医学影像学概论课件

1、医学影像学第一讲 概论（一）医学影像技术的发展常规X线 60年代US 上世纪60年代CT 70年代MRI 80年代数字化影像 CR DR PACS90年代X线的发现医学影像学Medical Imageology影像诊断学Diagnostic imageology介入放射学interventional radiology影像诊断学放射诊断学 Diagnostic Radiology 计算机体层成像 Computed Tomography，CT磁共振成像 Magnetic Resonance Imaging，MRI超声诊断学 Ultrasonography，US闪烁成像 -Scintigraphy

2、正电子发射体层成像 Position Emission Tomography，PET发射体层成像 Emission Tomography单光子发射体层成像 Single Photon Emission Computed Tomography ，SPECT影像诊断学的重点内容掌握不同检查方法的成像原理及成像特点掌握不同疾病检查所需要的影像检查方法熟悉各种成像技术价值和限度掌握疾病的基本影像特征本课程的主要内容为X线放射诊断学及CT诊断学，超声、MRI及介入放射学为了解内容。放射诊断学原理 X光机的历史第一台医用X光机 英国 15岁的罗素.雷诺兹 1896年 我国自制医用X光管 复旦大学 周同庆

3、1953年2009年11月 X光机在英国伦敦科技博物馆 被选为改变世界的十大发明之首X光机X光的发生-X-光管玻璃罩保护的旋转阳极X光管真空X射线管X光管结构示意图阴极：螺旋形状的炽热的钨灯丝，发射电子电流真空玻璃管：X线管只有在高度真空情况下才能正常工作。一般管真空度1.33kPa-0.67kPa以上，高的在1.33kPa0.93kPa阳极靶：吸收阴极电子，通过这些高速电子的撞击，产生X射线X光的成像原理X光的物理特性X光是一种电磁波 波长范围 约0.001100nm医用X光波长范围 约0.0080.031nm 相当于40150kV能量 光子能量比可见光的光子能量大几万 至几十万倍X光的特性

4、 穿透性 X光管管电压越高，产生的X光波长就越 短，穿透力就越强。荧光效应 激发荧光物质发出荧光感光效应 使胶片上的溴化银感光产生潜影，经显、定 影后，胶片变为黑白相间的图像生物效应 使机体内组织、细胞产生变化，损伤人体， 作为肿瘤放射治疗X线成像的基本原理X线成像的三大条件X线具有一定的穿透力被穿透的组织和器官必须存在密度的厚度的差异必须有成像物质（X线胶片、荧光屏）X线图像的特点（一）人体组织密度：人体组织中单位体积物 质的质量X线图像密度：X线片上影像的灰阶 X线图像的黑白与人体组织的密度相关组织密度越高，影像越白组织密度越低，影像越黑组织密度越高，影像越白组织密度越低，影像越黑X线图像

5、的特点（二）X线为复合影像 X线图像系标准X线束穿过人体不同密度、 厚度、组织结构投影总合，将三维立体结构投影成二维图像，因而X线图像与人体组织结构相比，产生形态失真、放大及相互重叠ABX线影像的观察方法荧光屏-透视胶片-普用X光摄片IP板-CR探测器-DR最古老的透视1896年巴黎报纸评论：任何一个疯狂的教授都可以使用X线看穿女士的外衣透视（fluroscopy）观察载体-荧光屏适用部位：机体天然对比较好的部位或能给予对比剂的部位，如胸部、颈椎等作用：观察器官动态，例如心脏大血管、消化道蠕动等。优点：简便易行，经济，结果快缺点：不能显示细微病变，密度较大的部位显示不清楚，无永久记录，不能前后

6、比较，病人所受辐照量较大透视的图像特点与X胶片图像相反，透视的图像 组织密度越高，图像越黑 组织密度越低，图像越白透视的图像照相 -X线摄影（Radiography）X线摄影胶片片盒胶片及读片灯箱X线摄影（Radiology）观察载体：胶片步骤：胶片曝光-显影-定影-水洗-晾干（或烤干）原理：X线可使胶片溴化银感光，产生潜影，经显影、定影处理，感光部份溴化银还原为金属银，沉淀在胶片上，显示为黑色。未感光的溴化银脱离胶片，显示为白色适用：X线摄影对比度及清晰度均佳，适用于全身各部位检查。目前主要用于胸部及骨骼检查CR系统Computed RadiographyCR 是一种X线图像信息间接转化技术

