各种成像技术的临床应用比较
各种成像技术的临床应用的比较
专业：层次：学号：姓名：
【摘要】目的：对各种成像技术的临床应用进行比较分析，为临床科学合理应用提供参考。方法：根据各种成像技术的影像特点进行对比分析，评价成像性能、影像特点及其差别。结果：CR、DR和CT都是利用X线成像，超声用超声波成像，MRI则用人体中的氢核成像，其中CR与DR成像转换方式各自不同。结论：X线在骨肌系统和胸部多是首选；CT在中枢神经系统疾病、心及大血管疾病腹部及盆腔部疾病的诊断价值高；超声在各部位软组织器官、妇产科有重要应用；MRI对脑和脊髓及诊断乳腺疾病有重要价值。
【关键词】CR、DR、CT、超声、MRI、临床应用
1、引言
1895年发现X线以后不久，X线就被用于人体疾病检查，形成X线诊断学，并奠定了医学的基础成像。20世纪50年代到60年代开始应用超声与核素显像进行人体检查，出现了超声成像核闪烁显像。20年代70年代到80年代有相继出现了CT、MRI等新的成像技术。各种成像原理与方法不同，诊断价值与限度亦各异，了解并掌握各种成像技术的成像性能、影像特点及其差别有助于在临床上面对不用的疾病时用选用适合的成像技术进行检查，对诊断疾病更有利。
2、各种成像技术的成像性能、影像特点
2.1 CR影像特点．
(1)高灵敏度：即使密集很弱的信号也不会被噪声所掩盖而显示出来。
(2)较高的空间分辨率(3．3 Lp／,mn)：能分辨影像中较小的细节。
(3)具有很高的线性度：在影像系统中，整个光谱范围内得到的信号与真实影像光强度呈线性关系。
(4)大动态范围：系统能同时检测到极强和极弱的信号．使影像显示出更丰富的层次。
(5)识别性能优越：系统能准确地扫描出影像信息。显示最理想、高质量的图像。
(6)宽容度大：可最大限度地减少X线照射量从而获得较佳的影像图像。
2.2 DR的影像特点
(1)图像质量高：空间分辨率3．6LP／mm，DQE、MTF高，图像层次丰富。
(2)时间分辨力高：成像速度快，曝光后几秒即可显示图像，优化改善了工作流程。
(3)曝光宽容度大：成功率达100％，可修正后处理调节。
(4)后处理功能强大：有对比度、亮度、边缘处理、增强、黑自、反转、放大、缩小、测量等。
(5)无胶片化：图像在计算机中存储、转输、调阅，节省了存储空间及胶片和冲片费用。
(6)可与PACS融合131：可直接与PACS系统联网，实现远程会诊。
2.3 CT成像的影像特点
（1）CT是用X线对人体层面进行扫描，取得信息，经计算机处理面二获得的重建图像，所显示的是断面解剖图像，齐密度分辨力明显优于X线。
（2）CT检查简便、迅速、安全、无痛苦，CT图像为断层图像，空间分辨力高，解剖关系清楚，病变显示良好，对病变的检出率和诊断的准确率均较高。
（3）CT图像是由一定数目的由黑到白不同灰度的像素，按矩阵排列所构成，它反映器官和组织对X线的吸收程度。
（4）CT图像不仅以不同灰度显示器密度的高低，还可用组织对X线的吸收系数说明其密度高低的程度，具有量的概念。
（5）CT图像是层面图像，常用的是横断面，为了显示整个器官，需要多个连续的层面图像，通过CT设备上的图像重建程序，还可重建冠状面和矢状层面图像。
2.4超声成像的影像特点
（1）超声检查是无创性、无痛苦、无电离辐射的检查，对人体无损害，简便易行，对治疗后的病灶可重复检查，动态随访。
（2）超声图像层次清楚，接近人体解剖真实结构，能清晰显示脏器大小、边缘形态、毗临关系和内部回声。
（3）超声分辨力强，对小病灶有良好的显示能力，1～2mm的占位病变能清晰显示并准确定位和测量大小。
2.5 MRI的影像特点
（1）MRI所显示的解剖结构非常逼真，在良好清晰的解剖背景上，再显出病变影像，使得病变同解剖结构的关系更明确。
（2）MRI的流空效应使血管腔不注入对比剂就可以显影
（3）MRI可获得人体横面、冠状面、矢状面及任何方向断面的图像，利于病变的三维定位。
（4）对心脏大血管的形态与动力学研究可在无创伤、无电离辐射下完成。
3 各种成像技术的临床应用
3.1 CR的临床应用
1)CR系统在头颈部的应用：利用自动调节激光发光量和放大增益。可最大限度地减少X线曝光量。利用频率增强可清晰锐利显示颅骨线样骨折，利用空间频率原理口J清晰显示颅面骨骨折。
(2)CR系统在胸部的应用：改善了胸部成像方式并提高了胸部影像的显示水平、曝光的宽容度，减少X线剂量与强大的图像后处理功能联合使用_廿r得到满意的图像。
(3)CR系统在腹部的应用：具有很高的密度分辨率，多种图像后处理可充分显示腹部内的影像，扩大r应用范围。
(4)CR系统在骨骼的应用：X曝光剂量低．通过图像后处理可使骨皮质内缘显示更清晰，可直接测量，对定位定量精度明显提高．骨结构显示更清晰，还可行矿物盐含量的定量分析。
3.2 DR的临床应用
(1)DR系统在头颈部的应用：照射条件低于屏／片组合系统．可清晰显示头颈部图像以及显示难以显示的上段胸椎。
(2)DR系统在胸部的应用：可正负片反转，可突出胸部重点。选择性开窗显像，可调节窗宽、窗位等各种级别灰度，可处理边缘局部，可分别显示胸部各类器官．曝光量在l一3 mAs。
(3)DR系统在腹部应用：最大优点是实时采集和存储，回放图像处理，可电视定位，即时性和连续性，自动设定曝光条件。
3.3 CT的临床应用
（1）CT检查对中枢神经系统疾病的诊断价值较高，应用普遍。对颅内肿瘤、脓肿与肉芽肿、寄生虫病、外伤性血肿与脑损伤、脑梗塞与脑出血以及椎管内肿瘤与椎间盘脱出等病诊断效果好，诊断较为可靠。
（2）对胸部疾病的诊断，CT检查随着高分辨力CT的应用，日益显示出它的优越性。通常采用造影增强扫描。
（3）心及大血管的CT检查，尤其是后者，具有重要意义。心脏方面主要是心包病变的诊断。心腔及心壁的显示。
（4）腹部及盆部疾病的CT检查，应用日益广泛，主要用于肝、胆、胰、脾，腹膜腔及腹膜后间隙以及泌尿和生殖系统的疾病诊断。尤其是占位性病变、炎症性和外伤性病变等。
3.4 超声的临床应用
（1）超声能清晰显示女性盆腔内的结构而成为妇科疾病诊断的重要手段。特别是在产科的应用，从早孕至分娩的全过程都可以用超声监护：观察胎儿的发育过程，判断胎儿成熟度以及有无先天畸形，了解胎盘及脐带的状况，等等。值得重视的是经阴道超声显像，能显示子宫、卵巢及附件
的细微结构，显著提高了妇产科疾病的诊断准确性和灵敏性。经阴道彩色多普勒的应用，在高分辨力二维声像图基础上能显示盆腔、子宫及其肿瘤的较小血管和血流频谱特征，有助于了解病变的血流状态、良恶性肿块的鉴别以及宫外孕的早期诊断
