生物醫(yī)學(xué)儀器(第七章).ppt

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第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 超聲波成像儀器X射線成像設(shè)備磁共振成像設(shè)備核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備 主要內(nèi)容包括 第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 成像技術(shù)及設(shè)備信息載體 如X線 線 射頻 超聲波等 攜帶需要成像的物體的特征量信息 通過(guò)成像系統(tǒng)形成物體的圖像或影像 關(guān)鍵技術(shù) 1 信息載體的特性 2 信息載體在生物組織中的特性 3 圖像重建原理 重建算法 第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 投影X射線成像系統(tǒng) 物理介質(zhì)的 計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng) X CT 放射性核素成像系統(tǒng) E CT 超聲成像系統(tǒng) B超 磁共振成像系統(tǒng) MRI 成像系統(tǒng) X射線的衰減 射線的含量 不同組織界面對(duì)超聲波的反射 磁場(chǎng)共振信號(hào)強(qiáng)度 第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 超聲成像 B超 利用超聲波遇到不同組織界面時(shí)的強(qiáng)反射特性 第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 超聲成像 B超 第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 投影X射線成像 X Ray X射線 X射線 像 物體 衰減度適中 能量不太高也不太低 所成像是三維結(jié)構(gòu)在二維平面上的投影 非斷層成像 第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 投影 X Ray 第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 X射線計(jì)算機(jī)斷層成像 X CT 反投影重建 中心切片定理 第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 放射性核素成像 E CT 注射藥物 上面標(biāo)有放射性同位數(shù) 藥物被人體吸收后參與新陳代謝 并放射 射線 射線與X射線一樣具有衰減性 需要進(jìn)行衰減補(bǔ)償 為什么 第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 磁共振成像 MRI 第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 未加梯度場(chǎng) 加相位梯度場(chǎng) 加頻率梯度場(chǎng) 層面信號(hào)的編碼技術(shù) 第七章醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備 計(jì)算機(jī)在醫(yī)學(xué)成像中的基本步驟 1 根據(jù)測(cè)量原理采集圖像數(shù)據(jù) 2 提取圖像特征建立圖像 3 在顯示屏上顯示圖像 4 利用圖像處理技術(shù)提高圖像質(zhì)量 圖像后處理 5 存儲(chǔ)和檢索圖像 7 1超聲波成像儀器 7 1 1超聲診斷儀的發(fā)展歷史 1915年 德國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)強(qiáng)超聲可導(dǎo)致水中小動(dòng)物死亡 1922年 德國(guó)獲得超聲治療專利 1933年 出現(xiàn)第一篇有關(guān)超聲治療疾病的臨床效果的報(bào)道 20世紀(jì)40年代末 A型超聲診斷儀開(kāi)始應(yīng)用于臨床 70年代后期 B型 D型超聲儀開(kāi)始出現(xiàn) 80年代 彩色血流成像出現(xiàn) 90年代 數(shù)字超聲 三維超聲 介入超聲在臨床上廣泛應(yīng)用 7 1超聲波成像儀器 7 1 2超聲成像的物理學(xué)基礎(chǔ) 7 1超聲波成像儀器 7 1 