生物医学光声成像

生物医学电阻抗成像技术

第一章绪论 进入21世纪，生物医学工程迅猛发展，如何将先进的科学技术用于人体医学检查及各项机能测试，从而提高人类对疾病的早期预防和治疗，增强机体功能、提高健康水平一直是人们共同关心的问题。因此，人们对医学检测手段的要求越来越高，检测方式已从人工主观检测发展到现在的主客观相结合。特别是医学影像技术的出现，使疾病的诊断更加客观和准确。然而，通过医学实践可以发现单一形态影像诊断仪器不能满足疾病早期诊断的需要，形态和功能相结合的新型检测系统是医学发展的需要，形态和功能相结合的新型检测系统是医学发展的需要。向功能性检查和疾病的早期诊断发展，向疾病的康复和愈合评价延伸，正是现代医学发展所追求的目标。 电阻抗成像（Electrical Impedance Tomography,EIT）技术，是以生物体内电阻抗的分布或变化为成像目标的一种新型无损伤生物医学检测与成像技术。它通过对生物体外加一定的安全激励电流，测得生物体表面电压信号来重构生物体的阻抗分布。由于生物组织阻抗特性差别显著，因而电阻抗成像结果明显。利用EIT技术，可以显示生物体组织的阻抗分布图像、阻抗随频率变化的图像、生物体器官生理活动（如呼吸、心脏搏动）时阻抗变化图像。由于采用外加安全电流激励，是非侵入检测技术，且是功能成像技术，在研究人体生理功能和疾病诊断方面有重要的临床价值。它具有简便、无创廉价的优势，可作为对病人进行长期、连续监护的设备，对疾病的早期预防、诊断、治疗及医疗普查都具有十分重大的意义，一直受到众多研究者的关注。 第一节医学影像技术概况 医学影像技术是用各种成像装置采集人体内部解剖学、生理学、病理学和心理学的信息，并实现可视化的科学。医学影像技术涉及物理学、生物学、医学、电子信息技术等多科学领域，是典型的跨学科

光声成像开始走向临床

光声成像开始走向临床 Mike Hatcher Editor in Chief of https://www.360docs.net/doc/829538781.html, 光声成像开始逐步应用到临床患者的身上，这项技术将对临床医学成像，如从早期肿瘤检测到神经学和无标记组织学研究都将产生革命性的影响。 在今年夏初召开的2012国际光学和光子学会(SPIE)欧洲光子学会议上，来自华盛顿大学(St. Louis)的光声成像先驱科学家汪立宏在大会主题发言中传递出以上振奋人心的信息。在一个热点论坛中，汪立宏给众多的听众描述了光声成像的最新进展，包括光声成像在乳腺癌和黑色素瘤人体体内实验的应用情况。 该项技术被认为将来有可能替代传统的扫描方法如磁共振(MRI)和基于X射线的断层扫描方法。光声断层技术(PA T)的优点包括它是非离子化的技术，不需要生物标志物，以及具有极高的分辨率、实时扫描等，因此可以显示一些常规扫描设备遗漏的细微结构。光声成像一个主要的局限性在于它的成像深度，但是该局限性也正在被逐步克服，现在它的成像穿透深度可以达到7厘米。 按照汪教授的说法，光声成像的一个较大优势在于它的可延展性，从单个细胞、直到整个器官、再到小动物的整个身体都可以实施光声成像。由于显微成像和宏观成像不太可能使用相同的造影剂，所以不可能做到观察成像的延展性。但是因为光声成像在各个层次都使用相同的造影剂，所以它可以在各个层面上使用。 光产生声 实际上最早描述光声原理的是电话发明人贝尔，根据光声的简单原理，他搭建了最早的一部“光电话”。现在的光声成像系统一般使用纳秒级的激光脉冲照射到检测部位上，该部位受热并发生膨胀。热膨胀产生声学信号，由此可以以超声波的形式来进行接收，重建之后产生的图像可以显示出靶部位内部光学吸收的分布情况。 汪教授使用不同位置的三个人听到雷声的例子来做比喻，雷声最初在一个点产生，通过三角测量可以将雷声产生的点进行定位。在光声成像中，通过在数百个位置点和多个方向检

医学成像原理

Principles of Medical Imaging (医学成像原理) 生物医学工程研究所邓振生Zhensheng Deng from Institute of Biomedical Engineering

Principles of Medical Imaging (医学成像原理)

?Personal Data： ?Email Address: dzs@https://www.360docs.net/doc/829538781.html,，or ?bmedzs@https://www.360docs.net/doc/829538781.html, ?Tel. No. : 8836362 (Work) ?Office Location: #226, Di Xue Lou ?Text Book: Physical Principles of Medical Imaging, Second Edition, By Perry Sprawls & Ye-cho Huang ?Reference-book： Medical Imaging Physics, Fourth Edition, By William R. Hendee, & E. Russell Ritenour

Chapter 1. Preface (前言)

1.1 对医学成像过程理解的意义 任何医学成像模式的有效利用和图像的解释都要求对图像形成过程的物理原理的理解。这是因为显化特定解剖结构或病理状态的能力取决于由使用者选定的特定模式的固有特征和成像因素组。能见度和成像因素之间的关系相当复杂，并通常涉及到图像质量的各方面的折衷和平衡。

Some Words Important In This Paragraph ?1. anatomical structures, ?2. pathologic conditions, ? 3. medical imaging modality, ?4. compromise, ?5. trade off, ?6. visibility, ?7. visualize.

