医学影像成像技术与临床应用

1、医学影像成像技术与临床应用8/14/20221医学影像技术发展史1895年伦琴发现X射线，形成X线诊断学，奠定医学影像学的基础，现发展为CR、DR。20世纪50年代出现超声成像。20世纪60年代出现核素显像，后来发展为ECT、SPECT、PET。20世纪70年代出现CT和介入放射学。20世纪80年代出现MRI。8/14/20222第一节 X线成像8/14/20223伦琴及第一张X线照片8/14/20224一、X线成像基本原理与设备8/14/20225X线的产生X线管阴极灯丝加热，产生自由电子。X线管两极间加高电压，产生电势差。电子以高速运动由阴极冲向阳极。电子轰击阳极靶面发生能量转换（1%为X

2、线）。8/14/20226X线的特性穿透性：是X线成像的基础。荧光效应：是X线透视的基础。感光效应：是X线摄影的基础。电离效应：是X线治疗的基础。8/14/20227X线图像形成的基本原理X线具有一定的穿透力组织结构存在密度和厚度的差别剩余的X线经过显像过程形成X线图像8/14/20228密度差别8/14/20229厚度差别8/14/202210X线设备X线管高压发生器操作台检查床影像增强系统（IITV）8/14/202211计算机X线成像（ CR ）定义：以IP板代替X线胶片作为介质，经过拍摄、读取、显示等过程，获得数字化图像。优点：数字图像，黑白可调，存储方便。应用：广泛应用于全身各部位X

3、线摄影，基本上可以取代普通X线摄影。8/14/202212数字X线成像（DR）定义：是将X线装置同计算机相结合，使形成影像的X线信息由模拟信号转换为数字信号，而得到数字化图像的成像技术。优点：成像速度快，图像质量高，照射剂量低，全程图像存储。 应用：用于数字胃肠造影和全身各部位拍片。8/14/202213数字化图像优点图像质量得到提高可以调节窗宽、窗位投照条件宽容范围增大患者接受X线量减少图像信息可拍成照片或光盘储存可输入PACS系统8/14/202214数字减影血管造影（DSA）定义：在血管内注入造影剂的基础上，通过计算机处理数字影像信息，消除骨骼和软组织影像，使血管清晰显影的成像技术。分为

4、IADSA和IVDSA两种方法。应用：适用于心、脑、大血管的检查。8/14/202215二、X线图像的特点灰阶图像：高密度白色 等密度灰色 低密度黑色重叠图像：不同密度和厚度组织投影 的总和。图像有放大和失真现象：锥形线束。8/14/202216三、X线检查技术8/14/202217荧光透视-检查中实时得到X线图像，用于胸部、腹部检查，主要观察器官和脏器的动态功能变化，费用低，操作方便，但清晰度差，不能客观记录。X线摄影-利用片盒记录潜在影像，经过显影、定影等一系列处理后，得到X线图像；IP板可直接经计算机处理得到图像。普通检查8/14/202218特殊检查软线摄影（钼靶）：用于乳腺摄影。放大

5、摄影：用于观察微细病变。体层摄影：用于肺部病变的显示。荧光摄影：用于集体体检。记波摄影：用于观察脏器的运动。8/14/202219造影检查定义：用对比剂引入体内，产生人工对比，借 以形成图像的方法。方法：直接引入口服、灌注、穿刺注入 简接引入静脉注射后行尿路造影。对比剂分类：高密度对比剂（钡剂、碘剂） 低密度对比剂（气体）8/14/202220钡剂硫酸钡粉末加水和胶。用于食道、胃肠造影。8/14/202221有机碘制剂：用途：血管，胆道，胆囊，泌尿造影及CT增强。类型：离子型：副作用大，过敏反应多，价格低 。 非离子型：低渗，低粘度，低毒性，高费用。无机碘制剂：用于气管，输尿管，膀胱造影等。

6、如碘化油、碘化钠等。碘剂8/14/202222碘剂8/14/202223X线的防护屏蔽防护：铅衣、铅屏风、铅门。距离防护：增加放射源与人体间距离。时间防护：选择最短曝光时间，尽量避 免重复检查。8/14/202224四、X线图像的解读首先看摄影条件和体位是否合格按一定的顺序全面观察图像识别正常的解剖结构确定异常的X线表现综合分析得出结论8/14/202225五、X线的临床应用X线是所有影像检查中最常用、最基本的方法。胃肠道系统主要靠X线检查。骨骼系统X线检查首选。胸部透视用作常规检查。除以上应用，其他系统因作用有限，已经被CT、MR等取代。8/14/202226第二节 计算机体层成像8/14/

