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文檔簡介
目錄?
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)一、計算機斷層掃描(CT)
CT(ComputedTomography)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(xué)運算處理后,重建人體斷面圖像的X線診斷設(shè)備。CT組成?
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)CT發(fā)展簡介四大廠家高速CT參數(shù)對照(部分)品牌型號SiemensGEPhilipsToshibaSomatomForceRevolutionCTIQonAquilionONESpectralCT
VISION探器材超高速稀土陶
人造寶石瓷固體0.27s2sGOS0.275s0.275s小于90次磁浮360°描0.25s0.28s0.14s心平均采0.13s心率要求任何心率/任何心率/小于80次律律無非接觸無非接觸氣滑CT成像原理CT的X光球管發(fā)出的X射線穿過人體時,被“吸收”衰減。I
和I分別為人體入射前后的流強,μ為衰減系數(shù)。I
和I的00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
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(Hounsfieldunit)。
常見物質(zhì)CT值:水(0Hu)、空氣(-1000Hu)、骨(1000Hu)CT掃描方式常規(guī)CT:間隔式掃描螺旋CT:連續(xù)容積掃描多層螺旋CT
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與層的區(qū)別
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)(DataAcquisitionSystem,DAS)同步獲得圖像的能力,即同步采集圖像的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)。排與層的區(qū)別
“排”是指CT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AAPMTG-66Report二、磁共振影像(MRI)MRI影像形成原理
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)
I>0的核帶電荷,自旋時形成磁場,有相應(yīng)的自旋磁矩μ。
當(dāng)外部施加一個靜磁場B
后,若原子核自旋磁矩μ與B
方00向不同,則原子核軸向?qū)⒁駼
的影響沿一圓錐面圍繞B
的00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B
垂直的電磁波,并使其頻率與拉0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(dāng)沿某一Z軸方向施加靜磁場B
則M不再為零,且與B
平0,0行。施加B0
此時如再外加一垂直于B
的電磁波B
,頻率等于拉01莫頻率,就會使M作為一個整體產(chǎn)生拉莫運動,M與B
的方向偏離,呈圓錐形繞B
轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動的圓頻00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=γ·B
,可用一定儀器檢測其信號稱為自0由感應(yīng)衰變信號(FID)。
縱向弛豫: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T
。1
橫向弛豫:M在垂直于B
的平面上形成的橫向投影0逐漸恢復(fù)到零,是各原子核磁矩相互作用的結(jié)果,故也稱為自旋-自旋弛豫,相應(yīng)的時間稱為橫向弛豫時間T
。2
T
實際定義:縱向磁化矢量從0恢復(fù)到最大值的163%所需的時間。
T
是一個時間常數(shù),描述組織的縱向磁化矢量恢復(fù)1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T
,脂肪為短T
。11
T
實際定義:橫向磁化矢量衰減至其最大值的37%2的時間。
T
與人體組織的固有小磁場有關(guān),如大分子比小分2子短,結(jié)合水比游離水短。M0M01.01.00.6300.370T1tT2tMR組成?
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
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0.05~3T范圍內(nèi)。磁場強度越高,信噪比越高,圖像質(zhì)量越好。
低場
中場
高場≤0.3T0.3~1.0T>1.0T主磁體磁體分缺點永磁體定、圈效率高低,最大0.35T;體大;磁均勻度受室溫影響大常(阻抗型)型
安裝容易、造價低磁均勻度和定性,受室溫影響大;量大;需大量水冷卻,運行高;小于磁體0.3T超型磁體磁
定、均勻,受室溫影響;最高達8T需要液氦冷卻主磁體
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。梯度磁場系統(tǒng)
利用梯度線圈產(chǎn)生相對于主磁場來說較微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。梯度磁場系統(tǒng)X向Y向Z向梯度圈梯度源梯度磁梯度磁場系統(tǒng)
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。射頻系統(tǒng)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)射頻屏蔽功率放大器人體圈接收接收器器頭部線圈體部線圈膝關(guān)節(jié)線圈乳腺線圈三、正電子發(fā)射斷層掃描
PET(PositronEmissionTomography):應(yīng)用放射性示蹤原理,以斷面解剖形態(tài)進行功能、代謝和受體顯像的醫(yī)學(xué)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(biāo)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。正電子放射性核素特點
人體組織的基本元素易于標(biāo)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。常用正電子放射性核素物理特性放射性核素半衰期(min)最大正子能最大射程平均射程(mm)(MeV)0.961.191.700.641.893.35(mm)111315C20.310.02.05.05.48.22.49.115.60.280.601.100.221.352.60NO18F109.867.81.368Ga82Rb
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(β+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)
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β+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:β+粒子與物質(zhì)作用能量耗盡時,和物質(zhì))結(jié)合,正負電荷抵消,兩個電子中的自由電子(e-的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為2個能量相等(511KeV)、方向相反的γ光子而自身消失。符合探測成像原理
符合探測利用了湮沒輻射產(chǎn)生的2個γ光子的直線性、同時性這兩個特點,進行成像。
直線性:即湮滅輻射產(chǎn)生的2個γ光子互成180°。
同時性:即湮滅輻射產(chǎn)生2個γ光子,同時被兩個相對探頭探測;同時性要求采用一種特殊的線路—符合線路。符合探測成像原理
符合線路(coincidencecircuit):只有進入兩個探頭的兩個γ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γ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γ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,挑選符合事件。飛行時間技術(shù)(TOF)
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組成
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(xué)線路及射線屏蔽裝置組成。探測器
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的可靠性和穩(wěn)定性。探測器
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。高能正電子成像的晶體和材料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)
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