2超聲成像的物理學(xué)基礎(chǔ) 超聲波被發(fā)射到病人的身體內(nèi) 遇到不同組織后反射回 被接收裝置收到并由計(jì)算機(jī)處理后重建成圖像 由于不同密度的組織吸收不同聲阻抗和衰減特性 這些不同導(dǎo)致了不同組織由不同灰度所表現(xiàn)的圖像 7 1超聲波成像儀器 7 1 2超聲成像的物理學(xué)基礎(chǔ) 距離 時(shí)間 速度 2 發(fā)射波的頻率必須很小 聲波在軟組織與骨骼或空氣的臨界面 可觀察到強(qiáng)烈的反射 聲強(qiáng)會(huì)隨著傳播距離的增加而減少 這種又稱為超聲的衰減現(xiàn)象 衰減系數(shù)在軟組織中與聲頻成比例 對(duì)于大腦的超聲波檢查 只能用低頻聲波 這意味著低分辨率 7 1超聲波成像儀器 7 1 2超聲成像的物理學(xué)基礎(chǔ) 1 超聲傳播的物理特性 1 衰減 2 傳播速度 3 反射 折射 衍射和散射 4 聲反射效應(yīng) 聲波傳播到兩種阻抗不同的介質(zhì)界面上 如界面尺寸遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)時(shí) 便會(huì)引起部分或全部聲能的返回 反射回來(lái)的超聲為回聲 7 1超聲波成像儀器 7 1 2超聲成像的物理學(xué)基礎(chǔ) 2 超聲成像的基本原理超聲經(jīng)過(guò)不同正常器官或病變的內(nèi)部 其內(nèi)部回聲可以是無(wú)回聲 低回聲或不同程度的強(qiáng)回聲 7 1超聲波成像儀器 7 1 2超聲成像的物理學(xué)基礎(chǔ) 2 超聲成像的基本原理 無(wú)回聲 超聲經(jīng)過(guò)的區(qū)域沒(méi)有反射 液性暗區(qū) 衰減暗區(qū) 實(shí)質(zhì)暗區(qū)低回聲 內(nèi)部回聲為分布均勻的點(diǎn)狀回聲 強(qiáng)回聲 強(qiáng)回聲 較強(qiáng)回聲 極強(qiáng)回聲 7 1超聲波成像儀器 7 1 2超聲成像的物理學(xué)基礎(chǔ) 含液體臟器如膽囊 膀胱 血管 心臟等 壁與周圍臟器及內(nèi)部液體間為界面 液體為均勻的無(wú)回聲區(qū) 實(shí)質(zhì)性軟組織臟器如肝 脾 腎等臟器均有包膜 周圍有間隙 內(nèi)部各有一定結(jié)構(gòu) 如肝可以顯示臟器輪廓 均勻的肝實(shí)質(zhì)與肝內(nèi)管道結(jié)構(gòu) 7 1超聲波成像儀器 7 1 2超聲成像的物理學(xué)基礎(chǔ) 當(dāng)臟器有病變時(shí) 由于病變組織與正常組織的聲學(xué)特性不同 超聲通過(guò)時(shí)產(chǎn)生不同正常的回聲規(guī)律 各種病變組織亦各有其聲學(xué)特性 其反射規(guī)律亦不相同 如肝內(nèi)液性病變?yōu)闊o(wú)回聲區(qū) 肝癌為強(qiáng)弱不均的實(shí)質(zhì)性回聲區(qū) 邊緣不整齊 膽囊內(nèi)結(jié)石則在無(wú)回聲區(qū)中有強(qiáng)回聲光團(tuán) 后方有聲影 7 1超聲波成像儀器 7 1 2超聲成像的物理學(xué)基礎(chǔ) 含氣臟器如肺 由于肺泡內(nèi)空氣與軟組織間聲阻差異極大 在其交界面上產(chǎn)生全反射 幾乎100 并形成多次反射 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 1 B型超聲診斷儀的基本工作原理 B超中回波信號(hào)的強(qiáng)度通過(guò)光斑的形式出現(xiàn) 信號(hào)強(qiáng) 光點(diǎn)就亮 反之就暗 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 1 B型超聲診斷儀的基本工作原理 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 2 B型超聲的特點(diǎn) 1 B型超聲與A型超聲的三個(gè)不同點(diǎn) 顯示的亮度隨回波電信號(hào)的大小而變化 發(fā)射的聲速必須掃描 根據(jù)圖像信息進(jìn)行疾病診斷 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 2 B型超聲的特點(diǎn) 2 B型超聲的特點(diǎn) 可以直觀的顯示臟器的大小 形態(tài)結(jié)構(gòu) 并可將實(shí)質(zhì)性 液性或含氣性組織區(qū)分開(kāi)來(lái) 成像速度快 可進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像 