各種影像設備及其成像原理

超聲

• 超聲原理：超聲是超過正常人耳能聽到的聲波，頻率在20 000赫茲(Hertz，Hz)以上。超聲在介質中以直線傳播,有良好的指向性.這是可以用超聲對人體器官進行探測的基礎。當超聲在傳播過程中會發生反射,折射,散射,衰減等。反射回來的超聲為回聲。

• 多普勒應(Doppler effect)：活動的界面對聲源作相對運動可改變反射回聲的回率。這種效應使超聲能探查心臟活動和胎兒活動以及血流狀態。

• 成像原理：超聲檢查是利用超聲的物理特性和人體器官組織聲學性質上的差異，以波形、曲線或圖像的形式顯示和記錄，借以進行疾病診斷的檢查方法。人體各種器官與組織都有它特定的聲阻抗和衰減特性,因而構成聲阻抗上的差別和衰減上的差異。超聲射入體內，由表面到深部，將經過不同聲阻抗和不同衰減特性的器官與組織，從而產生不同的反射與衰減。這種不同的反射與衰減是構成超聲圖像的基礎。將接收到的回聲，根據回聲強弱，用明暗不同的光點依次顯示在影屏上，則可顯出人體的斷面超聲圖像，稱這為聲像圖(sonogram或echogram)。

• A型超聲：早期應用幅度調制型(amplitude mode)，即A型超聲，以波幅變化反映回波情況。

• B型超聲：灰度調制型(brightness mode)，即B型超聲，系以明暗不同的光點反映回聲變化，在影屏上顯示9～64個等級灰度的圖像，強回聲光點明亮，弱回聲光點黑暗。

常規X線

• X線發射原理：高速行進的電子流被物質阻擋即可產生X線。具體說，X線是在真空管內高速行進成束的電子流撞擊鎢(或鉬)靶時而產生的。因此，X線發生裝置，主要包括X線管、變壓器和操作臺。

• X線成像的基礎：（1）穿透性---X線波長很短，具有很強的穿透力，能穿透一般可見光不能穿透的各種不同密度的物質，并在穿透過程中受到一定程度的吸收即衰減。X線的穿透力與X線管電壓密切相關，電壓愈高，所產生的X線的波長愈短，穿透力也愈強；反之，電壓低，所產生的X線波長愈長，其穿透力也弱。另一方面，X線的穿透力還與被照體的密度和厚度相關。X線穿透性是X線成像的基礎。（2）攝影效應---涂有溴化銀的膠片，經X線照射后，可以感光，產生潛影，經顯、定影處理，感光的溴化銀中的銀離子(Ag+)被還原成金屬銀(Ag)，并沉淀于膠片的膠膜內。此金屬銀的微粒，在膠片上呈黑色。而未感光的溴化銀，在定影及沖洗過程中，從X線膠片上被洗掉，因而顯出膠片片基的透明本色。依金屬銀沉淀的多少，便產生了黑和白的影像。所以，攝影效應是X線成像的基礎。

• 透視檢查的原理：熒光效應---X線能激發熒光物質(如硫化鋅鎘及鎢酸鈣等)，使產生肉眼可見的熒光。即X線作用于熒光物質，使波長短的X線轉換成波長長的熒光，這種轉換叫做熒光效應。這個特性是進行透視檢查的基礎。

• 放射防護學和放射治療學的基礎：電離效應---X線通過任何物質都可產生電離效應。空氣的電離程度與空氣所吸收X線的量成正比，因而通過測量空氣電離的程度可計算出X線的量。X線進入人體，也產生電離作用，使人體產生生物學方面的改變，即生物效應。它是放射防護學和放射治療學的基礎。

• X線成像的基本條件：首先，X線應具有一定的穿透力，這樣才能穿透照射的組織結構；第二，被穿透的組織結構，必須存在著密度和厚度的差異，這樣，在穿透過程中被吸收后剩余下來的X線量，才會是有差別的；第三，這個有差別的剩余X線，仍是不可見的，還必須經過顯像這一過程，例如經X線片、熒屏或電視屏顯示才能獲得具有黑白對比、層次差異的X線影像。

• 透視（Fluoroscopy）： 使X線透過人體被檢查部位并在熒光屏上形成影像，稱為透視。透視一般在暗室內進行，檢查前必須做好暗適應，帶深色眼鏡并有暗室內適應一段時間。透視的優點是經濟，操作簡便，能看到心臟、橫膈及胃腸等活動情況，同時還可轉動患者體位，作多方面觀察，以顯示病變及其特征，便于分析病變的性質，多用于胸部及胃腸檢查。缺點是熒光影象較暗。細微病變（如粟粒型肺結核等）和密度、厚度較大的部位（如頭顱、脊椎等）看不太清楚，而且，透視僅有書寫記錄，患者下次復查時不易做精確的比較。

