理学]第一章医学影像设备学概论.ppt

医学影像设备学 教学课件 主讲人: 韩丰谈 第一章 医学影像设备学概论 w 第一节 医学影像设备的发展简史 w 第二节 医学影像设备的分类 第一节 医学影像设备的发展简史 w 一常规X线机 w 1895年11月8日，德国物理学家伦琴（ Withelm Conrad Roentgen，18451923）发现X 线。 w 1896年，德国西门子公司研制出世界上 第一只X线管。 w 20世纪1020年代，出现了常规X线机。 w X线管、高压变压器和相关的仪器、设备以及人 工对比剂的不断开发利用，尤其是体层装置、 影像增强器、连续摄影、快速换片机、高压注 射器、电视、电影和录像记录系统的应用 w 到20世纪60年代中、末期，已形成了较完整的 学科体系，称为影像设备学。 w 右图为1896年伦琴首次拍摄到他妻子手的X线照 片，其无名指上戴 着一枚戒指） 电磁波谱 w 二CT w 1972年，英国工程师汉斯菲尔 德（G.N.Hounsfield）研制成功世 界上第一台用于颅脑的X线计算机 体层摄影（x-ray computed tomography，X-CT）设备，简称 为X-CT或CT设备。 汉斯菲尔德还研制出英国第一台 晶体管电子计算机 CT设备是横断面体层，无前后影 像重叠，不受层面上下组织的干 扰；同时由于密度分辨力显著提 高，能分辨出0.1%0.5% X 线衰 减系数的差异，比传统的X线检查 高1020倍；还能以数字形式（CT 值）作定量分析。 科马克 X线扫描进行图像重建， 并提出了精确的数学推算方法 . w 近30年来，CT设备的更新速度极快，扫描 时间由最初的几分钟向亚秒级发展，图像 快速重建时间最快的已达0.75s（512512矩 阵），空间分辨力也提高到0.1mm。 北京协和医院引进西门子公司 64层螺旋CT 最高分辨 率、 最快扫描 、 最低辐射 、 最大信息 量 全身血管 及脏器无 创性检查 w 平板探测器CT设备目前尚在开发阶段，一 旦技术成熟，从机器设计、信息模式、成 像速度、射线剂量到运行成本都会有根本 性的改变，将会引起CT设备的又一次革命 。 w三MRI设备 20世纪80年代初（magnetic resonance imaging ，MRI）设备，简称为MRI设备。 1.它是一种新的非电离辐射式医学成像设备。直接摄取横、 冠、矢状层面和斜位等不同体位的体层图像，这是它优 于CT设备的特点之一。 2.它能够从人体分子内部反映出人体器官失常和早期病变， 能将人体组织中有关化学结构的信息反映出来。 疾病的早期诊断效果有极大的优越性。 CT不能够提供人体器官的生理状态信息。当病变组织 与周围正常组织的吸收系数相同时，就无法提供有价值 的信息。只有当病变发展到改变了器官形态。也更为精 确。 3.MRI设备已广泛用于全身各系统，其中以中枢神经、心血 管系统、肢体关节和盆腔等效果最好。 4.2003年彼得曼斯菲尔德与 保罗-劳特布尔由于在磁共振方 面的杰出成绩而获得诺贝尔生理学和医学奖。 万东公司 日立单柱开放 w 中场超导（0.7T）开放型MRI设备进 一步普及，它便于开展介入操作和检查 中监护病人，克服了幽闭恐惧病人和不 合作病人应用MRI检查的限制。 w 四 数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）、计算机 X线摄影（computed radiography，CR） 和数字摄影（digital radiography，DR） 是20世纪80年代、90年代开发的数字X线 机。前者具有少创、实时成像、对比分辨 力高、安全、简便等特点，后者具有减少 曝光量等优点，更重要的是可作为数字化 图像纳入图像存储与传输系统（picture archiving and communication systems， PACS）。 五 超声成像、核医学设备 20世纪50年代和60年代， 超声成像（ultrasonography，USG）设 备和相继出现，当时在医学上的应用往往 各成系统。1972年X-CT设备的开发，使 医学影像设备进入了一个以计算机和体层 成像相结合、以图像重建为基础的新阶段 。70年代末80年代初，超声CT（ ultrasonic CT，UCT）、放射性核素CT 和数字X线机逐步兴起，并应用于临床。 尽管这些设备的成像参数、诊断原理和检 查方法各不相同，但其结果都是形成某种 影像，并依此进行诊断。 