放射学总论-课件

放射诊断学1河北医科大学中医院放射科 王勇总论现代医学影像学起源于X线的发现。1895年伦琴发现X线，1896年被应用于医学。形成了放射诊断学，奠定了医学影像学的基础。21895年12月28日德国人伦琴 于德国维尔茨堡物理和医学学会发表了《一种新射线--初步研究》3世界上第一张X光片是伦琴摄于1895年12月22日，是其夫人的手部4世界上第2张X光片是一个足弓低的人5医学影像学的发展过程X线1896年被应用于医学，形成了一门新的医学学科----放射诊断学。

X线影像诊断技术的发展可分为两个阶段，在X线发现后的前半个多世纪为第一阶段，根据X线对不同物体的穿透能力的差异，人们提出了X线透视和摄影的理论，制造出X线管及其相应的探测器件，开发出第一种X线影像诊断设备——X线机，并不断加以完善，使X线摄影术成为医疗诊断最基本的手段之一。70年代以后为第二阶段，由于物理学、电子学和计算机等学科的迅速发展，一方面X线机得到进一步发展，发明了抗散射格栅、造影剂和影像增强器等技术，另一方面许多新型的X线影像诊断新技术应运而生，如X线计算机辅助断层摄影(CT)、数字减影血管造影(DSA)、计算机放射摄影

(CR)和数字放射摄影(DR)等。6现代医学影像学分为三大阵营：1、传统影像学2、放射介入医学3、分子影像学7•8影像诊断的主要依据是图像。

X线、CT或MRI等都是以从黑到白不同灰度的影像显示的，不同的成像技术，其成像原理不同，正常器官与结构及其病变在不同成像技术的图像上表现也不同。因此，我们需要了解不同成像技术的基本成像原理及图像特点，由影像表现推测其组织性质。影像诊断主要是通过对图像的观察、分析、归纳和总结而作出的。因此，需要掌握图像的观察与分析方法，辨别正常及异常表现、了解异常表现的病理基础及其在诊断中的意义。不同的成像技术在诊断中有各自的优势和不足，不是一种成像技术可适用于人体所有器官的检查和疾病诊断，也不是一种成像技术能完全取代另一种成像技术，而是相辅相成、相互补充。

因此，需要了解不同成像技术在人体不同部位及不同疾病诊断中的价值与限度，以便选择恰当的成像技术和检查方法。9第一节 X线成像一、X的产生及特性：1、X线的产生：X线是由真空管内高速行进的电子流轰击钨或钼靶时产生的。X线管为一高真空的二极管，杯状的阴极内装着灯丝；阳极由呈斜面的钨靶和附属散热装置组成。102、X线的特性X线是一种波长很短的电磁波，是一 种光子，诊断上使用的X线波长为0.08－0.31埃 （埃A=10-8cm）。112、X线的特性①穿透性••12X线能穿透一般可见光所不能透过的物质，包括人体在内。其穿透能力的强弱与X线的波长以及被穿透物质的密度与厚度有关。X线波长愈短，穿透力就愈大；物质密度愈低，厚度愈薄，则X线愈易穿透。在实际工作中，常以通过球管的电压伏值（KV）的大小代表X线的穿透性（即X线的质），而以单位时间内通过X线的电流（mA）与时间的乘积代表X线的量。②荧光作用••13X线波长很短，肉眼看不见，但照射在某些化合物（如钨酸钙等）被其吸收后，就可发生波长较长且肉眼可见的荧光，荧光的强弱和所接受的X线量多少成正比，与被穿透物体的密度及厚度成反比。根据X线的荧光作用，利用以上化合物制成透视荧光屏或照相暗匣里的增感纸，供透视或照片用。•14③感光作用

X线和日光一样，对摄影胶片有感光作用。感光强弱和胶片接受的X线量成正比。胶片涂有溴化银乳剂，感光后放出银离子（Ag+）,经显影定影处理后，胶片感光部分因银离子沉着而显黑色，其余未感光部分的溴化银被清除而显出胶出本色，亦即白色。由于身体各部位组织密度不同，胶片出现黑—灰—白不同层次的图像，这就是X线照相的原理。④电离作用及生物效应

X线或其它射线（例如γ线）通过物质被吸收时，可使组成物质的分子分解成为正负离子，称为电离作用，离子的多少和物质吸收的X线量成正比。通过空气或其它物质产生电离作用，利用仪表测量电离的程度就可以计算X线的量。同样，X线通过人体被吸收，也产生电离作用，并引起体液和细胞内一系列生物化学作用，使组织细胞的机能形态受到不同程度的影响，这种作用称为生物效应。X线对人体的生物效应是应用X线作放射治疗的基础。另外，在实施X线检查时，对检查者与被检查者进行防护措施亦基于此理。15二、成像原理基于两个因素：

