成像技术与临床应用3

成像技术与临床应用南京中医药大学第三附属医院放射科张武彪

自德国物理学家伦琴1895年发现X线以后。X线被广泛应用到医学临床工作中帮助疾病诊断，形成了放射诊断学，奠定了医学影像学的基础。随着计算机等高科技的发展，医学影像学也飞速发展。第一节X线成像一X线成像基本原理及设备X线是X线管内高速行进的电子流轰击靶面时产生的。为此，X线设备主要包括X线管、变压器、操作台、检查床等基本部件。穿透性:管电压愈高，X线波长愈短，穿透力也愈强。反之，亦然。荧光效应:激发荧光物质发出荧光。感光效应:X线可使胶片上的溴化银感光产生潜影，经显、定影后，胶片变为黑白相间图像(模拟式显影方式）。电离效应:

X线穿过任何物质都可使之电离，产生电离效应。X线可使机体内组织、细胞产生变性，即生物效应，是作为放射治疗的基础，也是要防护的原因。

X线成像原理X线能使人体在荧光屏上或胶片上形成影像，主要是由于X线具有穿透性、荧光作用和感光作用等特性，同时也因为人体组织结构有密度和厚度的差别，这种差别，导致X线透过人体各种不同组织结构时，被吸收的程度不同，到达荧光屏或X线片上的X线量出现差异，从而在荧光屏或X线片上形成黑白对比不同的影像。数字X线成像传统x线摄影是以胶片为介质对形成影像的X线信息进行采集、显示、存储和传递，缺点是摄影技术要求严格，曝光宽容度小，影像的灰度不可调节，而且不可能同时清晰显示各种密度的组织结构，在照片的利用和管理上也有诸多不便。数字X线成像克服了这些缺点。动态范围宽一次曝光可通过窗宽,窗位的调整获得从软组织到骨骼不同的影像,甚至可以清楚到头发。

数字成像分类计算机X线成像（CR）数字X线荧光成像（DF）平板探测器数字X线成像（DR）CRPrincipleofCR数字减影血管造影血管造影是将水溶性对比剂注入血管内，使血管显影的X线检查方法。由于血管影像与骨骼及软组织影发生重叠，影响了血管的显示。数字减影血管造影（DSA）是通过计算机处理数字影像信息，消除了骨骼和软组织影像，使血管清晰显影的成像技术。减影技术时间减影：取一帧不含对比剂的影像作蒙片（mask），与一祯充盈对比剂峰值水平的影像（造影像）（contrastimage)组成一个“减影对”分别输入计算机进行减影处理时，即可得到突出含碘血管结构，消除了其他非感兴趣结构的减影影像。由于减影对是在不同时间获得的，故称时间减影法。是目前最普遍应用的减影方法之一能量减影造影方法：动脉DSA静脉DSA二X线图像特点人体组织密度与X线图像密度概念不一样,前者指人体组织中单位体积物质的质量，后者指X线片上影像的黑白。单位厚度的物质密度大,影像白。反之,物质密度低,影像黑。X线图像系标准X线束穿过人体不同密度、厚度的组织结构的投影总和,将三维立体变为二维图像,因而X线图像与人体组织结构相比,产生形态失真、放大及相互重叠后的复合影像。三X线检查技术

常规X线检查1.透视(fluroscopy)

适用于机体天然对比较好部位,如胸部，观

察器官动态,例如心脏大血管、消化道蠕动等。优点：简便易行、经济，出诊断结果快。缺点：不能显示细微病变；无永久记录，不便前后比较。2.X线摄影（Radiography)X线可使胶片溴化银感光，产生潜影，经显、定影处理，感光部分溴化银还原为金属银，沉淀在胶片上，显示为黑色；未感光部分溴化银脱离胶片，显示为白色。X线摄影对比度及清晰度均佳，适于全身各部检查。造影检查人体组织结构中相当一部分，只依靠自身密度与厚度差异不能在普通X线检查中显影，此时，通过“人工对比”，将高于或低于组织结构的物质引入器官内或其周围间隙使之产生对比显影，称为造影检查，引入的物质称为对比剂。对比剂(ContrastMedium)高密度对比剂

：原子序数高，比重大的物质。常用有钡剂（医用硫酸钡），碘剂（有机碘剂、无机碘剂）低密度对比剂：为原子序数低，比重小的气体，如空气、氧气等，应用少。造影方式1.直接引入：口服、灌注、穿刺注入2.间接引入：注入静脉，通过循环到达靶器官，泌尿系造影，胆道造影。、、口服灌注逆行尿路造影逆行尿路造影口服法胆囊造影穿刺法膝关节充气造影间接引入的静脉尿路·造影穿刺注入造影X线照射人体可产生一定的生物效应。超过容许照射量，可发生放射反应，甚至放射损害。故应该重视防护。放射防护遵循屏蔽防护、距离防护、时间防护原则。X线检查中的防护四X线图像的解读按一定顺序全面而系统地进行观察，区分正常与异常。

