成像技術(shù)與臨床應(yīng)用3課件

1、成像技術(shù)與臨床應(yīng)用南京中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院放射科 張武彪 自德國物理學(xué)家倫琴1895年發(fā)現(xiàn)X線以后。X線被廣泛應(yīng)用到醫(yī)學(xué)臨床工作中幫助疾病診斷，形成了放射診斷學(xué)，奠定了醫(yī)學(xué)影像學(xué)的基礎(chǔ)。隨著計算機(jī)等高科技的發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像學(xué)也飛速發(fā)展。第一節(jié) X線成像 一 X線成像基本原理及設(shè)備 X線是X線管內(nèi)高速行進(jìn)的電子流轟擊靶面時產(chǎn)生的。為此，X線設(shè)備主要包括X線管、變壓器、操作臺、檢查床等基本部件。穿透性 :管電壓愈高，X線波長愈短，穿透力也愈強(qiáng)。反之，亦然。熒光效應(yīng) : 激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)出熒光。感光效應(yīng) : X線可使膠片上的溴化銀感光產(chǎn)生潛影，經(jīng)顯、定影后，膠片變?yōu)楹诎紫嚅g圖像(模擬式顯影方式）。電離

2、效應(yīng): X線穿過任何物質(zhì)都可使之電離，產(chǎn)生電離效應(yīng)。X線可使機(jī)體內(nèi)組織、細(xì)胞產(chǎn)生變性，即生物效應(yīng)，是作為放射治療的基礎(chǔ)，也是要防護(hù)的原因。 X線成像原理X線能使人體在熒光屏上或膠片上形成影像，主要是由于X線具有穿透性、熒光作用和感光作用等特性，同時也因為人體組織結(jié)構(gòu)有密度和厚度的差別，這種差別，導(dǎo)致X線透過人體各種不同組織結(jié)構(gòu)時，被吸收的程度不同，到達(dá)熒光屏或X線片上的X線量出現(xiàn)差異，從而在熒光屏或X線片上形成黑白對比不同的影像。數(shù)字X線成像 傳統(tǒng)x線攝影是以膠片為介質(zhì)對形成影像的X線信息進(jìn)行采集、顯示、存儲和傳遞，缺點(diǎn)是攝影技術(shù)要求嚴(yán)格，曝光寬容度小，影像的灰度不可調(diào)節(jié)，而且不可能同時清晰顯

3、示各種密度的組織結(jié)構(gòu)，在照片的利用和管理上也有諸多不便。數(shù)字X線成像克服了這些缺點(diǎn)。動態(tài)范圍寬一次曝光可通過窗寬,窗位的調(diào)整獲得從軟組織到骨骼不同的影像,甚至可以清楚到頭發(fā)。 數(shù)字成像分類計算機(jī)X線成像（CR）數(shù)字X線熒光成像（DF）平板探測器數(shù)字X線成像（DR）CRPrinciple of CR數(shù)字減影血管造影 血管造影是將水溶性對比劑注入血管內(nèi)，使血管顯影的X線檢查方法。由于血管影像與骨骼及軟組織影發(fā)生重疊，影響了血管的顯示。數(shù)字減影血管造影（DSA）是通過計算機(jī)處理數(shù)字影像信息，消除了骨骼和軟組織影像，使血管清晰顯影的成像技術(shù)。減影技術(shù)時間減影：取一幀不含對比劑的影像作蒙片（mask），

4、與一禎充盈對比劑峰值水平的影像（造影像）（contrast image)組成一個“減影對”分別輸入計算機(jī)進(jìn)行減影處理時，即可得到突出含碘血管結(jié)構(gòu)，消除了其他非感興趣結(jié)構(gòu)的減影影像。由于減影對是在不同時間獲得的，故稱時間減影法。是目前最普遍應(yīng)用的減影方法之一能量減影造影方法：動脈DSA靜脈DSA二 X線圖像特點(diǎn) 人體組織密度與X線圖像密度概念不一樣, 前者指人體組織中單位體積物質(zhì)的質(zhì)量，后者指X線片上影像的黑白。單位厚度的物質(zhì)密度大,影像白。 反之,物質(zhì)密度低,影像黑。 X線圖像系標(biāo)準(zhǔn)X線束穿過人體不同密度、厚度的組織結(jié)構(gòu)的投影總和,將三維立體變?yōu)槎S圖像,因而X線圖像與人體組織結(jié)構(gòu)相比,產(chǎn)生形