1、X线的特性2、人体组织密度差别这种密度与厚度的差异称为密度对比（Contrast），可分为自然对比和人工对比。16三、X线图像的特点X线图像是由黑到白不同灰度的影像构成，这种灰度成像是通过密度及其变化来反映人体组织结构

的解剖和病理状态。按照人体组织密度的高低，

依次分为骨骼、软组织、液体、脂肪和气体。各

个不同密度的组织吸收及透过X线量不同，才产生透视或照片上影像。在人体内，胸部和骨骼的自

然密度对比最好，透视和普通照片上应用最多。

凡是密度最大的部份（骨骼）吸收X线最多，通过

X线量很少，在照片上显出白色影像；反之，密度较小的部份（例如空气或软组织）在照片上出现

黑色影像，此外，还应注意厚度，如心脏的投影，形成明显的白色。1718X线图像是X线穿透部位的不同密度的组织投影总和，是路径上各结构影响的相互叠加。伴影、放大、失真等19四、X线的检查方法（一）普通检查20••1．透视（Fluoroscopy）

使X线透过人体被检查部位并在

荧光屏上形成影像，称为透视。优点：经济；操作简便；能看到心脏、横膈及胃肠等活动情况；同时还可转动患者体位，作多方面观察，以显示病变及其特征，便于分析病变的性质，多用于胸部及胃肠检查。缺点：荧光影象较暗。细微病变（如粟粒型肺结核等）和密度、厚度较大的部位（如头颅、脊椎等）看不太清楚，而且，透视仅有书写记录，患者下次复查时不易做精确的比较。2．照相（Radiography）21亦称摄影。X线透过人体被检查•的部位并在胶片上形成影像，称为X线照相。

照片所见影像比透视清楚，适用于头颅、脊椎及腹部等部位检查。照片还可留作永久记录，便于分析对比、集体讨论和复查比较。但照片不能显示脏器活动状态。一张照片只反映一个体位（体位即照相位置）的X线征象，根据病情和部位，有时需要选定多个投照体位。X线照相机22㈡、特殊检查钼靶软X线照相（Molybdenum

target23radiography）X线束含有不同的波长，线束波在长短决定于X线球管阳极靶面金属材料的原子序数。绝大多数的X线球管都使用钨靶，钨的原子序数为74，能产生短波射线（硬线）多，穿透力强，适用于身体各部位的X线照相，但对于较薄的部位（如手指），特别是软组织，影像效果没有钼靶好。钼的原子序数为42，能产生长波射线（

软线）多，穿透力较弱，适用于软组织X线照相，尤其多用于乳腺疾病的诊断。24（三）造影检查对人体内一些缺乏自然对比的结构或器官，可将密度高于或低于该结构或器官引入器官内或其周围间隙，使之产生对比，以显示其形态与功能的方法，称为造影检查。25自然对比26由于人体各种组织、器官密度和厚度不同，经X线照射，其吸收及透过X线量也不一样。因此，在透视荧光屏上有亮暗之分，在照片上有

黑白之别。这是人体自然形成的密度差别，称为

自然对比。人工对比：人体有些部分，如腹部各脏器，密度大致相同，不具备自然对比的条件，可用对

人体无害、密度大或密度小的物质，引入被检查

的组织器官或其周围，造成密度差异，显出影像，称为人工对比。形成人工对比的方法称为造影检

查，引用的物质叫做造影剂（Contrastmedium）造影剂及其种类：①高密度造影剂：又称阳性对比剂，含钡剂、碘制剂等。2728②低密度造影剂：又称阴性对比节，含空气、氧气及二氧化碳等。由于CT检查的开展已很少采

用。292.消化系统造影检查①食管造影②上消化道气钡双对比造影③十二指肠低张双对比造影④小肠双对比灌肠造影⑤结肠双对比造影⑥经皮肝穿刺胆管造影（PTC）⑦经内镜逆行胰胆管造影（ERCP）30数字胃肠机（透视）31五、X线诊断原则与步骤原则：在熟悉正常解剖、正常X线表现前提下，区分异常表现。步骤：⑴检查投照条件及投照范围⑵结合临床特征⑶先系统读片，然后根据临床表现重点读片⑷描述影像特征并给出诊断结论。影像描述一般包括：病变的位置、分布、数目；形状；周边情况；密度；临近组织器官。32六、数字X线成像1、计算机X线成像（CR）：以影像板代替传统胶片，直接把数据转换为数字信号传到计算机上。优点：提高照相、出片速度；可以后期对图像进行处理；降低照射剂量；提少密度分辨力，对小结节检出率增高；方便储存。缺点：空间分辨率降低。33CR系统342、数字化X线摄影技术（DR）直接成像于显示器，去除了影像板，更加

