成像技術與臨床應用第1頁/共55頁緒論醫學影像檢查技術是應用臨床醫學影像成像設備，對病人進行檢查并獲得影像診斷醫生所需資料的檢查技術。醫學影像檢查技術主要包括內容：

1.X線檢查技術

2.CT檢查技術

3.MR檢查技術

4.超聲檢查技術

5.核醫學成像檢查技術

6.圖像存檔和傳輸系統（PACS）第2頁/共55頁1.1X線成像X線的本質：電磁輻射常用X線診斷設備：X線機、數字X線攝影設備（DSA、CR、DR）和X線計算機斷層掃描設備（X線CT）等。1.1.1X線的特征1.1.2X線的成像原理1.1.3計算機X線攝影（CR）1.1.4直接數字化X線攝影系統（DR）1.1.5數字減影血管造影（DSA）1.1.6X線檢查技術第3頁/共55頁1.1.1X線的特征第4頁/共55頁1.1.1X線的特征X射線在電磁輻射中的特點屬于高頻率、波長短的射線X射線的頻率約在3×1016～3×1020Hz之間，波長約在10～10-3nm之間

X線診斷常用的X線波長范圍為0.008～0.031nm第5頁/共55頁1.1.1X線的特征（1）X射線的穿透作用其貫穿本領的強弱與物質的性質有關第6頁/共55頁1.1.1X線的特征（2）X射線的熒光作用

X射線是肉眼看不見的，但當它照射某些物質時，如磷、鉑氰化鋇、硫化鋅、鎢酸鈣等，能夠使這些物質的原子處于激發態，當它們回到基態時就能夠發出熒光，這類物質稱熒光物質。醫學中透視用的熒光屏、X射線攝影用的增感屏、影像增強器中的輸入屏和輸出屏都是利用熒光特性做成的。

第7頁/共55頁1.1.1X線的特征（3）X射線的感光作用

涂有溴化銀的膠片，經X線照射后，可以感光，產生潛影，經顯、定影處理，感光的溴化銀中的銀離子(Ag+)被還原成金屬銀(Ag)，并沉淀于膠片的膠膜內。此金屬銀的微粒，在膠片上呈黑色。而未感光的溴化銀，在定影及沖洗過程中，從X線膠片上被洗掉，因而顯出膠片片基的透明本色。依金屬銀沉淀的多少，便產生了黑和白的影像。所以，感光效應是X線成像的基礎。

第8頁/共55頁1.1.1X線的特征（4）X射線的電離作用

X射線雖然不帶電，但具有足夠能量的X光子能夠撞擊原子中軌道電子，使之脫離原子產生一次電離。

電離作用也是X射線損傷和治療的基礎。

（5）X射線的生物效應生物組織經一定量的X射線照射，會產生電離和激發，使細胞受到損傷、抑制、死亡或通過遺傳變異影響下一代，這種現象稱為X射線的生物效應。這個特性可充分應用在腫瘤放射治療中。第9頁/共55頁1.1.2X線的成像原理當高速帶電粒子撞擊物質受阻而突然減速時，能夠產生X射線。醫學影像診斷所用的X線產生設備是X線管（X-raytube，球管）。1．X射線的產生X射線的產生需要的基本條件是：（1）有高速運動的電子流；（2）有阻礙帶電粒子流運動的障礙物（靶），用來阻止電子的運動，可以將電子的動能轉變為X射線光子的能量。第10頁/共55頁X射線的產生裝置主要包括三部分：X射線管、高壓電源及低壓電源，如圖3.2所示。

1.1.2X線的成像原理第11頁/共55頁2.X射線人體成像使用X射線對人體進行照射，并對透過人體的X射線信息進行采集、轉換，并使之成為可見的影像，即為X射線人體成像。（1）X射線影像的形成當一束強度大致均勻的X射線投照到人體上時，X射線一部分被吸收和散射，另一部分透過人體沿原方向傳播。由于人體各種組織、器官在密度、厚度等方面存在差異，對投照在其上的X射線的吸收量各不相同，從而使透過人體的X射線強度分布發生變化并攜帶人體信息，最終形成X射線信息影像。X射線信息影像不能為人眼識別，須通過一定的采集、轉換、顯示系統將X射線強度分布轉換成可見光的強度分布，形成人眼可見的X射線影像。1.1.2X線的成像原理第12頁/共55頁①人體不同密度組織與X線成像的關系1.1.2X線的成像原理第13頁/共55頁②人體不同厚度組織與X線成像的關系密度和厚度的差別是產生影像對比的基礎，是X線成像的基本條件1.1.2X線的成像原理第14頁/共55頁2.X射線人體成像（2）X射線的采集與顯示①醫用X射線膠片與增感屏醫用X射線膠片的主要特性是感光，即接受光照并產生化學反應，形成潛影（latentimage）。經過對有潛影的膠片處理（暗室處理：顯影、定影等）。使膠片上的潛影轉變為可見的不同灰度（gray）分布像。膠片感光層中的鹵化銀還原成金屬銀殘留在膠片上，形成由金屬銀顆粒組成的黑色影像。人體組織的物質密度高，則吸收X射線多，在X射線照片上呈白影；反之，如果組織的物質密度低，則吸收X射線少，在X射線照片上呈黑影。1.1.2X線的成像原理第15頁/共55頁2.X射線人體成像（2）X射線的采集與顯示①醫用X射線膠片與增感屏醫用X射線增感屏為熒光增感屏，其增感原理為增感屏上的熒光物質受到X射線激發后，發出易被膠片所接收的熒光，從而增強對X射線膠片的感光作用。