對(duì)軟組織的分辨率是X射線的100倍 三種掃描方式 線性 腹部 扇形 心臟 和凸陣 介于二者之間 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 3 目前常用的幾種B型超聲診斷儀原理 1 電子線陣掃描 由許多小換能器陣元排成直線 在電子線路的控制下?lián)Q能器陣元一個(gè)一個(gè)接力式的發(fā)射和接受超聲波 完成掃查過(guò)程 優(yōu)點(diǎn) 所得圖像的掃描線均勻分布 缺點(diǎn) 探頭的幾何尺寸限制了它可以探查的范圍 如 體外掃查心臟時(shí) 超聲束只能通過(guò)肋骨間的縫隙進(jìn)入體內(nèi) 這種情況下采用線陣探頭不合適 采用扇束掃描較合適 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 3 目前常用的幾種B型超聲診斷儀原理 2 電子扇形掃描 用電子線路控制的方法實(shí)現(xiàn)扇形掃描 探頭有多個(gè)陣元組成 調(diào)整各陣元的激勵(lì)延遲除了可改變波束的指向外 還可實(shí)現(xiàn)聲束聚焦 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 3 目前常用的幾種B型超聲診斷儀原理 3 電子凸陣掃描 由許多換能器陣元排列在一個(gè)圓弧上 優(yōu)點(diǎn) 與線陣探頭相比 掃查范圍顯然變大 設(shè)計(jì)不同的圓弧半徑的凸陣探頭可滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)合 大半徑探頭用于探查腹部 小半徑探頭可以用來(lái)探查心臟 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 3 目前常用的幾種B型超聲診斷儀原理 4 彩色多普勒血流超聲成像 指測(cè)定血管或心臟中某個(gè)位置上的血流速度 包括大小與方向 再通過(guò)一定的計(jì)算可以得出血流的平均流速脈動(dòng)指數(shù) 阻力指數(shù)等指標(biāo)供臨床診斷參考 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 3 目前常用的幾種B型超聲診斷儀原理 4 彩色多普勒血流超聲成像 信號(hào)處理流程圖 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 3 目前常用的幾種B型超聲診斷儀原理 A t t時(shí)刻代表某一深度的散射強(qiáng)度 t 包含速度信息的相位 要辦法去掉f0成分 4 彩色多普勒血流超聲成像 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 3 目前常用的幾種B型超聲診斷儀原理 4 彩色多普勒血流超聲成像 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 3 目前常用的幾種B型超聲診斷儀原理 4 彩色多普勒血流超聲成像 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 3 目前常用的幾種B型超聲診斷儀原理 4 彩色多普勒血流超聲成像 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 3 目前常用的幾種B型超聲診斷儀原理 4 彩色多普勒血流超聲成像 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 3 目前常用的幾種B型超聲診斷儀原理 4 彩色多普勒血流超聲成像 可能出現(xiàn)彩色逆轉(zhuǎn) 容易誤認(rèn)為血流紊亂 不能用于血流速度的定量分析 只能觀察單一方向的血流 湍流顯示不確定性 1 普通彩色多普勒血流成像 CDFI 的局限性 7 1超聲波成像儀器 7 1 3B型超聲診斷成像 3 目前常用的幾種B型超聲診斷儀原理 4 彩色多普勒血流超聲成像 彩色多普勒能量圖 CDE 不能表示血流的速度和方向 具有高空間分辨率 可顯示低速小血管 彩色多普勒方向性能量圖 DCA 能同時(shí)提取能量和平均速度信息 彩色多普勒組織成像圖 TDI 對(duì)有運(yùn)動(dòng)的組織成像 2 幾種擴(kuò)展方向 7 1超聲波成像儀器 7 1 4全數(shù)字化超聲診斷儀和新的成像技術(shù) 全數(shù)字化超聲診斷設(shè)備 從超聲聲束的發(fā)射到圖像的前后處理完全實(shí)現(xiàn)數(shù)字化 采用數(shù)字化前端 