7、（需模/数转换），它将影像信息首先记录在影像板上（模拟潜影信息），再通过读出装置转换为输出信息（数字图像信息），成像环节相对较多，成像速度慢，图像质量稍为逊色，但是具有便携性，价格相对便宜CR 的组成结构：由影像板（IP）与信息读出装置组成。X光人体IP板imaging plate电脑CR系统IP板CR图像DR系统（Digital Radiography）DR是一种X线图像信息直接数字转换技术，其核心技术是数字化平板探测器（FPD）。成像环节少，成像速度快，图像层次丰富，影像边缘清晰锐利，组织的细微结构显示特别出色。价格昂贵DR图像X线摄影技术透视检查普通X线摄影（平片）造影检查造影检查 适用

8、于缺乏自然对位的部位和脏器，如腹部脏器，消化道等，引入对比剂（Contrast Medium），也称造影剂对比剂（Contrast Medium）高密度对比剂 原子序数高，比重大的物质。常用有钡剂、碘剂 如医用硫酸钡 有机碘剂 无机碘剂低密度对比剂 原子序数低，比重小的物质，如空气、氧气等，应用小消化道造影医用硫酸钡血管造影离子型碘剂（无机碘剂）：泛影葡胺 20世纪50年代研制 高渗透压、疏水、副反应大，安全性较低非离子型碘剂（有机碘剂）： 碘普胺-优维显 碘海醇-欧乃派克 碘帕醇-碘必乐 碘克沙醇-威视派克20世纪80年代 低渗透压、亲水、副反应少，安全性高血管造影肾动脉造影空气造影气钡双相

9、造影造影方式直接引入：口服 灌注 穿刺注入间接引入：注入静脉，通过循环达到靶器官，如泌尿系造景（IVP），胆道造影造影的副作用及处理检查前准备：询问过敏史，皮试造影反应：恶心、呕吐、睫膜充血、荨麻疹等，严重者可产生过敏性休克甚至死亡禁忌症：严重心、肾疾患，过敏体质处理：密切观察，积极抢救X线检查方法的选择原则必须了解各种检查方法的原理首选准确、无创、并发症少、经济尽量避免重复检查严格掌握适应症、禁忌症放射防护放射防护的必要性X线通过人体被吸收，也产生电离作用，并引起体液和细胞内一系列生物化学作用，使组织细胞的机能形态受到不同程度的影响，这种作用称为生物效应。从辐射诱癌和其他因素导致死亡概率来看

10、：吸烟 每万人死亡概率为12，肾脏和肝脏CT检查 每万人死亡概率为12，泌尿X射线摄影 每万人死亡概率为2，腰椎X射线摄影 每万人死亡概率为0.2，胸部X射线摄影 每万人死亡概率为0.02。防护方法1.X线机及机房的设计：须考虑到防护措施2.安排检查：患者应避免短期内反复多次检查及不必要的复查。尽量减少透视，提提倡高千伏HKV摄影。3.检查中：患者与X线球管须保持一事实上的距离，一般不少于35cm。（患者距X线球管愈近，接受放射量愈大。）4.球管窗口下须加一定厚度的铝片，减少穿刺力弱的 长波X线，因为这些X线被患者完全吸收，而对荧光屏或胶片都无作用。放射防护的必要性牛津大学和英国癌症研究中心的

11、科学家在对15个国家的统计数据进行分析后发现：英国每年诊断出的癌症病例中有0.6%是由X射线检查所致。在X射线和CT检查更为普遍的日本，每年新增癌症病例中有3.2%是由X光及CT检查造成的。特殊人群的防护对性成熟及发育期的妇女作腹部照射： 应尽量控制次数及部位，避免伤害生殖器官。对早孕妇女 避免放射线照射骨盆部： 早期怀孕第一个月内，胎儿对X线特别敏感，易造成流产或畸胎男患者：在不影响检查的情况下，宜用铅橡皮保护阴囊，防止睾丸受到照射。儿童：应尽量避免一切不必要的照射。新生儿期的胸部X射线检查应严格控制，并应制定儿童X射线检查的适应症。尽量避免非临床诊断范围的X射线照射。减小照射野，对非投照部

12、位要采取屏蔽防护。工作人员防护原则1、时间防护：一切人员应尽可能减少在 有X射线场内停留时间。2、距离防护：一切人员尽量远离X线源。3、屏蔽防护：隔室操作。医生使用铅橡皮手套、围裙、眼镜、铅防护椅、铅脖套、铅帽等。4、在X线诊断及治疗过程中，X线管窗口或缩光器上要放置滤过板以吸收X线，而且要尽量缩小照射视野，防止散射面积过大。5、工作人员须佩戴放射计量仪并定期体检X线片的分析与诊断按照一定顺序全面而系统地进行观察区分正常、异常，鉴别伪影对异常X线的表现进行分析： 病变的位置、分布，病变数目、形状、 密度、边缘、邻近组织、器官改变、脏 器功能X线诊断结论肯定诊断 如 气胸、骨折否定诊断 如双肺未

