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現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像原理學(xué)習(xí)輔導(dǎo)第一章 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像基礎(chǔ)知識與普通X線成像1-1.普通X線攝影的成像原理是什么?成像系統(tǒng)由哪幾部份組成?答:當(dāng)X射線透過檢體時(shí),由于不同物質(zhì)或組織對X線的衰減不同,透過射線的強(qiáng)度不同，因而在膠片上不同投照位置點(diǎn)引起的感光作用不同,于是形成具有一定密度分布的平面圖像。 成像系統(tǒng)由于放射源，受體檢和影像接收器三部分組成。1-2.什么叫做放射攝影的失銳?它對圖像質(zhì)量有何影響?試說明常見的幾種失銳及其產(chǎn)生的原因.如何計(jì)算失銳的復(fù)合? 答:失銳就是指影像邊緣(或細(xì)節(jié))的模糊.失銳對圖像質(zhì)量的影響是:(1)對于一般物體,使其邊界(或細(xì)節(jié))增寬;(2)對于線狀或窄小的物體,則使其整個(gè)模糊. 失銳的種類及其產(chǎn)生的原因如下: (1)幾何失銳() 由于放射源,物體和膠片的幾何位置關(guān)系或形狀而產(chǎn)生,包括焦點(diǎn)對引起的失銳; (2)膠片失銳 由于膠片感光所產(chǎn)生的銀粒分布的不規(guī)則性引起. (3)增感屏失銳 由于增感屏在X線攝影中的熒光漫射效應(yīng),引起物體邊緣的增寬. (4)運(yùn)動(dòng)失銳 由于膠片-放射源的相對運(yùn)動(dòng),或受檢體在曝光時(shí)的移動(dòng)而引起. (5)吸收失銳 由于物體形狀或厚度分布不同,邊緣附近的X線吸收量逐漸改變而不是突變,使影響邊界不夠明銳. 失銳復(fù)合(U)的計(jì)算公式:1-3.幾何失銳大小與哪些因素有關(guān)?如何減少幾何失銳?答:由公式可知,幾何失銳大小與三個(gè)因素有關(guān):(1)放射源的大小S，一般指焦點(diǎn)尺寸；(2)被攝影物體到膠片的距離b；(3)放射源到被攝影物體的距離a.減少幾何失銳的方法是：(1)用小焦點(diǎn)攝影，(2)縮小物體-膠片距離，(3)增加放射源-物體距離.1-4.什么是空間分辨率？試說空間分辨率的測量方法。1-5.增感屏在X線成像中有什么作用？ 1-6.什么叫做放射攝影的對比度?它受哪些因素的影響?答：放射攝影的對比度是指像域內(nèi)某兩個(gè)感光面積的相對密度差.影響對比度的因素包括:(1)受檢體對比度,它又受到厚度,物質(zhì)密度,原子序數(shù)和管電壓(KVp)等物理參數(shù)的影響;(2)膠片對比度,是膠片的固有特性;(3)散射線量.1-7.圖像對比度的概念。 P5 1-8.什么是空間頻率？什么是空間分辨率？試述空間分辨率的測量方法和表示形式。答：空間頻率就是在空間周期性排布的物體每單位長度上出現(xiàn)的次數(shù)。空間分辨率是指成像系統(tǒng)對距離很近的兩個(gè)小物體的分辨本領(lǐng)，其測量方法是用線對卡或網(wǎng)眼板等測試模體成像，確定其中恰可分辨的區(qū)域的空間頻率?？臻g分辨率的表示形式有兩種：（1）僅可分辨的物體線度或物體之間的最小距離，單位mm；（2）僅可分辨的棚形物體的空間頻率，單位Lp/mm（線對/毫米）。1-9.什么叫做調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）？試說明MTF曲線的形態(tài)特點(diǎn)并解釋下列概念。（1）MTF數(shù)值，（2）截止頻率。如何應(yīng)用MTF曲線測定成像系統(tǒng)的空間分辨率？答：調(diào)制傳輸函數(shù)（MTF）描述成像系統(tǒng)對各種空間頻率信號成分的傳輸本領(lǐng)，一般表示為相對信號強(qiáng)度-空間頻率曲線，如圖1-5-7所示。 MTF數(shù)值的另一種意義可用下式表述： MTF= 利用MTF曲線可以對成像的銳度及分辨率作綜合評價(jià)，主要有下列兩點(diǎn)：（1）曲線下降越慢，展布越寬，則系統(tǒng)對影像信號的傳輸性能越好（即失銳量?。?