医学影像学基础201359科室讲课课件

医学影像学基础 杨峻山杨峻山 何谓何谓医学影像学医学影像学？ 医学影像学是在放射诊断学基础上发展起来的，医学影像学是在放射诊断学基础上发展起来的， 除传统除传统X X线检查法外，尚包括线检查法外，尚包括CTCT、MRIMRI、DSADSA、 ECTECT、B B超和热像图等成像技术在内的超和热像图等成像技术在内的影像诊断影像诊断 学学和和介入放射学介入放射学。 1895 1895年德国的物理学家伦琴发现了年德国的物理学家伦琴发现了 x x线线 ； 二十世纪二十世纪50605060年代超声与核素扫描应用；年代超声与核素扫描应用； 7070年代介入放射学迅速发展；年代介入放射学迅速发展； 7070和和8080年代相继出现了年代相继出现了CTCT、MRIMRI、ECTECT （包括（包括SPECTSPECT和和PETPET） 学习医学影像诊断学应注意以下几点： 1 1、了解不同成像技术的基本成像原理及其图像特了解不同成像技术的基本成像原理及其图像特 点，由影像表现推测其组织性质；点，由影像表现推测其组织性质； X X线与线与CTCT的成像基础是靠相邻组织间的密度差别，的成像基础是靠相邻组织间的密度差别， 黑、白灰度所反映的是对黑、白灰度所反映的是对X X线吸收值的不同；而线吸收值的不同；而 MRIMRI的成像基础是靠组织间的的成像基础是靠组织间的MRMR信号不同，黑、白信号不同，黑、白 灰度所映的是代表弛豫时间长短的信号强度。灰度所映的是代表弛豫时间长短的信号强度。 2 2、熟悉器官结构正常和异常影像表现，了解异常、熟悉器官结构正常和异常影像表现，了解异常 表现的病理基础；表现的病理基础； 3 3、了解不同成像技术在不同疾病诊断中的作用与、了解不同成像技术在不同疾病诊断中的作用与 限度，能恰当选择一种或综合应用几种成像手限度，能恰当选择一种或综合应用几种成像手 段和检查方法，来进行诊断；段和检查方法，来进行诊断； 4 4、在进行诊断时，、在进行诊断时，必须必须密切结合临床资料（病史密切结合临床资料（病史 、体检和实验室检查），、体检和实验室检查），才能作出正确诊断，因才能作出正确诊断，因 为影像诊断的确立是根椐影像表现推论出来的，为影像诊断的确立是根椐影像表现推论出来的， 并未直接看到病变，诊断结果有时与病理不符合并未直接看到病变，诊断结果有时与病理不符合 ，这是，这是影像诊断的限度影像诊断的限度。 第一章 X 线 成 像 一、一、 X X线的产生线的产生： X X线是真空管内高速行进线是真空管内高速行进 的电子流轰击钨靶时产的电子流轰击钨靶时产 生的。生的。 二、二、什么是什么是X X线线： X X线是一种放射能，是一线是一种放射能，是一 种波长很短的种波长很短的电磁波电磁波。 三、三、X X线的特性：线的特性： . . 穿透性穿透性： 光是电磁波，有穿透性，而光是电磁波，有穿透性，而X X线能穿透普通光线不线能穿透普通光线不 能穿的物质，在穿透过程中，被穿透的物质所吸收，能穿的物质，在穿透过程中，被穿透的物质所吸收， X X线的波长比可见光的波长要短得多，肉眼不可见，线的波长比可见光的波长要短得多，肉眼不可见， 波长越短，穿透力越强。波长越短，穿透力越强。 X X线穿透性是线穿透性是X X线成像的基线成像的基 础。础。 . . 荧光作用荧光作用： 又称荧光效应，荧光物质：钨酸钙、硫化锌镉等。又称荧光效应，荧光物质：钨酸钙、硫化锌镉等。 X X线投照在荧光物质上将线投照在荧光物质上将X X线转变为可见光。即放射线转变为可见光。即放射 能作用于荧光物质使荧光物质转变为可见光能作用于荧光物质使荧光物质转变为可见光荧光。荧光。 荧光效应是进行透视检查的基础。荧光效应是进行透视检查的基础。 . .