医学影像物理学资料

第一章X 射线的产生条件：（1）电子源（阴极）发射电子（2）加速电子增加动能的电位差（高管电压）（3）一个高度真空（P<10-4Pa ）的环境（玻璃外壳） ，使电子在运动过程中尽可能减少能量损耗，保护灯丝不被氧化。

（4）一个受电子轰击而辐射X 射线的物体（阳极靶）。

X 射线管的结构:1.X 射线管的阴极（cathode ）• 发射电子的电子源，使电子聚焦后去撞击阳极； • 组成:发射电子的灯丝和聚焦电子的凹面阴极体。

• 圆焦点型：阴极灯丝绕成螺旋型，放在碗状阴极槽中，散热差：• 类型: 线焦点型：阴极灯丝绕成长螺线管型， • 放在阴极体头部的长形凹槽中。

• 双焦点型：有大小不同的两组灯丝，可产生大 • 小双焦点，若选用大焦点，只给长灯丝通电。

2.X 射线管的阳极（anode ） 产生X 射线。

固定式：钨、钼制成，嵌在铜制阳极体上—衬底类型： 特点：产热高，用于管电流小，曝光时间长的牙科和骨科X 光机 （按结构分） 旋转式：将阳极和阳极体作成圆盘状，用小电机带动旋转； 特点：产热均匀分布，避免局部过热，功率。

3. .有效焦点的面积为实际焦点面积的sinθ倍。

(θ为靶与竖直方向的夹角)X 射线管阴、阳极体的作用:阴极体作用：① 使电子初聚焦 ② 防止二次电子危害 阴极体作用：①接收从阴极发射出的电子并将它们传导至与X 射线管相连的电缆，使其能返回高压发生器；②为靶提供机械支撑；（3）良好的热辐射体。

X 射线管的电特性X射线管工作过程阴极通电后温度升高，会产生热电子发射，阴极和阳极之间外接很高的直流电压，阴极发出的热电子被直流高压加速，以很高的速度轰击金属阳极，产生X线。

X射线管的焦点及焦点的性能参量1、实际焦点：灯丝发射的电子，经聚焦加速后，撞击在阳极靶上的面积。

2、有效焦点：实际焦点在垂直于X射线管轴线方向上投影的面积，即X射线照射在胶片上的有效面积实际焦点和有效焦点大小的影响实际焦点面积增大，散热好，但有效焦点面积也增大，胶片影像模糊实际焦点面积减小，阳极靶单位面积上的电子密度增大，实际焦点温度增大，阳极损坏；图象有效焦点越小，影像越清晰；有效焦点为点光源时：胶片图象边界清晰；有效焦点为面光源时：胶片边界模糊有半影；高斯分布>矩形分布>双峰分布管电流增大，焦点增大，影像质量下降；管电压增大，焦点增大，影像质量下降；辐射形式：韧致辐射，标识辐射。

韧致辐射定义：（连续X射线产生）高能入射电子通过阳极原子核附近，受到原子核引力场的作用会降低速度并改变方向，入射电子损失的能量以电磁辐射的形式释放。

这种形式产生的辐射称为“轫致辐射”或“制动辐射”连续X射线产生原因：•每个高速电子与靶原子作用时的相对位置不同•每个电子与靶原子作用前的能量也不同•故各次相互作用对应的辐射损失也不同，因而发出的X光子频率也互不相同，大量的X光子组成了具有频率连续的X光谱。

连续X射线产生特点：•每条曲线都有一个峰值；•曲线在波长增加的方向上都无限延展，但强度越来越弱；•在波长减小的方向上，曲线都存在一个称为短波极限波长λmin的极限值；•随着管压的升高，辐射强度均相应地增强；•各曲线所对应的强度峰值和短波极限的位置均向短波方向移动。

