醫(yī)學影像診斷學：醫(yī)學影像學總論第2版

醫(yī)學影像學（MedicalImaging）

第一篇醫(yī)學影像學概論醫(yī)學影像學包括

影像診斷學

（DiagnosticImageology）介入放射學

（InterventionalRadiology）影像診斷學包括X線成像（X-rayimaging)數(shù)字減影血管造影（digitalsubstractionangiography，DSA）計算機體層成像(computedtomgraphy，CT)磁共振成像(magneticresonanceimaging，MRI)超聲成像（ultrasonography，USG)核素－γ閃爍成像（γ-schinitigraphy)發(fā)射體層成像（emissioncomputedtomgraphy，ECT)單光子發(fā)射體層成像（singlephotonemissioncomputedtomgraphy，SPECT)正電子發(fā)射體層成像（positronemissiontomgraphy，PET)

歷史回顧與發(fā)展過程X線US核素CTDSAMRICR/DRPACS1895年50-60年代70-80年代90年代

第一章放射影像學X-rayimagingX-ray&digitalX-rayexaminationComputedtomographyMagneticresonanceimagingContrastmediaMolecularimaging第一節(jié)X線成像（X-rayimaging）一、X線的產生

（一）X線的產生必須具備三個條件

1、自由活動的電子群。

2、電子群在高壓電場和真空條件下高速運行。

3、電子群在高速運行時突然受阻（靶面）。

（二）X線發(fā)生裝置１、X線管：高真空二極管，鎢絲（—），鎢靶（＋）；散熱裝置。２、變壓器：降壓變壓器，升壓變壓器。３、控制器：調節(jié)電壓、電流和曝光時間。（三）X線的發(fā)生過程接通電源→降壓變壓器→球管鎢絲加熱→自由電子云產生→升壓變壓器→球管兩極高電壓→自由電子云成束狀→高速行進→撞擊鎢靶→能量轉換：

①0.2%的能量形成X線→球管窗口發(fā)射

②99.8%的能量轉換成熱能→散熱裝置散發(fā)二、X線的特性波長很短的電磁波，波長范圍0.0006~50nm，用于X線成像的波長范圍0.031~0.008nm（相當于40~150kV時）。（一）穿透性：波長短，穿透力強，能穿透可見光不能穿透的物質。（二）熒光作用：激發(fā)熒光物質產生熒光，透視基礎。（三）感光作用：使膠片“感光”，攝片基礎。（四）電離作用：使分子分解成正負離子，放射劑量學基礎。（五）生物效應：使細胞組織產生抑制、損害甚至壞死，積累性，放射治療學基礎。三、X線成像原理（一）X線成像必須具備三個條件

1、X線具備一定的穿透力。

2、被穿透的組織結構必須存在密度和厚度的差異。

3、必須有成像物質（X線片、熒光屏）。X線特性人體組織熒光屏或X光片X線影像＋

→

＝穿透性密度X線量黑熒光效應差影感光效應厚度的差異白

（二）密度與對比

1、物質密度與影像密度：

密度高熒光屏上顯黑影物質→

X線吸收多→

比重大X光片上顯白影

密度低熒光屏上顯白影物質→

X線吸收少→

比重小X光片上顯黑影

2、自然對比與人工對比：（1）自然對比：自身存在的密度和厚度不同。組織

比重吸收比例密度影像

骨骼1.955.0高白軟組織（體液）1.01-1.081.01-1.10中灰白脂肪0.950.5低灰黑氣體0.00130.01更低黑

（2）人工對比：造影檢查。

四、X線檢查中的防護（一）技術方面

（二）患者方面

（三）放射工作人員方面

第二節(jié)傳統(tǒng)及數(shù)字X線檢查技術（X-ray&digitalX-rayexamination

）

一、傳統(tǒng)X線檢查技術（一）常規(guī)檢查

1、透視（fluoroscopy）。

2、普通X線攝影(plainfilmradiography)：平片。（二）特殊檢查

1、軟線攝影：鉬靶攝影（molybdenumtargetradiography）。

2、體層攝影（tomography)。（三）造影檢查（contrastexamination）

1、概念。

2、對比劑。

（一）計算機X線攝影（computedradiography，CR）CR的工作原理：X線→影像板（imageplate,IP）→IP潛影→激光束掃描讀取→熒光信號→光電轉換器→電信號→A/D轉換器→數(shù)字化影像信息→計算機處理→數(shù)字化圖像