；（2）曲線上MTF=0.1所對應(yīng)的空間頻率稱為截止頻率，它表示系統(tǒng)分辨力的極限，既是系統(tǒng)的空間分辨率。1-10.什么叫做數(shù)字圖像處理？常用的數(shù)字圖像處理方式有哪些？試簡單介紹它們的操作方法和效果。答：借助計(jì)算機(jī)按照一定的數(shù)值算法去改變圖像的顯示特性，從中獲得更有用的診斷數(shù)據(jù)，稱為數(shù)字圖像處理。醫(yī)學(xué)上使用的數(shù)字圖像處理方法有很多種，它們被編輯成用戶軟件供操作者選擇。其中最常用的三種是：（1）平滑處理，（2）對比度處理，（3）圖像減影。（1）平滑處理常規(guī)做法是在圖像矩陣中按順序每次取一個(gè)大小為3*3的字陣，用九點(diǎn)平滑函數(shù)（也是3*3矩陣）與之相乘，逐步改變圖像的像素值，使它的標(biāo)準(zhǔn)差明顯減少，從而達(dá)到減少噪音的效果。然而平滑稱呼里的副作用是使圖像對比度和空間分辨率下降，可能會(huì)造成部分細(xì)節(jié)（高頻信息）的丟失，（2）對比度處理以像平面上某個(gè)區(qū)域邊緣增強(qiáng)為例，最常用的處理方法是令該一個(gè)區(qū)域的各個(gè)像素值乘以一個(gè)適當(dāng)?shù)南禂?shù)（又稱因子），在減去一個(gè)特定的常數(shù)。結(jié)果是使該區(qū)域的像素值下降，而它周圍的像素值相對增高。這種處理方法的副作用是增大了圖像噪音。（3）圖像減影臨床心血管研究常用一種基于圖像相減原理的X線成像方法，稱為圖像減影血管造影（簡稱DSA）。設(shè)A為注射造影劑之前的X線圖像，稱為掩摸（蒙片），B為注射造影劑后的X線圖像，把兩幅圖像數(shù)字化并按矩陣格式逐個(gè)像素值相減，得到新的數(shù)字圖像矩陣（A-B），稱為減影圖像。顯然，減影的作用是消除骨骼和軟組織信號，剩下的是被造影劑充盈的血管，其效果是產(chǎn)生很高的圖像對比度。 第二章 電子計(jì)算機(jī)X線斷層成像（CT）2-1. CT掃描機(jī)的斷層成像與傳統(tǒng)X線攝影有什么不同？ 答：傳統(tǒng)X線攝影是用X線沿某一特定方向透過三維物體，而在膠片上形成平面圖像。這樣就使各體層解剖學(xué)信息互相重迭，造成影像模糊，密度分辨率較差等。CT機(jī)使用旋轉(zhuǎn)掃描方式采集病人人體部的各項(xiàng)投影信息，然后輸入計(jì)算機(jī)作數(shù)據(jù)處理而重建斷層影像，可以避免信息重迭造成圖像模糊，明顯地提高圖像對比度和密度分辨率。2-2.什么是線性衰減系數(shù)？CT值是怎樣定義的？ 答：線性衰減系數(shù)由稱為吸收系數(shù)，它表示單位厚度的介質(zhì)對穿過的X射線的相對吸收量。 CT值是CT圖像矩陣的像素值，其定義為：CT值=，單位是HU。式中為受檢物質(zhì)的線性衰減系數(shù)，為水的線性衰減系數(shù)，即CT值是的一次函數(shù)。2-3.什么叫做圖像重建（簡述其過程和方法）？ 答：圖像重建法是一種適用于計(jì)算機(jī)斷層掃描的間接成像法。以CT為例，先是用球管-探測器系統(tǒng)采集各方向的投影信號，然后將模擬信號數(shù)字化，輸入計(jì)算機(jī)作數(shù)據(jù)處理，建立被掃描層面的數(shù)字圖像矩陣，再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的解剖學(xué)影像。2-4.CT掃描機(jī)從第一代發(fā)展到第四代，掃描方式經(jīng)歷了怎樣的變化過程？有哪些技術(shù)改進(jìn)？答：CT機(jī)的探頭-準(zhǔn)直器系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式，最先是X線管作平移-旋轉(zhuǎn)，探測器同步相對運(yùn)動(dòng)（如第一、二代）。接著是線管旋轉(zhuǎn)，探測器同步反向旋轉(zhuǎn)（如第三代CT）。發(fā)展到第四代，則是線管旋轉(zhuǎn)而探測器固定。概括地說，機(jī)掃描方式的發(fā)展變化過程包含上述三個(gè)階段。