遥感教程简介-第2部分第26C页¶
By use of instruments that move into different directions from which to examine the body, which may also move systematically, the resulting images will form a sequence of slices that can (using the computer to integrate the image set into an assemblage of successive views) produce a three-dimensional reconstruction of the segment of the body being diagnosed. This 3-D capability is a principal output of the process called tomography. Individual slices (cross-sections) are an alternate product. X-ray based tomographic imagery is the outcome of a CAT Scan which today is a widely used means of imaging primarily the body's soft parts. Nuclear Magnetic Resonance Imaging uses a different approach that combines magnetic fields and radio waves to excite hydrogen nuclei in parts of the body to generate images of organs, and vascular and neurological systems through variations in intensity and location of induced emitted radio signals.
一般术语 断层扫描 是指“映射”物体的三维特征；在这个定义中隐含的是计算机程序通过对传感器或其他测量设备获得的数据进行数学分析来协助这个过程的作用。因此，这一概念表示，通过使用计算机协调从这些特征接收到的信号，从不同方向到达探测器，从而获得各种不同特征的聚焦图像，如人体器官和地质结构，这些特征隐藏在直接的视野中；一系列这些图像，以及S平行切片，允许计算和显示特征的三维重建。术语“断层摄影术”的希腊根源是“断层摄影术”（切割行为）和“笔迹摄影术”（图像）。
断层摄影术的两个常见用途是：1）医学成像断层摄影术；2）地球物理断层摄影术（本引言前面提到）。首先，术语“CT”（计算机断层扫描）和“CAT”（计算机轴向断层扫描；也用于：计算机辅助断层扫描）是指当使用X射线生成检查“目标”的方法时所涉及的方法。（同样常用的还有一个过程内涵：“catscan”。）当涉及到其他形式的辐射或波时，应用专门术语，如“pet”或“spect”，这是发射地形图中的两种技术（其中一些由信号载体的性质定义）。因此，层析成像技术还有许多其他的专门用途，如磁共振成像（MRI）、光学层析成像、声学层析成像和合成孔径雷达（SAR）处理。作为一个旁白，我们现在展示了一个地球物理层析成像应用的例子——特别是地震层析成像——其中，从地震折射数据中重建了日本南部进入千岛群岛的俯冲带的表面。
对深入理解断层摄影术很重要的是基本的物理和数学运算，它们与 信号处理 . 这个复杂的主题在这里不会被处理（对互联网的广泛搜索没有找到一个好的综述）；一些类型的断层摄影术固有的概念，如图像形成、波变换、干涉测量和快速傅立叶变换。
三个涵盖cat一些一般方面的互联网站点位于： (1) ， (2) 和 (3) .
我们将通过回顾典型的Catscan是如何进行的来解释操作原理。一般来说，这种和其他医学层析方法的优势在于改进了人类和其他哺乳动物各种软组织器官的描绘和分化。因此，这种模式下的X射线通常能够离散地分离这些器官，特别是在使用吸收化学物质（如钡化合物）或染料时。我们首先在检查室中展示典型的CAT扫描仪：