在探頭內(nèi)加入微型集成電路 采用數(shù)字化波束形成技術(shù)改善空間分辨率和波束聚焦特性 提高時(shí)間分辨率 每一陣元都要一個(gè)A D轉(zhuǎn)換器 而且要求采樣頻率非常高 因此對(duì)A D轉(zhuǎn)換器的數(shù)目和性能的要求增加很多 使造價(jià)提高 一般僅用于高檔成像系統(tǒng)中 特點(diǎn) 7 1超聲波成像儀器 7 1 4全數(shù)字化超聲診斷儀和新的成像技術(shù) 動(dòng)態(tài)多頻率掃描 在探測(cè)深部組織時(shí)用低頻信號(hào) 探測(cè)淺部組織時(shí)用高頻信號(hào) 從而提高縱向分辨率 動(dòng)態(tài)聚焦 采取固定發(fā)射聚焦 而在接收時(shí)快速改變聚焦 可變孔徑 發(fā)射時(shí)以一定數(shù)量的陣元組合進(jìn)行 接收時(shí)對(duì)于近場(chǎng)區(qū)用少數(shù)陣元 合成孔徑聚焦成像 實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)聚焦 三維超聲重建 數(shù)字編碼技術(shù) 多聲束形成技術(shù) 形成多條接收聲束技術(shù) 提高成像速度 諧波成像 通過(guò)測(cè)量諧波成分 抑制不含造影劑的組織 動(dòng)態(tài)頻率掃描系統(tǒng) 多頻率超聲波同時(shí)發(fā)射和分段接收 基于PC平臺(tái)的超聲圖像 主要技術(shù) 7 2X射線成像儀器 1895年 德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X射線 開(kāi)創(chuàng)了人體影像診斷的先河 7 2X射線成像儀器 7 2 1X射線成像原理 7 2X射線成像儀器 7 2 1X射線成像原理 7 2X射線成像儀器 7 2 1X射線成像原理 X射線成像相關(guān)特性 穿透作用熒光作用攝影作用電離效應(yīng) 與波長(zhǎng) 被照體的密度和厚度相關(guān) 本身肉眼看不見(jiàn) 但照射某些物質(zhì)時(shí)可產(chǎn)生熒光 可使膠片感光成像 任何物質(zhì)均有 通過(guò)測(cè)量空氣電離的程度可計(jì)算X射線的量 7 2X射線成像儀器 7 2 1X射線成像原理 X射線發(fā)生裝置 陰極 陽(yáng)極 真空玻璃管 7 2X射線成像儀器 7 2 1X射線成像原理 2 計(jì)算X線成像 CR特點(diǎn) 用IP板代替X線膠片 IP板可重復(fù)使用達(dá)上千次 IP上的潛影可用激光掃描系統(tǒng)讀取 并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) 影像可后處理 可改變圖像特性 7 2X射線成像儀器 7 2 2血管數(shù)字減影的原理 7 2X射線成像儀器 7 2 2血管數(shù)字減影的原理 蒙片 MaskImage 對(duì)檢查部位直接進(jìn)行X光拍攝得到的圖像 盈片 ContrastImage 給病人血管注射含碘造影劑后對(duì)同一部位拍攝得到的圖像 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 1 發(fā)展簡(jiǎn)述 1895年 倫琴發(fā)現(xiàn)X射線 開(kāi)創(chuàng)醫(yī)學(xué)影像先河 1914年 提出用普通X射線源獲得某個(gè)斷層像 缺點(diǎn) 成像時(shí)間長(zhǎng) 容易引入運(yùn)動(dòng)偽跡 x射線源和探測(cè)器運(yùn)動(dòng)速度的穩(wěn)定性直接影響圖象效果 在成像過(guò)程中很難保證X射線本身的穩(wěn)定 增加患者的照射劑量 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 2 計(jì)算機(jī)斷層成像CT的理論基礎(chǔ) 投影坐標(biāo)R 其原點(diǎn)為xoy坐標(biāo)原點(diǎn)在其上的垂足 R與x軸的夾角為 反映了投影的方向 投影 沿某一投影方向 對(duì)每一條投影線計(jì)算f x y 的線積分 得到一系列的投影值 形成投影函數(shù) 改變 角可得到一系列 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 2 計(jì)算機(jī)斷層成像CT的理論基礎(chǔ) 投影重建 從一系列 密度函數(shù)f x y 在某一方向的投影函數(shù) 一維傅立葉變換 的 是原密度函數(shù)f