現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)第一章US成像

第一章

US成像超聲(Ultrasound，簡稱US)醫(yī)學(xué)是聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、光學(xué)及電子學(xué)相結(jié)合的學(xué)科。凡研究高于可聽聲頻率的聲學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用即超聲醫(yī)學(xué)。包括超聲診斷學(xué)、超聲治療學(xué)和生物醫(yī)學(xué)超聲工程，所以超聲醫(yī)學(xué)具有醫(yī)、理、工三結(jié)合的特點，涉及的內(nèi)容廣泛，在預(yù)防、診斷、治療疾病中有很高的價值。

20世紀(jì)50年代建立，70年代廣泛發(fā)展應(yīng)用的超聲診斷技術(shù)，總的發(fā)展趨勢是從靜態(tài)向動態(tài)圖像(快速成像)發(fā)展，從黑白向彩色圖像過渡，從二維圖像向三維圖像邁進(jìn)，從反射法向透射法探索，以求得到專一性、特異性的超聲信號，達(dá)到定量化、特異性診斷的目的。

近三十年來，醫(yī)學(xué)超聲診斷技術(shù)發(fā)生了一次又一次革命性的飛躍，80年代介入性超聲逐漸普及，體腔探頭和術(shù)中探頭的應(yīng)用擴(kuò)大了診斷范圍，也提高了診斷水平，90年代的血管內(nèi)超聲、三維成像、新型聲學(xué)造影劑的應(yīng)用使超聲診斷又上了一個新臺階。其發(fā)展速度令人驚嘆，目前已成為臨床多種疾病診斷的首選方法，并成為一種非常重要的多種參數(shù)的系列診斷技術(shù)。第一節(jié)

基本原理和設(shè)備一、聲波

能夠在聽覺器官引起聲音感覺的波動稱為聲波。人類能夠感覺的聲波頻率范圍約在20-20000HZ。頻率超過20000HZ，人的感覺器官感覺不到的聲波，叫做超聲波。

聲波的基本物理性質(zhì)如下：

(一)聲波的頻率、周期和速度

聲源振動產(chǎn)生聲波，聲波有縱波、橫波和表面波三種形式。而縱波是一種疏密波，就像一根彈簧上產(chǎn)生的波。用于人體診斷的超聲波是聲源振動在彈性介質(zhì)中產(chǎn)生的縱波。聲波在介質(zhì)中傳播，介質(zhì)中質(zhì)點在平衡位置來回振動一次，就完成一次全振動，一次全振動所需要的時間稱振動周期(T)。在單位時間內(nèi)全振動的次數(shù)稱為頻率(f)，頻率的單位是赫茲(HZ)。f=1/T，聲波在介質(zhì)中以一定速度傳播，質(zhì)點振動一周，波動就前進(jìn)一個波長(λ)。波速(C)=λ/T或C=f?λ。

(二)聲阻抗

聲波在媒介中傳播，其傳播速度與媒質(zhì)密度有關(guān)。在密度較大介質(zhì)中的聲速比密度較小介質(zhì)中的聲速要快。在彈性較大的介質(zhì)中聲速比彈性較小的介質(zhì)中要快。這就引出了聲阻抗的定義，聲阻抗為介質(zhì)密度(ρ)和聲速(C)的乘積。用字母Z表示，Z=ρ?C。

二、超聲波

超聲波就是頻率大于20KHZ，人耳感覺不到的聲波，它也是縱波，可以在固體、液體和氣體中傳播，并且具有與聲波相同的物理性質(zhì)。但是由于超聲波頻率高，波長短，還具有一些自身的特性。

(一)束射性

超聲波具有束射性。這一點與一般聲波不同，而與光的性質(zhì)相似，即可集中向一個方向傳播，有較強(qiáng)的方向性，由換能器發(fā)出的超聲波呈窄束的圓柱形分布，故稱超聲束。

(二)反射和折射

當(dāng)一束超聲波入射到比自身波長大很多倍的兩種介質(zhì)的交界面上時，就會發(fā)生反射和折射。反射遵循反射定律，折射遵循折射定律。由于入射角等于反射角，因此超聲波探查疾病時要求聲束盡量與組織界面垂直。超聲波的反射還與界面兩邊的聲阻抗有關(guān)，兩介質(zhì)聲阻抗差越大，入射超聲束反射越強(qiáng)。聲阻抗差越小反射越弱。

穿過大界面的透射聲，可能沿入射聲束的方向繼續(xù)進(jìn)行，亦可能偏離入射聲束的方向而傳播，后一種現(xiàn)象稱超聲折射，是由于兩種介質(zhì)內(nèi)聲速的不同所致。

(三)散射與衍射

超聲波在介質(zhì)內(nèi)傳播過程中，如果所遇到的物體界面直徑大于超聲波的波長則發(fā)生反射，如果直徑小于波長，超聲波的傳播方向?qū)l(fā)生偏離，在繞過物體以后又以原來的方向傳播，此時反射回波很少，這種現(xiàn)象叫衍射。因此波長越短超聲波的分辨力越好。如果物體直徑大大小于超聲波長的微粒，在通過這種微粒時大部分超聲波繼續(xù)向前傳播，小部分超聲波能量被微粒向四面八方輻射，這種現(xiàn)象稱為散射。

(四)超聲波的衰減

超聲波在介質(zhì)中傳播時，入射超聲能量會隨著傳播距離的增加而逐漸減小，這種現(xiàn)象稱作超聲波的衰減。

衰減有以下兩個原因：(1)超聲波在介質(zhì)中傳播時，聲能轉(zhuǎn)變成熱能，這叫吸收；(2)介質(zhì)對超聲波的反射、散射使得入射超聲波的能量向其他方向轉(zhuǎn)移，而返回的超聲波能量越來越小。

三、多普勒超聲基本原理

(一)多普勒效應(yīng)

多普勒效應(yīng)是奧地利物理學(xué)家克里斯汀?約翰?多普勒于1842年首次提出來的。描述了光源與接收器之間相對運動時，光波頻率升高或降低的現(xiàn)象。這種相對運動引起的接收頻率與發(fā)射頻率之間的差別稱為多普勒頻移或多普勒效應(yīng)。

聲波同樣具有多普勒效應(yīng)的特點，多普勒超聲最適合對運動流體做檢測，所以多普勒超聲對心臟及大血管血流的檢測尤為重要。

(二)多普勒超聲心動圖的基本方式

1脈沖式多普勒(PW)

2連續(xù)式多普勒(CW)

3彩色多普勒血流顯像(CDFI)

四、超聲診斷儀

(一)A型超聲診斷儀

A超是一種幅度調(diào)制型，是國內(nèi)早期最普及最基本的一類超聲診斷儀，目前已基本淘汰。

(二)M型超聲診斷儀

M超是采用輝度調(diào)制，以亮度反映回聲強(qiáng)弱，M型顯示體內(nèi)各層組織對于體表(探頭)的距離隨時間變化的曲線，是反映一維的空間結(jié)構(gòu)，因M型超聲多用來探測心臟，故常稱為M型超聲心動圖，目前一般作為二維彩色多普勒超聲心動圖儀的一種顯示模式設(shè)置于儀器上。

(三)B型超聲診斷儀

B型顯示是利用A型和M型顯示技術(shù)發(fā)展起來的，它將A型的幅度調(diào)制顯示改為輝度調(diào)制顯示，亮度隨著回聲信號大小而變化，反映人體組織二維切面斷層圖像。

B型顯示的實時切面圖像，真實性強(qiáng)，直觀性好，容易掌握。它只有20多年歷史，但發(fā)展十分迅速，儀器不斷更新?lián)Q代，近年每年都有改進(jìn)的新型B型儀出現(xiàn)，B型儀已成為超聲診斷最基本最重要的設(shè)備。目前較常用的B型超聲顯像方式有：掃查方式：線型(直線)掃查、扇形掃查、梯形掃查、弧形掃查、徑向掃查、圓周掃查、復(fù)合掃查；掃查的驅(qū)動方式：手動掃查、機(jī)械掃查、電子掃查、復(fù)合掃查。

(四)D型超聲診斷儀

超聲多普勒診斷儀簡稱D型超聲診斷儀，這類儀器是利用多普勒效應(yīng)原理，對運動的臟器和血流進(jìn)行探測。在心血管疾病診斷中必不可少，目前用于心血管診斷的超聲儀均配有多普勒，分脈沖式多普勒和連續(xù)式多普勒。近年來許多新課題離不開多普勒原理，如外周血管、人體內(nèi)部器官的血管以及新生腫瘤內(nèi)部的血供探查等等，所以現(xiàn)在彩超基本上均配備多普勒顯示模式。

(五)彩色多普勒血流顯像儀

彩色多普勒血流顯像簡稱彩超，包括二維切面顯像和彩色顯像兩部分。高質(zhì)量的彩色顯示要求有滿意的黑白結(jié)構(gòu)顯像和清晰的彩色血流顯像。在顯示二維切面的基礎(chǔ)上，打開“彩色血流顯像”開關(guān)，彩色血流的信號將自動疊加于黑白的二維結(jié)構(gòu)顯示上，可根據(jù)需要選用速度顯示、方差顯示或功率顯示。目前國際市場上彩超的種類及型號繁多，檔次開發(fā)日新月異，更具高信息量、高分辨率、高自動化、范圍廣、簡便實用等特點。第二節(jié)

圖像特點不同類型的超聲儀有不同的圖像特點，因B型超聲是最重要的診斷方法，故對其圖像特點做以下介紹：

一、切面聲像圖的回聲描述

1回聲強(qiáng)弱的描述：根據(jù)圖像中不同灰階將回聲信號分為強(qiáng)回聲、等回聲、低回聲和無回聲。而回聲強(qiáng)弱或高低的標(biāo)準(zhǔn)一般以該臟器正?；芈暈闃?biāo)準(zhǔn)或?qū)⒉∽儾课换芈暸c周圍正常臟器回聲強(qiáng)度的比較來確定。如液體為無回聲，結(jié)石氣體或鈣化為強(qiáng)回聲等。正常人體軟組織的內(nèi)部回聲由強(qiáng)到弱排列如下：腎竇＞胎盤＞胰腺＞肝臟＞脾臟＞腎皮質(zhì)＞皮下脂肪＞腎髓質(zhì)＞腦＞靜脈血＞膽液和尿液。

2回聲分布的描述：按圖像中光點的分布情況分為均勻或不均勻，密集或稀疏。在病灶部的回聲分布可用“均質(zhì)”或“非均勻”表述。

3回聲形態(tài)的描述：光團(tuán)：回聲光點聚集呈明亮的結(jié)團(tuán)狀，有一定的邊界。光斑：回聲光點聚集呈明亮的小片狀，邊界清楚。光點：回聲呈細(xì)小點狀。光環(huán)：顯示圓形或類圓形的回聲環(huán)。光帶：顯示形狀似條帶樣回聲。

4某些特殊征象的描述：即將某些病變聲像圖形象化地命名為某征，用以強(qiáng)調(diào)這些征象，常用的有“靶環(huán)”征、“牛眼”征、“駝峰”征、“雙筒槍”征等。

5彩色多普勒血流顯象還可對臟器內(nèi)或腫塊內(nèi)、外及外周血管的分布、走向、多少、粗細(xì)、形態(tài)以及血流速度等多項參數(shù)加以顯示，多普勒及彩色血流的圖像特點見心血管一章。

