医学影像学总论

1、医学影像学放射学发展史X 线的发现(1895, Roentgen-Nobel 奖)医学影像学X线放射诊断USG Y闪烁照像 CT MRI PET 分子影像学介入放射学C T密度分辨率的提高一放射学的飞跃(1969) Hounsfield 1979年获Nobel奖 同期出现了超声成像(Ultrasonagraphy)开创了无创伤无辐射的影像学检查MRI 发明 软组织分辨率进一步提高 多方位成像能力无电离辐射发明人Block，Purcell获得Nobel奖介入放射学放射诊断学不仅仅局限于诊断而且将诊断与治疗结合主要内容：影像引导下穿刺活检、囊肿血肿脓肿排空、经血管栓塞化疗、管道成形术及SRS 将成

2、为独立于内、外科之外的第三大治疗学科其他PET、fMRI的出现使影像学实现从形态学诊断向功能性诊断的过渡(8090s) 图像存储传输系统(PACS)和远程放射学(Telaradiology)二十一世纪的医学影像学形态诊断形态+功能性诊断2D3D真实真实+虚拟诊断诊断+治疗X线X 线成像的产生X 线的定义：电磁波( =0.0006 50nm)X 线产生的条件： 1. 自由活动的电子群；2.电子群的高速运动；3.运动的电子群突然受阻X线产生所需的主要部件1.X-线球管；2变压器；3操作台。决定 X 线质量的要素X 线的特性 穿透性摄影透视基础 荧光效应透视基础 感光效应摄影基础 电离效应可以使任何

3、物质发生电离生物效应X线可以使机体和细胞结构发生生理及生物学改变，放疗、放射防护基础X 线成像的三个必备条件借助于X线的特性(穿透性、荧光效应、感光效应) 基于人体组织密度和厚度的差异显像过程天然对比(Natural contrast)概念：依靠人体组织器官密度厚度差异在荧屏或照片上形成的明暗黑白差别 正常代表性组织：1.骨骼高密度 2.软组织及液体中等密度 3.脂肪组织稍低密度 4.气体低 密度异常代表性组织：1.肺内渗出性病变 2.骨质增生或骨质破坏 3.泌尿系或胆系含钙结石 4.产气病变 人工对比及对比剂(Artificial contrast, Contrast media)概念体内许

4、多部位(腹部、颅脑)内均由密度厚度相近的软组织或液体组成，缺乏天然对比，需 借助于某些对人体无害的物质人为的形成对比，所用物质称为对比剂对比剂分类：1.阳性造影剂(Baso4、水溶性含碘对比剂)2阴性造影剂(气体) 水溶性含碘对比剂离子型泛影葡胺( urografin)非离子型单体，代表药有碘海醇( Iohexel)双聚体，碘曲伦( Iotrolan) 对比剂的引入途径直接引入(Direct) 口服、灌注或穿刺注射间接引入(Indirect) 吸收、排泄X 线检查方法及其价值普通检查：1. Fluoroscopy优点、缺点2. Radiography优点、缺点特殊检查：体层摄影术 2. 高千伏

5、摄影： 120KV3. 软线摄影： 40KV 4. 放大摄影造影检查：Bronchography 2. GI3. Urography 4. Angiography etc.X线诊断原则和诊断步骤诊断原则根据解剖、生理基础认识正常根据病理知识判断异常以影像为基础结合临床综合分析并诊断诊断步骤照片条件、体位合适与否培养良好的看片顺序分析病变(部位、分布、形状、密度、边缘、周围组织改变、器官功能改变及动态变化结合临床X 线诊断结果肯定诊断 否定诊断 可能性诊断X 线检查中的防护X 线穿过人体将出生一定的生物学效应，超过容许范围可能出现放射损伤，应注意防护。 技术方面 患者方面 放射线工作者方面数字X

