三類大型影像設(shè)備原理介紹課件

1、計算機斷層掃描（CT）磁共振影像（MRI）正電子發(fā)射斷層掃描（PET）CT（Computed Tomography）是使用X射線從不同方位照射人體，由對應(yīng)的探測器檢測透過人體后X線強度值的信號，經(jīng)計算機根據(jù)物理模型進行數(shù)學運算處理后，重建人體斷面圖像的X線診斷設(shè)備。掃描部分：X線球管、探測器、掃描架計算機系統(tǒng)：貯存、運算圖像顯示、存儲系統(tǒng)品牌品牌SiemensSiemensGEGEPhilipsPhilipsToshibaToshiba型號Somatom ForceRevolution CTIQon Spectral CTAquilion ONE VISION探測器材料超高速稀土陶瓷人造寶石固

2、體鎢酸鉻閃爍晶體GOS360掃描時間0.25s0.28s0.27s0.275s心臟平均采集時間0.13s0.14s2s0.275s心率要求任何心率/節(jié)律任何心率/節(jié)律小于80次小于90次驅(qū)動方式無線非接觸式傳輸無線非接觸式滑環(huán)氣墊磁懸浮CT的X光球管發(fā)出的X射線穿過人體時，被“吸收”衰減。I0和I分別為人體入射前后的流強，為衰減系數(shù)。I0和I的比值反映了人體的積分密度。通過一定的算法，計算出人體各點的密度，根據(jù)其空間分布，生成密度圖像，即CT圖像。CT值為CT掃描中X線衰減系數(shù)的單位，用于表示CT影像中組織結(jié)構(gòu)的線性衰減系數(shù)的相對值，其單位為Hu（Hounsfield unit）。常見物質(zhì)CT

3、值：水（0 Hu）、空氣（-1000Hu）、骨（1000Hu） 常規(guī)CT：間隔式掃描螺旋CT：連續(xù)容積掃描對于CT技術(shù)的要求就是在最短時間內(nèi)，得到最清晰的圖像的同時，盡可能地加大檢查范圍。在螺旋CT中采用多排探測器陣列。將單排探測器（900個左右的探測器單位）改進為幾排甚至幾十排探測器，即多層螺旋CT在Z軸方向上有數(shù)萬個探測器呈二維陣列。特點：旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個斷層圖像成像速度快，能包容較大范圍進行容積掃描排：指CT探測器在Z軸方向的物理排列數(shù)目，即有多少排探測器，是CT的硬件結(jié)構(gòu)性參數(shù)。層：指CT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（Data Acquisition System, DAS）同步獲得圖像的能力，即

4、同步采集圖像的DAS通道數(shù)目或機架旋轉(zhuǎn)時同步采集的圖像層數(shù)，是CT的功能性參數(shù)?！芭拧笔侵窩T掃描機探測器的陣列數(shù)，一般排數(shù)越多，探測器寬度越寬，以此掃描完成的寬度越大。多“排”CT稱為多“層”CT（MSCT），在一般情況下兩者含義相同，即有多少“排”探測器，一次掃描即可完成多少“層”圖像的采集。但是，如果每排探測器一次采集重建出2層圖像，如西門子64層CT，實際探測器是32排，每排出2幅圖像，因此一次采集可以形成64層圖像。CT模擬定位機與一般CT的區(qū)別： 孔徑 平板床 激光系統(tǒng) 軟件AAPM TG-66 Report以人體內(nèi)廣泛存在的氫原子核為例，其含質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)，具有自旋特性，因而有一定

5、的角動量p，其大小可由自旋量子數(shù)I來計算。（質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)同為偶數(shù)的核I為零，無自旋運動）I0的核帶電荷，自旋時形成磁場，有相應(yīng)的自旋磁矩。當外部施加一個靜磁場B0后，若原子核自旋磁矩與B0方向不同，則原子核軸向?qū)⒁駼0的影響沿一圓錐面圍繞B0的方向旋轉(zhuǎn)，稱為拉莫運動，其旋轉(zhuǎn)頻率稱為拉莫頻率。此時如外加其他方向與B0垂直的電磁波，并使其頻率與拉莫頻率相同，則原子核發(fā)生共振，自轉(zhuǎn)軸傾角改變，從而其能量狀態(tài)發(fā)生改變。在沒有外加磁場時，各個質(zhì)子由于熱運動而處于雜亂無章的任意排列狀態(tài)，磁矩方向各不相同，相互抵消，宏觀上不顯磁性，此時M=0。當沿某一Z軸方向施加靜磁場B0，則M不再為零，且與B0平行。施