IP板—含有微量元素銪（Eu2+）的鋇氟溴（氯、碘）化合物結晶（二）數(shù)字X線攝影（digitalradiography，DR)DR的工作原理：X線→探測器平板(電子暗盒）→光閃爍器→光信號→光電轉換器→電信號→A/D轉換器→數(shù)字化影像信息→計算機處理→數(shù)字化像

平板探測器—無定型硅/碘化銫（AmorphousSi-CsI)；非晶硒（Se）二、數(shù)字X線成像技術CR/DR的影像特點：

1、高靈敏度：采集極弱的信號。

2、高分辨力：觀察影像細節(jié)。

3、高線性度：所得影像逼真（與真實影像吻合性好）。

4、曝光寬容度大：糾正技術誤差；適應曝光條件難掌握部位。

5、曝光劑量顯著降低：減少曝光時間和攝片數(shù)量。

6、數(shù)字化輸出、存貯、傳輸、檢索與管理。

7、強大的后處理功能：窗技術調節(jié)、密度/面積/距離的測量、放大漫游、對比度轉換、影像增強和減影、圖像拼接等。

胸部DR片分別顯示肺和胸椎腹部DR片顯示腹脂線和右腎結石雙手DR片分別顯示骨骼和軟組織

第三節(jié)計算機體層成像

(Computedtomography，CT)一、基本原理X線束人體探測器閃爍晶體衰減后的X線轉變?yōu)榭梢姽夤怆娹D換電信號

A/D轉換器電子計算機數(shù)字矩陣D/A轉換器數(shù)字化的重建的斷層圖像CT成像的三個步驟：①掃描數(shù)據(jù)的收集和轉換。②掃描數(shù)據(jù)的處理和重建圖像。③圖像的顯示和貯存。CT成像基本原理示意圖二、基本概念（一）體素(voxel)和象素(pixel)。（二）矩陣(matrix)。（三）空間分辨率（spatialresolution)。（四）密度分辨率（densityresolution)。（五）CT值（CTcost）。（六）窗寬與窗位（windowwidth/level）。（七）偽影（artifact）。（八）部分容積效應（partialvolumeeffect）。

螺旋CT（spiralCT，SCT或HelicalCT，HCT）又稱螺旋容積CT（SpiralvolumetricCT，SVCT）檢查。它是通過快速連續(xù)容積掃描來采集人體某一段螺旋數(shù)據(jù)的技術。掃描期間，球管連續(xù)旋轉和床連續(xù)移動同時進行，使X線掃描的軌跡呈螺旋狀，因而得名螺旋掃描。螺旋CT，特別是近年來的多層螺旋CT（multislicespiralCT，MSCT）成像時間短，掃描容積大，連續(xù)獲取數(shù)據(jù)，計算機后處理功能強。

三、CT檢查技術

1、掃描速度快：一次屏氣；多期掃描。

2、容積數(shù)據(jù)：避免小病灶遺漏。

3、圖像后處理技術：指在特定的工作站上應用計算機軟件將SCT掃描所獲的容積數(shù)據(jù)進行后處理，重建（組）出直觀的立體圖像。目前較為成熟和常用的有：（1）二維多平面重組（MPR）

（2）三維多層面容積重建（MPVR）（3）CT血管造影（CTA）

（4）CT灌注成像（CTperfusion）（5）CT仿真內窺鏡成像（CTVE）（一）平掃（plainscan）

普通掃描或非增強掃描(contrastscan)。指不用對比劑增強或造影的掃描。（二）增強掃描(contrastscan)

