医学影像成像基础知识课件

影像成像基础知识1影像成像基础知识1第一章X线成像基础X线的本质：电磁辐射伦琴发现X线：1895年波长范围：0.006-50nm成像波长范围：0.031～0.008nmX线的特征X射线成像原理

计算机X线摄影（CR）

直接数字化X线摄影系统（DR）第一章X线成像基础X线的本质：电磁辐射2X射线的产生影响X射线穿透性主要因素：管电压

X射线的产生影响X射线穿透性主要因素：管电压3X线的特征X射线与物质间的相互作用（1）X射线的穿透作用。(x线成像)其贯穿本领的强弱与物质的性质有关

X线的特征X射线与物质间的相互作用4X线的特征X射线与物质间的相互作用（2）X射线的荧光作用。

X射线是肉眼看不见的，但当它照射某些物质时，如磷、铂氰化钡、硫化锌、钨酸钙等，能够使这些物质的原子处于激发态，当它们回到基态时就能够发出荧光，这类物质称荧光物质。医学中透视用的荧光屏、X射线摄影用的增感屏、影像增强器中的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。

（3）X射线的电离作用。

X射线虽然不带电，但具有足够能量的X光子能够撞击原子中轨道电子，使之脱离原子产生一次电离。

电离作用也是X射线损伤和治疗的基础。

X线的特征X射线与物质间的相互作用5X线的特征X射线与物质间的相互作用（4）X射线的化学效应。

X射线能使多种物质发生光化学反应。例如，X射线能使照相底片感光。（5）X射线的生物效应。生物组织经一定量的X射线照射，会产生电离和激发，使细胞受到损伤、抑制、死亡或通过遗传变异影响下一代，这种现象称为X射线的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗中。X线的特征X射线与物质间的相互作用6X射线成像原理①人体不同密度组织与X线成像的关系X射线成像原理①人体不同密度组织与X线成像的关系7X射线成像原理②人体不同厚度组织与X线成像的关系密度和厚度的差别是产生影像对比的基础，是X线成像的基本条件X射线成像原理②人体不同厚度组织与X线成像的关系密8

X线检查技术

可分为普通检查、特殊检查和造影检查三大类。一、普通检查(Routineexamination)

（一）透视(Fluoroscopy)1、简便、经济、快速、多角度转动观察、动态；

2、影像空间分辨率差；

3、影像细节显示欠清，不利于防护，无永久记录。（二）普通X线摄影（Plainfilmradiography)

1、照片空间分辨率较高，不受体厚或密度影响，X线量较透视↓，有永久记录；

2、静态、费时。9X线检查技术9（三）、特殊检查（Specialexamination)

1、体层摄影（Tomography)(1)分纵断体层及横断体层（已淘汰）；

(2)纵断体层2、高千伏摄影

(Highkilovoltphotography)

(1)120KV↑

(2)常用于胸部、心脏、胸部肿块的检查。

10（三）、特殊检查（Specialexamination)1

3、软X线摄影：波长较长、能量较低,穿透物质的能力较弱

(1)40KV↓，钼靶。(2)常用于乳腺、阴茎、咽喉侧位的检查。（3）康普顿吸收4.放大摄影：显示细微病变1111二、数字X线成像检查计算机X线摄影（CR）数字X线成像数字X线摄影（DR）数字减影血管造影（DSA）（一）CR与X线区别：IP成像板