生物医学工程相关精彩试题

Df 《生物医学工程进展》试题库 1. 试述组织光透明技术在生物医学成像的作用及应用前景？ 作用：生物组织属于浑浊介质，具有高散射和低吸收的光学特性，这种高散射特性限制光在组织的穿透深度和成像的对比度，使得很多光学成像技术只能用于浅表组织，制约了光学手段检测诊断及治疗技术的发展和应用。生物组织光透明技术的作用就是通过向生物组织中引入高渗透、高折射、生物相容的化学试剂，来改变组织的光学特性，以此来暂时降低光在组织中的散射、提高光在组织中的穿透深度，从而提高光学成像的成像深度，推动成像技术的发展和新方法的产生。 前景：1、应用骨组织使得骨组织变得光透明，进而对骨组织下的组织成像，避免手术开骨窗照成的伤害，如应用于颅骨，用得当的成像方法获得皮层神经亚细胞结构与微血管信息； 2、解决皮肤角质层的天然阻挡作用，促进透皮给药系统的研究和应用； 3、皮肤光透明剂的发展推动光学相干断层成像技术的发展； 4、光透明剂使得光辐射能在生物组织达到一定深度之后，可以极大地推动光学显微成像、光学手段检测诊断及治疗技术的发展和应用。推进无损光学成像技术在临床上的发展。 2. 请结合图示，描述如何通过单分子定位的方法，实现超分辨光学显微成像。 要通过单分子定位实现超分辨光学显微成像，首先需要利用光激活/光切换的荧光探针标记感兴趣的研究结构。成像过程中，利用激光对高标记密度的分子进行随机稀疏点亮，进而进行单分子荧光成像和漂白；不断重复这种分子被漂白、新的稀疏单分子不断被点亮、荧光成像的过程，将原本空间上密集的荧光分子在时间上进行充分的分离。随后，利用单分子定位算法对采集到的单分子荧光图像进行定位，可以准确得到分子发光中心位置；最后，利用这些分子位置信息，结合图像重建算法，获得最终的超分辨图像。超分辨图像质量的关键在于二点：一是找到有效的方法控制发光分子的密度，使同一时间内只有稀疏的荧光分子能够发光；二是高精度地确定每个荧光分子的位置。 以分辨两个相距20nm 的点光源为例。如下图7, 当两个点光源相距20nm 时，由于衍射极限（一个理想点物经光学系统成像，由于衍射的限制，不可能得到理想像点，而是得到一个艾里斑，这样每个物点的像就是一个弥散斑，两个弥散斑靠近后就不好区分，这样就限制了系统的分辨率，这个斑越大，分辨率越低）的限制，使得每一个点光源经过显微系统所成的像为一个光斑。为了简化起见，假定光斑为一个半径300nm 的圆斑（实际情况下，光斑不是均匀分布的，而是满足方程(1)）。则在荧光显微镜下，两个点光源所成的像为图7（a）所示。在这个时候，两个点光源r1，r2 由于半径都在300nm，是无法区分的，几乎重叠在一起。所以分辨率为300nm。但是如果第一时刻，只有r1 光源发光，如图7（b）所示，

光声成像系统性能比较

近红外小动物成像系统性能比较 和比较（黑体字是制作地内容，红字是技术地回应） 型号备注 全身扫描能力唯一能进行整鼠三维成像地 系统； 度环状激光，与弧状阵列超 声侦测装置固定，老鼠线性 移动； 全鼠冷冻切片影像资料库. 动物被探测器包围探测，前 提是动物必须浸在水中成 像. 非全视图断层截面扫描（局 部）； 单向激光与碟状侦测剂设计， 超声侦测装置以螺旋状移动 进行扫描； 无法做大面积三维成像. 无法进行脑部成像. 探测器在组织下方，意味着需 要更少地偶联剂，偶联剂或水 仅在动物下方.脑部成像已经 有常规地应用，不需要动物浸 入水中. 唯有小鼠全身实时扫描，才 能进行药物动力学分析(). 研究，如果使用切片式扫描 地，无法进行体积吸收研 究.第一个切片和最后一个 切片地获取肯定不在一个 时间点上. 系统在吸收研究中已经是 常规地应用，典型地试验通 常每周做只动物地扫描. 空间分辨率整鼠横切面扫描: 不是等向性分辨率，切片厚 度大于. 是年前在原型机上地分辨率， 具有<地等向性分辨率，切片 厚度是 (发表文献). 基于度环状激光发光设计 及微阵列超声叹投讯号接 收，即使在小鼠深部横切面 处，分辨率依然很好. 分辨率与激光发射形状没 有任何联系.仅取决于换能 器地几何学.写这种文字地 人对光声没有任何专业知 识. 对比灵敏度< () < ( ) () 这是年前原型机地灵敏度，是 在激光能量较低地情况下获 得地，我们现在轻松达到深度 <. . 仅仅拿一个切片获得地数 据来充当一个体积地数据， 切片外地光都浪费了，光声 信号也浪费掉了. 视野范围视野范围: ()()； 可撷取整个小鼠横切面视 野； 穿透深度 ； 手动改变视野范围； 无法进行整只小鼠地造影. 我们地是 ,对小鼠来说足够.超 声不是全身成像地技术，对于 光声成像来说，要让声波穿透 有气体存在地空间来成像是 根本不可能地. 唯有地探测深度能穿透整 只小鼠. 激光系统脉冲能量: ； 波长可调范围: ； 波长切换时间: <; °均匀环状激发. 使用光纤会降低激光能量. 脉冲能量: ； 波长范围: ； 波长切换时间: ； 单向（下方）激发设计. 使用紧凑型激光器，牢固可 靠，且应用于多项工业应用中. 单元部件完全密封不需要维 护.我们地激光脉冲频率为，拥 有一个有效地光学系统（无光 纤无能量损失），光达到动物 身上地能量与一样. 可使用地荧光标记物更多、 信噪比与脉冲能量成正比， 信噪比更好. 信噪比取决于几个方面，包 括声学接收器和探测器、电 子元件等.上述说法没有任 何根据.地激光器是为桌面 型物理研究设计地，在生物 学应用研究领域没有任何 可参考地数据.激光达到动 物地能量是符合激光标准 地，难道胆敢超过这个标准 吗？

