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1、医学影像学总论,.,2,.,内容,X线成像计算机体层成像超声成像磁共振成像不同成像的观察、分析及综合应用图像存档和传输系统与信息放射学,3,.,1895年11月08日伦琴发现X线1896年1月23日 在“Nature”杂志发表 放射诊断学,4,.,19001930年 Rentgenology专业化，radiologist,5,.,Wilhelm Conrad Roentgen, X-ray, 1895 Diagnostic Radiology 放射诊断 Conventional X-ray imaging X-ray computed tomography, CT Digital subtra
2、ction angiography Diagnostic Imaging 影像诊断 Incl. MRI, Ultrasonography, Nuclear imaging Interventional Radiology 介入放射UltrasoundNuclear medicineRecently：Magnetoencephalography（脑磁图）、Molecular Imaging（分子影像学）,Medical Imaging医学影像学,6,.,医学影像学的地位,是基础医学和临床医学的桥梁学科之一是临床诊断中不可缺少的诊断方法，随着科技的发展，其作用越来越大；,7,.,Take to h
3、ome messages,不同的成像技术和检查方法在诊断中都有各自的优势与不足正确选择和综合应用各种检查技术；需要了解不同影像检查技术的基本原理及图像特点影像诊断是图像做出的判断掌握图像的观察、分析、归纳和综合方法；,8,.,Take to home messages,影像诊断必须结合临床；介入放射学与影像诊断学不同，有其自身特点了解其基本技术与理论已经和价值与限度掌握不同治疗技术的适应症、禁忌症与疗效,9,.,本次课程的目标,熟悉影像诊断的成像原理掌握影像诊断分析思维方法了解各个系统X线、CT和MRI检查方法掌握各系统正常和基本病变的X线表现熟悉常见疾病的CT和MRI表现,第一章 成像技术与
4、临床应用,.,第一节、X线成像,.,12,.,一、X线成像基本原理与设备,X线成像基本原理X线-电磁波，波长短（肉眼不可见）穿透性- X线成像的基础荧光效应-透视基础感光效应-X线摄影的基础电离效应(生物效应）-放射防护与放射治疗,13,.,X线成像基本原理,X线影像形成的原理：X线的特性 被摄物存在密度和厚度的差别X线成像三个基本条件X线具有一定的穿透力被穿透的组织有密度和厚度的差异 成像-荧光效应和感光效应,14,.,不同密度成像原理,15,.,物质密度和影像密度,组织密度组织的X线吸收率溴化银还原照片白（高密度） 组织密度组织的X线吸收率溴化银还原照片黑（低密度）,16,.,不同厚度成像
5、原理,17,.,自然对比（天然对比）：骨骼、软组织与液体、脂肪、气体；人工对比（各类造影）；,18,.,天然对比,19,.,胆管造影-人工对比,20,.,上消化道造影,21,.,X线成像设备,X线的产生真空管内高速电子流轰击钨靶产生 X线发生装置三大件X线管：真空二极管：阴极（灯丝），阳极（钨靶）变压器：12V（降压）40-150KV（升压）操纵台：调节KV（穿透）、mA（X线量）等 X线产生：阴极产生自由电子轰击阳极钨靶1%以下转换为X线，99%以上转换为热能,22,.,23,.,数字影像,将模拟量通过模/数转换器取样转换成离散的数字量，转换后的数字信号送入计算机进行 处理，重建出图像。这幅