7、202227CT的历史计算机体层摄影( Computed Tomography )简称X线CT或CT.1967年至1970年英国工程师Hounsfield研制成功世界上第一台CT扫描机。1971年9月首台CT机正式投入临床。1972年取得了世界上第一张CT照片。Hounsfield获得1979年度诺贝尔生理和医学奖。 8/14/202228CT的特点能显示断面图像图像密度分辨率高可做定量分析成像速度快CT引导下穿刺8/14/202229一 、CT成像基本原理与设备8/14/202230重建 & 后处理X线衰减X线 发生数据获取CT如何工作？8/14/202231CT工作原理及过程 数据采集：从

8、X线的产生到信息数据的获得。数据处理：对数字数据进行重建前的一系列处理，得到能表示扫描部位密度和厚度的重建数据。数据重建：处理过的原始数据经过各种复杂运算而得到矩阵数列，准备用来显示图像的过程。显示图像：把重建处理后的数字矩阵经过A/D转换形成模拟信号，以黑白不等的灰阶表示，再运用适合的窗宽和窗位，使图像清晰显示出来。8/14/202232CT设备组成 X线管 X线发生器 探测器 机架和床 主计算机（控制扫描运行） 阵列处理器（承担图像重建） 显示器、存储器和激光相机扫描部分计算机系统显示存储系统8/14/202233 CT机发展变革第一次：旋转扫描螺旋扫描（1989年）第二次：单排螺旋多排螺

9、旋（1998年）第三次：多排螺旋容积 C T（2004年）第四次：单源螺旋双源螺旋（2005年）8/14/202234 螺旋CT技术 在扫描过程中，X线管连续围绕受检者旋转，同时病床匀速前后移动，这样X射线束在受检者身上勾画出一条螺旋样轨迹，称为螺旋CT。 特点：容积扫描 连续出线 连续进床 连续投照 连续数据获取8/14/202235 多层螺旋CT特点 8/14/202236 无间隙扫描。 一次屏息完成扫描。 减少部分容积效应。 叠加影像可任意方式重建。 为3D重建提供高质量的数据。螺旋CT的优势8/14/202237电子束CT电子束CT（EBCT）。由一个大型扫描电子枪和一组1732个固定

10、探测器阵列和计算机系统组成。特点：应用电子束技术； 扫描时间缩短（数毫秒）； 动态分辨率较高； 主要用于心血管系统。8/14/202238 二、CT图像的特点8/14/202239（一）灰阶图像高密度白色 等密度灰色 低密度黑色 8/14/202240 （二）断面图像由一定数目不同灰度的象素按矩阵排列构成。象素越小，数目越多，图像越细致。图像的不同灰度，反映组织对X线的吸收程度。如密度高的组织为白影，密度低的组织为黑影。软组织结构对比良好。8/14/202241 （三）三维立体重建CT图像为连续的横断面图像。可重建出冠状面和矢状面图像。螺旋CT可以做任意平面的三维重建。利用软件做出不同效果特殊

11、重建，直观显示病变: 多层面重建（MPR）,表面遮盖法（SSD） 仿真内窥镜（VE），容积投影（VR）8/14/202242 （四） CT值定量CT图像不仅显示组织密度的高低，而且用CT值说明密度，起到定量的作用。在图像黑白影不能明确区分组织或病变差别时，测量CT值，起到鉴别作用。对有些特殊组织或病变，CT值起到定性作用。 如脂肪（70至90）；出血（6595）8/14/202243 CT值(Hounsfield值) 定义：把空气与致密骨之间的X线衰减系数划为2000个单位，被检体的吸收系数与水的吸收系数作比值，得出CT值。 CT值(x 水) / 水k 水的值为1，CT值为0HU; 空气值（）