快捷，信息损失少，较CR空间分辨率提

高，照射剂量更小。35第二节 计算机体层成像（CT）计算断层摄影（Computedomography），简称CT

,是电子计算机和X线相结合，应用到医学领域的重大突破，它使传统的X线诊断技术进入了计算机处理、电视图像显示的新时代。因此CT发明者ounsfield荣获了诺贝尔医学奖。36•371971年第一台CT制成，仅应用于颅脑检查，效果良好。1974年制成全身CT，检查扩大到胸、腹、脊柱及四肢。CT显示横断图像，避免重叠；密度分辨率高，图像清晰；方法简便、迅速、无创伤、无痛苦、无危险。所以得到广泛应用，促进了医学影像学的发展。一、CT成像的基本原理与设备（一）、CT机的基本结构包括扫描部分、计算机系统，图像显示与记录系统和中央控制台。3839CT40（二）、CT的成像基本原理•41CT是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/

转换器（analog/digital

converter）转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层

面分成若干

体积相同的长方体，称之为体素（voxel）。扫描所得信息经计算而获得每个体素的

X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵（digital

matrix）。42数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器（digital/analog

converter）把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即象素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT图像。所以，CT图像是重建图象。每个体素的X线吸收系

数可以通过不同的数学方法算出。4344㈢ 图像特点1、断层显示解剖：摆脱了X线摄影的前后重叠成像。2、高软组织分辨力：可以通过窗宽窗位的调节弥补人眼对灰度分辨力的限制。密度分辨率高，空间分辨率不足。3、建立了数字化标准：用CT值来客观的表示密度差别，摆脱了人为因素的影响。CT值是以数值来说明组织影像密度的高低，但不是绝对值。而是以水为标准，其他组织与水比较的相对值。现用亨氏

单位（Hu），即以水的CT值为0Hu，空气为－1000Hu，骨为＋1000Hu的2000个等级。人体各种组织均包括在2000个等级之内。45空间分辨率：是指CT分辨物体空间大小的能力，常用每厘米内的线对数或所能分辨最小物体的直径来表示。密度分辨率：是指CT对密度差别分辨力，以百分数表示。46㈣ 检查技术1、普通CT平扫：分普通扫描和螺旋扫描，应用于所有部位。强化扫描：静脉注射造影剂，扫描一般为螺旋扫描和时相扫描。2、高分辨CT利用高毫安秒、薄层厚、大矩阵及骨重建算法来实现高空间分辨率，一般用于观察骨质细微结构及肺内微细结构。47㈤ CT分析与诊断1、首先了解扫描方法2、然后逐层观察图像：“窗”技术，通过不同的窗宽及窗位来突出不同密度的组织结构。3、确定病变位置、大小、密度、周围情况等4、后处理技术48一般X线照片的黑白对比度是固定的，但CT 机监视器的黑白即灰度可以通过调节窗位（Windowlevel）和窗宽（Window

width）而改变。窗位是指图像显示所指的CT值范围的中心。例如观察脑组织常用窗位为＋35Hu，而观察骨质则用＋300－＋600Hu。窗宽指显示图像的CT值范围。例如观察脑的窗宽用100，观察骨的窗宽用1000。这样，同一层面的图像数据，通过调节窗位和窗宽，便可

分别得到适于显示脑组织与骨质的两种密度图像。使用窄窗宽，有利于发现与邻近正常组织密度差

别小的病灶。495051第三节 数字减影血管造影（DSA）数字减影血管造影是利用计算机处理数字化的影像信息以消除骨骼和软组织影，使造影剂充盈的血管显影清晰。DSA最常用于心血管病变检查，对心内结构、主动脉瘤、主动脉狭窄及发育异常等显示清晰，是现实冠状动脉的最佳方法。是介入治疗不可缺少的技术。优点：1、实时成像，尤其在介入治疗中可以立即核实导

管、导丝的位置。2、绘制血管路径图，在介入治疗前少

量注入造影剂可跟踪血管路径并储存。3、减少碘剂用量，减轻肾病患者负担。缺点：1、失去参照标志，消去了血管以外的组织结构，无法和体表标志对应。2、对移动敏感。5253545556X线的防护防护对象：医生、患者。防护方式：屏蔽；距离；增加探测器敏感度。57第四节 磁共振成像（MRI）磁共振成像（MRI）是利用原子核在磁场内产生共