指靜脈注射水溶性有機碘對比劑后的掃描。使正常組織與病變組織之間碘的濃度產生差別，形成密度差，有利于發(fā)現(xiàn)平掃未顯示或顯示不清楚的病變，同時根據(jù)病變的強化特點，有助于病變的定性。

分為：常規(guī)增強掃描、動態(tài)增強掃描、延遲增強掃描、雙期和多期增強掃描等。

（三）CT造影

指對某一器官或結構進行造影后再行CT掃描的方法。

1、CT血管造影：是將血管造影和CT掃描兩種技術相結合的一種檢查方法。分為動脈造影CT(computedtomographicarteriography,CTA)和動脈性門靜脈造影CT(computedtomographicarterialportography,CTAP)兩種。主要用于肝臟占位性病變，尤其是小肝癌的檢出。

2、CT非血管造影：指先對某一器官或結構進行非血管性造影，然后再作CT掃描的方法。常用的有腦池造影CT(CTcholangiography,CTC)、脊髓造影CT(CTmyelography,CTM)和膽系造影CT(CTcholangiography,CTC)等。

一次屏氣完成整個軀干的掃描（16層）CT動態(tài)掃描顯示HCC血供冠狀及失狀重建圖像肺MPR肺高分辨CT掃描胰腺癌動脈受累（曲面重建）CTAFemoralRunoffAngioandthetinyperipheralvessels

CTA示雙下肢動脈及細小血管CTA－Large

Intracranial

Aneurysm

（CTA示顱內動脈瘤）腹部動脈成像RCAstenosis右冠脈狹窄non-calcifiedplaque非鈣化斑塊冠脈血管成像CTA正常冠脈胰腺癌動脈受累MIPVRTCTAHeadandCarotids

CT三維重建顱骨及頸動脈CT-Scapula

CT三維重建的肩胛骨CT結腸三維重建A-D是發(fā)病后6小時CECT及CTPI圖。A.無異常發(fā)現(xiàn)；B.右側顳葉、島葉區(qū)CBF明顯降低；C.右側顳葉、島葉區(qū)CBV降低，范圍明顯小于CBF參數(shù)圖，兩者不匹配區(qū)即為缺血半暗帶；D.與CBF降低范圍基本一致的MTT延長區(qū)ABCD超急性期腦梗塞普通CT圖像灌注ＣＴ圖像腦占位性病變冠脈內窺鏡（血管內鈣化斑塊）CT結腸虛擬內窺鏡第四節(jié)磁共振成像（Magneticresonanceimaging，MRI）核磁共振（NuclearMagneticResonance，NMR)磁共振成像（MagneticResonanceImage，MRI)

一、基本原理MRI是通過對靜磁場中的人體施加某種特定頻率的射頻（radiofrequency，RF）脈沖，使人體組織中氫質子受到激勵而發(fā)生磁共振現(xiàn)象，當中止RF脈沖后，氫質子在弛豫過程中感應出MR信號（射頻信號），經過對MR信號的接收、空間編碼和圖像重建等處理過程，即產生MR圖像。操作步驟：①將患者擺入強的外磁場中；②發(fā)射無線電波；③瞬間及關掉無線電波；④接收由患者體內發(fā)出的MR信號；⑤用MR信號重建圖像。二、基本概念（一）質子的縱向磁化：沿外磁場縱軸（Z軸）方向發(fā)生的磁化。（二）進動（procession）：質子快速的錐形旋轉。進動頻率=進動次數(shù)/每秒。（三）磁共振現(xiàn)象與橫向磁化：沿外磁場橫軸（Y軸）方向發(fā)生的磁化。RF脈沖使縱向磁化減小，橫向磁化出現(xiàn)。（四）弛豫與弛豫時間：

