医学影像物理学复习整理 (四种成像技术的物理原理，基本思想等) 第一章： X射线物理 第一节： 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）电子源（2）高速电子流（3） 阳极靶 （4）真空环境 2.X 射线管结构及其作用（阴极，阳极，玻璃壁） （1）阴极：包括灯丝，聚焦杯，灯丝为电子源，聚焦杯调节电流束 斑大小和电子发射方向。（2）阳极：接收阴极发出的电子；为X射 线管的靶提供机械支撑；是良好的热辐射体。（3）玻璃壁：提供真 空环境。 3.a. 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 积称为实际焦点。 b. 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，称为有效焦点。 c. 有效焦点的面积为 实际焦点面积的 sin 倍。( 为靶与竖直方向的夹角 ) 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和阳极的靶角有关。 4. 碰撞损失：电子与原子外层电子作用而损失的能量。 5. 辐射损失：电子与原子内层电子或原子核作用而损失的能量。 6. 管电流升高，焦点变大；管电压升高，焦点变小。 7.a. 标识辐射：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。 b. 韧致辐射：高速电子与靶原子核发生相互作用，将 能量转化为韧致辐射。 6. 连续 X射线的短波极限只与管电压有关。且与其成反比。 7.X 射线的产生机制：电子与物质的相互作用，X 射线是高速运动的 电子在与物质相互作用中产生的。韧致辐射是产生连续X 射线的机 制。 *影响 X射线发射谱的因素： 因素影响 管电流能谱的幅度 管电压能谱的幅度和位置 附加滤过能谱幅度，在低能时更加有效 靶材料能谱的幅度和标识X射线谱的位置 管电压波形能谱幅度，在高能时更加有效 8X射线的基本特征 （1）X射线的穿透作用 （2）荧光作用（3）电离作用（4）热作用（5）化学和生物效应 *X 射线的穿透作用是X射线医学影像学的基础。 第二节： X射线辐射场的空间分布 1.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。 2.X 射线的量是射线的光子数目，而质是射线的光子能量，表示X射 线的硬度。 3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 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 第三节： 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。 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. 电子对效应 : 当 X 射线光子从原子核旁经过时，在原子核库伦场 的作用下形成一对正负 电子，此过程称为电子对效应。 7. 各种相互作用的相对重要性：光子能量处于低能端部分，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 第四节： X射线在物质中的衰减 这部分给的比较模糊， 看书吧。主要是连续 X射线在物质中的衰减规 律。 补充：滤过分为固有滤过和附加滤过。 第二章 第一节 1.X 射线摄影基本原理 ? 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。 2. 医用 X线胶片的作用 胶片的主要功能是影像的记录，显示与贮存。 3. 胶片成像原理 X射线照射的胶片，经过显影、定影后，胶片感光层中的卤化银被还 原成金属银残留在胶片上， 形成由金属银颗粒组成的黑色影像。胶片 变黑的程度称为胶片光密度。 4. 临床上， 影像白对应组织的密度高， 吸收 X射线多，照片上呈白影； 黑对应组织的密度低， 吸收的 X线少， 照在胶片上的多，胶片呈黑影。 5. 胶片特性曲线（看书上介绍） 6. 胶片宽容度 是胶片的性能指标之一， 指感光材料按线性关系正确记录被检体反差 的范围，即胶片特性曲线直线部分的照射量范围，又称曝光宽容度。 第二节 1. 软 X射线摄影原理是利用人体各种组织对不同质地软X射线的吸收 有显著差别， 使密度相差的基本不大的脂肪、肌肉和腺体等软组织在 感光胶片上形成对比度高的影像。 2. 高千伏 X射线摄影的基本原理是利用管电压达到120kv 以上时，组 织吸收以散射效应 (康普顿散射 ) 为主，各部分结构影像密度的高低受其组织原子序数和厚度的影响减少，骨骼、软组织、脂肪的气体的影 像密度差别随之减少， 骨骼的影像密度与软组织和气体的影像密度相 差不大，即使相互重叠也不致为骨影所遮盖，从而使与骨骼相重叠的 软组织或骨骼本身的细小结构及含气的管腔等变得易于观察。 