生物医学仪器(第七章)课件.pptx

1、第七章第七章 医学影像成像设备医学影像成像设备 成像技术及设备成像技术及设备l信息载体（如X线、线、射频、超声波等）携带需要成像的物体的特征量信息，通过成像系统形成物体的图像或影像.l关键技术：1、信息载体的特性；2、信息载体在生物组织中的特性。3、图像重建原理、重建算法。第七章第七章 医学影像成像设备医学影像成像设备投影投影X射线成像系统射线成像系统物理介质的物理介质的计算机断层成像系统（计算机断层成像系统（X-CT）放射性核素成像系统（放射性核素成像系统（E-CT）超声成像系统超声成像系统(B超超)磁共振成像系统（磁共振成像系统（MRI）成像系统成像系统X射线的射线的衰减衰减射线的射线的含

2、量含量不同组织界面不同组织界面对超声波的反射对超声波的反射磁场磁场共振信号强度共振信号强度第七章第七章 医学影像成像设备医学影像成像设备 超声成像（B超）：利用超声波遇到不同组织界面时的强反射特性第七章第七章 医学影像成像设备医学影像成像设备 超声成像（B超）：第七章第七章 医学影像成像设备医学影像成像设备投影X射线成像（X-Ray）：X射线X射线像物体衰减度适衰减度适中（能量中（能量不太高也不太高也不太低）不太低）所成像是三所成像是三维结构在二维结构在二维平面上的维平面上的投影，非断投影，非断层成像层成像第七章第七章 医学影像成像设备医学影像成像设备投影投影第七章第七章 医学影像成像设备医学

3、影像成像设备X射线计算机断层成像（X-CT）：反投影重建反投影重建（中心切片定理）（中心切片定理）第七章第七章 医学影像成像设备医学影像成像设备第七章第七章 医学影像成像设备医学影像成像设备第七章第七章 医学影像成像设备医学影像成像设备放射性核素成像（E-CT）：注射药物注射药物（上面标有放射性同位数，药物被人体吸（上面标有放射性同位数，药物被人体吸收后参与新陈代谢，并放射收后参与新陈代谢，并放射射线射线）射线与射线与X射线射线一样具有衰减一样具有衰减性，需要进行性，需要进行衰减补偿，为衰减补偿，为什么？什么？第七章第七章 医学影像成像设备医学影像成像设备 磁共振成像（MRI）：第七章第七章

4、医学影像成像设备医学影像成像设备第七章第七章 医学影像成像设备医学影像成像设备未加梯度场未加梯度场加相位梯度场加相位梯度场加频率梯度场加频率梯度场层面信号的编码技术层面信号的编码技术第七章第七章 医学影像成像设备医学影像成像设备计算机在医学成像中的基本步骤计算机在医学成像中的基本步骤1、根据测量原理采集图像数据；2、提取图像特征建立图像；3、在显示屏上显示图像；4、利用图像处理技术提高图像质量（图像后处理）；5、存储和检索图像。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.1 超声诊断仪的发展历史超声诊断仪的发展历史1915年德国科学家发现强超声可导致水中小动物死亡。1922年德国获得超声治疗专

5、利。1933年出现第一篇有关超声治疗疾病的临床效果的报道。20世纪40年代末A型超声诊断仪开始应用于临床。70年代后期B型、D型超声仪开始出现。80年代彩色血流成像出现。90年代数字超声、三维超声、介入超声在临床上广泛应用。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.2 超声成像的物理学基础超声成像的物理学基础*(2 0)fk H z无 损超 声诊 断 具 有无 创无 电 离 辐 射7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.2 超声成像的物理学基础超声成像的物理学基础超声波被发射到病人的身体内，遇到遇到不同组织后反射回不同组织后反射回，被接收装置收到并由计算机处理后重建成图像。由于不同密度的

6、组织吸收不同声阻抗和衰减特性，这些不同导致了不同组织由不同灰度所表现的图像。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.2 超声成像的物理学基础超声成像的物理学基础距离时间速度/2。发射波的频率必须很小。声波在软组织与骨骼或空气的临界面，可观察到强烈的反射。声强会随着传播距离的增加而减少，这种又称为超声的衰减现象。衰减系数在软组织中与声频成比例。对于大脑的超声波检查，只能用低频声波，这意味着低分辨率。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.2 超声成像的物理学基础超声成像的物理学基础1、超声传播的物理特性 （1）衰减；（2）传播速度；（3）反射、折射、衍射和散射;（4）声反射效应：声波传播