二、超聲圖像的常見偽像

1多次反射

超聲垂直照射到平整的界面而形成聲波在探頭與界面之間來回反射，出現(xiàn)等距離的多條回聲，強(qiáng)度漸次減弱，尤其與薄層氣體所構(gòu)成的界面上，如肝左葉與胃內(nèi)氣體之間、膀胱回聲前部分的細(xì)小回聲。

2多次內(nèi)部混響

超聲在靶內(nèi)來回反射，形成彗星尾征，如子宮內(nèi)節(jié)育環(huán)。

3切片厚度偽像又稱部分容積效應(yīng)。

因聲束寬度較寬(即超聲切面圖的切片厚度較厚)引起。如膽囊內(nèi)假膽泥樣圖像。

4旁瓣偽像

由聲束主瓣外的旁瓣反射造成，在結(jié)石和腸氣等強(qiáng)回聲兩側(cè)呈現(xiàn)“狗耳”樣或稱“披紗”樣圖像。

5聲影

由于前方有強(qiáng)反射或聲衰減很大的物質(zhì)存在，以致在其后方出現(xiàn)聲束不能到達(dá)的區(qū)域即縱條狀無回聲區(qū)稱為聲影區(qū)，利用聲影可識別結(jié)石、鈣化灶和骨骼等。

6折射聲影

超聲從低聲速介質(zhì)進(jìn)入高聲速介質(zhì)，在入射角超過臨界角時，產(chǎn)生全反射，以致其后方出現(xiàn)聲影，見于球形結(jié)構(gòu)的兩側(cè)后方或器官的兩側(cè)邊緣，又稱邊緣聲影。

7鏡面?zhèn)蜗?/p>

超聲束投射到表面平滑的人體強(qiáng)回聲大界面如橫膈面上時，猶如光投射到平面鏡上一樣，產(chǎn)生相似的實、虛兩圖像，如橫膈兩側(cè)出現(xiàn)對稱的兩個腫塊回聲。第三節(jié)

檢查技術(shù)一、裝置

1實時線陣超聲診斷儀：適用于一般的腹部檢查，可有多種不同頻率探頭。主要缺點是探頭與人體接觸面較大，檢查時需要大的透聲窗才能使聲束有效地經(jīng)過檢查目標(biāo)。

2實時扇型超聲診斷儀：心臟探查最常用，探頭小，便于肋間掃查，缺點是近場視野小。

3實時凸陣超聲診斷儀：凸陣探頭具有比扇型探頭近場視野大，又比線陣探頭遠(yuǎn)場視野廣的優(yōu)點。

4彩色和頻譜多普勒超聲診斷儀：用于探查心血管、各種器官及病變相關(guān)血管，外周血管的血流速度、血流量等血流動力學(xué)改變。

二、探測前準(zhǔn)備

一般不必作探測前準(zhǔn)備，在探測易受消化道氣體干擾的深部器官時，需空腹檢查或作更嚴(yán)格的腸道準(zhǔn)備。膽囊檢查需前晚進(jìn)清淡飲食，當(dāng)天禁早餐；婦產(chǎn)科和膀胱前列腺檢查要求充盈膀胱；經(jīng)直腸檢查前需排便或灌腸；某些特殊檢查另有特別的檢查前準(zhǔn)備要求，將在具體章節(jié)中介紹。

三、探測方法和體位

(一)探測方法

1直接探測法：探頭與受檢者皮膚或粘膜等直接接觸，是常規(guī)采用的探測方法。

2間接探測法：探頭與人體之間灌入液體或插入水囊、Proxon耦合(延遲)塊等使超聲從發(fā)射到進(jìn)入人體有一個時間上的延遲。目的有三：①使被檢部位落入聚集區(qū)，增加分辨力；②使表面不平整的部位得到耦合；③使嬌嫩的被檢組織(如角膜)不受擦傷。

(二)體位

超聲探測的體位因探測部位需要不同，可采用各種體位，如仰臥位、左右側(cè)臥位、俯臥位、坐位、立位、截石位、膝胸位等等，無一定限制。將在各論中分別介紹。

第四節(jié)

診斷與臨床應(yīng)用一、B型超聲檢測技術(shù)的臨床應(yīng)用

超聲診斷基礎(chǔ)著眼于詳盡的觀察與分析。捕捉各種特征，綜合分析病因，研究各種生理情況下的改變，以及結(jié)合其他形式進(jìn)行診斷。

(一)超聲圖像觀察

1臟器外形及大小、柔度或可動度

各種臟器均有其自然的解剖形態(tài)及大小尺寸。觀察臟器的輪廓有無形態(tài)失常，腫塊的形狀、位置、大小、數(shù)目、范圍等，腹腔臟器的活動度等。

2病灶邊緣回聲

發(fā)現(xiàn)病灶后，觀察病灶的邊緣回聲，有無包膜，是否光滑，壁的厚薄，以及周邊是否有暈圈等。

3后壁及后方回聲

由于人體各種正常組織和病變組織對聲能吸收衰減不同，故表現(xiàn)后方不同的回聲。如含液性的囊腫或膿腫，則出現(xiàn)后壁回聲“增強(qiáng)”；而鈣化、結(jié)石、氣體等，則其后方形成“聲影”。某些酷似液性病灶的均勻?qū)嵸|(zhì)性病灶，后方則無回聲增強(qiáng)效應(yīng)。

4內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征

可分為結(jié)構(gòu)如常，正常結(jié)構(gòu)消失，界面的增多或減少、界面散射點的大小與均勻度的不同以及其他各種不同類型的異?；芈暤?。

5周鄰關(guān)系

根據(jù)局部解剖關(guān)系判斷病變與周鄰臟器的連續(xù)性，有無壓迫、粘連或浸潤。

6功能性檢測

如應(yīng)用脂餐試驗觀察膽囊的收縮功能?？崭癸嬎螅瑴y定胃的排空功能及收縮蠕動狀態(tài)等。

(二)常見的病理性圖像特點

1囊性與實質(zhì)性病變

超聲對液體與實質(zhì)組織有著顯著的圖像差別，因而很好鑒別。

2均質(zhì)性與非均質(zhì)性病變

均質(zhì)性病變呈均勻一致的低回聲、等回聲或強(qiáng)回聲，非均質(zhì)性病變則呈復(fù)雜的回聲結(jié)構(gòu)。

3鈣化性與含氣性病變

鈣化性病變圖像穩(wěn)定，聲影清晰，含氣性病變圖像不穩(wěn)定，聲影混渾。

4炎性與纖維化病變

急性炎癥早期以水腫為主，局部回聲減低，臟器腫脹，經(jīng)線值增大；慢性炎癥纖維組織增加，回聲增粗增多。

纖維化病變多呈強(qiáng)回聲，按其病變程度不同而表現(xiàn)不同。如血吸蟲肝纖維化呈典型的“地圖”樣改變。

5良性與惡性病變

一般而言，良性病變質(zhì)地均勻、界面單一故回聲均勻、規(guī)則。惡性病變因生長快，伴出血，變性，瘤內(nèi)組織界面復(fù)雜不均勻，表現(xiàn)為不規(guī)則的回聲結(jié)構(gòu)。

如(1)腫瘤邊緣：①有：良性或惡性未向外伸展；②假邊緣：光暈圈，水牛眼；③規(guī)則：良性、惡性均可；④分界截然：良性為多；⑤不規(guī)則，偽足伸展：惡性為多。

(2)內(nèi)部回聲：①均勻：良性較大；②不均：惡性較大。

(3)內(nèi)部其他結(jié)構(gòu)：①正常：多為良性；②異常：多為惡性。

(4)后方回聲：①正?；蛟鰪?qiáng)：多為良性；②正?；驕p弱：多為惡性。

(5)侵入或轉(zhuǎn)移：阻塞或侵入管道、鄰近組織及/或臟器擴(kuò)散或轉(zhuǎn)移者考慮為惡性。

二、超聲多普勒檢測技術(shù)的臨床應(yīng)用

超聲多普勒是近年來迅速發(fā)展的一種檢測技術(shù)，隨著電子學(xué)的進(jìn)步，此法在臨床上得到日益廣泛的應(yīng)用，對心臟疾病、周圍血管疾患實質(zhì)器官的血流灌注、小器官血流供應(yīng)、占位性病變血供情況及胎兒血液循環(huán)的檢查上具有重大的價值。

(一)鑒別液性暗區(qū)的性質(zhì)

在切面超聲顯像圖上常見有各種形式的液性暗區(qū)，可分別代表膿腔、積液、膽汁、尿液、羊水或血液等，一般情況下根據(jù)解剖部位、周圍輪廓、徑線長短及連續(xù)關(guān)系等，其性質(zhì)易于區(qū)分，但有時因斷面復(fù)雜，暗區(qū)較多，在鑒別時很困難。進(jìn)行多普勒檢查時因動脈、靜脈及靜止的液腔有明顯的不同，對鑒別性質(zhì)有很大幫助。如肝內(nèi)膽管高度擴(kuò)張時，某一斷面很難區(qū)分門靜脈與擴(kuò)張的膽管，彩色血流顯像加上去，門靜脈有彩色血流顯示并有典型門靜脈頻譜，而膽管無血流顯示。再如診斷下肢深靜脈血栓時，首先要用彩色多普勒鑒別并行的兩條血管哪一條為動脈，哪一條為靜脈，然后再行進(jìn)一步追蹤檢查。

(二)鑒別器官及病變組織的血供

彩色多普勒血流顯像及能量圖可以清晰顯示臟器的正常血供，當(dāng)有病變或新生占位性病灶出現(xiàn)時，通過血流顯示可以做出具有重要意義的鑒別診斷。甲亢病人甲狀腺血供異常豐富，呈典型特征的“火海”征；肝臟腫瘤如原發(fā)性肝癌則可探及腫瘤內(nèi)部及周邊血供豐富，并見動脈頻譜；如血管瘤則血流很少，無動脈頻譜。

(三)探測血流速度

人體任何一條血管及心瓣膜口的血流速度都有一定的正常范圍，如二尖瓣口舒張期峰值速度60cm/s～130cm/s，門靜脈右支主干的峰值速度在18cm/s左右。血流速度參數(shù)有峰值速度、加速度、減速度、平均速度、速度積分等，通過以上參數(shù)可對血流動力學(xué)異常做出判斷。

(四)估計壓力差

利用數(shù)學(xué)公式-簡化的伯努利方程：P1-P2＝4V2(P1、P2分別代表所測瓣口前后的壓力，V為通過瓣口時的血流速度)，可以測出瓣口前后的壓力差，間接反映血流是否通暢，有無狹窄，并可通過測三尖瓣返流速度推算肺動脈壓力。

(五)測量血流量

血流通過某一管腔時，其血流量(Q)與血流速度(V)快慢、管腔面積(A)大小及血流時間(T)長短有密切關(guān)系，Q＝V?A?T。根據(jù)以上公式，大部分彩色多普勒血流顯像儀在描記血流頻譜輪廓并標(biāo)志管腔兩側(cè)壁的位置后，均能自動計算血流量，對臨床幫助很大。第二章CT成像第二章

CT成像

自1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X線以來，X線就被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像診斷。隨著科學(xué)技

