電子以及通信生物電子學(xué)現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)影像設(shè)備-

生物電子學(xué)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)1第八章 現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)影像設(shè)備8-1

醫(yī)學(xué)影像設(shè)備概述生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)21.

超聲影像設(shè)備

是當(dāng)今五大醫(yī)學(xué)影像設(shè)備之一（超聲、X射線、核醫(yī)學(xué)、紅外線、核磁共振）超聲診斷儀利用向人體內(nèi)發(fā)射超聲波，并接收由體內(nèi)組織反射的回波信號(hào)，根據(jù)所攜帶的有關(guān)組織信息，進(jìn)行檢測(cè)、放大和處理，然后顯示成像，為醫(yī)生提供診斷的根據(jù)。A型：幅度顯示；B型：亮度調(diào)制顯示；（目前醫(yī)院里使用的最多）C型：斷面顯示；D型：運(yùn)動(dòng)顯示；P型：平面目標(biāo)顯示超聲計(jì)算機(jī)斷層成像（UCT）UCT利用超聲波在生物體內(nèi)傳播時(shí)，體內(nèi)各種組織與結(jié)構(gòu)的不同聲學(xué)特性會(huì)引起傳播速度的變化和超聲強(qiáng)度的衰減，檢測(cè)出反射波的速度信息和衰減數(shù)據(jù)，用計(jì)算機(jī)重建透射超聲的圖像。速度圖像重建：根據(jù)傳播速度改變的數(shù)據(jù)重建圖像衰減圖像重建：根據(jù)衰減數(shù)據(jù)重建圖像

採(cǎi)用組織追蹤技術(shù)，看到了即時(shí)的左心室活動(dòng)圖像，在收縮期，應(yīng)用了基於圖像的組織運(yùn)動(dòng)速率測(cè)量技術(shù)、彩色編碼技術(shù)、定量組織圖等來(lái)說(shuō)明心肌運(yùn)動(dòng)的局部變化。于萬(wàn)維網(wǎng)上展示的圖像的質(zhì)量在很大程度上是由用以顯示圖像的電腦系統(tǒng)、監(jiān)視器和網(wǎng)路流覽器決定的。正因如此，GE建議大家不要以網(wǎng)上圖像的質(zhì)量來(lái)判斷本公司生產(chǎn)的超聲系統(tǒng)所獲得圖像的質(zhì)量。（見(jiàn)下頁(yè)）生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)3超聲成像舉例：採(cǎi)用組織追蹤技術(shù)，看到了即時(shí)的左心室活動(dòng)圖像，在收縮期，應(yīng)用了基於圖像的組織運(yùn)動(dòng)速率測(cè)量技術(shù)、彩色編碼技術(shù)、定量組織圖等來(lái)說(shuō)明心肌運(yùn)動(dòng)的局部變化。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)4胎兒心臟生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)5胎兒輪廓生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)6超聲儀器生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)72.

X射線影像技術(shù)X光機(jī)X光機(jī)是利用X射線穿透人體衰減后，在熒光屏上或膠片上成像。價(jià)格低人體組織深度信息疊加在一起X射線數(shù)字影像設(shè)備生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)8X光機(jī)電原理圖生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)9X光成像原理生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)10生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)11X射線照相生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)12舉例生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)13?生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)14?生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)15生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)16X射線計(jì)算機(jī)斷層（XCT）XCT利用X射線經(jīng)過(guò)人體組織的衰減，測(cè)量人體組織的線性密度衰減系數(shù)。X光源和探測(cè)器在被測(cè)機(jī)體兩側(cè)，經(jīng)過(guò)平移和旋轉(zhuǎn)掃描，而獲得各方面的信息，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像重建，得到每一斷層的圖象?？臻g分辨率<0.5mm；能分辨組織的密度差<0.5%；可確定受檢器臟的位置、大小和形態(tài)變化等。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)17X射線CT機(jī)舉例生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)18XX射射線CT的成像結(jié)果生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)19更多的結(jié)果生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)203.