x y 的 二維傅立葉變換F 在 平面上沿同一方向且過(guò)原點(diǎn)的直線上的值 函數(shù)恢復(fù)出f x y 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 3 Radon的結(jié)論與現(xiàn)代X線CT的關(guān)系 就是已知 稱投影 求 x y 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 4 X線CT的發(fā)展 第一代X CT 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 4 X線CT的發(fā)展 第二代X CT 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 4 X線CT的發(fā)展 第三代X CT 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 4 X線CT的發(fā)展 第四代X CT 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 4 X線CT的發(fā)展 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 4 X線CT的發(fā)展 螺旋X CT 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 5 其他類型的CT 近年來(lái)又有更先進(jìn)的CT出現(xiàn) ECT磁共振CT超聲CT微波CT 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 6 CT圖像重建原理 直接求解 運(yùn)算量大 實(shí)際中不現(xiàn)實(shí) 7 2X射線成像儀器 同理從y方向投影可得 從x方向投影 用灰度代表各象素處的 值 得到斷面X CT圖象 7 2X射線成像儀器 1 首先假設(shè)一組初始象素值 一般取均勻圖像 2 計(jì)算假設(shè)圖像在某一方向上的投影值 3 將計(jì)算的投影值和實(shí)際測(cè)量的投影值比較 計(jì)算誤差 4 用計(jì)算得到的誤差修正假設(shè)圖像 5 重復(fù)上述2 到4 步 直到誤差小于設(shè)定值 逐步近似法 7 2X射線成像儀器 投影重建算法的物理概念 斷層平面中某一點(diǎn)的密度值可看作這一平面內(nèi)所有經(jīng)過(guò)該點(diǎn)的射線投影之和 反投影重建 周圍會(huì)出現(xiàn)數(shù)值由大漸小的暈狀偽跡 7 2X射線成像儀器 濾波反投影 將投影函數(shù)微分處理后再進(jìn)行反投影 這個(gè)過(guò)程可以在空間域中實(shí)現(xiàn) 也可以在頻率中實(shí)現(xiàn) 在頻域中實(shí)現(xiàn)濾波反投影的依據(jù)是 中心切片定理 7 2X射線成像儀器 濾波反投影 7 2X射線成像儀器 濾波反投影 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 7 重建圖像的顯示 CT值 不同的CT系統(tǒng)對(duì)同一成像目標(biāo)得到的CT值往往不同 同一臺(tái)CT隨著累計(jì)曝光時(shí)間的增加 也會(huì)發(fā)生變化 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 7 重建圖像的顯示 窗寬和窗位 7 2X射線成像儀器 7 2 3計(jì)算機(jī)X線斷層掃描與圖像重建 7 重建圖像的顯示 CT的數(shù)量等級(jí)共有2000個(gè) 而人眼能區(qū)分的灰度級(jí)為33個(gè) 如果2000個(gè)等級(jí)一起在屏幕上顯示 圖像細(xì)節(jié)人眼無(wú)法分辨 7 3磁共振成像系統(tǒng) 突出優(yōu)點(diǎn) 對(duì)人體無(wú)創(chuàng)傷 無(wú)電離輻射 安全 可以較容易獲得人體不同斷面的圖像 圖像分辨力比較高 高對(duì)比度成像 可進(jìn)行功能成像fMRI 在不注射造影劑的情況下 可顯示血管影像 MRA 多參數(shù)成像 診斷信息豐富 7 3磁共振成像系統(tǒng) T1ContrastTE 14msTR 400ms T2ContrastTE 100msTR 1500ms ProtonDensityTE 14msTR 1500ms 多參數(shù)成像 7 3磁共振成像系統(tǒng) 缺點(diǎn) 成像速度慢 