術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像診斷的技術(shù)和設(shè)備也不斷改進(jìn)和提高，特別是1969年Hounsfield等發(fā)明的電子計算機(jī)斷層掃描(ComputedTomography,簡稱CT)的問世，使醫(yī)學(xué)影像診斷水平有了突破性進(jìn)展。隨著電子技術(shù)以及其它技術(shù)的發(fā)展，CT裝置由頭顱CT逐步發(fā)展至全身CT，從而開始了全身各個系統(tǒng)的CT檢查；由第一、二代CT發(fā)展至高分辨率的第三、四、五代CT，使人體各部的骨、軟骨、軟組織等諸細(xì)微結(jié)構(gòu)甚至支氣管內(nèi)、結(jié)腸內(nèi)等腔內(nèi)結(jié)構(gòu)均能很好地被展現(xiàn)。

CT檢查安全、簡便、迅速、無痛苦。CT圖像是斷層圖像，密度分辨率高，解剖關(guān)系清楚，病變顯示良好，對病變的檢出率和診斷的準(zhǔn)確率均較高。此外，可以獲悉不同正常組織和病變組織的X線吸收系數(shù)，以進(jìn)行定量分析。因此，CT得到越來越廣泛的臨床應(yīng)用。第一節(jié)

基本原理和設(shè)備一、CT基本原理

CT是用高度準(zhǔn)直的X線束圍繞身體某一個部位作一個斷面的掃描，掃描過程中由靈敏的、動態(tài)范圍很大的檢測器記錄下大量的衰減信息，再由快速的模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后輸入電子計算機(jī)，高速計算出該斷層面上各點的X線衰減數(shù)值，由這些數(shù)據(jù)組成矩陣圖像，再由圖像顯示器將不同的數(shù)據(jù)用不同的灰度等級顯示出來，這樣橫斷面上的諸解剖結(jié)構(gòu)就由電視顯示器清晰地顯示出來了。

(一)成像原理

CT采用的能量是X線。X線穿射人體后的衰減遵循指數(shù)衰減規(guī)律：

I=I0e-μd

式中I0為入射X線強(qiáng)度，I為通過物體衰減后的X線強(qiáng)度，d為物體厚度，μ為物體的線性衰減系數(shù)。如果已知I0和d，測I后便可知該物體的μ值。μ值與X線能量和該物體的原子序數(shù)，電子密度有關(guān)。X線穿射人體經(jīng)部分吸收后為檢測器所接收，檢測器接收X射線的強(qiáng)弱取決于人體斷面內(nèi)的組織密度。如組織為骨，則吸收較多的X線，檢測器將測得一個比較弱的信號。反之，如組織為脂肪、氣腔等，吸收較少的X線，檢測器將測得比較強(qiáng)的信號。不同組織對X線吸收不同的性質(zhì)可用組織的吸收系數(shù)(亦稱衰減系數(shù))μ來表現(xiàn)。

沿著X射線束通過的路徑上，物質(zhì)的密度和組成等都是不均勻的，為便于分析，可將目標(biāo)分割成許多小部分象素，每個象素的長度為W，W應(yīng)足夠小，使得每個小單元均可假定為單質(zhì)均勻密度體，因而每個小單元衰減系數(shù)可以假定為常值。設(shè)第一個小單元入射的X線強(qiáng)度為I0時，可求出透過此小單元的射線強(qiáng)度為：

I1=I0e-μ1W

式中μ1為第一個小單元的衰減系數(shù)。對于第二個小單元來說，I1便是入射線的強(qiáng)度，設(shè)第二個小單元的衰減系數(shù)為μ2，射線經(jīng)第二次穿射后的強(qiáng)度為I2，則

I2=I1e-μ2W

將I2的表達(dá)式代入上式：

I2=(I1e-μ1W)e-μ2W=I0e-(μ1W+μ2W)=I0e-W(μ1+μ2)

將此過程繼續(xù)下去，則最后一個小單元穿射后的X線強(qiáng)度為：

In=I0e-W(μ1+μ2+μ3+……+μn)

式中μn是第n個小單元的衰減系數(shù)，將方程中的未知數(shù)移至左邊，得

μ1+μ2+μ3+……+μn=1/W?In?I0/In

這個方程式表明，如果入射X線強(qiáng)度I0穿透強(qiáng)度In，物質(zhì)的長度總量W均為已知，那么沿著入射X線通過途徑上衰減系數(shù)之和(μ1+μ2+μ3+……+μn)就可以計算出來。為了建立CT圖像，就必須求出每個小單元的衰減系數(shù)μ1、μ2、μ3、……μn。也就是說，CT建立圖像的過程就是求每個小單元衰減系數(shù)的過程，上述方程式就是CT建立圖像的基本方程。N個未知的衰減系數(shù)不可能由一次穿射而獲得，因為一個方程式不可能解出多個未知數(shù)。但從不同方向上進(jìn)行多次的穿射，就可以收集足夠多的數(shù)據(jù)，從而建立起足夠數(shù)量的方程式。如果把斷面等分成512×512個單元，X線在每個角度上投影512次，這樣每一個角度上可建得512×512個方程式，求得512×512個單元所對應(yīng)的衰減系數(shù)。然后由電子計算機(jī)求解這些方程式，從而得出每個小單元的衰減系數(shù)。CT機(jī)的象素越小，檢測器數(shù)目越多，計算機(jī)所測出的衰減系數(shù)就越多越精確，從而可以建立清晰的圖像，以滿足醫(yī)學(xué)診斷上的需要。

(二)圖像的重建

用來進(jìn)行CT圖像重建的數(shù)學(xué)運算處理方法，直接關(guān)系到圖像質(zhì)量和重建時間。圖像重建有多種方法，包括①直接投射法；②迭代法；③解析法。而解析法是目前CT圖像重建技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的方法，它的基礎(chǔ)是富里葉變換投影定理，即一個投影的一維富里葉變換是圖像的二維富里葉變換在中心線的值，具體有以下三種方法：

1二維富里葉變換重建法

這種方法是先把掃描測得的投影值變換到頻域，然后利用映照變換為二維直角坐標(biāo)系統(tǒng)，最后利用二維富里葉變換反演到真實空間得出重建圖像。

2空間濾波反射投影法

先把掃描測得的投影值直接進(jìn)行反投影，形成帶有星狀模糊的圖像，然后利用二維富里葉變換到頻域，再行二維濾波，最后利用二維富里葉逆變換反演到真實空間，得到修正后的重建圖像。

3褶積反投影法

首先把濾波函數(shù)和投影函數(shù)進(jìn)行褶積運算，再使之反投影，以得到重建圖像。此法比前幾種重建法簡單，無需進(jìn)行富里葉變換，因而也快得多。此外，這種方法重建的圖像質(zhì)量較高，因此是目前最廣泛應(yīng)用的方法。

二、影像CT成像的因素

(一)窗寬與窗位

CT檢查中，無論是矩陣圖像或矩陣數(shù)字都是CT值的代表，而CT值又是從人體不同組織、器官吸收X線后的衰減系數(shù)μ值換算而來的。

CT值=[(μ-μw)/μw]?α

μ和μw分別為受測物體和水的衰減系數(shù)，α為各廠商所選定的標(biāo)度因素。當(dāng)α為500和1000時，標(biāo)出的CT值分別標(biāo)為EMI單位或Hounsfield單位(Hu)。一個EMICT值相當(dāng)于兩個HounsfieldCT值。正常人體不同組織、器官的CT值常在一定范圍內(nèi)變化，不同機(jī)器所測得也可略有差異(表1-2-1，表1-2-2)。表1-2-1

人體組織、器官的CT值

組織類型

標(biāo)準(zhǔn)值(Hu)

范圍(Hu)

肝脾腎胰肌

肉甲狀腺脂

肪腦白質(zhì)腦灰質(zhì)密質(zhì)骨疏質(zhì)骨鈣

化

65±545±530±1040±1045±570±10-65±1030±236±4>250130±100>60

45～7535～5520～4025～5535～5050～80-50～-10028～3232～40

表1-2-2人體內(nèi)各液體的CT值

人體內(nèi)液體

標(biāo)準(zhǔn)值(Hu)

腦脊液血

液凝固血(新鮮)凝固血(陳舊)血

漿滲出液(蛋白>30g/L)漏出液(蛋白<30g/L)

5±455±580±1045±1527±2＞18±2＜18±2

目前絕大多數(shù)的CT掃描機(jī)具有1000或2000以上的CT值的變化范圍。在多數(shù)情況下實際所需了解的只是一個較小范圍的組織吸收X線值的變化，例如大多數(shù)顱內(nèi)病變CT值的變化都包括在-20至+100Hu之間。但是，有時欲了解一個較寬范圍的組織吸收X線值的變化，例如作胸部CT掃描，擬同時了解肺和其他軟組織的情況時就是如此。這就要求檢查者選擇顯示的CT值的范圍和范圍的中點，這個范圍即所謂的窗寬，這個范圍的中點即所謂的窗位。在CT的黑白顯示器上，根據(jù)醫(yī)生的習(xí)慣，往往將高CT值顯示為淡色即白色，低CT值顯示為深色即逐漸加深直至黑色。顯示器具有一定數(shù)量的灰度等級(如16或64等)。由于人眼只能分辨有限數(shù)量的灰度等級，根據(jù)擬顯示結(jié)構(gòu)CT值的變化范圍來確定窗寬和窗位是相當(dāng)重要的。每一灰度等級所包括的CT值范圍隨窗寬的加寬而增大，并隨其寬度變窄而變小。每一灰度等級所包括CT值的范圍，可用灰度級數(shù)除窗寬而算出。窗位即窗寬所表示CT值范圍的中點，只有窗位選擇恰當(dāng)才能更好地顯示不同密度的組織。例如顯示器上窗寬選擇為100，而窗位為0，則CT值介于-50至+50Hu之間者呈現(xiàn)為不同的灰度，而CT值小于-50和小于+50Hu者分別顯示為黑色和白色。

(二)噪聲與偽影

掃描噪聲即光子噪聲，為穿透人體后到達(dá)檢測器的光子數(shù)量有限，且其在矩陣內(nèi)各圖像點(象素)上的分布不是絕對均勻所造成。所以均質(zhì)的組織或水在各圖像點上的CT值不是相等的，而是在一定范圍內(nèi)呈常態(tài)曲線分布的。為減少噪聲必須增加X線劑量，噪聲減半需增加約4倍的X線量。

組織噪聲為各種組織(如脂肪組織和腦組織)的平均CT值的變異所造成，即同一組織的CT值常在一定范圍內(nèi)變化，以致不同組織可以具有同一CT值。因此，根據(jù)CT值確定病理性質(zhì)時需注意這一點。

偽影(artifacts)為掃描時的實際情況與建像所帶來的一系列假設(shè)不符合所造成。常見的有以下幾種：①移動偽影：掃描時患者的移動可產(chǎn)生移動偽跡，一般呈條狀低密度影，與掃描方向一致；②高對比偽影：高密度物質(zhì)如術(shù)后銀夾、齒冠等造成投射經(jīng)過它們時，引起衰減計算的錯誤所致；③射線硬化偽影(beamhardeningartifact)：為高密度結(jié)構(gòu)如枕骨內(nèi)粗隆和前顱窗雞冠等引起體內(nèi)X線硬化程度密度不勻，雖經(jīng)計算和重建程序糾正但仍不完全所造成的偽影，可呈放射狀或條狀高密度或低密度影；④機(jī)器故障偽影；這種偽影也有多種，常見的為第三代CT中，部分檢測器不工作或工作不正常時所出現(xiàn)環(huán)形或同心圓狀低密度偽影。

