超聲,CT,MRI,PET,SPECT,醫(yī)學影像調(diào)研綜述(共6頁)

1、醫(yī)學影像調(diào)研(dio yn)綜述目前(mqin)，主流的醫(yī)學影像的成像儀器主要有超聲，X線，CT，MRI，PET等。它們的成像原理和成像特點也各不相同，所以(suy)它們的主要用途也不同。（一）超聲超聲波是一種頻率高于20000 HYPERLINK /view/19996.htm t _blank 赫茲的聲波，它方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的 HYPERLINK /view/813391.htm t _blank 聲能，在水中傳播距離遠，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。在醫(yī)學、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。超聲波因其 HYPERLINK /view/30964.htm

2、 t _blank 頻率下限大約等于人的聽覺上限而得名?；驹恚撼暡ㄊ怯蓹C械振動引起的波動通過介質(zhì)傳播后而產(chǎn)生的。超聲利用其在人體組織中的反射、折射、衍射與散射等性質(zhì)測定出各組織界面的位置，反映出組織的一維信息。盡管超聲在人體各組織中的傳播速度不同，但這種差異的范圍只有百分之五，因此可認為超聲在人體軟組織中的傳播速度皆為1500米/秒?；夭ù笮∨c界面處組織聲阻抗或密度有關(guān)，界面一定則反射的超聲波大小一定，可以根據(jù)回波強弱判定界面處的參數(shù)。利用反射波的幅度反映反射波的強度以獲取該介質(zhì)的密度。利用回波信號距發(fā)射脈沖時間與超聲波速相乘后可得到反射界面與探頭的距離。由此二者構(gòu)建出圖像。結(jié)構(gòu)框圖：顯

3、示器/記錄器回波信息處理系統(tǒng)掃描發(fā)生器換能器發(fā)射器振蕩器各部分功能：1、振蕩器：即同步脈沖發(fā)生器。產(chǎn)生控制系統(tǒng)工作的同步脈沖。2、發(fā)射器：產(chǎn)生高壓振蕩脈沖，激勵超聲換能器。3、換能器：電-聲換能，發(fā)射超聲；聲-電換能，接收回波。4、回波信息處理系統(tǒng)： 對回波信號進行各種信號處理。包括：放大，衰減補償，動態(tài)壓縮，濾波，檢波等。5、顯示器/記錄器：顯示回波信號，必要時記錄信號。6、掃描發(fā)生器：輸出掃描信號給顯示器。（二）X射線 HYPERLINK /view/45735.htm t _blank X射線(shxin)是 HYPERLINK /view/45341.htm t _blank 波長(b

4、chng)介于(ji y) HYPERLINK /view/598.htm t _blank 紫外線和 HYPERLINK /view/14258.htm t _blank 射線間的 HYPERLINK /view/25556.htm t _blank 電磁輻射。 X射線是一種波長很短的電磁輻射，其波長約為0.0110nm之間。X射線具有很高的 穿透本領(lǐng)，能透過許多對可見光不透明的物質(zhì)，如墨紙、木料等。這種肉眼看不見的射線可以使很多固體材料發(fā)生可見的熒光，使照相底片感光以及空氣電離等效應(yīng)?；驹恚篨射線應(yīng)用于醫(yī)學診斷，主要依據(jù)X射線的穿透作用、差別吸收、感光作用和熒光作用。由于X射線穿過人體

5、時，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射線量比肌肉吸收的量要多，那么通過人體后的X射線量就不一樣，這樣便攜帶了人體各部密度分布的信息，在熒光屏上或攝影膠片上引起的熒光作用或感光作用的強弱就有較大差別，因而在熒光屏上或攝影膠片上(經(jīng)過顯影、定影)將顯示出不同密度的陰影。根據(jù)陰影濃淡的對比，結(jié)合臨床表現(xiàn)、化驗結(jié)果和病理診斷，即可判斷人體某一部分是否正常。于是，X射線診斷技術(shù)便成了世界上最早應(yīng)用的非刨傷性的內(nèi)臟檢查技術(shù)。結(jié)構(gòu)框圖：監(jiān)視器控制器攝像機影像增強管病人X線源各部分功能：X線源：提供成像用的X射線，并且照射在病人身體上。影響增強管：將不可見的X線圖像轉(zhuǎn)換為可見光圖像，并且將圖像亮度提高近萬倍