幾十秒 圖象易受多種偽像影響 禁忌癥多 佩帶心臟起博器 人工髖關(guān)節(jié)與假肢等 定量診斷難 7 3磁共振成像系統(tǒng) 7 3 1NMI成像的基本原理 高速旋轉(zhuǎn)的質(zhì)子 高速旋轉(zhuǎn)的中子 自旋 它們有質(zhì)量 它們具有角動(dòng)量 原子核 自然狀態(tài)下 核磁矩的方向各自東西 雜亂無(wú)章 其結(jié)果是互相抵消 那么整體上說(shuō) 組織總的凈磁向量M是零 因?yàn)镸是各方向磁矩正 負(fù)值相加之和 7 3磁共振成像系統(tǒng) 7 3 1NMI成像的基本原理 人體進(jìn)入靜磁場(chǎng)后 一個(gè)最直接的結(jié)果就是經(jīng)過(guò)質(zhì)子有序化排列 組織宏觀上產(chǎn)生了一個(gè)縱向磁化矢量 這時(shí)組織就有了磁性 7 3磁共振成像系統(tǒng) 7 3 1NMI成像的基本原理 繞Z軸質(zhì)子進(jìn)動(dòng) 傾角一致 質(zhì)子只可能有兩種狀態(tài) 7 3磁共振成像系統(tǒng) 放入外加磁場(chǎng) t 0時(shí) 上 下錐體質(zhì)子數(shù)相同 t 上錐體由于能量低 如水往低處流 上錐體質(zhì)子數(shù) 下錐體 部分磁化 t 更多質(zhì)子翻到上錐體并達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡如下圖 c t 1 0s 圖6 4磁化現(xiàn)象 7 3磁共振成像系統(tǒng) 磁化向量M 平衡態(tài)時(shí) Mxy 0 M Mz 7 3磁共振成像系統(tǒng) 相位相干后 M0將偏離Z軸 并繞Z軸進(jìn)動(dòng) 進(jìn)動(dòng)頻率 共振頻率 M0分解成MZ Mxy 若在xy平面內(nèi)安放接收線圈 就有感應(yīng)信號(hào) 正弦波 其頻率 進(jìn)動(dòng)頻率 7 3磁共振成像系統(tǒng) 射頻脈沖消失 磁化向量慢慢回到主磁場(chǎng)方向 Mz Mxy 接收線圈中感應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度逐漸減弱 相位相干現(xiàn)象也逐漸消失 7 3磁共振成像系統(tǒng) 7 3磁共振成像系統(tǒng) Mxy Mz 均按指數(shù)律 Mxy衰減時(shí)間常數(shù) 橫向馳豫時(shí)間T2 Mz的時(shí)間常數(shù) 縱向馳豫時(shí)間T1 7 3磁共振成像系統(tǒng) T1馳豫時(shí)間 自旋 晶格馳豫時(shí)間 核磁弛豫中 Mz由零恢復(fù)至最大的過(guò)程 稱為縱向弛豫過(guò)程 Mz恢復(fù)到原縱向磁化強(qiáng)度63 的時(shí)間 稱為一個(gè)縱向弛豫時(shí)間T1 7 3磁共振成像系統(tǒng) 晶格場(chǎng)是一波動(dòng)磁場(chǎng) 由晶體中的質(zhì)子波動(dòng)引起 取決于分子的旋轉(zhuǎn)和平移的平均速度 該速度又與分子大小有關(guān) 馳豫時(shí)間T1既與外磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān) 又與晶格場(chǎng)中分子有關(guān) 即與組織有關(guān) 當(dāng)提出T1值時(shí) 必須指明測(cè)試時(shí)的外加磁場(chǎng)強(qiáng)度 如 當(dāng)B0 0 1T 0 5T時(shí) 軟組織中的T1 300ms 700ms 7 3磁共振成像系統(tǒng) T2馳豫時(shí)間 自旋 自旋馳豫時(shí)間 核磁弛豫中Mxy由最大衰減至零的過(guò)程 稱為橫向弛豫過(guò)程 磁化強(qiáng)度下降63 所需的時(shí)間 為橫向弛豫時(shí)間T2 7 3磁共振成像系統(tǒng) 物理意義 代表了橫向磁化向量消失的速率 原因是質(zhì)子進(jìn)動(dòng)的相位相干現(xiàn)象消失 a b c d a 射頻結(jié)束瞬間 橫向磁化達(dá)到最大 進(jìn)動(dòng)相位一致 b c 外部磁場(chǎng)的不均勻性使得進(jìn)動(dòng)相位分散 橫向磁化矢量逐漸減小 d 最終相位完全分散 橫向磁化矢量為零 7 3磁共振成像系統(tǒng) 組織T2時(shí)間的分析 不同成分和結(jié)構(gòu)的組織T2不同 