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同能量X射线的衰减变化中更强烈地反映出来），及康普顿效应的产生在很大范围内与入射X射线的能量无关，可忽略不计的特点，将两种效应的信息进行分离，选择性去除骨或软组织的衰减信息，便可得到分离的软组织像或骨像。

2-18 图像储存和传输系统（PACS）主要功能包括

A．高质量、高速度、大容量地储存影像 B．高质量、高速度地传输影像

C．利用网络技术，实现影像资料共享 D．直接产生数字图像

答：图像储存和传输系统（PACS）是把医学影像学范畴的各种数字化信息施行存档、提取、处理和传输的计算机系统。

正确答案：A、B、C

第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）

3-1 普通X射线摄影像与X-CT图像最大不同之处是什么?

答：普通X射线摄影像是重叠的模拟像，而X-CT图像是数字化的断层图像。 3-2 何谓体层或断层? 何谓体素和像素? 在重建中二者有什么关系?

答：体层或断层是指在人体上欲重建CT像的薄层。

体素是人体中欲重建CT像断层上的小体积元，是人为划分的，是采集（或获取）成像参数（衰减系数值）的最小体积元（实际中是扫描野进行划分）；像素是构成图像的最小单元，是人为在重建平面上划分的，其数值是构成CT图像数据的最小单元。要注意的是CT图像的像素和工业上的像素不是同一个概念。

体素和像素的关系是二者一一对应。按重建的思想是体素的坐标位置和成像参数值被对应的像素表现（坐标位置对应、衰减系数值以灰度的形式显示在CT图像上）。 3-3 何谓扫描? 扫描有哪些方式? 何谓投影?

答：所谓扫描系指在CT的重建中使用的采集数据的物理技术，具体言之就是以不同的方式，沿不同的角度，按一顶的次序用X射线对受检体进行投照的过程称为扫描。

扫描方式从总体上说有平移扫描和旋转扫描两种。扫描的目的是为了采集足够的重建数据。

所谓投影的本意系指透射物体后的光投照在屏上所得之影。若物体完全透明，透射光强等于投照光强，则影是完全亮的；若物体半透明, 透射光强小于投照光强，则影是半明半暗；若物体完全不透明，透射光强等于零，则影是完全暗的。按此种考虑，所谓投影的本质就是透射光的强度。

对重建CT像过程中投影p的直接含义就是透射人体后的X射线强度，即书中X射线透射一串非均匀介质（或人体）后的出射X射线的强度In ，即p =In 。广义之，这个投影p又是由In 决定的书中表述的

?d?=p 。

ii3-4 请写出射线束透射下列非均匀介质后广义下的投影值（见书中习题3-4图）。

答案：(a)17；(b)

??i?1n?7i

3-5 何谓层厚? 它与哪些因素有关?

答：层厚的本意系指断层的厚度。对于传统CT和单螺旋CT通常层厚由X线束在扫描野中心处扫描断层的有效厚度决定，这个厚度一般用扫描野中心处层厚灵敏度曲线的半高宽表示。影响层厚的因素有准直器的准直孔径，检测器的有效受照宽度（尤其是MSCT），内插算法等。以横断面为例，凡是影响在断层内外沿人体长轴方向的X射线能量分布情况的因素都将影响层厚的有效厚度。 3-6 什么是重建中的反投影法？CT的重建中，为何要用滤波反投影法?