六 介入放射学 自20世纪60年代兴起，于70年 代中期逐步应用于临床，近年来尤以 介入治疗设备进展迅速。具有安全、 简便、经济等特点。 90年代倍受人们青睐的立体 定向放射外科学设备，由于它可以不 作开颅手术而治疗一些脑疾患，很受 欢迎，介入放射学设备与立体定向放 射外科学设备，都是通过医学影像设 备来引导或定位的，所以也属于医学 影像设备的范畴。 w 综上所述，多种类型的医学影像诊断设 备与医学影像治疗设备相结合，共同构成 了现代医学影像设备体系。 第二节 医学影像设备的 分类 现代医学影像设备可分为两大类 ： 医学影像诊断设备 医学影像治疗设备 w （一）影像诊断设备 w X线设备（ 常规X线设备、数字X线设备、X- CT设备）； w MRI设备； w 超声设备； w 核医学设备； w 热成像设备； w 光学成像设备（医用内镜） w (二)、治疗用设备 w 1.介入放射学设备 w 2.立体定向放射外科学设备 w （一）X线设备 w X线设备通过测量穿透人体的X线来实现人 体成像。X线成像反映的是人体组织的密度变化 ，显示的是脏器的形态，而对脏器功能和动态 方面的检测较差。此类设备主要有常规X线机、 数字X线机和X-CT设备等。 w 以X线作为医学影像信息的载体，出于两方 面的考虑，即分辨力和衰减系数。从分辨力来 看，为了获得有价值的影像，辐射波长应小于 510-11m。另一方面，当辐射波通过人体时， 应呈现衰减特性。若衰减过大，则透射人体的 辐射波微弱，当测量透射人体的辐射波时，由 于噪声的存在，很可能导致测量结果无意义。 反之，若辐射波透射人体时几乎无衰减，则因 无法精确的测量衰减部分而失效。 w 在X线设备中，屏-片组合分辨力较 高，但它得到的是人体不同深度组织信息 叠加在一起的二维图像，所以病变的深度 很难确定，且对软组织分辨不佳。 w 数字X线机使用曝光量宽容度大，可 获得数字化影像，便于进行图像的后处理 ，且扩大了诊断范围，利于胃肠和心脏等 部位的检查。 w X-CT影像的空间分辨力可小于 0.5mm，能分辨组织的密度差别可达到0.5 。它利用横断面呈像，解决了影像重叠 问题，可确定受检脏器的位置、大小和形 态变化。 w （二）MRI设备 w MRI设备通过测量构成人体组织中某 些元素的原子核的磁共振信号，实现人体 成像。 w 在MRI影像上可显示软组织、肌肉、肌腱 、脂肪、韧带、神经、血管等。此外，它 还有一些特殊的优点：MRI剖面的定位 完全是通过调节磁场，用电子方式确定的 ，因此能完全自由地按照要求选择层面； MRI对软组织的对比度比X-CT优越，能 非常清楚地显示脑灰质与白质；MR信号 含有较丰富的有关受检体生理、生化特性 的信息，而X-CT只能提供密度测量值； MRI无电离辐射。目前，尚未见到MR对 人体危害的报道。 w MRI的缺点：成像时间较长；植 入金属的病人，特别是植入心脏起搏器的 病人，不能进行MRI检查；设备购置与 运行的费用较高。 w 总之，MRI设备可作任意方向的体层 检查，能反映人体分子水平的生理、生化 等方面的功能特性，对某些疾病（如肿瘤 ）可作早期或超早期诊断，是一种很有发 展前途和潜力的高技术设备。 w （三）诊断用超声设备 w 诊断用超声设备分为利用超声（ ultrasound，US）回波的USG设备和利用 US透射的超声CT（ultrasonography CT， UCT）两大类。USG设备，根据其显示方 式不同，可以分为A型（幅度显示）、B型 （切面显示）、C型（亮度显示）、M型 （运动显示）、P型（平面目标显示）等 。 w 目前，医院中用的最多的是B型USG设备 ，俗称B超UCT所需扫描时间较长，且 分辨力低，有待于进一步改进与提高。但 由于它是一种无损伤和非侵入式的诊断设 备，因此将来可能成为主要的影像诊断设 备。 w X线成像与US成像是当前用得最为普 遍的两种检查方法，但对人体有无危害是 它们之间的一个重要区别。就X线来说， 尽管现在已经显著地降低了诊断用剂量， 但其危害性仍不容忽视。实践表明，它将 导致癌症、白血症和白内障等疾病的发病 率增加。而从现有资料来看，目前诊断用 US剂量还未有使受检者发生不良反应的报 道。 w 。 w （四）核医学设备 w 核医学设备通过测量人体某一器官（或 组织）对标记有放射性核素药物的选择性 吸收、储聚和排泄等代谢功能，实现人体 功能成像。