（2）超声心动图检查目前进入了频谱型和彩色多普勒型的新阶段，加之经食管超声及三维超声等先进技术的应用，可以全面、直观、精确、实时地观察心脏及大血管的解剖结构，心肌及辩膜的运动状态以及血流动力学状况，从而能够为心血管的生理病理情况提供准确的信息，把先天性心脏病、心脏瓣膜病、心肌病以及冠心病等。心脏病的诊断水平推进到了新的高度，并且对于许多手术病例，超声检查在术前、术中及术后的监视亦有很大帮助。
（3）腔内超声、术中超声，可以发现某些疾病早期的细小病变，肿瘤侵犯范围的准确定位，有无周围淋巴结的转移等，用以进行肿瘤的分期和制定合理的主料方案。
3.5MRI的临床应用
（1）在神经系统应用较为成熟。三维成像和流空效应使病变定位诊断更为准确，并可观察病变与血管的关系。对脑干、幕下区、枕大孔区、脊髓与椎间盘的显示明显优于CT。对脑脱髓鞘疾病、多发性硬化、脑梗塞、脑与脊髓肿瘤、血肿、脊髓先天异常与脊髓空洞症的诊断有较高价值。
（2）纵隔在MRI上，脂肪与血管形成良好对比，易于观察纵隔肿瘤及其与血管间的解剖关系。对肺门淋巴结与中心型肺癌的诊断，帮助也较大。
（3）心脏大血管在MRI上因可显示其内腔，所以，心脏大血管的形态学与动力学的研究可在无创伤的检查中完成。
（4）对腹部与盆部器官，如肝、肾、膀胱，前列腺和子宫，颈部和乳腺，MRI检查也有相当价值。在恶性肿瘤的早期显示，对血管的侵犯以及肿瘤的分期方面优于CT。
（5）骨髓在MRI上表现为高信号区，侵及骨髓的病变，如肿瘤、感染及代谢疾病，MRI上可清楚显示。在显示关节内病变及软组织方面也有其优势。
4 结束语
不同的成像技术和检查方法在诊断中都有各自的优势与不足，像CT虽然检查安全，但患者接受的射线剂量通常比X线摄影大。而且对于某一种疾病，可能用一种检查就可以明确诊断，例如外伤性骨折，X线检查就多可以做出诊断；也可能是一种检查不能发现病变，而另一种检查则可确诊，如肺的小结节性病变，胸部X线未发现，而CT则能检查并诊断为肺癌；也可能是综合几种成像手段与检查方法才能明确诊断。因此，需要掌握不同成像手段在不同疾病诊断在临床应用中的优势与限度，以便能恰当地选择一种或综合应用几种成像手段和检查方法，来进行诊断
【参考文献】
[1] 王家富，李勇，马铎，韩巍，王丽范. PET／CT的原理及临床应用[M] .亚太传统医药,2010,06(9).
[2] 甘泉，刘冬明，殷瑞根，刘文，赵天,万志水，王骏,王冬青，彭卫斌.CR与DR性能影像特点及其临床应用的比较研究[J].医疗卫生装,2009, 30(2).
[3] 李哓光. 多层螺旋CT的原理及临床应用[M].当代医学，2010，7（2）.
[4] 陆恩祥.血管超声的临床应用 [期刊论文].辽宁医学杂志,15(3).
[5] 鲁珊珊,王德杭,李永军,冯阳,周敏林,刘许慧. 全身MRI与核素骨扫描对骨转移瘤诊断价值的对照研究[M].中华放射学杂志,2011,45(5)
[6] 黄振国,张雪哲,洪闻,王国春,周惠琼,卢昕,王武.早期强直性脊柱炎骶髂关节病变的X线、CT 和MRI对比研究[M].中华放射学杂志,45 (11)
[7]王骏，甘泉．医学影像技术[M].镇江：江苏大学出版社，2008：62—87．
分子影像技术简介及其在肿瘤方面的应用
分子影像技术简介及其在肿瘤方面的应用 【摘要】分子影像技术是运用影像学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子,反映活体状态下分子水平变化,对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学[1]。分子影像技术能够可视化活体生物分子水平上正常和异常的生物进程,是一种新的生物医学方法,在活体内的细胞和亚细胞水平的生物可视化、特征化和量化细胞进程。分子影像技术在临床医学上具有重大的应用价值,本文主要对肿瘤方面的应用进行简单综述。 【关键字】分子影像技术肿瘤分子探针技术 肿瘤是威胁人类健康的重要疾病之一。肿瘤的早期诊断和治疗是提高患者生存质量和治愈率的关键。传统的X线、超声、CT、MRI 和 PET 难以发现早期阶段的肿瘤,对其定位、定性诊断相当困难,而随着纳米技术的发展及分子探针在影像学中的不断应用,影像医学已从对传统的解剖和生理功能的研究深入到分子水平成像,为肿瘤的早期诊断、治疗及生物学特性研究带来了希望[2]。 1.分子影像技术的基本概念 分子影像学是传统的医学影像技术与现代分子生物学相结合产生的一门新兴学科。分子影像技术能够从细胞、分子层面探测到疾病的初期变化,具有传统成像手段所没有的无创伤、实时、活体、特异、精细显像等优点[3]。分子影像技术是将分子生物学技术和现代医学影像学相结合的产物通过发展新的工具、试剂及方法探查疾病过程中细胞核分子水平的异常[4]。 2.分子影像技术的特点 分子影像技术主要是利用各种医学影像技术,对人体内部生理或病理过程在分子水平上进行无损伤的、实时的成像[5]。传统的医学影像技术以人体内部的物理性质或生理特性作为成像对比的源,如密度、散射、质子密度、或血流量等生理量,
光电成像技术
2014-2015 第一学期 光电成像技术 ——红外热成像技术的发展及其应用 院系电子工程学院光电子技术系 班级光信1104 姓名王凯 学号05113123 班内序号14 考核成绩
红外热成像技术的发展及其应用 摘要：用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，我们称为红外热成像仪。 关键字：红外线，红外热成像技术，发展及其应用 一、引言 1800年英国的天文学家Mr.William Herschel 用分光棱镜将太阳光分解成从红色到紫色的单色光，依次测量不同颜色光的热效应。他发现，当水银温度计移到红色光边界以外，人眼看不见任何光线的黑暗区的时候，温度反而比红光区更高。反复试验证明，在红光外侧，确实存在一种人眼看不见的“热线”，后来称为“红外线”，也就是“红外辐射”。 二、红外热成像技术 我们人眼能够感受到的可见光波长为：0.38—0.78微米。通常我们将比0.78微米长的电磁波，称为红外线。自然界中，一切物体都会辐射红外线，因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差，可以得到不同的红外图像，称为热图像。同一目标的热图像和可见光图像是不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是目标表面温度分布图像，或者说，红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。 用红外热成像技术，探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的设备，我们称为红外热成像仪。红外热成像仪大致分为致冷型和非致冷型两大类。 目前，世界上最先进的红外热像仪（热成像仪或红外热成像仪），其温度灵敏度可达0.03℃。 1、红外热像仪的工作原理 红外热像仪可将不可见的红外辐射转换成可见的图像。物体的红外辐射经过镜头聚焦到探测器上，探测器将产生电信号，电信号经过放大并数字化到热像仪的电子处理部分，再转换成我们能在显示器上看到的红外图像。