(三)部分容積效應(yīng)(PartialVolumePhenomena)

短陣圖像中象素代表一個體積，即象素面積×層厚，此體積內(nèi)可能含有各種組織。因此，每一象素的CT值，實際所代表的是單位體積各種組織CT值的平均數(shù)。因而這種CT值所代表的組織密度可能實際上并不存在，例如骨骼與氣體加在一起可以類似肌肉。由此在高密度區(qū)域中間的較小低密度病灶的CT值偏高，而在低密度區(qū)域中間的較小高密度灶的CT值常偏低。

(四)空間分辨率與密度分辨率

空間分辨率所表示的是影像中能顯示的最小細(xì)節(jié)，而密度分辨率所表示的是能顯示的最小密度差別。兩者之間有著密切關(guān)系。CT的空間分辨率是指密度分辨率大于10%時能顯示的最小細(xì)節(jié)，與象素大小有密切關(guān)系，一般為象素寬度的15倍。CT的密度分辨率受噪聲和顯示物的大小所制約，噪聲越小和顯示物越大，密度分辨率越佳。CT圖像的空間分辨率不如X線照片高，但密度分辨率則比X線照片高得多。隨著CT機(jī)的不斷改進(jìn)，CT的空間分辨率和密度分辨率也在不斷提高之中。

二、CT基本設(shè)備

一般CT由高壓發(fā)生器、計算機(jī)系統(tǒng)、掃描機(jī)架、檢查床、操作控制臺、照相機(jī)等部位所構(gòu)成。而從功能上，它又可分為以下四部分。

(一)X線發(fā)生部分

包括高壓發(fā)生器和機(jī)架內(nèi)的X經(jīng)球管和冷卻系統(tǒng)等。其基本功能是提供一個穩(wěn)定的高壓。列重點介紹如下：

1高壓發(fā)生器

由于高壓值的變化直接反映X線能量的變化，而X線能量與吸收系數(shù)關(guān)系極為密切，也只有在X線能量穩(wěn)定的情況下，才能反映出真正的人體對X線的吸收數(shù)值。例如，X線能量在52-82keV范圍內(nèi)測量腦灰質(zhì)和腦白質(zhì)的X線吸收系數(shù)，若高壓每變動1keV就會產(chǎn)生0.6%的誤差。因此，任何高壓系統(tǒng)均需采用高精度的反饋穩(wěn)定措施，一般要求直流高壓的波紋因素在0.05%以下，高壓穩(wěn)定度在0.1%以內(nèi)。

2X線球管

CT掃描所用X線球管與一般X線球管相似。一般采用旋轉(zhuǎn)陽極球管。球管焦點較小,約0.6～2mm大小。球管的熱容量均較大,大者達(dá)300～400萬熱力單位。

(二)X線檢測部分

包括位于掃描機(jī)架內(nèi)的檢測器、檢測回路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等。其主要任務(wù)是檢測人體對X線的吸收量。

檢測器分固體和氣體兩大類。固體檢測器由閃爍晶體接收X線能量轉(zhuǎn)換為熒光，然后通過光導(dǎo)物質(zhì)耦合于光電倍增管上，進(jìn)行光電換能，并將微弱的電信號加以放大，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將大小不等的電信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，以輸送給電子計算機(jī)處理，閃爍晶體有碘化鈉、碘化銫、鎢酸鎘和鍺酸鉍等。氣體檢測器則采用氣體電離室的原理，由X線使氣體產(chǎn)生電離，然后測量其電離電流的大小來反映X線光子的強(qiáng)度大小。常用者為氙氣。一般第一、第二代CT檢測器數(shù)量較少，而第三代以后的CT裝置檢測器數(shù)量較多，甚至多達(dá)數(shù)千只，所有檢測器均沿著一段圓弧排列，每個檢測器對應(yīng)著一束窄的X線，因而一次掃描可以同時獲得成千上萬個數(shù)據(jù)，大大提高了CT機(jī)的密度分辨率。

檢測器和X線球管同處于掃描機(jī)架上構(gòu)成X線源-檢測系統(tǒng)，掃描過程中X線脈沖式或連續(xù)發(fā)射，通過掃描機(jī)架中的光學(xué)編碼系統(tǒng)的控制，檢測器每隔一定時間檢測一次X線吸收量，然后由電子計算機(jī)進(jìn)行快速計算，構(gòu)成圖像矩陣，第一至第三代CT裝置，檢測器和X線球管是聯(lián)動的，而第四代CT裝置檢測器則安裝在掃描機(jī)架四周，只有X線球管作旋轉(zhuǎn)運動。

(三)電子計算機(jī)部分

包括電子計算機(jī)、圖像顯示器、磁盤、磁帶和寬行打印機(jī)等。其主要任務(wù)為進(jìn)行數(shù)字處理和圖像重建，以及記錄、儲存和顯示有關(guān)信息或圖像。重點介紹如下：

1電子計算機(jī)

目前第三、第四代CT所用的電子計算機(jī)中，檔次較高者多為小型機(jī)，一般者也有用微機(jī)的。少者只有一臺計算機(jī)，多者達(dá)10臺左右，常常包括主計算機(jī)和圖像處理計算機(jī)兩部分。主計算機(jī)是中央處理系統(tǒng)，除了提供與CT裝置各部分的連接外，其主要功能為：①根據(jù)掃描系統(tǒng)所獲得的原始數(shù)據(jù)，按照重建圖像的數(shù)學(xué)方程編制的軟件程序，計算出矩陣圖像中的參數(shù)，以及矩陣數(shù)字中的CT值；②將存貯器中的矩陣圖像編入電視掃描程序中，然后在屏幕上顯示出CT圖像，或在寬行打印機(jī)中顯示出數(shù)字；③控制掃描系統(tǒng)的工作，以及控制其他部件的動作。圖像處理計算機(jī)與主計算機(jī)相連接，專門處理多組數(shù)據(jù)，本身不能獨立工作。

2磁盤和磁帶

磁盤可把掃描數(shù)據(jù)先貯存在它的緩沖區(qū)域，待一次掃描完成，這些原始數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后則存入磁盤的圖像區(qū)域。此外，它還能從磁帶存取圖像。而今磁盤的容量，隨機(jī)器種類而異。一般第三、第四代CT，矩陣為512×512的圖像可儲存數(shù)百至數(shù)千幅。磁帶可長達(dá)800m，記錄數(shù)百幅圖像的數(shù)據(jù)。近年來，磁光盤應(yīng)用趨增加，逐漸代替磁帶。磁光盤儲存的圖像可多達(dá)數(shù)千幅，檢索也更方便。

3顯示裝置

多用陰極射線管。現(xiàn)今多用黑白電視顯示裝置，灰度等級為16～64級。也可采用彩色電視顯示裝置。

4照相機(jī)

CT圖像的數(shù)據(jù)可儲存于磁盤或磁帶中，但仍需用照片直接記錄圖像。一般可用偏振光照片(PolaroidFilm)攝取或用膠片攝片。前者需用偏振光照相機(jī)和偏振光照片，特別是偏振光照片價格昂貴，故多不用。后者常用多幅照相機(jī)，將陰極射線管上的圖像先行黑白反轉(zhuǎn)，再用攝影機(jī)攝下，可拍一幅或多幅。膠片為單面膠膜，大小隨多幅照相機(jī)而異。目前所用多幅照相機(jī)暗盒多為片庫式，一般可裝膠片50-100張。近年來采用激光照相者日益增多，其圖像質(zhì)量往往優(yōu)于一般多幅照相機(jī)所獲得者。

(四)操作、控制部分

為整個CT操作或控制的命令部分，通過它進(jìn)行X線曝射條件的選擇，控制X線源-檢測系統(tǒng)工作。輸入有關(guān)圖像識別的多種數(shù)據(jù)和資料(包括日期、患者編號、層次的位置、層次的序數(shù)和患者聽眥線與垂直面所成角度等)，控制圖像的顯示，以及窗寬、窗位的選擇等。操作、控制部分主要包括操作臺和診斷床。隨著CT機(jī)的不斷改進(jìn)和提高，操作臺和診斷床的性能也日趨完善。目前的操作臺已集顯示和操縱于一體，占地小、使用方便、功能全。診斷床也具有自動上下升降、左右移動和前后進(jìn)展的功能，還配備各種托架，以便作各種特殊位置的橫斷面掃描。為了提高工作效率，還可選購獨立診斷臺或醫(yī)師診斷臺等。

(五)各代CT機(jī)的特點

1第一代CT

X線球管為固定陽極，發(fā)射X線為直線筆形束，一般為一個檢測器，采用直線和旋轉(zhuǎn)掃描相結(jié)合，即直線(平行移動)掃描后，旋轉(zhuǎn)1°，再行直線掃描，旋轉(zhuǎn)180°完成一層面掃描，掃描時間3～6分鐘，短陣256×256或320×320，目前已經(jīng)淘汰。

2第二代CT

與第一代無質(zhì)的差別，僅由小角度(3°～30°)扇形X線來替代了直線筆形束，檢測器可增加至幾十個，掃描時間縮減為十余秒至1.5分鐘。矩陣象素也與第一代CT機(jī)相仿?，F(xiàn)已淘汰。

3第三代CT

X線球管為旋轉(zhuǎn)陽極，發(fā)射的X線為扇形束，角度較大，達(dá)30°～45°，檢測器多達(dá)幾百個，只作旋轉(zhuǎn)掃描，掃描時間為1-5秒。矩陣象素除256×256、320×320和512×512外，還有1024×1024者。適用于全身各部位。此外，第三代CT還具有更多的重建程序、以及局部放大掃描、動態(tài)掃描、掃描照相及氣體成像等功能。

4第四代CT

其檢測器多達(dá)1000余至4000余個，固定安裝在掃描機(jī)架四周，形成一檢測器環(huán)或稱檢測器矩陣，球管位于環(huán)內(nèi)或環(huán)外。掃描時僅X線球管繞患者旋轉(zhuǎn)，掃描時間約為1～5秒。為保證圖像質(zhì)量，檢測器環(huán)或檢測器矩陣具有章動動作。球管旋轉(zhuǎn)同時，檢查臺面不斷前進(jìn)，即形成螺旋CT，它可以具有CT血管造影的功能。

5電子束體層成像系統(tǒng)

也有人稱為超快速CT(UFCT)，或第五代CT，或第四代CT變種。它的主要組成部分為電子槍，聚焦線圈，偏轉(zhuǎn)線圈，8排檢測器群，臺面高速移動的檢查床和控制系統(tǒng)。利用電子束通過人體，能量衰減后，為檢測器所探測，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換等過程，形成一幅與一般CT圖像相同的圖像。與一般CT不同之處為：它沒有球管和檢測器的轉(zhuǎn)動(電子束由偏轉(zhuǎn)線圈操縱轉(zhuǎn)動)，掃描速度為一般CT的數(shù)倍～數(shù)十倍，完成許多CT(包括螺旋式CT)不能完成的任務(wù)，如冠狀動脈的CT血管造影和心臟造影等。這種裝置已有數(shù)年歷史，近1～2年來將它用于心臟和血管等疾病的診斷，獲得較大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，因此進(jìn)展很快。它最快的掃描速度為0.05秒/層。它慢速成像和快速成像速度分別為每秒9次和每秒34次。從而有下列好處：①擴(kuò)大了影像診斷的范圍；②提高了圖像質(zhì)量(無移動圖影)；③減少造影劑劑量，并提高了高峰顯影質(zhì)量；④增加了單位時間的檢查人數(shù)；⑤可作血流量、血流速度和彌散等功能檢查。