1、縱向弛豫與橫向弛豫

2、縱向弛豫時間（T1）與橫向弛豫時間（T2）

3、T1和T2反映物質特征

（五）脈沖序列與信號加權

1、脈沖序列：連續(xù)施加的脈沖。決定著將從組織獲得何種信號。

2、重復時間（TR）：脈沖序列中，兩次RF激勵脈沖之間的間隔時間。短TR可獲得T1信號對比。

3、回波時間（TE）：從RF激勵脈沖開始至獲得回波的時間。長TE可獲得T2信號對比。4、T1加權像（T1WI）、T2加權像（T2WI）、質子密度加權像（PdWI）：SE序列，短TR、短TE，T1信號為主；長TR、長TE，T2信號為主；長TR、短TE，質子密度信號為主。

三、MRI圖像特點（一）多參數(shù)成像：同一層面可有T1WI、T2WI和PdWI三種圖像，分別獲得這三種圖像有助于顯示正常組織與病變組織。（二）多方位成像：MRI可直接獲得軸位、冠狀位、矢狀位及任何方位的傾斜斷層圖像，利于病變的三維（立體）定位。（三）流動效應：MR血管成像發(fā)射脈沖使流動血液或腦積液的質子受到激發(fā)，中止脈沖后接收該層面的信號時，血管內血液或腦積液被激發(fā)的質子已流動離開，接收不到信號，這一現(xiàn)象稱為流空效應（flowingvoideffect）。血液的流空現(xiàn)象使心臟和大血管腔不使用對比劑即可顯影，并可測定血流量、血流速度、和血流方向，這是MRI的一個特點。（四）質子弛豫增強效應與對比增強正常與異常組織的馳豫時間有較大的重疊，其特異性較差，為提高MRI影像的對比度，從靜脈注入能使馳豫時間縮短的順磁性和超順磁性對比劑以行MRI造影增強，此效應稱為質子弛豫增強效應（protonrelaxationenhancementeffect）。馳豫時間縮短，信號增強，T1WI上呈高信號。MRI增強檢查，有利于腫瘤和非腫瘤的鑒別，有利于中樞神經系統(tǒng)疾病的診斷。四、MRI檢查技術（一）脈沖序列

1、自旋回波序列（spinecho，SE）：常用脈沖序列。90o脈沖—間隔數(shù)毫秒至數(shù)十毫秒—180o脈沖—間隔10~100毫秒—測量回波信號強度。通過調節(jié)TR與TE的長短可分別獲得反映T1、T2、及Pd特性的MR圖像，即T1加權相（T1weightedimaging，T1WI）；T2加權相（T2WI）；Pd加權相（protondensityweightedimaging，PdWI）。

2、梯度回波序列（gradientecho，GRE）。

3、反轉恢復序列（inversionrecovery，IR）：（1）短T1反轉恢復序列（STIR序列）。（2）液體衰減反轉恢復序列（fluidaffenuatedinversionrecovery，F(xiàn)LAIR），即水抑制序列。

4、平面回波成像（echoplanarimaging，EPI）。（二）脂肪抑制采用STIR等特殊脈沖序列將圖像上由脂肪成分形成的高信號強度降低，即脂肪抑制，而非脂肪成分形成的高信號強度保持不變從而鑒別出脂肪組織。（三）MR血管成像（MRangiography，MRA）

顯示血管和血流特征的一種技術?？娠@示血管腔解剖，反應血流方式，測定血流量和血流速度。MRA檢查方法：①時間飛越法（timeofflight，TOF）

②相位對比法（phasecontrast，PC）③對比增強MRA（ce-MRA）。（四）MR水成像（MRhydrography)

利用靜態(tài)液體具有長T1的特點，采用長TE技術，獲得重T2WI，突出水的信號，合用脂肪抑制技術，使含水器官清晰顯影。MR膽胰管造影（MRCP）；MR尿路造影（MRU）；MR脊髓造影（MRM）。