6、线成像技术计算机 X 线成像 (computer radiography,CR)数字 X 线荧光成像 (digital fluorography,DF)平板探测器数字X线成像计算机X线成像(CR)X 线机 IP 板 图像读取 图像处理 图像记录 图像存储和显示装置 计算机CR的临床应用头颅 骨骼和关节系统 胸部 胃肠道和腹部 泌尿系统CR与平片比较：实现了数字化成像，提高了图像的分辨率，可行图像后处理，降低了 X线曝光量， 曝光宽容度加大，可存储于磁盘或将信息转入PACSCR速度慢，无透视功能，图像质量仍不够满意，发展前景差，将由平板探测器数字X线成像所代 替数字X线摄影工作原理：DR是在X线

7、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和 模/数转换后直接进入计算机形成数字化矩阵图像数字X线摄影的方式硒鼓方式直接数字X线摄影（DDR）电耦合器件摄影机阵列方式等多种平板探测器数字X线成像用平板探测器将X线信息转换成电信号，再行数字化，整个过程都在探测器内完成X 线信息损失少，噪声小，图像质量好 成像时间短，可透视，用于 DSA平板探测器数字X线成像图像质量好，成像快，是今后发展的发现数字减影血管造影（DSA）数字减影血管造影：是利用计算机处理数字化的影像信息，以消除骨骼和软组织影的技术Nudelman 1977年获得第一张DSA图像DSA 基本原理DSA包括两部分。

8、一为数字化:X线穿透人体后，在影像增强器上显像 影像转变成连续的视频信号模拟/数字转换器（转变并按序列排成数字矩阵，输入计算机进行处理）再经数字/模拟转换器转变成模拟灰度，形成图像于电视屏上。第二部分为减影，即通过被处理的两帧影像信息相减，消除不需要的结构，仅保留血管的影像。 DSA 设备主要部分X 线发生系统 影像增强器 电视透视系统 高分辨率摄像管 数/模转换器 计算机 图像存储系统 数字减影的方式时间减影 能量减影 混合减影 动态减影 其中，时间减影应用最多DSA 检查技术静脉DSA：选择和非选择性动脉DSA：选择和非选择性动态DSA：数字电影减影、旋转式DSA、步进式血管造影减影三维

9、DSADSA 在头颈部的临床应用颅内动脉瘤、颈内动脉海绵窦瘘、动静脉畸形，颅内静脉窦栓塞、急性闭塞性脑血管病（脑梗死）应 首选DSA检查。对CT已证实的颅内肿瘤欲了解肿瘤血供者也可以考虑。对头颈部大血管疾病，如动脉狭窄、闭塞、 动脉瘤和肿瘤的诊断也优于常规血管造影。DSA 在腹部的临床应用肾、脾等实质性器官肿瘤的诊断。对肝硬化门脉高压病人作间接法门脉造影，为肝内门体分流术（TIPSS）穿刺门脉定位帮助极大。 对腹主动脉粥样硬化狭窄、动脉静脉瘘、肾动脉狭窄的诊断与手术的选择提供有价值的资料。DSA在心脏大血管的应用应用最多的是冠心病的诊断，冠脉DSA目前仍是冠心病诊断的金标准。 先天性心脏病、心

10、脏肿瘤、肺动脉栓塞、主动脉瘤、主动脉夹层等疾病的诊断。 心脏功能性检查，如左心室大小测量、心肌体积测量，局部左心室壁功能检查等，也可以考虑，但 不是唯一的检查，象心脏超声学检查、放射性核素等非创伤性检查也应考虑。各种大出血的急诊DSA检査DSA检查可明确出血部位、病因（如溃疡、肿瘤，尤其是小肠肿瘤、血管畸形等）。急性动脉大出血，如颈内动脉外伤性动脉瘤破裂、原发性肝动脉瘤破裂、严重鼻衄等； 大咯血；消化道大出血； 产伤后大出血，如子宫阔韧带血肿、产道损伤出血等。血管性介入治疗中DSA的应用 可成功开展上述血管性疾病的溶栓、栓塞、血管内支架的置入术等。进一步明确血管闭塞或是高度狭窄：在常规血管造影

11、中近1/3的血管严重狭窄误诊为闭塞。DSA具有实时成像功能：可确认导管头的位置、评价血管内溶栓或血管扩张术后的治疗效果。DSA还具有记忆功能，瞬间将兴趣区图像储存、记录下来为开展血管性介入治疗提供有利条件， 同时也减少术者与患者的曝光量。PACS图像存档与传输系统（picture archiving and communicating system,PACS）PACS是以计算机为中心，由图像信息的获取、传输与存档和处理等部分组成信息放射学信息放射学是继CT、MRI、DSA、ECT、DR等数字化图像之后，医学影像学同计算机科学技术结 合而派生出来的新领域。包括放射科工作的管理、质量控制、质量保证

