医学成像技术-绪论

医学成像原理生物医学工程11级现代医学影像技术概述

ModernMedicalImageTechnology医学影像技术：为观察人体内部组织、脏器的形态、功能的变化，而使用的基于工程原理的办法、装置和程序，是进行疾病诊断和人体研究的重要窗口。医学影像技术的分类医学成像系统医学成像技术MedicalImagingtechnology对成像机理（本书）、成像设备、成像系统的分析（数字信号处理）等问题的研究医学图像处理Medicalimageprocessing（数字图像处理）对已获得的图像进一步的处理，以使图像清晰、提高对比度或对图像进行识别分类等。临床医学影像技术ClinicalMedicalImagingTechnology应用前两技术获得的医学图像进行判读和诊断分析医学成像技术的发展概况起源：1895年伦琴发现X射线能穿透人体且穿透性与透过物体的性质有关，即可透视人体内部结构，立即将其应用于医学诊断上。1895-1897年伦琴搞清楚了X射线的产生、传播、穿透力等大部分性质。1901年伦琴获诺贝尔奖。1912年劳埃进行了晶体的X射线衍射实验。主要类别：X射线投影成像（平扫）

X射线CT成像（断扫）

超声成像（断扫）

放射性同位素成像（断扫）

磁共振成像（断扫）下一页伦琴因发现X射线获得首届诺贝尔物理学奖。1901

伦琴(Roentgen) 发现X射线(1895)1914

劳厄（Laue） 晶体的X射线衍射1915

布拉格父子(Bragg) 分析晶体结构1917 巴克拉(Barkla) 发现元素的标识X射线1924

塞格巴恩(Siegbahn) X射线光谱学1927

康普顿(Compton等六人) 康普顿效应1936

德拜(Debye) 化学1946

马勒(Muller) 发现X射线诱导基因突变1962 沃生(Wason等三人) 发现DNA双螺旋结构

1964

霍奇金(Hodgkin) 第一幅蛋白质的X射线衍射图

1979

柯马克和豪森菲尔德（Cormack/Hounsfield）CT1981 塞格巴恩(Siegbahn) 发现

M线系X射线谱同X射线有关的诺贝尔奖返回投影X射线成像系统医学图像从手骨图像开始1896年英国医生首次应用X射线照片作临床诊断。两位英国医生首先摄取了一位妇女手指的X射线照片，并借助这张X照片成功从其手指中取出一根针。百年历史，造福人类，受益人无数成本低、应用广图像质量低——可靠图像处理来改善，如DSA数字减影技术

透视摄影CR、DR食管异物食管异物早期食管肿瘤食管癌小肠蛔虫结肠癌Mammography乳腺造影术Benignlesion-Fibroadenoma

返回CT理论研究：

利用投影重建图像的数学原理

1917年奥地利数学家Radon首次证明

1950’S美国物理学家A.M.Cormack提出实现方法并完成仿真与实验研究，解决了平扫前后物体图像重叠的问题设备：

1972年英国工程师G.N.Hounsfield公布成像结果

1979年Cormack和Hounsfield获得诺贝尔医学奖返回超声成像系统

UltrasoundImagingSystem超声波射入人体，在组织界面上产生较强的回波信号，根据回波的时间和强度，建立扫描平面上人体结构图像。优点：无损、无创、无电离，实时动态图像A型一维

B型黑白二维→彩色超声

C型断面显示

F型

D型多普勒，运动显示

M型超声心动图主要应用：心脏、肝脾等胸腹部软组织检查胎儿心脏

胎儿轮廓

B超（a）声像图示先天性唇裂

明暗不同的光点反映回声变化（b）唇裂儿上唇缺损处上唇缺损处鼻子三维、四维4D超声

三维超声成像是在二维超声的基础上，利用计算机对一系列二维图像进行处理及重建，从而构成三维图像。它不仅保留二维超声的优点，而且又显示了组织结构的立体形态、内部结构表面特征、空间位置关系等；如同一页一页地翻阅图书，可以任意角度、任意平面观察疾病。