5、態(tài)失真、放大及相互重疊后的復(fù)合影像。三 X線檢查技術(shù) 常規(guī)X線檢查1. 透視(fluroscopy) 適用于機(jī)體天然對比較好部位,如胸部，觀 察器官動態(tài),例如心臟大血管、消化道蠕動等。優(yōu)點(diǎn)：簡便易行、經(jīng)濟(jì)，出診斷結(jié)果快。缺點(diǎn)：不能顯示細(xì)微病變；無永久記錄，不便前 后比較。2. X線攝影（Radiography) X線可使膠片溴化銀感光，產(chǎn)生潛影，經(jīng)顯、定影處理，感光部分溴化銀還原為金屬銀，沉淀在膠片上，顯示為黑色；未感光部分溴化銀脫離膠片，顯示為白色。 X線攝影對比度及清晰度均佳，適于全身各部檢查。造影檢查人體組織結(jié)構(gòu)中相當(dāng)一部分，只依靠自身密度與厚度差異不能在普通X線檢查中顯影，此時，通過“

6、人工對比”，將高于或低于組織結(jié)構(gòu)的物質(zhì)引入器官內(nèi)或其周圍間隙使之產(chǎn)生對比顯影，稱為造影檢查，引入的物質(zhì)稱為對比劑。對比劑 (Contrast Medium)高密度對比劑 ：原子序數(shù)高，比重大的物質(zhì)。常用有鋇劑（醫(yī)用硫酸鋇），碘劑（有機(jī)碘劑、無機(jī)碘劑）低密度對比劑：為原子序數(shù)低，比重小的氣體，如空氣、氧 氣等，應(yīng)用少。造影方式1.直接引入：口服 、灌注 、穿刺注入2.間接引入：注入靜脈，通過循環(huán)到 達(dá)靶器官，泌尿系造影，膽道造影。、口服灌注逆行尿路造影逆行尿路造影口服法膽囊造影穿刺法膝關(guān)節(jié)充氣造影間接引入的靜脈尿路造影穿刺注入造影 X線照射人體可產(chǎn)生一定的生物效應(yīng)。超過容許照射量，可發(fā)生放射反應(yīng)

7、，甚至放射損害。故應(yīng)該重視防護(hù)。 放射防護(hù)遵循屏蔽防護(hù)、距離防護(hù)、時間防護(hù)原則。X線檢查中的防護(hù)四 X線圖像的解讀按一定順序全面而系統(tǒng)地進(jìn)行觀察，區(qū)分正常與異常。對異常X線表現(xiàn)，觀察病變的位置、分布、病變數(shù)目、病變形狀、病變密度、病變邊緣、鄰近組織、器官改變、臟器功能情況。五 X線診斷的臨床應(yīng)用首先要在了解各種檢查方法原理基礎(chǔ)上選擇。選擇準(zhǔn)確、無創(chuàng)、并發(fā)癥少、經(jīng)濟(jì)。盡量避免重復(fù)檢查。嚴(yán)格掌握適應(yīng)癥、禁忌癥。第二節(jié) 計算機(jī)體層成像Computed Tomography, CT CT是Hounsfield1969年設(shè)計成功，1972年問世的。它開創(chuàng)了數(shù)字化成像先河，改變了成像方法。CT顯示的是斷層

8、解剖圖像，其密度分辨力明顯優(yōu)于X線圖像，使X線成像不能顯示的解剖結(jié)構(gòu)和病變得以顯影，從而擴(kuò)大了人體的檢查范圍，提高了病變檢出率和診斷的準(zhǔn)確率。CT極大地促進(jìn)了醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展?；驹?用X線束對人體檢查部位一定厚度的層面進(jìn)行掃描，由探測器接受衰減的X線，并由光電轉(zhuǎn)換器變?yōu)殡娦盘?，再由模?shù)轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字進(jìn)行計算機(jī)處理，獲得該層面的每個體素的X線衰減系數(shù)，再由數(shù)模轉(zhuǎn)換器把每個體素的數(shù)字轉(zhuǎn)換成不等灰階度的像數(shù)，按矩陣排列，構(gòu)成CT圖像光電轉(zhuǎn)換體素(voxel)和象素(pixel)CT圖像實際上是人體某一部位有一定厚度（如1mm，10mm等）的體層圖像。將成像的體層分成按矩陣排列的若干小的基本單元，