光电成像原理复习指南(含答案)
复习指南 注：答案差不多能在书上找到的都标注页数了，实在找不到的或者PPT上的才打在题后面了，用红色和题干区分。特此感谢为完善本文档所做出贡献的各位大哥。(页码标的是白廷柱、金伟其编著的光电成像原理与技术一书) 1.光电成像系统有哪几部分组成?试述光电成像对视见光谱域的延伸以及所受到的限制(长波限制和短波限制)。(辐射源，传输介质，光学成像系统，光电转换器件，信息处理装置。P2-4) 答:辐射源，传输介质，光学成像系统，光电转换器件，信息处理装置。 [1]电磁波的波动方程该方程电磁波传递图像信息物空间和像空间的定量关系，通过经典电磁场理论可以处理电磁波全部的成像问题 [2]收到的限制：当电磁波的波长增大时，所能获得的图像分辨力将显著降低。对波长超过毫米量级的电磁波而言，用有限孔径和焦距的成像系统所获得的图像分辨力将会很低。因此实际上己排除了波长较长的电磁波的成像作用。目前光电成像对光谱长波阔的延伸仅扩展到亚毫米波成像。除了衍射造成分辨力下降限制了将长波电磁波用于成像外，用于成像的电磁波也存在一个短波限。通常把这个短波限确定在X 射线(Roentgen 射线)与y 射线(Gamma 射线)波段。这是因为波长更短的辐射具有极强的穿透能力，所以，宇宙射线难以在普通条件下聚焦成像。 2.光电成像技术在哪些领域得到广泛的应用?光电成像技术突破了人眼的哪些限制?(P5) 答：[1]应用：(1)人眼的视觉特性(2)各种辐射源及目标、背景特性(3)大气光学特性对辐射传输的影响(4)成像光学系统(5)光辐射探测器及致冷器(6)信号的电子学处理(7)图像的显示 [2]突破了人眼的限制:(1)可以拓展人眼对不可见辐射的接受能力(2)可以拓展人眼对微弱光图像的探测能力(3)可以捕捉人眼无法分辨的细节( 4)可以将超快速现象存储下来 3.光电成像器件可分为哪两大类?各有什么特点?(P8)固体成像器件主要有哪两类?(P9，CCD CMOS) 答：[1]直视型：用于直接观察的仪器中，器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，可直接显示输出图像，通常使用光电发射效应，也成像管.[2]电视型：于电视摄像和热成像系统中。器件本身的功能是完成将二维空间的可见光图像或辐射图像转换成一维时间的视频电信号使用光电发射效应或光电导效应，不直接显示图像. 电荷耦合器件，简称CCD；自扫描光电二极管阵列，简称SSPD，又称MOS图像传感器 4.什么是像管?由哪几部分组成?(P8第一段后部) 器件本身具有图像的转换、增强及显示等部分，它的工作方式是：通过外光电效应将入射的辐射图像转换为电子图像，而后由电场或电磁场的聚焦加速作用进行能量增强以及通过二次发射作用进行电子倍增，经过增强的电子图像轰击荧光屏，激发荧光屏产生可见光图像。这样的器件通常称为像管。 基本结构包括有：光电发射体、电子光学系统、微通道板(电子倍增器件)、荧光屏以及保持高真空工作环境的管壳等。 5.像管的成像包括哪些物理过程?其相应的物理依据是什么?(P8第一段工作方式) （1）像管的成像过程包括3个过程 A、将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐射图像转换成电子图 像B、使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量倍增C、将获得增强后的电子图像转
光电成像技术玉林师范学院期末考试
1.简述： （1）CMOS器件和CCD器件的工作原理上有什么相同点和不同点； 答：CMOS图像传感器的光电转换原理与CCD基本相同，其光敏单元受到光照后产生光生电子。而信号的读出方法却与CCD不同，每个CMOS源像素传感单元都有自己的缓冲放大器，而且可以被单独选址和读出，工作时仅需工作电压信号，而CCD读取信号需要多路外部驱动。 （2）在应用上各自有什么优缺点，以及各自的应用领域是什么 答：优缺点比较：CMOS与CCD图像传感器相比，具有功耗低、摄像系统尺寸小，可将图像处理电路与MOS图像传感器集成在一个芯片上等优点，但其图像质量（特别是低亮度环境下）与系统灵活性与CCD的相比相对较低。灵敏度代表传感器的光敏单元收集光子产生电荷信号的能力，而CCD灵敏度较CMOS高30%～50%。电子-电压转换率表示每个信号电子转换为电压信号的大小，由于CMOS在像元中采用高增益低功耗互补放大器结构，其电压转换率略优于CCD。 运用的领域：CMOS传感器在低端成像系统中具有广泛运用，如数码相机，微型和超微型摄像机。CCD在工业生产中的应用广泛，如冶金部门中的各种管、线轧制过程中的尺寸测量。 （3）全球生产CMOS器件和CCD几件的企业有哪些分别位于哪些国家，并对先关企业进行简要描述。 2、简要概述《光电成像原理与技术》各章的主要内容，并用自己的语言陈述各章之间的联系（文字在1000字以上）。 答： 1.光电成像技术的产生及发展，光电成像对视见光谱域的延伸，光电成像技术的应用范畴，光电成像器件的分类，光电成像器件的特性。 2.] 3.人眼的视觉特性与图像探测：人眼的视觉特性与模型，图像探测理论与图像探测方程，目标的探测与识别。 4.辐射源与典型景物辐射：辐射度量及光度量，朗伯辐射体及其辐射特性，黑体辐射定律，辐射源及其特性。 5.辐射在大气中的传输：大气的构成，大气消光及大气窗口，大气吸收和散射的计算，大气消光对光电成像系统性能的影响。 6.直视型电真空成像器件成像物理：像管成像的物理过程，像管结构类型与性能参数，辐射图像的光电转换，电子图像的成像理论，电子图像的发光显示，光学图像的传像与电子图像的倍增。 7.直视型光电成像系统与特性分析：直视型光电成像系统的原理，夜视光电成像系统的主要部件及特性，直视型夜视成像系统的总体设计，夜视系统的作用距离。 8.电视型电真空成像器件成像物理：电视摄像的基本原理，摄像管的主要性能参数，摄像管的分类，热释电摄像管，电子枪简介。 9.固体成像器件成像原理及应用： CCD的物理基础与工作原理， CDD的结构与特性，CCD 成像原理，增强型（微光）电荷耦合成像器件，CCD的应用，CMOS成像器件及其应用。10.电视型光电成像系统与特性分析：电视系统的组成与工作原理，电视型微光成像系统（微光电视），成像光子计数探测系统。 11.红外热成像器件成像物理：红外探测器的分类，红外探测器的工作条件与性能参数，光电导型红外探测器，光伏型红外探测器，红外焦平面阵列探测器，非制冷红外焦平面陈列探测器，量子阱红外探测器。