7、到两种阻抗不同的介 质界面上，如界面尺寸远大于波 长时，便会引起部分或全部声能 的返回。反射回来的超声为回声。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.2 超声成像的物理学基础超声成像的物理学基础2、超声成像的基本原理 超声经过不同正常器官或病变的内部，其内部回声可以是无回声、低回声或不同程度的强回声。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.2 超声成像的物理学基础超声成像的物理学基础2、超声成像的基本原理无回声：超声经过的区域没有反射。液性暗区、衰减暗区、实质暗区低回声：内部回声为分布均匀的点状回声。强回声：强回声、较强回声、极强回声。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.2 超

8、声成像的物理学基础超声成像的物理学基础含液体脏器如胆囊、膀胱、血管、心脏等，壁与周围脏器及内部液体间为界面、液体为均匀的无回声区。实质性软组织脏器如肝、脾、肾等脏器均有包膜，周围有间隙，内部各有一定结构，如肝可以显示脏器轮廓、均匀的肝实质与肝内管道结构。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.2 超声成像的物理学基础超声成像的物理学基础当脏器有病变时，由于病变组织与正常组织的声学特性不同，超声通过时产生不同正常的回声规律，各种病变组织亦各有其声学特性、其反射规律亦不相同。如肝内液性病变为无回声区，肝癌为强弱不均的实质性回声区、边缘不整齐，胆囊内结石则在无回声区中有强回声光团，后方有声影。7

9、.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.2 超声成像的物理学基础超声成像的物理学基础含气脏器如肺、由于肺泡内空气与软组织间声阻差异极大，在其交界面上产生全反射（几乎100），并形成多次反射。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声诊断成像型超声诊断成像1、B型超声诊断仪的基本工作原理B超中回波信号的强度通过光斑的形式出现。信号强，光点就亮，反之就暗。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声诊断成像型超声诊断成像1、B型超声诊断仪的基本工作原理tA荧光屏的横坐标代表超声波传播深度型纵坐标代表回波信号的幅度7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声诊

10、断成像型超声诊断成像2、B型超声的特点（1）B型超声与A型超声的三个不同点显示的亮度随回波电信号的大小而变化。发射的声速必须扫描。根据图像信息进行疾病诊断。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声诊断成像型超声诊断成像2、B型超声的特点（2）B型超声的特点可以直观的显示脏器的大小、形态结构，并可将实质性、液性或含气性组织区分开来。成像速度快，可进行实时动态成像。对软组织的分辨率是X射线的100倍。三种扫描方式：线性（腹部）、扇形（心脏）和凸阵（介于二者之间）。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声诊断成像型超声诊断成像3、目前常用的几种B型超声诊断仪原理（1）

11、电子线阵扫描由许多小换能器阵元排成直线，在电子线路的控制下换能器阵元一个一个接力式的发射和接受超声波，完成扫查过程。优点优点：所得图像的扫描线均匀分布。缺点缺点：探头的几何尺寸限制了它可以探查的范围。如：体外扫查心脏时，超声束只能通过肋骨间的缝隙进入体内。这种情况下采用线阵探头不合适。采用扇束扫描较合适。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声诊断成像型超声诊断成像3、目前常用的几种B型超声诊断仪原理（2）电子扇形扫描用电子线路控制的方法实现扇形扫描。探头有多个阵元组成.调整各阵元的激励延迟除了可改变波束的指向外，还可实现声束聚焦。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3

12、 B型超声诊断成像型超声诊断成像3、目前常用的几种B型超声诊断仪原理（3）电子凸阵扫描由许多换能器阵元排列在一个圆弧上。优点优点：与线阵探头相比，扫查范围显然变大。设计不同的圆弧半径的凸阵探头可满足不同的应用场合：大半径探头用于探查腹部；小半径探头可以用来探查心脏。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声诊断成像型超声诊断成像3、目前常用的几种B型超声诊断仪原理（4）彩色多普勒血流超声成像 指测定血管或心脏中某个位置上的血流速度，包括大小与方向。再通过一定的计算可以得出血流的平均流速脉动指数、阻力指数等指标供临床诊断参考。7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声

