医学影像技术

分子影像新技术,分子影像,磁共振成像,医学影像,课程内容,简介（1课时）磁共振成像（8课时）医学影像（1课时）分子影像（1课时）PACS、eHospital（2课时）MRI实验（2课时）考试（1课时）,磁共振成像,核磁共振原理和成像原理磁共振成像仪纵向、横向弛豫MRI脉冲序列T1、T2加权成像质子密度成像扩散加权成像灌注成像/MRAMRS功能成像,医学影像技术,医学影像技术都有哪些？,X 射线血管摄影 (Angiography) 心血管摄影 (Cardiac angiography) 电脑断层扫描 (CT, Computerized tomography) 牙齿摄影 (Dental radiography) 萤光透视镜 (Fluoroscopy) 乳房摄影术 (Mammography) X光片 (Radiography) 伽马射线伽马摄影 (Gamma camera) 正电子发射断层扫描 (PET, Positron emission tomography) 单光子发射断层扫描 (SPECT, Single photon emission computed tomography),磁共振磁共振成像 (MRI, Magnetic resonance imaging) 超音波医学超音波检查 (Medical ultrasonography) 光学摄影内视镜 (Endoscopy) 其他萤光血管显影术 (Fluorescein angiography) 显微镜 (Microscope) 光声成像技术 (Photoacoustic imaging) 热影像技术 (Thermography),医学影像（Medical Imaging）,医学影像是指为了医疗或医学研究，通过X光成像(X-ray)，电脑断层扫描(CT)，核磁共振成像(MRI)， 超声成像(ultrasound)，正电子扫描(PET)，脑电图(EEG)，脑磁图(MEG)等现代成像技术对人体或人体某部份，以非侵入方式取得内部组织影像的技术与处理过程，是一种逆问题的推论演算，即成因(活体组织的特性)是经由结果(观测影像信号)反推而来。,医学影像,作为一门科学，医学影像属于生物影像，并包含影像诊断学、放射学、内视镜、医疗用热影像技术、医学摄影和显微镜。另外，脑波图和脑磁造影等技术，虽然重点在于测量和记录，没有影像呈显，但因所产生的数据俱有定位特性(即含有位置信息)，可被看作是另外一种形式的医学影像。,医学影像,临床应用方面，又称为医学成像，或影像医学，有些医院会设有影像医学中心、影像医学部或影像医学科，设置相关的仪器设备，并编制有专门的护理师、放射技师以及医师，负责仪器设备的操作、影像的解释与诊断(须由医师负责)，这与放射科负责放射治疗有所不同。国内以前只有放射科，医学影像科附属于放射科，没有独立的医学影像科。,医学影像,在医学、医学工程、医学物理与生医资讯学方面，医学影像通常是指研究影像构成、撷取与储存的技术、以及仪器设备的研究开发的科学。而研究如何判读、解释与诊断医学影像的是属于放射医学科，或其他医学领域(如神经系统学科、心血管病学科.)的辅助科学。,“象”与“像”,根据现行国家规范，“图像”是正确的，“图象”是错误的。“像”与“象”是有区别的。“象”是“像”的古字，“像”是由“象”引申而得的后起字。“象”本义是一种兽类，说文解字：“象，南越大兽。”由此引申出自然界的“形状”“样子”“外貌”等一系列意义。现代汉语中，“象”只承担“自然界、人或物的形态、样子”这一意义，如“现象、形象、印象、意象、迹象、假象、表象、物象、景象、气象、天象”，都是自然界表现出来的。 “象”在语言发展历程中引申出“临摹”“酷似”意义，这时出现了分化字“像”。“像”由于加了人字旁而更有表意功能，它分担了“象”原来具有的“用模仿、比照等方法制成的人或物的形象”以及“模仿”等一系列与人类活动有关联的意义。如“人像、画像、肖像、遗像、图像、实像、虚像、录像”。,2001 年 10 月 18 日，全国科学技术名词审定委员会和国家语言文字工作委员会召开“关于象与像用法研讨会会议纪要”；据语文界专家意见分化，现象、形象、印象、意象、迹象、假象、表象、物象、景象、气象、天象、星象、浑象、蚀象、体象、危象、心象、想象等用象；人像、画像、肖像、遗像、图像、实像、虚像、声像、摄像、录像、放像、显像、视像、像章、像片等用像。“想象”推荐作“象”不作“像”。2002年，国家语委发布规范第一批异形词整理表，将“图像”“录像”“显像管”等定为推荐词形，再次引导社会规范使用。最后再强调一遍，“图像”的“像”表示“用模仿、比照等方法制成的人或物的形象”，和“好像”的“像”表示“模拟”意义一样，是坚决不能写成表示“自然界、人或物的形态、样子”意义的“象”的！,图像,图象,好像,好象,医学影像历史,1895年德国物理学家威廉康拉德伦琴发现 X 射线(一般称 X 光)，开启了医学影像崭新的一页，在此之前，医师想要了解病患身体内部的情况时，除了直接剖开以外，就只能靠触诊，但这两种方法都有一定的风险。,现代医学影像技术,医学影像发展至今，除了 X 射线以外，还有其他的成像技术，并发展出多种的影像技术应用。