第二節(jié)

CT造影劑近10多來年，影像診斷技術(shù)發(fā)展迅猛，與之相適應(yīng)的造影劑在臨床上的使用更為廣泛和普遍。前者推動了造影劑質(zhì)量的提高和不斷更新?lián)Q代。國外一些藥廠如德國先靈推出的新型造影劑更符合臨床要求，達(dá)到了比較理想的境地。但盡管如此，造影劑反應(yīng)還是難以避免，嚴(yán)重反應(yīng)甚至死亡事故還時有發(fā)生，值得重視。

CT增強(qiáng)檢查有許多優(yōu)點，在許多臟器和疾病的診斷中幾乎是不可少的。熟悉多種造影劑的藥理性能，合理選擇造影劑，了解造影劑可能產(chǎn)生的毒副反應(yīng)以及處理方案是必須的。

一、CT造影劑的分類

根據(jù)不同目的和用途，在CT檢查中使用的造影劑有以下幾種類型：①靜脈或動脈血管內(nèi)注射用造影劑；②膽系造影劑；③胃腸道口服造影劑；④椎管和腦室CT造影用造影劑；⑤肝脾特異性造影劑；⑥淋巴系統(tǒng)造影劑。

膽系造影分靜脈法和口服法，前者所用造影劑為靜脈注射用碘化物，通常為膽影葡胺，應(yīng)用方法與靜脈膽管造影一致。在注射后30-60min行CT掃描，對膽管系統(tǒng)顯示良好，有助于對膽管有關(guān)病變的診斷?？诜ㄓ贑T檢查前12-14h口服碘番酸1-2g，可使膽囊充分顯示，對膽囊的細(xì)小病變的診斷有很大幫助。

胃腸道口服造影在腹部CT檢查中應(yīng)用廣泛，一般腹部CT檢查通常采用陽性對比劑，如2%泛影葡胺或胃影葡胺，也有用低濃度醫(yī)用硫酸鋇懸液的。胃腸道本身CT檢查，現(xiàn)通常采用水或脂類對比劑，其顯示胃或腸壁以及軟組織腫塊的能力明顯優(yōu)于陽性對比劑。

肝脾特異性造影劑乳化碘油如EOE-13，經(jīng)實驗和臨床應(yīng)用證明，對小的肝脾腫瘤的檢出有相當(dāng)高的敏感性，對脾淋巴瘤的檢出更為理想，與CT血管造影結(jié)果相仿，而明顯優(yōu)于常規(guī)CT檢查。但其毒副反應(yīng)較高，如發(fā)熱、頭痛和口臭等達(dá)50%，嚴(yán)重反應(yīng)占3.6%，故目前仍無法在臨床上推廣應(yīng)用。

椎管和腦室造影劑要求特別高，以往用的碘苯酯、碘卡明和阿米培克(amipaque)均已被淘汰，代之以第2、3代非離子型造影劑，其中以碘曲侖(iotrolan，德先靈公司)最為理想。它具有極高的親水性和極低的親脂性，并有滲透壓低(與體液接近)和粘度適中等優(yōu)點。

淋巴系統(tǒng)造影劑分間接和直接注射兩類，后者有油劑和水溶性碘造影劑兩種，均不夠理想。

靜脈或動脈血管注射用水溶性碘造影劑臨床應(yīng)用最廣泛。

二、水溶性碘造影劑

水溶性碘造影劑均為三碘苯環(huán)的衍生物，目前市場上可供應(yīng)用的有三大類：①高滲離子型(highosmolarionicagents)，以泛影葡胺(diatrizoate)為代表；②低滲非離子型(lowosmolarnon-ionicagents)，以碘帕醇(iopamidol)為代表，如德國先靈公司的優(yōu)維顯(ultravist)、揶威奈可明公司的歐乃派克(omnipague)和意大利的碘比樂(iopamiro)；③低滲離子型，以苯環(huán)二聚體ioxaglate(hexabrix)為代表。

(一)滲透壓(Osmolality)

一般造影劑的滲透壓明顯高于血漿和體液，為產(chǎn)生毒副作用的一個重要因素。離子型造影劑在水溶液中都離解成陽離子和陰離子，帶有正負(fù)電荷。陰離子含碘，為造影劑所需部分，而陽離子含鈉鹽或甲葡胺，對人體有一定影響。其中碘原子數(shù)與溶質(zhì)質(zhì)數(shù)之比為3:2(比值為1.5)，滲透壓較體液高5～7倍，屬高滲型。

非離子型造影劑在溶液中保持穩(wěn)定，不產(chǎn)生離子，不帶電荷，其中碘原子與溶質(zhì)質(zhì)數(shù)之比為3:1(比值為3)，其滲透壓明顯低于離子型造影劑，但仍高于生理滲透壓，而第3代非離子型造影劑iotrolan(比值為6)已接近生理狀態(tài)。

(二)親水性(Hydrophilicity)

造影劑的親水性越高,則親脂性(Lipophilicity)就越低,造影劑與血漿蛋旦(包括酶類)結(jié)合力也越低,毒性反應(yīng)尤其是神經(jīng)系統(tǒng)毒性明顯下降。非離子型造影劑的苯環(huán)側(cè)鏈上帶有2個羧基,故其親水性高于離子型造影劑,也是毒性反應(yīng)低的一個重要因素。另外，非離子型造影劑與血漿鈣的結(jié)合甚少，且不含鈉鹽，也是毒性低的另一個因素。

(三)粘稠度(Viscosity)

與分子重量有關(guān)，呈線性關(guān)系，分子量小，則粘稠度低，臨床上易于注射。粘稠度與造影劑毒性無關(guān)。離子型和非離子型兩類造影劑的粘稠度無明顯差別。目前正在研制小分子結(jié)構(gòu)的新型造影劑。

三、造影劑反應(yīng)

造影劑反應(yīng)與造影劑的滲透壓、親水或親脂性、蛋白結(jié)合力、鈉鹽含量以及與血鈣結(jié)合力等多種因素相關(guān)，此外，也與機(jī)體的反應(yīng)性以及造影劑的注射量、速度、部位和在體內(nèi)的排泄過程有一定的聯(lián)系。從藥物特性(理論)以及大量臨床應(yīng)用結(jié)果來看，離子型造影劑的毒副反應(yīng)較非離子型明顯為高，為3～8倍，后者相對安全。

造影劑反應(yīng)大致分為以下幾種：

(一)一般反應(yīng)

如注射局部疼痛、頭痛(血管性)、惡性、嘔吐和蕁麻疹等。此類反應(yīng)最常見，屬輕度，通常為一過性，無需處理。

(二)過敏反應(yīng)

輕重不等，輕者如蕁麻疹、噴嚏、流淚、結(jié)膜充血、臉部紅腫(血管神經(jīng)性水腫)，重者如喉部水腫、肺水腫、支氣管痙攣、血壓下降、休克、抽搐和昏迷、呼吸心跳停止等。此類反應(yīng)與組胺釋放、抗原-抗體反應(yīng)、補(bǔ)體系統(tǒng)的激活以及精神因素如焦慮、恐懼等有關(guān)。

四、造影劑反應(yīng)的預(yù)防和處理

盡管造影劑反應(yīng)的預(yù)防是極為困難的，但做好造影劑反應(yīng)的宣傳和造影劑的選擇，以及做好造影前的準(zhǔn)備，可以減少造影劑反應(yīng)的發(fā)生。

(一)造影劑的選擇

如上所述，造影反應(yīng)的發(fā)生和程度輕重是難以預(yù)測的，而造影劑過敏試驗又不可靠，試驗陰性的臨床意義是有限的，它的唯一意義在于試驗陽性者應(yīng)慎用，或至少選用反應(yīng)較少的非離子型造影劑。

對碘過敏試驗陽性或高危人群，必須盡可能選用非離子型造影劑。對于普通人群，在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，非離子型造影劑也為最佳選擇。

(二)造影前準(zhǔn)備

詳細(xì)詢問有關(guān)病史，特別是藥物和造影劑過敏史；了解病人的全身情況，尤其是肝、腎和心臟功能，如有損害者，盡可能予以短期糾治后再作造影檢查。腎功能損害者、嬰幼兒和老年患者，不必禁水，必要時可補(bǔ)充水分。碘過敏試驗盡管價值有限，多數(shù)人主張列為常規(guī)進(jìn)行。造影劑注射前即刻靜脈內(nèi)給予糖皮質(zhì)類激素，如地塞米松10mg，可減少或減輕可能發(fā)生的副反應(yīng)。

(三)造影劑反應(yīng)的處理

遇到輕度反應(yīng)的可不加處理，可放慢造影劑注射速度，如反應(yīng)無進(jìn)一步發(fā)展，可完成CT增強(qiáng)掃描檢查，留在CT室觀察片刻。

中度反應(yīng)的，靜脈內(nèi)即刻注射20mg地塞米松或50-100mg氫化可的松。

重度反應(yīng)者，其搶救措施如下：①停止注射造影劑，并改用其他液體如生理鹽水或糖鹽水，保留該靜脈通路，以便用藥；②保持呼吸道通暢，吸氧。體位應(yīng)取仰臥，頭盡量后仰，有嘔吐病人頭應(yīng)取側(cè)位，并及時清除嘔吐物，以免被吸入。有喉水腫或痙攣者可用舒喘靈氣霧劑吸入，嚴(yán)重的應(yīng)作氣管插管，甚至行氣管切開；③藥物應(yīng)用。首先靜脈推注地塞米松20mg或氫化可的松50-100mg，再在500ml液體中加入100-200mg氫化可的松作維持滴注。心跳緩慢和血壓下降者可皮下注射腎上腺素0.5mg，并應(yīng)用升壓藥，如阿拉明20-60mg，多巴胺60-120mg加入500ml液體中靜脈滴注，具體用量視病情而定；④心跳停止者，需及時作胸外按摩和人工呼吸，心內(nèi)注射心三聯(lián)，并加用呼吸興奮劑，如可拉明、洛貝林加入500ml液體中靜脈滴注；⑤有休克和昏迷者要及時補(bǔ)液，如用低分子右旋糖酐500ml快速靜脈滴注。腦部降溫，以減輕腦損害。休克糾正后，可應(yīng)用脫水劑，如50%葡萄糖100ml加速尿20mg靜脈推注或用25%甘露醇250ml靜脈滴注，以防腦水腫。上述步驟在搶救重度造影劑過敏反應(yīng)時，幾乎是同時進(jìn)行的。

五、造影劑的使用方法

水溶性碘造影劑的給藥方法主要有以下幾種：

(一)一次性注射或集團(tuán)注射法(bolusinjection)

