《医学影像物理学》课程教学资源（教案讲义）X线成像、成像理论、CT成像

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 授课内容 综述、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 1、自我介绍 2、课程介绍 学科关系 专业区别 学习方法 学习重点 参老内容 第一章医学影像成像原理概论 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。 包括X线摄影，又分为普通X线摄影((plainfilm radiography)与数字X线摄是 (digital radiography,DR)、X线计算机体层成像(computed tomography,CT、磁共振成 像(magnatic【esonance imaging,MR)、超声成像(ultrosound)、放射性核素成像以及可 见光成像、红外成像和微波成像等。 主要内容：医学母影像成像原理、医学影像处理技术和医学导影像临床应用技术。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 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分类 生物医学显微图像学biomedical,BMM 现代医学影像学(moder medical imaging,MM)

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 授课内容 综述、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 1、自我介绍 2、课程介绍 学科关系 专业区别 学习方法 学习重点 参考内容 第一章 医学影像成像原理概论 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。 包括 X 线摄影，又分为普通 X 线摄影(plain film radiography)与数字 X 线摄影 (digital radiography，DR)、X 线计算机体层成像(computed tomography，CT)、磁共振成 像(magnatic resonance imaging，MRI)、超声成像(ultrosound)、放射性核素成像以及可 见光成像、红外成像和微波成像等。 主要内容：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)

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 一、 X线成像：1。测量穿过人体组织、器官后的X线强度： 历史演习 特点 分类 优缺点 数字X线成像 特点 分类 发展 3.X.CT成像 特点 分类 发展 二、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： 原理 分类 优缺点。 三、超声成像：测量人体组织、器官对超声的反射波或透射波： 特点 原理 优缺点 四、核素成像：测量放射性药物在体内放射出的Y射线： 特点 原理 优缺点 ：直接利用光学及电视技术，观察人体器官的形态 大、微波成像：测量体表的红外信号和体内的微波缩射 第二节医学图像的识别 基础 方法与工具 第三节医学成像系统评价 三种评价工具

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 一、X 线成像：1。测量穿过人体组织、器官后的 X 线强度； 历史演习 特点 分类 优缺点。 2．数字 X 线成像 特点 分类 发展 3．X-CT 成像 特点 分类 发展 二、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； 原理 特点 分类 优缺点。 三、超声成像：测量人体组织、器官对超声的反射波或透射波； 特点 原理 优缺点 四、核素成像：测量放射性药物在体内放射出的γ射线； 特点 原理 优缺点 五、光学成像：直接利用光学及电视技术，观察人体器官的形态； 六、微波成像：测量体表的红外信号和体内的微波辐射信号。 第二节 医学图像的识别 基础 方法与工具 第三节 医学成像系统评价 三种评价工具

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 授课内容 放射物理基础 学时数 教学目的 掌握X线特性、作用、产生 重点 X线穿透力和感光效应 难点 无 自学内容 大学物理电磁波特性 使用教具 多媒体 相关学科知识 大学物理 教学法 启发式 讲授内容纲要、要求及时间分配 第二章放射物理基础 第一节X线产生和性质 、X线发现 10 伦琴 阴极射线管 X线成像史 10 二、X线的本质和特点 电 玻粒二象性 特点：物理特性 化学效应 生物效应 30 X线的产生 产生条件 产生装置：球管结构 阴极 阳极 四、X线产生原理 电子与物质相互作用 能量分配

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 授课内容 放射物理基础 学时数 教学目的 掌握 X 线特性、作用、产生 重 点 X 线穿透力和感光效应 难 点 无 自学内容 大学物理电磁波特性 使用教具 多媒体 相关学科知识 大学物理 教 学 法 启发式 讲授内容纲要、要求及时间分配 第二章 放射物理基础 第一节 X 线产生和性质 一、X 线发现 伦琴 阴极射线管 X 线成像史 二、 X 线的本质和特点 电磁波 玻粒二象性 特点：物理特性 化学效应 生物效应 三、X 线的产生 产生条件 产生装置：球管结构 阴极 阳极 焦点 四、X 线产生原理 电子与物质相互作用 能量分配 10 10 30 10

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） X线产生原理：两种辐射 30 影响因素：管电压 管电流 靶物质 五、X线的量与质 线量 10 线质 数学表达 影响因素

