医学影像技术基础知识汇编

医学影像技术基础知识汇编医学影像技术作为现代医学诊断的核心手段之一，融合物理学、计算机科学、生物医学工程等多学科知识，为疾病早期筛查、精准诊断及疗效评估提供直观可靠的影像学依据。本文系统梳理其基础知识，涵盖成像原理、设备体系、操作规范、质量控制及安全防护等维度，为从业者、医学生及研究者提供兼具理论深度与实践价值的参考。一、成像原理（一）X线成像X线是波长极短的电磁波，具有穿透性、荧光效应、感光效应及电离效应。当X线穿过人体时，因组织密度（骨骼、软组织、气体）与厚度差异，对X线的吸收衰减程度不同；剩余X线投射至探测器（胶片/数字平板），经光电转换或化学显影形成影像。成像过程：X线球管产生X线→穿透人体→探测器接收信号→信号转换与处理（数字成像需A/D转换）→图像重建显示。图像特点：以黑白灰阶显示密度差异，骨骼呈高密度（白色），肺部含气组织呈低密度（黑色）；空间分辨率高，但软组织对比度有限，需结合造影剂（钡剂、碘剂）增强特定结构显示。（二）CT成像（计算机体层摄影）基于X线衰减原理，X线球管与探测器环绕人体旋转扫描，获取不同角度的X线衰减数据，经计算机重建（如滤波反投影法）生成横断面（及多平面重组）图像。成像过程：X线球管旋转扫描→探测器采集投影数据→工作站处理→图像重建（三维、曲面重建等）→多模态显示。图像特点：密度分辨率显著高于普通X线，可清晰区分软组织（肝、肾、肌肉）的细微密度差异；通过窗宽窗位调节，能同时观察骨结构与软组织；但检查时间长，辐射剂量高于普通X线。（三）磁共振成像（MRI）基于氢质子的核磁共振现象：人体组织富含氢原子核（质子），在强外磁场中质子自旋轴沿磁场方向排列；施加特定频率的射频脉冲后，质子吸收能量发生共振（进动角度改变）；脉冲停止后，质子释放能量并恢复至初始状态（弛豫过程），释放的能量被接收线圈捕捉，经计算机处理生成图像。成像过程：磁场准备（主磁场、梯度场、射频场协同）→射频激发→信号采集（基于T₁、T₂弛豫时间及质子密度的信号差异）→图像重建（傅里叶变换）→多序列（T₁WI、T₂WI、DWI、MRA等）显示。图像特点：无电离辐射，软组织对比度极佳，可清晰显示神经、肌肉、脏器实质及病变的形态与代谢信息；能多参数、多方位成像，但检查时间长，对钙化、骨皮质显示不如CT，体内金属异物（非兼容）者禁忌。（四）超声成像利用超声波（频率＞20kHz）的反射、折射、散射特性：超声探头发射超声波，经人体组织传播时，遇到声阻抗差异的界面（脏器包膜、血管壁）产生反射回声；回声被探头接收后，经放大、滤波、数字化处理，以灰阶或彩色编码显示为二维、三维或多普勒图像。成像过程：探头发射超声→组织界面反射回声→探头接收信号→信号处理（增益、时间增益补偿等）→图像生成（B超、M超、彩超等模式）。图像特点：实时动态成像，可观察器官运动（心脏搏动、胎儿活动）；无辐射，便携性强，适合床旁检查；但空间分辨率受频率限制，深部组织成像质量下降，气体（肠道积气）显著干扰图像。（五）核医学成像（SPECT、PET）基于放射性核素的示踪原理：将含放射性核素的显像剂（如⁹⁹ᵐTc、¹⁸F-FDG）引入人体，核素衰变时发射γ射线（SPECT）或正电子（PET，正电子与电子湮灭产生γ光子对）；探测器（γ相机、PET扫描仪）捕捉射线信号，经计算机重建获得脏器或组织的功能代谢图像。成像过程：显像剂注射→核素衰变发射射线→探测器采集信号→数据校正（衰减、散射校正）→图像重建→功能/代谢图像显示（结合CT/MR的同机融合成像）。图像特点：以功能代谢信息为核心，可早期发现病变（肿瘤葡萄糖代谢增高、心肌缺血灌注异常）；空间分辨率低于CT/MRI，需结合解剖成像（SPECT/CT、PET/CT）定位病变。