6、。攝像機：由攝像管、光學鏡頭、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、掃描電路、補償電路等組成，將可見光信號轉(zhuǎn)換為電信號?？刂破鳎簩σ曨l信號加以處理，變?yōu)槿娨曅盘?，完成攝像給予監(jiān)視器的同步。監(jiān)視器：將電視信號還原為圖像。（三）CT傳統(tǒng)X射線成像有著一些弊端。比如說它由于只從一個方向?qū)θ梭w進行透視，所以會造成影像重疊，即深度方向上的信息重疊在一起，會引起混淆。另外，它的密度分辨率低，尤其是對于軟組織的分辨能力低。而且，它照射一次需要的劑量也相對較大。CT，即X射線計算機斷層掃描成像技術(shù)，也是利用X射線成像，在根本的成像原理上與傳統(tǒng)相同，但是它通過掃描和投影，能夠減少影響重疊，一定程度上克服噪聲和偽影?；驹恚篊T是運用物

7、理技術(shù)，以測定X射線在人體內(nèi)的衰減系數(shù)為基礎(chǔ)，采用數(shù)學方法，經(jīng)計算機處理，求解出衰減系數(shù)值在人體某剖面上的二維分布矩陣，轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像畫面上的灰度分布，從而實現(xiàn)重新建立斷面圖像的現(xiàn)代醫(yī)學成像技術(shù)。CT成像的本質(zhì)就是衰減系數(shù)成像。CT主要(zhyo)是掃描和投影，用X射線束以不同方式、按一定順序、沿不同方向?qū)w層進行(jnxng)投照，并用高靈敏度的探測器接受出射X射線(shxin)的強度。之后再用一定的圖像重建算法，得到掃描圖像。CT掃描機的結(jié)構(gòu)：CT成像的原理框圖：各結(jié)構(gòu)的功能：X線球管：在圓形的軌道內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且射出狹窄的X射線，透過人體成像。準直器：限制X射線通過的細長狹窄通道，X射線只能從此

8、通過。探測器及電路：接受透射之后的信號，并且轉(zhuǎn)化為圖像信號。（四）MRIMRI也就是磁共振成像，磁共振成像是斷層成像的一種。磁共振成像技術(shù)與其它斷層成像技術(shù)（如CT）有一些共同點，比如它們都可以顯示某種物理量（如密度）在空間中的分布；同時也有它自身的特色，磁共振成像可以得到任何方向的斷層圖像，三維體圖像，甚至可以得到空間波譜分布的四維圖像。像PET和SPECT一樣，用于成像的磁共振信號直接來自于物體本身，也可以說，磁共振成像也是一種發(fā)射斷層成像。但與PET和SPECT不同的是磁共振成像不用注射 HYPERLINK /view/357582.htm t _blank 放射性同位素就可成像。這一點

9、也使磁共振成像技術(shù)更加安全?；驹恚涸雍藥в姓?，許多元素的原子核都進行著自旋運動(yndng)。通常情況下，原子核自旋軸的排列是無規(guī)律的，但將其置于外加磁場中時，核自旋空間取向從無序向有序過渡。這樣一來，自選的核同時(tngsh)也以自旋軸和外加磁場的向量方向的夾角繞外加磁場向量旋進，這種旋進叫做拉莫爾旋進。自選系統(tǒng)的磁化矢量由零逐漸增長，當系統(tǒng)達到平衡時，磁化強度達到穩(wěn)定值。如果此時核自旋系統(tǒng)受到外界作用，比如一定頻率的射頻激發(fā)原子核即可引起(ynq)共振效應(yīng)。這樣，自旋核還要在射頻方向上旋進，這種疊加的旋進狀態(tài)叫做章動。在射頻脈沖停止后，自旋系統(tǒng)已激化的原子核，不能維持這種狀態(tài)，將回

10、到磁場中原來的排列狀態(tài)，同時釋放出微弱的能量，成為射電信號，把許許多多這樣的信號檢測出來，并進行空間分辨，就得到運動中原子核分布圖像。原子核從激化的狀態(tài)回復到平衡排列狀態(tài)的過程叫做弛豫過程，它所需的時間叫做弛豫時間。弛豫時間有兩種，即T1和T2。T1為自旋-點陣或縱向馳豫時間，T2為自旋-自旋或橫向弛豫時間。生物體組織能被電磁波譜中的短波成分穿透，而中波成分紫外線、紅外線、微波將受到阻擋。但是，人體組織能被磁共振產(chǎn)生的長波成分穿透，這是磁共振能用于臨床的基本原理。磁共振最常用的核是氫原子核質(zhì)子（1H），因為它的信號最強，在人體組織內(nèi)也廣泛存在。影響磁共振 HYPERLINK /view/299