13、诊断成像型超声诊断成像3、目前常用的几种B型超声诊断仪原理（4）彩色多普勒血流超声成像超声超声脉冲脉冲发射发射接收接收回波回波信号信号正交正交解调解调壁滤壁滤波器波器平均平均速度速度方差方差估计估计彩色彩色血流血流图显图显示示信号处理流程图信号处理流程图7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声诊断成像型超声诊断成像3、目前常用的几种B型超声诊断仪原理0()()cos()x tA ttt回波时域表示为：nA(t)：t时刻代表某一深度的散射强度。n(t)：包含速度信息的相位。n要办法去掉f0成分。（4）彩色多普勒血流超声成像7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声诊

14、断成像型超声诊断成像3、目前常用的几种B型超声诊断仪原理)(cos)()(0tttAtx回波信号：)(sinsin)()(coscos)(00tttAtttAB(t)A(t)00 sin)(sin)(cos)(cos)(正交分量tttAtttA（4）彩色多普勒血流超声成像7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声诊断成像型超声诊断成像3、目前常用的几种B型超声诊断仪原理（4）彩色多普勒血流超声成像7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声诊断成像型超声诊断成像3、目前常用的几种B型超声诊断仪原理（4）彩色多普勒血流超声成像ttttAt00Acos2)(cos)()(

15、)(cos)(2)cos(0ttttA)(cos)()(2cos)(0ttAtttA)(cos)()(ttAtA低通7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声诊断成像型超声诊断成像3、目前常用的几种B型超声诊断仪原理（4）彩色多普勒血流超声成像)sin2()(cos)()(00ttttAtvB)(sin)(2)sin(0ttttA)(sin)()(2sin)(0ttAtttA)(sin)()(ttAtvB低通7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声诊断成像型超声诊断成像3、目前常用的几种B型超声诊断仪原理（4）彩色多普勒血流超声成像n可能出现彩色逆转，容易误认为血

16、流紊乱。n不能用于血流速度的定量分析。n只能观察单一方向的血流。n湍流显示不确定性。1）普通彩色多普勒血流成像（CDFI）的局限性7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.3 B型超声诊断成像型超声诊断成像3、目前常用的几种B型超声诊断仪原理（4）彩色多普勒血流超声成像n彩色多普勒能量图（CDE）：不能表示血流的速度和方向。具有高空间分辨率，可显示低速小血管。n彩色多普勒方向性能量图（DCA）：能同时提取能量和平均速度信息。n彩色多普勒组织成像图（TDI）：对有运动的组织成像。2）几种扩展方向7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.4 全数字化超声诊断仪和新的成像技术全数字化超声诊断仪和

17、新的成像技术全数字化超声诊断设备：从超声声束的发射到图像的 前后处理完全实现数字化。n采用数字化前端：在探头内加入微型集成电路。n采用数字化波束形成技术改善空间分辨率和波束聚焦特性，提高时间分辨率。n每一阵元都要一个A/D转换器，而且要求采样频率非常高，因此对A/D转换器的数目和性能的要求增加很多，使造价提高，一般仅用于高档成像系统中。特点：7.1 超声波成像仪器超声波成像仪器7.1.4 全数字化超声诊断仪和新的成像技术全数字化超声诊断仪和新的成像技术n动态多频率扫描：在探测深部组织时用低频信号，探测浅部 组织时用高频信号，从而提高纵向分辨率。n动态聚焦：采取固定发射聚焦，而在接收时快速改变聚

18、焦。n可变孔径：发射时以一定数量的阵元组合进行，接收时对于 近场区用少数阵元。n合成孔径聚焦成像：实现逐点聚焦。n三维超声重建。n数字编码技术。n多声束形成技术：形成多条接收声束技术，提高成像速度。n谐波成像：通过测量谐波成分，抑制不含造影剂的组织。n动态频率扫描系统：多频率超声波同时发射和分段接收。n基于PC平台的超声图像主要技术：7.2 X射线成像仪器射线成像仪器1895年年德国物理学家伦琴发现德国物理学家伦琴发现X射线射线 （开创了人体影像诊断的先河）（开创了人体影像诊断的先河）7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.1 X射线成像原理射线成像原理7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.