9、以一個CT值代表一個小單元內(nèi)的物質(zhì)密度，這些小單元稱之為體素。同樣，一幅CT圖像是由很多按矩陣排列的小單元組成，這些組成圖像的基本單元被稱之為象素體素是一個三維的概念，象素是一個二維的概念逆行尿路造影CT值反映組織對X線的線性吸收系數(shù)平均量的一個量的標(biāo)準(zhǔn)。用ct值說明密度，單位為HU。規(guī)定水的CT值為0HU，骨皮質(zhì)的CT值為+1000HU，空氣為-1000HU。CT設(shè)備( Equipment)掃描部分：X線管、探測器、掃描機(jī)架計算機(jī)系統(tǒng)圖像顯示和存儲系統(tǒng)普通CT Conventional CT螺旋CT Spiral (helical) CT多層螺旋CT Multislice CT (MSCT）

10、雙源多層螺旋CT Dual Source CT (DSCT）電子束CT Electron beam CT (EBCT)平板CT Flat panel CT螺旋CT(spiral CT,SCT或helical CT)螺旋CT掃描時，檢查床上以勻速進(jìn)入CT機(jī)架，同時X線球管連續(xù)旋轉(zhuǎn)式曝光，X線束的掃描軌跡呈螺旋狀優(yōu)勢：掃描速度快 提高病灶檢出率 多功能顯示病灶 可重建出高質(zhì)量 的三維圖像和血 管造影圖像、仿 真內(nèi)鏡圖像、CT 透視功能等single slice spiral CTmultislice spiral CTSlice:2n 248163264256多層螺旋CT的趨勢“多排和多層”199

11、8年，8排或16排或32排探測器，實現(xiàn)4層掃描，2002年，24排探測器，實現(xiàn)16層掃描；2004年，32或64排探測器，實現(xiàn)64層掃描；2005年，128層掃描，雙球管2006年，256層掃描，2007年，320層掃描200？年，平板探測器，1024X768掃描CT球管的趨勢：0.75MHU1.0MHU1.5MHU2.0MHU3.0MHU-3.5MHU4.0MHU5.3MHU6.3MHU7.5MHU.2003年SIEMENS 0MHU球管 第五代CT也稱超快速CT(ultrafast CT,UFCT)、電子束CT(electron beam CT,EBCT)主要組成部分為電子槍、聚焦線圈、偏

12、轉(zhuǎn)線圈、多排探測器、檢查床和控制系統(tǒng)與一般CT不同之處是它沒有X線球管最快掃描速度為每層0.05秒，可用于冠狀動脈的CT血管造影和心臟造影等雙源（球管）CTCT圖像特點(diǎn) CT圖像是由一定數(shù)目，不同灰度的像素按矩陣排列所構(gòu)成的灰階圖像，這些像素反映的是相應(yīng)體素的X線吸收系數(shù)。像素越小，數(shù)目越多（矩陣越大），圖像空間分辨力越高。 CT圖像反映器官組織對X線的吸收程度，因此與X線圖像所顯示的黑白影像一樣，黑影表示低吸收區(qū)，即低密度區(qū)，如肺組織。白影表示高吸收區(qū)，即高密度區(qū)，如骨骼。 CT密度分辨率高,人體軟組織密度差別雖小也能形成對比而成像。用組織對X線的吸收系數(shù)說明其密度的高低具有一個量的標(biāo)準(zhǔn)，換

13、算成CT值，單位HU。規(guī)定水為0HU，空氣為-1000HU，骨皮質(zhì)為1000HU， 將人體分為2000Hu ( Hounsfield Unit ) 機(jī)體大部組織CT值在100100之間。 64層螺旋CT可以清晰顯示腸系膜緣的小血管窗寬與窗位 見圖窗寬（window width)是指熒屏圖像上16個灰階所包括的CT值范圍為了提高組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的顯示則要采用不同的窗寬窗位（window level)是指觀察某一組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)時，以該組織CT值為中心觀察C T 可 佳 斷面 數(shù)字化 X線平片 佳 差 重疊 模擬 CR DR CT和普通X線平比較空間分辨力 密度分辨力 成像 其它圖像質(zhì)量的進(jìn)展.二 維 橫

14、 斷 面 到 三 維 圖 像 重 建CT檢查技術(shù)平掃 ( Plain Scan )增強(qiáng)掃描 ( Contrast Enhancement )動態(tài)掃描 ( Dynamic Scan )高分辨CT ( High Resolution CT, HRCT )CT新技術(shù) CT多期增強(qiáng)掃描 （HAP,PVP）等平掃動脈期門靜脈期小肝癌平掃+增掃平掃增掃動脈期增掃門脈期高分辨率CT掃描(high resolution CT,HRCT)采用薄層、高分辨率重建算法可得到組織的細(xì)微結(jié)構(gòu)圖像，(靶掃描）稱為高分辨率CT。主要用于肺部彌漫性間質(zhì)病變以及小結(jié)節(jié)病變等的檢查；顯示內(nèi)耳、中耳聽小骨等細(xì)微骨結(jié)構(gòu)High Re