CT成像原理与临床应用
CT成像原理与临床应用 内容提要 ?CT发展概述 ?CT扫描仪的主要结构 ?CT成像的基本原理(重点、难点) ?CT图像特点 ?影响CT图像的因素(重点) ?CT检查方法与临床应用(难点) ?CT诊断方法 ?CT诊断报告的书写规范 ?CT的新进展 CT发展概述 ?CT(computed tomography)即计算机断层摄影。 ?发明人:英国科学家Hounsfield。 ?发明时间:1969年设计成功,1972年公诸于世的。 ?突出特点: ?就是X线成像与计算机技术相结合的产物。 ?就是横断面图像显示,没有重叠或重叠很少。 ?密度分辨率高,图像清晰,诊断准确。 ?CT问世的意义:大大扩展了影像检查的范围,就是影像诊断学发展史上的里程碑。Hounsfield因此获得了1979年诺贝尔奖。 CT的发展历程 2004年64层的螺旋CT问世(3D) ?2002年16层的螺旋CT问世 ?2000年8层的螺旋CT问世 ?1998年4层螺旋CT应用于临床 ?1993年双排CT研制成功 ?1989年螺旋CT应用于临床 ?1983年电子束CT(EBCT)研制成功 ?1978年国内开始引进CT ?1974年全身CT应用于临床 ?1972年CT正式应用于临床 CT发展史 ——传统CT ?CT分代扫描方式检测器数量 X线束形态扫描时间用途 ?第一代:平移/旋转一个直线形 4-5分/层头颅 ?第二代:平移/旋转几十个小扇形 18秒/层头腹
?第三代:旋转/旋转几百个大扇形 2-4秒/层全身 ?第四代:旋转/固定几千个大扇形 1-4秒/层全身 ?第五代: 电子束CT ?第六代: 螺旋CT CT发展史 ——传统CT ?CT分代扫描方式检测器数量 X线束形态扫描时间用途 ?第一代:平移/旋转一个直线形 4-5分/层头颅 CT发展史 ——传统CT ?CT分代扫描方式检测器数量 X线束形态扫描时间用途 ?第二代:平移/旋转几十个小扇形 18秒/层头腹 CT发展史 ——传统CT ?CT分代扫描方式检测器数量 X线束形态扫描时间用途 ?第三代:旋转/旋转几百个大扇形 2-4秒/层全身 CT发展史 ——传统CT 小结:X线成像与常规CT成像的异同点 相同点:X线、灰阶图像 不同点 X照片:X线穿透人体后在胶片上形成潜影,经显定影处理后得到X线图像。 CT成像:安装于扫描机架上的X线管发射X线,X线管与探测器环绕患者做机械性往复运动,X线穿透扫描层面后被探测器检测并转化为电流信号,再转化为数字信号,由计算机实现横断面图像重建。 CT发展史 ——电子束CT 的概念 ?1982年设计成功。由电子枪发射电子束,经偏转线圈偏转,形成4束电子束同时打击钨靶,产生X线,并用于成像。其显著特点就是扫描速度快(可短到40ms/层),密度与空间分辨率高。主要用于心脏大血管病变检查。设备非常昂贵,国内装机量少。 CT发展史
光电成像原理与应用复习资料
1、光电效应应按部位不同分为内光电效应和外光电效应，内光电效应包括（光电导）和（光伏效应）。 2、真空光电器件是一种基于（外光电）效应的器件，它包括（光电管）和（光电倍增管）。 3、光电导器件是基于半导体材料的（光电导）效应制成的，最典型的光电导器件是（光敏电阻）。 4、硅光电二极管在反偏置条件下的工作模式为（光电导），在零偏置条件下的工作模式为（光伏模式）。 5、变象管是一种能把各种（不可见）辐射图像转换成为（可见）图像的真空光电成像器件。 6、固体成像器件电荷转移通道主要有两大类，一类是（SCCD），另一类是（BCCD）。 7、光电技术室（光子技术）和（电子技术）相结合而形成的一门技术。 8、场致发光有（直流）、（交流）和结型三种形态。 9、常用的光电阴极有（正电子亲合势光电阴极）和（负电子亲合势光电阴极），正电子亲和势材料光电阴极有哪些（Ag-O-Cs,单碱锑化物，多碱锑化物）。 10、根据衬底材料的不同，硅光电二极管可分为（2DU）型和（2CU）型两种。 11、像增强器是一种能把（微弱）增强到可以使人眼直接观察的真空光电成像器件，因此也称为（微光管）。 12、光导纤维简称光纤，光纤有（纤芯）、（包层）及（外套）组成。 13、光源按光波在时间，空间上的相位特征可分为（相干）和（非相干）光源。 14、光纤的色散有材料色散、（波导色散）和（多模色散）。 15、光纤面板按传像性能分为（普通OFP）、（变放大率的锥形OFP）和（传递倒像的扭像器）。 16、光纤的数值孔径表达式为（），它是光纤的一个基本参数、它反映了光纤的（集光）能力。 17、真空光电器件是基于（外光电）效应的光电探测器，他的结构特点是有一个（真空管），其他元件都置于（真空管）。 18、根据衬底材料的不同，硅光电电池可分为（2DR）型和（2CR）型两种。 19、根据衬底材料的不同，硅光点二、三级管可分为（3DU）型和（3CU）型两种。 20、为了从数量上描述人眼对各种波长辐射能的相对敏感度，引入视见函数V（f）, 视见函数有（明视见函数）和（暗视见函数）。 21、PMT有哪几部分组成？并说明店子光学系统的作用是什么？PMT的工作原理？ PMT主要由入射窗口、光电阴极、电子光学系统、电子倍增系统和阳极五个主要部分组成。 电子光学系统的主要作用有两点: 1、使光电阴极发射的光电子尽可能全部汇聚到第一倍增极上，而将其他部分的杂散热电子散射掉，提高信噪比. 2 . PMT的工作原理 1．光子透过入射窗口入射在光电阴极K上 2．光电阴极K受光照激发，表面发射光电子 3．光电子被电子光学系统加速和聚焦后入射到第一倍增极D1上，将 发射出比入射电子数更多的二次电子。入射电子经N级倍增后， 光电子数就放大N次. 4．经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流I p，在负载R L上产生信号电压Ｕ0。 22、PMT的倍增极结构有几种形式？个有什么特点？ 鼠笼式,盒栅式，直线聚焦型，百叶窗式，近贴栅网式，微通道板式。 23、什么是二次电子？并说明二次电子发射过程的三个阶段是什么？光电子发射过程的三步骤？ 答：当具有足够动能的电子轰击倍增极材料时，倍增极表面将发射新的电子。称入射的电子为一次电子，从倍增极表面发射的电子为二次电子。 二次电子发射过程的三个阶段： 1) 材料吸收一次电子的能量，激发体内电子到高能态，这些受激电子称为内二次电子； 2) 内二次电子中初速指向表面的那一部分向表面运动，在运动中因散射而损失部分能量； 3) 到达界面的内二次电子中能量大于表面势垒的电子发射到真空中，成为二次电子。 24、简述Si-PIN光电二极管的结构特点，并说明Si-PIN管的频率特性为什么比普通光电二极管好？p69 25、简述常用像增强器的类型？并指出什么是第一、第二和第三代像增强器，第四代像增强器在在第三代基础上突破的两个技术室什么？p130 1). 级联式像增强器2) 第2代像增强器（微通道板像增强器）3).第3代像增强器4).第4代像增强器 26、什么是光电子技术?光电子技术以什么为特征？ 光电子技术是：光子技术与电子技术相结合而形成的一门技术。主要研究光与物质中的电子相互作用及其能量相互转
