Transcript 医学影像学总论1

医学影像学
（Medical imaging）
总 论
重庆医科大学临床医学二系
放射学教研室
赵建农
历史回顾与发展过程
※ 1895年11月8日德国物理学家伦琴（Wilhelm Conard
Röntgen）发现X线，形成X线诊断学（X-ray diagnosis）。
※ 20世纪50年代到60年代开始应用超声和核素（同位素）扫
描进行人体检查，出现了超声成像（ultrasonography,USG）
和γ-闪烁成像（γ-scintigraphy）。
X线、超声、核素均以放射源为检查基础，利用图像进行
分析诊断疾病，形成放射诊断学(Diagnostic radiology)。
※ 70年代为电子计算机时代。1969年至1972年英国物理
学家Hounsfield (Godfrey Newold Hounsfield)研制成X线
电子计算机体层成像（X-ray computed tomography,X-ray
CT或CT）。CT的问世被认为是自X线发现以来放射学
领域的一次革命性飞跃，是放射诊断学向医学影像学转
变的重要标志。
※ 1977年Nudelman成功地取得第一次数字减影血管造
影（Digital Subtraction Angiography, DSA）图像，是继
CT之后发展的医学影像学方法之一，开拓了医学影像的
数字化和信息化，成为今天开展介入放射学必不可少的
设备。
※ 8 0 年 代 初 期 磁 共 振 成 像 （ Magnetic Resonance
Imaging, MRI）投入临床应用。MRI检查和诊断具备一
些突出优点，不同于现有各种影像学检查，与CT相辅相
成，将影像诊断推向一个新的高度。
※ 70至80年代相应时期，医学影像学的另外两门学科即
超声学和核医学也取得了惊人的发展，，显示了超声诊
断在医学影像中的重要作用。放射性核素显像设备发射
体层成像（Emission Computed Tomography，ECT），包
括单光子发射体层成像（Single photon ECT, SPECT）和
正电子发射体层成像(Positron emission tomography, PET)
等相继问世，它不仅提供解剖方面的信息，而且还提供
生化和生理信息。
X线诊断、CT、MRI、DSA、超声成像、放射性核素
成像形成影像诊断学（Diagnostic imaging）。
定义：利用各种成像技术使人体内部结构和器官形成
影像，从而了解人体解剖与生理功能状况以及病理改变以
达到诊断目的的方法，称影像诊断学。属于活体器官的视
诊范畴,是特殊的诊断方法。
※ 7 0 年 代 迅 速 兴 起 的 介 入 放 射 学 （ Interventional
radiology），取得了令人触目的进展，不仅可以获取组织
或细胞标本，提供组织或细胞学诊断，并对某些疾病进行
治疗，而且治疗领域不断扩大。30多年来介入放射学以其
独特、简易、准确的方法和较好的疗效，成为一项同内科、
外科治疗并行的第三种独特的治疗体系。
影像诊断学和介入放射学两大组成部份形成了一门
新的临床学科——医学影像学（Medical imaging）。医
学影像学的形成，不仅扩大了人体的检查范围，提高了
诊断水平，而且可以对某些疾病进行治疗，这样大大地
拓展了本学科的工作内容，成为医疗工作中的重要支柱。
※ 9 0 年 代 以 来 ， 又 有 了 数 字 化 X 线 成 像 （ digital
radiography，DR ） 及 图 像 存 储 和 传 输 系 统 （ picture
archive and communication system ，PACS），使医学
影 像 学 又 发 展 成 为 今 天 的 信 息 放 射 学 （ information
radiology）和远程放射学（tele-radiology）。
近几年分子影像学和基因影像学的研究已取得很大
进展，并已逐步应用于临床。
第一章 X线成像
（X-ray imaging）
第一节 普通X线成像
一、应用原理：
(一) X线的产生：
１. X线球管：高真空二极管，钨丝（—），钨
靶（＋）；散热装置。
２. 变压器：降压变压器，升压变压器。
３. 操作台：调节电压、电流和曝光时间。
接通电源 →降压变压器 →球管钨丝加热 →
自由电子云产生→升压变压器→球管两极高
电压→自由电子云成束状→高速行进→撞击
钨靶→能量转换：
1）0.2%的能量形成X线→球管窗口发射
2）99.8% 的能量转换成热能→散热装置散发
(二) X线的特性：
波长很短的电磁波，波长范围0.0006~50nm，用于X线
成像的波长范围0.031~0.008nm（相当于40~150kV时）。