19、2.1 X射线成像原理射线成像原理7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.1 X射线成像原理射线成像原理X射线成像相关特性：射线成像相关特性：穿透作用 荧光作用 摄影作用 电离效应与波长、被照体的密度和厚度相关本身肉眼看不见，但照射某些物质时可产生荧光可使胶片感光成像任何物质均有，通过测量空气电离的程度可计算X射线的量7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.1 X射线成像原理射线成像原理X X射线发生装置射线发生装置阴极阳极真空玻璃管7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.1 X射线成像原理射线成像原理2.2.计算计算X X线成像线成像CR特点：特点：用IP板代替X线胶片，IP板可重复使

20、用达上千次。IP上的潜影可用激光扫描系统读取，并转换成数字信号。影像可后处理，可改变图像特性。7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.2 血管数字减影的原理血管数字减影的原理7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.2 血管数字减影的原理血管数字减影的原理Mask Image，对检查部位直接进行X光拍摄得到的图像。Contrast Image，给病人血管注射含碘造影剂后对同一部位拍摄得到的图像。7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.3 计算机计算机X线断层扫描与图像重建线断层扫描与图像重建1.1.发展简述发展简述1895年，伦琴发现X射线，开创医学影像先河。1914年，提出用普通X射线源

21、获得某个断层像。缺点：成像时间长，容易引入运动伪迹。x射线源和探测器运动速度的稳定性直接影响图象效果。在成像过程中很难保证X射线本身的稳定。增加患者的照射剂量。7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.3 计算机计算机X线断层扫描与图像重建线断层扫描与图像重建2.2.计算机断层成像计算机断层成像CTCT的理论基础的理论基础)(Rgn投影坐标R，其原点为xoy坐标原点在其上的垂足。nR与x轴的夹角为。反映了投影的方向。)(Rgn投影：沿某一投影方向，对每一条投影线计算f（x，y）的线积分得到一系列的投影值，形成投影函数 。n改变角可得到一系列 。7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.3 计算

22、机计算机X线断层扫描与图像重建线断层扫描与图像重建2.2.计算机断层成像计算机断层成像CTCT的理论基础的理论基础)(Rgn投影重建：从一系列)(Rg)(Gn密度函数f（x，y）在某一方向的投影函数一维傅立叶变换的是原密度函数f（x，y）的二维傅立叶变换F（，）在（，）平面上沿同一方向且过原点的直线上的值。函数恢复出f（x，y）。7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.3 计算机计算机X线断层扫描与图像重建线断层扫描与图像重建3.Radon3.Radon的结论与现代的结论与现代X X线线CTCT的关系的关系00,lnd lIIIed lIdl 就是已知（称投影），求（x，y）7.2 X射线成

23、像仪器射线成像仪器7.2.3 计算机计算机X线断层扫描与图像重建线断层扫描与图像重建4.X4.X线线CTCT的发展的发展 第一代X-CT7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.3 计算机计算机X线断层扫描与图像重建线断层扫描与图像重建4.X4.X线线CTCT的发展的发展 第二代X-CT7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.3 计算机计算机X线断层扫描与图像重建线断层扫描与图像重建4.X4.X线线CTCT的发展的发展 第三代X-CT7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.3 计算机计算机X线断层扫描与图像重建线断层扫描与图像重建4.X4.X线线CTCT的发展的发展 第四代X-CT7.2

24、X射线成像仪器射线成像仪器7.2.3 计算机计算机X线断层扫描与图像重建线断层扫描与图像重建(From Picker)(From Siemens)4.X4.X线线CTCT的发展的发展7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.3 计算机计算机X线断层扫描与图像重建线断层扫描与图像重建4.X4.X线线CTCT的发展的发展 螺旋X-CT7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.3 计算机计算机X线断层扫描与图像重建线断层扫描与图像重建5.5.其他类型的其他类型的CTCT近年来又有更先进的CT出现：ECT磁共振CT超声CT微波CT7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.3 计算机计算机X线断层扫描与

