醫學影像物理學演講人：日期:目錄CATALOGUE成像技術基礎X射線成像技術計算機斷層掃描（CT）磁共振成像（MRI）超聲成像技術核醫學成像影像質量與安全01成像技術基礎PART醫學影像物理原理X射線成像原理01介紹X射線的產生、傳播、與物質相互作用等基礎物理過程，以及X射線成像設備的工作原理。磁場成像原理02解釋磁共振成像（MRI）和磁共振血管成像（MRA）等磁場成像技術的物理基礎，包括原子核的磁性、磁共振現象和弛豫過程等。超聲成像原理03闡述超聲波在人體內的傳播特性，以及如何利用超聲波的反射、折射、散射等現象進行成像。核醫學成像原理04介紹正電子發射斷層成像（PET）和單光子發射計算機斷層成像（SPECT）等核醫學成像技術的物理基礎，包括放射性衰變、射線與物質的相互作用等。放射成像技術超聲成像技術核醫學成像技術磁共振成像技術包括X射線成像、計算機X射線成像（CR）、數字X射線成像（DR）等。包括B超、M超、D超、彩超等。包括PET、SPECT、γ相機等。包括MRI、MRA、功能MRI（fMRI）等。成像技術分類醫學影像發展歷程早期醫學影像從1895年發現X射線開始，醫學影像經歷了從簡單的X線透視到攝影，再到計算機X線攝影（CR）和數字X線攝影（DR）的發展歷程。超聲技術的發展20世紀40年代，超聲技術開始應用于醫學領域，并逐漸發展成為一種重要的醫學影像技術。核醫學的興起20世紀50年代，隨著放射性同位素的發現和應用，核醫學開始興起，并逐漸發展成為醫學影像的重要分支。現代醫學影像技術的快速發展20世紀70年代以來，隨著計算機技術、電子技術和生物醫學工程技術的飛速發展，醫學影像技術得到了快速發展和廣泛應用。02X射線成像技術PARTX射線衰減X射線在物質中的衰減包括光電效應、康普頓散射和相干散射等機制，其衰減程度與物質的密度和厚度相關。影響因素X射線的產生和衰減受到管電壓、管電流、靶材料、濾過器等多種因素的影響。X射線產生通過高速電子撞擊靶材料（如鎢）產生X射線，包括連續X射線和特征X射線。X射線產生與衰減機制01020304對探測器獲取的信號進行放大、濾波、校正等處理，以獲得高質量的X射線圖像。數字化X射線系統構成圖像處理系統為減少X射線對患者和醫生的輻射損傷，系統采取各種輻射防護措施，如鉛板、鉛衣等。輻射防護將處理后的圖像進行存儲和傳輸，便于醫生在不同設備上查看和分析。圖像存儲與傳輸將X射線轉換為數字信號的關鍵部件，包括非晶硅探測器、CMOS探測器等。數字化探測器臨床應用場景分析6px6px6px用于診斷肺部疾病、心臟形態異常等，是常見的X射線檢查方式之一。胸部X射線檢查通過口服或灌腸的方式引入造影劑，使胃腸道在X射線照射下顯影，用于診斷胃腸道疾病。胃腸道造影X射線能清晰顯示骨骼形態，用于骨折、關節病變等疾病的診斷。骨骼系統檢查010302通過注射造影劑使血管在X射線照射下顯影，用于診斷血管疾病和介入治療等。血管造影0403計算機斷層掃描（CT）PARTCT掃描重建原理通過探測器接收X射線束通過人體后的衰減信號，轉換為電信號并進行數字化處理。數據采集利用計算機算法，將采集到的數據進行圖像重建，得到物體的斷層圖像。圖像重建CT圖像的空間分辨率與X射線源和探測器的幾何尺寸、數據采集方式及重建算法有關。空間分辨率CT圖像的密度分辨率較高，能夠區分不同組織之間的密度差異。密度分辨率掃描速度快多排螺旋CT采用多排探測器同時采集數據，大大提高了掃描速度。多排螺旋CT技術特點01分辨率高由于掃描速度快，可以減少運動偽影，提高圖像的空間分辨率和密度分辨率。02多平面重建多排螺旋CT可以進行多平面重建，從任意角度觀察病變，提高診斷準確性。03三維重建多排螺旋CT還可以進行三維重建，立體地顯示病變的形態和空間關系。04管電流調制根據患者的體型和掃描部位，自動調整管電流，以減少不必要的輻射。采用迭代重建算法可以進一步降低圖像噪聲，提高圖像質量，從而減少輻射劑量。迭代重建算法在保證圖像質量的前提下，盡可能降低患者的輻射劑量。劑量限制合理選擇掃描層厚和層間隔，可以在保證圖像質量的同時降低劑量。掃描層厚與層間隔劑量控制與優化策略04磁共振成像（MRI）PART原子核在強磁場中發生能級分裂，吸收射頻能量后產生共振現象。強大的靜磁場使原子核排列有序，射頻磁場使原子核發生共振。