磁共振成像的原理和临床应用
磁共振成像原理与临床应用 一、授课提纲：内容分四个部分：磁共振的发展背景和历史；磁共振的基本原理；磁共振的 安全性和优缺点；磁共振临床应用。 1、背景和发展历史：1946年由美国斯坦福大学的Felix Bloch和哈佛大学的Edward Purcell发现核磁共振现象，为此获得1952年诺贝尔奖。磁共振的发展史中共有16 位诺贝尔获奖者，分别在物理学、化学和生理医学奖项中夺魁。尤其近几年磁共振 在医学领域中的应用越来越广泛，从单纯的形态解剖学显示向功能和分子影像发 展，从而显示出磁共振的强大潜能。 2、磁共振基本原理：分物理学基础、磁共振的基本序列和图像特点三个方面概述。介 绍了磁化、进动、Larmor公式、静磁场（主磁场）和射频脉冲、驰豫和横向、纵向 驰豫，重复和回波时间、梯度磁场及两个主要基本序列（SE和GRE） 3、高磁场下的安全性：禁忌症和注意事项 4、磁共振的临床应用：包括三个方面，分别是形态解剖学的显示：尤其在细微解剖结 构、动态器官和血管解剖的形态显示上具有独特优势。其次是特殊序列的结构显示，如水成像、磁敏感加权显示，对于胆道、泌尿系和椎管等富有液性成分的结构能清 晰显示管腔内情况，对于梗阻的判断非常直接。最有优势体现在功能解剖学的显示，如脑功能成像，分别从弥散、灌注、波谱和神经网络及分子影像方面加以展示。 二、常用术语 1、共振、自旋磁矩、磁化、进动、Larmor公式 2、T1WI和T2WI、横向和纵向驰豫、重复和回波时间（TR、TE） 3、SE序列和GRE序列 三、磁共振成像过程 ?把病人放进磁场→人体被磁化产生纵向磁化矢量 ?发射射频脉冲（同时进行空间定位编码）→人体内氢质子发生共振从而产生横向 磁化矢量 ?关掉射频脉冲→质子发生T1、T2弛豫（同时进行空间定位编码） ?线圈采集人体发出的MR信号→计算机处理（付立叶转换）→显示图像
MRU成像技术和临床应用的
MRU成像技术和临床应用 John R. Leyendecker, MD; Craig E. Barnes, MD; Ronald J. Zagoria, MD 磁共振尿路成像（MRU）是一组成像技术，可无创性的评价尿路的病变。临床上，MRU用于评价可疑的尿路梗阻、血尿和先天畸形，以及术后解剖的改变，特别在儿童、怀孕患者，及需要避免辐射的情况。最常用的MRU技术可分为两类：静态液体MRU（简称静态MRU）和动态排泄期MRU （简称排泄MRU）。静态MRU采用重T2加权技术获得静态下的尿路影像，能够连续的重复使用（电影MRU）来更好显示尿路的全貌从而发现狭窄的部位，这项技术在集合系统扩张或梗阻的患者中应用得非常成功。排泄MRU用于经静脉注射造影剂后获得增强的排泄期影像。但要求患者肾功能良好，能够正常排泄和分泌造影剂。做排泄性MRU前的尿路准备也很重要，这能更好显示无扩张的集合系统。临床上，一般将静态和排泄MRU与传统的MRI一起应用来综合评价尿路情况。对MRU检查影像的观察要求医师对此项技术的缺点和伪影要非常熟悉。 概述 已经发展的尿路成像的技术有多种，其中只有CTU和MRU能够全面的综合评价尿路集合系统、肾实质和周围结构。虽然CTU在空间分辨率、组织分辨率和肾脏解剖的显示方面已接近极致，但MRU是一项更新的技术。MRU是一组能够无创性提供全面和特异的尿路检查的影像技术，而且无辐射。但同时，MRU的局限性和缺点是对钙化不敏感，成像时间长，对移动敏感，（与CT和X线比较）空间分辨率低。在本文中，我们回顾最常用的MR尿路成像技术，并讨论与MRU有关的特殊情况（如儿童患者、怀孕患者，肾功能不全、3T成像）。此外，我们还讨论MRU的临床应用范例，关于尿路结石性和非结石性的尿路梗阻、血尿、先天畸形，以及手术前后的评价。我们也讨论这项技术的局限性和常见伪影。 MRU技术 最常用的MRU技术可分为两类：（a）静态液体MRU（也称为静态MRU、T2加权MRU，或MR水成像）；（b）动态排泄期MRU（也称为增强T1加权MRU）。 静态液体MRU T2加权技术是最先采用的MR尿路成像方法。静态MRU将尿路当作一个装有静态液体的容器，采用T2加权技术利用液体长T2驰豫时间的特性来显像。因此，静态MRU尿路成像技术类似MRCP，屏气T2加权MRU可用于厚层单激发快速自旋回波技术或类似的薄层技术（如驰豫增强半傅立叶快速采集、单激发快速自旋回波，单激发双回波）。背景组织的信号强度可通过回波时间和脂肪抑制来调节。三维呼吸门控序列应用于获得薄层数据，经后处理获得尿路的容积显示（VR）或最大密度投影（MIP）。重T2加权静态MRU类似传统的排泄性尿路造影，用于快速确定尿路梗阻。可是，确定梗阻原因常常需要额外的序列（图1）。静态MRU不需要对比剂，因此可用于显示肾功能不齐的尿路梗阻。 图1 53岁，男性，前列腺癌淋巴结转移。（a）冠状位静态MRU显示右侧输尿管远端梗阻（箭头）。（b）冠状位单激发快速自旋回波图像显示增大的前列腺和转移的淋巴结（箭头）是导致输尿管梗阻的原因。
医学影像成像技术与原理
各种成像技术的临床应用的比较 【摘要】目的：对各种成像技术的临床应用进行比较分析，为临床科学合理应用提供参考。方法：根据各种成像技术的影像特点进行对比分析，评价成像性能、影像特点及其差别。结果：CR、DR和CT都是利用X线成像，超声用超声波成像，MRI则用人体中的氢核成像，其中CR与DR成像转换方式各自不同。结论：X线在骨肌系统和胸部多是首选；CT在中枢神经系统疾病、心及大血管疾病腹部及盆腔部疾病的诊断价值高；超声在各部位软组织器官、妇产科有重要应用；MRI对脑和脊髓及诊断乳腺疾病有重要价值。 【关键词】 CR、DR、CT、超声、MRI、临床应用 1引言 1895年发现X线以后不久，X线就被用于人体疾病检查，形成X线诊断学，并奠定了医学的基础成像。20世纪50年代到60年代开始应用超声与核素显像进行人体检查，出现了超声成像核闪烁显像。20年代70年代到80年代有相继出现了CT、MRI等新的成像技术。各种成像原理与方法不同，诊断价值与限度亦各异，了解并掌握各种成像技术的成像性能、影像特点及其差别有助于在临床上面对不用的疾病时用选用适合的成像技术进行检查，对诊断疾病更有利。 