15、solution CT, HRCT圖像后處理技術(shù)HeadlineEmotion 16 6.5 for 235.5mm16 x 1.2 mmPich 1.3Rotation 0.6 sec130 kV90 effective mAsCourtesy of Jiangsu Prov People Hospital / NanJin, China64層CT腹部CTAVirtual EndoscopyVECT圖像的解讀解讀CT圖像首先要了解掃描的技術(shù)與方法，應(yīng)用合適的窗技術(shù)觀察重點(diǎn)組織。通過多幁圖像立體了解器官的大小、形狀和器官間的解剖關(guān)系。發(fā)現(xiàn)病變要分析病變的位置、大小、形狀、數(shù)目和邊緣，還可測定C

16、T值。通過增強(qiáng)掃描了解病灶強(qiáng)化改變。同時要觀察鄰近器官和組織的受壓、移位和浸潤、破壞等表現(xiàn)。 CT診斷的臨床應(yīng)用中樞神經(jīng)系統(tǒng)頭頸部胸部心臟與血管腹部盆腔骨骼系統(tǒng)進(jìn)入醫(yī)學(xué)影像分子診斷水平的PET-CT PETCT，是將PET和CT兩個設(shè)備有機(jī)地結(jié)合在一起，使用同一個檢查床和同一個圖像處理工作站。 PETCT同時具有PET和CT的功能，但它絕不是二者功能的簡單疊加，由于PET與CT優(yōu)勢互補(bǔ)，112。 PET可以顯示病灶病理生理特征，更容易發(fā)現(xiàn)病灶；CT可以精確定位病灶，顯示病灶結(jié)構(gòu)變化。PETCT獨(dú)有的融合圖像，將PET圖像與CT圖像融合，可以同時反映病灶的病理生理變化及形態(tài)結(jié)構(gòu)，明顯提高了診斷的

17、準(zhǔn)確性。第三節(jié) 超聲成像 超聲是指振動頻率每秒在20000次以上， 超過人耳聽覺范圍的聲波。超聲成像是利用超聲波的物理特性和人體器官組織聲學(xué)特性相互作用后所產(chǎn)生的信息，經(jīng)信息處理形成的成像技術(shù)，借此進(jìn)行疾病診斷。超聲的物理特性指向性:超聲波頻率極高，波長很短，在介質(zhì)中呈直線傳播，具有良好的指向性，因此可對人體器官進(jìn)行定向探測。 反射，折射與散射衰減與吸收:反射、散射、介質(zhì)吸收等均可使聲能衰減，不同生物組織對入射超聲的吸收衰減不一，主要與組織中蛋白質(zhì)和水的含量有關(guān)。 多普勒效應(yīng): 當(dāng)超聲發(fā)射到一個靜止的反射體時，反射波的頻率與原發(fā)射頻率相同。然而當(dāng)反射體朝向探頭運(yùn)動時，反射頻率將高于發(fā)射頻率，反

18、之，當(dāng)反射體背離探頭運(yùn)動時，反射頻率將低于發(fā)射頻率。反射和接受頻率之差與反射體的運(yùn)動速度成正比，這種現(xiàn)象叫多普勒效應(yīng)。這一物理特性已廣泛用于心臟血管等活動臟器的檢測 超聲成像基本原理 一般超聲儀均含有換能器、信號處理系統(tǒng)和顯示器。換能器發(fā)射一定頻率的超聲波，在人體組織中傳播時，常可穿透多層界面，在每一界面上均發(fā)生不同程度的反射和/或散射，這些反射或散射聲波含有超聲波傳播途中所經(jīng)過的不同組織的聲學(xué)信息，被換能器接收并經(jīng)過儀器的信號處理系統(tǒng)的一系列處理，在顯示器上以不同的形式顯示為波形或圖像。換能器(探頭）信息處理系統(tǒng)顯示器線陣型扇型凸弧型人體組織的聲學(xué)特征無回聲 （無反射型）膽汁、尿液、血液低回

