《醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)》影像技術(shù)專業(yè)教學(xué)大綱2014.7.7

PAGEPAGE12《醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)》課程實驗教學(xué)大綱課程編號：（可暫缺）課程名稱：《醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)》英文名稱：medicalimagingphysics課程類型:專業(yè)基礎(chǔ)課必修總學(xué)時：60學(xué)分：3.5理論課學(xué)時：44實驗學(xué)時：16適用對象:醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)本科學(xué)生一、課程性質(zhì)和地位醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)是醫(yī)學(xué)影像專業(yè)本科學(xué)生的入門課程，它是專業(yè)基礎(chǔ)課中的必修課，也是醫(yī)學(xué)影像臨床課的基礎(chǔ)，在培養(yǎng)影像學(xué)生的過程中奠定有關(guān)醫(yī)學(xué)影像原理的物理基礎(chǔ)，為影像診斷提供物理學(xué)依據(jù)。所以，影像學(xué)生對本門課程的掌握程度直接影響到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)與其它影像學(xué)科有著密切的聯(lián)系。本課程的先修課為高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、電子學(xué)基礎(chǔ)及醫(yī)學(xué)物理學(xué)，它們將為醫(yī)學(xué)影像學(xué)中的數(shù)學(xué)方法、物理基本概念、規(guī)律及基本技能與方法打下堅實的知識基礎(chǔ)。后續(xù)課程有影像設(shè)備學(xué)、X射線攝影學(xué)、影像診斷學(xué)、超聲診斷學(xué)、核醫(yī)學(xué)影像學(xué)、介入放射學(xué)、放射防護學(xué)、放射治療學(xué)、醫(yī)學(xué)圖象處理等專業(yè)學(xué)科。而上述學(xué)科又是影像專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，因此，醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)為深刻理解成像過程，評價圖像質(zhì)量以及讀釋圖像，挖掘圖像蘊藏的生物信息奠定理論基礎(chǔ)。醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)是生命科學(xué)與理工科的理論、技術(shù)相互滲透而形成的新興邊緣學(xué)科。醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)重點闡述現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)中X射線成像、磁共振成像、核醫(yī)學(xué)影像及超聲波成像的基本物理原理、成像方法。學(xué)習(xí)本學(xué)科的目的是讓影像專業(yè)的學(xué)生掌握各種成像技術(shù)的原理，為學(xué)習(xí)其它專業(yè)課程和臨床實踐打下堅實的理論基礎(chǔ)。二、教學(xué)環(huán)節(jié)及教學(xué)方法和手段醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)的教學(xué)環(huán)節(jié)包括課堂講授、實驗、考試等。其中課堂講授是通過教師對指定教材部分章節(jié)的講解，結(jié)合多媒體課件對板書和儀器結(jié)構(gòu)給予圖示以及啟發(fā)式、案例式、雙語式教學(xué)方法的應(yīng)用，加強對學(xué)生抽象與邏輯思維能力的培養(yǎng)，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合的講授，培養(yǎng)學(xué)生用理論解決實際問題的能力。實驗是教師在實驗室里指導(dǎo)學(xué)生通過對物理現(xiàn)象的觀察、對物理量的測量和對實驗結(jié)果的分析，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，使學(xué)生加深對醫(yī)學(xué)物理學(xué)基本理論和定律的理解與掌握，逐步提高觀察、分析實驗現(xiàn)象和總結(jié)實驗規(guī)律的能力。考試是檢驗教學(xué)效果的有效手段，分理論考試和實驗考試兩種。理論考試是指學(xué)期末本學(xué)科的結(jié)業(yè)考試，是對醫(yī)學(xué)生學(xué)完醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)的總體測試；實驗考試是檢驗學(xué)生運用理論知識采取合理的實驗方法和手段完成物理實驗要求的能力，這也是本學(xué)科重視實驗教學(xué)的具體表現(xiàn)之一。三、實驗教學(xué)內(nèi)容及要求[實驗名稱一]CT計算機模擬實驗——圖像重建[項目性質(zhì)]模擬性實驗[實驗?zāi)康腯1．通過實驗熟悉重建CT像的過程。2．體會像素大小對圖像質(zhì)量的影響。