二、设备与系统架构（一）X线设备（传统X线机、DR、CR）传统X线机：由X线球管、高压发生器、控制台、床体/立位架组成，通过调整管电压（kV）、管电流（mA）、曝光时间（s）控制X线质与量，胶片或CR板接收信号。数字X线（DR）：采用平板探测器（FPD）直接将X线信号转换为数字电信号，经工作站处理后即时显示图像，成像速度快，动态范围大，可数字化后处理（边缘增强、降噪）。计算机X线（CR）：以成像板（IP板）为载体，X线曝光后IP板存储潜影，经激光扫描读取信号并数字化，适合基层医院及特殊体位（床边）检查。（二）CT扫描仪硬件组成：X线球管（高频旋转阳极，热容量大）、探测器阵列（多排/多层，如16排、64排，排数越多覆盖范围越广、时间分辨率越高）、旋转机架（滑环技术实现连续旋转扫描）、高压发生器、计算机系统（图像重建与后处理）。技术类型：多层螺旋CT（MSCT）、能谱CT（分离不同物质的能谱曲线，鉴别结石成分、肿瘤血供）、双源CT（两个球管/探测器，缩短扫描时间，适合心血管成像）。（三）MRI设备核心组件：主磁体（永磁体、常导磁体、超导磁体，场强0.3T~3.0T，场强越高图像信噪比与分辨率越好）、梯度线圈（产生空间定位的梯度场，实现层面选择、频率编码、相位编码）、射频线圈（发射射频脉冲与接收信号，分体线圈、表面线圈，表面线圈信噪比高，适合局部成像）、计算机系统（脉冲序列控制、图像重建）。安全设计：配备磁屏蔽（减少外界磁场干扰）、紧急失超装置（超导磁体失超时快速排出液氦）、金属探测门（防止铁磁性物质进入扫描间）。（四）超声诊断仪探头类型：凸阵（腹部成像，宽视野）、线阵（浅表组织、血管，高分辨率）、相控阵（心脏成像，扇形扫描，穿透深）、腔内探头（经阴道、经直肠，近距离成像）。系统功能：二维成像（灰阶显示解剖结构）、M型（测量运动结构的时间-位置曲线，如心脏瓣膜）、彩色多普勒（显示血流方向与速度，CDFI）、频谱多普勒（测量血流速度、阻力指数，PW、CW）、弹性成像（评估组织硬度，辅助鉴别良恶性病变）。（五）核医学设备SPECT（单光子发射计算机断层）：由γ相机（探头含准直器、闪烁晶体、光电倍增管）、旋转机架、计算机组成，采集单光子（如⁹⁹ᵐTc发射的140keVγ射线）信号，重建三维图像，常用于骨显像、心肌灌注显像。PET（正电子发射断层）：探测器环捕捉正电子湮灭产生的γ光子对（180°方向），需结合回旋加速器生产显像剂（如¹⁸F-FDG），空间分辨率约4~5mm，常与CT或MRI同机融合（PET/CT、PET/MR），实现功能与解剖定位。三、检查技术与操作规范（一）常见部位检查技术颅脑：X线（颅骨平片，已少用）；CT（平扫+增强，显示脑出血、肿瘤、梗塞，骨窗观察颅骨）；MRI（T₁WI、T₂WI、FLAIR、DWI，显示脑实质病变、脑血管畸形，MRA显示血管）。胸部：X线（正侧位，筛查肺炎、气胸、肿瘤）；CT（高分辨率CT（HRCT）显示肺间质病变，增强CT显示纵隔肿瘤、肺栓塞）；MRI（对纵隔、胸壁病变显示优于CT，但肺部含气影响大）；超声（胸腔积液定位、心脏超声）。腹部：超声（首选，筛查肝、胆、胰、脾、肾病变）；CT（平扫+增强，显示肿瘤、结石、炎症，三期增强评估血供）；MRI（肝胆特异性造影剂（如Gd-EOB-DTPA）显示肝肿瘤，MRCP显示胆道系统）。骨关节：X线（常规检查，显示骨折、关节间隙）；CT（三维重建显示复杂骨折、骨肿瘤）；MRI（显示骨髓水肿、韧带损伤、半月板撕裂，关节造影增强显示）。