25、图像重建线断层扫描与图像重建6.CT6.CT图像重建原理图像重建原理 直接求解运算量大，实际中不现实7.2 X射线成像仪器射线成像仪器ddeIIeII)(02)(01432110431021lnlnIIddIIdd40423031lnlnIIddIIdd同理从y方向投影可得 从x方向投影)(41代数重建出程。即可解四个线性方四个未知数n用灰度代表各象素处的值得到断面X-CT图象。7.2 X射线成像仪器射线成像仪器1）首先假设一组初始象素值，一般）首先假设一组初始象素值，一般取均匀图像。取均匀图像。2）计算假设图像在某一方向上的投）计算假设图像在某一方向上的投影值。影值。3）将计算的投影值和实际

26、测量的投）将计算的投影值和实际测量的投影值比较，计算误差。影值比较，计算误差。4）用计算得到的误差修正假设图像。）用计算得到的误差修正假设图像。5）重复上述）重复上述2）到）到4）步，直到误）步，直到误差小于设定值。差小于设定值。逐步近似法7.2 X射线成像仪器射线成像仪器投影重建算法的物理概念：断层平面中某一点的密度值投影重建算法的物理概念：断层平面中某一点的密度值可看作这一平面内所有经过该点的射线投影之和。可看作这一平面内所有经过该点的射线投影之和。反投影重建周围会出现数值由大渐小的晕状伪迹。7.2 X射线成像仪器射线成像仪器 滤波反投影将投影函数微分处理后再进行反投影，这个过程可以在空间

27、域中实现，也可以在频率中实现。在频域中实现滤波反投影的依据是：“中心切片定理”。7.2 X射线成像仪器射线成像仪器 滤波反投影7.2 X射线成像仪器射线成像仪器 滤波反投影7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.3 计算机计算机X线断层扫描与图像重建线断层扫描与图像重建7.7.重建图像的显示重建图像的显示CT值221000TissueH OH OCTN不同的CT系统对同一成像目标得到的CT值往往不同；同一台CT随着累计曝光时间的增加，也会发生变化。7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.3 计算机计算机X线断层扫描与图像重建线断层扫描与图像重建7.7.重建图像的显示重建图像的显示窗宽和窗位

28、7.2 X射线成像仪器射线成像仪器7.2.3 计算机计算机X线断层扫描与图像重建线断层扫描与图像重建7.7.重建图像的显示重建图像的显示CT的数量等级共有2000个，而人眼能区分的灰度级为33个。如果2000个等级一起在屏幕上显示，图像细节人眼无法分辨。7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统 突出优点:对人体无创伤对人体无创伤,无电离辐射无电离辐射,安全；安全；可以较容易获得人体不同断面的图像；可以较容易获得人体不同断面的图像；图像分辨力比较高，高对比度成像；图像分辨力比较高，高对比度成像；可进行功能成像可进行功能成像fMRIfMRI；在不注射造影剂的情况下在不注射造影剂的情况下,可显示血管可显

29、示血管影像影像(MRA)(MRA)；多参数成像：诊断信息丰富。多参数成像：诊断信息丰富。7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统T1 ContrastTE=14 msTR=400 msT2 ContrastTE=100 msTR=1500 msProton DensityTE=14 msTR=1500 ms多参数成像多参数成像7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统 缺点:成像速度慢：几十秒；成像速度慢：几十秒；图象易受多种伪像影响；图象易受多种伪像影响；禁忌症多禁忌症多：佩带心脏起博器、人工髋关：佩带心脏起博器、人工髋关 节与假肢等；节与假肢等；定量诊断难。定量诊断难。7.3 磁共振成像系统磁共振成

30、像系统7.3.1 NMI成像的基本原理成像的基本原理高速旋转的质子高速旋转的质子高速旋转的中子高速旋转的中子自旋自旋它们有质量它们有质量它们具它们具有角动有角动量量原子核原子核自然状态下，核磁矩的方向各自东西，杂乱无章，其结果是互相抵消。那么整体上说，组织总的净磁向量M是零，因为M是各方向磁矩正、负值相加之和。7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统7.3.1 NMI成像的基本原理成像的基本原理人体进入静磁场后人体进入静磁场后，一个最直接的结果就是经过质子，一个最直接的结果就是经过质子有序化排列，有序化排列，组织宏观上产生了一个纵向磁化矢量组织宏观上产生了一个纵向磁化矢量，这时组织就有了磁性这时组