答：重建中的反投影法，系指把投影沿扫描路径的反方向将所得投影值反投回到各个体素中去的一种重建算法。反投影法又称总和法，它几乎是各CT生产厂家实际采用的唯一的算法。

为克服反投影法重建产生的边缘失锐伪像，所以要对投影进行滤波后再进行反投影，这样可以消除重建的边缘失锐伪像。

3-7 现有四体素阵列且在四个方向上的反投影值已填写在各个体素中，如图所示，试求四个体素的成像

参数μ的数值。

解：分三步 第一步求

和：

每个体素在全部各个方向上的反投影值分别求总和，分别为20、26、23、29；

第二步减基数：基数=成像参数总和=任一投影方向 (对本题而言或为0o,45o,或为90o,或诶135

o)上投影值总和，如下 基数=任一方向上投影值总和

6

=5+9=2+7+5=6+8=4+7+3=14

由各像素值总和20、26、23、29分别减基数14求得各体素为 6、12、9、15

第三步化简：把各体素值6、12、9、15化成相对最简数(用3约)。

20 26 减基数 6 12 2 4 求和 化简

3-8 何谓CT

23 29 9 15 3 5 值? 它与衰减系数μ的数值有什么关系? 答：按相对于水的衰减计算出来的衰减系数的相对值被称为CT值。国标对CT值的定义为：CT值是CT影像中每个像素所对应的物质对X射线线性平均衰减量大小的表示。实际中，均以水的衰减系数μw作为基准，若某种物质的平均衰减系数为μ，则其对应的CT值由下式给出

CT = k

???w?w

CT值的标尺按空气的CT值=-1000HU和水的CT值=0HU作为两个固定值标定,这样标定的根据是因空气和水的CT值几乎不受X线能量影响。CT值的单位为“亨，HU” ，规定μw为能量是73keV的X射线在水中

-1

的衰减系数，μw =19m。式中k称为分度因子，按CT值标尺，取k=1000，故实用的定义式应表为 CT =

???w?w×1000 HU

3-9 何谓准直器? 准直器有什么作用?

答：准直器系指在X-CT扫描中限定X线束的装置，用铅制成。如传统X-CT中准直器的准直通道可限定X线束的束宽和束高。准直器的基本作用有两条，一是限定并准直X线束，二是吸收散射线。 3-10 请你简述X-CT重建过程（以传统CT为例）。

答：一是划分体素和像素；二是扫描并采集足够的投影数据；三是采用一定的算法处理投影数据，求解出各体素的成像参数值（即衰减系数）获取μ分布，并转为对应的CT值分布；四是把CT值转为与体素对应的像素的灰度，即把CT值分布转为图像画面上的灰度分布，此灰度分布就是CT像。

3-11 何谓窗口技术? 什么叫窗宽? 窗宽取得宽或窄，对图像有什么影响?什么叫窗位? 窗位取得高或低，对图像有什么影响?

答：所谓窗口技术系指CT机放大或增强某段灰度范围内对比度的技术。把观察组织器官所对应的CT值范围确定为放大或增强的灰度范围，这个放大或增强的灰度范围叫做窗口。具体做法是：把放大或增强的灰度范围的上限以上增强为完全白，下限以下压缩为完全黑，结果就增强了观察灰度范围的对比度。

窗宽指窗口的数值范围，它等于放大或增强的灰度范围的上下限灰度值之差，用CT值表示则为：

窗宽=CTmax- CTmin ；

窗宽取得宽的优点是不易丢失图像数据，不丢失信息，表现在图像上就是不丢失结构（对应组织结构）；缺点是对比度差。

窗位指放大或增强的灰度范围的中心灰度值，用CT值表示则为： 窗位=

CTmax?CTmin2

窗位取得高或低（同窗位取得标准相比）都易是图像数据丢失，表现在图像上都是丢失图像解构，窗位取得高图像偏白，窗位取得低图像偏黑。

3-12 观察脑组织时，一般取窗宽为120HU，窗位为35HU，试估计脑组织的CT值范围。 解：由于 窗宽=CTmax- CTmin =120HU 窗位=

CTmax?CTmin2=35HU

可解得CTmax = 95 HU，CTmin =-25HU，可见脑组织的CT值范围约为-25HU～95 HU。

3-13 何谓对比度? 何谓对比度分辩力? 影响对比度分辩力的因素有哪些？如何用模体检测对比度分辩力?

