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医学影像成像原理课件
•医学影像成像原理
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3.1.1 X线的特征
2. X射线与物质间的相互作用
（2）X射线的荧光作用。
X射线是肉眼看不见的，但当它照射某些物质时，如磷、铂氰化 钡、硫化锌、钨酸钙等，能够使这些物质的原子处于激发态，当它们 回到基态时就能够发出荧光，这类物质称荧光物质。
医学中透视用的荧光屏、X射线摄影用的增感屏、影像增强器中 的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。
1. X射线的波粒二象性
✓ X射线同时具有波动性和微粒性，统称为波粒二象 性。
✓ X射线在传播时，它的波动性占主导地位，具有频 率和波长，且有干涉、衍射等现象发生。
✓ X射线在与物质相互作用时，它的粒子特性占主导 地位，具有质量、能量和动量。
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3.1.1 X线的特征
2. X射线与物质间的相互作用 （1）X射线的穿透作用。
成像板的构造：
（1）表面保护层。 （2）辉尽性荧光体层。 （3）基板（支持体）。 （4）背面保护层。
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3.1.3 计算机X线摄影（CR）
2. CR 系统成像的基本过程 （1）影像信息的采集： （2）影像信息的读取： 与普通X摄影相比较，CR的优点是：① 宽容度大，摄影 条件易选择。② 可降低投照辐射量：CR可在IP获取信息 的基础上自动调节放大增益，最大幅度地减少X线曝光量 ，降低病人的辐射损伤。③ 影像清晰度较普通片高。④ 对影像可进行后处理，对曝光不足或过度的胶片可进行后 期补救。⑤ 可进行图像传输、存储。⑥由于激光扫描仪 可以对IP上的残留信号进行消影处理，IP板可重复使用23万次。
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单束平移-旋转方式
医学影像成像原理
医学影像成像原理
成像原理主要是利用我们X线进入人体后，产生的一种电离效应，进而引起生物学特性改变。
这既是我们放射检查的基础，也是我们为什么要进行防护的原因，所以说综合来讲，x线在穿透人体后对组织器官形成一种不同的衰减作用，衰减以后形成的组织密度差，再通过荧光屏进行一种影像学的转化，变成了影像医师可以观察到的一种黑白影像，这就是X线成像原理的常规描述。
所以说，当我们在利用X线这种穿透性和生物学效应的同时，它也会对我们正常的组织和细胞产生一定的辐射损伤。
所以说我们在X线检查的时候，除了拍摄部位外，其他部位都需要用铅板做好一些相应的屏蔽和防护。
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医学影像成像原理3.2.2X-CT的扫描方式3.旋转-旋转（R/R）方式这种扫描称为第三代CT扫描，扫描装置由一个X 射线管和由250～700个检测器（或用检测器阵列）排列成一个可在扫描架内滑动的紧密圆弧形。
X射线管发出张角为30°～45°，能覆盖整个受检体的宽扇形射线束。
由于这种宽扇束扫描一次即能覆盖整个受检体，故只需X射线管和检测器作同步旋转运动。
X线管旋转采样点检测器轨道检测器扇形X线束摄影区域旋转-旋转扫描方式3.2.2X-CT的扫描方式3.旋转-旋转（R/R）方式这种扫描的缺点是：要对每个相邻检测器的接收灵敏度差异进行校正，否则由于同步旋转扫描运动会产生环形伪像。
X线管旋转采样点检测器轨道检测器扇形X线束摄影区域旋转-旋转扫描方式3.2.2X-CT的扫描方式4.静止-旋转（S/R）方式这种扫描称为第四代CT扫描方式，扫描装置由一个X射线管和600~2000个检测器所组成。
在静止-旋转扫描方式中，每个检测器得到的投影值，相当于以该检测器为焦点，由X射线管旋转扫描一个扇形面而获得。
静止-旋转扫描方式的优点是：每一个检测器上获得多个方向的投影数据，能很好地克服宽扇形束的旋转-旋转扫描方式中由于检测器之间差异所带来的环形伪影，扫描速度与静止-旋转方式相比也有所提高。
检测器X线管轨迹X线管静止-旋转扫描方式3.2.2X-CT的扫描方式5.电子束扫描方式电子束扫描又称为第五代CT，扫描装置由一个特殊制造的大型X射线管和静止排列的检测器环组成。
这种机构在50～100ms内能完成216°的局部扫描。
真空泵靶环扫描床电子枪电子束聚焦线圈偏转线圈X线束电子束扫描方式3.2.3螺旋CT工作原理螺旋扫描是指在扫描期间，X线管连续旋转并产生X线束，同时扫描床在纵轴方向连续移动，这样，扫描区域X线束进行的轨迹相对被检查者而言呈螺旋运动，扫描轨迹为螺旋形曲线，这样可以一次收集到扫描范围内全部容积的数据，所以也称为螺旋容积扫描。