1、工作原理：X线管照射人体→X线成像信息的成像板（Imagingplate；IP）→信息读出处理→数字式平片影像。

2、功能优点：

信息转换为数字信息；

能提高图像密度分辨、显示功能

图像后处理

降低辐射剂量；⑤图像存档与传输系统12二、数字X线成像检查12

3、功能缺点：

时间分辨率差，不能满足动态器官和结构的显示；

空间分辨率差，与常规X线屏—片系统比较。

4.临床应用：CR胸片通过后处理技术，可分别建立显示纵隔结构、肺内结构和骨骼结构的影像。能量减影可以去除肋骨对肺组织的遮挡，对肺内渗出性和结节性病变的检出率都高于传统的X线成像，但由于空间分辨力的不足，显示肺问质与肺泡病变不及传统的X线图像。CR在观察肠管积气、气腹和结石等含钙病变优于传统X线图像。胃肠双对比造影在显示胃小区、微小病变和肠黏膜皱襞上，CR优于传统的X线造影。对骨结构、关节软骨及软组织的显示优于传统的X线成像。在一张肌肉骨骼系统的照片上，只需曝光一次，通过后处理系统的处理，即可分别得到清晰的骨骼和肌肉影像。由于CR系统照片的空间分辨力低于传统x线照片，可能会使对病变骨骼的微细结构的观察受到限制，但可以通过CR系统的直接放大摄影得到改善。133、功能缺点：13（二）DR概念：DR是在X线电视系统的基础上利用计算机数字化处理，使模拟视频信号经过采样，模/数转换后直接进入计算机中进行存储、分析和保存的技术。1、工作原理：（系统控制器、高压X线发生器触发）X线管→准直器(定位)→人体→影像增强管(光学系统)→摄像机→模拟视频信号采集、模/数转换(Analogtodigit；A/D)→

计算机中(存储、分析、保存)。14（二）DR1、工作原理：（系统控制器、高压X线发生器触发）X

直接数字化X线摄影系统（DR）DR与CR成像技术的比较直接数字化X线摄影系统（DR）DR与CR成像技术的比较15（三）DSA

DSA是影像增强技术、电视技术和计算机技术与常规的X线血管造影相结合的一种新的医学检查方法。

1、工作原理：X线照射人体→经影像增强器转变成荧光图像→将图像处理成电子信号→输入电子计算机→模/数转换、放大→数字化图像[造影剂未达欲检部位前摄取的影像称为蒙片(mask)，造影剂到达欲检部位时所摄取的影像称为被减影图像]→mask与被减影片数据相减→血管影像数据→数/模转换→数字减影图像(只有血管的图像)。

16（三）DSA162、减影方式：光学减影法（传统）：蒙片→注入造影剂后照片

→相重叠→曝光→负片→正片(已淘汰)

时间减影法(现代)：上面所描述过程。能量减影法(现代)：技术不成熟，未能全面开展。

3、DSA优点：

图像消除了骨骼和软组织结构；

采集快速，随意重放；

同一部位可重现减影或不减影影像；

可存盘（save)或通过同步录像或多幅照相机或刻录机将影像永久保留；

可实时将透视像放大1-4倍，也可根据诊断需要将存盘影像重新调出（load)；

能动态观察血管在造影各期中的表现；172、减影方式：17

⑦应用数字减影技术，可将造影剂稀释减量；

⑧数字减影有描绘血管图（Roadmap）

4、DSA缺点：

碘过敏患者禁止此项检查；

受检者的呼吸动作、肢体活动、肠道蠕动、心脏搏动、肌肉收缩等均影响效果；

空间分辨率不如传统X线技术高。18⑦应用数字减影技术，可将造影剂稀释减量；18

三、造影检查（Contrastmediaexamination)

1、普通X线检查→人体自身组织天然对比（如胸片）→形成影像。

2、造影检查→将对比剂引入器官内或周围→人为形成密度差→形成影像。造影检查明显扩大了X线检查范围。

3、对比剂分易被X线穿透和不易被X线穿透两大类。

↓↓阴性造影剂阳性造影剂

↓↓氧气、二氧化碳钡剂、碘剂

4、对比剂引入人体内方法有直接引入（逆行造影、经皮肝穿等）和生理积聚（如IVP、胆道静脉造影等），使用对比剂应注意药物反应。19三、造影检查（ContrastmediaexamiX线断层图像2.优点：图像逼真、清晰、密度分辨率高，解剖关系明确，对病变的定位和定性诊断较普通X线有明显提高