31、织就有了磁性。7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统7.3.1 NMI成像的基本原理成像的基本原理(a)没有外加磁场没有外加磁场,方方向随机向随机(自旋随机自旋随机)外加磁场外加磁场(b)ZB0下锥体下锥体,反向平行反向平行(自旋向下自旋向下),能量高能量高上锥体上锥体,平行平行(自自旋向上旋向上),能量低能量低绕绕Z轴质子进动轴质子进动,倾角一致倾角一致.质子只可能有两种状态质子只可能有两种状态7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统放入外加磁场放入外加磁场.t=0.t=0时时,上、下锥体质子数相同上、下锥体质子数相同t,t,上锥体由于能量低上锥体由于能量低(如水往低处流如水往低处流),),上锥体

32、上锥体质子数质子数 下锥体下锥体部分磁化部分磁化t t 更多质子翻到上锥体并达到动态平衡更多质子翻到上锥体并达到动态平衡 如下图如下图:B B0 0(a)t=0(a)t=0M M(b)t=0.5(b)t=0.5s s(c)t=1.0s(c)t=1.0s图图6.4 6.4 磁化现象磁化现象M M0 07.3 磁共振成像系统磁共振成像系统 磁化向量磁化向量M：平衡态时，：平衡态时，Mxy=0，M=Mz7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统相位相干后,M0将偏离Z轴,并绕Z轴进动,进动频率=共振频率.M0分解成MZ,Mxy,若在xy平面内安放接收线圈,就有感应信号（正弦波）,其频率=进动频率M0射频脉

33、冲(a)MxyM0Mz(b)7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统射频脉冲射频脉冲消失消失磁化向量慢慢磁化向量慢慢回到主磁场方向回到主磁场方向Mz,Mxy接收线圈中感应信接收线圈中感应信号的强度逐渐减弱号的强度逐渐减弱相位相干现象相位相干现象也逐渐消失也逐渐消失这种现象称为这种现象称为自由感应衰减自由感应衰减.7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统t0检测信号检测信号图图 6.14 自由感应衰减自由感应衰减t0MxyM0Mxy=M0e-t/T2(a)t0MzM0Mz=M0(1-e-t/T1)(b)M Mxyxy、M Mz z均按指数律均按指数律.M Mxyxy衰

34、减时间常数衰减时间常数横向驰豫时横向驰豫时间间T T2,2,M Mz z的时间常数的时间常数纵向驰豫时间纵向驰豫时间T T1 1。7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统 T1驰豫时间（驰豫时间（自旋自旋晶格驰豫时间晶格驰豫时间）核磁弛豫中，核磁弛豫中，Mz由零恢复至最大的过程，由零恢复至最大的过程，称为称为纵向弛豫过程纵向弛豫过程。Mz恢复到原纵向磁化强度恢复到原纵向磁化强度63%的时间，的时间，称为一个纵称为一个纵向弛豫时间向弛豫时间T1。7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统晶格场是一波动磁场（由晶体中的质子晶格场是一波动磁场（由晶体中的质子波动引起），取决于分子的旋转和平移的波动引起），取决

35、于分子的旋转和平移的平均速度平均速度.该速度又与分子大小有关该速度又与分子大小有关.驰豫时间驰豫时间T1既既与外磁场强度有关与外磁场强度有关,又又与与晶格场中分子有关晶格场中分子有关(即与组织有关即与组织有关).v当提出当提出T1值时值时,必须指明测试时的外加必须指明测试时的外加磁场强度磁场强度.如如:当当B0=0.1T0.5T时时,软组织中的软组织中的T1=300ms700ms7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统 T2驰豫时间（驰豫时间（自旋自旋自旋驰豫时间自旋驰豫时间）核磁弛豫中核磁弛豫中Mxy由最大衰减至零的过程，由最大衰减至零的过程，称为称为横向弛豫过程横向弛豫过程。磁化强度下降磁化强