相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)是探測器個(gè)數(shù)從個(gè)增加到近1000個(gè)，掃描線束從筆狀窄束改為寬角度扇形束，導(dǎo)致掃描時(shí)間的縮短（時(shí)間從5-10分鐘減少為約1秒），圖像質(zhì)量也顯著提高。2-5.螺旋CT相對于普通第四代CT在結(jié)構(gòu)和性能上有何改進(jìn)？答：螺旋CT相對于第四代普通CT在結(jié)構(gòu)性能上主要有下列改進(jìn)：（1）掃描方式 由交替改變球管轉(zhuǎn)向的間歇性掃描改進(jìn)為單一轉(zhuǎn)向的連續(xù)掃描，即床連續(xù)平移而球管不停地旋轉(zhuǎn)，掃描軌跡為進(jìn)動(dòng)的螺線，大大縮短了成像時(shí)間；（2）采用滑環(huán)技術(shù)，解決旋轉(zhuǎn)部件（球管）和靜止部件（探測器環(huán)）之間的機(jī)械接觸與信號傳遞為題；（3）普通CT只能在斷層的中間（中截面）位置上重建，相鄰層面有間隙，對小病灶可能會(huì)漏診。螺旋CT采用體積重建，即可以在受檢體軸線上任一位置重建，層面定位比較靈活，可以避免漏診。由于螺旋CT結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，能夠?yàn)榕R床應(yīng)用提供多種成像方式并改善圖像質(zhì)量。例如可以進(jìn)行三維成像、仿真內(nèi)窺鏡顯示，還可以做CT血管成像以及超薄層（0.1mm）重建，使圖像質(zhì)量或顯示效果躍上一個(gè)新的臺(tái)階。目前最新型的低壓滑環(huán)螺旋CT使用4800個(gè)固體探測器，空間分辨率達(dá)到2.15LP/mm。2-6 在CT成像中，什么叫做窗口技術(shù)？什么是窗寬和窗位？答：窗口技術(shù)是CT（影像）檢查中用以觀察不同密度的組織或病變的一種顯示技術(shù)，包括窗寬和窗位的設(shè)備。由于各種組織結(jié)構(gòu)或病變的CT值不同，若要顯示某一組織結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)選擇適合于觀察該種組織或病變的窗口，相當(dāng)于在欲觀察的CT值范圍內(nèi)增加灰度級數(shù)，凸現(xiàn)某一部分組織或病變。窗寬是CT圖像上欲顯示的CT值范圍，高于此范圍上限的靶物一律顯示為白色；反之，低于此范圍下限的靶物一律顯示為黑色。窗位是指窗口的中心位置，一般取欲觀察組織的正常CT值為窗位。2-7.什么是CT系統(tǒng)的高對比度空間分辨率？ 答：CT系統(tǒng)的高對比度空間分辨率（簡稱高分辨）是指CT設(shè)備在高對比度條件下分辨解剖細(xì)節(jié)的本領(lǐng)。2-8.什么是CT系統(tǒng)的密度分辨率？答：CT系統(tǒng)的密度分辨率稱為低對比度分辨率，是指CT設(shè)備在低對比度即密度差很小的條件下，對被成像物體的鑒別能力。第三章 核磁共振成像（MRI）3-1.核磁共振成像的基本原理是什么？答：磁共振成像（MRI）是以核磁共振現(xiàn)象和波譜技術(shù)為基礎(chǔ)的一種新的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。把具有自旋性質(zhì)的原子核（如氫核）置于均勻的磁場中，從外部施加一定頻率的射頻買沖激勵(lì)，便發(fā)生核磁共振現(xiàn)象。該過程首先是自旋核吸收外來電磁輻射的能量，核系統(tǒng)的磁化向量沿球面螺線進(jìn)動(dòng)而偏離磁場方向。當(dāng)射頻脈沖關(guān)斷，處于受激共振狀態(tài)的原子核通過弛豫過程釋放能量和恢復(fù)到原來狀態(tài)，并且向外發(fā)射電磁波，即NMR信號。用探測線圈將NMR信號收集起來送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)做數(shù)據(jù)處理，借助梯度磁場對受檢體的層面和體素進(jìn)行空間位置編碼，以及使用特定的圖像重建算法，可以重建被掃描層面的磁共振影像。3-2.拉穆爾公式有何意義？磁共振發(fā)生需要什么條件？