1.穿透性：波长短，穿透力强，能穿透可见光不能穿透
的物质。
2.荧光效应：激发荧光物质产生荧光，透视基础。
3.感光效应：使胶片“感光”， 摄片基础。
4.电离效应：损害作用、积累性，放射治疗基础。
（三）X线成像原理：
X线特性
人体组织
→
＋
穿透性
密度
荧光效应
感光效应
荧光屏或X光片
X线影像
＝
X线量
黑
差
厚度
影
的差异
白
（四）密度与对比：
1. 物质密度与影像密度：
密度高
荧光屏上显黑影
X线吸收多 →
物质→
比重大
X光片上显白影
密度低
荧光屏上显白影
物质→
X线吸收少→
比重小
X光片上显黑影
2. 自然对比与人工对比：
（1）自然对比：自身存在的密度和厚度不同。
组织
骨骼
比重
吸收比例
密度
影像
1.95
5.0
高
白
中
灰白
软组织（体液）1.01-1.08
1.01-1.10
脂肪
0.95
0.5
低
灰黑
气体
0.0013
0.01
更低
黑
（2）人工对比：造影检查；造影剂。
二、检查方法：
（一）普通检查：
1. 透视（fluoroscopy）。
2. 摄片(radiography)。
（二）特殊检查：
1.软线摄影。
2.体层摄影。
3. 其它：高千伏摄影、荧光摄影、放大摄影。
（三）造影检查：
1. 方法：
（1）直接引入法：口服、插管、穿刺。
（2）生理排泄法：肝、肾系统。
2. 对比剂(contrast medium)：
（1） 高密度对比剂：
A 钡剂：医用硫酸钡。
B 碘剂：a.有机碘剂b.油类 c.类脂质 d.无机碘剂。
（2）低密度造影剂：二氧化碳、氧气、空气。
三、诊断原则与步骤：
（一）原则：
1. 了解X线图像的特点。2. 熟悉正常的X线解剖。
3. 掌握各种疾病的典型X线表现。4. 结合临床具体分析。
（二）步骤：
1. 注意X线检查技术条件的正确性。
2. 观察影像时应全面按一定顺序进行。
3. 分析病变时，要注意病变的①位置分布；②数目大小
③形状边缘；④密度高低 ；⑤邻近器官和组织的改变；
⑥器官功能的改变。
4. 抓重点、找矛盾，结合临床综合分析。
第二节 数字化X线成像
（Digital radiography，DR)
数字化X线成像的应用，一改传统X线成像的方
法，将模拟信号转变为数字化信号，适应了图像处
理、存档、传输以及远程放射学和信息放射学的发
展。
包括计算机X线成像（computed radiography，CR）和
平板探测器（flat panel detectors)数字化X线成像（ Digital
radiography，DR ）。
一、DR成像基本原理：
（一）CR
X线→影像板（image plate,IP）→IP潜影→激光
扫描系统读取→辉尽性荧光→光电转换（倍增）器
→电信号→A/D转换器→数字化影像信息→计算机
处理→数字化图像
[ IP板—含有微量元素铕（Eu2+）的钡氟溴（氯、碘）化合物结晶。]
（二）平板探测器DR
X线→平板探测器→光闪烁器→光信号→光电
转换（倍增）器→电信号→A/D转换器→数字化影
像信息 →计算机处理→数字化图像
[平板探测器—无定型硅碘化铯（Amorphous Si-CsI)。]
二、DR的临床应用：
（一）图像质量与信息量的保证
（二）影像信息的处理
1.窗技术处理：调节影像对比，得到最佳视觉效果。
2. DSA处理：得到DSA图像。
3. 体层成像处理：得到体层图像。
（三）X线曝光剂量显著降低
（四）投照条件宽容度大
（五）数字化存取、检索与管理方便。
第二章 计算机体层成像
(Computed tomography，CT)
第一节 CT成像的基本原理与设备
一、基本原理：
（一）数据采集。
（二）矩阵(matrix)：体素(voxel)、象素(pixel)。
（三）图像重建：迭代法、反投影法、解析法
（二维傅立叶重建法、卷积法、滤波反
投法）。
（四）图像显示。
X线束探测器模/数(analog/digital,A/D)
转换器电子计算机数字矩阵数/模
(digital/analog, D/A)转换器数字化的重
建的断层图像
二、设备：
分为普通CT、螺旋CT、电子束CT。
（一）普通CT（又称常规CT）：
主要有以下三部分:
（1）扫描系统；（2）计算机系统 ；（3）图像
显示和存储系统。
扫描方式:
（1）旋转/旋转式；（2）旋转/固定式。
（二）螺旋CT（Helical or Spiral CT，SCT）:
又称螺旋容积CT(Spiral volumetric CT)。1990
年由Kalender和Vock报道，它是通过快速连续容
积扫描来采集人体某一段的螺旋数据的新技术。
扫描期间，球管连续旋转和床连续移动同时进
行，使X线扫描的轨迹呈螺旋状，因而得名螺旋
扫描。SCT成像时间短，扫描容积大，连续获取
数据，计算机后处理功能强。