医学成像系统的危害与相关防护

医学成像系统的危害与相关防护 医学影像技术 0808 李振涛学号：200802150832 指导老师：陈龙北京市积水潭医院放射科 【摘要】：随着医学影像事业的发展，各种新技术的引进，使防护的内涵与外延不仅限于过去的常规Ｘ线机，围绕医学成像系统的危害与相关防护，应提到议事日程上来。 【关键词】：成像系统；危害；防护 1、常规Ｘ线 常规Ｘ线透视采用影像增强器取代普通荧光屏，可提高影像质量，照射量降低系数为０.２；如辅以非检查部位的屏蔽，则降低系数为０.１８；加之实施远距离或隔室操作，则更有利于Ｘ线工作人员的防护。稀土增感屏取代钨酸钙屏，影像质量无明显差别，但可使患者受照剂量降低近１／２【１】。胸部摄影使用稀土屏，并辅以限束装置，其剂量降低系数为０.３４，若再将胸部摄影取代胸部透视，降低系数为０.０８，加之使用高千伏技术，则更利于防护。在Ｘ线摄影中，照射野普遍偏大，据有关资料表明：我国照射野面积与胶片面积比值平均为４.３２，而美国、日本等国平均仅为１.２，一方面可能与部分Ｘ线机无可调式限束装置有关，另一方面在一定程度上也反映出部分Ｘ线工作人员防护意识较差。这就要求技师们加强职业道德修养，增进防护意识，配备可调式限束装置。Ｘ线检查时，有的病人在投照室内候诊，重复受照率高；非适应证检查控制不严格，不符合Ｘ线应用正当化原则。 ２、体层 在体层摄影时【２】眼晶体和甲状腺吸收剂量达１２ｍＧｙ以上，主要原因为用此方法检查时，照射野较大，且曝光时间较长。经铅玻璃眼镜和铅胶颈围防护后，上述两个器官吸收剂量减少为０.５ｍＧｙ，仅为屏蔽前的４％。在【３、４】数字成像体层摄影可最大限度降低１／１０～１／２的照射量。 ３、口腔全景 眼睛的晶体，甲状腺和下颌骨的骨髓都是Ｘ线敏感组织，而在全景Ｘ线拍片中这些组织都受到照射，眼晶体的吸收剂量为０.１１８ｍＧｙ。儿童的头部

医学影像成像原理复习题

一、选择题 1.下列常用的临床检查方法中无电离辐射的是(c） A、CT和PET B、超声和CT C、超声和MRI D、CT和MRI E、PET和MRI 2.X线信息影像传递过程中，作为信息源的是（b） A、X线 B、被照体 C、增感屏 D、胶片 E、照片 3.X线胶片特性曲线组成，不包括（d） A、趾部 B、直线部 C、肩部 D、顶部 E、反转部 4.摄影时，可以人为控制的运动模糊是（a） A、呼吸 B、痉挛 C、胃蠕动 D、肠蠕动 E、心脏搏动 5.与散射线量产生无关的因素是（c） A、被照体厚度 B、被照体密度 C、被照体姿势 D、照射野面积 E、被照体体积 6.影响散射线因素的叙述，错误的是（a） A、物体越厚，产生散射线越少 B、管电压越高，产生散射线越多 C、物体受照面越大，产生散射线越多 D、X线波长越短，产生散射线越多 7.X线照片上相邻两点之间的密度差是（b） A、密度 B、对比度 C、清晰度 D、锐利度 E、失真度 8.减小运动模糊的叙述，错误的是（c） A、需固定肢体 B、缩短曝光时间 C、尽量缩短焦-片距 D、将肢体尽量移近胶片

E、选择运动小的机会曝光 9.使用增感屏摄影的论述，错误的是（b） A、影像颗粒性变差 B、增加影像的清晰度 C、增加影像的对比度 D、减少X线照射量 E、降低影像的清晰度 10.X线影像的转换介质，不包括（e） A、屏-片系统 B、影像增强器 C、成像板（IP） D、荧光屏 E、滤线栅 11.构成照片影像的几何因素是（a） A、失真度 B、对比度 C、颗粒度 D、锐利度 E、密度 12.胶片密度与曝光量成正比关系的是（c） A、足部 B、肩部 C、直线部 D、反转部 E、全部 13.屏-片系统X线信息影像传递过程中，作为信息载体的是（a） A、X线 B、胶片 C、被照体 D、增感屏 E、显影液 14.下到哪个不是影响X线照片对比度的因素（c） A、胶片γ值 B、X线质和量 C、被照体形态 D、增感屏的使用 E、冲洗技术 15.X线检查程序可以简化为（a） A、X线→被照物→信号→检测→图像形成 B、被照物→X线→信号→检测→图像形成 C、X线→被照物→检测→图箱像成→信号 D、被照物→X线→检测→信号→图像形成 E、X线→被照物→检测→信号→图像形成 16.增感屏的核心结构是（b） A、基层 B、荧光体 C、保护层 D、反射层 E、吸收层