医学影像成像原理
医学影像成像原理1895年，德国菲试堡物理研究所所长兼物理学教授威廉·孔拉德·伦琴把新发现的电磁波命名为X光，这个"X"是无法了解的意思。
世人为了表示对发明者的敬意，亦称之为"琴伦线"。
X光是一种有能量的电磁波或辐射。
当高速移动的电子撞击任何形态的物质时，X光便有可能发生。
X光具有穿透性，对不同密度的物质有不同的穿透能力。
在医学上X光用来投射人体器官及骨骼形成影象，用来辅助诊断。
1894年，实验物理学家勒纳德在放电管的玻璃壁上开了一个薄铝窗，成功地使阴极射线射出管外。
1895年，物理学家伦琴在探索阴极射线本性的研究中，意外发现了X光。
X光的发现，不仅揭开了物理学革命的序幕，也给医疗保健事业带来了新的希望。
伦琴因此成为第一个诺贝尔物理学奖得主。
x光是穿透性很强的射线，一种高能量光波粒子，所以一般物体都挡不住，射线要被阻挡，关键由射线强度、频率、阻挡物质与射线作用程度、阻挡物质厚度、阻挡物质大小共同决定。
一般情况下，常见的X光(医院用)大约3~5cm的铅块就可以阻挡了。
但是也会在背景屏上会显示阻挡物的阴影形状，就好像日食，虽挡住了太阳光，却留下了阴影。
核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术。
是继CT后医学影像学的又一重大进步。
自80年代应用以来，它以极快的速度得到发展。
其基本原理：是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。
在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫做核磁共振成像。
核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学生物等领域，到1973年才将它用于医学临床检测。
为了避免与核医学中放射成像混淆，把它称为核磁共振成像术(MR)。
MR是一种生物磁自旋成像技术，它是利用原子核自旋运动的特点，在外加磁场内，经射频脉冲激后产生信号，用探测器检测并输入计算机，经过处理转换在屏幕上显示图像。
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X射线与人体的相互作用
直接透射
光电效应
康普顿散射
四、影响X线的衰减的因素
μm＝
3 4 Kλ
(一)、原子序数的影响
光电效应：衰减系数与Z4成正比 康普顿效应：衰减系数与Z成正比
原子序数越高，吸收X线越多
(二)、X射线能量的影响
？？
X线能量越大，穿透力越强。衰减系数越小
半价层大小反应的是物质还是X线的性质？ 跟什么因素有关？
二、X射线在质中的衰减
+
吸收 反射 折射
光电效应 康普顿效应
康普顿效应、相干散射
（一）单能窄束X线的衰减规律
1、什么是单能窄束X射线？
2、衰减规律
－△I＝μI0 △X
－△I：强度衰减 I0 ：源辐射强度 △X ：厚度 μ：吸收系数
管电压(kV) 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 脂肪(×102) 0.3393 0.2653 0.2196 0.2009 0.1905 0.1832 0.1801 0.1774 0.1755 0.1742 0.1732 0.1724 肌肉(×102) 0.4012 0.2933 0.2455 0.2213 0.2076 0.1994 0.1942 0.1906 0.1882 0.1864 0.1852 0.1842 骨骼(×102) 2.4434 1.4179 0.9677 0.7342 0.6047 0.5408 0.4865 0.4530 0.4298 0.4132 0.4010 0.3918
人体吸收X线最多的是门牙，吸收最少的是肺
(四)、克电子数、立方米电子数
电子数目越多，电子越密集，x线发生作用 的几率越大。 人体内除空气外，几乎所有组织电子数特性相 差不大 KV增加时，康普顿占优，影响主要因素为电子 数。增加散射，影响图像对比。
医学成像原理
医学成像原理
医学成像原理是一种用于获取人体内部结构和功能信息的技术，能够为医生进行诊断和治疗提供重要的参考依据。
在医学成像中，常用的几种原理包括：射线穿透、声波传播、磁场作用和放射性核素发射。
射线穿透是医学成像中最常见的原理之一，主要指的是通过用射线通过人体，然后通过射线的强度变化来获取图像。
这种成像方式在X射线摄影和计算机断层成像（CT）中应用广泛。
在X射线摄影中，射线穿透人体后被感光介质接收，形成黑
白对比的影像。
而在CT中，通过旋转式射线和X射线探测器的组合，可以获得更多层次的图像。
声波传播在超声波成像中起到重要作用。
超声波成像利用声波在人体组织中传播的特性，通过声波的反射和散射来获得图像信息。