6、图像是由数字量组成的，称之为数字影像。,24,.,X线摄影数字化的方式,1.计算机X线成像（computed Radiolography，CR）；2.数字X线荧光成像（digital fluorography，DF）；3.平板探测器（Flat panel detectors）;,25,.,计算机X线摄影技术（CR）,Computed radiography，是一种间接数字化成像技术。胶片暗盒 成像板激光扫描仪计算机工作站,26,.,27,.,DF系统,DF是用IITV代替IP板作为介质图像影高分辨率摄像管进行扫描，在经过计算机处理得到图像；主要应用于数字减影血管造影和数字胃肠造影设备；,28,
7、.,平板探测器数字X线成像,是用平板探测器将X线信息直接或间接转换成电信号，在数字化，转换过程在平板探测器内完成；优点：图像质量好；成像时间短；,29,.,数字化图像的特点,图像质量好优于传统X线成像；可调节影像对比最佳视觉效果；投照宽容度较大减少了废片和重照；数字化存贮节约胶片存储空间，PACS；X线剂量减少1/31/5；,30,.,数字减影血管造影digital subtraction angiogrqphy（DSA）,血管造影将水溶性碘对比剂注入血管内，使血管显影；DSA是提供计算机处理数字影像信息，消除骨骼和软组织影对血管显示的重迭干扰；,31,.,DSA的成像基本原理与设备,(探测器
8、) X线影像增强器摄像管 模-数转换器(数字化，象素化） 计算机数字减影处理 -数-模转换器图像数字X线成像(DR),32,.,33,.,DSA的优点与用途,突出的优点是：造影剂剂量少，浓度低，放射线量少，图像清晰；用途：血管内介入技术（诊断和治疗）；,34,.,二、X线图像的特点,X线图像由自黑到白不同灰度的影像组成，属于灰阶成像 ；人体组织结构的密度与X线图像上的密度是两个不同的概念；图像是受检部位的组织重叠图像；,35,.,二、X线图像的特点,组织分辨率取决于机器的性能、组织间的密度对比和人工对比剂的引入；普通X线图像是模拟成像，图像上的影像灰度和对比度与摄片参数、冲洗条件密切相关；,3
9、6,.,三、X线检查技术,（一）普通检查透视普通透视电视透视：影像增强器，监视器，多角度多体位动态观察，可行点片补充观察；X线摄影对比度及清晰度较好，能够保存；常需性互相垂直的两个方位的摄影；,37,.,透视与摄片,38,.,（二）特殊检查,体层摄影(断层摄影，分层摄影）大都为CT等技术取代) 记波摄影：研究心脏大血管高仟伏摄影(穿透力强)：胸部放大摄影：观察骨结构及血管造影放大观察荧光摄影软X线摄影(钼靶)： 检查乳腺，仍然广泛应用；,39,.,乳腺钼靶摄影,40,.,（三）造影检查,概念：对缺乏自然对比的结构或器官，将密度高于或低于该结构或器官的物质引入器官内或其周围间隙，使之产生对比以显
10、影对比剂：引入的物质,41,.,造影检查,高密度(阳性)造影剂：钡：钡悬液与钡胶浆，医用纯净，胃肠检查碘 ：包括有机碘与无机碘，无机碘基本不用有机碘: 离子型与非离子型；碘水与碘油低密度(阴性)造影剂：空气，氧气，二氧化碳等；,42,.,造影方法,直接引入直接法；口服（食管及胃肠道钡餐）灌注；钡灌肠、逆行肾盂造影及子宫输卵管造影穿刺注入：心血管造影及脊髓造影间接引入生理性，蓄积性，排泄性,43,.,造影剂反应：必须十分重视，注意防止!！水溶性造影剂反应发生的原因给药方式：造影剂的浓度、剂量、速度和 注入方式造影剂本身：渗透压、粘滞度、造影剂 分子激活血清补体患者体质：年龄、性别、精神状态、身