例如水的T2值要比固體的T2值長(zhǎng) T2與磁場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)關(guān) T2的長(zhǎng)短取決于組織內(nèi)部的局部小磁場(chǎng)的均勻性對(duì)小磁化散相的有效性 一般組織分子的大小均勻性越好 如水 散相效果越差 T2越長(zhǎng) 組織分子的大小越不均勻 如肌肉 散相越快 T2越短 7 3磁共振成像系統(tǒng) 7 3 2NMI設(shè)備 7 3磁共振成像系統(tǒng) 7 3 2NMI設(shè)備 7 3磁共振成像系統(tǒng) 7 3 2NMI設(shè)備 磁體子系統(tǒng) 梯度子系統(tǒng) 射頻子系統(tǒng) 圖象子系統(tǒng) 7 3磁共振成像系統(tǒng) 磁體子系統(tǒng)組成 1 主磁體 2 檢查床 永磁型 常導(dǎo)型 超導(dǎo)型 主磁場(chǎng)強(qiáng)度 高場(chǎng) 場(chǎng)強(qiáng) 1 5T中場(chǎng) 0 5T 場(chǎng)強(qiáng) 1 0T低場(chǎng) 0 1T 場(chǎng)強(qiáng) 0 5T超低場(chǎng) 場(chǎng)強(qiáng) 0 1T 7 3磁共振成像系統(tǒng) 用于產(chǎn)生一個(gè)高度均勻 穩(wěn)定的靜磁場(chǎng) 三種類型 永磁式 場(chǎng)強(qiáng)較低 安裝 維護(hù)費(fèi)用低 缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差 磁場(chǎng)不能關(guān)閉 一旦疏忽有金屬物體被磁體吸住 就很難取下 從而影響磁場(chǎng)的均勻性 常導(dǎo)式 優(yōu)點(diǎn) 易制造且造價(jià)相對(duì)較低 缺點(diǎn) 耗電大 超導(dǎo)式 優(yōu)點(diǎn) 較高的場(chǎng)強(qiáng) 缺點(diǎn) 制造困難 相應(yīng)的制冷系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用比較可觀 7 3磁共振成像系統(tǒng) 梯度子系統(tǒng) 為了區(qū)分共振質(zhì)子的空間位置而設(shè)置 共有x y z三個(gè)梯度線圈 在掃描過(guò)程中需要快速改變這些梯度場(chǎng)的強(qiáng)度與方向 其場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度大約只有主磁場(chǎng)的百分之一 臨床上使用的梯度場(chǎng)大約為 0 2GS cm 1 1GS cm 1GS 10 4T 7 3磁共振成像系統(tǒng) 射頻發(fā)射器 產(chǎn)生一定的射頻脈沖 由射頻放大 混頻 濾波和檢波等部分 射頻接收器 圖像子系統(tǒng) 將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖象重建 并將圖象數(shù)據(jù)送到顯示器顯示 7 4核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備 放射性核素成像 ECT 的過(guò)程 把某種放射性同位素標(biāo)記在藥物上 形成放射性藥物 引入人體 藥物被人體的臟器和組織吸收 在體內(nèi)形成輻射源 在體外用核子探測(cè)裝置檢測(cè)體內(nèi)同位素在衰變過(guò)程中放出 射線 構(gòu)成放射性同位素在體內(nèi)分布的密度圖像 7 4核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備 7 4 1ECT概述 相對(duì)于XCT而言 ECT的射線源在人體內(nèi)部 即放射線藥物引入人體后 藥物釋放出伽瑪射線 ECT的本質(zhì)是由在體外測(cè)量發(fā)自體內(nèi)的 射線技術(shù)來(lái)確定在體內(nèi)的放射性核素的活度 不僅反映體內(nèi)的形態(tài) 而且能反映組織器官的功能 可顯示動(dòng)態(tài)圖像 ECT特點(diǎn) 7 4核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備 7 4 1ECT概述 ECT應(yīng)用的三種原理 示蹤劑原理 可反映體內(nèi)生物功能信息 容積采集原理 環(huán)繞被檢測(cè)物旋轉(zhuǎn) 獲得圓柱體內(nèi)的全部信息 濾波反投射圖像重建原理 依原采集角度向一個(gè)假設(shè)中心反投射 逐層重現(xiàn)采集信息的空間結(jié)構(gòu) 7 