主要有相机、单光子发射型 CT（single photon emission CT，SPECT ）和正电子发射型CT（positive emission CT，PET）。 w w （五）热成像设备 所有物体都会发出红外线能量。物体越热，其分子就愈 加活跃，它所发出来的红外线能量也就越多。 热成像设备通过测量体表的红外信号和体内的微波 信号实现人体成像。红外辐射能量与温度有关，因此又 可以说，热成像就是利用温度信息成像。 举例：“慧眼HW-05人体温度红外热图像仪” 在华中科技大学研制成功。可在1秒钟的瞬间，立即显示 人体热图像和最高体表温度，温度分辨率可达到0.06 ，甚至牙痛等局部发热的症状也能显像。 同济大学： 应用红外热像仪开发出了一种非血糖值测量的对糖 尿病人代谢功能进行评估的新方法，该方法可以在健康 人体检中应用，筛选出糖尿病发病的高危险人群，从而 可以进行糖尿病发病的早期预报，这是目前用其他方法 还不能实现的 。 w w 医用热成像设备一般包括红外成 像、红外照相、红外摄像和光机扫描 成像等。 w （六）医用内镜 w 前述各种医学影像设备虽然在某种程 度上能显示出人体的内部组织形态，但这 种显示是间接的、非直观的。真正能做到 直观的仪器，目前唯有内镜。利用光学内 镜，能使人眼直接看到人体内脏器官的组 织形态，从而提高了诊断的准确性。内镜 的诊疗优势，已成为医学界的共识。 w 医用内镜的种类很多，目前临床上用 得最多的是光导纤维内镜（纤镜），而最 有发展潜力的是电子内镜。 w二、治疗用设备 w （一）介入放射学设备 所谓介入放射学（interventional radiology） 系统，就是借助高精度计算机化的影像仪器的观察，通过导管深入 体内，对疾病直接进行诊断与治疗的一种新型设备与技术。 w 特点：创伤小、痛苦少、疗程短、疗效高，即微创、简便、安全、 有效和并发症少。 w 用途： w 一血管类 w 一）诊断性造影 把导管引入血管进行造影，显示病变部位，进行定性，定位诊断， 适应范围甚广。如各种良，恶性肿瘤的诊断，血管畸形， w （二）灌注药物治疗 1，止血 选择性血管内注入血管收缩剂控制出血，主要用于消化道出血及外 伤性出血。 w 化疗 将导管选择性插入供应肿瘤的血管，灌注抗癌药物，到达肿瘤区内 的药物浓度比 静脉给药要高的多，抗癌作用明显增强， w 栓塞疗法 二非血管类 医学影像设备的导向是完成介入治疗的关键 。 这需要一套由机械、仪器仪表、计算机、 光学仪器等多种仪器组成的大型精密仪器设备系 统。特别是影像技术与计算机结合的DSA，它能 实时地向医生提供导管导向的位置、局部循环结 构、栓塞或扩张的效果等有关介入诊疗的信息， 因而具有极大的优越性。 w 介入放射学系统的另一重要组成部分，是介 入诊疗用导管及其附件。 一个性能良好的介入性导管应具备以下条件 ：硬度适宜及适合诊疗的几何造型；弹性和 柔韧性；扭力顺应性（为减小扭力顺应性，管 壁置入金属网）；形状具有记忆性；血液与 组织相容性；高温高压消毒或化学消毒；可 进行放射性跟踪；管壁光滑、管腔满足流量压 力的要求，摩擦系数适宜。 w 介入性导管，根据用途 可分为两类： 即诊断用导管和治 疗用导管及其附件。 前者包括心血管、 脑血管造影导管，肝、 肾、胰、脾等内脏器官 用导管十余种。这种导 管要有一定耐压性和满 足大流量的要求（ 1525ml/s）。 后者如消化道治疗 导管、肿瘤化疗用导管 、射频消融导管、溶栓 导管、二尖辫球囊扩张 导管等。其附件有血管 内支架（自膨胀型、球 囊膨胀型、形状记忆型 ）、导丝（引导导管用 ）等。 w （二）立体定向放射外科学设备 w 定义：立体定向放射外科（stereotactic radiosugery， SRS）或称立体定向放射治疗（stereotactic radiotherapy，SRT） ，它是利用现代X-CT设备、MRI设备或DSA设备，加上立体定向头 架装置对颅内病变区做高精度定位；经过专用治疗计划系统（具有 三维显示和计算功能的计算机）做出最优化治疗计划；运用边缘尖 锐的小截面光子束（MV级）以等中心照射方式聚焦于病变区（位于 等中心处），按治疗计划作单平面或多个非共面的单次或多次剂量 照射。由于照射野边缘剂量下降很陡，就像用刀切一样，所以，用 射线时称为-刀，用X线时称为X-刀。 w 硬件：包括四部分：1、 高精度诊断立体定位系统；2、 计算机三维治疗计划系统：确定照射