另外，为能所产生的数字影像档案与影像数位化档案，可以交换与查阅，发展出医疗数字影像传输协议(DICOM, Digital imaging and communications in medicine)技术。,现代医学影像技术,除了医疗上面的用途之外，影像学结合其他学术领域，譬如认知心理学(cognitive psychology)、语言学(linguistics)、教育学(education)、社会学(sociology)等，可以让研究人员探索人类在进行认知行为时的大脑活动，这样的研究已经越渐成形，学术界称之为认知神经科学(cognitive neuroscience)。,现代医学影像技术,医学影像学中的许多技术已经在科学研究的工业中获得了广泛的应用。医学影像学的发展受益于现代计算机技术的突飞猛进，其与图像处理，计算机视觉，模式识别技术的结合产生了一个新的计算机技术分支-医学图像处理。,X射线,1901年，首届诺贝尔物理学奖授予德国物理学家伦琴(Wilhelm Conrad Rntgen，18451923)，以表彰他在1895年发现了X射线。X射线是人类发现的第一种所谓“穿透性射线”， 它能穿透普通光线所不能穿透的某些材料。,1895年，物理学已经有了相当的发展，它的几个主要部门牛顿力学、热力学和分子运动论、电磁学和光学，都已经建立了完整的理论，在应用上也取得了巨大成果。这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶了，以后的任务无非是在细节上作些补充和修正而已，没有太多的事好做了。 正是由于X射线的发现唤醒了沉睡的物理学界。它像一声春雷，引发了一系列重大发现，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而揭开了现代物理学革命的序幕。,波长介于 紫外线 和 射线 间的 电磁辐射 。波长小于0.1埃的称超硬X射线，在0.11埃范围内的称硬X射线，110埃范围内的称软X射线。,X射线的产生,实验室中X射线由具有阴极和阳极的真空管产生，阴极用钨丝制成，通电后可发射热电子，阳极（就称靶极）用高熔点金属制成（一般用钨，用于晶体结构分析的X射线管还可用铁、铜、镍等材料）。用几万伏至几十万伏的高压加速电子，电子束轰击靶极，轰击过程中，电子突然减速，其损失的动能会以光子形式放出，形成X光光谱的连续部分，称之为制动辐射。通过加大加速电压，电子携带的能量增大，则有可能将金属原子的内层电子撞出。于是内层形成空穴，外层电子跃迁回内层填补空穴，同时放出波长在0.1纳米左右的光子。由于外层电子跃迁放出的能量是量子化的，所以放出的光子的波长也集中在某些部分，形成了X光谱中的特征线，此称为特性辐射。,水冷X射线管示意图,X射线与诺贝尔奖,诺贝尔奖章正面,物理和化学奖,生理学或医学奖,X射线诺贝尔物理学奖,1896年，法国物理学家贝克勒尔受伦琴射线(X射线)的启发，发现了“铀射线”。不久，居里夫妇又发现了放射性元素钋和镭，为人们认识原子结构提供了可靠的事实依据。他们因此分享了1903年诺贝尔物理学奖。1897年，英国的JJ汤姆逊在关于气体导电性研究中，借助X射线最终发现了电子，进一步证明了原子的可分性，由此他荣获了1906年的诺贝尔物理学奖。劳厄在1912年终于揭开了X射线的本质。他通过X射线在晶体中的衍射，证明了它是一种波长很短的电磁波，并从一维点阵对X射线的衍射出发，推导出了决定晶体衍射方向的劳厄方程。劳厄的工作不仅使空间点阵假说成为由确凿实验证明的科学理论，而且开创了X射线晶体结构分析的新纪元。人们根据X射线衍射方向可以确定晶胞的形状和大小，根据衍射强度还可以确定分子、原子在晶体中的分布位置，使X射线成为人类探索微观物质结构的强有力的武器。劳厄获得了1914年诺贝尔物理学奖。,X射线诺贝尔物理学奖,在劳厄研究的基础上，英国的布拉格父子从1913年起，利用x射线测定了金刚石、硫化锌、方解石等晶体的结构，并改进了劳厄方程，提出了著名的布拉格公式：2dsin=n。从而奠定了X射线摄谱学的基础，大大促进了晶体物理学的发展。利用X射线可以了解晶体内部原子的排列方式、离子团结构、原子大小及核间距等。布拉格父子还根据晶体密度精确测定了阿佛加德罗常数。由此，他们荣获了1915年的诺贝尔物理学奖。英国的巴克拉由于发现了标识元素的次级x射线，成为X射线波谱学的奠基者，获得了1917年的诺贝尔物理学奖。,X射线诺贝尔物理学奖,瑞典物理学家西格班根据布拉格公式，探明了各种元素的X光谱，确立了X射线光谱学，荣获了1924年诺贝尔物理学奖。美国的康普顿受巴克拉启发，与我国物理学家吴有训合作，于1923年发现了X射线经轻靶散射后波长移动的现象(康普顿一吴有训效应)，证明了微观粒子碰撞过程中仍然遵守能量和动量守恒定律。康普顿由此获得了1927年诺贝尔物理学奖。1934年，前苏联的切连科夫发现了X射线照射晶体或液态物质时会发出微弱的蓝光，即切连科夫辐射，获得了1958年诺贝尔物理学奖；1958年，美国的霍夫斯塔特完成了X射线的无反冲共振吸收等成就而荣获了1961年诺贝尔物理学奖；瑞典的西格巴恩研制出X光电子能谱仪，开拓了光电子能谱学的新领域而获得1981年的诺贝尔物理学奖。