影像物理学学课程本科教学大纲

1影像物理学教学大纲Medicalimagingphysics一、基本信息：课程代码：03102019适用专业：影像（五年制本科）课程类别：专业基础课总学时/学分：54（其中实验教学20学时）/3考核方式：考试课程性质：必修，专业课程二、课程教学目的医学影像物理学是医学影像学的专业基础课程。课程主要介绍现代五大医学影像技术，即X射线影像（包括普通X射线成像，数字X射线成像及X-CT），放射性核素成像，磁共振成像、超声成像的物理，数学原理和相关的计算机技术以及红外线成像。课程结合物理与数学知识，侧重对成像原理进行介绍，同时也对医学成像的前沿技术如数字化成像和具体设备进行一定程度的介绍。通过对本课程的学习，同学们可以加深过去所学到物理知识的应用，对医学影像设备的工作原理，相关技术有相当程度的了解，也为将来在相关行业从事工作打下一个良好的基础。三、课程教学方法教师采用多媒体教学手段，以讲授为主并结合学生自学。在教学过程中通过课堂演示实验和实验室演示实验,充分利用现代教育技术和教学手段,积极使用多媒体电子教案和录像片等组织教学，以提高教学质量。四、课程成绩考核方法及评定标准课程考核采取形成性评价与终结性评价相结合的方式，即考核成绩包括平时成绩、实验（实践）成绩、卷面考试成绩三部分。平时成绩与实验（实践）成绩之和占课程总成绩的30%～50%，卷面考试成绩占课程总成绩的50%～70%。五、教材及参考书[教材]：张泽宝主编，《医学影像物理学》人民卫生出版社，第三版，2010[参考书目]：1、李宜贵主编，《医学物理学》，四川大学出版社，20032、李月卿主编，《医学影像成像理论》，人民卫生出版社，20033、章毓晋主编，《图像工程》，清华大学出版社，1999六、教学内容与学时安排理论内容与学时安排章节教学内容理论总学时理论讲授学时第一章X射线物理基础66第二章X射线摄影66第三章磁共振物理66第四章磁共振成像44第五章核医学物理44第六章核医学影像22第七章超声波物理44第八章超声成像222合计3434实验（或实习）内容与学时安排序次教学内容学时数1绪论及实验室参观，接地电阻的测定42磁共振实验研究43X线机管电流管电压测定44光电倍增管实验研究45X线机倍压整流4合计20七、教学基本内容及目标要求理论部分第一章[目的要求]1.掌握：X射线的产生条件，连续谱与标识谱的产生原因，X射线短波极限，X射线摄影原理，有效焦点与实际焦点，X射线的滤过与硬化。2.熟悉：三种主要作用形式单色，X射线的衰减规律连续，X射线的衰减规律，X射线的强度与硬度，X射线管的管电流与管电压。3.了解：X射线管的构造，X射线透视原理，X射线影像增强器，影响X射线成像失锐。第1节次[教学内容]1.X射线的产生：X射线管，X射线的产生机制，连续谱与标识谱的产生原因，X射线短波极限，X射线的基本特性。2.X射线辐射场的空间分布：X射线的强度，X射线强度的空间分布，阳极效应。[重点内容]1.X射线的产生机制2.X射线强度的空间分布[难点内容]1.X射线的产生机制2.X射线强度的空间分布[自学内容]1.X射线的基本特性第2节次[教学内容]1.X射线与物质的相互作用：X射线与物质的相互作用系数，光电效应、康普顿效应、电子对效应，X射线与物质的其他相互作用过程，各种相互作用的相对重要性。2.X射线的衰减：单能X射线在物质中的衰减，连续X射线在物质中的衰减。[重点内容]1.X射线与物质的相互作用系数，光电效应2.康普顿效应、电子对效应[难点内容]31.X射线与物质的相互作用系数，光电效应2.康普顿效应、电子对效应[自学内容]1.X射线与物质的其他相互作用过程第3节次[教学内容]1.人体的物质组成，混合物和化合物的质量衰减系数，化合物的有效原子序数。X射线在人体内的衰减。2.总结。[重点内容]1.X射线在人体内的衰减。[难点内容]1.X射线在人体内的衰减。[自学内容]1.总结第一章内容第二章[目的要求]1.