教 案 姓名邱建峰 _学年第二学期时间节次 课程名称 医学影像物理学授课专业及层次 应用物理本科 授课内容 概论 学时数 教学目的 了解成像原理内容、学习方法、对专业方向的把握 重点 无 难点 无 自学内容 无 使用教具 多媒体 相关学科知识 信号与系统、数字信号处理 教学法 讲述式 讲授内容纲要、要求及时间分配 自我介绍 课程介绍 学习要求 实验要求 第一章医学影像物理学概论 学习内容： 1、医学影像成像是借助于某种介质（如X线、电磁场、超声波、放射性核素等） 与人体的相互作用，把人体内部组织、器官的结构、密度、功能，以影像的方式表现 出来，提供给诊断医生，使医生能根据自己的知识和经验针对医学影像中所提供的信 息进行判断，从而对病人的健康状况讲行判断的一门科学技术。 20 2、医学影像成像原理、医学影像处理技术和医学影像临床应用技术。医学影像成 像原理是指图像形成过程的物理原理，主要任务是根据临床的需求或医学研究的需费 对成像原理、成像系统的分析研究，将人体内感兴趣的信息提取出来，以图像的形式 进行显示，并对各种医学图像的质量因素进行分析。 医学影像处理技术 医学影像临床应用技术 第一节医学成像技术的分类 生物医学显微图像学(biomedical microimaging,BWW): 现代医学影像学(modern medical imaging,MWI): 15
教 案 姓名_邱建峰 学年第一 学期 时间_ 节次_ 课程名称 医学影像物理学 授课专业及层次 应用物理本科 授课内容 概论 学时数 教学目的 了解成像原理内容、学习方法、对专业方向的把握 重 点 无 难 点 无 自学内容 无 使用教具 多媒体 相关学科知识 信号与系统、数字信号处理 教 学 法 讲述式 讲授内容纲要、要求及时间分配 自我介绍 课程介绍 学习要求 实验要求 第一章 医学影像物理学概论 学习内容： 1、医学影像成像是借助于某种介质(如 X 线、电磁场、超声波、放射性核素等) 与人体的相互作用，把人体内部组织、器官的结构、密度、功能，以影像的方式表现 出来，提供给诊断医生，使医生能根据自己的知识和经验针对医学影像中所提供的信 息进行判断，从而对病人的健康状况进行判断的一门科学技术。 2、医学影像成像原理、医学影像处理技术和医学影像临床应用技术。医学影像成 像原理是指图像形成过程的物理原理，主要任务是根据临床的需求或医学研究的需要， 对成像原理、成像系统的分析研究，将人体内感兴趣的信息提取出来，以图像的形式 进行显示，并对各种医学图像的质量因素进行分析。 医学影像处理技术 医学影像临床应用技术 第一节 医学成像技术的分类 生物医学显微图像学(biomedical microimaging，BMMI)； 现代医学影像学(modern medical imaging，MMI)： 10 20 15
讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） X线成像：测量穿过人体组织、器官后的X线强度： 磁共振成像：测量人体组织中同类元素原子核的磁共振信号： 超声成像：测量人体组织、器官对超声的反射波或透射波： 核素成像：测量放射性药物在体内放射出的Y射线： 光学成像：直接利用光学及电视技术，观察人体器官的形态。 红外、微波成像：测量体表的红外信号和体内的微波辐射信号。 一、X线成像 1、传统的X线放射学，开始于1895年德国物理学家威廉·康拉德·伦琴(i1helm Konrad Roentgen))对X线的伟大发现。 2、模拟成像，是在X线摄影范围内，X线照片、荧光屏的记录或显示从几乎完全透 明（白色）到几乎不透明（黑色）的一个连续的灰阶范围。 3、数字X线成像 数字X线成像包括计算机X线摄影(computed radiography,CR)数字X线摄影 (digital radiography,DR)和数字减影血管造影(digital subtraction angiography, DSA) 4、X-CT成像原理 图像性质 成像特点 发展 局限与不足 二、MRI成像 1、图像性质 2、成像特点 3、发展 4、局限与不足 5、核磁共振技术发展 三、超声成像 1、超声成像是继X线成像之后发展最迅速、推广应用普及最快的一种成像方法 20 2、目前临床上使用的超声成像系统（即B型超声显像仪）大多是采用脉冲回波方式成 就会 强的回波信号。根据接收到的回波信号可 直接获取扫查平面上的人体结构图像
讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） X 线成像：测量穿过人体组织、器官后的 X 线强度； 磁共振成像：测量人体组织中同类元素原子核的磁共振信号； 超声成像：测量人体组织、器官对超声的反射波或透射波； 核素成像：测量放射性药物在体内放射出的γ射线； 光学成像：直接利用光学及电视技术，观察人体器官的形态； 红外、微波成像：测量体表的红外信号和体内的微波辐射信号。 一、X 线成像 1、传统的 X 线放射学，开始于 1895 年德国物理学家威廉·康拉德·伦琴(Wilhelm Konrad Roentgen)对 X 线的伟大发现。 2、模拟成像，是在 X 线摄影范围内，X 线照片、荧光屏的记录或显示从几乎完全透 明(白色)到几乎不透明(黑色)的一个连续的灰阶范围。 3、数字 X 线成像 数字 X 线成像包括计算机 X 线摄影(computed radiography，CR)数字 X 线摄影 (digital radiography，DR)和数字减影血管造影(digital subtraction angiography， DSA) 4、X-CT 成像原理 图像性质 成像特点 发展 局限与不足 二、MRI 成像 1、图像性质 2、成像特点 3、发展 4、局限与不足 5、核磁共振技术发展 三、超声成像 1、超声成像是继 X 线成像之后发展最迅速、推广应用普及最快的一种成像方法 2、目前临床上使用的超声成像系统(即 B 型超声显像仪)大多是采用脉冲回波方式成 像，即用一个短暂的电脉冲激励换能器晶片，使之振动产生超声波并射入体内，进入人 体的超声波在遇到组织界面时，就会产生较强的回波信号。根据接收到的回波信号可以 直接获取扫查平面上的人体结构图像。 20 20
3、超声成像的突出优点是对人体无损、无创、无电离辐射，同时它又能提供人体断 面实时的动态图像，因而广泛地用于心脏或腹部的检查。超声成像除了断面成像外，还 可借助经典的多普勒原理进行超声血流测量，用于对心血管与脑血管等疾病诊断。 4、图像与设备特点 四、放射性核素成像 20 I、放射性核素(radiosotope)成像主要是利用人体内不同组织对放射性核素的吸收状 况不同，通过示踪剂在体内和细胞内转移速度和数量的差异及变化而产生特征图像，从 而提供时器的形状、大小、功能和血流量的动态测定指标，以及测量病变部位的范围， 能反映体内生理、生化和病理过程 可以显示出组织、器官的功能等。核素成像是目 核医学研究和临床诊断所采用的主要手段。 2、核素成像特点：功能像 3、核素成像设备 4、核素成像原理 大、红外、微波成像 1、红外成像在医学上主要用于人体浅表疾病的探查，其主要技术可分为被动成像方 式的红外热像术和主动成像方式的红外摄影术。 2、红外医学成像的最大优点，一是对人体无辐射损害：二是不会因检查而引起人信 状态的改弯：一是作方法简便、经济，是一种县有应田前途的医学影像拾查方法 微波是指波长从0.001m-m波段的电碰波(3×10Hz3×102H2,除利用微波热效 应制成的各种临床治疗仪器外，微波还是CT机的一种理想能源，也可作为显微镜的“光 源”。近年来微波医学成像技术在不断进步。 除了上述各种成像技术外，还有利用人体组织的电阻抗成像等， 第二节医学图像的识别 医学图像的识别就是将图像与解制学、生理学、病理学知识作对照，捕捉图像中有 意义的细节和特征，来判断是否有异常或属于什么性质。 9 一、图像识别的基础 充分理解、掌握成像原理和方法是医学图像识别的基础。 二、图像识别的方法、工具 1、理解、掌握图像处理原理，是医学图像的分析识别的重要方法。 2、直接从医学成像方法中产生的原始图像可以用多种方法加以改善，如不需要的细 节可以经处理被抑制，需要的细节可以被增强，以便在大的动态范围内得到更好的显示 经图像处理可以去噪、边缘增强等，以便把感兴趣的部分分离出来等。增加对比度处理 是把所有存储单元中的数值加倍，存储单元间显示对比度也加倍，可使单元间的差异变 得更加易于辨认。 3、熟悉图像后处理技术，使之成为图像识别的有力工具。对已获得的图像再进 步处理， 量估值以及 组成三维图像等称为图像的后处理，其主要目的是使图像的某 特征更明显，并能加以提取和定量估算