主要目的是：在實際X射線攝影中，僅有不到10%的X射線光子能直接被膠片吸收形成潛影，絕大部分X射線光子穿透膠片，得不到有效的利用。因此需要利用一種增感方法來增加X射線對膠片的曝光，以縮短攝影時間，降低X射線的輻射劑量。常采用的增感措施是在暗盒中將膠片夾在兩片增感屏（intensifyingscreen）之間，然后進行曝光。1.1.2X線的成像原理第16頁/共55頁2.X射線人體成像（2）X射線的采集與顯示②X射線電視系統X射線電視系統主要包括X射線影像增強器、光學圖像分配系統、含有攝像機與監視器的閉路視頻系統與輔助電子設備。X射線影像增強管是影像增強器的核心部件。

1.1.2X線的成像原理第17頁/共55頁

計算機X線攝影（ComputedRadiography，CR）是將X線透過人體后的信息記錄在成像板（ImagePlate，IP）上，經讀取裝置讀取后，由計算機以數字化圖像信息的形式儲存，再經過數字/模擬（D/A）轉換器將數字化信息轉換成圖像的組織密度（灰度）信息，最后在熒光屏上顯示。其中，成像板是CR成像技術的關鍵。1.1.3計算機X線攝影（CR）第18頁/共55頁1.成像板（IP）成像板（IP）是使用一種含有微量素銪（Eu2+）的鋇氟溴化合物結晶制作而成能夠采集（記錄）影像信息的載體，可以代替X線膠片并重復使用2-3萬次。當透過人體的X線照射到IP板上時可以使IP板感光并形成潛影以記錄X線影像信息。成像板的構造：

（1）表面保護層。（2）光激發發光物質層。（3）基板（支持體）。（4）背面保護層。1.1.3計算機X線攝影（CR）第19頁/共55頁2.CR系統成像的基本過程（1）影像信息的采集：（2）影像信息的讀取：與普通X攝影相比較，CR的優點是：①寬容度大，攝影條件易選擇。②可降低投照輻射量：CR可在IP獲取信息的基礎上自動調節放大增益，最大幅度地減少X線曝光量，降低病人的輻射損傷。③影像清晰度較普通片高。④對影像可進行后處理，對曝光不足或過度的膠片可進行后期補救。⑤可進行圖像傳輸、存儲。⑥由于激光掃描儀可以對IP上的殘留信號進行消影處理，IP板可重復使用2-3萬次。1.1.3計算機X線攝影（CR）第20頁/共55頁

直接數字化X射線攝影（DigitalRadiography，DR）是在具有圖像處理功能的計算機控制下，采用一維或二維的X射線探測器直接把X射線信息影像轉化為數字圖像信息的技術。當前DR設備主要采用二維平板X射線探測器（flatpaneldetector，FPD)，包括：（1）非晶態硅平板探測器先經閃爍發光晶體轉換成可見光，再轉換為數字信號（2）非晶態硒平板探測器將X線直接轉換成數字信號1.1.4直接數字化X線攝影系統（DR）第21頁/共55頁（3）DR與CR成像技術的比較1.1.4直接數字化X線攝影系統（DR）第22頁/共55頁1.1.5數字減影血管造影（DSA）DSA是通過計算機處理數字影像信息，消除骨骼和軟組織影像，使血管清晰顯影的成像技術。DSA在使用時采用的方法有三種:時間減影、能量減影和混合減影。