6、加B0此時如再外加一垂直于B0的電磁波B1，頻率等于拉莫頻率，就會使M作為一個整體產(chǎn)生拉莫運動，M與B0的方向偏離，呈圓錐形繞B0轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的圓頻率為。如果所加電磁波是脈沖式的，則脈沖去除后原子核逐漸回復(fù)到初始平衡狀態(tài)。這一放能過程稱為弛豫。弛豫時放出的能量以電磁波形式向周圍發(fā)射，頻率同樣是=B0，可用一定儀器檢測其信號稱為自由感應(yīng)衰變信號（FID）?？v向弛豫：磁化強度矢量M的縱向投影逐步恢復(fù)到初始值，是原子核與周圍介質(zhì)不斷進行熱交換的結(jié)果，故也稱為自旋-晶格弛豫，相應(yīng)的時間稱為縱向弛豫時間T1。橫向弛豫：M在垂直于B0的平面上形成的橫向投影逐漸恢復(fù)到零，是各原子核磁矩相互作用的結(jié)果，故也稱為

7、自旋-自旋弛豫，相應(yīng)的時間稱為橫向弛豫時間T2。T1實際定義：縱向磁化矢量從0恢復(fù)到最大值的63%所需的時間。T1是一個時間常數(shù)，描述組織的縱向磁化矢量恢復(fù)的快慢程度。其長短依賴于組織成分、結(jié)構(gòu)和環(huán)境，如水為長T1，脂肪為短T1。T2實際定義：橫向磁化矢量衰減至其最大值的37%的時間。T2與人體組織的固有小磁場有關(guān)，如大分子比小分子短，結(jié)合水比游離水短。0.63)1 (10eM0.3710eMT1M01.0t0T2M01.00t主磁體梯度磁場系統(tǒng)射頻（RF）系統(tǒng)計算機處理系統(tǒng)輔助設(shè)備主磁體是MR的核心部分之一，其功能是提供使原子核定向所必須的靜磁場。臨床上磁共振成像要求磁場強度在0.053T范

8、圍內(nèi)。磁場強度越高，信噪比越高，圖像質(zhì)量越好。低場 0.3T中場 0.31.0T高場 1.0T磁體分類磁體分類優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點永磁體場強穩(wěn)定、維護簡單、線圈效率高場強低，最大僅0.35T；體積龐大；磁場均勻度受室溫影響較大常導(dǎo)（阻抗型）型磁體安裝容易、造價低磁場均勻度和穩(wěn)定性差，受室溫影響較大；耗電量大；需大量水冷卻，運行維護費高；場強小于0.3T超導(dǎo)型磁體磁場穩(wěn)定、均勻，不受室溫影響；場強最高可達8T需要液氦冷卻勻場線圈：任何磁體都不會產(chǎn)生絕對均勻的磁場，所以還要加一組勻場線圈，一般由鈮鈦合金制成，置于磁體中心，梯度線圈外，可將磁場均勻性提高100倍以上。利用梯度線圈產(chǎn)生相對于主磁場來說較微

9、弱的在空間位置上變化的磁場，并疊加在主磁場上。對MRI信號進行空間編碼，以確定成像層面的位置和厚度。梯度磁場梯度線圈X向Y向Z向梯度電源任何一組梯度磁場都可起到層面選擇、相位編碼、頻率編碼三項作用之一，因此可對人體的橫斷位、矢狀位、冠狀位進行成像。發(fā)射射頻（RF）脈沖使磁化的質(zhì)子吸收能量產(chǎn)生共振，并接收質(zhì)子在弛豫過程中釋放的能量而產(chǎn)生MR信號。（1）射頻線圈 (發(fā)射線圈和接收線圈)（2）射頻發(fā)射放大器（3）射頻接收放大器（4）射頻屏蔽發(fā)射器功率放大器發(fā)射線圈人體組織接收線圈接收器頭部線圈體部線圈乳腺線圈膝關(guān)節(jié)線圈PET（Positron Emission Tomography）：應(yīng)用放射性示蹤

10、原理，以斷面解剖形態(tài)進行功能、代謝和受體顯像的醫(yī)學影像技術(shù)。在分子水平上顯示生物物質(zhì)相應(yīng)生物活動的空間分布、數(shù)量及其隨時間的變化，故又稱為生化顯像或分子顯像。將人體代謝所必需的物質(zhì)，如：葡萄糖、蛋白質(zhì)、核酸、脂肪酸等標記上短壽命的放射性核素（如18F）制成顯像劑（如氟代脫氧葡萄糖，F(xiàn)DG）注入人體后進行掃描成像。人體組織的基本元素 易于標記各種生命所必需的化合物及其代謝產(chǎn)物而 不改變它們的生物活性，且可以參與人體的生理、 生化代謝過程。 半衰期比較短 檢查時可給予較大劑量，提高了影像的對比度和空 間分辨率，更真實地反映人體生理、生化、病理和 功能等方面的改變。放射性核素放射性核素半衰期半衰期（