12、近似于0，CT值为1000HU; 骨皮质值（）近似于2，CT值为1000HU。8/14/202244Water 水Mamma 乳腺Air 空气Bone 骨Spleen脾Fat脂肪Pancreas 胰腺Lung肺Kidneys肾Adrenal Gland 肾上腺Blood血Heart心脏Liver肝脏Intestine 肠Tumor瘤Bladder膀胱300060400-100-200-900-1000相关组织的CT值(HU)8/14/202245 （五）多重窗口显示窗口技术：运用合适的窗宽窗位，来显示图像的技术。窗宽(Window width, WW):指显示图像的CT值的范围。主要影响图像的

13、对比度。窗位(Window level, WL):指窗宽上下限内CT值的中心位置，也叫窗中心。主要影响图象的亮度。8/14/202246Hounsfieldunit+1000-10000Window width W 窗宽Window Level L-窗位灰阶显示WhiteBlackCT 窗口技术8/14/202247三、CT检查技术8/14/202248（一）平扫不用造影剂的扫描方法，最常用。包括：定位扫描 轴位扫描 连续扫描 螺旋扫描 8/14/202249（二）增强扫描静脉注入对比剂增加组织X线吸收率，从而提高CT图像对比度的扫描方法。方法：静脉推注、滴注或团注类型：常规增强扫描 动态增强

14、扫描 延迟增强扫描 多期增强扫描对比剂：泛影葡胺、碘海醇、优维显 8/14/202250（三）造影扫描向组织器官内注入对比剂后进行扫描的方法。一般用于脑室和蛛网膜下腔的造影。也可用于CT血管成像（CTA）。8/14/202251（四）灌注成像静脉注射对比剂后，对选定层面进行快速、连续扫描，而后利用软件测量图像象素值的密度变化，并用彩色在图像上表示，得出灌注图像。灌注：单位时间内流经单位体积的血容量。意义：用于急性心肌缺血和脑缺血。8/14/202252（五） CT图像后处理CT三维立体成像：容积扫描后，任意重建。CT仿真内窥镜：模拟内镜检查，显示官腔脏器的内腔。CT血管造影：静脉注射对比剂后，

15、扫描重建出血管影像，如脑血管、冠状动脉等。8/14/202253四、CT图像的解读8/14/202254 （一）了解扫描参数8/14/202255（二）全面观察图像观察每副图像的每一个细节。学会在不同窗口观察重要结构，如肺窗观测肺组织，纵隔窗观察纵隔结构，头窗观察脑组织，骨窗观察骨骼。根据连续横断面图像勾画出器官的立体结构。8/14/202256（三）确定正常解剖了解器官的大小、形态和周围关系。确定正常结构内的特殊表现。对一些正常变异能够甄别。8/14/202257（四）找出异常表现高密度病变：钙化，出血等。等密度病变：肿块及其他病变。低密度病变：水肿，积液，囊肿等。8/14/202258（五

16、）分析病变特点平扫：分析病变的位置、数目、大小、形状、边缘、内部结构及周围情况。必要时测CT值。增强：有无强化强化程度：轻度、明显强化形式：均匀强化、不均匀强化 周边强化、延迟强化临近器官浸润：受压 、移位、破坏8/14/202259（六）客观做出诊断根据病变特点，结合临床给出肯定、否定或疑似诊断。提出进一步检查的方向。对临床做出适当的建议。8/14/202260五、CT诊断的临床应用8/14/202261（一）颅脑颅脑外伤：颅骨骨折、颅内血肿、脑挫裂伤。脑肿瘤：胶质瘤、脑膜瘤，垂体瘤，转移瘤。脑血管病：脑出血、脑梗塞，脑血管畸形。感染性疾病：脑脓肿，脑结核，寄生虫感染。先天性改变：脑裂畸形，

17、灰质异位。8/14/202262（二）五官颈部眼眶病变：眼眶内占位病变，眼眶异物 鼻窦炎症、囊肿及肿瘤。耳部病变：中耳乳突炎症、胆脂瘤、发育异常。喉癌、鼻咽癌。颈部肿块及淋巴结病变。眼、耳、鼻外伤。8/14/202263 （三）胸部肺内病变：肺炎、肺结核、肺肿瘤。纵隔疾病：纵隔肿瘤、淋巴结病变。胸膜疾病：胸膜增厚、胸膜钙化、胸腔积液。支气管改变：支气管阻塞、狭窄、异物。胸部外伤：肋骨骨折，气胸。8/14/202264（四）心脏大血管心脏病变：心脏肿瘤、心脏增大，瓣膜钙化。血管病变：动脉瘤，主动脉夹层，动脉钙化。心包病变：心包积液、心包钙化。8/14/202265（五）腹部肝、胆、胰、脾、肾的占