即將某一劑量的高濃度造影劑加壓快速注入靜脈，給藥后立即進(jìn)行增強(qiáng)掃描。一般用量為60-100ml(小兒1.5-2ml/kg體重)，注藥速度約為45-50ml/min。這種方法用藥量少，可節(jié)省時間，但產(chǎn)生副作用機(jī)會較多。

(二)靜滴法

以20-30ml/min的速度注入含碘量300mgI/ml100ml后行增強(qiáng)掃描。這種方法可顯示病灶范圍、血供程序，但不利于顯示微細(xì)結(jié)構(gòu)及微小病灶，對血管的顯示也較差。盡管副作用較小，目前很少作為常規(guī)注藥方法。有的醫(yī)院將上述兩種方法結(jié)合作用。

(三)動脈血管內(nèi)注射

采用Seldinger技術(shù)，經(jīng)股動脈穿刺插管，將導(dǎo)管置入欲掃描區(qū)域(或臟器)供血血管內(nèi)注射造影劑，同時行CT掃描。此種方法對病灶的檢出率明顯提高。使用最多的部位為肝臟，又分為肝動脈造影CT(CTA)和經(jīng)動脈門脈血管造影CT(CTAP)。第三章MR成像第三章

MR成像從本世紀(jì)40年代起核磁共振(NuclearMagneticResonance)作為一種物理現(xiàn)象就應(yīng)用于物理、化學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。美國哈佛大學(xué)的Purcell及斯坦福大學(xué)的Bloch因發(fā)現(xiàn)了核磁共振現(xiàn)象共同獲得了1952的諾貝爾物理獎。1973年Lauterbur等人首先報道利用核磁共振原理成像的技術(shù)。1978年Mallard、Hutchison及Lauterbar等人報告了MRI用于人體的情況。1980年商品MRI機(jī)出售，開始應(yīng)用于臨床。由于MRI所具有的獨特功能和巨大潛能，這一新的醫(yī)學(xué)影像診斷技術(shù)在80年代得到迅速發(fā)展。為避免與核醫(yī)學(xué)中放射成像相混淆，現(xiàn)在將此技術(shù)稱為磁共振成像(MagneticResonanceImaging,簡稱MRI)。MRI提供的信息量不但大于醫(yī)學(xué)影像學(xué)中的其它許多成像術(shù),且它提供的信息也不同于已有的成像術(shù),所以用它診斷疾病有很大的優(yōu)越性。第一節(jié)

基本原理與設(shè)備一、MRI基本原理

某些質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和為奇數(shù)的原子核如：1H（1氫）、31P(31磷)、23Na(23鈉)、13C(13碳)和19F(19氟)等，不僅具有一定的質(zhì)量，帶一定量的正電荷，還具有兩個彼此相關(guān)的特征性參數(shù)，即自旋(spin)和磁矩(magneticmoment)。自旋(S)與磁矩(U)呈正比關(guān)系：

U=γ×S

γ：比例常數(shù)(又稱旋磁比)

不同原子核的γ值各異，換言之，每一種原子核都有自己固定的γ值。

在上述原子核中氫核(1H)即質(zhì)子，結(jié)構(gòu)最簡單，但磁性較強(qiáng)(即磁矩較大)，是構(gòu)成水、脂肪和碳水化合物等有機(jī)物質(zhì)的基本成份，人體內(nèi)含量高，在各器官、組織上分布廣，明顯優(yōu)于其他原子核，故目前臨床主要利用1H質(zhì)子看作具有固定質(zhì)量、帶正電荷、不停繞自身軸旋轉(zhuǎn)的小磁針。人體內(nèi)存在大量質(zhì)子，在自然狀態(tài)下，其磁矩所指方向各不相同，雜亂無章地分布，其磁距互相抵消，故宏觀上人體不顯磁性。

當(dāng)將人體置于一個外加的強(qiáng)磁場中時，原來雜亂無章排列的質(zhì)子磁矩受外加磁場的影響，不停自旋的磁距指向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)不是倒向外磁場方向，平行或反平行于外磁場方向排列，而是呈陀螺樣運動。除繞自身軸自旋外，還圍繞外磁場的磁矩轉(zhuǎn)動，這種運動方式稱進(jìn)動(precession)又稱拉莫(Lamor)旋進(jìn)，質(zhì)子繞外磁場磁矩進(jìn)動的角頻率(W0)稱拉莫頻率，其大小與外磁場強(qiáng)度(B0)成正比：

W0=γ×B0

γ：旋磁比；B0：外磁場強(qiáng)度，單位：特斯拉(Tesla;T)

當(dāng)質(zhì)子進(jìn)動時，各個質(zhì)子磁矩的方向與外磁場磁矩方向的夾角各不相同，一些質(zhì)子的夾角小于90°，質(zhì)子與外磁場的磁矩方向大致相同，處于低位能狀態(tài)，數(shù)量多數(shù)；而夾角大于90°的質(zhì)子磁矩方向與外磁場相反，處于高位能狀態(tài)，數(shù)量少些；夾角等于90°的質(zhì)子磁矩指向水平方向，在宏觀縱向上無磁矩。產(chǎn)全部質(zhì)子磁矩疊加起來，由于順外磁場的質(zhì)子比逆外磁場方向的質(zhì)子多，故產(chǎn)生一個沿外磁場磁矩方向的宏觀磁矩。換言之，由于人體置于外磁場內(nèi)，質(zhì)子磁矩受外磁場磁矩的影響，而呈有序化排列，使人體產(chǎn)生了磁性。

此時，在與外磁場磁矩垂直的方向上加入射頻脈沖即高頻無線電波，當(dāng)其頻率與質(zhì)子進(jìn)動頻率一致時，即發(fā)生核磁共振(nuclearmagneticresonance；NMR)現(xiàn)象：質(zhì)子吸收射頻脈沖的能量，磁矩發(fā)生偏轉(zhuǎn)，整個自旋系統(tǒng)偏離平衡狀態(tài)。當(dāng)射頻脈沖去除后，自旋系統(tǒng)自發(fā)地恢復(fù)到平衡狀態(tài)，并將所吸收的能量仍以射頻脈沖的方式釋放。此射頻脈沖即為NMR信號，用線圈接收此信號，經(jīng)一系列計算機(jī)處理后，就得到了MRI圖像。

能使宏觀磁矩偏轉(zhuǎn)90°的射頻脈沖稱90°脈沖，使之偏轉(zhuǎn)180°的脈沖稱180°脈沖。實際應(yīng)用時，射頻脈沖常以組合方式發(fā)放，組合脈沖又稱脈沖序列。

宏觀磁矩在射頻脈沖的作用下吸收能量發(fā)生偏轉(zhuǎn)，整個自旋系統(tǒng)偏離平衡狀態(tài)，去除射頻脈沖后，自旋系統(tǒng)自發(fā)地恢復(fù)到平衡狀態(tài)的過程叫弛豫(relax)。為了便于分析，以90°脈沖為例說明弛豫過程。引入坐標(biāo)系，X、Y和Z軸代表空間三維方向，彼此互相垂直。質(zhì)子自旋系統(tǒng)置入外強(qiáng)磁場中時，Z軸方向為宏觀磁矩的指向，其磁距最大，而Y軸方向磁矩為零。當(dāng)加入90°射頻脈沖后，宏觀磁矩由Z軸倒入Y軸，致Y軸上磁矩最大，而Z軸上為零。射頻脈沖去除后，弛豫過程由兩種成份組成：

1縱向弛豫(LongitudinalRelaxation)：縱向弛豫指宏觀磁矩縱向(Z軸方向)由零回復(fù)到最大的過程。此過程質(zhì)子釋放NMR所吸收的能量，即自旋系統(tǒng)與周圍外界環(huán)境發(fā)生能量交換，反映了質(zhì)子與周圍環(huán)境之間的關(guān)系，又稱自旋晶格弛豫(Spin-latticeRelaxation)，此馳豫曲線為指數(shù)遞增曲線，當(dāng)Z軸宏觀磁矩從零恢復(fù)至最大值的63%時，稱縱向弛豫時間，用T1標(biāo)示，通常人體組織的T1值為數(shù)百毫秒。

2橫向弛豫(TransverseRelaxation)：橫向弛豫指宏觀磁矩在水平方向上(Y軸方向)

由最大趨于零的過程，表示各質(zhì)子磁矩進(jìn)動的相位由有序恢復(fù)至雜亂無章的狀態(tài)。此過程不發(fā)生質(zhì)子與外界環(huán)境之間的能量交換，反映質(zhì)子與質(zhì)子之間的相互關(guān)系，即質(zhì)子本身的情況，故橫向弛豫又稱自旋-自旋弛豫(Spin-SpinRelaxation)，此弛豫呈指數(shù)遞減曲線，Y軸磁矩由初始最大值衰減63%所需時間稱T2弛豫時間。通常人體組體組織的T2值較短，遠(yuǎn)小T1值，為數(shù)十毫秒。NMR質(zhì)子數(shù)量與MRI信號強(qiáng)度成正比，某器官或組織含質(zhì)子數(shù)量多，則發(fā)出的MRI信號強(qiáng)度就強(qiáng)；反之，則弱。由于人體各器官及不同組織的質(zhì)子含量有一定差別，所發(fā)出的MRI信號強(qiáng)度即強(qiáng)弱不等，構(gòu)成了MRI圖像的基礎(chǔ)對比度。但人體各組織、器官的T1和T2長短的差別遠(yuǎn)大于質(zhì)子含量的差異，尤其病變與正常組織之間更是如此，故臨床應(yīng)用MRI時常突出T1和T2的差別，獲得T1WI和T2WI，以形成更大的對比度，有利于顯示病變。應(yīng)該指出：在外磁場確定不變的情況下，具體組織的T1和T2均為常數(shù)。兩種弛豫過程均呈指數(shù)形式，一開始遞增或遞減的速度較快，然后越來越慢。

MR成像技術(shù)包括：

一、磁共振成像的立體定位

前述MR成像過程尚不能進(jìn)行三維立體定位，為使引出的MRI信號與空間位置對應(yīng)，采用所謂空間編碼技術(shù)，即在原外強(qiáng)磁場上再疊加三個三維方向上(即沿X、Y、Z軸)、隨空間位置改變而呈線性變化的磁場，稱梯度磁場，以便與原外加磁場相區(qū)別，后者稱靜磁場或主磁場。疊加上梯度場后，置于磁場中的人體內(nèi)處于不同空間位置的質(zhì)子，具有不同的共振頻率(以X、Y、Z三維方向標(biāo)示)；反之，依賴質(zhì)子的頻率差別，可標(biāo)出具體質(zhì)子的空間位置，應(yīng)用梯度場技術(shù)使任意選擇MR成像平面、并行圖像的立體定位成為可能。

具體實施立體定位過程以空間坐標(biāo)系解釋如下：Z軸為宏觀外磁場磁距方向，在疊加梯度場后，垂直于Z軸的各平面的磁場強(qiáng)度呈線性變化，故每一個層面的拉莫進(jìn)動頻率亦不同，用確定頻率的射頻脈沖激發(fā)人體，則僅有一個層面的質(zhì)子與射頻脈沖發(fā)生共振，而其他層面的質(zhì)子因進(jìn)動頻率不同，而不被激發(fā)，這就完成了MR成像的疊層。