,X射线诺贝尔化学奖,19161917年间，荷兰的物理化学家德拜等发明了X射线粉末衍射法，成功地测定了合金、7一黄铁矿等复杂晶体的结构，大大扩展了对物质结构分析的范围，同时由于分子极性的研究，他被授于1936年诺贝尔化学奖。借助于x射线分析，人们的视觉深入到晶体内部的结构，大大推动了结构化学、生物化学、晶体化学的发展，也为量子化学的发展提供了大量可靠的实验依据。20世纪2030年代，人们利用X射线结构分析，完成了数以百计的无机盐、金属配合物和一系列硅酸盐的结构测定，认识到金属的紧密堆积原理和原子间作用力的特征。证实了苯环的六角形平面结构，测定了苯环和石墨平面结构中碳碳键长。美国著名化学家鲍林通过对大量离子化合物的X射线分析，推算出了各种离子半径，并总结出形成离子化合物的五条规则，在此基础上阐明了化学键的本质，提出了蛋白质DNA结构。由于他在结构化学领域的杰出成就而获得了1954年诺贝尔化学奖。,X射线诺贝尔化学奖,1957年，英国生物学家肯德鲁用特殊X射线衍射技术及电子计算机测定了鲸肌红蛋白的结构，阐明了这种蛋白质的螺旋结构中氨基酸单位的排列，得到了球蛋白晶体的第一个三维电子密度分布图，使人们第一次清楚地看到了蛋白质分子的立体图像。英国化学家佩鲁茨与肯德鲁合作，于1957年又完成了马血蛋白的结构测定，从而开创了生物化学发展的新阶段，在分子和原子水平上，使人们对生物的生理作用有了更深刻的认识。为此，他们荣获了1962年诺贝尔化学奖。1912年，科学家发现晶体衍射效应，获得了五水硫酸铜及硫化锌的衍射花样。从此，由衍射数据测定三维结构的X射线晶体学得以迅速发展，成就蜚然。英国女化学家霍奇金在19421949年间，完成了对晶状青霉素的结构分析。1948年又与同事合作拍摄了维生素B12的第一张X射线衍射图。其后经过十年的努力，终于阐明了这个复杂分子的立体结构和原子排布，为人工合成B12奠定了基础。由于她在分析复杂分子结构方面做出的杰出贡献而荣获了1964年诺贝尔化学奖。,X射线诺贝尔化学奖,19531963年间，美国化学家利普斯科姆借助X射线结构分析和其它方法，终于搞清了硼烷和碳硼烷的结构，提出了三中心键的概念，总结了硼原子的五种成键特征，从而获得了1976年诺贝尔化学奖。英国化学家桑格和美国化学家吉尔伯特也是借助于X射线分析法，分别确定了胰岛素分子结构和DNA核苷酸顺序以及基因结构，获得了1980年诺贝尔化学奖。英国生物化学家克卢格因将X射线衍射技术与电子显微技术相结合，发明了“显微影像重组技术”，以及在结构分子生物学方面的研究成果而荣获1982年诺贝尔化学奖。,X射线诺贝尔化学奖,美国化学家豪普特曼和卡尔，因开发了应用X射线衍射确定物质晶体结构的直接计算法而荣获1985年诺贝尔化学奖；1988年，米歇尔等三位德国生物化学家因用X射线衍射测定了光合中心膜蛋白一色素复合体的晶体结构，对阐明光合作用的光化学反应的本质做出了极其重要的贡献而荣获诺贝尔化学奖。,X射线诺贝尔生理学或医学奖,19511953年间，美国的生物物理学家沃森和英国分子生物学家克里克、威尔金斯利用x射线分析研究了脱氧核糖核酸DNA的结构，提出了DNA分子的双螺旋结构模型，从此揭开了分子生物学研究的序幕，为分子遗传学的发展奠定了基础。它被认为是20世纪自然科学的最重大突破之一，他们由此荣获了1962年诺贝尔生理学或医学奖。美国生物学家科马克和英国的豪斯菲尔德利用计算机与X射线扫描技术相结合，创造了一种崭新的诊断技术CT，能够把普通X射线技术不能显示或难以显示的人体各组织的某一断层清晰地显示出来，是X射线照像技术的重大发展，也是医疗领域的一项重大突破，X射线诊断技术在保障人类健康方面再创辉煌。正是这项新技术的发明，他们分享了1979年诺贝尔生理学或医学奖。,X射线在医学上的应用,伦琴发现X射线后仅仅几个月时间内，它就被应用于 医学影像。1896年2月，苏格兰医生约翰麦金泰尔在格拉斯哥皇家医院设立了世界上第一个放射科。放射医学是医学的一个专门领域，它使用放射线照相术和其他技术产生诊断图像。的确，这可能是X射线技术应用最广泛的地方。X射线的用途主要是探测骨骼的病变，但对于探测软组织的病变也相当有用。常见的例子有胸腔X射线，用来诊断肺部疾病，如肺炎、肺癌或肺气肿；而腹腔X射线则用来检测肠道梗塞，自由气体（free air，由于内脏穿孔）及自由液体（free fluid）。某些情况下，使用X射线诊断还存在争议，例如结石（对X射线几乎没有阻挡效应）或肾结石（一般可见，但并不总是可见）。借助计算机，人们可以把不同角度的X射线影像合成成三维图像，在医学上常用的电脑断层扫描（CT扫描）就是基于这一原理。,X射线在医学上的应用,由于人体不同组织或脏器对X射线的吸收效应不同，强度均匀的X射线透过人体不同部位后的强度是不同的，透过人体后的X射线透射到荧光屏上，就可以显示出明暗不同的荧光像。这种方法称为X射线透视术。如果让透过人体的X射线投射到照相胶片上，显像后就可以在照片上观察到组织或脏器的影像，该技术称为X射线摄影。X射线透视或摄影可以清楚地观察到骨折的程度、肺结核病灶、体内肿瘤的位置和大小、脏器形状以及断定体内异物的位置等。X射线摄影的位置分辨能力和对比度分辨能力都比较好，照片还可以永久保存。