4核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備 7 4 2ECT分類 1 SPECT單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描 ECT 單光子ECT SPECT SinglePhotonETC 正電子ETC PET PositronEmissionTomograph 照相機(jī)在各個(gè)不同的角度上獲取投影數(shù)據(jù) 再沿用CT中使用的圖像重建方法 得到人體某一截面的放射性藥物濃度的分布 利用發(fā)射單光子的核素藥物進(jìn)行檢查 7 4核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備 7 4 2ECT分類 1 SPECT單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描 可獲得人體斷面圖像 還可作多層面三維成像 這對(duì)腫瘤及其它一些疾病的診斷是很有用的 設(shè)備簡(jiǎn)單 價(jià)格便宜 在普通 照相機(jī)上不需要增加許多設(shè)備 SPECT優(yōu)點(diǎn) 7 4核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備 7 4 2ECT分類 2 正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描 PET 有一類同位素 如11C 13N 15O 18F等 在衰變過(guò)程中釋放正電子 半衰期短 11C 20 3min 13N 10min 15O 123sec 18F 110min 通常由回旋加速器產(chǎn)生 在衰變過(guò)程中釋放的正電子很快 10 12S 10 11S 與周圍環(huán)境中的電子結(jié)合發(fā)生質(zhì)量湮滅 并由此轉(zhuǎn)化為兩個(gè)能量為511kev且傳播方向幾乎完全相反的 射線光子 7 4核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備 7 4 2ECT分類 2 正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描 PET 7 4核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備 7 4 2ECT分類 1 SPECT單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描 7 4核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備 7 4 2ECT分類 2 正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描 PET 在探察對(duì)象周圍安放一圈檢測(cè)器 各個(gè)檢測(cè)器的輸出被接到一個(gè)符合檢測(cè)電路中 如果符合檢測(cè)電路在一個(gè)很短的時(shí)間間隔內(nèi) 同時(shí)獲得兩個(gè)檢測(cè)器的輸出信號(hào) 則認(rèn)為在這兩個(gè)檢測(cè)器空間的連線上有釋放正電子的核素存在 符合檢測(cè)電路 起到電子準(zhǔn)直的作用 即定位的作用 因此不必使用鉛準(zhǔn)直器 提高了靈敏度 7 4核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備 7 4 2ECT分類 2 正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描 PET 7 4核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備 7 4 3ECT與X CT NMI的區(qū)別 XCT以衰減系數(shù)作為重建變量 反映了人體組織密度差異的解剖圖像 ECT以放射性濃度為重建變量 反映人體功能的圖像 NMI以磁共振信號(hào)的強(qiáng)度作為重建變量 既可以形態(tài)成像 也可以功能成像 不同圖像各有優(yōu)缺點(diǎn) 可以采用圖像融合技術(shù)來(lái)取長(zhǎng)補(bǔ)短 但需解決的關(guān)鍵問(wèn)題是 圖像配準(zhǔn) 作業(yè) 1 7 1 7 6 7 8 7 24 2 B超的主要構(gòu)成 3 通用的B超有哪三種掃描方式 4 CR的特點(diǎn) 5 簡(jiǎn)單描述四代XCT的主要不同點(diǎn) 6 ECT與XCT NMI的區(qū)別