而四维超声即在三维超声的基础上展现一个实时连续的观察过程，如同放电影一样。目前世界上最先进的彩色超声设备。“4D”是“四维”的缩写。第四维是指时间这个矢量。对于超声学来说，4D超声技术是新近发展的技术，也是GE公司的独家技术。4D超声技术就是采用3D超声图像加上时间维度参数。该革命性的技术能够实时获取三维图像，超越了传统超声的限制。它提供了包括腹部、血管、小器官、产科、妇科、泌尿科、新生儿和儿科等多领域的多方面的应用。其结果是：能够显示未出生的宝宝的实时动态活动图像或者其它人体内脏器官的实时活动图像。熟睡的胎儿微笑的胎儿打哈欠的胎儿连体婴彩超下的连体婴10周的双胞胎三胞胎四维超声连体胎儿彩超多普勒多普勒血流测量(Dopplerfloodflowmeasurement)

利用多谱勒频移检测红细胞流动的方向和速度超声彩色血流图(colorflowmappingCFM)

将血流信息叠加到B型图像上，以红色表示流向换能器，以蓝色表示背向换能器主要应用于心血管疾病诊断

C型超声诊断仪

在B超广泛地应用于医疗诊断后，人们希望获得与X透视相似的图像，这就是C型超声诊断的图像。C型与B型的成像都是二维图像。但C型的成像画面是与超声束垂直的，它与B型扫描面相差90°。C型检查肿瘤组织，能显示出肿瘤组织的扩大范围，这在临床诊断中极为重要。

F型超声诊断仪

F型与C型的原理基本相同。只不过C型超声仪的延迟电路控制的距离选通门的开启时刻是个可调常数。而F型的距离选通时间是随位置变化的函数。这样，F型的成像画面不是一个平面，而是一个由位置函数决定的曲面。

F型成像画面可从三维角度去观察体内组织及病变情况。

返回放射性同位素成像（核医学）将放射性同位素标记在药物上，然后引入人体，当它被组织吸收后，人体便成了放射源。用探测器在体外定量地观察这些同位素在体内的分布情况，可建立人体结构图像，该图像同时也反映了人体脏器功能和新陈代谢的情况。分类γ

相机发射型CT（EmissionComputedTomography，ECT）

单光子发射型（SinglePhotoECT）

γ

射线旋转接受扫描，重建图像正电子CT（PositronEmissionTomography，PET）

MonitoringTherapywithPET

bromocriptine溴隐亭（可用于治疗垂体瘤）metabolism(代谢)Effectsoftherapyontumormetabolismseeninhours.Anatomicchange(sizereduction)willtakeweeks.返回磁共振成像系统

magneticresonanceimagingsystem1946年Block和Purcell发现磁共振现象，主要用于物质分析，1952年获得诺贝尔物理奖。1973年Lauterbur

仿真二维核磁共振成像1979年人体头部核磁共振成像成功，1980年研制成全身MRI成像原理：由强磁场与人体被成像机体组织的原子核及其所处的生理条件在磁场的作用下发生共振，改变所在位置的磁场强度。MRI成像情况不仅取决于机体组织密度，还与生理、生化状况相关。第一台MRI（MagneticResonanceImaging）装置（1977）。“TheShamefulWrongthatmustberighted!”可耻的错误必须被纠正过来世界上第一张MRI图像RaymondDamadian：核磁共振成像仪MRI脑部图像MRI成像具有功能成像的特点，且可以提取多种参数进行成像阿尔茨海默病（老年痴呆）优势：1.无电离损伤

