《电子与物理学基础》教学大纲

医用物理与电子学教学大纲【课程名称】医用物理与电子学【课程类型】专业基础课【授课对象】医学影像学专业【课程代码】20100311【学时学分】理论54学时，实验36学时，4.5学分一、课程简介医用物理与电子学是医学影像学专业的一门必修专业基础课程。它将为学生奠定医学影像的物理基础与电子学基础。为学生的图像诊断与仪器应用提供物理学与电子学依据。使学生不但掌握各种成像技术的原理，更能深入挖掘图像所蕴藏的生物信息和很好的控制图像质量。课程适用的专业与年级：五年制本科医学影像学专业（第一学年）。选用教材：《医学影像物理学》（第2版），主编：张泽宝，人民卫生出版社；《医用电子学》，主编：刘鸿莲，人民卫生出版社。主要参考书：《医学电子学基础与医学影像物理学》，主编：潘志达，科学技术文献出版社；《电子技术基础》，主编：康华光，高等教育出版社；《影像诊断学》，主编：吴恩惠，人民卫生出版社；《医用电子学及实验》，主编：肖峰，大连出版社；《医用电子技术》魏克斌主编，人民卫生出版社。本课程主要采用启发式教学、讨论式教学以及案例式教学等多种教学方法。督促、了解学生学习的方式和手段是课堂提问、布置作业、平时抽查和考试等。二、教学内容与要求《医用电子学》第一章电路网络基础（一）目的与要求在熟悉电压源、电流源和受控源等基本概念及线性网络的基本定理中认识电子学基本规律与方法。（二）教学内容1．电路基础2．线性网络的基本定理重点、难点：重点：电压源、电流源和受控源。难点：运用线性网络基本定理计算复杂电路。第二章半导体器件（一）目的与要求1.掌握两种载流子的形成，扩散和漂移，PN结形成，耗尽层，半导体的单向导电性，晶体二极管、晶体三极管的放大作用，三种工作状态，晶体三极管的特性曲线。2．熟悉稳压管稳压原理。3．了解三极管的主要参数。4．自学场效应的工作原理。（二）教学内容1．半导体的基础知识2．半导体二极管的特性和稳压管3．晶体三极管的主要特性及其放大作用4．两种场效应管的工作原理重点、难点：重点：PN结形成，单向导电性，稳压原理，三极管的特性曲线，三极管三种工作状态分析和各自特点。难点：场效应管的工作原理分析。第三章基本放大电路（一）目的与要求1.掌握放大电路的放大条件、静态工作点的稳定原理，会用理论和作图两种方法求解静态工作点。2.熟悉交流通路、交流等效电路，正确运用等效电路计算放大电路的主要性能指标。3.了解放大电路的三种组态，多级放大电路的耦合方式。4.自学多级放大电路的指标估算。（二）教学内容：1．单管放大器2．放大器工作点的稳定3．放大器三种组态4．放大器的主要性能指标5．多级阻容耦合放大器重点、难点：重点：射极放大电路分析，正确用等效电路法对放大电路主要参数进行计算。难点：放大器工作点的稳定。第四章集成运算放大器（一）目的和要求1．掌握差动放大电路的主要原理，集成运算放大器的电路结构特点和主要性能指标，理想集成运算放大器的特点。2．熟悉比例运算、加法运算、减法运算等运算电路的应用。3．了解集成运算放大器在信号处理和医学方面的应用。4．自学负反馈放大器。（二）教学内容：1．直流耦合放大电路2．集成运算放大器简介3．负反馈放大器4．集成运算放大器的模拟运算电路5．集成运算放大器的医学应用重点、难点：重点：集成运算放大器的主要指标及理想参数，比例运算、加法运算、减法运算等运算电路。难点：运算电路的分析与计算。第五章数字逻辑基础（一）目的和要求1．掌握模拟电路和数字电路的主要区别。2．熟悉分立元件门电路、逻辑函数。3．了解数制与数码。（二）教学内容：1．数字电路概述2．