光声成像技术的最新进展

第4卷第2期 2011年4月 中国光学 Chinese Optics Vol．4No．2 Apr．2011 收稿日期：2010- 11-01；修订日期：2011-02-13文章编号1674- 2915（2011）02-0111-07光声成像技术的最新进展 张建英，谢文明，曾志平，李晖 （福建师范大学物理与光电信息科技学院， 医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建福州350007） 摘要：光声成像技术是生物医学领域中新兴的无损检测技术，具有对比度高、分辨率好、穿透能力强等优点。本文介绍了光声成像技术近年来的进展状况，主要涉及成像探测方式的改进、成像速度的加快、成像分辨率的提高以及图像重构算法的发展等。以该项技术在现代临床诊断中的应用为例， 描述了其在生物医学领域中应用范围的拓宽。最后，总结了该项技术现存的主要问题，指出多模式组合的成像方式，如光声与超声的组合，光声与OCT 方式的组合是该项技术的发展趋势；另外，结合造影剂的分子光声成像技术也同样很有发展前景。关 键 词：生物医学光子学；光声成像技术；图像重构算法；生物医学应用 中图分类号：Q- 334文献标识码：A Recent progress in photoacoustic imaging technology ZHANG Jian-ying ，XIE Wen-ming ，ZENG Zhi-ping ，LI Hui （Key Laboratory of Optoelectronic Science and Technology for Medicine ，Ministry of Education ，School of Physics and Optoelectronics Technology ，Fujian Normal University ，Fuzhou 350007，China ）Abstract ：Photoacoustic Imaging Technology （PAT ）with high contrast ，excellent resolution and deep penetra-tion is an emerging noninvasive detecting technology in biomedical applications．This paper introduces the lat-est progress in PAT ，which contains the improvement of image detecting modes ，increase of imaging speed ，enhancement of imaging resolution and the modification of image reconstruction algorithm．By taking applica-tion of PAT to the clinical diagnosis as examples ， it describes that the PAT applications have been expanded in biomedical fields．Finally ，it overviews the shortcomings of the PAT ，and points out that multi-mode combina-tion will a developing trend of the PAT ，such as combination of the photoacoustic imaging and the ultrasonic imaging or the photoacoustic imaging and the OCT．Moreover ，the molecular PAT based on the contrast agent will also has a good prospect． Key words ：biomedicine photonics ；Photoacoustic Imaging Technology （PAT ）；image reconstructed algorithm ； biomedical applications

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

医学影像系统PACS

医学影像系统PACS

一、医学影像系统PACS简介 PACS系统就是Picture Archivingand Communication Systems的缩写,意为影像归档与通信系统。它就是应用在医院影像科室的系统,主要的任务就就是把日常产生的各种医学影像(包括核磁,CT,超声,各种X光机,各种红外仪、显微仪等设备产生的图像)通过各种接口(模拟,DICOM,网络)以数字化的方式海量保存起来,当需要的时候在一定的授权下能够很快的调回使用,同时增加一些辅助诊断管理功能。它在各种影像设备间传输数据与组织存储数据具有重要作用。PACS也就是近年来随着数字成像技术、计算机技术与网络技术的进步而迅速发展起来的,旨在全面解决医学图像的获取、显示、存贮、传送与管理的综合系统。它主要分为影像采集系统、数据处理与管理系统(PACS控制器)、影像通讯网络、影像显示系统(显示工作站)、影像存档系统、影像打印与输出系统等6个单元。 二、PACS产生的背景与原因 伦琴发现X射线后的一百多年里,医学成像科学与技术对放射诊断学的主要贡献就是创造了多种成像方式,例如:CT、MRI、SPECT、PET、DSA、NM、US、CR 等,这些新的医学成像技术为临床提供了丰富的影像学资料,极大地方便了医生的诊断,但与此同时所产生的大量的影像资料对医院的管理提出了更高的要求。传统的胶片备份,人工管理的方法不仅要耗费大量的资金、场地与人力,而且存在着丢失资料、查找困难、存储时间短等问题。显然这种方法已经远远不能满足医院迅速增长的业务要求,迫切需要一种自动化的影像管理系统来代替它,这已成为每一家医院面临的急迫需要解决的问题。 伴随着高速计算设备、网络通讯及图像处理技术的飞速发展而产生的“医学影像存取与传输系统”(Picture Archiving and Communication System)为以上问题的彻底解决提供了一种先进的技术手段。据估算,在一家医院中放射成像(radiography,即将医学影像成像到传统的胶片上)的工作,其工作量通常占影像室工作量的60％至70％。PACS系统可以大大降低该工作量的比例,提高影像室的工作效率。PACS系统的使用不但为医院达到无胶片化环境提供了解决的