第23頁/共55頁1.1.6X線檢查技術X線圖像是由從黑到白不同灰度的影像所組成。這些不同灰度的影像反映了人體組織結構的解剖及病理狀態。這就是賴以進行X線檢查的自然對比。對于缺乏自然對比的組織或器官，可人為地引入一定量的在密度上高于或低于它的物質，便產生人工對比。因此，自然對比和人工對比是X線檢查的基礎。第24頁/共55頁1.1.6X線檢查技術1.普通檢查熒光透視：簡稱透視。透視的主要優點是可轉動患者體位，改變方向進行觀察；了解器官的動態變化，如心、大血管搏動、膈運動及胃腸蠕動等；透視的設備簡單，操作方便，費用較低，可立即得出結論等。主要缺點是熒屏亮度較低，影像對比度及清晰度較差，難于觀察密度與厚度差別較少的器官以及密度與厚度較大的部位。例如頭顱、腹部、脊柱、骨盆等部位均不適宜透視。另外，缺乏客觀記錄也是一個重要缺點。

X線攝影：所得照片常稱平片。這是應用最廣泛的檢查方法。優點是成像清晰，對比度及清晰度均較好；不難使密度、厚度較大或密度、厚度差異較小部位的病變顯影；可作為客觀記錄，便于復查時對照和會診。缺點是每一照片僅是一個方位和一瞬間的X線影像，為建立立體概念，常需作互相垂直的兩個方位攝影，例如正位及側位；對功能方面的觀察，不及透視方便和直接；費用比透視稍高。第25頁/共55頁1.1.6X線檢查技術2.特殊檢查

軟線攝影：采用能發射軟X線的鉬靶管球，用以檢查軟組織，特別是乳腺的檢查。3.造影檢查

人體組織結構中，有相當一部分，只依靠它們本身的密度與厚度差異不能在普通檢查中顯示。此時，可以將高于或低于該組織結構的物質引入器官內或周圍間隙，使之產生對比以顯影，此即造影檢查。引入的物質稱為造影劑。造影檢查的應用，顯著擴大了X線檢查的范圍。

第26頁/共55頁1.1.6X線檢查技術造影劑按密度高低分為高密度造影和低密度造影劑（1）高密度造影劑為原子序數高、比重大的物質。常用的有鋇劑和碘劑（2）低密度造影劑為原子序數低、比重小的物質。目前應用于臨床的有二氧化碳、氧氣、空氣等。第27頁/共55頁1.1.6X線檢查技術造影方式

（1）直接引入包括以下幾種方式；①口服法：食管及胃腸鋇餐檢查；②灌注法：鋇劑灌腸，支氣管造影，逆行膽道造影，逆行泌尿道造影，瘺管、膿腔造影及子宮輸卵管造影等；③穿剌注入法：可直接或經導管注入器官或組織內，如心血管造影，關節造影和脊髓造影等。（2）間接引入造影劑先被引入某一特定組織或器官內，后經吸收并聚集于欲造影的某一器官內，從而使之顯影。包括吸收性與排泄性兩類。吸收性如淋巴管造影。排泄性如靜脈膽道造影或靜脈腎盂造影和口服法膽襄造影等。前二者是經靜脈注入造影劑后，造影劑聚集于肝、腎，再排泄入膽管或泌尿道內。后者是口服造影劑后，造影劑經腸道吸收進入血循環，再到肝膽并排入膽襄內，即在蓄積過程中攝影，現已少用。第28頁/共55頁1.2CT成像CT與X射線攝影相比較有很大區別，X射線攝影產生的是多器官重疊的平片圖像CT是用X射線對人體層面進行掃描，取得信息，經計算機處理而獲得重建圖像，顯示的是斷面解剖圖像，其密度分辨力明顯優于X線圖像，可以顯著的擴大人體的檢查范圍，提高病變的檢出率和診斷的準確率1.2.1CT成像基本原理及設備1.2.2CT圖像特點1.2.3CT檢查技術1.1.4CT診斷的臨床應用第29頁/共55頁1.2CT成像N．Housfield科馬克

第30頁/共55頁1.2.1CT成像基本原理與設備1．CT成像的基本原理利用高度準直X線束環繞人體某一部位,并以一定層厚的層面進行斷層掃描,部分X線光子被組織器官吸收,X線強度因而衰減,未被吸收的X線光子穿透人體后,由探測器接收,將其轉變為可見光后,經放大由光電轉換器轉變為電信號,再經模擬/數字轉換器轉為數字信號,輸入計算機進行運算處理。第31頁/共55頁圖象形成過程:CT每掃描一次，即可得到一個方程，經過若干次掃描，即得到一聯立方程。經過計算機運算（傅立葉轉換、反投影法等）可以解出這一聯立方程，從而求出每個體素的X線吸收系數或衰減系數，將其排列成數字矩陣（digitalmatrix），數字矩陣經過數字/模擬轉換器（D/A）把數字矩陣中的每個數字轉變為由黑到白不同灰度的小方塊，即像素（pixel），也按矩陣排列，即構成了CT圖像。1.2.1CT成像基本原理與設備