18、位病变。肝、胆、胰、脾、肾的感染性病变。胆系结石、泌尿系结石。腹膜后占位性病变。胃肠道占位性病变。腹部实质脏器损伤。8/14/202266（六）盆腔子宫及附件肿瘤性病变：子宫肌瘤、卵巢癌。前列腺疾病：前列腺增生、前列腺癌。膀胱病变：膀胱炎、膀胱癌。盆腔积液。8/14/202267（七）脊柱脊柱外伤：脊柱骨折及脱位，脊髓损伤。脊柱退变：骨质增生、椎间盘变性、膨出、突出。脊柱感染：脊柱结核、化脓性炎症。脊柱及椎管占位：脊柱转移瘤，椎管肿瘤。先天发育异常：蝴蝶椎、脊柱裂。8/14/202268（八）骨关节系统骨与关节肿瘤性病变：骨与关节感染性病变：骨与关节退变：骨与关节损伤：8/14/202269第

19、三节 超声成像（略）8/14/202270第四节 磁共振成像8/14/202271磁共振成像发展史 1946年 美国两个研究小组同时发现磁共振现象。1973年 Lauterbur发明了MRI成像技术。1977年 磁共振系统诞生。1978年 英国取得了第一幅人体头部的磁共振图像。1984年 美国FDA批准核磁共振使用于临床。2003年 Lauterbur获得了诺贝尔医学生理学奖。8/14/202272 磁共振成像（MRI）（Nuclear Magnetic Resonance Imaging) 简称MRI,是利用人体内原子核在强磁场内发生共振所产生的信号，经图像重建的一种技术。 8/14/202

20、273MRI的特点1多参数成像、任意方位成像。 2软组织对比度最高。3不受骨伪影的影响。4无电离辐射。5可进行功能方面。6 有很大局限性。7 有禁忌症。8/14/202274一、MRI成像基本原理与设备8/14/202275 原子核由质子和中子组成，任何含单数质子或中子的原子核，都带有“净电荷”，有绕着自旋轴自旋的特性，产生磁矩，像一个小磁体，称为自旋质子。 常见自旋质子： 1H、31P、23Na、13C 自旋质子8/14/202276进动 = 自转公转质子进动陀螺运动8/14/202277磁共振现象 磁共振现象：具有自旋核磁矩的原子核在静磁场内受到一个垂直于静磁场且具有原子核进动频率的射频脉

21、冲磁场激励时，出现吸收和放出射频电磁能量的现象。三要素：静磁场自旋原子核射频脉冲8/14/202278三维空间坐标系B0ZXY8/14/202279 正常情况下，质子的排列处于杂乱无章的状态。虽然每个质子本身具有磁矩（u），但磁矢量互相抵消，对外不具备磁性。0：自然状态8/14/202280 当把质子放入外磁场（B0）中时，磁矩就会发生变化。质子的排列方式仅限于平行或反平行于外磁场两个方向。且平行质子多于反平行质子。1：外磁场状态8/14/202281 平行质子处于低能级，反平行质子处于高能级，此时自旋系统处于平衡状态。但由于质子能级差在Z轴方向上表现出一定的磁矩，磁矩总和产生纵向磁化(Mz)

22、。2：纵向磁化产生8/14/202282 对放入外磁场的质子施加一个90度射频脉冲(RF），脉冲频率与质子进动频率相同时，质子便会受到激励，发生核磁共振（NMR）现象。3：质子受到激励8/14/202283 质子吸收射频脉冲的能量，由低能级向高能级跃迁，质子自旋系统偏离平衡状态。此时质子在z轴由平行向反平行方向移动，在这个过程中于xy轴平面有序排列，即发生同相位。结果是Z轴方向的纵向磁化(Mz)明显减小，而磁距在xy轴上叠加起来产生横向磁化（Mxy）。4：横向磁化产生8/14/202284a、质子接受射频脉冲，发生共振现象b、质子向高能级跃迁，使纵向磁化变小c、质子进动初始相角同步，产生横向磁