逻辑函数3．分立元件门电路重点、难点：重点：分立元件门电路。难点：分立元件门电路。第六章组合逻辑电路（一）目的和要求1．掌握集成逻辑门电路特点。2．熟悉组合逻辑电路的分析、设计和应用。3．了解编码器、译码器。（二）教学内容：1．集成逻辑门2．编码器与译码器3．组合逻辑电路的分析、设计和应用重点、难点重点：集成逻辑门电路特点。难点：组合逻辑电路的分析与设计。第七章时序逻辑电路（一）目的和要求1．掌握触发器及其真值表分析。2．熟悉根据CP脉冲和输入端信号绘各种触发器的输出波形。3．自学寄存器、十进制计数器。（二）教学内容：1．集成触发器2．寄存器3．计数器重点、难点：重点：触发器及其真值表分析，根据CP脉冲和输入端信号绘各种触发器的输出波形。难点：触发器及其真值表分析。《医学影像物理学》第一章X射线物理（一）目的与要求1.掌握X射线产生的物理过程、实际焦点和有效焦点、半影、X射线的强度、X射线滤过和硬化、作用概率与截面、X射线与物质相互作用的主要形式、线性衰减系数、吸收衰减规律、连续能谱X射线在物质中的衰减规律。2．熟悉混合物和化合物的质量衰减系数、化合物的有效原子系数。3．了解X射线管的容量。（二）教学内容1．X射线的产生2．X射线辐射场的空间分布3．X射线与物质的相互作用4．X射线在物质中的衰减5．X射线在人体内的衰减重点、难点：重点：实际焦点和有效焦点、X射线滤过和硬化、主要作用形式、吸收衰减规律、连续能谱X射线在物质中的衰减规律。难点：X射线的产生的物理过程、作用概率与截面。第二章X射线影像（一）目的与要求1．掌握X射线透视和X射线摄影的基本原理、X射线造影及对比剂、数字图像、数字减影血管造影。2．熟悉软X射线摄影、高千伏X射线摄影、体层摄影、从X射线的量子检测效率与射线剂量、图像的对比度分辨力与空间分辨力、摄影条件、图像的处理、存储和传输、计算机辅助诊断等方面来比较数字化X射线成像技术与传统X射线摄影。3．了解评价医学影像质量的参数及影响X射线摄影图像质量的因素。4．自学扫描投影放射摄影、计算机X射线摄影、直接数字化X射线摄影。（二）教学内容1．X射线摄影2．特殊X射线摄影3．X射线摄影图像质量评价4．数字图像基础5．数字减影血管造影6．数字X射线摄影7．数字化X射线影像的主要技术优势重点、难点：重点：X射线透视和X射线摄影的基本原理、数字图像、数字减影血管造影。难点：数字透视。第三章X射线计算机断层成像（X-CT）（一）目的与要求1．掌握体层、像素、体素、扫描与投影、、CT值、灰度、X-CT重建图像原理、窗口技术、窗宽和窗位。2．熟悉X-CT扫描方式、图像的再加工处理。3．了解评价图像质量的参数、X-CT的伪像及螺旋CT。（二）教学内容1．X-CT的基础知识2．传统X-CT的扫描方式3．X-CT后处理技术4．X-CT图像的质量控制5．螺旋CT重点、难点：重点：X-CT重建图像原理、窗口技术。难点：卷积、滤波反投影法。第四章核磁共振现象（一）目的与要求1．掌握原子核的自旋磁矩，水分子的磁矩、磁矩与外磁场的相互作用。2．熟悉核磁共振现象的产生。3．了解核磁共振的宏观描述。（二）教学内容1．原子核的磁矩2．微观核磁共振3．核磁共振现象的宏观描述重点、难点：重点：水分子的磁矩、磁矩与外磁场的相互作用、核磁共振的原理。难点：核磁共振的原理。第五章磁共振成像（一）目的与要求1．掌握核磁共振图像重建原理。2．熟悉自旋回波序列、加权图像、空间位置编码。3．自学磁共振血管成像。（二）教学内容1．磁共振信号与加权图像2．磁共振图像重建3．快速成像系列4．