13、见确切渗出、实变可能性诊断 如：肺内片状软组织密度影，性质？ 肿瘤？炎性结节？其它？（最常见，意味着诊断医师没有把握，需要做进一步的检查或观查）医学影像学第二讲 概论（一）湖北医药学院医学影像学教研室计算机体层成像Computed Tomography，CTCT成像基本原理 HounsfieldGN1969年设计成功，1972年问世用X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，是数字成像而不是模拟成像。CT机及CT检查几个重要的概念体素（voxel）：CT形成的图像为横断面的图像，CT 每一次扫描时对一个厚度为0.5-10cm的人体横断层进行扫描，图像处理时将选定层面分成

14、若干个体积相同的立方体，称之为体素，是一个三维概念数字矩阵：扫描所得数据经计算而获得每个体素的X线衰减系数（attenuation）或称吸收系数，再排列成矩阵，即构成数字矩阵。像素（pixel）：数字矩阵中的每个数字经数字模拟转换器转为由黑到白不等灰度的小方块，称之为像素。是一个二维概念。CT图像:由一定数目像素按原有矩阵顺序排列构成的灰阶图。CT的图像特点空间分辨力 可密度分辨力 佳成像 断面成像+多平面重建成像方式 无创 CT的发展第一台：英国电子工程师亨斯费尔德 1972年4月一、二、三、四、五代CT设备螺旋CT（Spiral CT）多层螺旋CT（Multislice Spiral CT

15、）螺旋CTCT检查技术平扫（plain scan）增强扫描（Contrast Enhancement）动态扫描（Dynamic Scan）高分辨CT（High Resolution CT，HRCT）CT新技术平扫增强 动脉期增强 门脉期动态扫描高分辨CTCT后处理技术多平面重建技术（MPR）表面重建技术（SSD）SSD-表面重建技术MIP（最大密度投影）MIP（二）血管重建技术血管重建-冠状动脉CT成像的优缺点优点：横断面图像层厚准确、图像清晰、密度分辨 率高、无层面以外结构的干扰 多平面重建 动态扫描缺点 空间分辨率（spatialresolution）低于常规X线摄影。 CT血管成像的质量

16、低于DSA CT检查在肌肉、韧带、脊髓、神经系统方面也明显不如 MRI检查 以形态学诊断为主，功能性检查尚处于发展阶段，不能提 供生化方面的资料 CT对于体内小于1cm的病灶，常常容易漏诊 数倍-数十倍于普通X光摄影的照射剂量DSA数字减影血管造影Digital Substraction AngiographyDSA的诞生与发展1980年11月 美国的威斯康星大学的Mistretta组和亚利桑纳大学的Nadelman组首先研制成功X线机+影像增强器+摄像机+显示器X线电视系统 模拟视频信号 计算机处理系统 数字减影 DSA图像DSA成像原理概念：DSA：利用计算机处理数字化的影像信息，通过减影

17、处理，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。DSA机构成：包括X线管、影像增强器IITV、高分辨率摄像管、计算机、图像显示与记录系统数字荧光成像(digital fluorography，DF)是DSA的基础，DF是用高分辨率摄像管对IITV上的图像扫描，从而将X线图像像素化和数字化。采用减影技术(technique of subtraction)获得DSA图像。目前常用时间减影法(temporal subtraction method)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，从而得到不同期相的DSA图像。DSA成像原理DSA血管造影机DSA检查技术经动

18、脉注入造影剂DSA （Intra-arterial DSA ，IADSA）经静脉注入造影剂DSA （Intra-venous DSA ，IVDSA）IADSAIADSA的操作：将导管插入动脉。全身低肝素化：经导管注入肝素30005000u，行全身低肝素化，以防止导管凝血。移动导管，将导管尖插入欲查动脉开口。注入造影剂：导管尾端接压力注射器，快速注入造影剂。注入造影剂前将IITV影屏对准检查部位。摄像：于造影前及整个造影过程中，以每秒13帧或更多的帧频，摄像710秒。经操作台处理即可得减影的血管图像。DSA检查的优缺点数字化减影图像，可以显示血管径路图(road-map)，但缺乏参照标记图像。密

19、度分辨率高，DSA图像中没有原来的骨与软组织影，提高了图像对比质量。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。 伪影(artifact)，主要由图像减影时配准不良产生。不是一个单纯的诊断工具，可以进行介入治疗有创检查，价格昂贵MRI核磁共振Nuclear Magnetic Resonance NMR磁共振成像Magnetic Resonance Image ，MRI磁共振成像原理 磁共振的原理核磁共振成像的“核”指的是氢原子核，因为人体的约70%是由水组成的，MRI即依赖水中氢原子。当把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，以改变氢原子的旋转排列方向，使之共振，然后分析它释