,人体组织结构与X线吸收,人体组织结构的密度可归纳为三类：属于高密度的有骨组织和钙化灶等；中等密度的有软骨、肌肉、神经、实质器官、结缔组织以及体内液体等；低密度的有脂肪组织以及存在于呼吸道、胃肠道、鼻窦和乳突内的气体等。当强度均匀的X线穿透厚度相等的不同密度组织结构时，由于吸收程度不同，在X线片上或荧屏上显出具有黑白（或明暗）对比、层次差异的X线影像。X线穿透低密度组织时，被吸收少，剩余X线多，使X线胶片感光多，经光化学反应还原的金属银也多，故X线胶片呈黑影；使荧光屏所生荧光多，故荧光屏上也就明亮。高密度组织则恰相反。胸部的肋骨密度高，对X线吸收多，照片上呈白影；肺部含气体密度低，X线吸收少，照片上呈黑影。病理变化也可使人体组织密度发生改变。例如，肺结核病变可在原属低密度的肺组织内产生中等密度的纤维性改变和高密度的钙化灶。,X射线断层成像（CT）,X射线断层成像（Computerized Tomography，又称为“计算机断层扫描”，简称CT），是一种影像诊断学的检查。这一技术曾被称为电脑轴切面断层影像（Computed Axial Tomography）。X射线断层成像是一种利用数字几何处理后重建的三维放射线医学影像。该技术主要通过单一轴面的X射线旋转照射人体，由于不同的生物组织对X射线的吸收力（或称阻射率Radiodensity）不同，可以用电脑的三维技术重建出断层面影像，经由窗值、窗位处理，可以得到相对的灰阶影像，如果将影像用电脑软件堆积，即可形成立体影像。,实现X-CT 理论基础是从投影重建图像的数学原理。虽然奥地利数学家Radon早在1917年就证明了从投影重建图像的原理，但他的论文一直未被世人所重视。当代图像重建理论最杰出的贡献者之一是美国的物理学家A.M. Cormack。他自20世纪50年代开始发表一系列的论文，不仅证明了在医学领域中从X射线投影重建图像的可能性，而且提出了相应的实现方法并完成了仿真和实验研究。真正设计出一个装置来实现人体断面成像是在1972年。在那一年的英国放射学年会上，工程师G.N. Hounsfield公布了计算机断层成像的结果。这项成果可以说是在X射线发现后的七八十年中放射医学领域里最重要的突破性进展，它也是20世纪科学技术的重大成就之一。由于Hounsfield和Cormack在放射医学中的划时代贡献，他们获得了1979年的诺贝尔生理学或医学奖。,X-CT优于X摄像的部分,X射线断层成像为医生提供器官的完整三维信息，而X光影像只能提供多断面的重叠投影；第二，由于电脑断层的高分辨率，不同组织阻射过所得的放射强度（Radiodensity）即使是小于1%的差异也可以区分出来；第三，由于断层成像技术提供三维图像，依诊断需要不同，可以看到轴切面，冠状面，矢切面的影像，我们称它为多平面数位重建（Multi-planar reformated imanging）。除此之外，任意切面的图像均可通过插值技术产生。这给诊断和科研带来了极大的便利。,迷人的X光照片集锦,数字X线成像技术CR与DR,数字X线摄影是一种以数字式探测器替代传统屏-片系统的X线成像方式。它的优势在于免去了使用化学药品冲洗胶片的时间和麻烦，而且数字化的照片便于传输和后处理。另外，相对于常规的摄片方式，它大大减少了同一对比度下所需的X线剂量。CR（Computed Radiography）也称为间接数字化X线成像技术，主要原理是利用存储荧光体成像。它采用磷光体结晶构成的成像板（Plated）即IP板吸收X线信息，IP板感光形成潜影，再经过扫描转化成数字化信号进入计算机系统进行图像处理。日本富士公司在1981年推出首台用于临床应用的CR，随后美国柯达、德国AGFA公司相继推出自己的CR产品。,IP板外观像1个普通的增感屏，由基板和磷光体材料组成，外层加一层保护，再用暗盒装载保护，可以像普通X线暗盒一样拿去拍片。IP板在X线曝光后将X线的图像信息存储在晶体中，再把IP板送到读出装显，读出线图像信息，送入计算机系统。图像信息经过读出并显示后，存储在IP板上的信息消失，成像板又可以再重复使用。优点：（）CR的曝光剂量与常规线摄影相比，曝光剂要比常规片要小；（）摄影条件要求比胶片低，几乎没有“废片”；（）采用CR时，线设备不用经过大的改变，其拍片过程与原有的线胶片摄影没有什么变化；（）图像后处理功能，可提高影像诊断的准确性及范围。,DR（Digital Radiography）也叫数字摄影，早期的DR是采用增感屏加光学镜头耦合的CCD（数字化耦合器）来获取数字化X线图像，有一点类似影像增强器加CCD的工作方法，这种技术被认为是第一代的DR技术。现在普遍应用的DR主要是采用平板探测口（FPD）对X线产生的图像信号进行扫描和直接读出，成像原理是先将X线信号转变为可见光通过光电二极管组成的藻膜层（TFT）进行聚集，由专门的读出电路直接读出送计算机系统进行处理。目前平板探测口分为以非晶硅为代表的间接转换数字摄影（IDDR）和以非晶硒为代表的直接转换数字摄影（DDR）两种类型。,DR的组成一般包括高压发生器、X线球管及支架、平板探测口、系统控制口等构成。与常规X线信号相比，优点除了具有CR的优点外，DR系统是用平板探测的X线接收装置替代了传统的增感屏及胶片，实现了X线信号的数字化，信号的动态范围、空间的分辨率及密度分辨率高，曝光剂量低，可随时得到供医生观看的X射线影像。