23、化8/14/2022855：质子驰豫 停止发射RF脉冲，质子发生驰豫现象。具体过程：原子核将吸收的能量逐步释放出来，其相位和能级也恢复到激发前的平衡状态，把释放的能量收集起来，即为NMR信号。8/14/202286a、射频结束瞬间，纵向磁化为零，横向磁化最大b、反平行质子释放能量跃迁回平衡态，纵向磁化逐渐增大c、最后回归原始状态，纵向磁化恢复到最大8/14/202287 MR图像产生：用线圈接受NMR信号，经计算机处理后，就得到MRI图像。因为人体各部位不同组织的弛豫时间是有一定差别的，获得选定层面各种组织的T1,T2和质子密度的差异，就获得了该层面的MR图象。所以说MRI是结合应用核磁共振原

24、理和计算机成像技术的一种医学影像新技术。6：MR产生8/14/202288重复时间 （Repetition Time, TR） 两个90脉冲之间的时间为重复时间。回波时间 （Echo Time, TE） 90脉冲至测量回波时间称回波时间。 磁共振成像参数8/14/202289不同参数所得图像权重8/14/202290黑黑气体白2500黑2500水白300黑2000脑积液黑180黑800血液灰黑140灰黑680肾髓质黑40灰600肌肉灰白100灰白520脑灰质灰黑80灰白480脾脏灰黑90灰白390脑白质灰黑70灰白360肾皮质灰黑50灰白270肝脏灰白90白180脂肪T2-WIT2(ms)T1

25、-WIT1（ms）组织不同组织MR的T1，T2值及信号特点8/14/202291 主磁体 梯度线圈 射频发射器及信号接收器 计算机 模拟转换器 相机及存储设备MR信号产生、探测器和编码数据处理、图像重建、显示与存储MR设备组成8/14/202292产生静磁场，为成像提供外部大环境永磁磁体铝镍钴、铁氧体、稀土钴等材料堆成 造价低 ，维护方便，场强低而不均匀常导磁体铜或铝导线绕制而成（电磁型） 制造简单，运行维护成本大，场强稍高超导磁体铌钛合金等金属材料浸入液氦中 结构复杂，消耗液氮，场强高而均匀（一）磁体系统8/14/202293（二）梯度系统 为系统提供梯度场，进行MR信号的空间编码包括梯度线

26、圈、梯度控制器、梯度放大器、梯度冷却系统、涡流补偿线圈等。三组梯度线圈产生梯度场：左右方向GX 上下方向GY 长轴方向GZ8/14/202294（三）射频系统产生并收集MR信号。（1）射频发生器：发射RF脉冲，产生MR信号（2）射频接收器：感应MR信号，传向重建系统分为单发射、单接收、即发射又接收三种类型。常用线圈是即发射又接收线圈（头线圈、体线圈）只管接收的线圈叫表面线圈（颈线圈、关节线圈）8/14/202295 二、 MRI图像特点8/14/202296（一）灰阶成像高信号白色 等信号灰色 低信号黑色 8/14/202297（二）多参数成像T1加权像（T1WI）： 主要反映组织间T1的差别

27、。T2加权像（T2WI）： 主要反映组织间T2的差别。质子密度加权像（PDWI） 主要反映组织间质子密度的差别。 8/14/202298正常T1WI图正常组织大部分为等信号或低信号；脂肪组织呈高信号；钙化亦可为高信号。病变组织大部分为低信号；出血，黑色素瘤，脂肪瘤和某些含蛋白的液体呈高信号；长T1代表低信号，短T1代表高信号。8/14/2022998/14/2022100正常T2WI图正常组织大部分为等信号或低信号；脂肪组织呈高信号；钙化亦可为高信号。病变组织大部分为低信号；出血，黑色素瘤，脂肪瘤和某些含蛋白的液体呈高信号；长T2代表高信号，短T2代表低信号。8/14/20221018/14/