11、体状态、伴随疾病（高血压 心脏疾病、甲亢、肝肾功能 异常、水电解质平衡失调等）,44,.,X线检查中的防护,防护的意义：生物效应，不怕，正视和重视； 防护方法与措施；屏蔽防护(不要直射和少直射)，时间防护，距离防护；多为病人着想，设计正确的检查程序，注意病人的防护；资料共享，减少检查次数：诊断盒(光盘贮存)，资料全有，不需要走一个医院检查一次；,45,.,46,.,第二节、计算机体层成像(computed tomography，CT),英国工程师，Hounsfield，1969设计成功，1972公布于世，1979获诺贝尔奖,47,.,什么是CT？,CT是通过X线管环绕人体某一层面进行扫描，测得
12、该层面中各点吸收X线的数据，然后利用计算机高速运算和图像重建原理，获得该层面图像;,48,.,体层 探测器接收 转变 X线束-可见光 光电转换器 模拟数字转换器 -电流- 计算机处理 数字-每个体素的X线衰减系数 长方体排列 数字模拟转换器 或吸收系数-数字矩阵- 显示器 照像机 象素-CT图像- 照片,CT成像基本原理,49,.,CT的基本结构,扫描装置（扫描机架和检查床）X线管，探测器，扫描机架探测器越来越多，扫描时间越来越短，扫描层面越来越薄螺旋CT，多螺旋CT，超高速CT(电子束CT)；计算机系统扫描数据处理和重建图像图像显示和存贮系统图像显示及存贮,50,.,CT的发展历程,旋转平移
13、方式,扇形X线束多个探测器,300800枚探测器,探测器环形排列,51,.,CT的发展历程,第五代CT扫描机,没有球管和探测器的转动,52,.,螺旋CT扫描：Spiral CT,螺旋CT是通过滑环技术与扫描床连续平直移动而实现的；在扫描时，X线管连续旋转并进行连续扫描，检查床沿纵轴连续平直移动，这样管球旋转与连续动床同时进行，使X线扫描的轨迹呈螺旋状，因而得名；,53,.,螺旋CT的优点,没有扫描间隔时间，大大缩短扫描时间； 快速容积扫描，提高小病灶的检出，防止遗漏小病灶；能进行容积扫描后处理：CT血管造影， CT三维重建，CT仿真内窥镜等；,54,.,1985年，滑环技术,1988年，螺旋C
14、T机,1992年，双层CT机,1998年，四层CT机,2000年，8层CT机,螺旋CT的发展历程,2001年，16层CT机,2003年，64层CT机, 平板CT,2005年双源CT,55,., 1 Slice/10min (1970s) 1 Slice/1s (1980s) 1 Slice/0.75s (1990s初) 2 Slice/0.8s (1990s中) 4 Slice/0.5s (1990s末) 16 Slice/0.42s (2000s) 64 Slice/0.37s (2003s),扫描速度的进展,56,.,单层螺旋CT机,薄扇形X射线束单排探测器单一数据采集通道一个旋转周期仅得
15、 一幅图象,57,.,多层螺旋CT机,锥形X射线束多排探测器多组数据采集通道每一个旋转周期可得 多幅图象,58,.,单层与多层螺旋CT的不同,探测器阵列不同数据采集通道不同X射线束不同同一扫描周期内获得的层数不同图象重建的算法不同,59,.,更多相期扫描；减少运动伪影,多层螺旋CT的优势,60,.,多层螺旋CT带来的诊断模式转变,显示方式的转变：单纯横断面影像实时显示的重组图像信息的融合：PET / CT工作流程改善：在不同类型产品和/或同一类型、不同型号产品应用了统一的操作界面，从而易化培训与操作计算机辅助检测（CAD）,61,.,CT图像特点,CT图像是由不同灰度的小方块（像素），按矩阵排