核醫(yī)學(xué)設(shè)備Gamma相機(jī)空間分辨率4mm；能量分辨率11%；Gamma相機(jī)是對(duì)體內(nèi)示蹤核素釋放出來(lái)的Gamma射線進(jìn)行探測(cè)并形成高分辨率的形態(tài)圖像。經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，可用于診斷甲狀腺、腦、費(fèi)、肝、腎、心血管等臟器的病變和動(dòng)態(tài)功能。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)21生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)22Gamma刀：1968年，西班牙醫(yī)師Salorio采用DET/PET顯示癲癇低代謝區(qū)（即癲癇放電區(qū)），又采用X刀/伽瑪?shù)?，治?1只神經(jīng)科疾病貓（局部藥物致癇）。結(jié)果，8只貓神經(jīng)科疾病發(fā)作停止，3只貓仍然發(fā)作，說(shuō)明立體定向放射治療可以用于癲癇治療，這是一個(gè)劃時(shí)代的貢獻(xiàn)。近年來(lái)，日本、韓國(guó)、美國(guó)、中國(guó)相繼開(kāi)展了這項(xiàng)治療，有效率大大提高，取得了令人注目的療效。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)23伽馬刀生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)24單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層（SPECT）在Gamma相機(jī)的基礎(chǔ)上，在體外設(shè)置探測(cè)器，得到數(shù)據(jù)，再由計(jì)算機(jī)計(jì)算得到斷層圖像?？臻g分辨率3mm；能量分辨率4%--5%正電子發(fā)射CT（PECT）利用放射性核素在原子列變時(shí)帶有正電子發(fā)射的特點(diǎn)，將正電子發(fā)射的短壽命同位素制成放射性藥物注入人體，測(cè)量這些放射性藥物在人體臟器內(nèi)的分布。PECT可以研究血腦屏障的滲透性；了解正常和有精神疾病的腦功能；對(duì)心肌梗塞和腫瘤檢測(cè)效果優(yōu)于Gamma相機(jī)生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)25SPECT的結(jié)果2例癲癇患者SPECT圖像:發(fā)作間期低灌注(A圖)，發(fā)作期高灌注(B圖)。 癲癇灶發(fā)作間期在SPECT上呈低灌注暗影，發(fā)作期變?yōu)楦吖嘧⒘劣啊Ｉ铮ㄡt(yī)學(xué)）電子學(xué)26PECT結(jié)果舉例

癲癇患者PET圖像:癲癇灶在發(fā)作間期呈低代謝，發(fā)作期變高代謝。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)274.

醫(yī)學(xué)紅外成像技術(shù)

人體的溫度（局部）取決于供血與新陳代謝的情況。人體表面溫度的分布及變化與體內(nèi)血液循環(huán)，局部組織新陳代謝，組織的熱傳導(dǎo)特性，以及皮膚與環(huán)境間溫度差和皮膚濕度等因素有關(guān)。

當(dāng)人體內(nèi)出現(xiàn)組織病變，循環(huán)障礙，活性腫瘤等時(shí)，都會(huì)影響體表溫度。

任一物體，只要溫度高于絕對(duì)零度，就一定會(huì)有紅外線輻射。因此，溫度分布是診斷的有用信息。

人體的病變組織，加強(qiáng)了與毛細(xì)結(jié)構(gòu)有關(guān)部門(mén)的新陳代謝，導(dǎo)致溫度有別于其他組織。紅外線成像技術(shù)。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)28紅外成像應(yīng)用舉例生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)29舉例生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)30正常人體熱像生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)31乳腺癌檢測(cè)

早期治療是防癌的主要措施。在乳腺早期癌變尚未形成明顯的腫塊時(shí)，其局部組織即會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，如局部血管增生、擴(kuò)張、迂曲（熱圖顯示為血管倒粗或環(huán)狀和網(wǎng)狀血管），局部組織代謝旺盛，其溫度即可升高。箭頭處即為乳腺癌區(qū)。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)32乳腺癌檢測(cè)