[實驗原理]CT圖像重建是運用一定的物理技術(shù)，獲取生物體某斷層上的生物信息，采用一定的數(shù)學(xué)方法，求得該斷層上的CT值分布，再應(yīng)用計算機技術(shù)把此二維分布矩陣轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶确植肌呙枋菫楂@取投影（Projection）而采用的物理技術(shù)，是用近于單能窄束的X射線束以不同的方式、沿不同的方向、按一定的順序?qū)κ軝z體體層進行投照。掃描的方式有平移掃描、旋轉(zhuǎn)掃描、平移加旋轉(zhuǎn)掃描等。對生物體掃描后，獲取足夠的投影數(shù)據(jù)，然后采用一種數(shù)學(xué)算法，求得二維μ值分布μ（χ，y），再將μ值分布轉(zhuǎn)換成對應(yīng)像素的CT值分布CT（x，y）。此后，通過電子計算機技術(shù)再把圖像畫面上的CT值分布轉(zhuǎn)換為灰度圖像。本實驗中用三維動畫的方式模擬了對頭部的平移掃描和旋轉(zhuǎn)掃描，學(xué)生可以形象地感受這兩種掃描的掃描方式及掃描過程。求解投影數(shù)據(jù)、像素矩陣分布、不同像素矩陣方式顯示以及逐點成像等都是應(yīng)用MicrosoftVisualBasic6.0軟件編寫完成。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1.打開計算機，安裝VisualBasic6.0。2.打開ctsy\CT實驗課件,運行應(yīng)用程序。3.在CT實驗動畫片頭中，點擊“開始”進入目錄頁，再點擊“進入實驗”按鈕進入實驗環(huán)境。4.在Text框中輸入物體名（a、b、c、d等，參見幫助），點擊“旋轉(zhuǎn)掃描”或“平移掃描”，觀察掃描方式。5.掃描結(jié)束，點擊“關(guān)閉掃描”按鈕，然后點擊“對掃描數(shù)據(jù)進行運算”按鈕，進入主窗體。6.點擊“顯示原物及重建圖像”按鈕。7.點擊“運行像素值求解程序求解像素”按鈕，開始運算。8.運算完畢再次點擊“顯示原物及重建圖像”按鈕，四幅圖像分別顯示在四個Picture框中。觀察像素大小不同對應(yīng)的圖像質(zhì)量的差別。思考題1．CT像的重建過程有哪幾個步驟？2．掃描的目的是什么？掃描方式有哪幾種？3.采用各種數(shù)學(xué)算法的目的是什么？4.圖像矩陣大小對CT像有何影響？[實驗名稱二]CT計算機模擬實驗——窗口技術(shù)[項目性質(zhì)]驗證性實驗[實驗?zāi)康腯1．通過實驗加深對窗口技術(shù)的理解。2．體會不同的窗位、窗寬對圖像的影響。[實驗原理]經(jīng)掃描獲取的像素CT值數(shù)字矩陣直接轉(zhuǎn)換成的圖像，往往不能直接被臨床利用，必須對圖像加工處理之后，才能轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫膱D像?！按翱诩夹g(shù)”便是圖像處理技術(shù)中最典型的一種。所謂窗口技術(shù)是指放大某段范圍內(nèi)灰度的技術(shù)，即把生物體中與被觀察組織的CT值范圍相對應(yīng)的灰度范圍定為放大的灰度范圍，把放大灰度范圍的上限增強為全白，把放大灰度范圍的下限壓縮為全黑，這樣就放大或增強了局部灰度范圍內(nèi)不同灰度之間黑白對比的程度。被放大或增強的灰度范圍叫做窗口（Window），放大的灰度范圍上下限之差叫窗寬，放大的灰度范圍的平均值，即所放大灰度范圍的灰度中心CT值叫窗位。如果用CT值表示，則：窗寬=CTmax-CTmin窗位=（CTmax+CTmin）/2要觀察的病變組織不同，應(yīng)選擇的窗位、窗寬也不同，需根據(jù)理論，結(jié)合經(jīng)驗選擇合適的窗位、窗寬。[實驗時數(shù)]2學(xué)時[實驗要求]1．打開計算機。2．打開ctsy\CT實驗課件,運行“課件”應(yīng)用程序。3．在CT實驗動畫片頭中，點擊“開始”進入目錄頁，再點擊“進入實驗”按鈕進入實驗環(huán)境。4．在“原圖像名”Text框中輸入原始數(shù)字圖像名（a、b、c……i、j；aa、bb、cc……；cka、ckb等，參見幫助），窗口1、窗口2的窗位、窗寬Text框中分別輸入數(shù)值，點擊“運行窗口程序”開始運行。5.運算完畢點擊“圖像顯示”按鈕，在窗口1、窗口2Picture框中將顯示運行結(jié)果。6.點擊“清空窗口圖像”按鈕，清空窗口。7.重復(fù)第4步，輸入不同的原始圖像名，選擇不同的窗位、窗寬，運行窗口程序，觀察運行結(jié)果，為每個原圖找出你認(rèn)為最理想的窗位、窗寬填入表中。8.點按“返回目錄頁”按鈕，退到目錄窗口，再按“結(jié)束”按鈕結(jié)束實驗。思考題1．怎樣理解窗位、窗寬？2．窗位高、低對圖像灰度有何影響？3.窗寬寬、窄對CT像有何影響？四、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時及進度分配表課程內(nèi)容理論課時實驗課時（一）緒論1（二）X射線物理94（三）X射線影像6（四）磁共振物理44（五）磁共振成像42（六）核醫(yī)學(xué)物理4（七）核醫(yī)學(xué)影像22（八）超聲波物理104（九）超聲成像4合計4416五、推薦教材和教學(xué)參考書書目參考教材：《醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)》，第3版，主編：吉強人民衛(wèi)生版社，2011年3月出版主要參考書：《現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)》，主編：包尚聯(lián)北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社，2004年4月出版《醫(yī)學(xué)影像成像原理》，主編：黃泉榮高等教