第32頁/共55頁1.2.1CT成像基本原理與設備

高壓發生器X線球管人體模型探測器群操作控制臺多幅激光照相機電子計算機模數轉換器內外存儲器CRT顯示器CT影像設備的基本結構與工作原理流程第33頁/共55頁2．CT影像設備的組成CT機主要分以下三部分：即①掃描系統（X線管、探測器和掃描架）;②計算機系統（數據儲存、運算等）;③圖像顯示和存儲、照相系統。

1.2.1CT成像基本原理與設備

第34頁/共55頁3.螺旋CT原理螺旋掃描是指在掃描期間，X線管連續旋轉并產生X線束，同時掃描床在縱軸方向連續移動，這樣，掃描區域X線束進行的軌跡相對被檢查者而言呈螺旋運動，掃描軌跡為螺旋形曲線，這樣可以一次收集到掃描范圍內全部容積的數據，所以也稱為螺旋容積掃描。

螺旋CT掃描裝置包括探測器、X線管滑環、機架與檢查床、控制臺與計算機。其中滑環技術是螺旋掃描的基礎，螺旋掃描是通過滑環技術與掃描床的連續移動相結合而實現的。1.2.1CT成像基本原理與設備

第35頁/共55頁

多層螺旋CT，又稱多層CT。它的結構特點是具備多排檢測器和多個數據采集系統。

1.2.1CT成像基本原理與設備

第36頁/共55頁多層螺旋CT掃描特點：（1）降低X射線球管損耗。（2）掃描覆蓋范圍更長。（3）掃描時間更短。（4）掃描層厚更薄。1.2.1CT成像基本原理與設備

第37頁/共55頁CT值：是CT圖像中各種組織與X線吸收系數（μ值）相當的對應值，它是從人體組織器官的μ值換算出來的。CT值=(μ-μw)/μw?a

，其中μ和μw分別為受檢物和水的吸收系數（骨皮質吸收系數為2.0，空氣吸收系數為0，水的吸收系數為1.0），a為分度因數。一般將人體組織CT值劃分為2000個單位（HU），最上界為骨+1000HU，最下界為空氣-1000Hu，水的理想CT值為0。CT值不是絕對不變的數值，與X線管電壓、CT設備、掃描層厚等因素有關。CT值有助于大致判斷組織類型，從而有助于提示疾病的診斷。1.2.2CT圖像特點

第38頁/共55頁普通CT掃描分平掃、對比增強掃描、造影掃描1.2.3CT檢查技術

第39頁/共55頁中樞神經系統疾病的螺旋CT診斷價值很高，其應用最早，也最普遍，如顱腦腫瘤、腦外傷、腦梗死及腦出血以及椎管內腫瘤和椎間盤突出等的診斷均有很高的價值。對頭頸部疾病的CT診斷也很有價值，如眼眶腫瘤、鼻竇疾病、中耳及乳突疾病等。胸部由于具有優良的天然對比，螺旋CT診斷的價值日益顯出優越性，尤其是HRCT的應用，對于早期肺腫瘤、肺小結節病變以及肺間質病變與肺功能的評價均有很大的診斷價值，有成為肺臟疾病常規影像檢查的趨勢。腹部及盆腔疾病的CT診斷也應用日益廣泛，主要應用于肝臟、膽道、胰腺、脾臟、腹腔與腹膜后腔以及泌尿和生殖系統疾病的診斷；但螺旋CT技術在胃腸道等管腔臟器疾病的檢查中，尤其是對早期病變的顯示和診斷還有一定的限度。骨骼肌肉系統疾病多通過X線檢查即可以明確診斷，CT應用相對較少，但對于腫瘤病變的觀察和解剖結構復雜部位骨折的顯示可以選擇應用CT檢查。

CT檢查是屬于有一定X射線輻射的技術方法，在臨床應用中應掌握防護的原則，如時間防護、距離防護及屏蔽防護等。1.2.4CT診斷的臨床應用

第40頁/共55頁磁共振成像（magneticresonanceimaging,MRI）是一多種特征參數、多種靶位核素的成像技術。磁共振成像基本原理:

利用特定頻率的電磁波，向在磁場中的人體進行照射，人體內各種不同組織的氫核在電磁波的作用下會發生核磁共振，并吸收電磁波的能量，隨后再發射出電磁波，MRI系統接收電磁波經過計算機處理和圖像重建，即可得到人體的斷層圖像。1.3MRI成像