左乳確診乳腺癌，遠(yuǎn)紅外熱像顯示，血管明顯增粗、代謝旺盛。整體溫度明顯高于右乳。乳窩處的熱區(qū)為正常的升溫。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)335.核磁共振計(jì)算機(jī)斷層（NMRCT）NMR是將人體置于強(qiáng)磁場(chǎng)中，根據(jù)人體的氫元素（存在于水中），在強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)密度分布的不同來(lái)區(qū)分正常組織和病變組織。對(duì)含水量高的臟器有很高的靈敏度。但對(duì)含水低的臟器（骨）比較困難。

NMR的原理是將機(jī)體組織中每個(gè)體積單元，按照其

空間位置作用大小不同的靜磁場(chǎng)，另用一高頻磁場(chǎng)進(jìn)行微擾，使短時(shí)間內(nèi)原子核的磁矩取向改變，實(shí)現(xiàn)共振，放射出特殊頻率的共振波，就可以分辨從不同體積單元中所發(fā)出的不同的共振頻率的信號(hào)。根據(jù)發(fā)射頻率的不同，達(dá)到區(qū)分正常和病變組織的目的。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)34核磁共振設(shè)備結(jié)構(gòu)圖生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)35核磁共振設(shè)備（1.5T）生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)36核磁共振設(shè)備（3T）生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)378-2

超聲影像設(shè)備1.

概述超聲波以縱波的形式在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械振動(dòng)。頻率20KHz—1000MHz。用于人體測(cè)量的超聲波頻率通常為1MHz—20MHz。超聲在不同組織中的傳播特性不同。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)38強(qiáng)度：隨傳播距離的增加而減?。ㄓ捎谖蘸蜕⑸洌┥铮ㄡt(yī)學(xué)）電子學(xué)39超聲的吸收系數(shù)水：0.002dB/cm空氣、骨等：12-13dB/cm超聲的傳播方向在均勻介質(zhì)中，沿直線方向傳播；在非均勻介質(zhì)中，有反射，折射，透射，繞射等現(xiàn)象。超聲儀器目前大部分醫(yī)用儀器是利用脈沖回聲原理制成的，它用超聲換能器向生物組織內(nèi)部發(fā)射超聲脈沖，然后再利用換能器檢測(cè)出回聲信號(hào)。經(jīng)過(guò)電子技術(shù)處理，可以得到有關(guān)組織界面的情況。2.

A型超聲診斷儀幅度調(diào)制型（Amplitude

Modulation），簡(jiǎn)稱A超生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)40說(shuō)明生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)41同步脈沖發(fā)生器發(fā)出信號(hào)（1），f=幾十~幾KHz，作用，使儀器各部分同步工作；發(fā)射脈沖（2），高頻衰減振蕩，由探頭發(fā)向人體內(nèi)部；回聲由同一探頭接收，并送放大、檢波垂直偏轉(zhuǎn)板（5）；時(shí)基電路產(chǎn)生波形（4）；視頻放大S.T.C電路，深度補(bǔ)償電路，信號(hào)強(qiáng)時(shí)，使增益下降，信號(hào)弱時(shí)，使增益上升。已經(jīng)基本淘汰3.

M型超聲心動(dòng)圖儀是運(yùn)動(dòng)型或時(shí)間-運(yùn)動(dòng)型的簡(jiǎn)稱，又稱為M超 是在A超的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。與A超的差別：將A型的時(shí)基掃描電壓加至垂直偏轉(zhuǎn)板，因此Y 軸表示臟器的深度；將視放輸出加至示波管的陰極進(jìn)行亮度調(diào)制， 回波強(qiáng)則亮度高；水平偏轉(zhuǎn)板加一慢時(shí)間掃描電壓，優(yōu)點(diǎn)：能明顯顯示心臟搏動(dòng)時(shí)各部位運(yùn)動(dòng)軌跡。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)42原理圖生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)434.