2各种成像技术的成像性能、影像特点 2.1 CR影像特点． (1)高灵敏度：即使密集很弱的信号也不会被噪声所掩盖而显示出来。 (2)较高的空间分辨率(3．3 Lp／,mn)：能分辨影像中较小的细节。 (3)具有很高的线性度：在影像系统中，整个光谱范围内得到的信号与真实影像光强度呈线性关系。 (4)大动态范围：系统能同时检测到极强和极弱的信号．使影像显示出更丰富的层次。 (5)识别性能优越：系统能准确地扫描出影像信息。显示最理想、高质量的图像。 (6)宽容度大：可最大限度地减少X线照射量从而获得较佳的影像图像。 2.2 DR的影像特点 (1)图像质量高：空间分辨率3．6LP／mm，DQE、MTF高，图像层次丰富。 (2)时间分辨力高：成像速度快，曝光后几秒即可显示图像，优化改善了工作流程。 (3)曝光宽容度大：成功率达100％，可修正后处理调节。 (4)后处理功能强大：有对比度、亮度、边缘处理、增强、黑自、反转、放大、缩小、测量等。 (5)无胶片化：图像在计算机中存储、转输、调阅，节省了存储空间及胶片和冲片费用。 (6)可与PACS融合131：可直接与PACS系统联网，实现远程会诊。 2.3超声成像的影像特点 （1）超声检查是无创性、无痛苦、无电离辐射的检查，对人体无损害，简便易行，对治疗后的病灶可重复检查，动态随访。 （2）超声图像层次清楚，接近人体解剖真实结构，能清晰显示脏器大小、边缘形态、毗临关系和内部回声。 （3）超声分辨力强，对小病灶有良好的显示能力，1～2mm的占位病变能清晰显示并准确定位和测量大小。 2.4 MRI的影像特点 （1）MRI所显示的解剖结构非常逼真，在良好清晰的解剖背景上，再显出病变影像，使得病变同解剖结构的关系更明确。 （2）MRI的流空效应使血管腔不注入对比剂就可以显影
磁共振成像的基本原理和概念
磁共振成像的基本原理和概念 第一节磁共振成像仪的基本硬件 医用MRI仪通常由主磁体、梯度线圈、脉冲线圈、计算机系统及其他辅助设备等五部分构成。 一、主磁体 主磁体是MRI仪最基本的构件，是产生磁场的装置。根据磁场产生的方式可将主磁体分为永磁型和电磁型。永磁型主磁体实际上就是大块磁铁，磁场持续存在，目前绝大多数低场强开放式MRI仪采用永磁型主磁体。电磁型主磁体是利用导线绕成的线圈，通电后即产生磁场，根据导线材料不同又可将电磁型主磁体分为常导磁体和超导磁体。常导磁体的线圈导线采用普通导电性材料，需要持续通电，目前已经逐渐淘汰；超导磁体的线圈导线采用超导材料制成，置于液氦的超低温环境中，导线内的电阻抗几乎消失，一旦通电后在无需继续供电情况下导线内的电流一直存在，并产生稳定的磁场，目前中高场强的MRI仪均采用超导磁体。主磁体最重要的技术指标包括场强、磁场均匀度及主磁体的长度。 主磁场的场强可采用高斯（Gauss，G）或特斯拉（Tesla，T）来表示，特斯拉是目前磁场强度的法定单位。距离5安培电流通过的直导线1cm处检测到的磁场强度被定义为1高斯。特斯拉与高斯的换算关系为：1 T = 10000 G。在过去的20年中，临床应用型MRI仪主磁体的场强已由0.2 T以下提高到1.5 T以上，1999年以来，3.0 T的超高场强MRI仪通过FDA 认证进入临床应用阶段。目前一般把0.5 T以下的MRI仪称为低场机，0.5 T到1.0 T之间的称为中场机，1.0 T到2.0之间的称为高场机（1.5 T为代表），大于2.0 T的称为超高场机（3.0 T为代表）。 高场强MRI仪的主要优势表现为：（1）主磁场场强高提高质子的磁化率，增加图像的信噪比；（2）在保证信噪比的前提下，可缩短MRI信号采集时间；（3）增加化学位移使磁共振频谱（magnetic resonance spectroscopy，MRS）对代谢产物的分辨力得到提高；（4）增加化学位移使脂肪饱和技术更加容易实现；（5）磁敏感效应增强，从而增加血氧饱和度依赖（BOLD）效应，使脑功能成像的信号变化更为明显。 当然MRI仪场强增高也带来以下问题：（1）设备生产成本增加，价格提高。（2）噪音增加，虽然采用静音技术降低噪音，但是进一步增加了成本。（3）因为射频特殊吸收率（specific absorption ratio，SAR）与主磁场场强的平方成正比，高场强下射频脉冲的能量在人体内累积明显增大，SAR值问题在3.0 T的超高场强机上表现得尤为突出。（4）各种伪影增加，运动伪影、化学位移伪影及磁化率伪影等在3.0 T超高场机上更为明显。由于上述问题的存在，3.0 T的MRI仪在临床应用还有一定限制，尽管其在中枢神经系统具有优势，但是在体部应用还不太成熟，因此，目前以1.5 T的高场机最为成熟和实用。 MRI对主磁场均匀度的要求很高，原因在于：（1）高均匀度的场强有助于提高图像信噪比，（2）场强均匀是保证MR信号空间定位准确性的前提，（3）场强均匀可减少伪影（特别是磁化率伪影），（4）高度均匀度磁场有利于进行大视野扫描，尤其肩关节等偏中心部位的MRI检查，（5）只有高度均匀度磁场才能充分利用脂肪饱和技术进行脂肪抑制扫描，（6）高度均匀度磁场才能有效区分MRS的不同代谢产物。现代MRI仪的主动及被动匀场技术进步很快，使磁场均匀度有了很大提高。 为保证主磁场均匀度，以往MRI仪多采用2m以上的长磁体，近几年伴随磁体技术的进步，各厂家都推出磁体长度为1.4m～1.7m的高场强（1.5T）短磁体，使病人更为舒适，尤其适用于幽闭恐惧症的患者。 随介入MR的发展，开放式MRI仪也取得很大进步，其场强已从原来的0.2T左右上升到0.5T以上，目前开放式MRI仪的最高场强已达1.0T。图像质量明显提高，扫描速度更快，已经几乎可以做到实时成像，使MR“透视”成为现实。开放式MR扫描仪与DSA的一体
各种成像技术的临床应用比较