20、放的电磁波，由于不同的组织会产生不同的电磁波讯号，经电脑处理，就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。原子核在进动中，吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲，即外加交变磁场的频率等于拉莫频率，原子核就发生共振吸收，去掉射频脉冲之后，原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来，称为共振发射。共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”。原子核的自旋与原子核的磁矩 核磁共振研究的对象是具有磁矩的原子核。 原子核是由质子和中子组成的带正电荷的粒子，其自旋运动将产生磁矩。但并非所有同位素的原子核都具有自旋运动，只有存在自旋运动的原子核才具有磁矩 自旋运

21、动与自旋量子数I相关 I=0时，原子核没有自旋运动：如12C6，16O8，32S16 I0的原子核 ，都具有自旋现象 I = 1/2的原子核是电荷在核表面均匀分布的旋转球体，核磁共振谱线较窄，最适宜于核磁共振检测，是NMR研究的主要对象。如1H，13C；19F，31P等MRI系统磁铁系统静磁场：又称主磁场。当前临床所用超导磁铁，磁场强度有0.2到7.0T（特斯拉），常见的为1.5T和3.0T；动物实验用的小型MRI则有4.7T、7.0T与9.4T等多种主磁场强度。另有匀磁线圈（shim coil）协助达到磁场的高均匀度。 梯度场：用来产生并控制磁场中的梯度，以实现NMR信号的空间编码。这个系统

22、有三组线圈，产生x、y、z三个方向的梯度场，线圈组的磁场叠加起来，可得到任意方向的梯度场。 射频系统射频（RF）发生器：产生短而强的射频场，以脉冲方式加到样品上，使样品中的氢核产生NMR现象。 射频（RF）接收器：接收NMR信号，放大后进入图像处理系统。 计算机图像重建系统由射频接收器送来的信号经A/D转换器，把模拟信号转换成数字信号，根据与观察层面各体素的对应关系，经计算机处理，得出层面图像数据，再经D/A转换器，加到图像显示器上，按NMR的大小，用不同的灰度等级显示出欲观察层面的图像MRI系统的构成磁共振主磁场强度0.2-7（T）地球磁场平均强度0.6x10-4(T), 主磁场的作用射频发

23、生器的作用（RF）-旋转脉冲射频发生器以交流电制造出旋转磁场，磁力方向不断改变，但始终与主磁场方向垂直，因而激发质子作出旋进运动掌握质子的运动轨迹后，在外界放置线圈，感应到电流，就可以侦测到氢原子梯度场强的作用经射频激发后的氢原子的旋转频率与主磁场成正比，主磁场强度固定。梯度磁场：和主磁场方向平行但磁场大小随位置改变施加梯度磁场后，氢原子核所造成的感应电流将随位置改变，就可以凭此侦测到是哪个位置的氢原子靠成的感应电流磁共振成像的空间定位 1）矢向梯度磁场：平行于Y轴、梯度磁场自后向前变化，从而明确前后关系； 2）横向梯度磁场：平行于X轴、梯度磁场自右向左变化，从而明确左右关系； 3）轴向梯度磁

24、场：平行于Z轴、梯度磁场自上向下变化，从而明确上下关系。非投影成像-射频脉冲射频脉冲 90度脉冲之后，使用两个脉冲梯度，第一个脉冲梯度持续t1时间，其间不检测，让FID信号自由发展。在第二个梯度t2期间，检测FID信号，取样N次，得到N个数据，第二次实验时，让t1有一增量，再在t2期间检测，取得N个数据。非投影成像-弛豫与傅立叶变换（二）弛豫过程 停止发射射频脉部，氢原子核释放能量，其相位和能级恢复到原始状态。弛豫时间 在空间编码的基础上，通过同步射频磁场B，的激发产生核磁共振.在停止射频脉冲之后，任其自由衰减并通过电磁感应转化为自由感应衰减信号，测出衰减的时间即弛豫时间T1和T2，最后通过傅里叶变换并以图形的形式表示出来，就得到物体的核磁共振象T1（ms）纵向弛豫 为纵向磁化矢量从最小值恢复至平衡态的63所经历的弛豫时间T2（ms）横向弛豫 横向磁化由最大值衰减至37时所经历的时间T1加权图像T1WI纵向弛豫是高能原子核释放能量恢复至低能态的过程，所以它必须通过有效途径将能量传递至周围环境（晶格）中去，晶格是影响其弛豫的决定因素。大分子物质（蛋白质） 热运动频率太慢，而小分子物质（水）热运动太快，两者都不利于自旋能量的有效