B型超聲斷層顯像儀（簡(jiǎn)稱B超）亮度調(diào)整型：可以得到人體內(nèi)部臟器和病變組織的斷層像單探頭手動(dòng)掃描顯像儀生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)44說(shuō)明：水平放大后的電壓與探頭的位置成比例，使顯示器上光點(diǎn)在X方向的位置與探頭位置對(duì)應(yīng)，而Y方向的位置，表示被檢測(cè)處的深度。這樣，顯示的圖像是探頭所移動(dòng)直線超聲波方向的一個(gè)切面圖形。不同的掃描方式單探頭手動(dòng)掃描方式只能觀察靜止臟器的切面圖像，不能用來(lái)觀察運(yùn)動(dòng)臟器 的實(shí)時(shí)圖像，這種B超已經(jīng)很少使用?？焖贆C(jī)械掃描方式直線掃描圓形掃描扇形掃描生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)45快速機(jī)械直線掃描適用于腹部臟器的檢查。已經(jīng)被直線電子掃描所取代。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)46快速機(jī)械圓形掃描適用于直腸等管腔部位的檢查。利用正余弦變壓器測(cè)量出晶片發(fā)射聲束的方向，并用電 子學(xué)方法在顯示屏上產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的掃描線。使用時(shí)，將探頭插入直腸，可得人體內(nèi)部圓周掃描斷層 圖。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)47快速機(jī)械扇形掃描直線掃描不適合作心臟檢查（由于肋骨阻擋）。扇形掃描只需小的入口就得到內(nèi)部大面積的掃描。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)48快速電子掃描方式快速電子直線掃描由多個(gè)小換能器（陣元）組成多元陣列（線陣）；用電子開(kāi)關(guān)按一定時(shí)序?qū)⒓?lì)脈沖電壓按順序加到各陣 元；接收回波，送CRT的Z軸進(jìn)行亮度調(diào)制；CRT的Y軸代表回波深度（縱向），X軸對(duì)應(yīng)于橫向掃描 的位置；一條條載有回波的垂直掃描線構(gòu)成一幅完整的超聲圖像。電子扇形掃描其探頭也是由多個(gè)陣元組成；利用改變脈沖相位來(lái)改變聲束的方向，達(dá)到扇形掃描的 目的；探頭體積小，無(wú)振動(dòng)，壽命長(zhǎng)；線路比較復(fù)雜。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)49快速電子直線掃描顯像生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)50快速電子直線掃描顯像生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)51相控陣的概念

相控陣，就是由許多輻射單元排成陣列形式構(gòu)成的走向天線，各單元之間的輻射能量和相位是可以控制的。典型的相控陣是利用電子計(jì)算機(jī)控制移相器改變天線孔徑上的相位分布來(lái)實(shí)現(xiàn)波束在空間掃描，即電子掃描，簡(jiǎn)稱電掃。相位控制可采用相位法、實(shí)時(shí)法、頻率法和電子饋電開(kāi)關(guān)法。在一維上排列若干輻射單元即為線陣，在兩維上排列若干輻射單元稱為平面陣。輻射單元也可以排列在曲線上或曲面上．這種天線稱為共形陣天線。共形陣天線可以克服線陣和平面陣掃描角小的缺點(diǎn)，能以一部天線實(shí)現(xiàn)全空域電掃。通常的共形陣天線有環(huán)形陣、圓面陣、圓錐面陣、圓柱面陣、半球面陣等。綜上所述，相控陣?yán)走_(dá)因其天線為相控陣型而得名。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)52超聲多普勒技術(shù)

是一種物理現(xiàn)象。在連續(xù)介質(zhì)中，當(dāng)波源相對(duì)于接收體運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收體所收到的波動(dòng)頻率發(fā)生變化，不同于波源所發(fā)出的頻率。兩者的頻率差值，即所謂的頻移大小與波源同接收體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度大小有關(guān)，這種現(xiàn)象稱為多普勒現(xiàn)象。是C.Doppler與1942年發(fā)現(xiàn)的。在血流測(cè)量中的應(yīng)用原理：當(dāng)超聲束發(fā)射到運(yùn)動(dòng)的生物組織或血球時(shí)，回聲信號(hào)頻率與原發(fā)射超聲頻率發(fā)生偏移，頻偏大小為生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)53兩次多普勒現(xiàn)象生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)54說(shuō)明