答：所谓CT图像的对比度是CT图像表示不同物质密度差异、或对X射线透射度微小差异的量。表现在图像上像素间的对比度，是它们灰度间的黑白程度的对比。

对比度的定义如下

?=

a?b ×100% a?b对比度主要由物质间的密度差（或说不同物质对X射线衰减的差异）决定，但也与X射线的能量有关。

7

许多其它因素，对对比度也有影响，如噪声等就会使对比度降低。

所谓对比度分辩力也叫密度分辨力，它是CT像表现不同物质的密度差异（主要是针对生物体的组织器官及病变组织等而言），或对X射线透射度微小差异的能力。对比度分辨力通常用能分辨的最小对比度的数值表示。

可观察小对比度的组织是CT的优势，典型CT对比度分辨力为0.1%～1.0%，这比普通X射线摄影要高得多。由于衰减系数μ与X射线的能量有关，故对比度分辨力也与X射线的能量有关。对比度分辨力还受探测器噪声的影响，噪声越大，对比度分辨力越低、图像信噪比越低。窗宽和窗位的选择也影响对比度分辨。

对比度分辨力高是图像能清晰显示微细组织结构的一个重要参数保证。

检测CT机的对比度分辨力方法通常给低密度体模（图3-23）做CT，然后对试模的CT像进行主观的视觉评价。

3-14 何谓高对比度分辩力? 何谓低对比度分辩力?

答：当被分辨组织器官的较小结构或病灶的线度过小时，即使在满足对比度分辨力的条件下，该较小结构或病灶也未必能被分辨或识别出来。由此可见，CT机或CT像存在一个对物体线度大小的分辨能力问题。此分辨能力和对比度有关，在高对比度下，或说物体与周围环境的线性衰减系数差别较大的情况下，物体的线度不很大时，就可能被分辨或识别出来；在低对比度下，或说物体与周围环境的线性衰减系数差别较小的情况下，物体线度需较大些，物体才可能被分辨或识别出来。

按国家GB标准，高对比度分辨力的定义是：物体与匀质环境的X射线线性衰减系数差别的相对值大于10%时，CT机（从而也是CT图像）能分辨该物体的能力。高对比度分辨力的单位是mm或Lp/cm。

国家GB标准对低对比度分辨力的定义是：物体与匀质环境的X射线线性衰减系数差别的相对值小于1%时，CT机（从而也是图像）能分辨该物体的能力。 低对比度分辨力的单位是mm。 3-15 何谓空间分辩力? 影响空间分辩力的因素有哪些? 如何用模体检测空间分辩力?

答：空间分辨力系指CT像分辨两个距离很近的微小组织结构的能力，抽象地说就是CT图像分辨断层内两邻近点的能力。空间分辨力可用分辨距离（即能分辨的两个点间的最小距离）表示。显然，空间分辨力是从空间分布上表征图像分辨物体细节（微小结构）的能力。目前在这一方面，传统X-CT同某些其它影像相比并不占优势。以胸部检测为例，射线源焦点为1mm，焦距为1.8m时，X射线摄影的空间分辨距离为0.1～0.2mm，核素检测的γ照相为5～10mm，传统CT机的空间分辨距离介于上两者之间，约为1～2mm(这里指的是在断层表面上的空间分辨力，或称为横向空间分辨力)。

表现在断层表面上的空间分辨力，与表现在沿断层轴向上的空间分辨力(也称为纵向空间分辨力或长轴分辨力)不同。在沿断层轴向上的空间分辨力，主要由层厚决定。传统CT的纵向空间分辨力约为3～15mm,不如表现在体层表面上的横向空间分辨力；多层CT的纵向空间分辨力和横向空间分辨力接近, 如16层CT纵向约为0.6mm,横向约为0.5mm。