对异常X线表现，观察病变的位置、分布、病变数目、病变形状、病变密度、病变边缘、邻近组织、器官改变、脏器功能情况。五X线诊断的临床应用首先要在了解各种检查方法原理基础上选择。选择准确、无创、并发症少、经济。尽量避免重复检查。严格掌握适应症、禁忌症。第二节计算机体层成像ComputedTomography,CT

CT是Hounsfield1969年设计成功，1972年问世的。它开创了数字化成像先河，改变了成像方法。CT显示的是断层解剖图像，其密度分辨力明显优于X线图像，使X线成像不能显示的解剖结构和病变得以显影，从而扩大了人体的检查范围，提高了病变检出率和诊断的准确率。CT极大地促进了医学影像学的发展。基本原理

用X线束对人体检查部位一定厚度的层面进行扫描，由探测器接受衰减的X线，并由光电转换器变为电信号，再由模数转换器变为数字进行计算机处理，获得该层面的每个体素的X线衰减系数，再由数模转换器把每个体素的数字转换成不等灰阶度的像数，按矩阵排列，构成CT图像光电转换体素(voxel)和象素(pixel)CT图像实际上是人体某一部位有一定厚度（如1mm，10mm等）的体层图像。将成像的体层分成按矩阵排列的若干小的基本单元，以一个CT值代表一个小单元内的物质密度，这些小单元称之为体素。同样，一幅CT图像是由很多按矩阵排列的小单元组成，这些组成图像的基本单元被称之为象素体素是一个三维的概念，象素是一个二维的概念逆行尿路造影CT值反映组织对X线的线性吸收系数平均量的一个量的标准。用ct值说明密度，单位为HU。规定水的CT值为0HU，骨皮质的CT值为+1000HU，空气为-1000HU。CT设备(Equipment)扫描部分：X线管、探测器、扫描机架计算机系统图像显示和存储系统普通CTConventionalCT螺旋CTSpiral(helical)CT多层螺旋CTMultisliceCT(MSCT）双源多层螺旋CTDualSourceCT(DSCT）电子束CTElectronbeamCT(EBCT)平板CTFlatpanelCT螺旋CT(spiralCT,SCT或helicalCT)螺旋CT扫描时，检查床上以匀速进入CT机架，同时X线球管连续旋转式曝光，X线束的扫描轨迹呈螺旋状优势：扫描速度快

提高病灶检出率多功能显示病灶可重建出高质量的三维图像和血管造影图像、仿真内镜图像、CT

透视功能等singleslicespiralCTmultislicespiralCTSlice

:2n2→4→8→16→32→64→256……多层螺旋CT的趋势“多排和多层”1998年，8排或16排或32排探测器，实现4层扫描，2002年，24排探测器，实现16层扫描；2004年，32或64排探测器，实现64层扫描；2005年，128层扫描，双球管2006年，256层扫描，2007年，320层扫描200？年，平板探测器，1024X768扫描CT球管的趋势：0.75MHU—1.0MHU—1.5MHU—2.0MHU—3.0MHU---3.5MHU—4.0MHU—5.3MHU—6.3MHU—7.5MHU….2003年SIEMENS0MHU球管

第五代CT也称超快速CT(ultrafastCT,UFCT)、电子束CT(electronbeamCT,EBCT)主要组成部分为电子枪、聚焦线圈、偏转线圈、多排探测器、检查床和控制系统与一般CT不同之处是它没有X线球管最快扫描速度为每层0.05秒，可用于冠状动脉的CT血管造影和心脏造影等双源（球管）CTCT图像特点

CT图像是由一定数目，不同灰度的像素按矩阵排列所构成的灰阶图像，这些像素反映的是相应体素的X线吸收系数。像素越小，数目越多（矩阵越大），图像空间分辨力越高。

CT图像反映器官组织对X线的吸收程度，因此与X线图像所显示的黑白影像一样，黑影表示低吸收区，即低密度区，如肺组织。白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。

CT密度分辨率高,人体软组织密度差别虽小也能形成对比而成像。用组织对X线的吸收系数说明其密度的高低具有一个量的标准，换算成CT值，单位HU。规定水为0HU，空气为-1000HU，骨皮质为1000HU，将人体分为2000Hu(HounsfieldUnit)机体大部组织CT值在－100~＋100之间。

64层螺旋CT可以清晰显示肠系膜缘的小血管窗宽与窗位见图窗宽（windowwidth)是指荧屏图像上16个灰阶所包括的CT值范围为了提高组织结构细节的显示则要采用不同的窗宽窗位（windowlevel)是指观察某一组织结构细节时，以该组织CT值为中心观察CT可佳断面数字化X线平片佳差重叠模拟