3、超声成像的突出优点是对人体无损、无创、无电离辐射，同时它又能提供人体断 面实时的动态图像，因而广泛地用于心脏或腹部的检查。超声成像除了断面成像外，还 可借助经典的多普勒原理进行超声血流测量，用于对心血管与脑血管等疾病诊断。 4、图像与设备特点 四、放射性核素成像 1、放射性核素(radiosotope)成像主要是利用人体内不同组织对放射性核素的吸收状 况不同，通过示踪剂在体内和细胞内转移速度和数量的差异及变化而产生特征图像，从 而提供脏器的形状、大小、功能和血流量的动态测定指标，以及测量病变部位的范围， 能反映体内生理、生化和病理过程，可以显示出组织、器官的功能等。核素成像是目前 核医学研究和临床诊断所采用的主要手段。 2、核素成像特点：功能像 3、核素成像设备 4、核素成像原理 六、红外、微波成像 1、红外成像在医学上主要用于人体浅表疾病的探查，其主要技术可分为被动成像方 式的红外热像术和主动成像方式的红外摄影术。 2、红外医学成像的最大优点，一是对人体无辐射损害；二是不会因检查而引起人体 状态的改变；三是操作方法简便、经济，是一种具有应用前途的医学影像检查方法。 微波是指波长从 0.00l m~l m 波段的电磁波(3×108Hz~3×1012Hz)，除利用微波热效 应制成的各种临床治疗仪器外，微波还是 CT 机的一种理想能源，也可作为显微镜的“光 源”。近年来微波医学成像技术在不断进步。 除了上述各种成像技术外，还有利用人体组织的电阻抗成像等。 第二节 医学图像的识别 医学图像的识别就是将图像与解剖学、生理学、病理学知识作对照，捕捉图像中有 意义的细节和特征，来判断是否有异常或属于什么性质。 一、图像识别的基础 充分理解、掌握成像原理和方法是医学图像识别的基础。 二、图像识别的方法、工具 1、理解、掌握图像处理原理，是医学图像的分析识别的重要方法。 2、直接从医学成像方法中产生的原始图像可以用多种方法加以改善，如不需要的细 节可以经处理被抑制，需要的细节可以被增强，以便在大的动态范围内得到更好的显示。 经图像处理可以去噪、边缘增强等，以便把感兴趣的部分分离出来等。增加对比度处理 是把所有存储单元中的数值加倍，存储单元间显示对比度也加倍，可使单元间的差异变 得更加易于辨认。 3、熟悉图像后处理技术，使之成为图像识别的有力工具。对已获得的图像再进一 步处理，定量估值以及组成三维图像等称为图像的后处理，其主要目的是使图像的某些 特征更明显，并能加以提取和定量估算。 20 20
第三节医学成像系统的评价 纵观上面提到的各种成像方式，它们在成像原理、成像参数及适用范围等方面各不 10 相同。实际上，这些不同的成像系统并不能互相取代，在临床应用中起者相互补充的作 用。因此，在评价一个成像系统时，应从各个不同角度全面分析成像系统的优缺点， 指明其临床适用的范围。 系统性能的高低 图像质量的好坏 成像应用范围的宽窄 对人体的损伤程度（安全性） 性价比 系统评价函数 图像质量参数 MIF 分辨率 噪声 对比度 第四节医学影像技术展望 5 现代医学影像学未来发展趋向是，在保证人身安全的前提下，务力改进信息传递方 式，提高信息传递效率并开创新的信息表达方式，提高图像显示质量：其最终的医疗意 不外是更精确地发现人体组织初期病理变化，为早期诊断、 治疗提供依据 开发超高分辨力的显示系统 二、提高影像设备的性能，并增加新的功能 磁共振 超声医学成像技术 核医学成像 三、医学影像数字化 四、医学影像存储和通讯系统 图像存储和传输系统(PACS) CAD计算机辅助诊断