CT图像的空间分辨力主要取决于检测器有效受照宽度（传统CT与线束宽度相对应）和有效受照高度（传统CT与线束高度相对应）的大小，或者说取决于在检测器前方准直器的准直孔径。准直孔径的宽度和高度越小，检测器的有效受照宽度和高度就越小，则相应的空间分辨力就越高。检测器的有效受照宽度基本上决定了在体层表面上的空间分辨力；而检测器的有效受照高度基本上决定了层厚，也就是基本上决定了沿体层轴向上的长轴分辨力，或纵向分辨力。

重建算法对空间分辨力也有影响，选用不同的算法将得到不同分辨力的图像质量。 图像矩阵对空间分辨力的影响是，图像矩阵越大，分辨力越高。这是因图像矩阵是由组成图像的像素组成，像素越多（即划分的像素越小）图像就应越细腻。

表现在图像上的对比度也影响图像的空间分辨力，当邻近的两个微小结构对比度过低时，既使满足空间分辨力，也会因两个邻近微小组织结构的低对比度而造成不可分辩。所以，只有同时具有高的对比度分辩力和高的空间分辩力，图像才能清晰显示微细组织结构。

检测CT机空间分辨力的方法通常用高密度模体（图3-24）做CT，然后对模体的CT像进行主观的视觉评价。

3-16 图像噪声有哪些? 如何定量估计图像噪声?

答：图像噪声有量子噪声，还有电子测量系统工作状态的随机变化而产生的热噪声，以及重建算法等所造成的噪声。这些噪声随机不均匀分布在图像上的反应或表现，统称为图像噪声。噪声会使得匀质体CT像上各像点的CT值不相同。噪声的存在表现在CT值的统计涨落上。

增大X射线的剂量可以减小图像噪声。

图像噪声可以用像素CT值的标准偏差?来表示或估计

2?=

?(CTi?CT)n?1

CT图像的噪声量可用扫描水模的方法来测定，然后用观察感兴趣部分的图像处理技术显示该部分CT值的标准偏差。如在书中图3-25所示的扫描水模所得体素数字矩阵中，CT值的标准偏差可求得为?=1.72HU，以此来估计CT值在平均值上下的起伏程度，并以此来估计图像的噪声量。 3-17 已知有16阵列的各像素CT值如图，试估计图像噪声水平。

8

习

解：提示用像素CT值的标准偏差?来

题3-17图 表示或估计

?=

(CTi?CT)2?n?1

求得平均值CT=0.31HU ；?=

(CTi?CT)2?n?1?1.00HU

3-18 X射线剂量和图像噪声之间有什么关系?

答：增大X射线的剂量可以减小图像噪声。 3-19 何谓图像均匀度? 如何估计图像均匀度?

答：均匀度或均匀性，是描述在断面不同位置上的同一种组织成像时，是否具有同一个平均CT值的量。国标对均匀度的定义是：在扫描野中，匀质体各局部在CT图像上显示出的CT值的一致性。由图像噪声的讨论可知，匀质体在其CT像上各处的CT值，表现出事实上的不一致。此种不一致表现在图像上各局部区域内的平均CT值上，也将是不一致的。这不一致之间究竟有多大的偏离程度，可由均匀性定量给出。偏离程度越大，均匀性越差；偏离程度越小，则均匀性越好。可见，均匀性在进行图像的定量评价时具有特殊意义。

按国家GB标准规定，每月都要对CT像均匀性的稳定性指标做检测。检测方法是：配置匀质（水或线性衰减系数与水接近的其它均匀物质）圆柱形试模（仲裁时用水模）；使模体圆柱轴线与扫描层面垂直，并处于扫描野的中心；采用头部和体部扫描条件分别进行扫描，获取模体CT像；在图像中心处取一大于100个像素点并小于图像面积10％的区域，测出此区域内的平均CT值和噪声；然后在相当于钟表时针3、6、9、12时，并距模体边缘lcm处的四个位置上取面积同于前述规定的面积区域，分别测出四个区域的平均CT值，其中与中心区域平均CT值差别最大的，其差值用来表示图像的均匀性。 3-20 螺旋扫描同传统扫描有何不同?