标识辐射定义：（离散X射线）是高能电子与阳极物质内层电子作用的结果。

高速电子把原子核外内层电子击出的过程中伴随的标识X射线的电磁辐射，称标识辐射，也称特征辐射。

产生条件：入射电子的动能大于阳极原子中壳层电子的结合能，而辐射光子的能量则仅仅取决于阳极原子的电子能级之差。

标识X射线波长仅取决于阳极靶物质。

X射线的基本特性1. X射线在均匀的、各向同性的介质中，是直线传播：2. X 射线不带电，不受外界磁场和电场影响；3. X 射线具有贯穿本领；（不同组织穿透性不同：骨骼--软组织--脂肪--肺、肠道）4. X 射线的荧光作用；(X 射线照射荧光物质可发出荧光)透视、增感屏5. X 射线的电离作用；（ X 光子撞击电子一次电离，撞击其它原子二次电离） 6。

X 射线的热作用；7. X 射线的化学和生物效应： （与物质进行光化学反应；生物体内电离和激发作用）X 射线的强度：单位时间内通过单位横截面积的辐射能量（光子数和每个光子能量决定）。

常用X 射线的量和质表示强度； 量：X 光子数目N ，mA.s质：X 光子的能量hv （平均），可表示X 射线的硬 度：穿透物质的能力X 射线按硬度大小分类：极软、软、硬、极硬四类；用途各异。

影响强度因素：光电作用光电作用过程是光致电离的过程，一个辐射光子使原子的一个壳层电子脱离原子，变成光电子。

光子的能量用来克服电子的结合能使原子电离，剩余部分能量变为光电子的动能。

康普敦散射定义：能量较高的辐射光子（远高于电子的结合能）在与物质相互作用时，入射光子与原子内一个轨道电子发生相互作用时，光子损失一部分能量，并改变运动方向，电子获得能力而脱离原子。

X线摄影与X线荧光透视应用荧光屏显像的检查方法称为X射线透视；应用X射线胶片显像的检查方法称为X射线摄影；X线荧光透视投照部位厚度一定，则荧光屏上暗的地方对应人体组织密度高的部位，X线吸收多；荧光屏上亮的地方对应人体组织密度低的部位，X线吸收少；缺点:•有辐射且量大•不能留下客观记录•透视影象是先将X射线影象转为荧光屏的光影象，然后再转为上影象，两次影象转换，丢失信息，同时荧光屏亮度有限，人眼视觉灵敏度低，荧光物质颗粒大，则较细微结构的影像看不清楚，对早期病变和复杂结构组织器官看不情。

X射线摄影•投照部位厚度一定，则胶片上暗的地方对应人体组织密度低的部位，X线吸收多；荧光屏上亮的地方对应人体组织密度高的部位，X线吸收少；第二章数字减影血管造影（DSA）的原理将造影前、后获得的数字图像进行数字减影，在减影图像中消除骨骼和软组织结构，使浓度很低的对比剂所充盈的血管在减影图像中显示出来，有较高的图像对比度。

数字减影的3种基本方法：时间减影，能量减影(能把不同吸收系数的组织影像分开)，混合减影。

影响DSA影象质量的因素：(1) 噪声(2)运动伪影(3)造影剂浓度DSA的优缺点：（与胶片减影相比）优点：1.对比度大2. 实时处理3.直接显示和校正缺点：1.运动会产生伪影2.不进行选者性注射时，会血管重叠CR成像过程：1.影像信息的采集 2.影像信息的读取 3.影像信息的处理 4.影像信息的再现影响CR影像质量的因素•空间分辨力：PSL物质结晶体的颗粒度、影像读出系统的电光学特性、激光束光点的大小、散射程度CR影像中的噪声：•X射线量子噪声：IP吸收过程中产生•光量子噪声：光电倍增管转换时产生•固有噪声：IP结构噪声、激光噪声、模拟电路噪声、A/D转换中量子噪声等CR影像的优缺点•优点：1.数字影像2.X 射线照射量的动态范围大3.照射剂量低4.应用范围广5.IP可重复使用•缺点：•时分力差、空分力稍差、设备昂贵。

CT原理CT是综合运用层面X线扫描原理，利用高灵敏光子探测技术，先进的数据处理方法和显示技术，根据人体不同组织和病变对X线衰减系数不同，采用一定的数学方法，把探测的结果经计算机处理，获得人体衰减系数在人体某剖面上的二维分布矩阵，再用电子技术转化为一系列准确而详细的组织层面灰度图像，实现断层图像的现代医学成像技术。

