医学影像成像基础知识

影像成像基础知识,1,第一章 X线成像基础,X线的本质：电磁辐射伦琴发现X线：1895年波长范围：0.006-50nm成像波长范围：0.0310.008nm X线的特征 X射线成像原理 计算机X线摄影（CR） 直接数字化X线摄影系统（DR）,X射线的产生,影响X射线穿透性主要因素：管电压,X线的特征,X射线与物质间的相互作用（1）X射线的穿透作用。(x线成像) 其贯穿本领的强弱与物质的性质有关,X线的特征,X射线与物质间的相互作用（2）X射线的荧光作用。 X射线是肉眼看不见的，但当它照射某些物质时，如磷、铂氰化钡、硫化锌、钨酸钙等，能够使这些物质的原子处于激发态，当它们回到基态时就能够发出荧光，这类物质称荧光物质。 医学中透视用的荧光屏、X射线摄影用的增感屏、影像增强器中的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。 （3）X射线的电离作用。 X射线虽然不带电，但具有足够能量的X光子能够撞击原子中轨道电子，使之脱离原子产生一次电离。 电离作用也是X射线损伤和治疗的基础。,X线的特征,X射线与物质间的相互作用（4）X射线的化学效应。 X射线能使多种物质发生光化学反应。例如，X射线能使照相底片感光。（5）X射线的生物效应。 生物组织经一定量的X射线照射，会产生电离和激发，使细胞受到损伤、抑制、死亡或通过遗传变异影响下一代，这种现象称为X射线的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗中。,X射线成像原理, 人体不同密度组织与X线成像的关系,X射线成像原理, 人体不同厚度组织与X线成像的关系,密度和厚度的差别是产生影像对比的基础，是X线成像的基本条件,X线检查技术,可分为普通检查、特殊检查和造影检查三大类。一、普通检查(Routine examination) （一）透视(Fluoroscopy) 1、简便、经济、快速、多角度转动观察、动态； 2、影像空间分辨率差； 3、影像细节显示欠清，不利于防护，无永久记录。（二）普通X线摄影（Plain film radiography)1、照片空间分辨率较高，不受体厚或密度影响，X线量较透视，有 永久记录； 2、静态、费时。,9,（三）、特殊检查（Special examination)1、体层摄影（Tomography) (1)分纵断体层及横断体层（已淘汰）； (2)纵断体层2、高千伏摄影 (High kilovolt photography) (1)120KV (2)常用于胸部、心脏、胸 部肿块的检查。,10,3、软X线摄影：波长较长、能量较低,穿透物质的能力较弱(1) 40KV，钼靶。 (2) 常用于乳腺、阴茎、咽喉侧位的检查。 （3）康普顿吸收4. 放大摄影：显示细微病变,11,二、数字X线成像检查计算机X线摄影（CR）数字X线成像数字X线摄影（DR）数字减影血管造影（DSA） （一）CR 与X线区别：IP成像板 1、工作原理：X线管照射人体 X线成像信息的成像板（Imaging plate；IP） 信息读出处理 数字式平片影像。 2、功能优点： 信息转换为数字信息； 能提高图像密度分辨、显示功能 图像后处理 降低辐射剂量； 图像存档与传输系统,12,3、功能缺点：时间分辨率差，不能满足动态器官和结构的显示；空间分辨率差，与常规X线屏片系统比较。 4.临床应用： CR胸片通过后处理技术，可分别建立显示纵隔结构、肺内结构和骨骼结构的影像。能量减影可以去除肋骨对肺组织的遮挡，对肺内渗出性和结节性病变的检出率都高于传统的X线成像，但由于空间分辨力的不足，显示肺问质与肺泡病变不及传统的X线图像。 CR在观察肠管积气、气腹和结石等含钙病变优于传统X线图像。胃肠双对比造影在显示胃小区、微小病变和肠黏膜皱襞上，CR优于传统的X线造影。对骨结构、关节软骨及软组织的显示优于传统的X线成像。在一张肌肉骨骼系统的照片上，只需曝光一次，通过后处理系统的处理，即可分别得到清晰的骨骼和肌肉影像。由于CR系统照片的空间分辨力低于传统x线照片，可能会使对病变骨骼的微细结构的观察受到限制，但可以通过CR系统的直接放大摄影得到改善。,13,（二）DR概念：DR是在X线电视系统的基础上利用计算机数字化处理，使模拟视频信号经过采样，模/数转换后直接进入计算机中进行存储、分析和保存的技术。,1、工作原理：（系统控制器、高压X线发生器触发）X线管 准直器(定位) 人体 影像增强管(光学系统) 摄像机 模拟视频信号采集、模/数转换(Analog to digit；A/D) 计算机中(存储、分析、保存)。,14,直接数字化X线摄影系统（DR）,DR与CR成像技术的比较,（三）DSADSA是影像增强技术、电视技术和计算机技术与常规的X线血管造影相结合的一种新的医学检查方法。