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） X 线产生原理：两种辐射 特点 生成 X 线的区别 影响因素：管电压 管电流 靶物质 五、X 线的量与质 线量 线质 数学表达 影响因素 30 10

教案 姓名邱建峰 学年第二学期时间一节次 课程名称 医学影像物理学授课专业及层次 授课内容 放射物理基础 学时数 教学目的 掌握x线与物质的三种主要相互作用 重点 三种作用对图像质量的影响 难点 无 自学内容 无 使用教具 多媒体 相关学科知识 无 教学法 讲述启发式 讲授内容纲要、要求及时间分配 高能粒子与物质的相互作用形式多样 特点： 过程复杂 次级粒子多 相互作用多 次级粒子能量转移多 雪崩效应 种作用：光电作用、康普顿效应、电子对效应 一、 光电效应 1、光电效应原理 与原子的内层轨道电子相互作用，电子击脱、光子能量完全消失、生成俄数电子 20 2、产生的次级粒子 负离子、正离子、特征辐射 3、几率与特征辐射 20 类似x线产生、正比于原子序数四次方 反比于光子能量三次方

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 授课内容 放射物理基础 学时数 教学目的 掌握 x 线与物质的三种主要相互作用 重 点 三种作用对图像质量的影响 难 点 无 自学内容 无 使用教具 多媒体 相关学科知识 无 教 学 法 讲述启发式 讲授内容纲要、要求及时间分配 高能粒子与物质的相互作用形式多样 特点： 过程复杂 次级粒子多 相互作用多 次级粒子能量转移多 雪崩效应 三种作用：光电作用、康普顿效应、电子对效应 一、 光电效应 1、 光电效应原理 与原子的内层轨道电子相互作用，电子击脱、光子能量完全消失、生成俄歇电子 2、 产生的次级粒子 负离子、正离子、特征辐射 3、 几率与特征辐射 类似 x 线产生、正比于原子序数四次方 反比于光子能量三次方 10 30 20 20

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 具有典型的k系特征 10 4、对图像质量的影响 无散射线，灰雾少 与原子序数成正比，自然对比度好 5、角分布 二、康普顿效应 1、原理 与外层电子像作用，光子偏转、电子射出 2、分析 反冲电子角度 10 散射电子角度 3、几率 正比于x线光强 4、对图像质量影响 产生散射线，降低图像对比度 Kv越高，三射线越多

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 具有典型的 k 系特征 4、对图像质量的影响 无散射线，灰雾少 与原子序数成正比，自然对比度好 5、角分布 二、 康普顿效应 1、原理 与外层电子像作用，光子偏转、电子射出 2、分析 反冲电子角度 散射电子角度 3、几率 正比于 x 线光强 4、对图像质量影响 产生散射线，降低图像对比度 Kv 越高，三射线越多 10 10

教案 姓名邱建峰 学年第学期时间_节次 课程名称 医学影像物理学授课专业及层次 授课内容 模拟X线成像 学时数 教学目的 X线成像过程、各环节影像特点 重点 对比度的形成和影响因素 难点 对比度的概念 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 照片率度的燕义 照片上的密度是观察X线照片影像的先决条件，照片上无密度则将是一张无任何 信息的透明胶片。既便是有密度，如果密度过小，人眼对其分辨也是很难的。当密度 过大时，也会造成对照片影像的观察受限而不能识别。只有构成照片影像的密度适当 才能被辨认，符合影像诊断的要求。 人眼对于0.25的密度值尚能分辨，低于0.25的密度值则很难辨认：高于2.0的 度，人眼几乎无法区别，但将此照片置于强光源下，人眼又增加了分辨能力。人 在正常的观片灯下能分辨的密度值的范围在0.25~2.0之间， 的密度范围在0.3~1.5之间，在这一范围内对于人眼有最佳反差的感觉。 X线对比度(Kx)X线到达被照体之前不具有任何医学信号，它是强度分布均 匀的一束射线。当X线透过被照体时，由于被照体对X线的吸收、散射而减弱，透射 35 线则形成了强度的不均匀分布，这种强度的差异称为射线对比度。此时即形成了X线 信息影像。射线对比度Kx记作 马 式中的工，工，代表诱过光强度。 在胶片特性曲线上，由于曝光量是用其常用对数值表示的，亦记作：1gRE-lgRE I =Ioe-wd,1 =Ioe-#:d: e↓-le4 41、2、d、d,分别表示被照体上两部分的X线吸收系数和厚度