36、度下降63%所需的时间，为所需的时间，为横向弛豫时间横向弛豫时间T2。7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统 物理意义物理意义代表了横向磁化向量消失的速率代表了横向磁化向量消失的速率.原因是质子进动的相位相干现象消失原因是质子进动的相位相干现象消失.abcda、射频结束瞬间，横向磁化达到最大、射频结束瞬间，横向磁化达到最大,进动相位一致进动相位一致b、c、外部磁场的不均匀性使得进动相位分散，横向磁化矢量逐渐减小、外部磁场的不均匀性使得进动相位分散，横向磁化矢量逐渐减小d、最终相位完全分散，横向磁化矢量为零、最终相位完全分散，横向磁化矢量为零7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统 组织组织T2T2时

37、间的分析。时间的分析。不同成分和结构的组织不同成分和结构的组织T2T2不同，例如水的不同，例如水的T2T2值要比固值要比固体的体的T2T2值长。值长。T2T2与磁场强度无关与磁场强度无关。T2T2的长短取决于组织内部的局部小磁场的均匀性对小的长短取决于组织内部的局部小磁场的均匀性对小磁化散相的有效性。磁化散相的有效性。一般组织一般组织分子的大小均匀性越好分子的大小均匀性越好（如水），（如水），散相效果散相效果越差，越差，T2T2越长越长。组织组织分子的大小越不均匀分子的大小越不均匀（如肌肉），（如肌肉），散相越快散相越快，T2T2越短。越短。7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统7.3.2 NM

38、I设备设备7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统7.3.2 NMI设备设备7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统7.3.2 NMI设备设备磁体子系统磁体子系统梯度子系统梯度子系统 射频子系统射频子系统图象子系统图象子系统 7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统磁体子系统组成磁体子系统组成(1)主磁体主磁体(2)检查床检查床永磁型永磁型常导型常导型超导型超导型主磁场强度主磁场强度高场高场,场强场强1.5T中场中场,0.5T场强场强1.0T低场低场,0.1T场强场强0.5T超低场超低场,场强场强0.1T7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统用于产生一个高度均匀、稳定的静磁场用于产生一个高度均匀、稳定的静磁

39、场三三种种类类型型永磁式永磁式:场强较低场强较低.安装、维护费用低安装、维护费用低.缺点是热稳定性差缺点是热稳定性差,磁场不能关闭磁场不能关闭(一旦一旦疏忽有金属物体被磁体吸住疏忽有金属物体被磁体吸住,就很难取就很难取下下,从而影响磁场的均匀性从而影响磁场的均匀性常导式常导式:优点优点,易制造且造价相对较易制造且造价相对较低低;缺点缺点,耗电大耗电大超导式超导式:优点优点,较高的场强较高的场强;缺点缺点:制造困制造困难难,相应的制冷系统的运行与维护费用相应的制冷系统的运行与维护费用比较可观比较可观7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统 梯度子系统梯度子系统v为了区分共振质子的空间位置而设置为了区

40、分共振质子的空间位置而设置.共有共有x,y,z三个梯度线圈三个梯度线圈,在扫描过程中需在扫描过程中需要快速改变这些梯度场的强度与方向要快速改变这些梯度场的强度与方向.其场强强度大约只有主磁场的百分之一其场强强度大约只有主磁场的百分之一.临床上使用的梯度场大约为临床上使用的梯度场大约为:0.2GS/cm1.1GS/cm(1GS=10-4T)7.3 磁共振成像系统磁共振成像系统 射频发射器射频发射器(产生一定的射频脉冲产生一定的射频脉冲)v由射频放大、混频、滤波和检波等部分由射频放大、混频、滤波和检波等部分.射频接收器射频接收器 图像子系统图像子系统v将采集到的数据进行图象重建，将采集到的数据进行

41、图象重建，并将图象数据送到显示器显示并将图象数据送到显示器显示.7.4 核医学成像设备核医学成像设备放射性核素成像（ECT）的过程：把某种放射性同位素标记在药物上形成放射性药物引入人体药物被人体的脏器和组织吸收在体内形成辐射源在体外用核子探测装置检测体内同位素在衰变过程中放出射线构成放射性同位素在体内分布的密度图像。7.4 核医学成像设备核医学成像设备7.4.1 ECT概述概述相对于相对于XCTXCT而言，而言，ECTECT的射线源的射线源在人体内部，即放射线药物引在人体内部，即放射线药物引入人体后，药物释放出伽玛射入人体后，药物释放出伽玛射线。线。ECTECT的本质是由在体外测量发的本质是由

