文档介绍：专题三医学成像物理基础现代成像技术包括X射线断层成像(X-CT)、核磁共振(MRI)、核医学成像(RNI)及超声成像等是在20世纪70年代兴起的一门新技术,是随着计算机和显示技术的迅速发展而形成的一种最新临床诊断手段。由于现代医学影像提供了丰富的组织与器官的形态、功能和细胞的物质与能量代谢的信息,使人们可以全面、深入地认识人体内发生的生理、生化和病理过程。本章主要内容包括X-CT、MRI、RNI及超声成像等现代医学成像的物理原理及应用。一、X射线计算机断层成像X射线计算机断层扫描,简称X-CT,是通过X射线环绕人体某一层面的扫描利用探测器测得从各个方向透过该层面后的衰减,将光电转换变为电信号,再经模拟/数字转换器转为数字,利用图像重建原理获得此层面的二维衰减系数值的分布,再应用电子技术把二维衰减系数值分布转变为图像画面上的灰度分布。X射线计算机断层扫描,简称X-CT,是通过X射线环绕人体某一层面的扫描并利用探测器测得从各个方向透过该层面后的衰减,将光电信号转换变为电信号,再经模拟/数字转换器转为数字信号,利用图像重建原理获得此层面的二维衰减系数值的分布,再应用电子技术把二维衰减系数值的分布转变为图像画面上的灰度分布。(1)X射线在介质中的衰减当X射线穿透介质时,由于X射线与物质的相互作用使其因吸收和散射而被衰减。~10MeV范围内,X射线与物质相互作用的主要形式有光电效应、康普顿散射和电子对效应三种形式。单能窄束X射线透射均匀介质时强度衰减的物理规律为:当X射线穿透介质时,由于X射线与物质的相互作用致其因吸收和散射而被衰减。单能窄束X射线透射均匀介质时强度衰减的物理规律为I=I0e-μx(3-1)μ、x分别为介质线性衰减系数和X射线透过介质的厚度。式(3-1)两边同取对数并整理可得)ln(10IIx??IIx0ln1??(3-2)(2)像素、体素与CT值X-CT中,图像是以单个图像单元的矩阵形式来重建的,单个图像单元被称为像素。像素是按一定的大小和一定的坐标人为划分的,像素的大小对于图像的质量起重要作用,必须根据满足某种临床需要的原则加以选定。图像中的每个像素都与受检体内欲成像的层面的体积单元相对应,即坐标上要一一对应,这一层面的体积单元就称为体素(见图3-1)。一般体素的大小是:长和宽约为1~2mm,高(即体层的厚度)约为3~10mm。实际中划分体素是对扫描图像中的每个像素都与受检体内欲成像的层面中的体积单元相对应,即坐标上要一一对应,这一层面的体积单元称为体素。一般体素的大小是长和宽约为1~2mm,高(即体层的厚度)约为3~10mm。实际中体素划分是对扫描视野,即受检体所在的接受扫描的空间进行划分。图3-1体素衰减系数?值与像素CT值的关系由于X-CT中测得的X射线强度是相对值,因此测得的μ值也是相对值。在图像重建过程中,并不直接运用衰减系数为μ来重建图像,而是用与每个体素中组织的衰减系数μ有关的数值(CT值)表示。,因此在图像重建过程中,并不直接运用衰减系数μ来重建图像,而是用与每个体素中被检组织的衰减系数μ有关的CT值表示(图3-1)。CT值是以能量是73kev的X射线在水中的线性衰减系数μw作为基准。,将被检体的衰减系数μ与μw相比较,其对应的CT值由下式给出wwKCT?????(3-3)CT值的单位为“亨,Hu或”(H),K称为分度因数,实际中多取K=1000。按式(3-3)CT值的定义,则水的CT值为零,空气的CT值为-1000H,致密骨为+1000H左右,其它人体组织的CT值介于-1000~1000H之间,金属(如手术钳)CT值为+1000H左右,其它人体组织的CT值介于-1000~+1000H之间,金属(如手术钳)CT值超过1000H。(1)X射线通过非均匀介质如果在X射线束扫描通过的路径l上,介质是不均匀的,我们可将沿路径l分布的介质分成若干小块,每一小块为一个体素,厚度为d,且d很小,小到每个体素可视为均匀介质,如图3-2,μ1、μ2、μ3、……、μn所示,μ1、μ2、μ3、……、μn分别为各体素的衰减系数。X射线通过第一个体素的衰减为I1=I0?exp(-μ1d)通过第二个体素的衰减为I2=I1?exp(-μ2d)据此类推,则通过第n个体素时,有图3-2X射线通过非均匀介质I=In=In-1?exp(-μnd)依次把上述前式代入后式并化简,则有:则有I=I0?exp[-(μ1+μ2+……+μn)?d](3-4)或pIIdnn?????021ln1????(3-5a)上式表示为求和形式,则有pIIdnnii????01ln?(3-5b)式(3-4)中的X射线出射强度I称为投影,投影的数值称为投影值。实际中也把式(3-5b)由I确定的p称为