光声成像的未来

万方数据

万方数据

万方数据

４光学与光电技术第７卷 １２）射频诱导的热声层析成像能够作为未来的分子成像 这种方法的优势是高分辨率、高灵敏度、高成像深度。射频信号如果频率足够低，可以穿透ｌｏｅｍ以上。在低频率时的背景信号，即体内的内源信号很弱，能够得到比较高的灵敏度。 目前有个致命的问题，就是这种造影剂不存在。光学的造影剂已经有很多，但是射频的造影剂还不存在。所以，目前我们和很多化学家合作，想在这方面有些突破。 ４结束语 １）超声和光／射频信号集成到一种组合式成像方式中。 ２）成像深度突破了光学准弹道光区域的成像软极限。 ３）空间分辨率由超声决定。 ４）对比度是由光学或射频提供的。 ５）图像的刷新频率可以很高，目前已经实现５０Ｈｚ，从根本上说是一种快速成像方式。 ６）避免了在光学弱相干层析成像和超声扫描成像中存在的散斑效应。 ７）使用非电离辐射，非常安全。 ８）价格较低，柏当ｒｒ超声成像系统。 ９）预测了最有发展前景的十二个方面。２０２０年之后，我们可以检验其中有哪些是对的。 （本文为汪立宏博士在第三期武汉光电论坛所作学术报告全文，本刊发表时略有删节） 汪立宏博士简介 现任美国圣路易斯华盛顿 大学生物工程系ＧｅｎｅＫ．Ｂｅａｒｅ 杰出教授，是国际生物医学光学 学会（１Ｂ（）ｓ）主席，国际光学工 程学会（ＳＰＩＥ）、美国光学学会 （ＯＳＡ）、美国医学和生物工程学会（ＡＩＭ【ＢＥ）、美国电子和电气工程学会（ＩＥＥＥ）等学会会士；担任ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ、ＪｏｕｍａｌｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ编委以及ＮａｔｕｒｅＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ＮａｔｕｒｅＰｈｏｔｏｎｉｃｓ、ＰＮＡＳ、ＡＰＩ，、０Ｐ、ＡＯ等３３种权威刊物的审稿人。多次担任国际会议主席；１０次担任美国国家卫生局科研项目的首席科学家；获科研经费超过一千万美元；曾在Ｎａ—ｔｕｒｅＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ＮａｔｕｒｅＰｒｏｔｏｃｏｌｓ、ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＬｅｔｔｅｒｓ、ＯｐｔｉｃａｌＬｅｔｔｅｒｓ和ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ等国际权威学术刊物上发表学术论文１５０余篇，均被ＳＣＩ收录，他引逾１５００次。 主要学术成就包括：１）在国际上率先发展了ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法，并编制程序模拟了生物组织中光子传输规律，该方法和程序已成为本领域基础理论研究的经典内容；２）将光波与超声波技术进行了有效地结合，发明了暗场共焦光声显微镜，首次展示了活体小动物的功能性光声层析成像，并取得高质量的成像效果，填补了高分辨深层光学成像的空白。首次报道了光声层析的精确逆向重建方法，为将来的光声成像的研究工作奠定了坚实的基础。实验上发现了光声多普勒效应，为血流成像提供了一种新的机制；３）成功实现了生物组织的脉冲微波感应热声层析成像，通过精确重建算法，在生物组织深部的空间分辨率可达到０．５ｎｕｎ；４）首次实验上实现了声光层析成像，发明了扫频声光成像，阐明了生物组织等散射介质中的声光调制机理，开辟了物理学的新领域；５）深入研究了光学偏振弱相干层析成像理论，建立了生物组织散射特性与深度分辨率的定量关系，发明了 密勒光学相干成像。　万方数据