超聲波入射并到達(dá)血管內(nèi)的血液顆粒，發(fā)生第一次多普勒效應(yīng)。

血液顆粒散射超聲波返回接收器時(shí)，產(chǎn)生第二次多普勒效應(yīng)。第一次接收到的頻率為第二次接收到的頻率為生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)55已知超聲在血液中的速度為1570m/s,而血液的流速約為

0.18—0.22m/s?？梢院?jiǎn)化上式，為生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)568-3

XCT斷層掃描設(shè)備生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)571.XCT發(fā)展概述CT=Computer

Tomography)1895年，德國(guó)科學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X射線，造出第一臺(tái)X射線機(jī)

1972年英國(guó)EMI公司中心研究室主任（Housefield）研制成功第一臺(tái)XCT機(jī)1973年，美國(guó)麻省綜合醫(yī)院建立了美國(guó)第一臺(tái)頭顱CT機(jī)1974年，喬治大學(xué)醫(yī)療中心建立了第一臺(tái)全身XCTCT的特點(diǎn)不是投影重疊成像

而是對(duì)被測(cè)物的某一薄層進(jìn)行掃描，用計(jì)算機(jī)加工成高清晰度的圖像。2.現(xiàn)代XCT的基本情況第一代CT：?jiǎn)问鴴呙枰粋€(gè)X射線管，1—2個(gè)檢測(cè)器筆形束掃描X射線管與檢測(cè)器聯(lián)成一體直線平移掃描旋轉(zhuǎn)1度，反向直線掃描直到180度都掃描得到180組平行投影值一個(gè)斷面需要3—5分鐘工作效率低生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)58同第二代CT：窄角扇束掃描一個(gè)X射線管，3—30個(gè)檢測(cè)器X射線5-11度小扇形束直線平移方式與第一代相旋轉(zhuǎn)角5-11度旋轉(zhuǎn)時(shí)間大大減少一個(gè)斷面20—90秒生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)59第三代CT：廣角束掃描扇形角較寬張角約30—45度300—600個(gè)檢測(cè)器不進(jìn)行直線平移只進(jìn)行旋轉(zhuǎn)速度快，2—3秒是目前最流行的方式需校正相鄰檢測(cè)器的靈敏度差異生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)60第四代CT：反扇束掃描采用反扇束掃描檢測(cè)器420—1500個(gè)，布滿360度掃描時(shí)檢測(cè)器不動(dòng)，X射線管在圓周內(nèi)旋轉(zhuǎn)扇形角包括整個(gè)物體截面速度快，1—5秒圖像質(zhì)量好是目前較新的方式生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)61第五代CT：動(dòng)態(tài)空間掃描 采用動(dòng)態(tài)空間掃描28個(gè)X射線管排成半圓形28個(gè)相應(yīng)的影像增強(qiáng)器沒(méi)有機(jī)械掃描影像增強(qiáng)器后設(shè)置攝像機(jī)可對(duì)靜止和慢動(dòng)部分檢測(cè)可用于動(dòng)態(tài)研究心肺功能速度快，<1秒射線張角30—45度生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)62第六代CT：電子束掃描采用超高速電子束掃描X射線在許多方向照射采用巨大鐘形X射線管，右端電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)過(guò)兩次磁偏轉(zhuǎn)，在左端的靶上發(fā)出微小焦點(diǎn)的X射線。電子束高速旋轉(zhuǎn)，360度掃描，從圓形靶上的不同位置發(fā)射X射線?；颊哌B同CT床伸入鐘內(nèi)，扇形X射線照射人體。檢測(cè)器安裝在圓周體上。X射線源和檢測(cè)器不在同一平面。速度快，僅需10ms。X射線管高壓100kV—150kV。管電流50—200mA。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)63電子束掃描示意圖生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)64各代CT的主要特征生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)653.XCT的發(fā)展方向掃描方式筆束形 扇束形生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)66大角度扇束形