（五）MRI功能成像（functionalMRI，fMRI）

在病變尚未出現(xiàn)形態(tài)變化之前，利用功能變化來形成圖像，以達到早期診斷為目的的成像技術。

1、彌散成像：用于診斷早期缺血性腦卒中。

2、灌注成像：用于腫瘤和心、腦缺血性病變的診斷。

3、皮質激發(fā)功能定位成像（腦活動功能成像）：用于測量腦在思維、視聽覺或肢體活動時，相應功能區(qū)腦組織的血流量、血流速度、血氧含量的變化，以確定腦組織的功能部位。

五、MRI的優(yōu)點和限度

（一）優(yōu)點

1、無X線電離輻射，對人體安全無創(chuàng)。

2、對腦和軟組織分辨率極佳，解剖結構和病變形態(tài)顯示清楚。

3、多方位成像，便于顯示解剖結構和病變的空間位置和相互關系。

4、多參數(shù)成像，獲取信息量大。

5、進行功能成像和生化代謝分析。（二）限度

1、帶有心臟起博器或體內有鐵磁性物質的患者不能進行檢查。

2、需監(jiān)護設備的危重病人不能進行檢查。

3、對鈣化的顯示遠不如CT，難以對以病理性鈣化為特征的病變作出診斷。

4、掃描時間及成像時間較長。

5、質子密度低的結構（肺、皮質骨等）顯示不佳。T1WIGd-T1WIT2WIMRA示頸部血管MRA示腦底動脈環(huán)及細節(jié)MRCP

內耳的ＭＲ水圖像PWI（右側大腦中動脈梗塞）b=1000b=2500b=1000b=2500DWIDTI

fMRIfMRI

一、X線對比劑（一）X線對比劑增強的機制和引入方式造影檢查；對比劑。直接引入法：口服、插管、穿刺。間接引入法（生理排泄法）：肝、腎系統(tǒng)。第五節(jié)影像診斷用對比劑

（Contrastmedia）（二）X線對比劑的種類及特點

1、陽性（高密度）對比劑：

（1）醫(yī)用硫酸鋇（bariumsulfate）

（2）碘化合物（iodide）

①碘化油（lipiodol）

②

水容性有機碘化合物（watersolubleorganiciodide）

2、陰性（低密度）對比劑：二氧化碳、氧氣、空氣（三）碘對比劑的不良反應及處理

副反應和腎毒性。1、副反應分類：①特異質反應②理化反應。2、非離子型與離子型對比劑。3、副反應的程度與相應處理：一般、輕度、中度、重度。4、不良反應的預防：①選用非離子型對比劑②了解過敏史及病史，篩選高危人群③告知與解釋及心理護理④預防性用藥與鎮(zhèn)靜⑤備配急救藥品器械⑥密切觀察，一旦發(fā)生立即停止注藥，采取相應處理措施。

（一）MR對比劑的增強機制

MR對比劑與質子相互作用影響T1、T2，使T1、T2縮短，但程度不同，以其中一種為主，致MR信號強度改變。（二）MR對比劑的種類及特點

1、生物分布性：①細胞外對比劑②細胞內對比劑

2、磁特性：①順磁性對比劑②超順磁性對比劑③鐵磁性對比劑。（三）MR對比劑的臨床應用

1、釓螯合物：Gd-DTPA

2、超順磁性氧化鐵（SPIO）：肝臟靶向對比劑。二、MR對比劑

第六節(jié)分子影像學

（Molecularimaging）慨念：醫(yī)學影像學與分子生物學、化學、物理學、材料學、生物工程學等多學科相互結合而形成的一門新興學科。定義：活體狀態(tài)下，在細胞和分子水平上應用影像學方法對生物過程進行定性和定量研究的一門學科。原理：利用體內某些特定的分子作為成像對比度源或成像的靶點，用醫(yī)學影像技術對人體內部生理或病理過程在分子水平上進行無創(chuàng)的、實時的成像。內容：放射性示蹤劑成像/核醫(yī)學（PET-CT）、MRI及MRS、光學成像（熒光/生物發(fā)光）、超聲成像（US）