光声成像论文

光声成像技术 【摘要】 光声成像是近年来发展起来的一种无损医学成像方法，它结合了纯光学成像的高对比度特性和纯超声成像的高穿透深度特性，可以提供高分辨率和高对比度的组织成像。光声成像技术基于光声效应，应用在医学领域里，有着其他医学影像设备不可超越的特长。 【关键字】 光声成像技术，原理，优点，医学应用，发展前景 随着科学技术的进步,生物组织无损检测技术蓬勃发展,医学对人体某些疾病的检测,如人体组织成分(血糖、血氧)检测、组织病变细胞检测、以及组织切片检测等,正由传统的基于症状的有创检测模式向以信息为依据的无损检测模式转变。由于在600～1300nm之间的近红外"光学窗"范围内, 生物组织的透光性能好,对光的吸收小,且近红外技术能够实现真正意义上的无损检测,所以,近红外技术成为目前生物无损检测技术的研究重点。然而,组织的强散射特性制约了近红外技术的应用,严重影响了其测量的精度和使用范围。但是基于光声效应的时域光声谱技术将光学和声学有机地结合起来,部分地克服了光在组织中传输时组织强散射效应的影响。 在这种背景下，光声成像成为近年来发展起来的一种无损医学成像方法，它结合了纯光学成像的高对比度特性和纯超声成像的高穿透深度特性，可以提供高分辨率和高对比度的组织成像。 光声技术的理论基础是光声效应（用光辐照某种媒质时, 由于媒质对光的吸收会使其内部的温度改变从而引起媒质内某些区域结构和体积变化; 当采用脉冲光源或调制光源时,媒质温度的升降会引起媒质的体积涨缩, 因而可以向外辐射声波。这种现象称为光声效应。），其成像原理是当一束光照射到生物组织上以后,生物组织吸收光能量而产生热膨胀,伴随着热膨胀会产生超声波,吸收光能量的多少决定了产生的超声波的强度。于是不同的组织就会产生不同强度的超声波,可以用来区分正常组织和病变组织。正是由于这一特点,光声技术在医学中有着广泛的应用前景。光声技术的最大优点就是试样不用经过预处理就直接可以进行光声信号相位与幅度的测量,不仅操作简单而且能够保持生物试样的自然形态,可以进行活体检测。光声技术的应用非常广泛,其中以医学中的应用最为重要。 光声层体成像的最大优点就是高分辨率和高对比度,特别是当组织的不同部分吸收系数和散射系数差别很大的时候,就能够取得更理想的效果。特别是组织中的血红蛋白的吸收特性和散射特性都很好,所以光声成像对血管的成像效果特别好,无论是对血管系统疾病的直接诊断,还是对血管周围的病变组织进行成像,都有很好的效果。光声成像正逐步成为生物组织无损检测技术领域的另一研究热点。它在生物无损检测领域内主要的应用方向是人体组织成分检测和组织层析成像。下面我们列举几个例子，来看看光声成像技术在医学领域的应用。 （一）脑成像 利用光声成像技术进行脑成像研究是医学成像技术的研究热点之一。由于脑组织的光学吸收与血氧消耗以及脑生理状态等密切相关, 光声成像可用于研究脑组织结构和脑功能。通过监控脑血氧的动力学变化, 可以得到脑神经系统的动态信息和功能特征信息, 在神经生理学和神经病理学中具有重要的应用前景。目前，常用的脑成像技术包括功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，FMRI)、正电子发射断层扫描技术（Positron Emission Tomography，PET）和单光子发射计算机断层成像(Single Photon Emission Computed Tomography，SPECT)。与上述三种技术相比，光声技术用于脑成像不仅具有无损伤、成本较低的优点，而且还可获得氧化型和还原型血红蛋白的分布特性，提供更加完整的脑部血氧

光声成像系统性能比较

近红外小动物成像系统性能比较 iThera和Endra比较（黑体字是iThera制作的内容，红字是Endra技术的回应）型号iThera Medical Endra Nexus 128 备注 全身扫描能力唯一能进行整鼠三维成像的 系统； 360度环状激光，与弧状阵 列超声侦测装置固定，老鼠 线性移动； 全鼠冷冻切片影像资料库。 动物被探测器包围探测，前 提是动物必须浸在水中成 像。 非全视图断层截面扫描（局 部）； 单向激光与碟状侦测剂设计， 超声侦测装置以螺旋状移动 进行扫描； 无法做大面积三维成像。 无法进行脑部成像。 探测器在组织下方，意味着需 要更少的偶联剂，偶联剂或水 仅在动物下方。脑部成像已经 有常规的应用，不需要动物浸 入水中。 唯有小鼠全身实时扫描，才 能进行药物动力学分析 (pK/pD)。 PK/PD研究，如果使用切 片式扫描的，无法进行体积 3-D吸收研究。第一个切片 和最后一个切片的获取肯 定不在一个时间点上。 Endra系统在吸收研究中 已经是常规的应用，典型的 试验通常每周做50只动物 的扫描。 空间分辨率整鼠横切面扫描: 150um 不是等向性分辨率，切片厚 度大于400um. 280um 280um是3年前在原型机上的 分辨率，Endra具有<250um 的等向性分辨率， iThera切 片厚度是400um (发表文献). 基于360度环状激光发光 设计及微阵列超声叹投讯 号接收，即使在小鼠深部横 切面处，分辨率依然很好。 分辨率与激光发射形状没 有任何联系。仅取决于换能 器的几何学。写这种文字的 人对光声没有任何专业知 识。 对比灵敏度<95nM (ICG) <15fM (gold nanoparticle) 350nM (ICG) 这是3年前原型机的灵敏度， 是在激光能量较低的情况下 获得的，我们现在轻松达到 10mm深度<100nM。 iThera is better. iThera仅仅拿一个切片获 得的数据来充当一个体积 的数据，切片外的光都浪费 了，光声信号也浪费掉了。 视野范围视野范围: 20(25)x20(25)x120mm； 可撷取整个小鼠横切面视 野； 穿透深度40mm 20mm； 手动改变视野范围； 无法进行整只小鼠的造影。 我们的FOV是 25mm,对小鼠 来说足够。超声不是全身成像 的技术，对于光声成像来说， 要让声波穿透有气体存在的 空间来成像是根本不可能的。 唯有 iThera的探测深度能 穿透整只小鼠。 激光系统脉冲能量: 80-120mJ； 波长可调范围: 410-980nm； 波长切换时间: <50ms; 360°均匀环状激发。 使用光纤会降低激光能量。 脉冲能量: 25mJ； 波长范围: 680-980nm； 波长切换时间: ~1S； 单向（下方）激发设计。 使用紧凑型激光器，牢固可 靠，且应用于多项工业应用 中。单元部件完全密封不需要 维护。我们的激光脉冲频率为 20Hz，拥有一个有效的光学系 统（无光纤无能量损失），光 达到动物身上的能量与 iThera一样。 iThera可使用的荧光标记 物更多、信噪比与脉冲能量 成正比，iThera信噪比更 好。 信噪比取决于几个方面，包 括声学接收器和探测器、电 子元件等。上述说法没有任 何根据。iThera的激光器是 为桌面型物理研究设计的， 在生物学应用研究领域没 有任何可参考的数据。 Endra激光达到动物的能 量是符合ANSI激光标准