掌握：投影X射线的形成，特殊X射线摄影原理，数字图像基本概念，体层、体素概念，CT值与窗口技术，投影概念，2D傅立叶变换法2.熟悉：评价医学影像质量参数，影响X射线摄影图像质量的因素，CR的成像原理，DR的成像原理，计算机X射线摄影原理。投影定理，滤波反投影法，卷积反投影法3.了解：增感屏构造，了解常见数字图像处理手段，DSA原理。2D傅立叶变换与卷积，3D重建简介，螺旋CT的实现与意义，扫描方式的差异，成像系统的点扩展函数介绍及方程组解法。第1节次[教学内容]1.X射线摄影：投影X射线影像的形成，采集、转换、显示系统。2.特殊X射线摄影：软X射线摄影，体层摄影，X射线造影及对比剂。[重点内容]1.投影X射线影像的形成，采集、转换、显示过程2.特殊X射线摄影，X射线造影及对比剂。[难点内容]1.投影X射线影像的形成，采集、转换、显示过程[自学内容]1.对比剂的使用第2节次[教学内容]1.X射线摄影图像质量评价：评价医学影像质量参数，影响X射线摄影图像质量的因素2.数字图像基础及数字减影血管造影：数字图像概念，数字图像的形成，数字图像处理的主要方法，数字图像显示的方法，DSA的物理基础，DSA的基本方法，DSA的参数性成像，DSA的影像质量与优缺点。3.数字X射线摄影与数字X射线影像的主要技术优势：扫描投影放射摄影，直接数字化X射线4摄影，数字X射线影像的主要技术优势[重点内容]1.影响X射线摄影图像质量的因素2..DSA的物理基础。[难点内容]1.DSA的物理基础[自学内容]1.DSA的影像质量与优缺点。第3节次[教学内容]1.X射线CT的基础知识：断层与解剖断面，体素与像素，扫描与投影，CT图像重建的数理基础，CT值与灰度显示。2.传统X-CT的扫描方式：单束平移+旋转，窄扇形束扫描平移+旋转，旋转+旋转，静止+旋转，传统CT扫描的技术缺憾，电子束扫描方式。3.X-CT的后处理技术与X-CT图像质量控制：图像后处理技术种类，几个典型图像处理技术，图像的主要质量参数，X-CT图像的伪像。4.螺旋CT：单层螺旋CT，多层螺旋CT简介，X-CT展望。[重点内容]1.X射线CT的基础知识：断层与解剖断面，体素与像素，扫描与投影，CT图像重建的数理基础，CT值与灰度显示。2.了解X-CT的扫描方式[难点内容]1.CT图像重建的数理基础[自学内容]1.X-CT展望第三章[目的要求]1.掌握：磁矩的概念，原子核的磁矩，磁矩与外部磁场的关系，自旋核能级在外磁场中的能级劈裂，劈裂能级间的跃迁，磁化强度矢量、射频脉冲、弛豫过程、时间常数等概念和核磁共振过程，磁共振信号的检测2.熟悉：化学位移定义，核磁共振谱，自旋磁矩在外磁场中的旋进3.了解：MRS分析，自由水、结合水及其MRS，弛豫时间常数的理化、生物特性第1节次[教学内容]1.原子核的磁矩：角动量与旋进，电子的角动量与磁矩，核的自旋磁矩与水分子的磁矩2.微观核磁共振：自旋核在磁场中的能级劈裂，劈裂能级间的跃迁，自旋磁矩在外磁场中的旋进。[重点内容]1.核的自旋磁矩与水分子的磁矩2.自旋核在磁场中的能级劈裂，劈裂能级间的跃迁[难点内容]51.电子的角动量与磁矩2.自旋磁矩在外磁场中的旋进。[自学内容]1.角动量第2节次[教学内容]1.核磁共振现象的宏观描述：自旋数密度和磁化强度矢量，射频电磁波对样品的的激励，2.θ脉冲及磁共振信号，狭义弛豫过程和时间常数，弛豫时间常数的理化、生物特性。[重点内容]1.磁化强度矢量，射频电磁波对样品的的激励2.狭义弛豫过程和时间常数[难点内容]1.射频电磁波对样品的的激励2.弛豫过程[自学内容]1.弛豫时间常数的理化、生物特性第3节次[教学内容]1.化学位移定义，核磁共振谱，MRS分析，自由水、结合水及其MRS。2.总结第三章内容[重点内容]1.化学位移定义[难点内容]1.化学位移定义[自学内容]总结第三章内容第四章[目的要求]1.掌握：梯度磁场，选层，频率编码，位相编码，剃度回波，成像时间，信噪比，对比度，空间分辨力等的概念。