在影像传输、存储和放大等处理中几乎不损失影像质量，成像速度远快于传统的胶片X射线系统。,CR和DR的共同点,共同点是将X线影像信息转化为数字影像信息，其曝光宽容度相对于屏胶片系统体现出较大的优势，因而允许照相中的技术误差，即使在一些曝光条件难于掌握的部位，也能获得很好的图像；CR与DR可以根据临床需要进行各种图像后处理，窗宽窗位调节、放大缩小、图像拼接以及距离、面积和密度测量等，为影像诊断中的细节观察、前后对比和定量分析提供了技术支持；另外它们还有效解决了图像的存档管理与传输，可以采用光盘刻录的方式保存影像资料，具有成本低廉、经济效益好的特点。,CR与DR的性能比较,1、 系统功能比较：CR是在传统线胶片摄影装置改进而来，它是利用IP板替代了原有的胶片暗盒，与现有的X线拍片系统没有什么大的改变，IP板在X线曝光后，将图像信息存储在IP板上，将IP板(类似暗盒)送读出装置读出处理，可对现有设备进行改造。DR则是完全数字化的产品，完全改变了传统X线胶片摄影过程，平板探测器(FPD)经X线曝光后即时将X线信号转换成数字信号送计算机进行处理，设备是一套全新的数字X线机。,2、图像质量比较：图像的空间分辨率CR3.5LP/mm，DR3.6LP/mm；密度分辨率CR212灰阶，DR214灰阶，DR的FPD显示信息CR的IP板，DR调制传递函数MTF高于CR。3、操作使用：目前医院使用CR、DR已比较普及，据不完全统计，使用X线传统屏片摄影每个病人平均需要7.5分/人，采用CR摄影的需6分/人，而采用DR摄影的需要2.5 分/人，CR可与原有的适合X线平片摄影的X线机系统配合使用，特别是可用在ICU、急诊室等特殊科室的复杂体位的摄影，而DR系统则较适合透视与点片、摄影及各种造影检查。,数字减影血管造影Digital Subtraction Angiography，DSA,DSA是数字X成像（Digital Radiography, DR)的一个组成部分，是通过电子计算机进行辅助成像的血管造影方法，是70年代以来应用于临床的一种崭新的X线检查新技术。它是应用计算机程序进行两次成像完成的。在注入造影剂之前，首先进行第一次成像，并用计算机将图像转换成数字信号储存起来。注入造影剂后，再次成像并转换成数字信号。两次数字相减，消除相同的信号，得知一个只有造影剂的血管图像。这种图像较以往所用的常规脑血管造影所显示的图像，更清晰和直观，一些精细的血管结构亦能显示出来。对观察血管病变，血管狭窄的定位测量，诊断及介入治疗提供了真实的立体图像，为各种介入治疗提供了必备条件。,主要适用于全身血管性疾病及肿瘤的检查及治疗。应用DSA进行介入治疗为心血管疾病的诊断和治疗开辟了一个新的领域。主要应用于冠心病、心律失常、瓣膜病和先天性心脏病的诊断和治疗。数字减影血管造影(DSA)-禁忌症：对造影剂过敏者。 严重高血压，舒张压大于110mmHg(14.66kPa)者。 严重肝、肾功能损害者。 近期有心肌梗塞和严重心肌疾患、心力衰竭及心律不齐者。 甲状腺机能亢进及糖尿病未控制者。,超声成像,人耳能听到的声音频率为20Hz20KHz。低于20Hz的声波为次声波，人耳是听不到的。高于20KHz的声波为超声波，人耳也是听不见的。超声波之所以被广泛用于医疗领域是因为它有许多奇妙的特点： 由于超声波频率高、波长短，它可以像光那样沿直线传播，使得我们有可能向某已确定方向上发射超声波。声波是纵波，可以顺利地在人体组织里传播。超声波遇到不同的介质交接面时会产生反射波这些特点构成了今天超声仪器在医学领域广泛应用的基础。,超声诊断学（Sonography）,医学超声检查(超声检查、超声诊断学，sonography)是一种基于超声波（超声）的医学影像学诊断技术，使肌肉和内脏器官包括其大小、结构和病理学病灶可视化。虽然物理学上使用的名词“超声”用于指所有频率在人耳听阈上限(20KHz)以上，但在医学影像学中通常指频带比其高百倍以上的声波。超声频率的选择是对影像的空间分辨率和患者探查深度的折中。典型的诊断超声扫描操作采用的频率范围为2MHz13MHz。,超声影像,由声波产生图像经由三个步骤：产生声波接收回声将这些回声可视化。,超声成像的基本原理向人体发射一组超声波，按一定的方向进行扫描。根据监测其回声的延迟时间、强弱就可以判断脏器的距离及性质。经过电子电路和计算机的处理，形成了我们今天的超声图像。,产生声波,在医学超声检查中，压电换能器（一般是陶瓷的）的相位阵列产生的短而强的声音脉冲制造声波。电线和换能器都封装在探头中。电脉冲使陶瓷振荡产生一系列的声音脉冲。声波的频率可表现为2至13兆赫中的任一频率，远超于人耳能听到的频率。而医学超声的目的在于使由换能器散射出的声波汇总产生单一聚焦成弧形的声波。为了使声波有效地传导入人体（即阻抗匹配），探头的表面由橡胶包被。为此，水基凝胶也涂布在探头和患者皮肤之间。声波部分地从不同组织之间的界面反射回探头，即为回声。由非常小的结构散射的声波也产生回声。,接收回声,声波返回探头，与探头发射声波相似，只是过程恰恰相反。返回的声波使探头的单元振荡并使振荡转化为电脉冲，脉冲由探头发送至超声主机，并处理成数字图像。