振的原理，加上射频脉冲激励产生信号，经计算机处理重建成像的诊断技术。磁共振成像的特点是无放射性损伤，无骨性伪影 ，软组织密度分辨力高，多方位及多序列成像，不需使用对比剂即可显示血管结构等。58—

、 成像基本原理---共振现象。一般指人体内氢原子核在外界强磁场的脉冲射频下的共振。MRI现象人体内广泛存在的氢原子核，其质子有自旋运动，带正电荷而产生磁矩，有如一个小磁体，在均匀的磁场中，小磁体的自旋轴将按磁场磁力线方向重新排列，在这种状态下，用特定的射频脉冲（RF）进行激发，小磁体吸收一定能量而发生磁共振现象。5960射频脉冲停止后，小磁体逐步放出能量，其相位

和能级恢复到原来状态，这一过程称弛豫过程，

其所需的时间称弛豫时间，以毫秒（ms）为单位，有纵向弛豫（T1）和横向弛豫（T2）时间。61正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态。当把它们放入一个强外磁场中，就会发生改变。它们仅在平行或反平行于外磁场两个方向上排列62弛豫过程 被激发的氢原子核释放能量，恢复初始状态的过程。这个过程需要的时间为弛豫时间。T1和T2：T1指90°脉冲后达到原纵向磁化矢量63%

的时间；T2指90°脉冲后原横向磁化矢量衰减到

37%的时间。弛豫时间与MRI成像 人体不同器官的正常组织与病理组织的T1和T2是相对固定的，而且有一定差别。这是MRI成像的基础。设备主要包括主磁体、梯度线圈、射频发射器、信号接收器。63二、

MRI成像设备MRI的成像系统包括MR信号产生和数据采集与处理及图像显示两部分。MR信号的产生是来自大孔径，具有三维空间编码的MR波谱仪，而数据处

理及图像显示部分，则与CT扫描装置相似。MRI设备包括磁体、梯度线圈、供电部分、射频发射器及MR信号接收器，这些部分负责MR信号产生、探测与编码；模拟转换器、计算机、磁盘与磁带机等，则负责数据处理、图像重建、显示与存储。6465•66

磁体有常导型、超导型和永磁型三种，直接

关系到磁场强度、均匀度和稳定性，并影响MRI的图像质量。因此，非常重要。通常用磁体类型来说明MRI设备的类型。常导型的线圈用铜、铝线绕成，磁场强度最高可达0.15～0.3T*，超导型的线圈用铌-钛合金线绕成，磁场强度一般为

0.35～2.0T，用液氦及液氮冷却；永磁型的磁体由永磁性物质制成的磁砖所组成，较重，磁场强度偏低，最高达0.3T。梯度线圈，修改主磁场，产生梯度磁场。其磁场强度虽只有主磁场的几百分之一。但梯度磁场为人体MR信号提供了空间定位的三维编码的可能，梯度场由X、Y、Z三个梯度磁场线圈组成，并有驱动器以便在扫描过程中快速改变磁场的方向与强度，迅速完成三维编码。射频发射器与MR信号接收器为射频系统，射频发射器，主要是由线圈组成。产生不同的脉冲序列，以激发人体内氢原子核产生MR信号。射频发射器及射频线圈很象一个短波发射台及发射天线，向人体发射脉冲，人体内氢原子核相当一台收音机接收脉冲。脉冲停止发射后，人体氢原子核变成一个短波发射台，而MR信号接受器则成为一台收音机接收MR信号。脉冲序列发射完全在计算机控制之下。676869三、MRI图像特点1、多参数成像：其成像参数包括：T1、T2、质子密度等。采用不同的扫描序列和成像参数，可获得T1加

权像、T2加权像和质子加权像。在经典的自旋回波（spin

echo，SE）序列中，通过调整重复时间（repetition

time，TR）和回波时间（echotime，TE），就可得到上述三种图像。一般短TR、短TE可获得T1加权像；长TR、长TE可获得T2加权

像，长TR、短TE可获得质子加权像。70灰阶成像71•

具有一定T1差别的各种组织，包括正常与病变组织，转为模拟灰度的黑白影，则可使器官及其病变成像。MRI所显示的解剖结构非常逼真，在良好清晰的解剖背景上，再显出病变影像，使得病变同解剖结构的关系更明确。值得注意的是，MRI的影像虽然也以不同灰度显示，但反映的是MR信号强度的不同或弛豫时间