超声波成像通常用于检查肝脏、乳房、心脏等器官，具有无辐射、非侵入性、实时性等优点。
磁场作用是核磁共振成像（MRI）的基础原理。
核磁共振成像利用人体组织中的原子核在磁场作用下产生的特定信号来生成图像。
MRI能够提供很高的空间分辨率和对软组织的良好对
比度，广泛应用于检查脑部、关节、脊椎等部位。
放射性核素发射是核医学成像的工作原理。
核医学成像是通过给患者体内注射放射性核素，利用核素发射的射线性质获取图像。
核素发射的射线可用于检查肝脏、骨骼、心脏等器官，对疾病的早期诊断和治疗监测有很大帮助。
综上所述，医学成像的原理多种多样，其中射线穿透、声波传播、磁场作用和放射性核素发射是常用的几种原理。
这些原理各具特点，适用于不同的临床需求，共同为医学诊断和治疗提供了重要的技术支持。
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X线成像技术与应用
X线成像技术
X线成像技术包括普通X线摄影、特殊X线摄影（如点片、体层摄影等）以及数 字X线摄影等。
X线成像应用
X线成像在医学诊断中应用广泛，如骨折、关节病变、肺部疾病、腹部疾病等， 同时也可用于治疗和手术导航。
03
CT成像原理及技术
CT成像原理及过程
X线与物质相互作用
计算机重建图像
功能成像技术：如fMRI、ASL等，用于 研究脑功能和血流动力学。
分子成像技术：利用特定分子探针，对 特定分子或生物标志物进行成像，用于 疾病早期诊断和预后评估。
05
超声成像原理及技术
超声波产生与性质
超声波的产生
通过高频电信号激励压电晶体或磁致 伸缩材料，使其产生振动并向外辐射 超声波。
超声波的性质
信息。
疾病治疗
医学影像成像技术还可以用于疾病 治疗，如放射治疗和介入治疗等。
医学教育和科研
医学影像成像技术还可以用于医学 教育和科研，帮助医学生和科研人 员更好地了解人体结构和疾病特征 。
02
X线成像原理及技术
X线产生与性质
X线产生
X线是由高速电子撞击物质时产生的 电磁波，波长范围为0.01-10nm。
动态容积CT
通过连续扫描和重建，获 得动态容积数据，用于评 估器官功能和血流情况。
特殊技术应用
如CT血管造影、CT灌注 成像等，可对特定部位进 行高分辨率成像，用于诊 断和治疗。
04
MRI成像原理及技术
MRI成像原理及过程
核磁共振原理
利用原子核在磁场中的自旋和能级跃迁，通过外加磁场和射频脉冲，实现核磁共 振信号的检测和成像。
X线与人体组织相互作用，产生散射 和吸收，不同组织对X线的吸收程度 不同，从而形成图像。
医学影像成像原理
医学图像处理的意义
图象是人们从客观世界获取信息的重要来源 视觉信息占60％－70％。
图像信息处理是人类视觉延续的重要手段 人的眼睛只能看到可见光部分，但能够成像的并 不仅仅是可见光。可成像的射线有： γ射线 X射线 紫外线 红外线 微波
利用图像处理技术把这些不可见射线转换成可见 图像，大大延伸了医生视觉器官的功能，扩大了 诊断范围。
2．图象存储 磁带、磁盘或光盘。为解决海量存储问题，主要 研究数据压缩、图像格式和图像数据库技术等。
3 ．图像传输 内部传送多采用DMA（Direct Memory Access）技术 外部远距离传送主要解决占用带宽
4．图像处理 几何处理、算术处理、图象增强、图像复 原、图象重建、图像编码、图像识别和图 象理解
彩色三要素 亮度：是指彩色光作用于人眼引起的明暗
程度的感觉。 色调：指彩色光的颜色类别。 饱和度：是指颜色的深浅程度。
三基色原理
绿
黄
青
红
蓝
品红
自然界中一切彩色都可以分解成红、绿、蓝三种 独立色。
用红、绿、蓝可以按不同比例配成自然界中不同 的颜色。
像素
组成图像的细小（基本）单元称为像素
5. 图像的输出与显示
硬拷贝:照相、激光拷贝、彩色喷墨打印等 软拷贝: CRT显示器、液晶显示器(LCD)、场致发
光显示器(FED)
医学图象处理及研究内容
一、超声图象 分为回波法和多普勒法两大类 回波法是利用超声波在两种声阻抗不同的物质界
面处的反射来检测脏器的构造及其运动的。
界面：两个介质的分界面
2．变换域法 首先对图像进行正交变换，得到变换域系数阵列， 然后在施行各种处理，处理后再反变换到空间域， 得到处理结果。包括：滤波、数据压缩、特征提 取等处理。
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35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
医学影像成像原理
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
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60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
Байду номын сангаас