,形成图像,超声仪必须确定接收到的回声的3个要素：在探头的众多单元中是哪个单元接收到的回声； 回声的信号强度；从探头发射声波到接收到其回声用了多少时间。一旦超声仪确定了这3点，即可明确图像中哪个像素应该显示，亮度为多少。接收信号转化为数字图像可比方为往一个空白的电子表格上填写数据。接收脉冲的探头单元决定电子表格的哪一列(如A，B，C列等)。接收回声所用的时间决定哪一行(如1，2，3行等)，回声的强度决定亮度(白色表示强回声，黑色表示无回声，不同的灰阶表示2者之间的不同回声)，如同在电子表格的格子里填入数据。,超声设备,超声的分类,超声波诊断仪可分为A、B、C、F四类，其中最常用的是B类。A型超声波诊断仪是幅度调制型（amplitude modulated mode）的简称。A型显示是超声技术应用于医学诊断中最早、最基本的方式。它主要适用于检查肝、胆、脾、眼及脑等简单解剖结构，测量线度以及获得回波幅度的大小和形状，通过分析回波幅度的分布以获得组织的特征信息。,B型超声诊断仪（简称B超）是在A超基础上发展起来的，它的工作原理与A超基本相同，也是利用脉冲回波成像技术。因此它的基本构成也是由探头、发射电路、接收电路和显示系统组成。所不同的是：B超将A超的幅度调制显示改为亮度调制显示；B超的时基深度扫描时加在显示器垂直方向上，并使声束扫查受检体的过程与在显示器水平方向上的位移扫描相对应；在回波信号处理与图像处理各环节上，大部分的B超都应用了专门的数字计算机控制数字信号的存储与处理以及整个成像系统的运行，使图像质量大为提高。,C型超声诊断仪 在B超广泛地应用于医疗诊断后，人们希望获得与X透视相似的图像，这就是C型超声诊断的图像。C型与B型的成像都是二维图像。但C型的成像画面是与超声束垂直的，它与B型扫描面相差90。C型检查肿瘤组织，能显示出肿瘤组织的扩大范围，这在临床诊断中极为重要。F型超声诊断仪 F型与C型的原理基本相同。只不过C型超声仪的延迟电路控制的距离选通门的开启时刻是个可调常数。而F型的距离选通时间是随位置变化的函数。这样，F型的成像画面不是一个平面，而是一个由位置函数决定的曲面。F型成像画面可从三维角度去观察体内组织及病变情况。,彩超,彩色B超，即”彩超”。其实彩超并不是看到了人体组织的真正的颜色，而是在黑白B超图像基础上加上以多普勒效应原理为基础的伪彩而形成的。多普勒效应：当波源和观察者有相对运动时，观察者接受到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象。对于静止的观测者来说，向着观测者运动物体发出的声波频率会升高，相反频率会降低。远方急驶过来的火车鸣笛声变得尖细（即频率变高，波长变短），而离我们而去的火车鸣笛声变得低沉（即频率变低，波长变长）。当超声波碰到流向远离探头液体时回声频率会降低,流向探头的液体会使探头接收的回声信号频率升高。利用计算机伪彩技术加以描述，使我们能判定超声图像中流动液体的方向及流速的大小和性质，并将此叠加在二维黑白超声图像上，形成了我们今天见到的彩超图像。,超声诊断技术优点,超声的扫查可以连贯地、动态地观察脏器的运动和功能；可以追踪病变、显示立体变化，而不受其成像分层的限制。目前超声检查已被公认为胆道系统疾病首选的检查方法。 超声对实质性器官(肝、胰、脾、肾等)以外的脏器，还能结合多普勒技术监测血液流量、方向，从而辨别脏器的受损性质与程度。例如医生通过心脏彩超，可直观地看到心脏内的各种结构及是否有异常。 超声设备易于移动，没有创伤，对于行动不便的患者可在床边进行诊断。 价格低廉。超声检查的费用一般为35-150元/次，是CT检查的1/10，核磁共振的1/30。这对于大多数工薪阶层来说，是比较能够承受的。“B超”也因此经常被用于健康查体。超声对人体没有辐射，对于特殊患者可以优先采用。,超声诊断技术缺点,由于成像原理不同，几种仪器对各种脏器的检查也各有突出特点：超声在清晰度、分辨率等方面，明显弱于其他。超声对肠道等空腔器官病变易漏诊。气体对超声影响很大，患者容易受到患者肠气干扰等多方面因素影响检查结果超声检查需要改变体位屏气等，对于骨折和不能配合病人不适用。检查结果也易受医师临床技能水平的影响。 孕妇滥查B超可能易致胎儿畸形。,正电子发射断层扫描（PET,Positron emission tomography),将某种物质，一般是生物生命代谢中必须的物质，如：葡萄糖、蛋白质、核酸、脂肪酸，标记上短寿命的放射性核素（如F18，碳11等），注入人体后，通过对于该物质在代谢中的聚集，来反映生命代谢活动的情况，从而达到诊断的目的。放射性核素在衰变过程中释放出一个正电子，在行进1到3厘米后遇到一个电子后发生湮灭，从而产生方向基本相反的一对511KeV的能量。这些信息，通过高度灵敏的照相机捕捉，并经计算机进行散射和随机信息的校正后，我们可以得到在生物体内聚集情况的三维图像。各医院主要使用的物质是氟代脱氧葡萄糖，简称FDG。其机制是，人体不同组织的代谢状态不同，在高代谢的恶性肿瘤组织中葡萄糖代谢旺盛，聚集较多，这些特点能通过图像反映出来，从而可对病变进行诊断和分析。