答：与传统CT第一个不同点是螺旋CT对X射线管的供电方式。螺旋CT因采用了滑环技术，对X射线管供电方式采用的是：电刷与滑环平行，作可滑动的接触式连接，不再使用电缆线供电。

第二个不同点是与传统CT的扫描方式不同。螺旋CT采集数据的扫描方式是X射线管由传统CT的往复旋转运动改为向一个方向围绕受检体连续旋转扫描，受检体（检查床）同时向一个方向连续匀速移动通过扫描野，因此，X射线管相对于受检体的运动在受检体的外周划过一圆柱面螺旋线形轨迹。扫描过程中没有扫描的暂停时间（X射线管复位花费的时间），可进行连续的动态扫描，故解决了传统扫描时的层隔问题。其优点主要有二，一是提高了扫描速度，单次屏气就可以完成整个检查部位的扫描，且减少了运动伪像；二是由于可以进行薄层扫描，且在断层与断层之间没有采集数据上的遗漏，所以可提供容积数据，由此可使在重建中有许多新的选择，如三维重建、各种方式各个角度的重建、各种回顾性重建等。 3-21 何谓螺旋数据? 何谓螺旋插值? MSCT为什么要进行螺旋插值? 螺旋内插方式有哪些?

答：螺旋CT扫描采集数据的过程中因受检体随扫描床的不断移动，故使采集到的数据不是取自对同一断层扫描的采集结果，这些不是取自同一断层的采样数据称为螺旋数据。

在螺旋CT的重建中，必须安排螺旋圈间采样数据的内插，用以合成平面(即同一断层内的)采样数据，以补充欲重建图像所对应的同一断层内的采样值。 所以要这样做的原因是：由传统的重建理论知，为重建一幅断层图像而使用的采样数据, 必须是取自对同一断层扫描的结果（传统CT的采集数据就是对同一断层扫描获取的，并据此重建一幅断层图像）；而螺旋CT扫描采集数据的过程中因受检体随扫描床的不断移动，故使采集到的数据不是取自对同一断层扫描的螺旋数据，见书中图3-28所示：传统CT对同一断层扫描的数据采集点和螺旋CT扫描的数据采集点示意图，传统CT的数据采集点在同一断层内，螺旋CT扫描数据采集点的空间位置不断离开起始点所在的断层。

为了得到同一断层的数据并据此来重建一幅断层图像，就必须根据不是取自同一断层的螺旋实测采样值，通过某种计算即所谓的内插算法来获取重建所需要的属于同一断层内的采样数据（即这些为了重建同一断层图像所需要的采样数据, 并非象传统CT那样是由真实的扫描过程所采集到的，而是通过插值算法求出来的）。

螺旋内插分为线性内插和非线性内插。线性内插分为360°线性内插和称为标准型的180°线性内插。非线性内插有清晰内插和超清晰内插等。最常用的是180°线性内插。完成螺旋插值运算功能的部件叫螺旋内插器。

3-22 单层螺旋CT与多层螺旋CT扫描使用的X线束有何不同?

答：在传统CT和单层螺旋CT的扫描中，因只有一排检测器采集数据（接收信号），故通过准直器后的X线束为薄扇形束即可，且线束宽度近似等于层厚。而在MSCT的数据采集中，在长轴方向上有多排检测器

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排列采集数据（接收信号），故X射线束沿长轴方向的总宽度应大于等于数排检测器沿长轴方向的宽度总和才行。所以，MSCT扫描中被利用的X线束形状应是以X射线管为顶点（射出X线之处，称为焦点）的四棱锥形，这样的X线束才能同时覆盖多排检测器（实际使用时不一定要全覆盖）。称这样的X线束称为“小孔束”或厚扇形束。

3-23 何谓容积数据? 多层螺旋CT的重建主要优点有哪些?