20X线断层图像20

原理：CT断层装置是利用X线管,围绕人体的长轴进行旋转照射,并于对侧设置检测器吸收通过人体的不同衰减的X线,并转换成电信号送入电脑,进行处理,重建成图像后在监视器上(CRT)显示出横断面图像,亦可再建构成矢状、冠状面等图像。第二章CT成像基础

原理：CT断层装置是利用X线管,围绕人体的长轴进21

探测器

高压发生器

高电压

球管X-ray

人体DAS

计算机

显示

图像后处理照相探测器高压发生器高电压球管X22CT机构成

CT机主要由硬件部分与软件部分所构成。硬件部分主要由扫描架、扫描床及控制台三大部分所组成。X线管及发生器、检测器设置在扫描架内,控制台内装有微型电子计算机以及图像显示器。为了将扫描图像摄在胶片上,另设有多幅照像机,近年逐渐应用激光照相机,使照片图像更加清晰.CT机构成CT机主要由硬件部分与软件部分所构成。硬23医学影像成像基础知识课件24CT的进展第一代CT为一个球管加一个探测器结构，采集方式为旋转加平行移动式CT的进展第一代CT为一个球管加一个探测器结构，采集方式为25第二代CT具有多个探测器，但仍采用旋转加平移的扫描方式CT的进展第二代CT具有多个探测器，但仍采用旋转加平移的扫描方式CT的26第三代CT的探测器达到数百个，采集过程为球管和探测器组沿受照物做往复式旋转.CT的进展第三代CT的探测器达到数百个，采集过程为球管和探测器组沿受C27在1989年，由于滑环技术的运用，使连续旋转成为可能，从而奠定了螺旋扫描方式的基础。在1989年，由于滑环技术的运用，使连续旋转28CT的进展

第五代CT扫描机(EBCT)CT的进展第五代CT扫描机(EBCT)29CT的发展方向缩短扫描时间0.5”提高分辨率0.5mm图像重建时间0.5”开发新功能CT的发展方向缩短扫描时间0.5”30高压低压滑环技术—连续旋转螺旋体积扫描—连续取样连续进床连续曝光体积数据应用-高速计算机、大容量磁盘专用球管CTACTEMPRVRT螺旋CT机工作原理及特点CT的进展高压低压滑环技术—连续旋转螺旋体积扫描—连续取样连续进床连续31CT的进展CT的进展32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一幅图象多层螺旋CT机：锥形X射线束多排探测器四套数据采集通道每一个旋转周期可得四幅图象CT的进展单层螺旋CT机：多层螺旋CT机：CT的进展33CT的进展CT的进展34CT图像和CT值象素和体素高密度低密度等密度CT图像的构成CT图像和CT值象素和体素35CT图像和CT值CT图像和CT值36CT图像和CT值CT值－物体密度的表示方法CT值＝1000×（μ－μ水）/μ水X光衰减率物体的密度CT值临床诊断的重要依据水 0Hu

空气 －1000Hu

骨 大约＋1000HuCT图像和CT值CT值－物体密度的表示方法X光衰减率物体的37正常组织CT值人体各种组织结构不同,X线衰减差异较大,形成各种不同的CT值,也可以利用CT值来鉴别组织的性质正常组织CT值人体各种组织结构不同,X线衰减差异较大,形38

病变的CT值

组织器官产生各种病变,CT值亦相应产生变化,然而有时病变与正常组织呈等密度时,可以应用增强扫描来加以区别,为诊断提供重要信息。病变的CT值

组织器官产生各种病39窗宽和窗位窗宽（windowwidth,WW，W）窗位(windowlevel,WL,L)窗宽和窗位窗宽（windowwidth,WW，W）窗位40CT图像的特点重建的数字图像密度分辨率高CT值表示密度的量断层图像CT图像的特点重建的数字图像41CT的检查技术平扫增强CTA(CTangiography)CT的检查技术平扫42平扫增强平扫增强43CTACTA44CT对比增强的原理和目的原理水溶性碘造影剂经经脉注入，一般不与或和很少与人体血红蛋白结合，而大量分布在血管内，然后再进入各组织细胞外液并逐渐达到平衡。正常和病变组织的强化是由于其含碘量增加，从而局部密度增高。造影剂在某组织分布的多少，取决于组织血流量，血流速度，微血管通透性和细胞外液体积等。组织增强效果与造影剂浓度，注药方式及扫描时间是否与组织的增强高峰时相同步有关。