教 案 姓名_邱建峰 学年第学期 时间_ 节次 课程名称 医学影像物理学 授课专业及层次 授课内容 模拟 X 线成像 学时数 教学目的 X 线成像过程、各环节影像特点 重 点 对比度的形成和影响因素 难 点 对比度的概念 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 照片密度的意义 照片上的密度是观察 X 线照片影像的先决条件，照片上无密度则将是一张无任何 信息的透明胶片。既便是有密度，如果密度过小，人眼对其分辨也是很难的。当密度 过大时，也会造成对照片影像的观察受限而不能识别。只有构成照片影像的密度适当 才能被辨认，符合影像诊断的要求。 人眼对于 0.25 的密度值尚能分辨，低于 0.25 的密度值则很难辨认；高于 2.0 的 密度值，人眼几乎无法区别，但将此照片置于强光源下，人眼又增加了分辨能力。人 眼在正常的观片灯下能分辨的密度值的范围在 0.25～2.0 之间，良好的 X 线诊断照片 的密度范围在 0.3～1.5 之间，在这一范围内对于人眼有最佳反差的感觉。 X 线对比度（Kx） X 线到达被照体之前不具有任何医学信号，它是强度分布均 匀的一束射线。当 X 线透过被照体时，由于被照体对 X 线的吸收、散射而减弱，透射 线则形成了强度的不均匀分布，这种强度的差异称为射线对比度。此时即形成了 X 线 信息影像。射线对比度 Kx 记作 Kx = 1 2 I I 式中的I1、 I2代表透过光强度。 在胶片特性曲线上，由于曝光量是用其常用对数值表示的，亦记作：lgRE2-lgRE1 11d 01 eII   22 d 02 eII   2211 11 22 dd d 0 d 0 1 2 X e eI eI I I K     1 、 、 、 分别表示被照体上两部分的 X 线吸收系数和厚度 2 1 d 2 d 15 35

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 胶片对比度射线对比度所表示的X线信息影像不能为肉眼所识别，只有通过某种介质 的转换才能形成可见的影像，如X线照片影像。那么，X线胶片对射线对比度的放大能 力，即称为胶片对比度。它取决于胶片的最大斜率(y值)或平均斜率(G)。 X线照片对比度X线照片上相邻组织影像的密度差，称为照片对比度。照片对比度依存 于被照体不同组织吸收所产生的射线对比度，以及胶片对射线对比度的放大结果。 20 影响照片对比度的因素 X线照片影像构成的重要因素之一是照片对比度。它的形成远较普通摄影复杂，必 须从整个X线成像系统去考虑所涉及的影响因素， 1X线对比度照片对比度是X线对比度被胶片对比度放大的结果，X线对比度叉 是被照体组织结构对X线不同吸收的结果。在强度相同的X线照射下，X线对比度主要 取决于被照物体本身的因素。 (1)被照体本身的因素：X线诊断领域内，人体吸收X线的形式，主要是光电吸收 和康普顿吸收。使用低电压技术时，光电效应与物质的原子序数的三次方成正比，即原 子序数越高，光电吸收越多，X线减弱系数越大 X线对比度增高 X线的质与量：X线照片对比度形成的实质，是被照体对X线的吸收差异。 胶片对比度X线对比度是通过胶片对比度（或称胶片对比度系数）放大而显示的。 (1)胶片对比度系数 (2)屏-片组合：在X线摄影中，由于使用增感屏，可大量提高照片对比

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 胶片对比度 射线对比度所表示的 X 线信息影像不能为肉眼所识别，只有通过某种介质 的转换才能形成可见的影像，如 X 线照片影像。那么，X 线胶片对射线对比度的放大能 力，即称为胶片对比度。它取决于胶片的最大斜率（  值）或平均斜率（G）。 X 线照片对比度 X 线照片上相邻组织影像的密度差，称为照片对比度。照片对比度依存 于被照体不同组织吸收所产生的射线对比度，以及胶片对射线对比度的放大结果。 影响照片对比度的因素 X 线照片影像构成的重要因素之一是照片对比度。它的形成远较普通摄影复杂，必 须从整个 X 线成像系统去考虑所涉及的影响因素。 1.X 线对比度 照片对比度是 X 线对比度被胶片对比度放大的结果，X 线对比度又 是被照体组织结构对 X 线不同吸收的结果。在强度相同的 X 线照射下，X 线对比度主要 取决于被照物体本身的因素。 （1）被照体本身的因素:X 线诊断领域内，人体吸收 X 线的形式，主要是光电吸收 和康普顿吸收。使用低电压技术时，光电效应与物质的原子序数的三次方成正比，即原 子序数越高，光电吸收越多，X 线减弱系数越大，X 线对比度增高。 X 线的质与量:X 线照片对比度形成的实质，是被照体对 X 线的吸收差异。 胶片对比度 X 线对比度是通过胶片对比度（或称胶片对比度系数）放大而显示的。 （1） 胶片对比度系数 （2） 屏-片组合:在 X 线摄影中，由于使用增感屏，可大量提高照片对比 度。 20 10