T1与T2的长短，而不象CT图象，灰度反映的是组织密度。人体不同组织T1WI和T2WI上的灰度722、 三维成像MRI可获得人体横面、冠状面、矢状面及任何方向断面的图像，有利于病变的三维定位。一般CT则难于作到直接三维显示，需采用重建的方法才

能获得冠状面或矢状面图像以及三维重建立体像。3、流动效应：流空现象，因为血液快速流动，MR成像过程中受到激励的血液在采集信息时已经流出成像层面，所以无论T1、T2都表现为无信号的低亮度区。73四、MRI检查技术

MRI的扫描技术有别于CT扫描。不仅要横断面图像，还常要矢状面或（和）冠状面图像，还需获得T1WI和T2WI。因此，需选择适当的脉冲序列和扫描参数。74•75常用多层面、多回波的自旋回波（spin

echo，SE）技术。扫描时间参数有回波时间（echo

time，TE）和脉冲重复间隔时间（repetition

time，TR）。使用短TR和短TE可得

T1WI，而用长TR和长TE可得T2WI。时间以毫秒计。依TE的长短，T2WI又可分为重、中、轻三种。病

变在不同T2WI中信号强度的变化，可以帮助判断

病变的性质。

例如，肝血管瘤T1WI呈低信号，在轻、中、重度T2WI上则呈高信号，且随着加重程度，信号强度有递增表现，即在重T2WI上其信号特强。肝细胞癌则不同，T1WI呈稍低信号，在轻、中度

T2WI呈稍高信号，而重度T2WI上又略低于中度

T2WI的信号强度。再结合其他临床影像学表现，不难将二者区分。76

MRI常用的SE脉冲序列，扫描时间和成像时间均较长，因此对患者的制动非常重要。采用呼吸门控和（或）呼吸补偿、心电门控和周围门控等，可以减少由于呼吸运动及血液流动所导致的呼吸

伪影、血流伪影以及脑脊液波动伪影等的干扰，

可以改善MRI的图像质量。

为了克服MRI中SE脉冲序列成像速度慢、检查

时间长这一主要缺点，近年来先后开发了梯度回

波脉冲序列、快速自旋回波脉冲序列等成像技术，已取得重大成果并广泛应用于临床。此外，还开发了脂肪抑制和水成像技术，进一步增加MRI信息。77

MRI另一新技术是磁共振血管造影（magneticresonance

angiography，MRA）。血管中流动的血液出现流空现象。它的MR信号强度取决于流速，流动快的血液常呈低信号。因此，在流动的血液及相邻组织之间有显著的对比，从而提供了MRA的可能性。目前已应用于大、中血管病变的诊断，并在不断改善。MRA不需穿剌血管和注入造影剂，有很好的应用前景。MRA还可用于测量血流速度和观察其特征。78

MRI也可行造影增强，即从静脉注入能使质子弛豫时间缩短的顺磁性物质作为造影剂，以行MRI造影增强。常用的造影剂为钆——二乙三胺五醋酸（Gadolinium-DTPA,

Gd-DTPA）。这种造影剂不能通过完整的血脑屏障，不被胃粘膜吸收，完全处于细胞外间隙内以及无特殊靶器官分布，有利于鉴别肿瘤和非肿瘤的病变。中枢神经系统MRI作造影增强时，症灶增强与否及增强程度与病灶血供的多少和血脑屏障破坏的程度密切相关，因此有利于中枢神经系统疾病的诊断。79

带有心脏起搏器的人需远离MRI设备。体内有金属植入物，如金属夹，不仅影响MRI的图像，还可对患者造成严重后果，也不能进行MRI检查，应当注意。80四、MRI诊断的临床应用价值与限度

MRI诊断广泛应用于临床，时间虽短，但已显出它的优越性。

在神经系统应用较为成熟。三维成像和流空效应使病变定位诊断更为准确，并可观察病变与血管的关系。对脑干、幕下区、枕大孔区、脊髓与椎间盘的显示明显优于CT。对脑脱髓鞘疾病、多发性硬化、脑梗塞、脑与脊髓肿瘤、血肿、脊髓先天异常与脊髓空洞症的诊断有较高价值。81

纵隔在MRI上，脂肪与血管形成良好对比，易于观察纵隔肿瘤及其与血管间的解剖关系。对肺门淋巴结与中心型肺癌的诊断，帮助也较大。

心脏大血管在MRI上因可显示其内腔，所以，心脏大血管的形态学与动力学的研究可在无创伤的检查中完成。

对腹部与盆部器官，如肝、肾、膀胱，前列腺和子宫，颈部和乳腺，MRI检查也有相当价值