CT对比增强的原理和目的原理45CT对比增强的原理和目的目的提高病变组织与正常组织的对比度定位，定性，鉴别诊断判断周围组织及血管受侵情况CT对比增强的原理和目的目的46CT的后图像处理技术二维

MPRMIP三维

VRTVECT的后图像处理技术二维47MPRMPR48MIPMIP49VRTVRT50VEVE51CT读片原则扫描位置与层次的判断窗宽与窗位是否正确平扫与增强详细阅读图像及资料异常影像的观察分析与判断与其它影像综合动态观察CT读片原则扫描位置与层次的判断52CT的临床应用中枢神经系统疾病CT诊断价值高，应用普遍五官颈部疾病CT诊断也很有价值胸部疾病CT诊断优越性大腹盆腔疾病CT诊断日益广泛心脏大血管疾病CT诊断取决于CT装置骨骼肌肉系统疾病CT诊断CT的临床应用中枢神经系统疾病CT诊断价值高，应用普遍53影像成像基础知识54影像成像基础知识1第一章X线成像基础X线的本质：电磁辐射伦琴发现X线：1895年波长范围：0.006-50nm成像波长范围：0.031～0.008nmX线的特征X射线成像原理

计算机X线摄影（CR）

直接数字化X线摄影系统（DR）第一章X线成像基础X线的本质：电磁辐射55X射线的产生影响X射线穿透性主要因素：管电压

X射线的产生影响X射线穿透性主要因素：管电压56X线的特征X射线与物质间的相互作用（1）X射线的穿透作用。(x线成像)其贯穿本领的强弱与物质的性质有关

X线的特征X射线与物质间的相互作用57X线的特征X射线与物质间的相互作用（2）X射线的荧光作用。

X射线是肉眼看不见的，但当它照射某些物质时，如磷、铂氰化钡、硫化锌、钨酸钙等，能够使这些物质的原子处于激发态，当它们回到基态时就能够发出荧光，这类物质称荧光物质。医学中透视用的荧光屏、X射线摄影用的增感屏、影像增强器中的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。

（3）X射线的电离作用。

X射线虽然不带电，但具有足够能量的X光子能够撞击原子中轨道电子，使之脱离原子产生一次电离。

电离作用也是X射线损伤和治疗的基础。

X线的特征X射线与物质间的相互作用58X线的特征X射线与物质间的相互作用（4）X射线的化学效应。

X射线能使多种物质发生光化学反应。例如，X射线能使照相底片感光。（5）X射线的生物效应。生物组织经一定量的X射线照射，会产生电离和激发，使细胞受到损伤、抑制、死亡或通过遗传变异影响下一代，这种现象称为X射线的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗中。X线的特征X射线与物质间的相互作用59X射线成像原理①人体不同密度组织与X线成像的关系X射线成像原理①人体不同密度组织与X线成像的关系60X射线成像原理②人体不同厚度组织与X线成像的关系密度和厚度的差别是产生影像对比的基础，是X线成像的基本条件X射线成像原理②人体不同厚度组织与X线成像的关系密61

X线检查技术

可分为普通检查、特殊检查和造影检查三大类。一、普通检查(Routineexamination)

（一）透视(Fluoroscopy)1、简便、经济、快速、多角度转动观察、动态；

2、影像空间分辨率差；

3、影像细节显示欠清，不利于防护，无永久记录。（二）普通X线摄影（Plainfilmradiography)

1、照片空间分辨率较高，不受体厚或密度影响，X线量较透视↓，有永久记录；

2、静态、费时。62X线检查技术9（三）、特殊检查（Specialexamination)

