而发生的转变。（1） 8衰变：衰变中射出B一粒子和反中微子，转变为质子数加1,质量数不变的新核素过程。Y + P- +/+ QAX t z32 P T15衰变反应式：32S + P - + + 1.7 Mev16B一粒子：强贯穿本领，电离能力小于a粒子，大于y射线。可被机体组织吸收，做核素治疗：I131治疗甲状腺亢进，甲状腺癌（2） B+衰变：衰变中射出B+粒子和中微子，转变为质子数一1，质量数不变的新核素过程。衰变反应式：AX T AY + P + +v + Q18F T 18O + P+ +v + 0.66Mev- 3. Y衰变：在a B衰变过程中，所产生的子核处于不稳定的激发态，会向基态或低能态妖迁，释放 出能量以Y射线射出，而核内结构乙A不变，只是核能态发生变化。- 此伴随Y射线射出的核能级妖迁称为Y衰变。- 衰变反应式：AmX T AX +丫99 mTc T 99 Tc + 丫4343- Y粒子：极强贯穿本领，电离能力极弱，不带电。y照相机：一次性显像。静态、动态、局部、全身、功能、形态图像。20桢/秒单光子发射型计算机断层SPECT】）结构：Y机型双探头，旋转扫描机架，检查床，操作台和计算机组成。Y机型的改变：双探头，以步进式或连续旋转方式采集信号Y机型双探头：由准直器、闪烁体、光电倍增管、电阻矩阵（由一些阻值不同的电阻排列成的矩阵。四行，X+X-Y+Y-位置信号，N列）等零部件构成2）其放射性制剂是发生r衰变的同位素，体外进行的是单个光子数量的测量。成像方法：滤波反投影重建二维 的活度分布图象：可做横断层和纵断层成像横断层层厚由y1-y2决定，灵活，但也需衰减矫正正电子发射计算机断层PET正电子发射计算机断层扫描:是核医学发展的一项新技术，代表了当代最先进的无创伤性高品质影像诊 断的新技术，是高水平核医学诊断的标志，也是现代医学必不可少的高技术。PET作为一种三维医学成像技术，结合计算机化横断面影像重建技术（如同CT扫描所用的）和放射性药物来产 生影像。PET符合成像的独特性是使用了正电子发射示踪剂，发生+衰变，产生的正电子会与电子发生湮没 辐射，产生一对飞行方向相反、能量为0.511 MeV的双光子，然后探测双光子。PET的物理基础正电子放射性核素通常为富质子的核素，它们衰变时会发射正电子。原子核中的质子释放正电子和中微子并衰变 为中子:P n + P + + v其中P为质子，n为中子，P+为正电子，v为中 微子，正电子的质量与电子相等，电量与电子的电量相同，只是符号相反。通常正电子（8+）衰变都发生于人工放 射性核素。PET的数据采集正电子湮灭作用产生的湮灭Y光子同时击中探测器环上对称位置上的两个探测器。每个探测器接收到Y光子后产生一个定时脉冲，这些定时脉冲分别输入符合线路进行符合甄别，挑 选真符合事件1符合线路设置了一个时间常数很小的时间窗（通常W15ns），同时落入时间窗的定时脉冲被认为是同一个正 电子湮灭事件中产生的Y光子对，从而被符合电路记录。时间窗排除了很多散射光子的进入。PET显像的特点 由于C、N、O是人体组成的基本元素，而F的生理行为类似于H，故应用11C、13N、150、18F 等正电子核素标记人体的生理物质如糖、氨基酸和脂肪，可在不影响内环境平衡的生理条件下，获得某一 正常组织或病灶的放射性分布（形态显示）、放射性标记药物浓集速率、局部葡萄糖氨基酸和脂肪代谢、血流 灌注、受体的亲和常数、氧利用率以及其他许多活体生理参数等，藉此显示的形态和功能参数，以研究和 诊断人体内的病理生理异常与疾病，它较之传统的解剖结构现象更深入更全面，可更早期地发现病变。 应用光子准直和符合探测技术，提供了很好的空间定位，大大提高了探测灵敏度。其灵敏度比MRI 高，比SPECT高10-100倍；改善了分辨率（可达4mm），可检出1cm大小的病灶，图象清晰，诊断准确率 高。 能从一定体积的组织快速获得35（或更多）层面的断层图象（CT、MRI均无法办到），且可获得全身各 方向的断层图象，使临床医生能一目了然地看到疾病全身状况，它对肿瘤转移和复发的诊断尤为有利。 