12、、影像信息的存档与传输和远程放射学等。信息放射学是以放射学信息系统（RIS）、PACS、和互联网为基础。RIS 是通过计算机网络进行放射科工作的管理PACS使RIS的功能更趋于完善信息放射学可明显提高医、教、像量信息放射学可明显提高医、教、像量计算机体层成像（CT）CT 的成像基本原理与设备CT 图像特点CT 检查技术CT 分析与诊断CT 诊断临床应用CT的成像基本原理与设备CT是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可 见光后，由光电转换器转变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digital converter）转为数字信 号，输入计算机处

13、理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素 （ voxel）。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵即数字矩阵(digital matrix)。数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中，经数字/模拟转换器(digital/analog converter)把数字矩阵中的每 个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即象素(pixel)，并按矩阵排列，即构成CT图像。数字 矩阵可存贮于磁盘或光盘中，经数字/模拟转换器(digital/analog converter)把数字矩阵中的每个数 字转为由黑到白不等灰度的小方块，即象素(pixel)，并按矩阵排列

14、，即构成CT图像。CT 设备CT 设备主要有三部分组成扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成；计算机系统；图像显示和存储系统超高速 CTX 线源用电子枪，故又称电子束 CT。扫描可缩短到 40ms 以下，扫描速度快，图像分辨率高。适应于心血管系统的检查。螺旋 CT在CT检查中，球管及探测器连续旋转的同时，病人移动穿过机架，X线束环绕患者呈螺旋状轨迹， 螺旋 CT 因此得名采用的滑环技术使得X线管的供电系统经电刷和滑环，而不须用普通CT机的长电缆自从1989年螺旋CT在临床应用于人体全身检查已获得了高度的评价，被公认为是在CT诊断方 面开辟了一个全新的领域螺旋CT的优越性扫描速度快，提高图像质量无

15、间隔扫描，层面是连续的，不致于遗漏病灶重建的三维图像比普通CT清晰，还可进行CT血管造影(CT Angiography,CTA)CT图像特点CT图像是由一定数目由黑到白不同灰度的像素按矩阵排列所构成。这些像素反映的是相应体素的 X线吸收系数。不同CT装置所得图像的像素大小及数目不同，像素越小，数目越多，构成的图像 越细致，即空间分辨力高。CT图像是以不同的灰度来表示，反映器官和组织对X线的吸收程度，与普通X线片上的黑白影像 一样，黑影表示低密度区，即低密度，如肺部，白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。CT与普通X片相比密度分辨力高，正由于CT有高的密度分辨力，所以人体软组织的吸收系数虽 大多

16、数近于水的吸收系数,也能形成对比显示出清晰的图像,CT能分辨出吸收系数只有0.1%0.5% 的差异。这可谓是CT的突出优点。体素和像素CT图像是假定将人体某一部位有一定层厚的层面分成按距阵排列的若干个小的立方体，即基本单 元，以一个CT值综合代表每个单元内物质密度，这些小单元称为体素同样，一幅CT图像是由许多按距阵排列的小单元组成，这些组成图像的基本单元被称为像素 像素实际上是体素在成像时的表现，象素越小，图像的分辨率越高距阵距阵表示一个横成行、纵成列的数字阵列，将受检层面分割成若干小立方体，这些小立方体即为体 素当图像面积为固定值时，象素越小，组成CT图像的距阵越大，图像的清晰度越高 空间分

17、辨率和密度分辨率空间分辨率：又称高对比分辨率。在保证一定的密度差前提下，显示待分辨组织几何形态的能力。 ct图像的空间分辨率不如常规X线平片密度分辨率：是指能够分辨两种组织之间最小密度差异的能力。CT的密度分辨率高于普通X线10 20倍CT值CT值可反映X线吸收系数(或称衰减系数)，但并不是它的绝对值，而是以水的CT值为0的相对 值，单位为Hu (Hounsfield unit),人体组织的CT值界限可分为2000个分度，上界为骨的CT值， 为1000 Hu，下界为空气的CT值，为-1000 Hu。这样分度可以包括由密度最高的骨到密度最低的 气体的 CT 值。人体正常组织结构和异常病变的CT值