確定選層后，在所選層面的X、Y軸方向分別進(jìn)行頻率和相位編碼。Y軸疊加梯度場后，使垂直于Y軸的各條直線上的質(zhì)子磁距進(jìn)動速度呈線性變化，產(chǎn)生相位差，稱相位編碼；在X軸上疊加梯度場使垂直于X軸的各條直線上質(zhì)子磁距的進(jìn)動頻率呈線性變化，稱頻率編碼，由相位編碼和頻率編碼線數(shù)組成MRI圖像的矩陣。為獲取一幅圖像，必須在相位編碼軸上重復(fù)激發(fā)，激發(fā)次數(shù)等于相位編碼數(shù)，而頻率編碼不必重復(fù)。

二、磁共振成像的脈沖序列

MRI過程中,向自旋系統(tǒng)發(fā)射射頻脈沖是重要環(huán)節(jié),而通常射頻脈沖是以脈沖序列的方式進(jìn)行的。迄今為止,應(yīng)用最廣泛的是自旋回波(SE)脈沖序列：先發(fā)射一個90°

脈沖，間隔τ時間后，再發(fā)射一個180°脈沖。其次為反轉(zhuǎn)恢復(fù)(InversionRecovery;IR)序列，先給一個180°脈沖，使宏觀磁矩反轉(zhuǎn)，間隔τ時間后，再加一個90°脈沖。還有飽和恢復(fù)(SaturationRecovery;SR)序列，先給一系列90°脈沖,使自旋系統(tǒng)進(jìn)入飽和狀態(tài)(即平行和反平行于主磁場的自旋數(shù)量相等，故自旋系統(tǒng)沒有縱向磁距)，再加180°脈沖，為變相的SE序列。后兩種方法少用。

(一)自旋回波脈沖序列

先發(fā)射一個90°脈沖，使宏觀磁矩從Z軸倒入Y軸(由縱向倒入橫向)，即進(jìn)入X-Y平面。由于磁場的不均勻性，進(jìn)動中各質(zhì)子相位由同步(即速度一致)逐漸變?yōu)楫惒剑Q去相位(Dehasing)，質(zhì)子進(jìn)動快慢不一，橫向磁矩由剛從Z軸倒入Y軸時的最大，逐漸變小，最終趨于零。與此相對應(yīng)，產(chǎn)生了一個自由感應(yīng)信號(FreeInductionSignal;FIS)。間隔t時間后，在Y軸上加一個180°脈沖，宏觀磁矩繞X軸轉(zhuǎn)180°至Y軸方向，使異步進(jìn)動的質(zhì)子重新趨于同步狀態(tài)，稱相位重聚(Rephasing)，故橫向磁矩出現(xiàn)先趨于零，又接近最大，然后再趨于零的變化過程。與此相適應(yīng)，產(chǎn)生一個由小至大、又至小的回波信號，即SE信號。90°脈沖發(fā)放至產(chǎn)生回波的時間稱回波時間(TimeofEcho;Te)，兩個90°脈沖間隔時間稱重復(fù)時間(TimeofRepetition;TR)。SE序列所得MR信號的振幅見公式：

SI=N(H)(1-e-TR/T1)e-TR/T2

SI:MRI信號振幅；N(H)：質(zhì)子密度。

從上述公式中可以看出決定SE序列MRI圖像黑白對比度的因素：即質(zhì)子密度、T1和T2時間、TR和TE時間，再加上“流空效應(yīng)”(EffectofFlow;EF)，共六個因素。下面詳細(xì)闡述此六個因素的作用和特性。其中有四個因素由被檢查者的組織特性所決定：

1質(zhì)子密度(N)，被成像組織單位體積內(nèi)質(zhì)子數(shù)越多，則產(chǎn)生的MR信號越強(qiáng)，如脂肪含質(zhì)子多，在圖像上呈白色；纖維組織含質(zhì)子少呈灰黑色；骨皮質(zhì)、鈣化灶等無質(zhì)子，則無信號。應(yīng)用SE序列，被成像組織所含質(zhì)子密度的多少決定MRI圖像的基本對比度。

2T1時間長短，T1短的組織在第二個射頻脈沖序列發(fā)放前，縱向弛豫完全，磁距大，產(chǎn)生的MR信號強(qiáng)，以圖像上呈白色；相反，T1長的組織，縱向弛豫不完全，磁距小，發(fā)生的MR信號弱，呈黑色。

3T2時間長短，T2長的組織橫向弛豫衰減得慢，則產(chǎn)生的MR信號就強(qiáng)；相反，T2短的組織橫向弛豫衰減得快，信號就弱。

4流空效應(yīng)，應(yīng)用SE技術(shù)，以一定速度流動的液體產(chǎn)生流空效應(yīng)，呈無或低信號。產(chǎn)生此效應(yīng)的原因在于：射頻脈沖所激發(fā)的質(zhì)子在接收線圈獲取MR信號時，因流動已移出成像層面，而此時成像層面內(nèi)原部位的質(zhì)子為流入的非激發(fā)質(zhì)子，故不能產(chǎn)生MRI信號。與流動液體相比，周圍靜止組織如：血管壁發(fā)出的MRI信號不變。血液在血管中流動是產(chǎn)生此效應(yīng)的典型示例，較快速流動的血液呈無或低信號，與靜止呈中等信號的血管壁形成鮮明對比，清楚顯示出血管的形態(tài)結(jié)構(gòu)。這是SE技術(shù)的MRI的一個顯著優(yōu)點，也是MRI顯示心臟大血管解剖結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

如果血流速度較慢，SE技術(shù)MRI圖像上血管內(nèi)可有少量信號呈灰色，而慢速血流則產(chǎn)生強(qiáng)白信號。分析MRI圖像時應(yīng)注意此效應(yīng)所致的血管內(nèi)信號變化。

5脈沖重復(fù)時間(TR)，如TE不變，TR越長，組織的縱向弛豫越完全，則MR信號越強(qiáng)，反之亦然。

6回波時間(TE)，如TR不變，TE越長，橫向弛豫就越完全，產(chǎn)生的MRI信號就越弱；相反，TE短，MRI信號則強(qiáng)。

(二)快速成像技術(shù)

SE技術(shù)MR成像很實用，圖像質(zhì)量好，對比度高，但掃描時間長。為了克服此缺點,提高掃描速度，縮短TR和TE值,工程技術(shù)人員研究開發(fā)出快速成像技術(shù),最初廣泛應(yīng)用的快速成像技術(shù)有兩個技術(shù)要點：即小角度激發(fā)(＜90°角)和反轉(zhuǎn)梯度回波。下面分別加以介紹。

1小角度激發(fā)(lowangleshot)：常規(guī)SE脈沖序列，向質(zhì)子自旋系統(tǒng)發(fā)射90°脈沖，使宏觀縱向磁矩倒入X-Y平面，每次激發(fā)后都要經(jīng)過相當(dāng)長的重復(fù)時間，以完成縱向弛豫，進(jìn)而再行第二次激發(fā)，故成像速度較慢。改用小角度激發(fā)，通過改良射頻脈沖的幅度和脈寬，使激發(fā)角在10°～90°之間改變，換言之，用小于90°的脈沖取代常規(guī)SE應(yīng)用的90°脈沖。在該脈沖的作用下，Z軸上的縱向弛豫與平衡態(tài)相比，小角度傾斜(如10°)其縱向磁矩降低并不明顯，而橫向Y軸的磁矩增加幅度較大，激發(fā)后磁矩仍大部分保持在縱向，僅需很短時間即恢復(fù)到平衡狀態(tài)。TR可取至很短如20毫秒以下甚至幾個毫秒，所獲圖像含較強(qiáng)的T2加權(quán)因素，稱準(zhǔn)T2WI，由于磁矩較90°脈沖小，其信噪比較低，圖像質(zhì)量不如SE法。當(dāng)激發(fā)角接近90°時，所獲取圖像含T1加權(quán)因素多，稱準(zhǔn)T1WI，圖像信噪比較高，質(zhì)量接近SE法。

2梯度回波(gredientecho;GE)：利用反轉(zhuǎn)梯度場來取代180°射頻脈沖產(chǎn)生回波，可使TE縮短至8～12ms，甚至更短為2～3ms，實施過程如下：在X軸頻率編碼方向加雙極梯度，首先負(fù)向梯度場通過選擇層面，使自旋系統(tǒng)去相位，自旋逐漸散開，彼此形成相位差；繼之梯度場反轉(zhuǎn)，加一個與負(fù)向梯度大小相等，時間相同的正向梯度磁場，使自旋瞬間反身，原先具有較大相位的自旋轉(zhuǎn)為較小，自旋以與去相位相同的速度復(fù)相位，此過程產(chǎn)生回波信號，此信號稱梯度回波。

3多回波脈沖序列(multipleechopulsesequences)：多回波脈沖序列與SE不同，在固定TR時間內(nèi)由一個90°脈沖和其后的一系列180°脈沖組成。在每一個180°脈沖后面都產(chǎn)生一個MRI回波，其信號強(qiáng)度依次按指數(shù)規(guī)律遞減。每一個回波信號可以重建一幅圖像，一次掃描可得到同一層面的一系列圖像。由于越靠后的回波信號越弱，實際應(yīng)用時以不超過四個回波為宜。如果多回波序列取TR值遠(yuǎn)大于組織的T1值(2000ms)，第一個TE值遠(yuǎn)小于組織的T2值(30ms)時，則其第一回波圖像為質(zhì)子密度加權(quán)像；第二回波圖像TE值加倍即60ms，第三回波TE值為90ms，第四回波為120ms，后三個回波均為，但其加權(quán)程度不同，回波數(shù)越高，圖像的T2加權(quán)程度越重。若取TR值約等于組織的T1值(500ms)，則第一個回波為T1WI，以后各回波圖像為T1和T2混合圖像，但回波數(shù)越高，T2加權(quán)的成份亦越重。

應(yīng)用多回波技術(shù)，一次掃描可獲取兩種以上不同性質(zhì)的圖像，進(jìn)行同層面各回波圖像的對比，增另了信息量，有利于鑒別診斷。

4快速自旋回波序列(fastspinechosequences;FSES):FSES是多回波脈沖序列的改良，在TR固定的情況下，它也是先發(fā)放一個90°脈沖，然后再加一系列180°脈沖組成脈沖序列，但它與多回波序列的區(qū)別在于：90°脈沖后的一系列180°脈沖所產(chǎn)生的回波，不是用來分別重建各自的圖像，而是用于共同填充一個K空間，即X-Y平面，組成一幅SE圖像，故掃描時間大為縮短。180°脈沖的數(shù)目越多，掃描時間越短。但圖像質(zhì)量隨180°脈沖數(shù)目增多而下降。如果有8個180°脈沖，掃描時間將縮短為原SE序列的1/8，一般應(yīng)用4-8個脈沖，兼顧縮短掃描時間和保證圖像質(zhì)量兩個方面的要求。

K空間有一個特性，即其外圍80%的空間決定圖像的分辨率，中心20%的空間決定圖像的對比度。所以，只要調(diào)整K空間的中心回波即可選擇圖像的性質(zhì)，以TR：3500ms，第一回波TE：30ms為例，如將第一個回波放在k空間的中心，所獲圖像為質(zhì)子密度像，將第四個回波放在k空間的中心位置(即TE:120ms)，所獲圖像即為T2WI。也可以一次掃描獲取雙回波圖像，同一層面，一幅為質(zhì)子密度，另一幅為T2WI，但此時，如回波數(shù)不變，所獲圖像幅數(shù)加倍，故成像時間比單純一種性質(zhì)圖像長一倍，即加快掃描速度的程度減半。目前，新型MRI掃描機(jī)已常規(guī)配置FSE序列，特別是以FSE的T2WI代替SE的T2WI，使掃描時間縮短至1～2min，應(yīng)用廣泛。

