成像模式与物理学
成像模式与物理学是放射解剖学领域的一个分支，关注于产生活体横断面和投影图像的物理原理，以及成像模式的选择如何影响所能观察到的解剖信息。它涵盖了电离辐射成像模式（X射线摄影、荧光透视、计算机断层扫描、核医学）、磁共振成像和超声，每种模式都通过不同的物理信号来探测组织。
Definition
诊断成像包括通过检测物理探针（X射线、核自旋的射频信号、高频声波或示踪剂发出的辐射）与组织相互作用来生成内部身体结构可视化图像的技术。
Scope
该领域旨在引导读者了解用于显示解剖结构的诊断成像系列：每种模式如何产生对比度，它映射了什么物理量，以及空间分辨率、组织对比度、采集时间与患者暴露之间的权衡。它将这些成像模式视为可视化正常和变异解剖结构的工具，而非临床决策手册。
Sub-topics
Core questions
- 每种成像模式检测何种物理信号，该信号映射何种组织特性？
- 不同成像模式在空间分辨率、对比度、采集速度和辐射暴露之间如何权衡？
- 哪种成像模式最能显示特定的解剖结构或组织类型？
- 图像强度如何校准，以使不同扫描仪和中心之间的测量结果具有可比性？
Key concepts
- 图像对比度及其物理来源
- 空间和时间分辨率
- 信噪比
- 电离辐射与非电离辐射
- 衰减与亨斯菲尔德标度
- 组织弛豫与声阻抗
- 定量成像与标准化
Mechanisms
每种成像模式都映射一种独特的物理相互作用。X射线摄影和计算机断层扫描测量X射线通过组织时的差异衰减，其中CT重建了以亨斯菲尔德单位（Hounsfield, 1973）表示的衰减横断面图。磁共振成像编码了氢原子核的空间分辨核磁共振信号，利用质子密度和弛豫时间的差异（Lauterbur, 1973）。超声通过声阻抗界面处的高频声波回声形成图像。核医学和PET映射的是所施用放射性示踪剂的分布，而非直接映射解剖结构。由于对比度来源于不同的物理特性，这些成像模式是互补的，许多物理基础已在标准医学物理学著作中总结（Bushberg et al., 2012）。
Clinical relevance
理解成像模式物理学是放射学解读正常解剖结构及其变异的基础，因为同一结构根据所检测信号的不同而呈现出不同的外观。对电离辐射暴露的认识，特别是来自计算机断层扫描的暴露，有助于指导成像作为一种人群资源的使用方式（Brenner & Hall, 2007）。本条目描述了解剖图像是如何生成的，并非个体诊断或治疗决策的依据。
Epidemiology
计算机断层扫描尤其已成为许多医疗系统中医疗辐射暴露的一个主要且不断增长的来源，这促使人们关注其合理性论证和剂量优化（Brenner & Hall, 2007）。定量成像——将图像衍生的测量结果视为生物标志物——促使制定了正式的计量标准，以便不同设备和不同时间的数据具有可比性（Sullivan et al., 2015）。
History
投影X射线摄影是在伦琴于1895年发现X射线之后出现的，并在数十年间主导了解剖成像。横断面成像随着亨斯菲尔德在1973年对计算机断层扫描的描述而出现，同年劳特伯尔展示了空间分辨核磁共振可以形成图像，从而创立了磁共振成像。超声和核医学成像在同一时期成熟，随后的几十年增加了定量和标准化成像，并被计量指南所规范（Sullivan et al., 2015）。
Key figures
- Godfrey Hounsfield
- Paul Lauterbur
- Allan Cormack
- Peter Mansfield
Related topics
Seminal works
- hounsfield-1973
- lauterbur-1973
Frequently asked questions
- 各种成像模式之间有何区别？
- 每种模式检测不同的物理信号：X射线衰减（X射线摄影、荧光透视、CT）、氢原子核的磁共振信号（MRI）、反射的高频声波（超声）或示踪剂发出的辐射（核医学和PET）。信号决定了映射何种组织特性，从而决定了所见的对比度。
- 哪些成像模式使用电离辐射？
- X射线摄影、荧光透视、计算机断层扫描和核医学（包括PET）使用电离辐射，而磁共振成像和超声不使用。