3.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。 第三节 1. 影像质量是由对比度、模糊度、噪声、伪影及畸变等多种因素综合 体现出来的。 2. 对比度：差异的程度。 3. 模糊度：通常用小物点的模糊图像的线度表示物点图像的模糊程 度。 第五节 1. 数字减影血管造影 （DSA ）的原理是？数字减影血管造影是将造影 前、后获得的数字图像进行数字减影，在减影图像中消除骨骼和软组 织结构，使浓度很低的对比剂所充盈的血管在减影图像中显示出来， 有较高的图像对比度。 2. 数字减影的 3 种基本方法：时间减影，能量减影，混合减影。 3. 影像 DSA影像质量的因素？ 4.DSA的优缺点？ 第六节 1. 计算机 X线摄影（ CR ） 2.CR与传统 X线摄影的不同之处？ A.曝光量少，宽容度大b. 数字化成像，可进行图像处理，为X 射线 长期保存和高效率的检索提供可能。C.其影像记录与显示不是在同一 媒介上完成的，成像过程为：先用成像板（IP） 进行影像信息的采集， 然后通过读取装置将成像板中的影像信息读出后，由计算机图像处理 系统处理，再经显示、记录装置成像、显示、贮存。 3. 光激励发光的发光特性P53 4. 直接数字化 X射线摄影（ DDR ） 其与其他摄影技术的不同点体现在探测器上。即二维平板探测器 （FPD ） ： A. 非晶态硒型平板探测器B.非晶态硅型平板探测器C.气体 电离室探测器5.DDR的主要特点： A.其与传统增感屏胶片系统不同，由于成像环节明显减少， 可以在 两个方面避免了图像信息的丢失。 一时在屏片系统中X射线照射使 增感屏发出可见光后， 再使 X射线胶片感光的过程中的信息丢失，二 是暗室化学处理过程中的信息丢失。 B.图像具有较细节可见度，能够满足临床常规X 射线摄影诊断的需 要。 C.放射剂量小，曝光宽容度大，曝光条件易掌握。 D.可以根据临床需要进行各种图像后处理。 第七节 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 第三章 第一节： 1. 霍斯菲尔德 (House field)发明了 CT 2.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。 3. 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。 4. 要会做反投影法的题目P69 5. 反投影法的缺点：产生图像的边缘失锐。解决的办法：采用滤波反 投影法。 6.CT 值的定义： CT影像中每个像素所对应的物质对X 射线线性平均 衰减量大小的表示。第三节： 1. 窗口技术：窗口技术是把放大或增强了局部灰度范围内不同灰度 之间黑白对比度。这个被放大或增强的灰度范围叫做窗口，放大 的灰度范围上下限之差叫窗宽，放大的灰度范围的平均值，即所放大灰度范围的灰度中心值叫窗位。2. 窗宽和窗位 P76（计算题） 第五节： 1. 螺旋 CT(SCT 或者 HCT)与传统 CT的不同点： a. 螺旋 CT对 X射线管的供电方式不同。 b. 扫描方式不同。 2. 什么是螺旋扫描 CT? X射线管向一个方向围绕受检体连续旋转扫描，受检体（检查床）同 时向一个方向连续匀速移动通过扫描野。 3. 螺旋 CT扫描方式的优点： a. 提高了扫描速度，单次屏气就可以完 成整个检查部位的扫描，减少了运动伪像；由于可以进行薄层扫描， 且在断层与断层之间没有采集数据上的遗漏，所以不仅可在任意位置 上重建图像，而且还可提供较好的三维图像重建的容积数据 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。 第四章 第一节1. 产生核磁共振（ NMR ）时，射频电磁波的频率 第三节 1. 驰豫过程：从“不平衡”状态恢复到平衡状态的过程。 2.T1 为系统的纵向驰豫时间，T2为横向驰豫时间。 3. 晶格一般指自旋核以外的部分，即自旋核的外环境。 第五章 第一节 1. 成像物体的基本参数：质子密度，驰豫时间 T1,T2 2. 自旋回波序列 P113 3.SE 序列的加权图像 名称TE选择TR选择效果 T1加权图像短短 T1 小 I 值大 T2加权图像长长T2 大 I 值大 质子密度加权图像短长质子密度大 I 值大 第二节 1. 各个方向上梯度磁场分量的作用分别是：BGx进行频率编码； BGy 进行相位编码；梯度磁场BGz选出一个垂直于 Z轴的薄层。 2.K 空间 P124 第六章：放射性核素显像（ RNI）1.RNI 主要技术有 照相、单光子发射型计算机断层（SPECT ） 、正电 子发射型计算机断层 （PET ） 。其中后两者又统称为发射