• 照相（Radiography）： 亦稱攝影。X線透過人體被檢查的部位并在膠片上形成影像，稱為X線照相，膠片曝光后須經顯影、定影、水洗及晾干（或烤干）等步驟，操作復雜，費用較貴。照片所見影像比透視清楚，適用于頭顱、脊椎及腹部等部位檢查。照片還可留作永久記錄，便于分析對比、集體討論和復查比較。但照片不能顯示臟器活動狀態。一張照片只反映一個體位（體位即照相位置）的X線征象，根據病情和部位，有時需要選定多個投照體位。

PET

• 英文名：Positron Emission Computed Tomography，正電子發射型計算機斷層顯像。

• 成像原理：其原理是將人體代謝所必需的物質，如：葡萄糖、蛋白質、核酸、脂肪酸等標記上短壽命的放射性核素（如18F）制成顯像劑（如氟代脫氧葡萄糖，簡稱FDG）注入人體后進行掃描成像。因為人體不同組織的代謝狀態不同，所以這些被核素標記了的物質在人體各種組織中的分布也不同，如：在高代謝的惡性腫瘤組織中分布較多，這些特點能通過圖像反映出來，從而可對病變進行診斷和分析。

MRI

• 英文名：Magnetic resonance imaging 磁共振成像

• 成像原理：磁共振成像是利用原子核在磁場內共振所產生信號經重建成像的一種成像技術。含單數質子的原子核，例如人體內廣泛存在的氫原子核，其質子有自旋運動，帶正電，產生磁矩，有如一個小磁體。小磁體自旋軸的排列無一定規律。但如在均勻的強磁場中，則小磁體的自旋軸將按磁場磁力線的方向重新排列。用特定頻率的射頻脈沖（radionfrequency，RF）進行激發，作為小磁體的氫原子核吸收一定量的能而共振，即發生了磁共振現象。停止發射射頻脈沖，則被激發的氫原子核把所吸收的能逐步釋放出來，其相位和能級都恢復到激發前的狀態。這一恢復過程稱為弛豫過程（relaxationprocess），而恢復到原來平衡狀態所需的時間則稱之為弛豫時間（relaxationtime）。人體不同器官的正常組織與病理組織的T1是相對固定的，而且它們之間有一定的差別，T2也是如此。這種組織間弛豫時間上的差別，是MRI的成像基礎。

• MRI的參數：MRI是有T1、T2和自旋核密度（P）等幾個參數，其中T1與T2尤為重要。因此，獲得選定層面中各種組織的T1（或T2）值，就可獲得該層面中包括各種組織影像的圖像。

• T1：有兩種弛豫時間，一種是自旋-晶格弛豫時間（spin-lattice relaxationtime）又稱縱向弛豫時間（longitudinal relaxation time）反映自旋核把吸收的能傳給周圍晶格所需要的時間，也是90°射頻脈沖質子由縱向磁化轉到橫向磁化之后再恢復到縱向磁化激發前狀態所需時間，稱T1。

• T2：另一種是自旋-自旋弛豫時間（spin-spin relaxation time），又稱橫向弛豫時間（transverse relaxation time）反映橫向磁化衰減、喪失的過程，也即是橫向磁化所維持的時間，稱T2。T2衰減是由共振質子之間相互磁化作用所引起，與T1不同，它引起相位的變化。

• MRI的磁體分類：磁體有常導型、超導型和永磁型三種，直接關系到磁場強度、均勻度和穩定性，并影響MRI的圖像質量。因此，非常重要。通常用磁體類型來說明MRI設備的類型。常導型的線圈用銅、鋁線繞成，磁場強度最高可達0.15～0.3T*，超導型的線圈用鈮-鈦合金線繞成，磁場強度一般為0.35～2.0T，用液氦及液氮冷卻；永磁型的磁體由用磁性物質制成的磁磚所組成，較重，磁場強度偏低，最高達0.3T。

• MRI的射頻系統：射頻發射器與MR信號接收器為射頻系統，射頻發射器是為了產生臨床檢查目的不同的脈沖序列，以激發人體內氫原子核產生MR信號。射頻發射器及射頻線圈很象一個短波發射臺及發射天線，向人體發射脈沖，人體內氫原子核相當一臺收音機接收脈沖。脈沖停止發射后，人體氫原子核變成一個短波發射臺，而MR信號接受器則成為一臺收音機接收MR信號。脈沖序列發射完全在計算機控制之下。