42、在体外测量发自体内的自体内的射线技术来确定在射线技术来确定在体内的放射性核素的活度。体内的放射性核素的活度。不仅反映体内的形态，而且能不仅反映体内的形态，而且能反映组织器官的功能反映组织器官的功能。可显示动态图像。可显示动态图像。ECT特点：7.4 核医学成像设备核医学成像设备7.4.1 ECT概述概述ECT应用的三种原理：示踪剂原理：可反映体内生物功能信息。示踪剂原理：可反映体内生物功能信息。容积采集原理：环绕被检测物旋转，获得圆柱体内的全容积采集原理：环绕被检测物旋转，获得圆柱体内的全部信息。部信息。滤波反投射图像重建原理：依原采集角度向一个假设中滤波反投射图像重建原理：依原采集角度向一个

43、假设中心反投射，逐层重现采集信息的空间结构。心反投射，逐层重现采集信息的空间结构。7.4 核医学成像设备核医学成像设备7.4.2 ECT分类分类1、SPECT单光子发射计算机断层扫描ECT单光子ECT(SPECTSingle PhotonETC)正电子ETC(PET Positron Emission Tomograph)核子核子探测器探测器目标旋转旋转 照相机在各个不同的角度上获取投影数据，再沿用CT中使用的图像重建方法，得到人体 某一截面的放射性药物浓度的分布。利用发射单光子的核素药物进行检查。7.4 核医学成像设备核医学成像设备7.4.2 ECT分类分类1、SPECT单光子发射计算机断层

44、扫描可获得人体断面图像,还可作多层面三维成像.这对肿瘤及其它一些疾病的诊断是很有用的。设备简单,价格便宜。在普通照相机上不需要增加许多设备。SPECT优点优点7.4 核医学成像设备核医学成像设备7.4.2 ECT分类分类2、正电子发射型计算机断层扫描（PET）有一类同位素(如11C,13N,15O,18F等)在衰变过程中释放正电子.(半衰期短,11C:20.3min,13N:10min,15O:123sec,18F:110min通常由回旋加速器产生)。在衰变过程中释放的正电子很快(10-12S10-11S)与周围环境中的电子结合发生质量湮灭,并由此转化为两个能量为511kev且传播方向几乎完全

45、相反的射线光子。7.4 核医学成像设备核医学成像设备7.4.2 ECT分类分类2、正电子发射型计算机断层扫描（PET）正电子正电子电子电子180o511kev光子光子 511kev光子光子 7.4 核医学成像设备核医学成像设备7.4.2 ECT分类分类1、SPECT单光子发射计算机断层扫描7.4 核医学成像设备核医学成像设备7.4.2 ECT分类分类2、正电子发射型计算机断层扫描（PET）符合检测符合检测检检测测器器符合检测的原理符合检测的原理在探察对象周围安放一圈检测器，各个检测器的输出被接到一个符符合检测电路合检测电路中，如果符合检测电路在一个很短的时间间隔内，同时获得两个检测器的输出信号

46、，则认为在这两个检测器空间的连线上有释放正电子的核素存在。符合检测电路符合检测电路起到电子准直的作用,即定位的作用，因此不必使用铅准直器，提高了灵敏度。7.4 核医学成像设备核医学成像设备7.4.2 ECT分类分类2、正电子发射型计算机断层扫描（PET）7.4 核医学成像设备核医学成像设备7.4.3 ECT与与X-CT、NMI的区别的区别XCT以衰减系数作为重建变量，反映了人体组织密度差异的解剖图像；ECT以放射性浓度为重建变量，反映人体功能的图像。NMI以磁共振信号的强度作为重建变量。既可以形态成像，也可以功能成像。不同图像各有优缺点，可以采用图像融合技术来取长补短，但需解决的关键问题是：图像配准。作业：1、7.1，7.6，7.8，7.24.2、B超的主要构成。3、通用的B超有哪三种扫描方式。4、CR的特点。5、简单描述四代XCT的主要不同点。6、ECT与XCT、NMI的区别。