感光效应感光效应： 线作用于涂有乳剂溴化银的胶片、使之感光线作用于涂有乳剂溴化银的胶片、使之感光 产生潜影，经显、定影处理后，感光的溴化银中的产生潜影，经显、定影处理后，感光的溴化银中的 AgAg + + 被还原成金属（被还原成金属（AgAg），在胶片上呈黑色，照片上），在胶片上呈黑色，照片上 黑的地方银离子多，白地地方银离子少，使胶片变黑的地方银离子多，白地地方银离子少，使胶片变 成具有黑白对比的图像。成具有黑白对比的图像。感光效应是摄影的基础。感光效应是摄影的基础。 电离作用：电离作用： X X线穿透任何物质都可以使该物质产生电离（穿透线穿透任何物质都可以使该物质产生电离（穿透 空气和水均可产生电离），进入人体也产生电离作空气和水均可产生电离），进入人体也产生电离作 用，使人体产生生物学方面的改变，即生物效应，用，使人体产生生物学方面的改变，即生物效应， 用于：用于：a.a.检查防护情况；检查防护情况；b.b.生物效应：是放射防护生物效应：是放射防护 学和放射治疗学的基础。学和放射治疗学的基础。 四、四、X X线成像原理线成像原理 1 1、X X线具有一定的穿透力，能穿透人体的组织结构线具有一定的穿透力，能穿透人体的组织结构 2 2、人体组织存在密度和厚度的差别、人体组织存在密度和厚度的差别 3 3、穿过人体组织后剩余、穿过人体组织后剩余X X线的差别利用线的差别利用X X线的荧光效线的荧光效 应和摄影效应而显示成像应和摄影效应而显示成像 自然对比：自然对比： 利用人体组织和器官本身密度的差异来形成对比清利用人体组织和器官本身密度的差异来形成对比清 楚的影像者，称为自然对比。人体组织结构密度可楚的影像者，称为自然对比。人体组织结构密度可 分为：分为： 高高 密密 度度：骨组织、：骨组织、 钙化；钙化；-白色白色 中等中等密度密度：软骨、肌肉、实质器官、神经、结缔组织和：软骨、肌肉、实质器官、神经、结缔组织和 体液等；体液等；灰白色灰白色 低低 密密 度度 ： 脂肪及气体。脂肪及气体。黑色黑色 人工对比：人工对比： 当人体内缺乏自然对比时，尤其是中等密度的组当人体内缺乏自然对比时，尤其是中等密度的组 织或器官，可以用人为的方法引入一定量的在密织或器官，可以用人为的方法引入一定量的在密 度上高于或低于它的物质，使之产生对比显示解度上高于或低于它的物质，使之产生对比显示解 剖结构称为人工对比，亦称造影检查。剖结构称为人工对比，亦称造影检查。 人工对比可使用：人工对比可使用： 阳性阳性对比剂：如钡剂、碘剂；对比剂：如钡剂、碘剂； 阴性阴性对比剂：如空气等；对比剂：如空气等； 五、五、X X线成像设备：线成像设备： X X线机包括线机包括X X线管与支架、变压器、操作台、检查床线管与支架、变压器、操作台、检查床 和影像增强电视系统和影像增强电视系统 X 线 机 六、六、X X线图像特点：线图像特点： 1 1、 X X线图像由自黑到白不同灰度的影像组成，属于灰度成线图像由自黑到白不同灰度的影像组成，属于灰度成 像。是以密度来反映人体组织结构的解剖和病理状态。像。是以密度来反映人体组织结构的解剖和病理状态。 2 2、 低密度低密度黑影；中等密度黑影；中等密度灰影；高密度灰影；高密度白影。白影。 3 3、 X X线图像是重叠图像，有一定程度的失真。线图像是重叠图像，有一定程度的失真。 七、七、X X线检查技术：线检查技术： 分为普通检查，特殊检查和造影检查三类分为普通检查，特殊检查和造影检查三类 1 1普通检查普通检查： 、透视：透视： a a、优点：便宜；方便；能动态观察人体器官的运动情况，、优点：便宜；方便；能动态观察人体器官的运动情况， 可转动病人多方位的观察病变形态。可转动病人多方位的观察病变形态。 b b缺点：清晰度较平片差，不能显示微细结构；不能留缺点：清晰度较平片差，不能显示微细结构；不能留 下永久性资料，不便复查。下永久性资料，不便复查。 、摄片：、摄片： 2 2特殊检查：特殊检查： 3 3造影检查：造影检查： 直接引入法：直接引入法： 通过人体自然存在的通道将造影剂直接引入器官内或穿通过人体自然存在的通道将造影剂直接引入器官内或穿 刺注入，如胃肠道造影、支气管造影、逆行插管造影、刺注入，如胃肠道造影、支气管造影、逆行插管造影、 子宫输卵管造影等。