由于它采用两个互成180度角的探测器进行探测，以及Y子光能量高，不易吸收，故湮没辐射的位 置深度对测量结果无明显影响，并可以得到极正确的衰减校正，它可用实测数和经衰减校正后的真实数进 行三维分布的“绝对”定量分析（精度±10%），远优于SPECT。 正电子核素为超短半衰期核素，适合于快速动态研究PET应用范围肿瘤学精神病学心血管系统药理学一.超声波基本物理性质(探测深度越大，超声频率越低)(一)超声波定义超声波是一种频率高于20KHz的机械波，它在弹性介质中传播。它在传播的过程中，必然与弹性介 质产生相互作用。人体的软组织属于弹性介质，所以超声波在人体体内传播时，它也与人体软组织产生相互作 用。超声波的产生条件：高频声源和传播超声的弹性介质。超声波特点：频率高，波长短，方向性强，能量大，危害小等。诊断用超声频率：1MHz-100MHz声阻抗(Z )：声压与质点振动速度之比。声压与质点振动速度同位相时，声阻抗为声阻Z=pc.单位 瑞利 (Rayleigh).声阻抗与密度有关，所以Z由介质固有性质决定；声阻抗与温度有关。声阻抗物理意义：代表介质阻 碍声波传播的能力。人体组织按声阻抗不同，分为： 低声阻：气体或充气组织，肺部组织-中声阻：液体和软组织，肌肉(超声检查) 高声阻：矿物组织，骨骼超声波在人体组织传播的过程中，受到人体组织的作用，产生衰减(attenuation)、反射(reflection)、透过 (transmission)> 折射寸(refraction)、散身寸(scattering)> 会聚(convergence)> 发散(divergence)> 衍射(diffraction)> 干涉(interference)和多普勒效应(Doppler effect)等现象。(四)超声波与人体组织的相互作用 超声波的热效应：温度升高 机械效应：振动和压力 化学效应： 空化效应： 这些生物效应，能引起组织产生某些变化、损伤甚至灭活，产生的大小与超声强度、频率、持续时 间有关。 超声诊断的安全剂量:10-40mW/cm2超声诊断技术的分类超声诊断技术的类型极其丰富，按利用超声参数的不同，大概可以分为下列类型：1. 脉冲回波幅度法2. 多普勒法3. 谐波成像(harmonic imaging)4. 超声 CT ( Ultrasonic Computed Tomography)利用声速或衰减进行计算机重建的图像。5. 声全息(acoustical holography)6. 超声组织定征(ultrasonic tissue characterization)脉冲回波幅度法这是一类利用超声反射回波幅度变化来获取组织信息的方法。它主要提供组织器官解剖等结构和形态方面的信 息。原理人体器官表面有被膜包绕，被膜同其下方组织的声阻抗差大，形成良好界面反射,声象图上出现完整而清晰的 周边回声,从而显出器官的轮廓。根据周边回声能判断器官的形状与大小。无回声：无反射，如血液、肿瘤、肾实质；低回声：肝炎不同程度的强回声：癌；骨质，结石；肺凡利用脉冲超声回波的幅度变化来传递人体组织的解剖结构情况的技术都属于脉冲回波幅度法。其中在显示器上以波形的大小表示人体组织回波幅度的变化的显示模式称为幅度调制型，如A型超声; 而用亮度表示人体组织回波幅度的变化的显示模式称为亮度调制型，如B型、C型、F型、M型超声等1. 主控电路最简单的主控电路是同步触发信号发生器。它周期性地产生同步触发脉冲信号，分别去触发控制发 射电路、扫描发生器。2. 发射电路发射电路是在受到同步信号触发时，产生高压电脉冲去激励探头发射超声波。3. 接收电路 它包括射频放大电路、解调和抑制、视频放大电路三个基本部分衰减概念：声波在介质中传播时，声波声强随传播距离增加而逐渐减弱的现象；声波衰减的主要原因扩散衰减：反射波，折射波或者波阵面的扩大造成单位截面通过的声能减小；散射衰减：声波传播过程中，由于散射中心的散射作用，产生散射波，从而使沿传播方向上的声波能量减小； 吸收衰减：声波传播过程中，与介质相互作用，声能被吸收，转化为热能或其他形式的机械能，从而使沿传播 方向上的声波能量减小；声波在介质中的衰减规律：频率越大，传播距离越长，衰减越大 A 型超声（Amplitude Modulation）幅度显示型：荧光屏上出现脉冲波形，脉冲的幅度依据反射回波的强度大小决定，脉冲间距离正比于反射界 面间距离。