19、聲 （少反射型）肝、脾強(qiáng)回聲 （多反射型）血管壁、結(jié)石極強(qiáng)回聲（全反射型）肺、胃腸道膽汁肝膽囊壁肝臟B超心臟B超臨床應(yīng)用無創(chuàng)傷，無痛苦，無電離輻射，無需對比劑可獲得各部位軟組織器官及管腔結(jié)構(gòu)的高清晰斷層影像。提供解剖結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)信息，并能反映心血管運(yùn)動器官的重要生理功能，應(yīng)用超聲多普勒技術(shù)可無創(chuàng)傷檢測有關(guān)血流動力學(xué)參數(shù)以及觀察組織器官血流灌注。1.部位適用于全身各部位軟組織及實質(zhì)性臟器疾病的診斷 2.診斷疾病(1)各部位的急性炎癥、囊腫、積液、結(jié)石、良性與惡性腫瘤、創(chuàng)傷等。(2)血管疾病(3)心臟疾病(4)妊娠 3.超聲引導(dǎo)下穿刺活檢或治療 4.超聲監(jiān)測介入治療或外科術(shù)中監(jiān)測 局限性對骨骼，肺和

20、腸管的檢查受限偽影較多，顯示范圍較小，圖像整體性不如CT，MRI第四節(jié) 磁共振成像核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR)磁共振成像（Magnetic Resonance Image, MRI) 20世紀(jì)80年代初NMR成像用于臨床以來，為了與放射性核素檢查相區(qū)別，改稱為磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）。在此期間，MRI得到了迅猛發(fā)展，由于硬件及軟件設(shè)備的改進(jìn)，掃描時間已從原先的以分鐘計發(fā)展到目前以毫秒計，圖像質(zhì)量也大大提高，已成為臨床重要的檢查手段 磁共振成像是利用體內(nèi)氫原子核在強(qiáng)磁場內(nèi)發(fā)生磁矩，用射頻發(fā)生共振提供能

21、量，改變磁矩；停止射頻，恢復(fù)磁矩，釋放能量，產(chǎn)生信號，經(jīng)計算機(jī)處理，形成MR圖像。氫原子核磁矩平時狀態(tài) 磁矩取向任意、無規(guī)律，磁矩相互抵消，宏觀磁矩M=0置于磁場的狀態(tài) 磁矩按磁場的磁力線方向取向，產(chǎn)生了一個平行于外磁場的磁矩M0 ，稱為縱向磁化。MRI 成像原理施加射頻脈沖 向質(zhì)子發(fā)射特定頻率（Larmor 頻率）的射頻脈沖，質(zhì)子獲取能量，縱向磁化向量M0將偏轉(zhuǎn)一個角度圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)，并可被分解為一個平行于Z軸的縱向分量MZ和一個橫向分量Mxy射頻脈沖停止后 質(zhì)子相干性逐漸消失，磁化向量逐漸恢復(fù)到原平衡位置。橫向磁化分量Mxy呈指數(shù)規(guī)律衰減，稱橫向弛豫；而縱向磁化分量呈指數(shù)規(guī)律增長，稱縱向弛豫

22、。這一過程釋放能量和產(chǎn)生MR 信號。產(chǎn)生的信號稱為自由感應(yīng)衰減信號（free induction decay,FID）弛豫時間T1（ms）縱向弛豫 機(jī)體組織T1較長T2（ms）橫向弛豫 機(jī)體組織T2較短機(jī)體組織和T1、T2見下表MRI設(shè)備主磁體：超導(dǎo)型和永磁型，超導(dǎo)型磁場強(qiáng)度高梯度系統(tǒng)：提供空間定位三維編碼射頻系統(tǒng)：發(fā)射脈沖，接受信號計算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)輔助設(shè)備MRI圖像特點(diǎn)1、灰階成像：信號強(qiáng)弱以黑白表示，信號越強(qiáng)圖像越白2、和CT等相比系多參數(shù)成像: 質(zhì)子密度 、 T1 、 T2 等，T1圖像觀察解剖結(jié)構(gòu) ，T2顯示病變3、三維成像： 改變相位編碼，可多方位成像（橫斷 冠狀 矢狀斷面像）4

23、、流空效應(yīng) ：心臟 大血管顯影5、對比增強(qiáng)效應(yīng) ：順磁性物質(zhì)作為對比劑縮短周圍質(zhì)子的馳豫時間Neuro-Ocular Plane ImagingImage courtesy of Dr Scarabino, Casa Sollievo della Sofferenza, Italy.3T Imaging Resembles SpecimenMRI檢查技術(shù)MR序列技術(shù)SE序列，梯度回波（gradient echo）序列，回波平面成像（echo-planar image，EPIMR對比增強(qiáng)檢查技術(shù)MR血管成像（MR Angiography ,MRA )MR電影成像技術(shù)MR水成像 ( MR Hydrography ,MR