答：所谓容积数据系指三维分布的数据。由于容积数据的获取，使得在此基础上的重建有了许多新的优点，这些优点也表现为多层CT优点。

MSCT的最大优势首先是实现了重建的各向同性（16层以上CT），如长轴分辩率和横向分辩率几乎完全相同，并且都很高（如16层CT纵向分辩率为0.6mm,横向为0.5mm）；第二是大大地提高了检查速度（16层CT被称为亚秒级扫描CT,其单圈扫描的时间可短到半秒），这些优点为动态器官重建及加快临床检查奠定基础；第三是为各种回顾性重建及三维重建的高质量提供保证。

第四章 核磁共振现象

4-1 具有自旋的原子核置于外磁场中为什么会发生自旋或角动量旋进？

答：具有自旋的原子核置于外磁场中，其自旋角动量受到一个与之垂直的力矩的作用，所以自旋或角动量就产生旋进。

4-2 当一质子处于磁场B0中时，如果增加此磁场的强度，则其旋进频率将 A．减小 B．增加 C．不发生变化 D．依赖于其它条件

答：因为旋进频率?N正确答案：B

4-3 T1、T2是核磁共振成像中的两个驰豫时间常数，以下叙述哪个正确？

A．T1、T2都是横向驰豫时间常数 B．T1、T2都是纵向驰豫时间常数

C．T1是横向驰豫时间常数、T2是纵向驰豫时间常数 D．T2是横向驰豫时间常数、T1是纵向驰豫时间常数

答：核磁共振成像中的通常用T2表示横向驰豫时间常数、用T1表示纵向驰豫时间。 正确答案：D

4-4 磁场B0中，处于热平衡状态的H核从外界吸收了能量，则其旋进角_________；反之，如果向外界

1

??I?B0，如果增加此磁场的强度，则其旋进频率将将增加。

?放出能量，则其旋进角__________。

答：磁矩在磁场中会得到能量，获得的能量的大小，与磁矩同磁场的夹角?有关，当夹角增大时，磁矩系统能量增加。反之，当夹角减小时，磁矩系统能量减小，向外界放出能量。所以第一个空填“增加”，第二个空填“减小”。 4-5 判断正误

1．核磁共振成像中驰豫过程是磁化矢量受激翻倒的过程

2．核磁共振成像中驰豫过程是磁化矢量受激翻倒的过程的逆过程

3．核磁共振成像中驰豫过程是射频脉冲过后，组织中的质子先进行T1驰豫，再进行T2驰豫的过程 4．核磁共振成像中驰豫过程是磁化量的x轴分量和y轴分量消失，z轴分量向自旋系统的热平衡状态恢复的过程

答：射频脉冲结束之后，核磁矩解脱了射频场的影响，而只受到主磁场B0的作用，进行“自由旋进”。所有核磁矩力图恢复到原来的热平衡状态。这一从“不平衡”状态恢复到平衡状态的过程，称为弛豫过程。可见，驰豫过程是射频脉冲过后，组织中的质子同时进行T1驰豫，和T2驰豫。即是磁化量的x轴分量和y轴分量消失，z轴分量向自旋系统的热平衡状态恢复的过程。所以选项1、2、3错，选项4正确。 4-6 具有自旋角动量的H核在外磁场B0中旋进时，其自旋角动量

1

?A．不发生变化 B．大小不变，方向改变 C．大小改变，方向不变 D．大小改变，方向也改变 答：可用两种方法分析自旋角动量旋进的情况 1．用质点的圆周运动引出体系发生纯旋进

质点要作圆周运动：在平动中，当外力F与质点的运动速度v（或动量mv）始终保持垂直时，质点要作圆周运动，即质点的运动速度大小不变，而速度方向连续发生改变。

体系发生纯旋进：若作转动的体系所受的外力矩T与体系的角动量L始终垂直时，体系将发生纯旋进，

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?????