1、体层摄影（Tomography)(1)分纵断体层及横断体层（已淘汰）；

(2)纵断体层2、高千伏摄影

(Highkilovoltphotography)

(1)120KV↑

(2)常用于胸部、心脏、胸部肿块的检查。

63（三）、特殊检查（Specialexamination)1

3、软X线摄影：波长较长、能量较低,穿透物质的能力较弱

(1)40KV↓，钼靶。(2)常用于乳腺、阴茎、咽喉侧位的检查。（3）康普顿吸收4.放大摄影：显示细微病变6411二、数字X线成像检查计算机X线摄影（CR）数字X线成像数字X线摄影（DR）数字减影血管造影（DSA）（一）CR与X线区别：IP成像板

1、工作原理：X线管照射人体→X线成像信息的成像板（Imagingplate；IP）→信息读出处理→数字式平片影像。

2、功能优点：

信息转换为数字信息；

能提高图像密度分辨、显示功能

图像后处理

降低辐射剂量；⑤图像存档与传输系统65二、数字X线成像检查12

3、功能缺点：

时间分辨率差，不能满足动态器官和结构的显示；

空间分辨率差，与常规X线屏—片系统比较。

4.临床应用：CR胸片通过后处理技术，可分别建立显示纵隔结构、肺内结构和骨骼结构的影像。能量减影可以去除肋骨对肺组织的遮挡，对肺内渗出性和结节性病变的检出率都高于传统的X线成像，但由于空间分辨力的不足，显示肺问质与肺泡病变不及传统的X线图像。CR在观察肠管积气、气腹和结石等含钙病变优于传统X线图像。胃肠双对比造影在显示胃小区、微小病变和肠黏膜皱襞上，CR优于传统的X线造影。对骨结构、关节软骨及软组织的显示优于传统的X线成像。在一张肌肉骨骼系统的照片上，只需曝光一次，通过后处理系统的处理，即可分别得到清晰的骨骼和肌肉影像。由于CR系统照片的空间分辨力低于传统x线照片，可能会使对病变骨骼的微细结构的观察受到限制，但可以通过CR系统的直接放大摄影得到改善。663、功能缺点：13（二）DR概念：DR是在X线电视系统的基础上利用计算机数字化处理，使模拟视频信号经过采样，模/数转换后直接进入计算机中进行存储、分析和保存的技术。1、工作原理：（系统控制器、高压X线发生器触发）X线管→准直器(定位)→人体→影像增强管(光学系统)→摄像机→模拟视频信号采集、模/数转换(Analogtodigit；A/D)→

计算机中(存储、分析、保存)。67（二）DR1、工作原理：（系统控制器、高压X线发生器触发）X

直接数字化X线摄影系统（DR）DR与CR成像技术的比较直接数字化X线摄影系统（DR）DR与CR成像技术的比较68（三）DSA

DSA是影像增强技术、电视技术和计算机技术与常规的X线血管造影相结合的一种新的医学检查方法。

1、工作原理：X线照射人体→经影像增强器转变成荧光图像→将图像处理成电子信号→输入电子计算机→模/数转换、放大→数字化图像[造影剂未达欲检部位前摄取的影像称为蒙片(mask)，造影剂到达欲检部位时所摄取的影像称为被减影图像]→mask与被减影片数据相减→血管影像数据→数/模转换→数字减影图像(只有血管的图像)。

69（三）DSA162、减影方式：光学减影法（传统）：蒙片→注入造影剂后照片

→相重叠→曝光→负片→正片(已淘汰)