5超快速成像(UltrafastMRImaging;UFMRI):UFMR成像掃描速度進(jìn)入毫秒級，目前已可臨床實用，其基本技術(shù)有數(shù)種，其中最重要的是回波平面成像(echo-planarimaging;EPI)，此技術(shù)能瞬間獲取二維圖像，不用心電圖門控進(jìn)行心臟實時掃描。早在1977年MRI開發(fā)的早期，Mansfield根據(jù)其資料采集方式就提出此成像方法，由于所獲圖像信/噪比低，有幾何變形和化學(xué)位移干擾，重建方法復(fù)雜，需要較高的梯度場和梯度場快速轉(zhuǎn)換，以及高度的磁場均等問題，最初未能很好解決，所以，初期十年此技術(shù)未獲臨床應(yīng)用。近年，上述問題逐一解決，最新推出的高場MRI掃描機(jī)，均常規(guī)配置此功能，臨床已逐漸推廣應(yīng)用。

(1)EPI的基本工作方式：對橫斷面而言，繼Z軸層面選擇90°脈沖后，立即在X軸加180°脈沖，隨后在Y軸應(yīng)用波動或雙向梯度場(正負(fù)轉(zhuǎn)換率約1000Hz)，在X-Y平面上反復(fù)進(jìn)行磁化的去相位和復(fù)相位，誘發(fā)一系列回波充填K空間，即x-y平面，此過程組成一個光柵樣軌跡。然后，行傅立葉轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一系列條形頻譜，一次激發(fā)即收集到重建圖像的全部數(shù)據(jù)。EPI不必進(jìn)行相編碼，應(yīng)用波動式或雙向梯度場又稱“梯度場振蕩”，使讀出大為加快，屬讀出模式，成像速度主要取決于梯度場振蕩的讀出速度，即梯度場的切換速度。為提高信噪比和圖像質(zhì)量，臨床實際應(yīng)用時，EPI技術(shù)與SE或梯度回波(GE)脈沖序列相結(jié)合，稱混合(hybrid)技術(shù)。例如在一次成像中，采用8個相位編碼的SE，應(yīng)用8次波動梯度場。

(2)EPI的臨床應(yīng)用：EPI的特點是成像速度極快，有效的消除了各種運動偽影，包括周期運動(呼吸和心跳)和非周期運動(吞咽，腸蠕動等)。EPI在心臟成像的應(yīng)用潛力巨大，它可超快速進(jìn)行心功能測定，包括整體功能(如射血分?jǐn)?shù))和局部功能(如室壁運動分析)，顯示心臟瓣膜功能狀態(tài)，關(guān)閉不全和/或狹窄等，進(jìn)行心臟，大血管的血流速度測量，應(yīng)用大分子造影劑，進(jìn)行首次通過法成像，獲取心肌灌注圖像，以早期發(fā)現(xiàn)心肌梗塞冠心病的心肌缺血區(qū)，以及進(jìn)行三維立體掃描，顯示高清晰的冠狀動脈圖像，有可能在MRA的冠狀動脈成像方面有所突破。

三、磁共振血管造影(magneticresonanceangiography;MRA)

MRA技術(shù)已日趨成熟，臨床得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)X線心血管造影不同，它不是血管腔本身的成像，而是血流成像。MRA基本技術(shù)有二種，下面分別介紹。

1時間飛躍(time-of-flight;TOF)：應(yīng)用快速掃描GE技術(shù)，選取適宜的TR值和激發(fā)角，可產(chǎn)生血流的增強(qiáng)。由于脈沖間隔時間很短，掃描層面內(nèi)靜止組織反復(fù)被激發(fā)，縱向磁矩不能充分弛豫而處于飽和狀態(tài)，信號很弱，呈灰黑色；血管內(nèi)血液流動，采集MR信號時，如果血流速度足夠快，成像容積內(nèi)激發(fā)的飽和質(zhì)子流出掃描層面外，而成像容積外完全磁化的自旋又稱不飽和自旋流入掃描層面，縱向磁矩大，發(fā)出強(qiáng)信號呈白色，于是血管內(nèi)外信號差別很大，使血管顯影。TOF法利用MR信號的縱向磁化矢量成像。

應(yīng)用此技術(shù)成像，按采集方式不同，又分為兩情況：

(1)二維TOFMRA，對緩慢或中等流速的血流敏感，用于評價靜脈和嚴(yán)重狹窄的動脈效果好。

(2)三維TOFMRA，對快速血流敏感，可用作病變的初步篩選。

TOF法除流動組織外，短T1的物質(zhì)也是亮白信號，故血腫(亞急性期)可被誤認(rèn)

為異常血管，而有附壁血栓的血管似乎與正常血管一樣，造成誤漏診，分析圖像時應(yīng)予以注意。

2相位對比(phasecontrast;PC)：應(yīng)用快速掃描GE技術(shù)和雙極流動編碼梯度脈沖，對成像層面內(nèi)質(zhì)子加一個先負(fù)后正，大小相等，方向相反的脈沖，靜止組織的橫向磁矩亦對應(yīng)出現(xiàn)一個先負(fù)后正，大小相等，方向相反，對稱性的相位改變，將正負(fù)相位疊加，總的相位差為零，故靜止組織呈低或無信號；而血管內(nèi)的血液由于流動，正負(fù)方向上相反的相位改變不同，迭加以后總的相位差大于零。其相位差與血流速度成正比，故血流呈亮白的高信號，使血流與靜止組織間產(chǎn)生良好的對比。血流速度越快，MRA血流的信號越強(qiáng)。PC法MRA利用MR信號的橫向磁矩成像，掃描時間較TOF法長，但可測量血流速度和標(biāo)示血流方向。PC法MRA對極慢血流敏感，可區(qū)分血管閉塞和極慢血流，亦分為二維和三維MRA兩種形式。

3黑血技術(shù)：無論應(yīng)用哪一種MRA技術(shù)，血流均呈高信號，而靜止組織呈灰黑色。這與傳統(tǒng)X線血管造影片所顯示的情況剛好相反。放射學(xué)家及臨床醫(yī)師已習(xí)慣了觀察傳統(tǒng)血管造影片，故MRA顯示為黑色血管影更易于被接受。MRI掃描機(jī)在圖像顯示部分有黑白翻轉(zhuǎn)功能，可將白色血管的MRA圖像直接翻轉(zhuǎn)成黑色血管。也有在MRA成像過程中獲得“黑血”的方法，稱黑血技術(shù)(blackbloodtechniques)。

(1)洗脫效應(yīng)(washouteffect)快速成像技術(shù)血流一般情況下呈白色，但當(dāng)血流速度明顯加快，TR較短時，洗脫效應(yīng)占主導(dǎo)，血流表現(xiàn)為黑色，即不飽和完全弛豫的質(zhì)子流出成像容積，此效應(yīng)在應(yīng)用薄層和/或長TE時被增強(qiáng)，這是獲得黑血的一種方法。

(2)MRA中應(yīng)用預(yù)飽和技術(shù)(presaturationtechnique)也能使血流呈黑色。在RF脈沖發(fā)放前，旋放預(yù)飽和脈沖，飽和帶與掃描層面平掃，RF脈沖激發(fā)后，飽和的自旋流入掃描層面，其縱向磁矩小，致血流為低信號呈黑色；相反靜止組織為白色。此技術(shù)所顯示的圖像更接近解剖學(xué)情況，有利于估計血管內(nèi)潰瘍和評價血管狹窄程序。MRA的預(yù)飽和技術(shù)是一種顯示血流起源和流動方式的精確手段。

4二維和三維MRA的對比：臨床應(yīng)用時可靈活選用不同技術(shù)及采集方式。應(yīng)用預(yù)飽和技術(shù)可分別進(jìn)行單純動脈或單純靜脈MRI，如欲顯示動脈，則在成像容積靜脈血流入側(cè)加預(yù)飽和帶。不加預(yù)飽和帶，則成像容積內(nèi)動靜脈同時顯像。

一般行MR成像，不必注入順磁性造影劑，但經(jīng)靜脈注入Gd-DTPA，也被用于MRA成像，應(yīng)用造影劑后的MRA，改變了組織的弛豫時間，首先是組織(如：粘膜、脈絡(luò)叢和垂體等)增強(qiáng)，血管次之。并且，在圖像重建時，應(yīng)用最大增強(qiáng)投射(MIP)的處理過程與圖像顯示不成比例，導(dǎo)致圖像失真。最后，增強(qiáng)后MRA預(yù)飽和技術(shù)失效，所獲圖像包含動脈和靜脈的成份，不能行單純動脈或靜脈成像。

二、MR成像設(shè)備

MRI設(shè)備主要由五部分構(gòu)成即：磁體系統(tǒng)，射頻發(fā)射和接收系統(tǒng)，圖像重建和顯示系統(tǒng)，檢查床及圖像記錄貯存系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

(一)磁體系統(tǒng)

1主磁體

即用于產(chǎn)生靜磁場的磁體，它是設(shè)備的主體部件，按其構(gòu)造分為三種類型。

(1)永久磁體(permanentmagnet)簡稱永磁型，此型主磁體采用永磁材料(如鐵氧體)制成，其磁場強(qiáng)度衰減極慢，可視為永久不變，且有運行維護(hù)簡單，無水電消耗，維持運行費用低；磁力線閉合，磁體漏磁小，磁場方向與人體長軸相互垂直，S-N極在人體上下方向，射頻線圈的設(shè)備制作容易，填充因子大，線圈的效率高；對磁體間即掃描室場地和周圍環(huán)境的要求較低等優(yōu)點。但其亦具有磁體笨重、占地大、永磁材料昂貴；磁體受環(huán)境溫度的影響大，磁場均勻度的穩(wěn)定性較差，周圍環(huán)境稍有變化，磁場內(nèi)各部位的場強(qiáng)就發(fā)生變化，使磁場均勻度破壞，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降；且由于受設(shè)計和制造上的制約，永磁磁體的場強(qiáng)較低，一般最高不超過0.3T。

最初MRI設(shè)備應(yīng)用永磁型磁體較多，后隨超導(dǎo)型磁體的大量應(yīng)用，用量曾一度下降。近來，各醫(yī)療器械公司開發(fā)出一種所謂開放式(openstyle)MR掃描機(jī)，采用永久磁體，或用阻抗式磁體，或二者混合共同，可將監(jiān)護(hù)搶救設(shè)備置于MR掃描機(jī)旁，掃描時家屬可在床邊陪同，應(yīng)用專用穿刺針、導(dǎo)絲和導(dǎo)管等，可作MR介入治療，為今后MRI機(jī)的一個發(fā)展方向，故應(yīng)用永磁型磁體的數(shù)量又有所回升。

(2)阻抗式磁體(resistivemagnet)又稱常導(dǎo)型磁體，系常溫下，應(yīng)用勵磁電流通過線圈產(chǎn)生磁場。此型磁體又大