各种成像技术的临床应用的比较 专业：层次：学号：姓名： 【摘要】目的：对各种成像技术的临床应用进行比较分析，为临床科学合理应用提供参考。方法：根据各种成像技术的影像特点进行对比分析，评价成像性能、影像特点及其差别。结果：CR、DR和CT都是利用X线成像，超声用超声波成像，MRI则用人体中的氢核成像，其中CR与DR成像转换方式各自不同。结论：X线在骨肌系统和胸部多是首选；CT在中枢神经系统疾病、心及大血管疾病腹部及盆腔部疾病的诊断价值高；超声在各部位软组织器官、妇产科有重要应用；MRI对脑和脊髓及诊断乳腺疾病有重要价值。 【关键词】CR、DR、CT、超声、MRI、临床应用 1、引言 1895年发现X线以后不久，X线就被用于人体疾病检查，形成X线诊断学，并奠定了医学的基础成像。20世纪50年代到60年代开始应用超声与核素显像进行人体检查，出现了超声成像核闪烁显像。20年代70年代到80年代有相继出现了CT、MRI等新的成像技术。各种成像原理与方法不同，诊断价值与限度亦各异，了解并掌握各种成像技术的成像性能、影像特点及其差别有助于在临床上面对不用的疾病时用选用适合的成像技术进行检查，对诊断疾病更有利。 2、各种成像技术的成像性能、影像特点 2.1 CR影像特点． (1)高灵敏度：即使密集很弱的信号也不会被噪声所掩盖而显示出来。 (2)较高的空间分辨率(3．3 Lp／,mn)：能分辨影像中较小的细节。 (3)具有很高的线性度：在影像系统中，整个光谱范围内得到的信号与真实影像光强度呈线性关系。 (4)大动态范围：系统能同时检测到极强和极弱的信号．使影像显示出更丰富的层次。 (5)识别性能优越：系统能准确地扫描出影像信息。显示最理想、高质量的图像。 (6)宽容度大：可最大限度地减少X线照射量从而获得较佳的影像图像。 2.2 DR的影像特点 (1)图像质量高：空间分辨率3．6LP／mm，DQE、MTF高，图像层次丰富。 (2)时间分辨力高：成像速度快，曝光后几秒即可显示图像，优化改善了工作流程。 (3)曝光宽容度大：成功率达100％，可修正后处理调节。
光电成像原理
光电成像原理论文 院系：物理学系 专业：光信息科学与技术 姓名：王世明 学号：2007113143
嵌入式光电成像系统及高分辨率的实现 王世明 (西北大学2007级陕西西安 710069) 摘要：自上世纪初人类揭示光电效应的本质以来，光电成像技术一直是成像领域的热点技术，并得到了迅速的发展。目前，光电成像技术已广泛应用于国防、航天、生物科学、化工检测、工业监控乃至日常消费等领域。本论文分析了目前光电成像系统结构和性能上的优势和不足，从提高系统移动性和集成度、突破传输受限和增强系统实时处理和分析三个方面出发，设计了一套新型的光电成像系统，并详细分析了这套系统的整体构造、软硬件设计和实现形式、调试技术和实验结果。 嵌入式技术的引入，可以大大减小光电成像系统的体积，降低功耗，提高便携性，从而扩展光电成像技术的应用领域。本论文将该系统应用于图像采集，得到了理想的实验结果。论文最后，总结了设计过程中所做的工作和创新点，同时对于系统的进一步完善和开发进行了展望。本文主要介绍了光电成像原理的发展过程及其在实际生活中的运用，为我们介绍了具体的应用及未来的发展前景。 实现成像系统的超高分辨是光电探测领域中探索和追求的重要目标。 对提高天文观测、空间侦察和资源探铡的信息容量及精度具有重要意义。 归纳总结了近年来国内外从光学系统结构、光电探测器及软件重建等方面对提高系统分辨能力所进行的部分研究和进展．结合本实验室在这一领城开展的研究，时其中的一些理论及工程方法探索进行了阐述和分析，旨在为进一步实现超高分辨光电成像系统的研究提供建设性参考意见。 关键词：光电成像、嵌入式系统、ADS调试、图像采集 一．光电成像系统的发展 现代人类是生活在信息时代，获取图像信息是人类文明生存和发展的基本需要，据统计，在人类接受的信息中，视觉信息占到了60％。但是由于视觉性能的限制，通过直接观察所获得的图像信息是有限的。首先是灵敏度的限制，在照明不足的情况下人的视觉能力很差；其次是分辨力的限制；还有时间上的限制，已变化过的景象无法留在视觉上。总之，人的直观视觉只能有条件地提供图像信息。在很久以前，人们就已经开始为开拓自身的视觉能力而探索，望远镜、显微镜、胶片照相机等的应用，为人类观察和保留事物景象提供了方便。直到上世纪20年代，爱因斯坦完善了光与物质内部电子能态相互作用的量子理论，人类从此揭开了内光电效应的本质。同时，随着半导体理论发展和随之研制出来的各种光电器件，内光电效应得到了广泛的应用。而在外光电效应领域，1929年科勒制成了第一个实用的光电发射体一银氧铯光阴极，随后成功研制了红外变像管，实现了将不可见的红外图像转换为可见光图像。随之而来的是紫外变像管和X射线变像管，人类的视觉光谱范围获得了很大的扩展。上世纪30年代，人类又开始为扩展视界而致力于电视技术的研究。以弗兰兹沃思开发的光电析像器为起端，伴随而来的是众多摄像器件的诞生，超正析像管、分流摄像管、视像管、热释电摄像管等。1976年，美国贝尔实验室发现电荷通过半导体势阱发生转移的现象，利用
分子成像技术及应用
分子成像技术及应用 摘要:分子成像作为一个近些年发展起来的崭新学科领域，是许多技术的简称，这些技术能够让研究人员看到身体内的基因、蛋白质和其他起作用分子，使疾病在基因水平上的早期诊断和监测以及更进一步地微观评价疗效成为可能。同时，体内分子成像可在机体完整的微环境状态下观察生物系统的病理过程。此外，与现今费时耗力，且有创的检查技术如组织活检分析技术相比，分子成像还可提供更为优越的三维信息。未来10年内分子成像可能取代乳房X线照片、活体检查和其他诊断技术。它使细胞功能可视化，并且能在生物活体内部无创地跟踪分子过程。该领域的技术还可以用于许多疾病诸如癌症、神经和心血管疾病的早期诊断。同时，这项技术还可以通过优化新药物的临床前和临床测试来改进临床治疗，这将会由于其早期和准确的诊断而带来很大的经济影响。可以预见分子成像技术的迅速发展可能导致临床医疗的重大变革。 关键词: 分子成像; 分子探针; 荧光成像; 核磁成像; 量子点 医学影像技术的发展可以分成结构成像、功能成像和分子成像三个阶段。分子成像，广义地可定义为在分子与细胞层次上对活体状态下的生物过程进行定征和测量。这一定义强调“活体状态”( in vivo)，强调对“生物过程”的定量测量，强调在“分子与细胞层次上”的测量而不强调对分子或细胞本身的测量。也有人给出了另一个对生物医学工作者来说更完善的定义:“利用体外成像检测器在细胞和分子层次上对活体动物、模型系统和人体的生物学过程进行定征和测量”[ 1] 相对于传统的活检，分子成像的特点是: 无创检测，动态采集和全面反映。分子成像技术涉及信息科学、放射医学、化学物理学、生物学、核医学和临床医学等多个学科[1]，它是一门新兴的交叉学科。近年来，由于红偏移光蛋白、感应荧光底物、近红外靶标荧光造影剂等具有较高组织穿透力的荧光探针技术有了长足的发展，荧光成像技术开始用于小动物模型内部特异生物大分子活动规律的在体跟踪和测量。光学分子成像技术是整个领域新的热点研究方向，核素标记的分子成像是当今分子成像的主流，核素标记的分子成像虽然已经应用于临床，但是仍然存在大量需要解决的基础科学问题。荧光标记的光学分子成像正处于发展的初期，是分子影像学领域面临突破的重点研究方向。在以上提到的分子成像技术中，光学成像技术具有其他模态无法同时兼有的优点而在此领域备受关注，因为它在特异性、灵敏性、实时性和安全性等一系列重要指标上具有明显的优势。尽管光学分子成像理论和技术在很多方面远未成熟，但它在生命科学研究中却具有重要的应用价值，已经引起了研究人员的广泛重视。 1 分子成像的关键技术 分子成像的关键技术主要包括分子探针技术、系统测量技术以及数据分析与处理技术三个方面。 1．1 分子探针技术 分子探针是一种特殊的分子, 它是分子成像技术的关键, 它将特殊分子引入组织体内与特定的分子(被称为靶分子)特异性结合时产生信号, 在体外可采用核磁共振(MRI) , 正电子发射计算机层析( PET) 、CT和单光子发射计算机层析(SPECT)、超声以及光学设备进行成像[2]。表1列出了各种分子成像设备中的分子探针特性。 对小分子荧光探针来说, 一般由两部分组成: 荧光团以及与受体专一性高亲和力结合