核磁共振物理基礎核磁共振現象弛豫過程共振后的原子核釋放能量，逐漸恢復到原來的狀態，分為縱向弛豫和橫向弛豫。磁場與核磁共振核磁信號產生共振后的原子核在磁場中產生微弱的射頻信號，通過接收器采集并轉化為圖像。脈沖序列與信號采集根據成像需求和物質特性，設計不同的射頻脈沖序列和梯度磁場，以實現特定的成像效果。脈沖序列設計對采集到的信號進行放大、濾波、傅里葉變換等處理，以重建出高質量的圖像。圖像處理與重建通過接收器采集核磁共振信號，并利用梯度磁場進行空間定位，得到物體的三維圖像。信號采集與定位010302分析圖像中可能出現的偽影，如運動偽影、金屬偽影等，并采取相應的校正措施。偽影與校正04功能MRI技術突破功能性磁共振成像（fMRI）灌注成像彌散張量成像（DTI）磁共振波譜分析（MRS）通過測量大腦在不同任務狀態下的血氧水平變化，實現腦功能區的定位。揭示腦白質纖維束的走向和完整性，為神經纖維束追蹤提供重要信息。反映腦組織的血流灌注情況，有助于診斷腦缺血、腫瘤等病變。通過測量原子核的共振頻率，了解物質的化學成分和代謝狀態，為疾病診斷提供新的途徑。05超聲成像技術PART聲波傳播與組織特性6px6px6px聲波是機械振動在介質中的傳播，具有頻率、波長和振幅等特性。聲波的基本性質聲波在組織中傳播時，會發生反射、折射、散射等現象，這些現象是超聲成像的基礎。聲波與組織相互作用聲波在人體組織中的傳播速度、衰減和反射等特性與組織的密度和彈性有關。聲波在人體組織中的傳播010302分辨率是超聲成像的重要指標，與聲波的頻率、聲束的寬度以及組織的聲阻抗等因素有關。超聲成像的分辨率04多普勒成像原理多普勒效應當聲源與接收器之間有相對運動時，接收到的聲波頻率會發生變化，這種現象稱為多普勒效應。02040301多普勒成像的優缺點多普勒成像可以實現血流的實時監測，但對于低速血流或角度較大的血管，測量精度可能會降低。多普勒成像的實現利用多普勒效應，通過測量反射聲波的頻率變化，可以計算出血流的速度和方向。多普勒成像的臨床應用多普勒成像廣泛應用于心血管疾病的診斷，如血流速度測量、心臟瓣膜功能評估等。實時成像在診斷中的應用實時成像技術的優勢實時成像技術廣泛應用于腹部、婦產、心臟等部位的超聲檢查，能夠實時顯示器官的形態、結構和運動情況。實時成像可以即時顯示組織的動態圖像，對于觀察運動器官和病變過程具有重要意義。隨著技術的不斷進步，實時成像的分辨率和成像深度將不斷提高，同時還將與其他醫學影像技術進行融合，為臨床提供更全面、準確的診斷信息。實時成像的分辨率和成像深度有限，對于深部病變或微小病變的檢出率較低。實時成像技術的未來發展實時成像的局限性實時成像臨床應用06核醫學成像PART放射性核素通過衰變放出射線，用于標記生物分子或藥物。示蹤劑制備將放射性核素與生物分子結合，形成放射性示蹤劑。生物學分布放射性示蹤劑在生物體內分布和代謝，反映生物分子或藥物在生物體內的分布和代謝情況。體外探測通過探測放射性示蹤劑在生物體外釋放的射線，獲取生物體內分布和代謝信息。放射性示蹤劑原理01020304成像原理PET的分辨率通常高于SPECT，能夠更精確地定位病變組織。分辨率靈敏度SPECT是利用放射性核素衰變放出的γ射線進行成像，PET則是利用正電子發射體發射的正電子與負電子湮滅產生的γ光子進行成像。SPECT在心肌灌注顯像、腦功能顯像等方面應用廣泛，PET在腫瘤診斷、藥物研發等方面更具優勢。PET的靈敏度更高，能夠檢測到更低濃度的放射性示蹤劑。SPECT與PET技術對比臨床應用分子影像學發展趨勢將多種成像技術（如PET、SPECT、光學成像等）融合，提高診斷準確性。多模態成像技術開發更加特異、親和力強的分子探針，實現更早、更準確的疾病診斷。靶向分子探針應用先進的圖像處理技術，提高圖像質量和分辨率，實現更準確的分析和診斷。圖像處理技術結合基因、蛋白質組學等技術，實現個體化醫療，為患者提供更加精準的治療方案。個性化醫療07影像質量與安全PART分辨率與噪聲控制分辨率提高影像的空間分辨率和對比度分辨率，以更準確地顯示病變細節。減少影像噪聲，提高信噪比，使影像更加清晰和準確。噪聲控制采用先進的圖像處理技術，如濾波、增強、重建等，進一步提高影像質量。圖像處理技術輻射防護標準確保患者和醫務人員所接受的輻射劑量在安全范