1、工作原理：X线照射人体 经影像增强器转变成荧光图像 将图像处理成电子信号 输入电子计算机 模/数转换、放大 数字化图像造影剂未达欲检部位前摄取的影像称为蒙片(mask)，造影剂到达欲检部位时所摄取的影像称为被减影图像 mask与被减影片数据相减 血管影像数据 数/模转换 数字减影图像(只有血管的图像)。,16,2、减影方式：光学减影法（传统）：蒙片 注入造影剂后照片 相重叠 曝光 负片 正片(已淘汰) 时间减影法(现代)：上面所描述过程。 能量减影法(现代)：技术不成熟，未能全面开展。 3、DSA优点：图像消除了骨骼和软组织结构；采集快速，随意重放；同一部位可重现减影或不减影影像；可存盘（save)或通过同步录像或多幅照相机或刻录机将影像 永久保留；可实时将透视像放大1-4倍，也可根据诊断需要将存盘影像重 新调出（load)； 能动态观察血管在造影各期中的表现；,17,应用数字减影技术，可将造影剂稀释减量；数字减影有描绘血管图（Road map）4、DSA缺点：碘过敏患者禁止此项检查；受检者的呼吸动作、肢体活动、肠道蠕动、心脏搏动、肌肉收缩等均影响效果；空间分辨率不如传统X线技术高。,18,三、造影检查（Contrast media examination)1、普通X线检查 人体自身组织天然对比（如胸片） 形成 影像。2、造影检查 将对比剂引入器官内或周围 人为形成密度 差 形成影像。造影检查明显扩大了X线检查范围。3、对比剂分易被X线穿透和不易被X线穿透两大类。 阴性造影剂阳性造影剂 氧气、二氧化碳钡剂、碘剂4、对比剂引入人体内方法有直接引入（逆行造影、经皮肝穿 等）和生理积聚（如IVP、胆道静脉造影等），使用对比剂 应注意药物反应。,19,X线断层图像2.优点：图像逼真、清晰、密度分辨率高，解剖关系明确，对病变的定 位和定性诊断较普通X线有明显提高,20,原理：CT 断层装置是利用 X 线管 ,围绕人体的长轴进行旋转照射 ,并于对侧设置检测器吸收通过人体的不同衰减的 X 线 ,并转换成电信号送入电脑 ,进行处理 ,重建成图像后在监视器上 (CRT) 显示出横断面图像 ,亦可再建构成矢状、冠状面等图像。,第二章 CT成像基础,高 压 发 生 器,D A S,CT 机构成 CT 机主要由硬件部分与软件部 分所构成。硬件部分主要由扫描架、扫描床及控制台 三大部分所组成。X 线管及发生器、检测器设置在扫 描架内 ,控制台内装有微型电子计算机以及图像显示 器。为了将扫描图像摄在胶片上 ,另设有多幅照像机 , 近年逐渐应用激光照相机 ,使照片图像更加清晰.,CT的进展,第一代CT为一个球管加一个探测器结构，采集方式为旋转加平行移动式,第二代CT具有多个探测器，但仍采用旋转加平移的扫描方式,CT的进展,第三代CT的探测器达到数百个，采集过程为球管和探测器组沿受照物做往复式旋转.,CT的进展,在1989年，由于滑环技术的运用，使连续旋转成为可能，从而奠定了螺旋扫描方式的基础。,CT的进展,第五代CT扫描机(EBCT),CT的发展方向,缩短扫描时间 0.5”提高分辨率 0.5mm图像重建时间 0.5”开发新功能,螺旋CT机工作原理及特点,CT的进展,CT的进展,单层螺旋CT机：薄扇形X射线束单排探测器单一数据采集通道一个旋转周期仅得 一幅图象,多层螺旋CT机：锥形X射线束多排探测器四套数据采集通道每一个旋转周期可得 四幅图象,CT的进展,CT的进展,CT图像和CT值,象素和体素高密度 低密度 等密度CT图像的构成,CT图像和CT值,CT图像和CT值,CT值物体密度的表示方法CT值1000（水）/水,X光衰减率物体的密度CT值临床诊断的重要依据,水0 Hu 空气1000Hu 骨大约1000Hu,正常组织CT值,人体各种组织结构不同 ,X线衰减差异较大 ,形成 各种不同的 CT 值 ,也可以利用 CT 值来鉴别组织的性 质,病变的 CT 值组织器官产生各种病变 ,CT 值亦相应产生变化 , 然而有时病变与正常组织呈等密度时 ,可以应用增强扫描来加以区别 ,为诊断提供重要信息。,窗宽和窗位,窗宽（window width ,WW，W）,窗位 (window level, WL, L),CT图像的特点,重建的数字图像密度分辨率高CT值表示密度的量断层图像,CT的检查技术,平扫增强CTA (CT angiography),平扫 增强,CTA,CT对比增强的原理和目的,原理 水溶性碘造影剂经经脉注入，一般不与或和很少与人体血红蛋白结合，而大量分布在血管内，然后再进入各组织细胞外液并逐渐达到平衡。正常和病变组织的强化是由于其含碘量增加，从而局部密度增高。造影剂在某组织分布的多少，取决于组织血流量，血流速度，微血管通透性和细胞外液体积等。组织增强效果与造影剂浓度，注药方式及扫描时间是否与组织的增强高峰时相同步有关。,CT对比增强的原理和目的,目的提高病变组织与正常组织的对比度定位，定性，鉴别诊断判断周围组织及血管受侵情况,CT