,PET检查的优点,PET是目前惟一可在活体上显示生物分子代谢、受体及神经介质活动的新型影像技术，现已广泛用于多种疾病的诊断与鉴别诊断、病情判断、疗效评价、脏器功能研究和新药开发等方面。 灵敏度高。PET是一种反映分子代谢的显像，当疾病早期处于分子水平变化阶段，病变区的形态结构尚未呈现异常，MRI、CT检查还不能明确诊断时，PET检查即可发现病灶所在，并可获得三维影像，还能进行定量分析，达到早期诊断，这是目前其它影像检查所无法比拟的。 特异性高。MRI、CT检查发现脏器有肿瘤时，是良性还是恶性很难做出判断，但PET检查可以根据恶性肿瘤高代谢的特点而做出诊断。,全身显像。PET一次性全身显像检查便可获得全身各个区域的图像。 安全性好。PET检查需要的核素有一定的放射性，但所用核素量很少，而且半衰期很短（短的在12分钟左右，长的在120分钟左右），经过物理衰减和生物代谢两方面作用，在受检者体内存留时间很短。一次PET全身检查的放射线照射剂量远远小于一个部位的常规CT检查，因而安全可靠。,PET的不足,（1）对肿瘤的病理性质的诊断仍有一定局限性，如，对于炎症的特异性不好。（2）检查者需要有较丰富的经验，尤其对是对不同体形不同诊断需要的患者采用何种检查体位，注射多少核素等问题需要积累经验，另外读片者有时候必须同时兼具发射科和核医学科的知识。（3）检查费用昂贵，目前做一次全身PET检查需花费一万元左右，不易推广。,哪些病人适合做PET检查？,（1）肿瘤病人。目前PET检查85是用于肿瘤的检查，因为绝大部分恶性肿瘤葡萄糖代谢高，FDG作为与葡萄糖结构相似的化合物，静脉注射后会在恶性肿瘤细胞内积聚起来，所以PET能够鉴别恶性肿瘤与良性肿瘤及正常组织，同时也可对复发的肿瘤与周围坏死及瘢痕组织加以区分，现多用于肺癌、乳腺癌、大肠癌、卵巢癌、淋巴瘤，黑色素瘤等的检查，其诊断准确率在90以上。这种检查对于恶性肿瘤病是否发生了转移，以及转移的部位一目了然，这对肿瘤诊断的分期，是否需要手术和手术切除的范围起到重要的指导作用。据国外资料显示，肿瘤病人术前做PET检查后，有近三分之一需要更改原订手术方案。在肿瘤化疗、放疗的早期，PET检查即可发现肿瘤治疗是否已经起效，并为确定下一步治疗方案提供帮助。有资料表明，PET在肿瘤化疗、放疗后最早可在24小时发现肿瘤细胞的代谢变化。,（2）神经系统疾病和精神病患者。可用于癫痫灶定位、老年性痴呆早期诊断与鉴别、帕金森病病情评价以及脑梗塞后组织受损和存活情况的判断。PET检查在精神病的病理诊断和治疗效果评价方面已经显示出独特的优势，并有望在不久的将来取得突破性进展。在艾滋病性脑病的治疗和戒毒治疗等方面的新药开发中有重要的指导作用。 （3）心血管疾病患者。能检查出冠心病心肌缺血的部位、范围，并对心肌活力准确评价，确定是否需要行溶栓治疗、安放冠脉支架或冠脉搭桥手术。能通过对心肌血流量的分析，结合药物负荷，测定冠状动脉储备能力，评价冠心病的治疗效果。,单光子发射计算机断层成像术(Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT),单光子发射计算机断层成像术(SPECT)和正电子发射断层成像术(PET)是核医学的两种CT技术，由于它们都是对从病人体内发射的射线成像，故统称发射型计算机断层成像术(Emission Computed Tomography，ECT)。SPEC基本原理：利用能够放出纯粹阿尔法光子的放射性核素或药物注入或吸入人体，通过显像仪的探头对准所要检查的脏器接收被检部位发出的射线，再通过光电倍增管将光电脉冲放大转化成信号，然后采用与X-CT类似的重建算法计算出放射性同位素分布的断层图像。,SPECT优势,最主要优势是能较高特异性地显示脏器或病变的血流、功能和代谢的改变，有利于疾病的早期诊断及特异性诊断。骨显像能同时显示全身各个骨骼的形态及各个局部骨骼的血供和代谢情况，可早于线半年以上诊断肿瘤骨转移；无创性的心脏灌注显像是目前诊断心肌缺血准确性最高检查方法（与冠脉造影对比，对冠心病诊断的灵敏度及特异性在左右）；甲状腺形态和功能的诊断及对甲状腺结节的良恶性质的鉴别具有相当的优势；肾脏动态显像对肾功能诊断的灵敏度明显高于线肾盂静脉造影，对了解肾功能和尿路梗阻具有独特价值；肝脏胶体、血流及血池显像诊断肝海绵状血管瘤的特异性达；淋巴显像对乳糜外溢的定位诊断具有其他影像学无法比拟的优点。,SPECT与PET的差别,SPECT中使用的放射性物质（氙-133、锝-99或碘-123）比PET中使用的放射性物质的衰变时间更长，它们辐射出单个的而不是成对的伽马射线。SPECT能够提供血液流动和体内放射性物质分布的信息。它的图像灵敏度较PET低，图像的细节也没有PET提供的多，但是SPECT技术比PET要便宜。SPECT中心比PET中心更容易找到，因为它们不需要建在粒子加速器附近。,脑电图（electroencephalogram，EEG）,生物电现象是生命活动的基本特征之一，各种生物均有电活动的表现，大如鲸鱼，小到细菌，都有或强或弱的生物电。其实，英文细胞（cell）一词也有电池的含义,无数的细胞就相当于一节节微型的小电池，是生物电的源泉。 人体也同样广泛地存在着生物电现象，因为人体的各个组织器官都是由细胞组成的。