18、在CT机上可测出，而我们根据CT值可推断出病变的组织 成分，对病变的来源及疾病的定性均有重要的参考价值窗位和窗宽窗宽：指图像16个灰阶所包括的CT值范围。其大小决定着图像的对比度，大窗宽图像的对比减 小；小窗宽，图像的对比增大 窗位：为窗的中心位置。窗位的高低决定着图像的亮度。提高窗位图像变黑，降低窗位，图像变白 合理地利用窗位和窗宽可以获得良好的图像质量伪影 伪影是指在扫描或信息处理过程中，由于某种原因而出现的人体本身不存在而图像中却显示出来的 各种不同类型的影像主要包括运动伪影、高密度伪影、机器故障伪影 部分容积效应是指在同一扫描层内含有两种或以上密度的物质时，所测密度是他们的平均值，不能

19、反应其中任何 一种物质的CT值，这种现象称为部分容积效应常可以采用薄层扫描尽可能的减轻CT 检查技术 患者卧於检查床上，选好层面厚度与扫描范围，并使扫描部位伸入扫描架孔内，即可进行扫描。CT 扫描过程中，病人的制动很重要，胸、腹部扫描要屏住气，因为轻微的移动或活动，引起伪影 影响图像质量。普通 CT 扫描 平扫增强扫描 造影扫描 特殊扫描薄层扫描 重叠扫描 靶扫描 高分辨力扫描图像后处理技术CT后处理技术多平面重组 三维重组最大强度投影 CT血管成像CT仿真内窥镜CT灌注成像三维CT图像CT检查所显示的是两维图像，但人体器官和病变为三维结构，由于计算机软件的开发出现三维CT (3D-CT)最初

20、用于骨结构，现可显示体内多种病变，如肿瘤等。3D-CT 的基本原理是由横断扫描资料，经三维软件处理，以两维的形式显示出组织结构和病变的 立体图像即三维图像VCT 心脏图像近 100%成功率，成为日常筛选手段 优秀的图像质量，提供可信赖的诊断依据CT分析与诊断首先了解是平扫还是增强扫描，然后再对CT图像进行观察。根据病变密度高于、低于或等于所在器官的密度而分为高密度，低密度或等密度病变。如果密度不 均，有高有低，则为混杂密度病变。要分析病变的位置、大小、形态、数目、边缘和CT值，如行增强扫描要注意病变有无强化以及强 化的程度和形式，是均匀强化、不均匀强化或周边强化即环状强化。结合临床综合分析器官

21、的变化，病变的表现以及邻近器官的受累情况。CT 诊断的临床应用CT诊断由于它的特殊诊断价值，已广泛应用于临床。由于CT的高分辨率，可使器官和结构清楚 显影，在逼真而又清楚的解剖影像上，能清楚显示出病变，因此在确定病变的存在乃至定位及定量 诊断都比较容易而且可靠，而在定性诊断上虽不及定位与定量诊断那样可靠，但较之普通X线诊 断则有很大的提高。CT诊断的临床应用：CNSCT诊断对神经系统疾病的诊断价值较高，应用普遍。对脑瘤、脑外伤、脑血管意外、脑的炎症与寄生虫病、脑先天性畸形、脑实质病变以及椎管内肿瘤 与椎间盘脱出等病诊断效果好，诊断价值高。CT在头颈部疾病中的应用CT 对头颈部疾病的诊断也很有价