第一章放射治疗中医学影像成像系统

第一章肿瘤放射治疗中的医学影像成像系统 引言 医学影像成像系统是现代精确放疗的基础。在过去三十多年里，医学影像技术的发展促进了3D根治放疗剂量计算、传输和控制革命性进展。医学影像对评估肿瘤的进展程度、修改治疗计划和引导剂量传输方面起到了不可或缺的作用，其中一个最重要的进步就是实现了患者解剖信息在断层层面上的可视化显示。恶性肿瘤可改变正常器官的空间位置关系。现代医学影像系统可以从以下三个方面协助实现精确放疗： ①医学影像系统可提供肿瘤和临近器官的形状、体积和位置的准确信息。 ②CT图像反映出的组织密度（电子密度）是放射剂量准确计算的基础。 ③连续的动态影像成像系统可用于观察和评估生理运动造成的肿瘤和器官形态、位置的变 化。 随着逆向调强放射治疗（intensity modulated radiotherapy，IMRT）、重离子放射治疗等剂量传输技术的应用，放射治疗可实现高适形度的剂量传输，如图1-1所示。这些高精度剂量传输技术的发展与应用，增加了大家对运动靶区成像和治疗的兴趣。治疗机房内成像系统的发展为在线图像引导放疗的实现提供了可能，通过获取患者治疗期间每日的影像信息,可减小由摆位和器官运动造成的误差，并可通过后台图像处理定量监测病灶变化，可更客观、真实的评估靶区及危及器官的真实受量，最终实现自适应放射治疗（Adaptive radiotherapy，ART）。本章节着重讲述医学影像成像系统与调强适形放疗相关的成像手段和图像处理技术。 a:横断面b:冠状面c:矢状面d:三维重建 图1-1 一例鼻咽癌患者IMRT计划的剂量分布图 通过回顾性的检查、统计和分析放射治疗过程中不确定性的来源，可更好的开发用以提高治疗精度的成像系统。放疗过程中的不确定性因素从靶区的勾画就已经存在。在治疗计划中应用电子计算机X射线断层扫描技术（computed tomography，CT）扫描图像的初步研究表明，若未使用CT扫描，约20%的患者肿瘤靶区覆盖是不够的，约27%刚好处于临界状态，只有约53%的患者肿瘤靶区的覆盖度是足够的。因此应用一个准确、有效而又稳定的靶区范围确定方法非常重要，如图1-2所示。对器官因生理运动（如呼吸、膀胱充盈程度等)造成的靶区位置的不确定性，更应该给予动态的靶区足够的剂量覆盖。

医学成像系统试题库A

医学成像系统试题库（A ） 试卷（一） 一． 填空 1．磁共振的频率ω= 。 2．在磁共振中，若质子的能级差B 2E μ=?，B 为外加磁场。质子产生共振的条 件 ，共振频率 。 3．在磁共振中用部分饱和序列采集MRI 信号，图像的灰度值主要由 决定， 对 的变化不敏感。1T 的组织图像要比1T 的组织显得亮。 4．在B 超成像中对组织器官的轮廓显示主要取决于 回波，反映组织特征的 图像由 回波决定。 A ．反射 B. 衍射 C. 散射 D. 透射 5．B 超设备中的DSC （数字扫描变换器）在图像后处理的主要功能有：1. 2. 3. 4. 5. 6．在B 超成像中显示图像的数据插补方案有： 。 7．核医学成像的辐射检测器有哪几 类 。 8．可以完成对正电子探测成像的设备有： 成像设备，双探头 成像设备， 成像设备，与CT 相结合的

成像设备。 9．γ照相机准直器的类型有。 二．简答题 1．画出超声换能器基本结构的示意图，并作简单说明。 2．超声探头晶片D=10mm，频率f=1.25MHz , λ=1.22mm ,定量求出超声场轴线上的声压分布情况并画图，说明远场和近场的特点以及远场扩散角是多少？3．在磁共振成像中，用二维付里叶法对16个层面进行检查时，如果脉冲周期的重复时间为1.5S，图象平均次数为2，整个图像数据采集时间为多少（假设图象像素矩阵为128×128）。 4．磁共振信号的采集脉冲有哪几种？并说明激励脉冲信号的组成。 5．画出双探头的SPECT符合检测成像设备中的符合检测电路的基本结构、并说明基本工作原理。 6．画出γ照相机的基本结构图以及简单说明信号流程。 7．画出PACS的基本工作框图，并对其做简要说明。 三．回答下列问题 1．说明X-CT成像、核医学成像、超声成像、磁共振成像的各自特点及共性。2．画出超声彩色血流图（CFM）的原理框图，并说明其工作原理。 3．B超设备中声束的扫描方式有哪几种？请说明各种扫描方式的基本特点。4．在磁共振成像中利用付里叶变换法成像，请说明其成像原理（包括磁梯度场的选取、相位编码、频率编码，和最后的成像）。