这个 操作方法 图中显示了CAT扫描仪的功能：
患者被放置在X射线源和排列成圆弧的探测器阵列之间。X射线通过一个长狭缝进行准直（缩小到某个特定角度宽度的光束），该狭缝将X射线聚焦成一个平面光束，并扩散到特定角度。在X射线源处于某个位置的任何时刻，它都会产生一个“切片”（类似于横截面）图像，表示探测器阵列中信号的扫描。X射线管和探测器作为一个整体在患者周围360°旋转，从而提供一系列图像，每个图像都由身体的某个角度的视图组成。这种多重查看提供了额外的信息，可以改善被检查器官之间的图像对比度，从而更好地定义它们。完成该切片的扫描后，该单元可向前或向后移动，平行于身体的长度（或身体的一部分），因此当该人被放置在水平桌上时，该单元的名称为“轴向”。这种轴向和旋转组合运动的结果是由密集螺旋环描述的扫描轨迹。计算机被编程处理扫描操作，数字化信号，并将连续切片组装成三维合成图像。
由于CAT扫描仪仍然是对身体内部成像的主要诊断工具，并且它说明了断层扫描仪的基本配置，因此我们展示了一个更详细地描述系统主要组件的剖面图：
作为对单张图像外观的介绍，这里是通过人脑的横轴切面的视图。
图像中的灰度级别可以指定颜色-这通常会提高图像对比度的差异，这有助于识别异常：
接下来的三幅图像是从102个人脑切片的矢状（侧）视图中拍摄的。所有这些切片都可以集成到头部的三维描绘中。
|切片31；头部左侧。切片55，靠近头部中心。切片86；头部右侧。γ
这是两个穿过头部的横轴切片。右图显示了这个水平的正常大脑；左图显示的差异被解释为阿尔茨海默病的迹象：
下一张图片显示胸部的切片，其中肺部呈黑色，右肺（图片左侧，底部有主干）有一个较浅的斑点，显示一个癌（肺癌）：
沿着身体向下移动，这个切片显示心脏和上小肠之间的一些器官。主干位于底部中心。胰腺上有一个肿瘤。
现在，让我们展示一个彩色的3-D人体肾脏图像，该图像是通过将人体该部位的多个切片组合而成的（在计算机处理过程中，其他器官被屏蔽以隔离肾脏）。
|人体肾脏的三维再现。γ
作者（NMS）在浏览互联网时发现的最引人注目的图像之一是由iMatron的超快图像生成的，该图像寻求对这些医学成像页面的输入。 Electron Beam CT Scanner （电子制动控制模块）。在这种变体中，4个呈弧形排列的钨靶延伸超过270°，被产生X射线的高强度电子束扫过；因此患者周围的环或“甜甜圈”不会移动。这种结构使得全身扫描的速度更快，从而减少了暴露在X射线下的程度。以下是不带护套的扫描仪的视图：
下面是这台扫描仪拍摄的上述彩色三维图像，显示了一名人体患者从颈部到骨盆的内部器官。
这张图片是一位68岁女性心脏病（白色斑点是钙化的动脉血管）的EBCT切片的一个例子。
CAT扫描已经被用于考古研究，特别是那些通常不取下包装的木乃伊。已创建了全身的三维图像。这是一张保存在秘鲁的印加儿童猫的图片：
通过猫扫描对木乃伊或其他保存下来的古代个体进行检查，可以发现一些不寻常的东西，比如胃的内容物（在“冰人”中）或死亡原因的证据。这幅埃及木乃伊头骨的图像显示头部受到打击可能是法医学上的迹象：
CT扫描仪在机场候机厅的入口处得到了广泛的应用。事实证明，他们擅长检查行李中可能存在安全风险的物品。这是一个典型的扫描站，航空旅客熟悉：
我们现在转向许多大医院和诊断中心常规使用的另一种主要成像技术：磁共振成像（MRI）。一般来说，核磁共振成像提供了更多的图像细节，但操作成本往往更高（必须小心保护周围环境免受强磁场的影响）。
核磁共振（NMR）是核磁共振的基础，其理论是相当深奥和复杂的。对于感兴趣的读者，我们提供这些指向教程的Internet链接： Lawrence Berkeley Laboratory ； HowStuff Works ；和 MRI Tutor . 更广泛的技术审查由 Dr. Joseph Hornack 罗切斯特理工学院。前三个是用来作为信息来源准备这个简短的概要如何MRI工作。