磁共振血管成像重点、难点：重点：自旋回波序列、加权图像、磁共振图像重建。难点：磁共振图像重建、快速成像系列。第六章放射性核素显像（一）目的与要求1．掌握放射性衰变规律、放射性核素发生器原理。2．熟悉放射性核素显像的技术特点、照相机原理、单光子与正电子发射型计算机断层原理。3．了解照相机的主要优缺点。4．自学原子核反应（二）教学内容1．概述2．原子核的放射性3．原子核反应4．射线探测5．准直器6．照相机和单光子发射型计算机断层7．正电子发射型计算机断层重点、难点：重点：放射性衰变规律、单光子与正电子发射型计算机断层原理。难点：放射性衰变规律、放射性核素发生器原理。第七章超声物理（一）目的与要求1．掌握声压、声强与声阻抗的概念。2．熟悉压电效应、声波在介质中的传播与衰减规律、多谱勒效应。3．了解超声场。（二）教学内容1．超声波物理基本性质2．超声波在介质中的传播特性3．多谱勒效应4．压电效应5．超声场重点、难点：重点：声压、声强与声阻抗的概念、声波在介质中的传播与衰减规律。难点：声波在介质中的传播与衰减规律、多普勒效应。第八章超声波成像（一）目的与要求1．掌握B型超声、超声多普勒血流测量仪的原理、自相关技术、彩超原理。2．熟悉M型超声。3．了解脉冲多谱勒技术。4．自学多普勒频谱分析、彩超的局限及其伪像、超声图像的质量评价。（二）教学内容1．超声回波所携带的信息2．M超与B超原理3．超声多普勒成像原理。4．脉冲多谱勒技术5．彩色多普勒血流显像6．超声图像的质量评价重点、难点：重点：B型超声、超声多普勒血流测量仪的原理、彩超原理。难点：超声多普勒成像原理、自相关技术三、实验内容与要求（一）目的与要求实验课是本课程重要环节和组成部分，通过完成实验达到如下目的：紧密配合理论课，加深学生对书本知识的感性认识，增强学生的实践能力。通过实验掌握常用仪器的使用方法，学习用有效数字记录实验数据及有效数字的运算。熟练掌握实验报告的书写规范；能大体分析误差发生的原因；通过实验使学生加深对医学影像物理学与电子学理论的理解。本实验课程与《医用物理与电子学》理论课程同步进行。实验成绩占本课程总成绩的20%。（二）实验内容在以下十一个实验中任选九个实验，实验共计36学时，每个实验4学时，实验题目如下：1．数字图像处理、获取与输出2．CT计算机模拟实验——图像重建3．CT计算机模拟实验——窗口技术4．CT计算机模拟实验——几种图像后处理技术比较5．磁共振6．B型超声诊断仪的基本原理及其声像图观察7．常用电子仪器的使用8．晶体管特性的测试9．单管放大器10．集成运算放大器11．集成门电路四、教学时数分配（一）理论课学时分配章节理论课内容学时《医用电子学》理论课学时分配第一章电路网络基础2第二章半导体器件4第三章基本放大电路4第四章集成运算放大器4第五章数字逻辑基础2第六章组合逻辑电路2第七章时序逻辑电路2《医学影像物理学》理论课学时分配第一章X射线物理6第二章X射线影像5第三章X射线计算机断层成像（X-CT）6第四章核磁共振现象4第五章磁共振成像2第六章放射性核显像3第七章超声物理4第八章超声波成像4总学时54（二）实验课学时分配序号实验课内容实验类型学时1数字图像获取、处理、输出验证性42CT计算机模拟实验——图像重建验证性43CT计算机模拟实验——窗口技术验证性44CT计算机模拟实验——几种图像后处理技术比较验证性45磁共振验证性46B型超声诊断仪的基本原理及其声像图观察综合性7常用电子仪器的使用验证性48晶体管特性的测试验证性49单管放大器综合性410集成运算放大器验证性411集成门电路验证性4总学时（在以上十一个实验中任选九个实验）36