示波器上：横坐标表示波传播时间即探测深度。纵坐标表示脉冲的回波幅度信号。提供轴向一维组织信息， 用于实质性病变的定位诊断（病灶到体表的深度）。可据回波脉冲幅度及形状推测病灶的性质。这种模式测量距离比较准确。目前在眼科应用中比较多。超声波声束不扫查，只进行一个方向的传播，并利用 显示波形的幅度反映组织界面反射回波的大小的一种超声诊断仪。 M 型超声（Motion Modulation）运动显示方式：亮度调辉运动展开型，将回波幅度信号加到显像管z轴亮度调辉极上，提供轴向一维诊断信 息，主要用于心脏等运动器官检测。图像亮度：是回波幅度纵坐标：传播时间即探测深度横坐标：慢速时间扫描信号，用于展开人体活动器官的运动轨迹（心脏的活动时相），显示心脏各层结构相对 体表的相对距离随时间的变化曲线，反映心脏一维空间组织结构的运动情况，所以称为M型（Motion Mode九 在产科中用来测量胎心。M型超声波声束同样不扫查，只进行一个方向的传播，但利用显示屏上随时间展开的深度变化曲线的亮度来反 映组织界面反射回波大小的一种超声诊断仪，它属于辉度调制型.M型和A型不同点有：1、视放输出的回波信号不是去驱动CRT的Y轴偏转，而是送到CRT的阴极或栅极进行亮度调制。2、深度扫描电路（A型称之时基电路）输出的扫描信号不是驱动CRT的X轴偏转，而是Y轴偏转，并在X轴 上加上时间扫描信号，用作时间坐标。3、标距电路采用点阵距离刻度，上下两点距离表示深度距离（如1cm），左右两点距离表示时间（如0.5s）。 B 型超声（Bright Modulation）辉度调制显示方式：亮度调辉型，将回波幅度信号加到显像管z轴亮度调辉极上，提供二维断层图像，也可 实时动态观测。图像亮度：是回波幅度纵坐标：传播时间即探测深度横坐标：时间扫描信号，但时间扫描电压变化速率一定要与声线的实际位置严格对应，即与探头移动同步变 化。超声多普勒成像基本原理：多普勒频移为负，血流远离探头运动接收频率高于fo多普勒频移为正，血流朝 向探头运动；接收频率低于fo,通过测量计算获得fd，实现血流速度v的测量。通过超声的多普勒效应，可方 便测量运动的目标，目前巳形成了多种诊断设备，用于心脏、血管、血流和胎儿心率等诊断，如超声血流测量 仪、超声胎儿测量仪、超声血管显像仪、心脏探查仪等。包括1.脉冲式多普勒超声2,连续式多普勒超声3.高脉冲重复频率式多普勒超声4.彩色多普勒血流成像1.脉冲多普勒超声基本原理：由超声换能器以脉冲波的形式发射一组脉冲，再选定一定的时间延迟后，接收回波信号，也就是频 移信号。脉冲式多普勒超声技术因具有距离选通功能，故可定位测量不同深度的血流速度信息，这是其最重要 的优点；但缺点是，能获得的血流最大速度与最大可测深度之间互相制约。脉冲多普勒超声成像：对应探头发射的超声波对应产生的回波，探头只在一选定的时间延迟Tk （接收回波延迟 时间）后才开始接受回波信号，即只接收某一深度界面上的回波信号。从而实现了基于多普勒效应，对选定深度 运动物体运动速度的测定。多道距离选通：采用一道发射电路和多道选通测量电路获得沿声束传播方向获得均匀分布于血管内的多个采样 容积实现同时测量获得血管内各点的血流速度，构成流速分布图2）.扫描发生器DSC扫描发生器产生的扫描电压加至显示器的偏转系统，使电子束按一定的规律扫描，在显 示器上显示出曲线的轨迹或切面图像。 数字扫描变换器DSC（Digital Scan Converter）原理 将图像的极坐标转换为直角坐标，并用计算机技术和数字图像处理技术完成图像修补，使图像质量 更高。超声多普勒诊断仪简称D型超声诊断仪。这类诊断仪是利用多普勒效应原理，对运动的脏器和血流进行检测的 仪器。按超声源在时域的工作状态，可以将多普勒系统分为连续波多普勒（CW）和脉冲波多普勒（PW）。CW是连续地发射和接收超声波的一种多普勒系统PW是采用一个换能器按一定周期发射和接收超声波，而且是发射窄脉冲超声波的一种多普勒系统辐射防护