11、minmin）最大正電子能量最大正電子能量（MeVMeV）最大射程最大射程（mmmm）平均射程平均射程（mmmm）11C20.30.965.00.2813N10.01.195.40.6015O2.01.708.21.1018F109.80.642.40.2268Ga67.81.899.11.3582Rb1.33.3515.62.60通過核反應(yīng)（如使用回旋加速器）可以產(chǎn)生某些不穩(wěn)定核素，如11C，13N，15O和18F等。這類不穩(wěn)定核素按一定半衰期衰變產(chǎn)生正電子（+衰變） （Z, A） （Z-1, A）+ e+ + 18F原子結(jié)構(gòu)： 9個質(zhì)子、9個中子、9個核外電子（氟穩(wěn)定結(jié)構(gòu)是10個 中子）

12、18F是用穩(wěn)定核素18O經(jīng)質(zhì)子轟擊而產(chǎn)生的。質(zhì)子帶正電，產(chǎn)生的18F缺中子，其在衰變過程中放出一個正電子俘獲一軌道上的電子形成穩(wěn)定核素。18F-FDG注射入人體內(nèi)后，由+衰變反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與人體內(nèi)的電子發(fā)生湮滅輻射。湮滅輻射湮滅輻射：+ + 粒子與物質(zhì)作用能量耗盡時，和物質(zhì)粒子與物質(zhì)作用能量耗盡時，和物質(zhì)中的自由電子（中的自由電子（e e- -）結(jié)合，正負電荷抵消，兩個電子）結(jié)合，正負電荷抵消，兩個電子的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為2 2個能量相等（個能量相等（511KeV511KeV）、方向相）、方向相反的反的光子而自身消失。光子而自身消失。符合探測利用了湮沒輻射產(chǎn)生的2個光子的直線性、

13、同時性這兩個特點，進行成像。直線性：直線性：即湮滅輻射即湮滅輻射產(chǎn)生的產(chǎn)生的2 2個個光子互成光子互成180180。同時性：同時性：即即湮滅輻射湮滅輻射產(chǎn)生產(chǎn)生2 2個個光子，同時被兩個光子，同時被兩個相對探相對探 頭探測；頭探測； 同時性同時性要求采用一種特殊的線路要求采用一種特殊的線路符合線路。符合線路。符合線路（coincidence circuit）：只有進入兩個探頭的兩個光子是同時到達的閃爍事件才能被記錄，否則不予接受，這種線路稱符合線路。湮滅作用產(chǎn)生的兩個光子幾乎同時擊中探測器環(huán)上對稱位置的兩個探測器，每個探測器接收到光子后產(chǎn)生一個定時脈沖，這些定時脈沖分別輸入符合線路進行符合甄別

14、，挑選符合事件。飛行時間：假設(shè)湮沒輻射產(chǎn)生在兩個探測器的正中間，發(fā)生的2個湮沒輻射光子可同時到達兩探測器，產(chǎn)生的脈沖時間差為零，除此之外，其他位置發(fā)生的湮沒輻射光子，在探測中總有一定時間差，這個時間差稱為飛行時間。符合時間窗：是為時間差所設(shè)的限，即兩個光子被記錄的時間差小于符合時間窗時，就被作為一次符合探測。它決定著符合探測效率、穩(wěn)定性和精確度。符合窗時間一般定為12-15ns，現(xiàn)在5ns。PET機構(gòu)成由探測器、掃描床、計算機及其他輔助部分組成。探測器由晶體、光電倍增管、前端電子學線路及射線屏蔽裝置組成。單個晶體與光電倍增管構(gòu)成探測器；閃爍晶體是探測器質(zhì)量的關(guān)鍵；光電倍增管的性能直接影響探測器

15、的可靠性和穩(wěn)定性。臨床PET采用多晶體組合結(jié)構(gòu)。用較少的探測器得到較多的環(huán)數(shù)、較大的軸向視野和較高的空間分辨率。常用結(jié)構(gòu)組態(tài)為4x36組合，四個光電倍增管與一個大晶體塊組合，大晶體塊以一定深度的窄縫進行6x6矩陣切割，切割后的36塊小晶體便于對閃爍事件的精確定位。NaI晶體能量分辨率較高，價格便宜。BGO晶體密度大，探測效率高、穩(wěn)定性好。LSO、GSO等晶體密度大、衰減常數(shù)小、光產(chǎn)額高。2D方式：在有電子準直狀態(tài)下采集3D方式：在撤除準直的狀態(tài)下采集3D方式信息量較2D方式高90%，信息量大,分辨率高,噪聲多.消除消除來自視野來自視野內(nèi)、內(nèi)、外的外的散射以散射以獲得高獲得高質(zhì)量圖像質(zhì)量圖像總計數(shù)高，但由于總計數(shù)高，但由于散射和隨機計數(shù)也散射和隨機計數(shù)也明顯增加，影響圖明顯增加，影響圖像質(zhì)量像質(zhì)量3D 采集方式采集方式2D 采集方式采集方式常規(guī)注射計量常規(guī)注射計量90kg病人成像病人成像 由于散射和隨機計由于散射和隨機計數(shù)率高，數(shù)率高，圖像較模圖像較模糊糊 圖像