时间减影法(现代)：上面所描述过程。能量减影法(现代)：技术不成熟，未能全面开展。

3、DSA优点：

图像消除了骨骼和软组织结构；

采集快速，随意重放；

同一部位可重现减影或不减影影像；

可存盘（save)或通过同步录像或多幅照相机或刻录机将影像永久保留；

可实时将透视像放大1-4倍，也可根据诊断需要将存盘影像重新调出（load)；

能动态观察血管在造影各期中的表现；702、减影方式：17

⑦应用数字减影技术，可将造影剂稀释减量；

⑧数字减影有描绘血管图（Roadmap）

4、DSA缺点：

碘过敏患者禁止此项检查；

受检者的呼吸动作、肢体活动、肠道蠕动、心脏搏动、肌肉收缩等均影响效果；

空间分辨率不如传统X线技术高。71⑦应用数字减影技术，可将造影剂稀释减量；18

三、造影检查（Contrastmediaexamination)

1、普通X线检查→人体自身组织天然对比（如胸片）→形成影像。

2、造影检查→将对比剂引入器官内或周围→人为形成密度差→形成影像。造影检查明显扩大了X线检查范围。

3、对比剂分易被X线穿透和不易被X线穿透两大类。

↓↓阴性造影剂阳性造影剂

↓↓氧气、二氧化碳钡剂、碘剂

4、对比剂引入人体内方法有直接引入（逆行造影、经皮肝穿等）和生理积聚（如IVP、胆道静脉造影等），使用对比剂应注意药物反应。72三、造影检查（ContrastmediaexamiX线断层图像2.优点：图像逼真、清晰、密度分辨率高，解剖关系明确，对病变的定位和定性诊断较普通X线有明显提高

73X线断层图像20

原理：CT断层装置是利用X线管,围绕人体的长轴进行旋转照射,并于对侧设置检测器吸收通过人体的不同衰减的X线,并转换成电信号送入电脑,进行处理,重建成图像后在监视器上(CRT)显示出横断面图像,亦可再建构成矢状、冠状面等图像。第二章CT成像基础

原理：CT断层装置是利用X线管,围绕人体的长轴进74

探测器

高压发生器

高电压

球管X-ray

人体DAS

计算机

显示

图像后处理照相探测器高压发生器高电压球管X75CT机构成

CT机主要由硬件部分与软件部分所构成。硬件部分主要由扫描架、扫描床及控制台三大部分所组成。X线管及发生器、检测器设置在扫描架内,控制台内装有微型电子计算机以及图像显示器。为了将扫描图像摄在胶片上,另设有多幅照像机,近年逐渐应用激光照相机,使照片图像更加清晰.CT机构成CT机主要由硬件部分与软件部分所构成。硬76医学影像成像基础知识课件77CT的进展第一代CT为一个球管加一个探测器结构，采集方式为旋转加平行移动式CT的进展第一代CT为一个球管加一个探测器结构，采集方式为78第二代CT具有多个探测器，但仍采用旋转加平移的扫描方式CT的进展第二代CT具有多个探测器，但仍采用旋转加平移的扫描方式CT的79第三代CT的探测器达到数百个，采集过程为球管和探测器组沿受照物做往复式旋转.CT的进展第三代CT的探测器达到数百个，采集过程为球管和探测器组沿受C80在1989年，由于滑环技术的运用，使连续旋转成为可能，从而奠定了螺旋扫描方式的基础。在1989年，由于滑环技术的运用，使连续旋转81CT的进展

第五代CT扫描机(EBCT)CT的进展第五代CT扫描机(EBCT)82CT的发展方向缩短扫描时间0.5”提高分辨率0.5mm图像重建时间0.5”开发新功能CT的发展方向缩短扫描时间0.5”83高压低压滑环技术—连续旋转螺旋体积扫描—连续取样连续进床连续曝光体积数据应用-高速计算机、大容量磁盘专用球管CTACTEMPRVRT螺旋CT机工作原理及特点CT的进展高压低压滑环技术—连续旋转螺旋体积扫描—连续取样连续进床连续84CT的进展CT的进展85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一幅图象多层螺旋CT机：锥形X射线束多排探测器四套数据采集通道每一个旋转周期可得四幅图象CT的进展单层螺旋CT机：多层螺旋CT机：CT的进展86CT的进展