CT重建过程1.划分体素和像素;2.扫描并采集足够的投影数据;3.采用一定的算法处理投影数据,求解出各体素的成像参数值(即衰减系数)获取μ分布,并转为对应的CT值分布;4.把CT值转为与体素对应的像素的灰度,即把CT值分布转为图像画面上的灰度分布,此灰度分布就是CT像。

1.反投影法（利用投影数值近似的复制出μ的二维分布矩阵.）原理:沿扫描路径的反方向，把所得投影的数值反投回各体素中去，并用计算机进行运算，求出各体素u 值而实现图像的重建。

缺点：边缘失锐解决的办法：采用滤波反投影法X-CT成像与普通X线成像最大不同之处普通X射线摄影像是重叠的模拟像,而X-CT图像是数字化的断层图像CT影像设备的组成①扫描系统（X线管、探测器和扫描架）;②计算机系统（数据储存、运算等）和图像重建系统;③图像显示和存储、照相系统。

算法举例2.滤波反投影图像重建定义:用一滤波函数与前投影值卷积作为新的投影函数，再反投影。

优点：去伪影，且速度快。

3.CT 值：CT 影像中每个像素所对应的物质X 射线线性平均衰减量的大小。

则衰减系数为 的某种物质的CT单位为亨 为能量是73Kev 的X 射线在水中的线性衰减系数 K 为分度系数，一般K=1000窗口技术：（CT 机放大某段范围内灰度的技术。

）将放大灰度范围的上限增强为全白，下限压缩为全黑。

增强了局部灰度范围内不同灰度之间黑白对比的程度。

窗口：被放大的灰度范围。

窗宽：被放大的灰度范围上下限之差。

窗宽=CT max-CT min 窗位：被放大的灰度范围的灰度中心值。

窗位=(CT max+CT min)/2规律:窄窗宽——CT 值范围小——每级灰阶代表的CT 值跨度小——黑白对比度大。

适合观察密度差别小的组织。

宽窗宽，适合观察密度差别大（肺、骨质）的组织。

第三章磁共振现象：定义：处在某一静磁场中的物质的原子核受到相应频率的电磁波作用时，在它们的能级之间发生共振跃迁现象。

优点：（1）有多个成像参数，能提供丰富的诊断信息；（2）无电离辐射，安全可靠； （3）有极好的组织分辨能力；（4）不需造影剂，即可观察心脏和血管系统；（5）扫描方向灵活，可做横断面、冠状面、矢状面及任意切面断层扫描。

缺点：但扫描时间相对较长。

空分力较低。

设备昂贵，禁忌症多。

产生磁共振现象的基本条件：1. 能够产生共振跃迁的原子核；2. 恒定的静磁场3. 产生一定频率电磁波的交变磁场。

119-=m ωμ旋进（进动）：具有角动量的体系在外力矩的作用下，角动量方向发生连续改变的现象。

纯旋进：在外力矩与体系的角动量始终垂直时，角动量大小不变，方向发生连续改变的现象。

自旋：电子的自旋运动电子的自旋磁矩等于电子的自旋磁旋比乘以电子的自旋角动量。

即 g l 为带电粒子轨道g 因子，对于电子，其轨道运动gl =-1；自旋运动gl =-2。

磁共振信号的采集当在静磁场中物质的原子核受到—定频率的电磁波作用时，在它们的能级之间发生共振跃迁，这就是磁共振现象。

物质吸收电磁波能量而跃迁之后，又会释放电磁能量恢复到初始状态，如果用特殊装置接受这部分能量信号，就采集到了磁共振信号。

SE 序列的加权图像射频磁场由于纵向磁化矢量Mz 方向与外磁场方向平行，它是叠加在外磁场上，故无法测量出来。

为此在XY 面上任一方向加入射频磁场Br （绕B0的旋转磁场），使磁化矢量M 偏离B0 ,在XY 面上产生不为零的横向磁化矢量投影分量M x y=M sin θ。