教 案 姓名邱建峰 学年第学期时间一节次】 课程名称 医学影像物理学授课专业及层次 授课内容 观测者操作特性曲线、调制传递函数学时数 教学目的 掌握基本的Oc二、五值计算方法、了解调制传递函数的分析方法 重点 二、五值计算方法 难点 二、五值计算方法 自学内容 统计学方法 使用教具 多媒体、录像演示 相关学科知识 统计学方法 教学法 讲述、演示 讲授内容纲要、要求及时间分配 一、信息理论 信息信息量的度量 信息理论-传递信息量 二、信号检测与ROC解析 “。可能存在混淆的两种条件或自然状态。” 2x2方式 2种刺激：s、n代表信号噪声一两种混淆状态一2种判断：是、不是信号 10 预先设定 不同判断结果比较 未预先设定 定量标准、判别界限 结果：真阳性、假阳性、真阴性、假阴性 4种判断4种概率 4种概率与最大信息量的对应 敏感性 特异性 作图 曲线比较

教 案 姓名_邱建峰 学年第学期 时间_ 节次_ 课程名称 医学影像物理学 授课专业及层次 授课内容 观测者操作特性曲线、调制传递函数 学时数 教学目的 掌握基本的 roc 二、五值计算方法、了解调制传递函数的分析方法 重 点 二、五值计算方法 难 点 二、五值计算方法 自学内容 统计学方法 使用教具 多媒体、录像演示 相关学科知识 统计学方法 教 学 法 讲述、演示 讲授内容纲要、要求及时间分配 一、信息理论 信息-信息量的度量 信息理论-传递信息量 二、信号检测与 ROC 解析 “。可能存在混淆的两种条件或自然状态。” 2x2 方式 2 种刺激：s、n 代表信号噪声—两种混淆状态—2 种判断：是、不是信号 预先设定 不同判断结果比较 未预先设定 定量标准、判别界限 结果：真阳性、假阳性、真阴性、假阴性 4 种判断—4 种概率 4 种概率与最大信息量的对应 敏感性 特异性 作图 曲线比较 10 10 30

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 2x5方式 2种刺激：s、·代表信号噪声一两种混淆状态一5种判断：肯定是、好像是、不清楚 肯定不是、好像不是信号 预先设定 不同判断结果比较 未预先设定 定量标准、判别界限 结果：真阳性、假阳性、真阴性、假阴性 4种判断一4种概率 30 作图 二、 影像的频率响应特性 1、空间频率和调制度 光学传递函数一以空间频率为变量 测试方法一矩形波测试卡、正弦波测试卡 线对数与空间频率 2、调制度的概念 二、点扩散 PSF 10 数学表达式 物理意义 10 三、线扩散 LSF 数学表达式 物理意义 四、点扩散与线扩散的关系

讲授内容纲要、要求及时间分配（附页） 2x5 方式 2 种刺激：s、n 代表信号噪声—两种混淆状态—5 种判断：肯定是、好像是、不清楚、 肯定不是、好像不是信号 预先设定 不同判断结果比较 未预先设定 定量标准、判别界限 结果：真阳性、假阳性、真阴性、假阴性 4 种判断—4 种概率 作图 二、 影像的频率响应特性 1、 空间频率和调制度 光学传递函数—以空间频率为变量 测试方法—矩形波测试卡、正弦波测试卡 线对数与空间频率 2、调制度的概念 二、点扩散 PSF 数学表达式 物理意义 三、线扩散 LSF 数学表达式 物理意义 四、点扩散与线扩散的关系 30 10 10