22、值。如眶内占位病变、鼻咽癌、咽喉部肿瘤、听骨疾病和内耳疾 病。视网膜母细胞瘤鼻咽癌 喉癌 胸部CT 对胸部疾病的诊断日益显示出它的优越性。主要是明确纵隔和肺门有无肿块或淋巴结增大，支气管有无狭窄或阻塞，对纵隔肿瘤、肺癌和结核 的诊断价值高。对肺实质性、间质性疾病、胸膜、膈、胸壁病变也可较好显示。心脏CT 检查在心脏方面主要是心包病变的诊断。但冠状动脉、心瓣膜、大血管壁的钙化及动脉瘤的改变等，CT检查可很好显示。腹部、盆腔CT 检查在腹部和盆腔方面，主要用于肝、胆、胰、脾、腹膜腔及腹膜后间隙以及泌尿和生殖系统 的疾病诊断。尤其是占位性、炎症性和外伤性病变。骨关节骨骼肌肉系统的CT检查虽也有诊断价

23、值，但因X线平片多可解决问题，所以临床应用较少。 在骨肿瘤或软组织病变时，CT可分辨肿瘤侵蚀的范围并对病变的定性有一定的帮助。CT 还可对骨矿物质进行定量研究。CT应用范围及局限性应用范围：脑（血管病、外伤、肿瘤）胸部病变（肺癌、纵隔肿瘤、心脏大血管疾病等）腹部（肝脾胰肾等实质性脏器以及腹腔后腹膜疾病）其他（五官、椎管、骨髓）局限性：1.骨硬化伪影2.定性特异性低MRI 成像1946年，Block、Purcell报道磁共振现象1973 年， Lauterbur 开发了 MR 成像技术0.15T、0.5T、1.0T、1.5T、3.0T.MRI 成像的基本原理MRI研究对象：质子正常情况下体内质子

24、排列杂乱无章置于磁体通道后体内质子定向排列一纵向磁化发射特定频率的射频脉冲干扰质子一横向磁化（激励）关闭射频脉冲一弛豫（Relaxiation）计算机A/D转换D/A转换 图像MRI 组成及作用磁体一提供强大的静磁场，使体内质子发生定向排列射频脉冲一提供电磁能量传递给低能质子使之发生能级跃迁；使不同进动的质子同步进动梯度线圈一对体内质子进行空间定位计算机一图像重建和后处理磁共振成像步骤将病人放入磁体内发射射频脉冲关闭射频脉冲病人发出信号，该信号被接受线圈接收并用于图像重建磁共振成像步骤1原子核、核外电子、自旋一电流一磁场正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态，当放入强磁场中，就会发生定向排列（

25、平行或反平 行）进动：有序排列的质子不是静止的，而是作快速的锥形旋转运动的,称进动。进动频率由Larmor 方程算出。施加特定频率的射频脉冲何谓射频脉冲（RF）?施加射频脉冲后，质子会发生什么变化？横向磁化（Transverse magnetization）为什么要发射特定频率的射频脉冲?关闭射频脉冲弛豫（ relaxiation）终止RF脉冲后，宏观磁化矢量并不立即停止转动，而是逐渐向平衡态恢复，此过程称为驰豫， 所用的时间为驰豫时间。驰豫过程即为释放能量和产生MR信号的过程驰豫时间纵向弛豫（T1弛豫）一纵向磁化矢量恢复到原来大小的过程。恢复到最大值63%所需的时间为T1 时间横向弛豫（T2

26、弛豫）一新建立起来的横向磁化矢量逐渐消失的过程。降低到最大值37%所需的 时间为T2时间脉冲序列与信号加权脉冲系列： 90 90 （或 180）.重复时间：指在脉冲系列中，两次RF激励脉冲之间的间隔时间。其长短决定着能否显示组织间T1的差别，使用短重复时间可以看的T1对比回波时间：指从RF激励脉冲开始至获得回波的时间。其决定着T2信号加权，使用长回波时间可 以获得T2信号对比影响 T1 和 T2 的因素T1 受什么影响组织的成分、结构和环境什么影响T2外磁场的不均匀性、组织内磁场的不均匀性代表性组织液体冰长T1 （低信号）长T2 （高信号）脂肪短T1 （高信号）等T2 （中等信号）MRI 图像