光声成像

光声成像的原理生物通 https://www.360docs.net/doc/829538781.html, 虽然我们已经接受了X射线成像所获得的灰色照片，但这只是我们机体内部“照片” 的一个稀疏替代品。然而由于光子只能穿透约为一毫米的软体组织，之后就会散射出去，无法解析其途径，获得图形，因此我们只能接受这样的图片。生物通 https://www.360docs.net/doc/829538781.html, 但是散射并没有破坏光子，这些基本粒子能直达7厘米的深处（大约3英寸）。光声 成像的方法就在于将深处的吸收光转变成了声波，后者比光散射情况低一千倍。这可 以通过某光波长纳秒脉冲激光照射成像组织来实现。生物通 https://www.360docs.net/doc/829538781.html, 也就是说，当宽束短脉冲激光辐照生物组织时，位于组织体内的吸收体 (如肿瘤 )吸收脉冲光能量，导致升温膨胀，产生超声波。这时位于组织体表面的超声探测器件可以 接收到这些外传的超声波，并依据探测到的光声信号来重建组织内光能量吸收分布的 图像。生物通 https://www.360docs.net/doc/829538781.html, 由此可见光声成像技术检测的是超声信号，反映的是光能量吸收的差异，所以这一技 术能很好地结合光学和超声这两种成像技术各自的优点。而且由于探测的是超声信号，所以这一技术能克服了纯光学成像技术在成像深度与分辨率上不可兼得的不足。而且 由于光声技术的图像差异来源于组织体光学吸收的不同，这就能够有效地补充纯超声 成像技术在对比度和功能性方面的缺陷。生物通 https://www.360docs.net/doc/829538781.html, 除此之外，光不同于X射线，不会产生任何健康威胁，而且光声成像也比X射线成像 对比度更高，还能由“内源性”造影剂，获得彩色分子图像，这包括血红蛋白——随 着获得和失去氧气，而改变颜色，还有黑色素，以及DNA——处于细胞核中的DNA 比细胞质中的DNA更“暗”。生物通 https://www.360docs.net/doc/829538781.html, 通过“外源性（引入）”造影剂的帮助，比如有机染料，或者能表达彩色分子的基因，光声成像也能对组织成像，比如淋巴结，这一结构易于周围环境混淆。汪教授还利用 报告基因编码了彩色物质进行实验，这获得了良好的结果。生物通 https://www.360docs.net/doc/829538781.html,

医学成像系统的最新发展现状

医学成像系统的最新发展现状医学成像是指外科医生用以诊断从身体外部无法看到的身体部位的过程，比较常见的方式包括使用内视镜、X光等方式。医学成像又称卤化银成像，因为从前的菲林(胶卷)是用感光材料卤化银化学感光物成像的。 根据成像的形式，可以有影像诊断学、医学超声检查、超声诊断学、乳房摄影术、X射线断层成像、核磁共振成像（又称磁振造影）、X光成像、萤光成像等。 医学图像在医学中占有重要地位。显微镜的发明对医学的发展是一次重大推动。因为它使人们以图像的形式观察到了直接由眼睛所不能看到的微观世界。德国物理学家伦琴(Wilhelm Conrad Rontgen)于1895年11月8日发现X射线，促使医学图像第二次得到重大发展。由于X线在医学上的应用使得人们能观察到过去看不到的人体内部的形态结构。1972年X 线计算机断层成像设备〔X-CT)的问世，使医学成像技术出现了崭新的面貌，它可以给出无重叠的、清晰度相对比度有很大提高的断层图像，这是发现x线以来医学图像的又一次重大发展。100多年来放医学影像设备迅速发展。条件日臻完善，医学成像技术日新月异。特别近些年来，医学影像设备又有一些新的发展动向。第一动向是，技术的发展充实与完善了设备的硬件与软件功能；第二个动向是高档设备的技术指标主要用于临床研究与功能的开发，代表了生产厂家的技术实力，低档设备则在努力充实与不断提高硬件的性能，并且迅速把高、中档设备较成熟的功能与软件移植过来，从而显著改善了低档设备的性能指标，拓宽了低档设备的适用范围。 不同的成像方式经历着不一样的发展阶段，但却给医学带来了客观的贡献。 一、X线成像技术 1895年伦琴发现了X射线，这是19世纪医学诊断学上最伟大的发现。X-ray透视和摄影技术作为最早的医学影像技术，直到今天还是使用最普遍且有相当大的临床诊断价值的一种医学诊断方法。X线成像系统检测的信号是穿透组织后的X线强度，反映人体不同组织对X 线吸收系数的差别，即组织厚度及密度的差异；图像所显示的是组织、器官和病变部位的形状。 随着计算机的发展，数字成像技术越来越广泛地代替传统的屏片摄影。数字X线检查技术包括计算机X线摄影、直接数字X线摄影、数字减影血管造影和X－CT等。X－CT的问世被公认为伦琴发现X射线以来的重大突破，是标志着医学影像设备与计算机相结合的里程碑。自20世纪70年代初开始在临床应用以来，经过多次升级换代，由最初的普通头颅CT机发展到现在的高档滑环式螺旋CT和电子束CT。其结构和性能不断完善和提高，可用于身体任何部位组织器官的检查，因其密度分辨率高，解剖结构显示清楚，对病变的定位和定性较高，已成为临床常用的影像检查方法。 此外，双源CT 系统以及真三维容积成像技术成为近年来医学成像的研究热门。西门子