《光电成像原理与技术》学习指南
《光电成像原理与技术》学习指南 图像是人类获取信息的最主要途径，据相关统计，人类所获取的信息80％以上来自于人眼，即来自于图像。光电成像原理与技术即为介绍迄今为止人类为扩展自身的视野和获取更多的信息所进行的努力和掌握的技术的课程。 本课程系统地介绍了光电成像技术发展的历史沿革和现状，讲述了人眼的视觉特性与图像探测的规律和目标景物特性及大气传输特性对光电成像过程的影响，系统、全面地介绍了微光夜视技术，电视摄像技术和红外热成像技术，内容包括各种光电成像器件的工作机理、结构及以这些器件为核心的典型光电成像系统。 本门课程特点是，理论知识涉及面广（物理学、电子学、工程光学），工程性知识点多（人眼的特性、自然的辐射环境与辐射源、大气对辐射传输的影响、光机结构等），知识点和技能点较学科基础课程系统性差。因此，要学好光电成像原理与技术这门课程，应该注意两条脉络： 1、光电转换技术、信号增强技术和发光显示技术，注意光电成像器件与系统是怎样完成“光-电-光”的转换的（这里需要有关半导体物理、电磁场理论等方面的知识）。其中的前提是，从人眼观察物体及对物体的分辨角度上讲，图像就是一个亮度（灰度）分布的点阵！因此，不管是直视型的光电成像还是电视型的光电成像，都是在研究解决在“光-电-光”转换的过程中和问题上如何保持构成原物体的这些点的空间分布。前述问题清楚了，后面就是搞清楚直视型光电成像器件上与电视型光电成像器件上二者的异同在哪里？进而不同的电视型光电成像器件在解决上述问题的异同又是在哪里？这些问题清楚了，解决了，那你对光电成像器件的认识就达成了。 涉及上述内容的章节为第五章、第七章、第八章和第十章。 2、从光电成像器件到光电成像系统的问题。因为光线从目标物到达人眼，需要通过目标所处的环境提供照明，需要透过大气到达光电成像系统的光学透镜表面，又要通过光学系统形成图像在光电成像器件的光电转换面上，然后通过光电成像器件及系统完成“光-电-光”的转换后，呈现在人眼面前，于是我们看到了距离遥远（电视）的图像，看到了很弱光线下（夜晚等）的图像（像增强器、微光夜视），看到了人眼无法直接看到（X射线、紫外、近红外、短波红外、中长波红外等）的图像，于是我们人类就可以由此获得很多通过人眼自身而不能直接得到的各种信息。 涉及上述内容的章节为第二章、第三章、第四章、第六章、第九章和第十一章。 总之，作为一门反映近代物理学优秀成果的光电成像技术，需要我们有一定的前期知识基础，如应用光学、物理光学、半导体物理学、辐射度与光度学知识等，希望学习者能够具备这些知识。 从学习方法上讲，学习者首先应该学会从系统到器件、从整体到局部地将知识统和起来－“树叶再多也是通过树枝长在树上的”。其次要学会抓住主要矛盾，建立工程和系统的意识－如何成像才是关键！再次，要善于温故知新，在具体的系统与器件中认识已知的科学道理，善于归纳总结，在对比中发现原理、技术手段中的共性和不同。最后，还希望学习者经常关注我们身边的光电成像技术，了解行业发展及动态，因为光电技术的发展日新月异，因此光电成像技术的发展也会推陈出新，不断把更精彩的物质世界展现在人类的面前！ 祝学习者学有所成，造福人类。
磁共振成像原理
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。核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）是一种核物理现象。早在1946年Block与Purcell就报道了这种现象并应用于波谱学。Lauterbur1973年发表了MR成像技术，使核磁共振不仅用于物理学和化学。也应用于临床医学领域。近年来，核磁共振成像技术发展十分迅速，已日臻成熟完善。检查范围基本上覆盖了全身各系统，并在世界范围内推广应用。为了准确反映其成像基础，避免与核素成像混淆，现改称为磁共振成像。参与MRI 成像的因素较多，信息量大而且不同于现有各种影像学成像，在诊断疾病中有很大优越性和应用潜力。 一、磁共振现象与MRI 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。在这种状态下，质子带正电荷，它们像地球一样在不停地绕轴旋转，并有自己的磁场. 正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态。当把它们放入一个强外磁场中，就会发生改变。它们仅在平行或反平行于外磁场两个方向上排列 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）。有两种弛豫时间，一种是自旋-晶格弛豫时间（spin-lattice relaxationtime）又称纵向弛豫时间（longitudinal relaxation 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。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。 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。有如CT时，组织间吸收系数（CT值）差别是CT成像基础的道理。但MRI不像CT只有一个参数，即吸收系数，而是有T1、T2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。 MRI的成像方法也与CT相似。有如把检查层面分成Nx，Ny，Nz……一定数量的小体积，即体素，用接收器收集信息，数字化后输入计算机处理，获得每个体素的T1值（或T2值），进行空间编码。用转换器将每个T值转为模拟灰度，而重建图像。 表1 人体正常与病变组织的T1值（ms） 肝 140～170 脑膜瘤 200～300 胰 180～200 肝癌 300～450 肾 300～340 肝血管瘤 340～370 胆汁 250～300 胰腺癌 275～400 血液 340～370 肾癌 400～450