ECT

• 名稱解析：ECT是同位素發射計算機輔助斷層顯像的英文縮寫。ECT是由電子計算機斷層(CT)與核醫學示蹤原理相結合的高科技技術。

• 特點：ECT兼具CT和核醫學兩種優勢，較CT的容積采集信息量大，是當前唯一的一種活體生理、生化、功能、代謝信息的四維顯像方式。其示蹤劑適應面廣，特異性高，放射性小，不干擾體內環境的穩定，有獨到的診斷價值。

DSA

• 英文名：digital subtraction angiography 數字減影血管造影

• 名稱解析：DSA是數字X線成像（digital radiography，DR）的一個組成部分，是利用計算機處理數字化的影像信息，以消除骨骼和軟組織影的減影技術，是新一代血管造影的成像技術。

• 時間減影法：（temporal subtraction method）經導管內快速注入有機碘水造影劑。在造影劑到達欲查血管之前，血管內造影劑濃度處于高峰和造影劑被廓清這段時間內，使檢查部位連續成像，比如每秒成像一幀，共得圖像10幀。在這系列圖像中，取一幀血管內不含造影劑的圖像和含造影劑最多的圖像，用這同一部位的兩幀圖像的數字矩陣，經計算機行數字減影處理，使兩個數字矩陣中代表骨骼及軟組織的數字被抵銷，而代表血管的數字不被抵銷。這樣，這個經計算機減影處理的數字矩陣經數字/模擬轉換器轉換為圖像，則沒有骨骼和軟組織影像，只有血管影像，達到減影目的。這兩幀圖像稱為減影對，因系在不同時間所得，故稱為時間減影法。時間減影法的各幀圖像是在造影過程中所得，易因運動而不盡一致造成減影對的不能精確重合，即配準不良，致使血管影像模糊。

CT

• 英文名：Computed tomography電子計算機體層攝影，是電子計算機和X線相結合的一項診斷技術。

• 成像基礎：組織間X線吸收系數（CT值）的差別是CT成像基礎。

• 特點：密度分辨率高，比普通X線照片高10～20倍。能準確測出某一平面各種不同組織之間的放射衰減特性的微小差異，極其精細地分辨出各種軟組織的不同密度

• 圖像特點： T圖像是以不同的灰度來表示，反映器官和組織對X線的吸收程度。黑影表示低吸收區，即低密度區，如肺部；白影表示高吸收區，即高密度區，如骨骼。

• CT值：水的吸收系數為10，CT值定為0Hu，人體中密度最高的骨皮質吸收系數最高，CT值定為+1000Hu，而空氣密度最低，定為-1000Hu。人體中密度不同和各種組織的CT值則居于-1000Hu到+1000Hu的2000個分度之間。

CR

• 英文名：computed radiography 計算機X線成像

• 成像方法：傳統的X線成像是經X線攝照，將影像信息記錄在膠片上，在顯定影處理后，影像才能于照片上顯示。計算機X線成像（computed radiography，CR）則不同，是將X線攝照的影像信息記錄在影像板（image plate，IP）上，經讀取裝置讀取，由計算機計算出一個數字化圖像，復經數字/模擬轉換器轉換，于熒屏上顯示出灰階圖像。

• IP板：由一種含有微量素銪（Eu2+）的鋇氟溴化合物結晶（BaFX：Eu2+，X=CI.Br.I）制成，,接受透過人體的X線,使IP感光,形成潛影。X線影像信息由IP記錄。IP可重復使用達2-3萬次。

• IP板的讀取：IP上的潛影用激光掃描系統讀取，并轉換成數字信號。

• CR的優點：圖像處理系統可調節對比，故能達到最佳的視覺效果；攝照條件的寬容范圍較大；患者接受的X線量減少。圖像信息可由磁盤或光盤儲存，并進行傳輸。

DR

• 英文名：Digital Radiography 直接數字化X射線攝影系統，是由電子暗盒、掃描控制器、系統控制器、影像監示器等組成，是直接將X線光子通過電子暗盒轉換為數字化圖像。

• 電子暗盒：電子暗盒的結構14 in×17 in(1 in=2.54 cm)，由4塊⒎5 in ×8 in 所組成，每塊的接縫處由于工藝的限制不能做得沒縫，且一旦其中一塊損壞必將導致4塊全部更換，費用較昂貴。

CR和DR的比較