16、列构成 图像质量与象素大小有关； 像素越小,数目越多,图像越细致；CT反映器官和组织对X线的吸收程度；CT图像在荧屏上有由黑到白的不同灰度-灰度图像黑表示低吸收区-低密度（脑室）白表示高吸收区高密度（颅骨）,62,.,CT图像特点-CT值,CT值即代表CT图像象素内组织结构线性衰减系数相对值的数值 Um-Uw公式：某物质CT值= X 1000 Uw单位：Hu骨 软组织 水 脂肪 空气,63,.,CT图像特点-窗宽与窗位,窗宽是指荧屏图像上包括16个灰阶的CT 值范围加大窗宽，图像层次增多，组织对比降低；窗位是指观察某一组织结构细节时，以组织CT值为中心观察提高窗位，图像变黑；降低窗位，图像变白
17、；,64,.,CT图像特点,CT分辨力空间分辨力是指CT对于物体空间大小的鉴别能力-CT的空间分辨低于平片密度分辨力是指CT对密度差别的分辨能力伪影与病人有关：呼吸心跳，躁动，高密度异物与机器有关伪影影响图像质量，在诊断时应注意部分容积效应,65,.,CT检查技术,平扫(plai scan）:指不用对比增强或造影的普通扫描；对比增强扫描（contrast enhacement）：指经静脉注入水溶性碘造影剂后再行扫描；常用快速团注法（bolus injection) 常规增强扫描、动态增强扫描和多期增强扫描造影扫描：先行器官或结构内造影再扫描口服胆囊造影CT、脊髓造影CT（CTM）；,66,.,
18、图像后处理技术,三维重建技术最大密度投影MIP容积再现VR表面再现（surface rendering, SSD）多平面重建（MPR）CT血管造影（CTA）仿真内镜显示技术：容积数据与计算机虚拟现实技术结合,67,.,CT血管成像,68,.,男，52y,缘支,第1对角线支,69,.,70,.,Volume 3D,支架放置计划软件,直接三维技术,仿真结肠技术,薄层重建功能,肺结节检测技术,心脏冠状动脉三维成像技术,CT灌注技术,图像后处理技术,71,.,CT灌注成像,静脉团注对比剂后对感兴趣器官连续扫描，通过不同时间影像密度的变化，绘制出每个像素的时间-密度曲线，再算出相应的参数，了解感兴趣区毛
19、细血管血液动力学常用参数：rCBV，rCBF，MTT，TTP应用：急性缺血中风，肿瘤，急性心肌缺血,72,.,正常CT灌注图,CBF,CBV,MTT,73,.,CT分析与诊断,了解扫描技术和方法：平扫、增强；应用窗技术:窗位、窗宽；克服断面图像的缺点，注意一系列，多帧图像结合分析；分析病变的位置、大小、形状、数目和边缘，邻近器官的变化；对于增强扫描：有无强化，强化特点,74,.,CT诊断的临床应用,CT检查由于它的突出优点即具有很高的密度分辨力，而易于检出病灶，特别是能够较早地发现小病灶，因而广泛用于临床；尤其是近年来，螺旋CT和多层CT的应用，以及多种后处理软件的开发，使得CT的应用领域在不
20、断地扩大 ；,75,.,CT检查的限度CT检查使用X线，具有辐射性损伤，这就限制了CT在产科领域中的应用；CT对疾病的定性诊断仍然存在一定的限度；对软组织及软骨的分辨力不如MRI,CT的限度,76,.,第四节、磁共振成像,1973年Lauterbur发表的新技术,77,.,磁共振成像的概念,磁共振成像（MRI）是利于人体中的氢原子核在磁场中受到射频脉冲激励而发生核磁共振现象，产生磁共振信号，经过信号采集和计算机处理获得图像的成像技术；,78,.,一、MRI成像的基本原理,质子作自旋运动,79,.,80,.,81,.,82,.,83,.,84,.,MR图像,T1加权像（T1 weighted i
21、mage, T1WI），主要反映的是组织间T1值差别，有利于显示解剖结构；T2加权像（T2 weighted image, T2WI），主要反映的是组织间T2值差别，对显示病变较好；质子密度加权像（proton density weighted image, PdWI）， 主要反映的是组织间质子密度弛豫时间差别，显示病变；,85,.,磁共振仪的主要组成和作用,磁体产生静磁场，调控质子总磁矩与静磁场同向射频线圈提供能量，激励氢质子产生共振；接收信号；梯度线圈在磁场中产生梯度，将发射的核进行空间定位计算机及数据处理和辅助设备将信号转变为图象,86,.,二、MRI图像特点,多参数灰阶图像在T1WI、