2.在机体病变发生形态变化前即发生生理和病理变化时即可作出诊断，及早治疗，提高治愈率。（如关节软骨的损伤、骨裂等）不足：价格昂贵

返回其它医学成像技术光学成像－－利用可见光，如内窥镜，检眼镜红外成像－－利用皮肤对8-13微米的红外线辐射率高，能较好的辐射内部产生的红外线的特点，用于浅层循环障碍检测、乳腺肿瘤诊断等生物阻抗成像技术脑电地形图三维重构与显示技术立体定位技术应用影像学定位和定向仪引导,将微电极、穿刺针等显微器械置入脑内特定靶点，通过记录电生理、留取组织标本、产生毁损灶、去除病灶等方法，进行诊断和治疗神经外科的各种病变。图像引导手术导航系统

Image-guidesurgicalnavigationsystem(IGSNS)

患者定位－三维图像重建－制订手术计划－实时监控手术过程下一页

医用内窥镜是一种直接插入人体器官内腔进行实时观察内腔表面形态的诊断器械，它所得到的图像是逼真和直观的。内窥镜品种更多，几乎对人体所有腔体均有相应的内窥镜，如食道镜、胃镜、小肠镜、大肠镜、胆道镜、纵膈镜、支气管镜、尿道镜、膀胱镜、肾盂镜、阴道镜、子宫镜、腹腔镜、关节镜等。最近推出的细径内窥镜，其直径仅为0．07毫米，一个内窥镜可以作多种用途，甚至能进行冠状动脉的检查。返回医学红外成像技术人体的温度（局部）取决于供血与新陈代谢的情况。人体表面温度的分布及变化与体内血液循环，局部组织新陈代谢，组织的热传导特性，以及皮肤与环境间温度差和皮肤湿度等因素有关。当人体内出现组织病变，循环障碍，活性肿瘤等时，都会影响体表温度。任一物体，只要温度高于绝对零度，就一定会有红外线辐射。因此，温度分布是诊断的有用信息。人体的病变组织，加强了与毛细结构有关部门的新陈代谢，导致温度有别于其他组织。用它可以诊断与温度有关的疾病，特别是对浅表部位的肿瘤的诊断、乳房癌的早期诊断、末稍血管疾病的诊断、断肢再植成活情况的鉴别，及皮肤伤痛的评价等。红外图象正常人体热像乳腺癌检测早期治疗是防癌的主要措施。在乳腺早期癌变尚未形成明显的肿块时，其局部组织即会产生相应的变化，如局部血管增生、扩张、迂曲（热图显示为血管倒粗或环状和网状血管），局部组织代谢旺盛，其温度即可升高。箭头处即为乳腺癌区。乳腺癌检测左乳确诊乳腺癌，远红外热像显示，血管明显增粗、代谢旺盛。整体温度明显高于右乳。乳窝处的热区为正常的升温。返回电阻抗断层成像（electricalimpedancetomography，EIT）是根据人体内不同组织具有不同的电阻抗这一物理原理，通过给人体注入小的安全电流，测量体表的电位来重建人体内部的电阻抗分布图像，是医学成像技术的一个新方向。

电阻抗断层成像系统由数据测量系统（DataMeasurementSystem,DMS）及图像重构软件两大部分组成.数据测量系统的作用就是在正弦激励下从体表测量中解调出反映体内阻抗分布的电信号，经A/D及数据处理后为阻抗图像重构算法提供高精度的数据.

EIT技术具有很多优势。既往研究表明某些人体组织的生理功能变化能引起组织阻抗的变化（如：组织充血和放电等），某些组织病理改变也能引起组织阻抗的变化（如癌变等），这些信息将会在EIT图像中体现出来。所以EIT具有功能成像的性质。

该技术对人体无创无害，系统结构简单，测量简便，在对于患者长期的图像监护这方面具有广泛的应用前景，这些是目前多数临床成像手段难以做到的。同时该技术造价低、费用低的特点也非常适合进行广泛的医疗普查。

虽然目前其图像分辨率不能与CT等成像技术相比，但它仍是一种有应用前景的新型成像技术，是对目前医学成像手段的一个有力的补充。返回总结其他

医学图像存储和通信系统

PictureArchivingandCommunicationsSyst