11、858.htm t _blank 影像因素包括：質(zhì)子的密度；弛豫時間長短；血液和腦脊液的流動；順磁性物質(zhì)；蛋白質(zhì)。結(jié)構(gòu)框圖：各部分功能：主磁體：MRI的核心部分，它提供一個具有一定場強的均勻穩(wěn)定的靜磁場。磁體性能的優(yōu)勢取決于其磁場的均勻度、穩(wěn)定度和磁場強度梯度系統(tǒng)：梯度線圈產(chǎn)生并控制磁場中的梯度，以實現(xiàn)NMR信號的空間編碼。這個系統(tǒng)有三組線圈，產(chǎn)生x、y、z三個方向的梯度線圈，線圈組的磁場疊加起來，可得到任意方向的梯度場。射頻線圈：1. 射頻（RF）發(fā)生器：產(chǎn)生短而強的射頻場，以脈沖方式加到樣品上，使樣品中的氫核產(chǎn)生NMR現(xiàn)象。 2. 射頻（RF）接收器：接收NMR信號，放大后進入圖像處理系統(tǒng)

12、。主計算機：由射頻(sh pn)接收器送來的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器，把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)學(shxu)信號，根據(jù)與觀察層面各體素的對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)計算機處理，得出層面圖像數(shù)據(jù)，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器，加到圖像(t xin)顯示器上，按NMR的大小，用不同的灰度等級顯示出欲觀察層面的圖像（五）PET正電子是與負電子相似的一種帶電粒子。正電子帶一個正電荷，有一定質(zhì)量和能量。正電子所帶能量的大小決定了正電子在組織中的消失射程。正電子與物質(zhì)作用能量耗盡時，和物質(zhì)中的自由電子結(jié)合，正負電荷抵消，兩個電子的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為兩個能量相等、方向相反的光子而自身消失?；驹恚赫娮影l(fā)射斷層掃描裝置（PET）是利用注入至人體的放

13、射性示蹤劑如含18F的氟脫氧葡萄糖（FDG）經(jīng)衰變后所釋放的正電子與臨近負電子湮滅所產(chǎn)生的一對光子來對人體代謝狀況進行成像的一種技術(shù)。正電子與負電子湮滅后所產(chǎn)生的這一對光子在時間、方向、能量上有很好的相關(guān)性，可通過對這對光子的符合探測來進行示蹤劑的定位與成像，從而反映出人體各組織代謝與功能方面的信息。結(jié)構(gòu)框圖：PET掃描機圖像處理和重建系統(tǒng)放射性藥物合成系統(tǒng)控制系統(tǒng)加速器各部分(b fen)功能：加速器：現(xiàn)場(xinchng)制造PET所使用(shyng)的半衰期極短的示蹤劑。放射性藥物合成系統(tǒng)：將放射性藥物與其他化合物合成以參與人體生化反應(yīng)的示蹤劑。PET掃描機：由照相機為核心所構(gòu)成，用于探測湮滅后所釋放的光子?？刂葡到y(tǒng)用：操作其余各部分的運動。圖像處理和重建系統(tǒng)：負責將所獲得的信息轉(zhuǎn)化成醫(yī)學圖像各影像設(shè)備比較：儀器發(fā)射波類型對人體危害觀察對象成像性質(zhì)超聲超聲波無解剖結(jié)構(gòu)重疊成像X線X射線輻射危害解剖結(jié)構(gòu)重疊成像CTX射線輻射危害解剖結(jié)構(gòu)斷面成像PETY光子輻射危害功能層面斷面成像MRI磁場無解剖結(jié)構(gòu)斷面成像參考文獻：1、高上凱：醫(yī)學成像系統(tǒng)，清華大學出版社，2010年第二版，1-4；11-24；73-80；86-98；105-113；144-150頁。2、劉松：X射線成像特質(zhì)及醫(yī)學中的應(yīng)用，醫(yī)學信息,2011,No.07,3158-31583、王云楠：三維超聲成像的原理與應(yīng)用