子宫输卵管造影等。 间接引入法：间接引入法： 吸收性：淋巴管造影等吸收性：淋巴管造影等 排泄性：排泄性：ivpivp、口服及口服及V V胆道造影等胆道造影等 八、八、X X线分析与诊断线分析与诊断 （一）、原则：（一）、原则： 1 1认识正常认识正常：分辨正常、正常变异及病理情况分辨正常、正常变异及病理情况 2 2分析异常分析异常：解释影像所反映的病理变化（分析病变的位解释影像所反映的病理变化（分析病变的位 置和分布、数目、形状、边缘、密度、邻近置和分布、数目、形状、边缘、密度、邻近 器官和组织的改变、器官功能的改变）器官和组织的改变、器官功能的改变） 3 3结果临床结果临床：需与病史、体征、症状及其它临床检查结果需与病史、体征、症状及其它临床检查结果 进行对照分析进行对照分析 （二）（二）X X线诊断结果基本上有三种情况：线诊断结果基本上有三种情况： 肯定性诊断肯定性诊断：X X线检查可以确诊，如骨折；线检查可以确诊，如骨折； 否定性诊断否定性诊断：排除法；：排除法； 可能性诊断可能性诊断：经过：经过X X线检查发现某些线检查发现某些X X线征像，但不线征像，但不 能确诊。只能作出多个可能性诊断。能确诊。只能作出多个可能性诊断。 CTCT是是Hounsfield Hounsfield 19691969年设计成功，年设计成功，19721972年公诸于世的。年公诸于世的。CTCT 不同于不同于X X线成像，它是用线成像，它是用X X线束对人体层面进行扫描，取得线束对人体层面进行扫描，取得 信息，经计算机处理而获得的重建图像。所显示的是断面信息，经计算机处理而获得的重建图像。所显示的是断面 解剖图像，其密度分辨力明显优于解剖图像，其密度分辨力明显优于X X线图像。从而显著扩大线图像。从而显著扩大 了人体的检查范围，提高了病变的检出率和诊断的准确率了人体的检查范围，提高了病变的检出率和诊断的准确率 。CTCT也大大促进了医学影像学的发展。由于这一贡献，也大大促进了医学影像学的发展。由于这一贡献， HounsfieldHounsfield获得了获得了19791979年的诺贝尔医学生物奖。年的诺贝尔医学生物奖。 第二章 计算机体层成像 扫描装置扫描装置(X(X线球管与探测器线球管与探测器)-)-信息输入信息输入 计算机系统计算机系统 -信息处理信息处理 图像显示与记录系统图像显示与记录系统 -信息输出信息输出 二、二、CTCT图像特点：图像特点： 1 1、CTCT图像是由一定数目从黑到白不同灰度的像素按矩阵排列图像是由一定数目从黑到白不同灰度的像素按矩阵排列 所构成的所构成的数字化图像数字化图像。 2 2、CTCT图像是可以图像是可以量化的灰度影像量化的灰度影像。用。用CTCT值量化反映组织对值量化反映组织对X X 线吸收能力差别。线吸收能力差别。 某物质的值某物质的值= = 该物质的吸收系数水的吸收系数 水的吸收系数 人体各组织的值为人体各组织的值为1000100010001000 ，共 ，共 20002000个灰阶单位。而人眼的密度分辨率仅为个灰阶单位。而人眼的密度分辨率仅为1616个个 灰阶，即密度相差灰阶，即密度相差125125 人眼才能分辨出来。水 人眼才能分辨出来。水 的值为的值为-20-20，软组织为，软组织为40406060 ，差别不 ，差别不 到到125125 。所以在普通平片上软组织和体液属同 。所以在普通平片上软组织和体液属同 等密度，不能区分。而可设置窗宽窗位，控等密度，不能区分。而可设置窗宽窗位，控 制值的显示范围。制值的显示范围。 4 4、CTCT图像是图像是断面影像断面影像, ,并且可以多平面重建和三维并且可以多平面重建和三维 重建显示解剖结构。重建显示解剖结构。 5 5、CTCT图像可图像可受受部分容积效应、噪声与伪影等部分容积效应、噪声与伪影等因素干因素干 扰扰。 