答:拉穆爾公式表明：自旋核素在磁場中進(jìn)動(dòng)的圓頻率，即核-磁場系統(tǒng)的固有頻率與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，比例常數(shù)稱為旋磁比，是所選定核素的特征常數(shù)。核磁共振發(fā)生所必需的條件是：外部在磁場中進(jìn)行的圓頻率，這個(gè)條件稱為核磁共振的條件。3-3.核磁共振成像過程中為什么要施加線形梯度磁場？答：核磁共振成像方法基于這樣的思路：即用磁場強(qiáng)度值來標(biāo)記受檢體被掃描層面中各體素的空間位置。根據(jù)拉穆爾公式，若設(shè)法使各體素所處的感應(yīng)強(qiáng)度不同，則各體素的共振頻率就不同，所發(fā)出的NMR信號頻率和相位也不同，于是可以把線圈接收到的復(fù)合NMR信號按頻率和相應(yīng)特征分開，依次放回到相位的提速位置，這就相當(dāng)于隊(duì)NMR信號源（各體素）作空間編碼。施加線性梯度場目的是實(shí)現(xiàn)這種空間編碼。3-4.什么叫做線性梯度磁場？答：線性梯度磁場是指磁場強(qiáng)度沿空間某一方向隨位置（）坐標(biāo)）按線性關(guān)系變化的磁場，一般迭加在MRI系統(tǒng)原有均勻磁場上，作為空間編碼之用。3-5.磁共振成像常用的脈沖序列有哪幾類？是說明它們的基本構(gòu)成，序列參數(shù)及每一個(gè)脈沖在成像過程中所起的作用？答：磁共振成像常用的基本脈沖序列有三類，即反轉(zhuǎn)恢復(fù)，自旋回波和梯度回波。反轉(zhuǎn)恢復(fù)（簡寫IR）脈沖序列如圖3-3-1所示，其中包含一個(gè)（或多個(gè)）脈沖組合，序列參數(shù)（即時(shí)間間隔參數(shù)）有反轉(zhuǎn)時(shí)間TI和重復(fù)時(shí)間TR。實(shí)際應(yīng)用的反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列還需在后面增加一個(gè)脈沖。首先用脈沖式磁化向量翻轉(zhuǎn)到負(fù)z軸方向，經(jīng)過時(shí)間TI后，施加脈沖使翻轉(zhuǎn)到xy平面，再用第二個(gè)脈沖使散相的自旋核重聚相，用來測量回波信號。 傳統(tǒng)的自旋回波（SE）序列包含一個(gè)（或多個(gè)）脈沖組合，如圖3-3-3。它的三個(gè)序列參數(shù)為：間隔時(shí)間TI，回波時(shí)間TE和重復(fù)時(shí)間TR其中TI=TE/2。和脈沖的作用分別與實(shí)際反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列中的脈沖和第二個(gè)脈沖相同。梯度回波（簡寫GRE）是在普通自旋回波序列基礎(chǔ)上產(chǎn)生的一種成像序列，其特點(diǎn)是: （1）采用翻轉(zhuǎn)角較小的脈沖代替常規(guī)的脈沖；（2）不是使用脈沖，而是使用反方向的梯度場使xy，平面上散相的自旋核重聚相(見P104圖3-38).3-6.什么是相位編碼？什么是頻率編碼？兩者的合成作用對被成像的層面產(chǎn)生什么效果？答：相位編碼實(shí)際上是利用梯度磁場受檢層面內(nèi)各形體素的進(jìn)動(dòng)頻率或角速度不同，積累一段時(shí)間后，行與行之間相位明顯拉開，從而可以用相位角標(biāo)定提速形的空間位置（見書本P98圖3-2-11）。相位編碼目的是使各個(gè)體素行發(fā)射的回波信號具有對應(yīng)的相位特征。 頻率編碼是利用梯度場確定被掃描層面的一個(gè)橫行上每個(gè)體素的位置。由于的作用，使同一橫行中每個(gè)體素所處的磁場強(qiáng)度不同，因而發(fā)射出不同頻率的MR信號，既實(shí)現(xiàn)了位置編碼。（見書本P99圖3-2-13）這兩個(gè)梯度場共同作用的結(jié)果是使層面內(nèi)任意兩個(gè)體素具有不同的相位和頻率，即完全實(shí)現(xiàn)了空間編碼，如圖3-2-14所示。3-7什么是磁共振成像中的自由感應(yīng)衰減信號（FID）?3-8.什么叫做磁共振加權(quán)成像？