CRDR

CT和普通X线平比较空间分辨力密度分辨力成像其它图像质量的进展...二维横断面到三维图像重建CT检查技术平扫(PlainScan)增强扫描(ContrastEnhancement)动态扫描(DynamicScan)高分辨CT(HighResolutionCT,HRCT)CT新技术CT多期增强扫描（HAP,PVP）等平扫动脉期门静脉期小肝癌平扫+增扫平扫增扫动脉期增扫门脉期高分辨率CT扫描(highresolutionCT,HRCT)采用薄层、高分辨率重建算法可得到组织的细微结构图像，(靶扫描）称为高分辨率CT。主要用于肺部弥漫性间质病变以及小结节病变等的检查；显示内耳、中耳听小骨等细微骨结构HighResolutionCT,HRCT图像后处理技术HeadlineEmotion166.5for235.5mm16x1.2mmPich1.3Rotation0.6sec130kV90effectivemAsCourtesyofJiangsuProvPeopleHospital

/NanJin,China64层CT腹部CTAVirtualEndoscopyVECT图像的解读解读CT图像首先要了解扫描的技术与方法，应用合适的窗技术观察重点组织。通过多幁图像立体了解器官的大小、形状和器官间的解剖关系。发现病变要分析病变的位置、大小、形状、数目和边缘，还可测定CT值。通过增强扫描了解病灶强化改变。同时要观察邻近器官和组织的受压、移位和浸润、破坏等表现。CT诊断的临床应用中枢神经系统头颈部胸部心脏与血管腹部盆腔骨骼系统进入医学影像分子诊断水平的PET-CT

PET／CT，是将PET和CT两个设备有机地结合在一起，使用同一个检查床和同一个图像处理工作站。

PET／CT同时具有PET和CT的功能，但它绝不是二者功能的简单叠加，由于PET与CT优势互补，1＋1＞2。

PET可以显示病灶病理生理特征，更容易发现病灶；CT可以精确定位病灶，显示病灶结构变化。PET／CT独有的融合图像，将PET图像与CT图像融合，可以同时反映病灶的病理生理变化及形态结构，明显提高了诊断的准确性。第三节超声成像超声是指振动频率每秒在20000次以上，超过人耳听觉范围的声波。超声成像是利用超声波的物理特性和人体器官组织声学特性相互作用后所产生的信息，经信息处理形成的成像技术，借此进行疾病诊断。超声的物理特性指向性:超声波频率极高，波长很短，在介质中呈直线传播，具有良好的指向性，因此可对人体器官进行定向探测。

反射，折射与散射衰减与吸收:反射、散射、介质吸收等均可使声能衰减，不同生物组织对入射超声的吸收衰减不一，主要与组织中蛋白质和水的含量有关。多普勒效应:当超声发射到一个静止的反射体时，反射波的频率与原发射频率相同。然而当反射体朝向探头运动时，反射频率将高于发射频率，反之，当反射体背离探头运动时，反射频率将低于发射频率。反射和接受频率之差与反射体的运动速度成正比，这种现象叫多普勒效应。这一物理特性已广泛用于心脏血管等活动脏器的检测

超声成像基本原理一般超声仪均含有换能器、信号处理系统和显示器。换能器发射一定频率的超声波，在人体组织中传播时，常可穿透多层界面，在每一界面上均发生不同程度的反射和/或散射，这些反射或散射声波含有超声波传播途中所经过的不同组织的声学信息，被换能器接收并经过仪器的信号处理系统的一系列处理，在显示器上以不同的形式显示为波形或图像。

换能器(探头）信息处理系统显示器线阵型扇型凸弧型人体组织的声学特征无回声（无反射型）—胆汁、尿液、血液低回声（少反射型）—肝、脾强回声（多反射型）—血管壁、结石极强回声（全反射型）—肺、胃肠道胆汁肝胆囊壁肝脏B超心脏B超临床应用无创伤，无痛苦，无电离辐射，无需对比剂可获得各部位软组织器官及管腔结构的高清晰断层影像。提供解剖结构形态学信息，并能反映心血管运动器官的重要生理功能，应用超声多普勒技术可无创伤检测有关血流动力学参数以及观察组织器官血流灌注。1.部位适用于全身各部位软组织及实质性脏器疾病的诊断2.诊断疾病(1)各部位的急性炎症、囊肿、积液、结石、良性与恶性肿瘤、创伤等。(2)血管疾病(3)心脏疾病(4)妊娠3.超声引导下穿刺活检或治疗4.超声监测介入治疗或外科术中监测局限性对骨骼，肺和肠管的检查受限伪影较多，显示范围较小，图像整体性不如CT，MRI第四节磁共振成像核磁共振（NuclearMagneticResonance,NMR)磁共振成像（MagneticResonanceImage,MRI)

20世纪80年代初NMR成像用于临床以来，为了与放射性核素检查相区别，改称为磁共振成像（magneticresonanceimaging,MRI）。在此期间，MRI得到了迅猛发展，由于硬件及软件设备的改进，扫描时间已从原先的以分钟计发展到目前以毫秒计，图像质量也大大提高，已成为临床重要的检查手段

磁共振成像是利用体内氢原子核在强磁场内发生磁矩，用射频发生共振提供能量，改变磁矩；停止射频，恢复磁矩，释放能量，产生信号，经计算机处理，形成MR图像。氢原子核磁矩平时状态

磁矩取向任意、无规律，磁矩相互抵