X射線管旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器數(shù)量由1個(gè)增加到幾十個(gè)、幾百個(gè)甚至上千個(gè)掃描時(shí)間幾十分鐘幾十ms4.X射線簡(jiǎn)介基本性質(zhì)X射線是一種電磁波波長(zhǎng)較短，能量較強(qiáng)具有波粒二象性主要參數(shù)：波長(zhǎng)、頻率、能量、強(qiáng)度、劑量主要公式（每個(gè)光子的能量）：生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)67X射線的強(qiáng)度強(qiáng)度（I）定義為單位時(shí)間通過(guò)單位表面（垂直于射線方向）的X射線光子的總能量。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)68吸收劑量任何一種輻射授予一體積單元中物質(zhì)的平均能量除以該體積單元物質(zhì)質(zhì)量。劑量當(dāng)量為統(tǒng)一各種射線對(duì)生物體的危害程度，采用劑量當(dāng)量H來(lái)表示。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)69品品質(zhì)質(zhì)因因數(shù)數(shù)和和人體最生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)70X射線與人體的相互作用X射線光子與人體組織的原子相互作用，導(dǎo)致通過(guò)人體后的X射線的強(qiáng)度衰減。衰減的原因：不變散射、康普頓散射和光電吸收；不變散射：光子與電子碰撞只改變了方向，不改變能量；康普頓散射：光子與自由電子或與原子中束縛得不太緊的電子碰撞，將其一部分能量傳遞給電子，使之脫出原子成為反沖電子。光子則因損失能量而成為能量更小的光子，且運(yùn)動(dòng)方向改變。光電吸收：導(dǎo)致X射線光子能量在作用處被吸收。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)71X射線的衰減衰減規(guī)律生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)72由衰減規(guī)律，可得對(duì)于人體的情況生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)73人體公式修正由于人體各種組織的線性衰減系數(shù)有所不同，在X射線穿過(guò)的組織內(nèi)每個(gè)像素具有不同的線性衰減系數(shù)。設(shè)X射線穿過(guò)組織的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，在L內(nèi)有n個(gè)像素，每個(gè)像素的厚度為W=L/n，代入I或S的表達(dá)式，可得假定W足夠小，則每個(gè)小單元為均勻密度，這樣每個(gè)小單元的線性衰減系數(shù)是常數(shù)，得到生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)748-4

XCT成像的原理和方法生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)75XCT的概念

XCT是將測(cè)得的X射線穿透量I或S轉(zhuǎn)換為患者層面的數(shù)字圖像。XCT與X射線機(jī)的比較

普通X射線機(jī)：把三維空間的圖像投影到一個(gè)二維平

面上，使厚度方向的信息都重疊在一起（不易判斷），分辨衰減系數(shù)5%--7%。

XCT：得到人體長(zhǎng)軸垂直方向的切片圖像，可檢測(cè)

0.5%的衰減差，可得到很清晰的圖像。XCT的成像原理基本依據(jù)人體組織對(duì)X射線的衰減作用，不同的組織、不同的厚度有不同的衰減CT的建像過(guò)程，就是求

的過(guò)程，就是求每個(gè)像素的衰減系數(shù)的過(guò)程。由于一個(gè)方程不能解出多個(gè)未知系數(shù)，所以要從不同方向上進(jìn)行多次觀測(cè)，以獲得足夠多的方程式。CT中，計(jì)算機(jī)求解這些方程，從而得出每個(gè)像素的衰減系數(shù)。當(dāng)像素足夠小，并相當(dāng)精確地計(jì)算出衰減系數(shù)，就能建立圖

像。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)76CT數(shù)的概念生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)77XCT的建像過(guò)程獲取原始圖像數(shù)據(jù)