（二）造影检查技术血管造影：DSA（数字减影血管造影，经导管注入碘造影剂，显示血管形态，用于冠心病、动脉瘤、血管畸形的诊断与介入治疗）；CTA（CT血管造影，静脉注入造影剂后行薄层扫描，重建血管三维图像，无创性）；MRA（磁共振血管造影，无需造影剂（TOF法）或需造影剂（CE-MRA），显示血管结构，对小血管显示逊于DSA）。脏器造影：消化道钡餐（口服钡剂，显示食管、胃、肠道形态）；静脉肾盂造影（IVP，静脉注入碘造影剂，显示肾盂、输尿管、膀胱）；MRCP（磁共振胰胆管造影，无创显示胆道、胰管）；乳腺造影（钼靶X线+造影剂，显示乳腺导管病变）。（三）操作规范与患者管理患者准备：检查前禁食（如腹部超声、增强CT/MRI需禁食4~6小时）；去除金属异物（MRI、CT需去除饰品、义齿，X线需去除高密度衣物）；告知过敏史（增强检查需筛查碘/钆过敏）；孕妇/儿童需评估辐射/磁场风险。体位与扫描范围：根据检查部位调整体位（如胸部CT取仰卧位，双臂上举；乳腺钼靶取压迫位）；扫描范围需覆盖病变及毗邻区域，避免遗漏。参数优化：X线调整kV、mA（儿童/孕妇降低剂量）；CT调整螺距、层厚、重建算法（肺HRCT用薄层、骨算法）；MRI选择脉冲序列（如T₂WI抑脂显示水肿，DWIb值选择区分细胞密度）；超声调节增益、深度、焦点。四、图像质量控制（一）影响因素分析分辨率：空间分辨率（成像系统分辨细微结构的能力，如X线的线对/毫米，CT的层厚与像素大小，MRI的体素大小与梯度场强度）；密度/对比分辨率（区分组织密度/信号差异的能力，如CT的噪声与剂量相关，MRI的信噪比与场强、线圈相关）。噪声：X线/CT的量子噪声（与剂量成反比）、电子噪声；MRI的热噪声、运动噪声；超声的斑点噪声（与散射相关）。伪影：运动伪影（患者自主/生理运动，如呼吸、心跳，需屏气、心电门控）；设备伪影（CT的环形伪影、MRI的化学位移伪影）；金属伪影（MRI的磁化率伪影、CT的高密度伪影）；线束硬化伪影（CT中X线能量不均导致，需用能谱校正）。（二）质量控制措施日常检测：定期校准设备（如X线的线质、CT的剂量指数（CTDI）、MRI的磁场均匀性）；检测图像质量参数（如分辨率测试卡、噪声水平、伪影评估）。参数优化：根据检查目的调整扫描参数（如肺部CT用低剂量（LDCT）筛查，需平衡剂量与图像质量；MRI用并行采集技术（SENSE）缩短扫描时间）。设备维护：清洁探测器（CT、DR）、更换球管（X线、CT）、补充液氦（MRI超导磁体）、校准超声探头；建立设备维护日志，及时排查故障。五、安全防护与伦理规范（一）辐射防护（X线、CT、核医学）剂量控制：遵循ALARA原则（合理可行尽量低），优化扫描参数（降低kV、mA、扫描次数）；儿童检查使用儿童专用协议（低剂量）；核医学显像剂活度根据体重调整。防护措施：铅屏蔽（患者防护：铅衣、铅围脖、铅眼镜；工作人员防护：铅屏风、个人剂量计）；距离防护（核医学操作时保持安全距离，如注射显像剂后远离患者）；时间防护（缩短曝光/扫描时间，减少停留时间）。（二）磁共振安全金属异物：严格筛查铁磁性物质（如心脏起搏器、金属夹、假牙），非磁共振兼容金属严禁进入扫描间；钛合金等弱磁性物质需评估风险。幽闭恐惧症：扫描前沟通，给予镇静剂（必要时），使用开放式MRI（场强较低）或缩短扫描时间。生理影响：梯度场切换可能引起外周神经刺激（如肢体刺痛），需控制梯度切换率；射频场产热需监测体温，避免高热患者检查。（三）超声安全性热效应：胎儿检查控制超声时间与强度（SPTA＜720mW/cm²），避免长时间固定部位扫描。机械效应：空化效应（气泡破裂）需控制机械指数（MI＜1.9），对眼部、胎儿心脏等敏感部位谨慎使用。（四）伦理与隐私保护知情同意：增强检