2.熟悉：二维傅里叶变换图像重建，三维傅里叶变换图像重建，K空间与磁共振图像重建，自旋回波序列的物理过程。常见图像伪影3.了解：快速自旋回波序列，梯度回波序列，平面回波成像序列，快速成像序列等应用，加权图像意义，流动现象及补偿，时间飞越法血管成像，相位对比法血管成像及图像重建。第1节次[教学内容]1.自由感应衰减信号与加权图像，自旋回波序列与加权图像，反转恢复信号与加权图像2.梯度和梯度磁场，断层选择，相位编码和频率编码，二维傅里叶变换图像重建，三维傅里叶变换图像重建，K空间与磁共振图像重建。[重点内容]1.自由感应衰减信号与加权图像2.断层选择，相位编码和频率编码，二维傅里叶变换图像重建6[难点内容]1.断层选择，相位编码和频率编码，二维傅里叶变换图像重建2.K空间与磁共振图像重建[自学内容]1.三维傅里叶变换图像重建第2节次[教学内容]1.快速自旋回波序列，梯度回波序列，平面回波成像序列，快速成像序列应用2.流动现象，流动现象的补偿，时间飞越法血管成像，相位对比法血管成像，图像重建,磁共振图像质量。[重点内容]1.快速自旋回波序列2.流动现象的补偿[难点内容]1.快速自旋回波序列[自学内容]1.磁共振图像质量第五章[目的要求]1.掌握：核力的基本概念，原子核能级，衰变公式，衰变规律，物理半衰期、生物半衰期，放射性活度等基本概念2.熟悉：放射平衡，发生器原理3.了解：准直器的作用，了解射线的检测的基本原理，Gamma照相机原理，SPECT的成像原理与PET成像原理第1节次[教学内容]1.放射性核素成像的技术特点，核素示踪，放射性制剂。2.放射性衰变规律，放射性活度，递次衰变规律，放射平衡，核素发生器原理，放射性计数的统计规律。[重点内容]1.放射性衰变规律2.放射平衡[难点内容]1.放射性衰变规律2.放射平衡[自学内容]1.放射性计数的统计规律。第2节次[教学内容]1.原子核反应的一般概念，中子及分类，中子核反应，医用放射性核素的来源[重点内容]1.原子核反应的一般概念72.中子核反应[难点内容]1.中子核反应[自学内容]1.医用放射性核素的来源第六章[目的要求]1.掌握：准直器的作用放射性活度等基本概念2.熟悉：射线的检测的基本原理，Gamma照相机原理，SPECT的成像原理与PET成像原理第1节次[教学内容]1.γ射线能谱，闪烁计数器，脉冲幅度分析器、准直器：准直器的作用，准直器的特性参数。2.γ照相机和单光子发射型计算机断层及γ照相机和单光子发射型计算机断层：γ照相机原理，γ照相机性能指标及质量控制，单光子发射型计算机断层成像原理，单光子发射型计算机断层的技术优势，单光子发射型计算机断层性能指标及质量控制。正电子发射型计算机断层原理，正电子发射型计算机断层的技术优势，正电子发射型计算机断层的应用评价与发展趋势。[重点内容]1.γ射线能谱2.准直器[难点内容]1.γ射线能谱，闪烁计数器，脉冲幅度分析器[自学内容]1.单光子发射型计算机断层第七章[目的要求]1.掌握：超声的产生，压电晶体和压电效应与电致伸缩效应，压电材料的选择，声强，声压，声阻抗等概念，反射与透射规律，偶合剂的作用原理，超声与物质的相互作用。2.熟悉;衍射与散射，干涉与驻波，声波在介质中的衰减规律规律，声波通过界面的特性声束通过介质薄层的特征，声波的多普勒效应，多普勒频移的数学表示。3.了解：声束的聚焦，频移信号的采集，声波在介质中的衰减规律声压分布场（近，远场区）。第1节次[教学内容]1.超声波的物理性质：超声波的分类，超声波的动力学方程，超声波的速度，超声波的声压、声强与声阻抗。2.声波在介质中的传播特性：反射与透射，衍射与散射，干涉与驻波，声波在介质中的衰减规律规律，声波通过界面的特性，声束通过介质薄层的特征。[重点内容]1.超声波的声压、声强与声阻抗。2.声波在介质中的衰减规律规律，声波通过界面的特性，声束通过介质薄层的特征[难点内容]1.超声波的动力学方程[自学内容]1.反射与透射第2节次8[教学内容