三類大型影像設(shè)備原理介紹課件

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)