(像素)以筆型射線束為例（單一檢測(cè)器）掃描機(jī)構(gòu)直線平移，得到120個(gè)投影數(shù)據(jù)。旋轉(zhuǎn)一個(gè)小角度，作第二次平移掃描如此下去，旋轉(zhuǎn)180度得到120*180=21600個(gè)投影數(shù)據(jù)。建立21600個(gè)方程。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)78掃描形式與結(jié)果（信號(hào)的幅度是由許多像素疊加而成的）生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)79原始數(shù)據(jù)的修正補(bǔ)償X射線的硬化效應(yīng)：用過(guò)濾板使X射線盡量接近單色輻射，以減小硬化效應(yīng)。修正零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移的概念：在一次平移掃描結(jié)束時(shí)，檢測(cè)器上的信 號(hào)輸出應(yīng)為0。但是由于各種因素的影響，輸出不為0，這 種現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移。修正的方法：在每次掃描開(kāi)始時(shí)，要檢測(cè)零點(diǎn)漂移，并 使各通道的數(shù)據(jù)都從0開(kāi)始。對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換預(yù)先設(shè)置查找表，計(jì)算出對(duì)數(shù)數(shù)據(jù)。修正靈敏度若各個(gè)檢測(cè)器靈敏度不一致，要進(jìn)行修正。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)80求解像素的方法（1）聯(lián)立方程法（矩陣法）求解高階線性方程組。如圖，矩陣中4個(gè)像素的值未知，在A，B，C，D，E，F(xiàn)六個(gè)方向投影，假設(shè)得到：生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)81（續(xù)）由上面6個(gè)方程，可以得到4個(gè)元素值為：矩陣，像素的吸收系數(shù)為設(shè)待重建圖像可以分成可得線性方程組為生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)82（2）迭代法（以2*2的矩陣為例）矩陣太大時(shí)，聯(lián)立法困難。X射線水平方向透射目標(biāo)，從而獲得水平射線和。X射線垂直透射目標(biāo)，從而獲得垂直射線和。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)83用水平方向射線和相對(duì)全部像素做平均，作為每個(gè)像素 的值，該值為(2+4)/4=1.5。在水平和垂直方向上重新計(jì)算射線和，并與原射線和加以比較。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)84第一次修正：將原水平方向上的總和減去新的總和值再 除以水平單元個(gè)數(shù)，獲得第一次修正的系數(shù)為將新的像素值加上第一次修正系數(shù)，得到該像素單元的 校正值。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)85再計(jì)算上圖中垂直方向的射線和，得到新的兩個(gè)總和數(shù)

3和3。第二次修正。將原來(lái)垂直方向的射線和減去新的垂直總 和，再除以垂直方向像素個(gè)數(shù)，得到第二次修正系數(shù)。 得到的新像素單元為（上右圖）。該法可推廣到復(fù)雜矩 陣。生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)86從空域和頻域的概念開(kāi)始；濾波反投影重建算法投影定理（中心切片定理）生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)87投影定理（中心切片定理）圖像f(x,y)在視角

時(shí)投影給出f(x,y)的二維傅里葉變換的一維傅里葉變換，的一角，且過(guò)坐標(biāo)原個(gè)切片。切片與

軸相交成點(diǎn)。即生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)88說(shuō)明：

根據(jù)中心切片定理，投影圖像重建問(wèn)題，原則上可按以下流程進(jìn)行：確定待重建的圖像采集不同視角下的投影

求出各投影的1D傅里葉變換（即圖像2D傅里葉變換的各切片，理論上是連續(xù)的無(wú)窮多片）匯集成圖像的2D傅里葉變換求反傅里葉變換得到重建的圖像生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)89卷積反投影重建生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)90生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)91現(xiàn)在來(lái)看上式的物理意義：先看第二個(gè)積分將上式寫(xiě)為空域變量的傅里葉反變換：生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)92上式的物理意義：生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)93算法的三個(gè)步驟：生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)94生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)95數(shù)字X射線圖生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)96胸部XCT圖像生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)97End

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Course生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)98Thanks

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古古怪怪?

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8vvvvvvv?9方法?生物（醫(yī)學(xué)）電子學(xué)100癊綘泩疽耯匄葷蜞黷眧羼?

古古廣告和叫姐姐

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