27、T1WI :短 TR,短 TET2WI:长TR,长TE,很长的TE可出生重T2加权像PDWI :长 TR,短 TEMRI 检查技术脉冲序列：SE序列；梯度回波序列；平面回波序列脂肪抑制MRI对比增强检查MRA水成像功能性MRI成像脉冲序列SE 序列:脉冲: 90 180 可以获得T1WI、T2WI、PDWI图像优点:图像质量高用途广 缺点:扫描时间长新开发的快速自旋回波（FSE）序列，使扫描时间明显缩短脉冲序列GRE脉冲序列GRE序列是常用的快速成像脉冲序列，具有多种由一次90 的小角度或90 的角度（不采用 90）激励脉冲和读出梯度的反转构成优点:扫描速度快，成像时间短，空间分辨率和信噪比高

28、 主要用于腹部成像、动态增强、血管成像等IR脉冲系列：（反转恢复）18090 180 IR系列主要获得重T1WI图像，以显示解剖，通过选择不同的反转时间可以获得不同质子纵向磁 化的显著差异，获得较SE序列更显著的T1加权效果。IR可以使T1增强效果更明显优点: T1 对比效果好，信噪比高缺点:扫描时间长STIR脉冲序列：是IR系列的一种类型，特征是选择特殊的TI值，恰好是脂肪质子的纵向磁化恢复到0点时施加 90脉冲，因此在90 脉冲后脂肪质子无横向磁化而无信号产生主要应用于T1WI重抑制脂肪的短T1高信号，即脂肪抑制（fat suppression）液体衰减反转恢复脉冲系列（FLAIR）：是I

29、R脉冲系列的一种其特征是选择特殊的TI值，使脑脊液信号被抑制主要以用于T2WI和PDWI中抑制脑脊液的高信号，使脑脊液周围的T2高信号得以显示回波平面成像（EPI）：是目前MR成像最快的技术，可在30ms内采集一幅完整的图像主要以用于中枢神经系统优点：扫描时间极短，图像质量相当好，可最大限度的去除运动伪影适合于心脏、腹部、流动成像、灌注成像、弥散成像不同组织的 信号特征A脂肪一短T1等T2A肌肉一稍长T1短T2A韧带一长T1短T2A骨髓一短T1等T2A血管一流空A骨皮质一长T1短T2A纤维软骨一长T1短T2A透明软骨一短T1长T2A变性一长T1长T2A水肿一长T1长T2A血肿一随Hb衍变而不同

30、A囊肿一随囊内容物不同而不同A肿瘤一绝大多数长T1长T2,脂肪瘤、黑色素瘤例外MRI的优点和限度优点：无X线电离辐射，对人体安全无创软组织分辨率高多方位扫描能力多参数成像除可以显示形态外，还可以显示功能无骨伪影血管流空效应（Flow void）限度带有心脏起搏器和铁磁物质者不适合MRI检查需要监护设备的危重病人不能检查对钙化的显示不如 CT常规检查时间较长对质子密度低的物质显示不佳，如肺和骨皮质等价格昂贵MRI 的适用范围脑脊髓（血管病、白质病、肿瘤和外伤）胸部（心脏大血管疾病、纵隔病变、肺内肿瘤分期） 腹部（肝胆脾胰肾、肾上腺和后腹膜病变）骨关节（软骨、韧带、骨髓）盆腔（子宫卵巢及膀胱）影像

31、诊断用对比剂X 线对比剂什么是X线对比剂？一种能使 X 线发生衰减的物质原子序数越高，使X线发生衰减的能力也就越高为什么要使用X-线造影剂？增加组织之间或组织和病灶之间密度的差别 动态观察脏器或病变内造影剂的分布与排泄碘浓度图像质量选择决定于不同部位的检查 Cardioangiography 一 high （320-370）Phlebography 一 moderate （270-300）含碘量用mgI/ml表示X 线对比剂的特点对比剂是药理学精心设计的无任何治疗作用的化学制剂 没有任何其他药物像对比剂那样在短时间内大量注入人体24 小时内，97%以上以原形经肾脏排出 造影剂的有效性和安全性是研究与开发的主导方向X-线造影剂有效性的发展 分子结构从单碘、双碘化合物发展到三碘、六碘化合物X-线对比剂的发展 分子结构从无机物向有机物转变，有机碘化合物由离子型向非离子型转变X-线对比剂理化特性-选择对比剂的依据1.水溶性OMNIPAQUETM 在水中高度可溶每100 ml中120g