答：MR信號強(qiáng)度一般可表示為S=Km0（）f1（T1）f2（T2），它是三個(gè)組織特性參數(shù)T1、T2和的函數(shù)。通過調(diào)節(jié)脈沖序列參數(shù)（TE和TR），使圖像的信號強(qiáng)度或?qū)Ρ榷戎饕赡骋粋€(gè)組織特性參數(shù)（差別）所決定，這種方法稱為磁共振加權(quán)成像。第四章 核醫(yī)學(xué)成像4-1.核醫(yī)學(xué)成像的基本原理是什么？這種影像診斷技術(shù)有何優(yōu)勢？答：核醫(yī)學(xué)成像的基本原理是利用放射性核素制成標(biāo)記藥物注入人體，形成的體內(nèi)某個(gè)臟器或感興趣部位分布的放射源。用體外探測器對體內(nèi)放射源發(fā)出的射性進(jìn)行跟蹤與探測，包括光點(diǎn)記錄，閃爍照相機(jī)和斷層掃描等方式，獲得反映放射性核素在人體臟器和組織中濃度分布及其隨時(shí)間變化的圖像。與X線成像相比較，核醫(yī)學(xué)成像的重點(diǎn)不在于人體組織和臟器的形態(tài)學(xué)顯像，而是通過顯示放射性藥物在人體內(nèi)的聚集、分布、轉(zhuǎn)移和排除過程，提供活體代謝的生理學(xué)和功能信息。醫(yī)學(xué)研究表明，病變過程一般首先出現(xiàn)生理和功能方面的變化，然后才出現(xiàn)形態(tài)學(xué)的改變，所以核醫(yī)學(xué)成像方法為疾病的早期診斷提供了一種有效手段。4-2.核醫(yī)學(xué)成像使用的放射性核素一般應(yīng)具有哪些性質(zhì)？試舉出其中幾種主要核素并簡述其臨床應(yīng)用。答：臨床核醫(yī)學(xué)顯像使用的放射性核素應(yīng)具備如下性質(zhì)：（1）有合適的半衰期，一般為幾小時(shí)到幾天（正電子核素半衰期約幾分鐘）（2）射線能量要適中，能量范圍在100500keV之間。（3）產(chǎn)生的 射線種類（或能量）基本上是單一的，衰變產(chǎn)物是穩(wěn)定的核素。4-3.照相機(jī)由哪幾部分組成？各部分在成像過程所起的作用如何?答：照相機(jī)由（1）探頭，（2）電子學(xué)系統(tǒng)，（3）顯示與記錄系統(tǒng)三部分組成，它們的作用如下：（1）探頭裝置 含準(zhǔn)直器、閃爍晶體、光電倍增管等，作用是把進(jìn)入探頭的線（光子）信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖信號；（2）電子學(xué)系統(tǒng) 定位邏輯電路合位置信道用來確定線源的平面裝置，能量信道用來確定線源的強(qiáng)度（活性）；其中脈沖高度分析器用來鑒別原發(fā)子射線（有效脈沖），計(jì)數(shù)裝置用來測量閃爍事件個(gè)數(shù)。（3）顯示與記錄系統(tǒng) 包括監(jiān)視屏和圖像照相機(jī)等，作用是顯示和記錄線影像（閃爍圖）。4-4.準(zhǔn)直器在線成像中的作用是什么？照相機(jī)（和ETC）探頭所用的準(zhǔn)直器有哪幾類？試簡要說明各類準(zhǔn)直器的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及其主要用途。答：準(zhǔn)直器的作用是對射進(jìn)探頭的線進(jìn)行校直，即只允許從正向（或偏角很?。┤肷涞木€束通過，而把斜向（偏角很大）的射線和散射線阻斷。照相機(jī)的準(zhǔn)直器大致上可分為四類：（1）平行孔準(zhǔn)直器，（2）擴(kuò)散型準(zhǔn)直器，（3）匯聚型準(zhǔn)直器，（4）針孔準(zhǔn)直器。（1）平行孔準(zhǔn)直器，其特點(diǎn)是孔的軸線平行于探頭軸線。這種準(zhǔn)直器裝置不產(chǎn)生圖像的放大或縮?。幢堵蕿?），同時(shí)探測靈敏度基本上不隨放射源與照相機(jī)之間的距離而改變，普遍適用于人體各種臟器顯像。（2）擴(kuò)散型準(zhǔn)直器，其孔軸線從探頭內(nèi)側(cè)的聚焦點(diǎn)向外擴(kuò)散，相當(dāng)于擴(kuò)大了視野，使照相機(jī)可以對大于探頭晶面的放射源成像。用擴(kuò)散型準(zhǔn)直器可以得到相對于實(shí)物縮小的圖像，這種準(zhǔn)直器適用于大面積