第41頁/共55頁在磁場中旋轉的原子核有一個特點，即可以吸收頻率與其旋轉頻率相同的電磁波，使原子核的能量增加，當原子核恢復原狀時，就會把多余的能量以電磁波的形式釋放出來。這種現象稱為磁共振現象(magneticresonance，MR)。1.3MRI成像

第42頁/共55頁MRI成像方法是將檢查層面分成體素信息，用接收器收集信息，數字化后輸入計算機處理，同時獲得每個體素的T1（縱向弛豫時間，指高能態的核將其能量轉移到周圍分子而轉變成熱運動，從而恢復到低能態的過程所需要的時間）值與T2（橫向弛豫時間，通過相鄰的同種核之間的能量交換來實現，反映橫向磁化衰減、喪失的過程所需要的時間）值，用轉換器將每個T值轉為模擬灰度，而重建圖像。當MRI應用于人體成像時，由于人體各組織與器官的T值不同，從而形成不同的影像。1.3MRI成像

第43頁/共55頁MRI成像的指導思想是用磁場值來標定受檢體共振核的空間位置。（1）層面的選擇將待測物體置于一均勻磁場B0中，設磁場方向是Z軸方向，在均勻磁場的基礎上，再疊加一相同方向的線性梯度場GZ．使磁感應強度沿Z軸方向由小到大均勻改變。1.3MRI成像

XYXZB0GZ層面的選擇第44頁/共55頁（2）編碼編碼是將研究的物體斷層分為若干個體素，對每個體素標定一個記號，常用nznynx來標定層面每個體素的標號。經過選片后取出層面的若干個體素，由于整個層面處于相同的磁場中，故每個體素中的磁矩在磁場中旋進的頻率和相位均相同。目前MRI使用的是頻率與相位二種編碼方法。1.3MRI成像

XYXZB0GZ選片后層面的若干個體素第45頁/共55頁（3）圖像重建經過選片、相位編碼和頻率編碼，可以對整個層面的體素進行標定。由于觀測層面中的磁矩是在RF脈沖激勵下旋進，因此停止RF脈沖照射時，各體素的磁矩在回到平衡態的過程中，磁矩的方向發生變化，在接收線圈中可以感應出這種由于磁矩取向變化所產生的信號。這種感應信號是各個體素帶有相位和頻率特征的MR信號的總和。為取得層面各體素MR信號的大小，需要根據信號所攜帶的相位編碼和頻率編碼的特征，把各體素的信號分離出來，這一過程稱為解碼，由計算機完成。1.3MRI成像

第46頁/共55頁2.人體的磁共振成像

氫核是人體MRI的首選核種。(人體內水分子中的氫原子可以產生核磁共振現象，利用這一現象可以獲取人體內水分子分布的信息，從而精確繪制人體內部結構

)除了氫核密度可以作為成像特征信息外，人體不同組織的T1、T2值也可以提供診斷依據。人體組織的MR信號強度取決于該組織中的氫核密度及其氫核周圍的環境。

T1、T2反映了氫核周圍環境的信息。換句話說，人體不同組織之間、正常組織與該組織中的病變組織之間氫核密度ρ、T1和T2三個參數的差異及變化，是MRI用于臨床診斷最主要的物理學依據。1.3MRI成像

第47頁/共55頁磁共振成像系統主要由磁場系統、射頻系統、圖像重建系統三大部分組成。1.磁場系統（1）靜磁場。（2）梯度磁場。（3）場強與精度。2.射頻系統（1）射頻發生器。（2）射頻接收器。1.3MRI成像

第48頁/共55頁一、灰階成像

MRI的影像雖然也以不同灰度顯示，但反映的是MR信號強度的不同或弛豫時間T1與T2的長短，而不象CT圖象，灰度反映的是組織密度。

MRI的圖像如主要反映組織間T1特征參數時，為T1加權象（T1weightedimage，T1WI），它反映的是組織間T1的差別。如主要反映組織間T2特征參數時，則為T2加權像（T2weightedimage，T2WI）。因此，一個層面可有T1WI和T2WI兩種掃描成像方法。分別獲得T1WI與T2WI有助于顯示正常組織與病變組織。正常組織，如腦神經各種軟組織間T1差別明顯，所以T1WI有利于觀察解剖結構，而T2WI則對顯示病變組織較好。在T1WI上，脂肪T1短，MR信號強，影像白；腦與肌肉T1居中，影像灰；腦脊液T1長；骨與空氣含氫量少，MR信號弱，影像黑。在T2WI上，則與T1WI不同，例如腦脊液T2長，MR信號強而呈白影。表1-5-2是