22、T2WI和PdWI像上产生不同的信号强度，具体表现为不同的灰度组织间以及组织与病变间弛豫时间的差别，是磁共振成像诊断的基础 ；多方位成像 直接获得横断位、冠状位、矢状位和任意断面的图像；有利于显示解剖结构和病变,87,.,流空效应（Flow Void effect）：流动的用途在成像过程中采集不到信号呈无信号黑影MRA：无需血管内注入对比剂MRI对比增强效应顺磁性物质的对比剂可缩短周围质子的驰豫时间，称之为质子驰豫增强效应（proton relaxation enhancement effect）-增强扫描提供病变血供信息，协助诊断；伪彩色功能图像,MRI图像特点,三、MRI检查技术,.,89
23、,.,（一）脉冲序列的概念,影响磁共振信号强度的因素：组织的质子密度、T1值、T2值、化学位移、液体流动、水分子扩散运动等可以调整的成像参数主要是射频脉冲、梯度场及信号采集时刻我们把射频脉冲、梯度场和信号采集时刻等相关各参数的设置及其在时序上的排列称为MRI的脉冲序列（pulse sequence）,90,.,常用脉冲序列及应用,自旋回波（SE）：90180反转恢复（IR）：18090180快速SE（FSE）：90180180梯度回波（GRE）：激励脉冲90，常用FLASH，FISP（稳态进动快速成像）快速梯度SE（TGSE）单次激发半傅立叶采集快速SE（HASTE）：具有TSE序列T2特征平
24、面回波成像（EPI）,91,.,患者制动重要,呼吸门控和/或呼吸补偿心电门控，周围门控，预饱和技术 减少呼吸伪影，血流伪影，脑脊液波动伪影为克服SE脉冲序列成像速度慢，检查时间长的缺点,开发梯度回波脉冲序列、快速自旋回波脉冲序列。开发脂肪抑制、水抑制技术，进一步增加MRI的信息,92,.,（二）对比增强检查技术,顺磁性对比剂，使质子弛豫时间缩短 常用Gd-DTPA 0.1mmol/kg不能通过完整的血脑屏障，不被胃粘膜吸收， 完全处于细胞外间隙内，无特殊的靶器官分布有利于鉴别肿瘤和非肿瘤性病变 ； 中枢神经系统MRI增强扫描时，病灶强化与否及强化的程度与病灶血供多少，血脑屏障破坏的程度密切相关
25、；阴性对比剂：如超顺磁氧化铁SPIO,93,.,（三）磁共振血管成像技术（MRA）,利用血液的流东效应，使血管内腔成像的技术；常用MRA方法无需对比剂方法时间飞跃（TOF）法相位对比发（PC）法对比增强MRA（CE-MRA）,94,.,全身MRA,95,.,（四）MR电影成像技术,运用快速成像序列，使运动器官能快速成像；评价运动器官的运动功能-心脏大血管评价,96,.,（五）MR水成像,成像原理：利用重T2的效果，长TR消除T1对比的影响，长TE增强水的长T2效果；水成像特点：无创安全，无需对比剂多层面多方位成像适应症广,97,.,MR水成像临床应用,MRCPMRUMRMMR内耳迷路成像MR涎
26、管成像,98,.,胰腺炎,胰头癌：双管征,99,.,MR功能成像,MR功能成像以组织结构的生理功能为基础，以图像的形式显示器状态的技术MR弥散成像-DTIfMRI是一种通过血流和/或代谢的改变来反映主要组织对比的MR技术成像方法血氧水平依赖成像（blood oxygenation level dependent，BOLD）动脉自旋标记成像（arterial spin labeling，ASL）,100,.,弥散成像,发作2小时,治疗后3天,101,.,右手运动,左手运动,语言区皮质激活,102,.,（七）MR波谱成像,MRS是利用MR中的化学位移现象来测定分子组成和空间分布的一种检测方法质子检