第三节 医学成像系统的评价 纵观上面提到的各种成像方式，它们在成像原理、成像参数及适用范围等方面各不 相同。实际上，这些不同的成像系统并不能互相取代，在临床应用中起着相互补充的作 用。因此，在评价一个成像系统时，应从各个不同角度全面分析成像系统的优缺点，并 指明其临床适用的范围。 系统性能的高低 图像质量的好坏 成像应用范围的宽窄 对人体的损伤程度（安全性） 性价比 系统评价函数 图像质量参数 MTF 分辨率 DQE 噪声 ROC 对比度 第四节 医学影像技术展望 现代医学影像学未来发展趋向是，在保证人身安全的前提下，努力改进信息传递方 式，提高信息传递效率并开创新的信息表达方式，提高图像显示质量；其最终的医疗意 义，不外是更精确地发现人体组织初期病理变化，为早期诊断、治疗提供依据。 一、开发超高分辨力的显示系统 二、提高影像设备的性能，并增加新的功能 磁共振 超声医学成像技术 CT 核医学成像 三、医学影像数字化 四、医学影像存储和通讯系统 图像存储和传输系统(PACS) CAD 计算机辅助诊断 10 5
教 案 姓名邱建峰 学年第二学期时间 节次 课程名称 医学影像物理学授课专业及层次 应用物理本科 授课内容 核磁共振概述 学时数 教学目的 掌握核磁共振基本成像原理、了解核磁共振物理现象 重点 共振现象 难点 共振条件 自学内容 无 使用教具 多媒体 相关学科知识 无 教学法 讲述式 讲授内容纲要、要求及时间分配 第七章磁共振成像 第一节 10 磁共振成像的物理学基础是磁共振现象 即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。1946年，美 国哈佛大学的E.Purcel1及斯坦福大学的F.Bloch领导的两个研究小组各自独立地 发现了磁共振现象 20 一共成的监庆应用 ,通过各种参数的MR图像，显示人体不同部位的解剖结构，用于各种疾病的检查 2.通过流动效应来评价血液和脑脊液的流动。 3.可进行弥散成像、灌注成像以及脑皮层活动功能成像。 4.可进行R波谱成像，分析组织的化学结构。 二、磁共振成像的特点 20 (一)磁共振成像具有以下优 具有较高的组织对比度和组织分辩力 2.可对任意方位的层面成像 3.多参数、多序列成像 4,可提供代谢、功能方面的信息 5,多种特殊成像 6.无电离辐射 7.对比增强 8.流动测量 (二)磁共振成像的局限性 10 1.空间分辩力较低 成像速度较慢 3.具有较严格的禁忌症
教 案 姓名_邱建峰 学年第一 学期 时间_ 节次_ 课程名称 医学影像物理学 授课专业及层次 应用物理本科 授课内容 核磁共振概述 学时数 教学目的 掌握核磁共振基本成像原理、了解核磁共振物理现象 重 点 共振现象 难 点 共振条件 自学内容 无 使用教具 多媒体 相关学科知识 无 教 学 法 讲述式 讲授内容纲要、要求及时间分配 第七章 磁共振成像 第 一节 概 述 磁共振成像的物理学基础是磁共振现象，即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。1946 年，美 国哈佛大学的 E.Purcell 及斯坦福大学的 F.Bloch 领导的两个研究小组各自独立地 发现了磁共振现象 一 、 磁 共 振 成 像的 临床应 用 1.通过各种参数的 MR 图像,显示人体不同部位的解剖结构,用于各种疾病的检查 2.通过流动效应来评价血液和脑脊液的流动。 3.可进行弥散成像、灌注成像以及脑皮层活动功能成像。 4.可进行MR波谱成像，分析组织的化学结构。 二 、 磁 共 振 成 像的 特点 （ 一 ） 磁 共 振 成像 具有以 下优 点 1.具有较高的组织对比度和组织分辩力 2.可对任意方位的层面成像 3.多参数、多序列成像 4.可提供代谢、功能方面的信息 5.多种特殊成像 6.无电离辐射 7.对比增强 8.流动测量 （ 二 ） 磁 共 振 成像 的局限 性 1．空间分辩力较低 2．成像速度较慢 3．具有较严格的禁忌症 10 20 20 10