三、检查技术：三、检查技术： 、普通普通： 、平平 扫：不用增强或造影的扫描； 扫：不用增强或造影的扫描； 、增强扫描：血管内注入碘剂后，器官与病变内碘增强扫描：血管内注入碘剂后，器官与病变内碘 的浓度可产生差别而形成密度对比；的浓度可产生差别而形成密度对比； 、造影扫描：先做人体器官或结构的造影，然后再造影扫描：先做人体器官或结构的造影，然后再 行扫描。行扫描。 2 2、高分辨力高分辨力CTCT（HRCTHRCT）：）： 用用1-1.5mm1-1.5mm层厚薄层扫描，是指在短时间层厚薄层扫描，是指在短时间 内，取得良好空间分辨率内，取得良好空间分辨率CTCT图像的扫描图像的扫描 技术。常用于肺间质，内耳及听骨的检技术。常用于肺间质，内耳及听骨的检 查。查。 普通CT平扫 高分辨率CT扫描 四、四、CTCT的临床应用的临床应用： CTCT检查具有很高的密度分辨力，而易于检出病灶，特别检查具有很高的密度分辨力，而易于检出病灶，特别 是能够较早地发现小病灶，因而广泛用于临床。是能够较早地发现小病灶，因而广泛用于临床。 CTCT检查于中枢神经系统、头颈部、呼吸系统、消化系统检查于中枢神经系统、头颈部、呼吸系统、消化系统( ( 消化管除外消化管除外) )、泌尿系统和内分泌系统病变的检出和诊断、泌尿系统和内分泌系统病变的检出和诊断 都具有突出的优越性。都具有突出的优越性。 CTCT检查的应用仍有限度。在妇产科领域中的应用；对胃肠检查的应用仍有限度。在妇产科领域中的应用；对胃肠 道管壁小的病灶和黏膜改变的显示不敏感；骨骼系统的病道管壁小的病灶和黏膜改变的显示不敏感；骨骼系统的病 变，一般应用简便、经济的变，一般应用简便、经济的X X线检查多可确诊；线检查多可确诊； CTCT检查虽能发现绝大多数疾病，准确地显示病灶的部位和检查虽能发现绝大多数疾病，准确地显示病灶的部位和 范围，但对疾病的定性诊断仍然存在一定的限度。范围，但对疾病的定性诊断仍然存在一定的限度。 第三章 数字减影血管造影 DSADSA的概念的概念： 利用计算机处理数字化的影像信息，通过减影处利用计算机处理数字化的影像信息，通过减影处 理，消除骨骼和软组织影像，从而得到清晰血管理，消除骨骼和软组织影像，从而得到清晰血管 影像的一种成像技术。影像的一种成像技术。 一、一、DSADSA成像原理成像原理： 数字荧光成像数字荧光成像(DF)(DF)是是DSADSA的基础，的基础，DFDF是用高分辨率摄像管对是用高分辨率摄像管对 IITVIITV上的图像扫描，从而将上的图像扫描，从而将X X线图像像素化和数字化。采用线图像像素化和数字化。采用 减影技术获得减影技术获得DSADSA图像。目前常用时间减影法将血管不含对图像。目前常用时间减影法将血管不含对 比剂的图像同任意一幅含有对比剂的图像构成减影对，从而比剂的图像同任意一幅含有对比剂的图像构成减影对，从而 得到不同期相的得到不同期相的DSADSA图像。图像。 二、二、DSADSA机构成：机构成： 包括包括X X线管、高分辨线管、高分辨 率摄像管、计算机率摄像管、计算机 、图像显示与记录、图像显示与记录 系统等系统等 三、三、DSADSA的图像特点的图像特点 ： 1 1、数字化减影图像，可以显示血管径路图，但缺乏参照、数字化减影图像，可以显示血管径路图，但缺乏参照 标记图像。标记图像。 2 2、密度分辨率高，、密度分辨率高，DSADSA图像中没有原来的骨与软组织影，图像中没有原来的骨与软组织影， 提高了图像对比质量。提高了图像对比质量。 3 3、时间分辨率高，能够实时成像，动态观察血流，具有、时间分辨率高，能够实时成像，动态观察血流，具有 功能图像特点。功能图像特点。 4 4、伪影，主要由图像减影时配准不良产生。、伪影，主要由图像减影时配准不良产生。 普通血管造影 第五章 磁 共 振 成 像 一、一、MRIMRI概念：概念： 利用原子核在强磁场内发生共振所产生的信号经计算机处利用原子核在强磁场内发生共振所产生的信号经计算机处 理重建而生成的图像。