27、测时将CH3的化学位移定义为0.0ppm（Hz的百万分之一）；磷谱检测时采用磷酸肌酸PCr的化学位移为0.0ppm可检测原子核有1H，31P，13C，19F，23Na，17O等,103,.,正常MRS,104,.,MRI图像的解读,观察前，了解设备类型及扫描参数等,有助于分析图像观察时注意问题立体观察（横、冠、矢状位）定位各序列中病变信号的变化及病变强化情况定性病变大小、形状、数目、部位及毗邻关系定性特殊检查技术与常规检查技术结合观察,105,.,MRI诊断的临床应用,中枢神经系统(颅脑与脊髓)，椎间盘病变-优脑干，幕下区，枕大孔区-优纵隔(脂肪，血管良好对比)、心脏大血管(内腔，形态学和动力
28、学)腹部：肝、肾、膀胱、前列腺、子宫等,106,.,颈部与甲状腺，乳腺，骨髓（高信号）关节，软组织（显示相当清楚）在骨骼和胃肠方面，尚受到一定限制有望于对血流量、生物化学、代谢、功能、恶性肿瘤早期诊断作出贡献,不同成像的观察、分析及综合应用,.,108,.,不同成像技术的综合应用,检查和疾病的诊断，也不是某一种成像技术能完全取代另一种成像技术相辅相成，互相补充，印证杨长避短，取长补短，优势互补权衡利弊，合理选择，综合利用在能正确诊断前提下(有效)，选择简单方便(简便)对患者安全，痛苦少，非损伤性(安全)检查费用低，费时少(经济)的检查方法,109,.,检查程序-比较影像学小结,颅骨，脊椎-X线
29、平片颅内，椎管内(肿瘤，损伤，脑血管意外)-CT，MRI脑梗塞早期-CT灌注心脏大血管-普通X线检查，超声心动图，血管造影疾病细节-心血管造影，金标准肺与纵隔-X线正侧位胸片，纤支镜，必要时CT，MRI 腹部与盆部-超声，CT可靠肝，胆，胰，脾，子宫，肾，膀胱，卵巢-超声，CT， MR水成像（MRCP，尿路等）胃，肠，食管-胃肠双对比钡剂造影+内镜 尿系-尿系X线造影，超声，MR水成像骨与关节-X线检查，CT，MRI骨转移-核素扫描、MRI、CT、X线,110,.,医学影像诊断原则,全面观察具体分析结合临床作出诊断,图像存档和传输系统与信息放射学,.,112,.,图像存档和传输系统(pictu
30、re archiving communicating system，PACS),113,.,PACS的基本原理与结构,图像信息的获取：CT，MRI，DSA，CR，DR，ECT等图像信息的传输：网线（双绞线）；光导通信；微波通信图像信息压缩与存储：磁带，磁盘，光盘，各种记忆卡片；压缩存贮，非常必要；间值与哈佛曼符号压缩法，压缩1/5-1/10图像信息的处理：检索、编辑、后处理,114,.,PACS的临床应用,联网范围： 微型(放射科，影像中心内) 小型(全院内，校内) 中型(全市内) 大型(全国，全球),115,.,PACS的优点,远离放射科看图像，提高工作效率与诊断水平；避免照片借，调，丢失，
31、错放；减少照片的管理与存放时间；减少胶片使用；不同地方同时看到不同时期不同成像手段多幅图像，便于对照，比较，分析；在终端，图像再处理，使之更便于观察；可在市内，国内看到以往检查图像，避免重复检查，有利于诊断与会诊；,116,.,信息放射学,包括了放射科工作的管理、质量控制QC、质量保证QA、PACS和远程放射学等目前医学数字成像和传输标准为DICOM3.0（digital imaging and communication in medicine）,117,.,复习思考题,X线的特性？常用的X线检查技术？常用的CT检查技术？常用的MRI检查技术？谈谈医学影像学诊断的原则？概念：DR，DSA，CT值，PACS,