这种方法的基础是某些元素的原子核在强恒磁场加上叠加的可变磁场作用下的行为，然后被频率的无线电波进一步修正，使这些原子核进入共振状态。氢是磁共振成像研究的常见元素，但碳、磷和其他一些元素也能对这个过程作出反应。在这种元素中，每个原子的原子核都绕着旋转轴旋转。处于正常状态的氢原子（约占物体软材料的60%）的各个轴（自旋矢量）在空间上随机定向。但是，当受到保持恒定（静态）的强外部磁场（b:sub:0）时，含氢材料（如人体组织）被认为是在某种程度上被磁化的。氢原子核（单个未配对质子）表现为一个“微小的磁铁”，其轴倾向于与磁共振仪器的关键部件磁铁产生的磁力线平行；其旋转轴也会围绕外磁场的方向前进（摆动）。像指南针一样，这种氢“磁铁”也可以被认为是偶极，其磁矩的末端是“北”（平行于外磁场）和“南”（反平行）。从统计上讲，当氢质子这样排列时，在一个方向上的取向与相反方向上的取向（极性方面）差不多相同，因此，从净磁化的角度来看，这种组合几乎会被取消。不会有一个精确的平衡，因此一些原子（比如说，人体软组织中数十亿个原子中的一些）将保持在自由磁状态，允许通过微小的变化磁场和无线电波进行操纵。
因此，当辅助梯度磁体（磁场强度比主磁体弱得多）的交变磁场叠加在氢组合上时，剩下的（不平衡的）氢质子将达到一个新的磁场状态（b:sub:1），它们将经历新的磁场状态。自旋矢量方向、进动角的变化（章动）和振荡，包括特征共振频率，其值在兆赫范围内（在电磁频谱的无线电波段内）。一个单独的单元，即线圈，它以脉冲/秒的形式产生无线电波，可以调谐到适当的共振频率，产生一种条件，在这种条件下，质子吸收一定量的能量（共振能量），因此当它们获得一个新的自旋态时，会被激发到一个更高的能量状态。ATE和磁场强度B1 . 当交变磁场被关闭时，质子恢复到其较低的能量状态（称为弛豫），在电磁频谱的无线电波区域发出信号，可被MRI装置中的无线电接收器检测到。从B开始1 磁场反复地关闭和打开，它产生一个时变磁场，起到电磁波的作用。如果B1 调整波频率以匹配B中的质子进动频率。0 状态（由主磁体施加），现在受梯度磁体影响的氢系统被称为 共振 . （有几个因素控制特定的共振频率值，包括静磁场强度b的大小0 通过电子和计算机处理（使用复杂的控制程序，包括断层切片的构建），这些变化的（强度）信号被用来构建受磁共振影响的各种不同空间器官和组织的图像。
下面是一张MRI扫描仪的照片，其外观类似于某些CAT扫描仪：
该示意图描述了MRI装置的功能配置：
室的外部（近表面）部分，通过逐步插入将患者移入其中，以产生断层摄影。 [3-D] 扫描体段，包含主磁铁。今天，大多数这样的磁铁都是过冷（约6°K）和超导的，产生非常强的B。0 磁场；也可以使用永磁体和电阻磁体，但它们的磁场强度更为有限。这些强度在0.8到4.0 t（特斯拉；1 t=10000高斯）之间。 [相比之下，地球的弱得多磁场为~0.5高斯。] ）主磁铁的力线被配置成平行于腔轴通过（从而跟随患者身体的长度）。腔筒内还装有梯度磁铁和射频信号发生器。这个信号被发送到身体，一个返回信号被收集和处理，形成黑白图像（颜色可以被分配到灰度间隔），在监视器上看到和/或以数字方式存储用于分析和硬拷贝。
与大多数计算机辅助断层扫描图像相比，核磁共振成像的图像更为详细，对比度也更高，特别适合显示软组织器官及其疾病，但也可以对骨骼进行成像。让我们来研究一些有代表性的例子。首先是一个人的头部视图，显示出一些大脑结构：
下一组图像分别是一个病人大脑的切片，将一个年轻人（左）和一个80多岁（中）的运动型男性以及一个同龄患有阿尔茨海默病（右）的人进行比较，所有图像都在同一水平上：
接下来，注意女性大脑中的肿瘤生长，从侧面观察：
染料和化学物质经常被引入病人的系统，以帮助加强对比。通常使用含有钆元素的化合物。这是一张让化学示踪剂进入大脑后在大脑中形成脉络的照片：
使用染料进行类似的对比度增强，可以明显看出心脏和动脉及静脉的这一观点：
这张核磁共振图像显示了上身的一些内部器官：
现在，我们在侧视图中呈现上半身的另一个图像，其中脊椎骨是本次MRI扫描的目标：
说到骨头，请注意这个人手腕的核磁共振成像中摔断的碎片：
我们结束了对磁共振成像的研究，展示了一个简单地（没有我们的评论）指出做磁共振波谱分析是可能的；大脑中的各种化合物在网络源中没有被识别出来。
在这篇医学影像学评论的最后一页，我们将介绍其他的方法，其中一些方法在整个健康维护行业中是常规使用的，而其他的方法则局限于更大的机构（医院等），这些机构能够负担得起购买和操作特殊物品的高成本。涉及的设备。