理重建而生成的图像。 早在早在19461946年年BlockBlock与与PurcellPurcell就报道了核磁共振现象并应用就报道了核磁共振现象并应用 于波谱学。于波谱学。Lauterbur1973Lauterbur1973年发表了年发表了MRMR成象技术，使核磁成象技术，使核磁 共振不仅用于物理学和化学，也应用于临床医学领域。共振不仅用于物理学和化学，也应用于临床医学领域。 二、MR成像原理： （一）、操作步骤：（一）、操作步骤： 将患者摆入强的外磁场中将患者摆入强的外磁场中发射无线电波，瞬间即关发射无线电波，瞬间即关 掉无线电波掉无线电波接受由患者体内发出的磁共振信号重建接受由患者体内发出的磁共振信号重建 图像。图像。 纵向弛豫：纵向弛豫： 又称又称T1T1弛豫。弛豫。9090度射频脉冲停止后纵向磁化恢复至平衡度射频脉冲停止后纵向磁化恢复至平衡 的过程。其快慢用时间常数的过程。其快慢用时间常数T1T1来表示，来表示，定义为纵向磁化定义为纵向磁化 矢量从最小恢复到平衡态矢量从最小恢复到平衡态63%63%所需弛豫时间。所需弛豫时间。 横向弛豫：横向弛豫： 指在射频脉冲停止以后，质子又恢复到原来的各自相位指在射频脉冲停止以后，质子又恢复到原来的各自相位 上的过程，这种横向磁化逐渐衰减过程称为上的过程，这种横向磁化逐渐衰减过程称为T2T2弛豫。弛豫。 T2T2是横向磁化由最大值衰减至是横向磁化由最大值衰减至37%37%时所需时间。时所需时间。 脉冲序列脉冲序列是一系列不同强度射频脉冲的组合，它决定着将是一系列不同强度射频脉冲的组合，它决定着将 从组织获得何种信号。两次射频脉冲之间的时间间隔为从组织获得何种信号。两次射频脉冲之间的时间间隔为重重 复时间复时间(TR)(TR)，TRTR的长短决定着的长短决定着MRMR图像上能否显示出组织间图像上能否显示出组织间 T1T1的差别，用短的差别，用短TRTR时，组织间时，组织间T1T1的信号强度的差别就显示的信号强度的差别就显示 出来，所成图像即为出来，所成图像即为T1T1加权像加权像(T1WI)(T1WI)。 90 90射频脉冲与产生回波之间的时间为射频脉冲与产生回波之间的时间为回波时间回波时间(TE)(TE)， TETE的长短决定着的长短决定着MRMR图像上能否显示出组织间图像上能否显示出组织间T2T2的差别，的差别， 用长用长TETE时，组织间时，组织间T2T2的信号强度的差别就显示出来，的信号强度的差别就显示出来， 所成图像为所成图像为T2T2加权像加权像(T2WI)(T2WI)。采用长。采用长TRTR、短、短TETE时，组时，组 织间仅有质子密度的差别，所成图像为织间仅有质子密度的差别，所成图像为质子密度加权质子密度加权 像像(PdWI)(PdWI)。 T1WIT2WI 表1-1-2 人体正常组织和病理组织的信号强度 组织T1WIT2WI 组织T1WIT2WI 脑白质中高中低 水肿 低高 脑灰质中低中高 含水囊肿低高 脑脊液低高 亚急性血肿高高 脂 肪高中高 瘤结节中低中高 骨皮质低高 钙 化低低 三、三、MRIMRI设备：设备： 主主 磁磁 体、体、 射频系统、射频系统、 - - 信息输入信息输入 梯度线圈、梯度线圈、 MRMR信号接受器信号接受器 计算机系统计算机系统 - - 信息处理信息处理 图像显示和记录系统图像显示和记录系统 -信息输出信息输出 四、MR图像特点： 1、人体不同器官的正常组织与病理组织的T1和T2值是相对 固定的，且它们之间有一定差别，这种组织间施豫时间 的差别，是MRI成像的基础。 2、 MRI影像以不同的灰度显示，其反映是MRI信号强度的 不同或驰豫时间的差别。CT图像的灰度反映是组织密 度。 3、 T1WI:反映组织间T1的差别，有利于观察解剖结构 T2WI：反映组织间T2的差别，有利于显示病变 PdWI：质子加权像，反映组织的质子密度 4、 MRI是多参