28、2022102（三） 三维成像横断面图像：观察前后左右矢状面图像：观察前后及上下冠状面图像：观察左右及上下任意方位图像：观察器官走行8/14/2022103（四）流空现象定义：心血管内血流迅速，当对当前层面施加一个射频脉冲时，该层面质子均受到激发，终止脉冲，接收该层面信号时血管内被激发的质子已经离开受检层面，接收不到信号，这种现象称为流空效应。用途：平扫时与扫描层面垂直的血管不显影，各序列均呈低信号。MRA时不用造影剂即可清晰显示血管腔。8/14/2022104（五）MR对比增强作用钆乙烯五胺乙酸（Gd-DTPA） 一种顺磁性物质。 原理：缩短质子的弛豫时间 剂量： 方式：静脉快速团注 成像序

29、列：T1WI8/14/2022105（六）伪彩色功能图像利用特殊成像技术，使正常或病变组织以伪彩色的形式在解剖影像图像上显示。应用：脑皮质功能成像 脑白质纤维束成像 脑肿瘤灌注成像8/14/2022106 三、 磁共振成像技术8/14/2022107常用序列：自旋回波序列（SE） 反转恢复序列（IR） 梯度回波序列（RE） 平面回波成像（EPI）特殊序列：磁共振血管成像（MRA） 化学位移成像（CSI） 脂肪抑制技术 磁共振波谱分析(MRS） 磁共振水成像 弥散成像，灌注成像及脑功能成像 磁共振磁敏感加权（SWI)8/14/2022108 是采用长TR、长TE技术，获得重T2WI，以突出水的信

30、号，合用脂肪抑制技术，使含水器官清晰显影。 常用：MR胰胆管造影（MRCP） MR尿路造影（MRU） MR脊髓造影（MRM） MR内耳成像MR水成像8/14/2022109MR胰胆管造影（MRCP）8/14/2022110MRA是显示血管和血流信号特征的一种技术，不仅可反映血管形态，而且可反应血流方式和速度。用途：用于血管性疾病的诊断。方法：时间飞逝法（TOF）相位对比法（PC）对比增强法（CE） MR血管成像8/14/2022111颅脑3DTOF法MRA8/14/2022112 颅脑2D PC法MRA8/14/2022113 磁共振扩散成像利用成像层面内水分子的扩散系数的分布产生对比度的成像

31、方式。主要用于颅内病变的诊断，如早期发现脑梗塞，鉴别囊肿和肿瘤。近年也用于体部肿瘤的诊断。8/14/2022114 磁共振灌注成像 利用外来标记物注入血流，观察质子磁性变化，来研究血液在器官内的灌注情况。可提供常规MR不能获取的血液动力学信息。用于脑灌注、心肌灌注研究。8/14/2022115 磁共振波谱成像在磁共振成像基础上，对人体组织代谢，生化环境及化合物进行定量分析的技术。既能显示组织器官的解剖图象，又能提供细胞生化代谢信息。目前常用原子核有：1H，31P等测定物质：胆碱（Cho） 肌酸（Cr） r-氨基丁酸（GABA） 乳酸（Lac） N-乙酰门冬氨酸（NAA）8/14/2022116

32、正常脑细胞波谱分析图8/14/2022117四、MRI图像的解读8/14/2022118（一） 观察扫描方位横断面（最基本图像，用于全身各部位）矢状面（用于头颅、脊柱、四肢）冠状面（用于体部大视野观察）任意方位成像（有角度限制）8/14/2022119（二） 观察各序列病灶信号T1WI：主要观察正常组织解剖、病变与周围组织关系。T2WI：主要显示病变内部结构，包括坏死、囊变、出血等；可以根据信号高低判断病变性质，如脂肪、水，软组织。增强扫描：根据强化特点对病变定性。8/14/2022120（三） 全面分析病变病变部位病变数目病变大小病变形状病变周围情况8/14/2022121水抑制可以有效去除自由水脂肪抑制让脂肪变成低信号血管成像可不用造影剂显示血管水成像用于各部位液体显示弥散加权成像用于急性脑梗塞波谱分析用于颅内肿瘤鉴别脑功能成像用于科学研究（四） 特殊序列8/14/2022122 五、MR诊断的临床应用8/14/2022123（一） 颅脑1、脑肿瘤及囊肿：胶质瘤、脑膜瘤、垂体瘤、神经 鞘瘤、蛛网膜囊肿2、脑血管疾病：脑梗塞、脑出血、脑血管畸形3、感染性疾病：脑脓肿、脑炎