对脑来说，脑细胞就是脑内一个个“微小的发电站”。 脑电图是通过脑电图描记仪将脑自身微弱的生物电放大记录成为一种曲线图，以帮助诊断疾病的一种现代辅助检查方法。脑电图对脑部疾病有一定的诊断价值，主要用于用于颅内器质性病变如癫痫、脑炎、脑血管疾病及颅内占位性病变等的检查。脑电图极易受各种因素干扰，应注意识别和排除。,脑磁图,大家都知道“电生磁，磁生电”的道理，也就是说，电场与磁场总是相伴而生的。既然人脑有生物电或电场的变化，那么肯定有磁场的存在。果然，科学家Cohen于1968年首次测到了脑磁场。由于人脑磁场比较微弱，加上地球磁场及其它磁场的干扰，必须有良好的磁屏蔽室和高灵敏度的测定仪才能测到。1971年，国外有人在磁屏蔽室内首次记录到了脑磁图。脑磁测量是一种无损伤的探测方法，可以确定不同的生理活动或心理状态下脑内产生兴奋性部位，无疑是检测脑疾病的有效方法之一。,红外成像和热成像,红外线位于电磁波谱中的可见光谱段的红端以外，介于可见光与微波之间，波长为0.761000m，不能引起人眼的视觉。在实际应用中，常将其分为三个波段：近红外线，波长范围为0.761.5m；中红外线，波长范围为1.55.6m；远红外线，波长范围为5.61000m。它们产生的机理不太一致。分子都在不停地做无规则热运动，并产生热辐射，故自然界中的物体都能辐射出不同频率的红外线，如相机、红外线胶片自身等。在常温下，物体辐射出的红外线位于中、远红外线的光谱区，易引起物体分子的共振，有显著的热效应。因此，又称中、远红外线为热红外。当物体温度升高到使原子的外层电子发生跃迁时，将会辐射出近红外线，如太阳、红外灯等高温物体的辐射中就含有大量的近红外线。,不同波段的红外线成像原理和特点,红外遥感是指借助对红外线敏感的探测器，不直接接触物体，来记录物体对红外线的辐射、反射、散射等信息，通过分析，揭示出物体的特征及其变化的科学技术。红外遥感技术中能获得图像信息的仪器有：使用红外线胶片的照相机，具有红外摄影功能的数码相机，热像仪等。虽然它们都利用红外线工作，但成像原理和所成的图像的物理意义有很大的区别。红外摄影通常指利用红外线胶片和数码相机进行的摄影；前者属于光学摄影类，后者属于光电摄影类。,红外摄影所成的红外像利用了景物反射的近红外线，体现了景物的几何形状；热像仪对人体成的热图，是利用人体自身热辐射获得的表示人体表面温度分布的图像。,磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）,磁共振成像基本原理,利用人体内固有的原子核，在外加磁场作用下产生共振现象，吸收能量并释放MR信号，将其采集并作为成像源，经计算机处理，形成人体MR图像。成像条件： 人体内原子核氢质子（1H） 外加磁场主磁场（B0） 三维梯度磁场（Gx Gy Gz）射频作用（Radio Frequence）中心控制系统计算机,两种理论解释,氢原子磁矩进动学说（经典力学理论）氢原子核磁矩平时状态-杂乱无章氢原子置于磁场的状态-磁矩按磁 力线方向排列施加射频脉冲-原子核获得能量射频脉冲停止后-产生MR信号原子核的能级跃迁学说（量子力学理论）,弛豫,弛豫过程： 射频脉冲去除后，在静磁场作用下，质子从高能量状态（与磁场垂直位置）到低能量状态（与磁场平行位置）的恢复过程。弛豫时间： 射频脉冲去除后，有静磁场作用下，质子恢复到平衡位置所需时间为弛豫时间。,纵向弛豫：90射频脉冲停止后，磁化分量Mz逐渐增大到最初值，呈指数规律缓慢增长，由于是在Z轴上恢复，称为纵向弛豫。 T1弛豫时间（纵向弛豫时间）规定为Mz达到其最终平衡状态63%的时间横向弛豫：90射频脉冲停止后，磁化分量Mxy很快衰减到零，呈指数规律衰减，称为横向弛豫。 T2弛豫时间（横向弛豫时间）是指磁化分量Mxy衰减到原来值的37%的时间。,成像因素,组织内质子密度（与信号成正比）T1值（与信号成反比） T2值（与信号成正比）流空效应（由于信号采集需一定的时间，快速流动的血液不产生或只产生极低信号，与周围组织、结构间形成良好的对比，这种现象就是“流空效应”。）,空间定位,MR空间定位靠的是梯度磁场通过梯度磁场达到选层目的，称选层梯度（GsliceGz）为了完成同一层面内不同区域质子信号的空间定位，需借助于与选层梯度垂直的另外两个梯度： 频率编码梯度：GfreqGy 相位编码梯度：GphaseGx,人体的三立面,横断面,冠状面,矢状面,磁场均匀无梯度,磁场有梯度,2003年诺贝尔生理学或医学奖,劳特布尔（19292007)美国伊利诺伊大学,曼斯菲尔德（1933)英国诺丁汉大学,两位获奖者在70年代提出利用梯度磁场以获得二维的核磁共振图像及其改进方法。这些发现导致了在临床诊断和医学研究上获得突破的磁共振成像仪的出现。,磁共振成像(MRI)系统,控制台,射频控制器梯度放大器以及主计算机,梯度线圈,检查床,射频线圈,医学磁共振成像仪 (开放式),医学磁共振成像仪,医院做医学磁共振成像诊断,人体各部位的成像,头部,颈部,胸部,MRI的优势,无电离辐射成像参数多（T1、T2、质子密度、流空效应）能提供组织的物理和生物化学特性流空效应，不需造影剂即可观察心脏和血管结构无需移动病人即可作多方向的扫描无颅底骨伪影,MRI的劣势,扫描时间较长（一般为30