医学影像学绪论专家讲座

医学影像学

绪论

成像技术与临床应用

孙泓泓（H.HSun）副教授西安交通大学医学院第二从属医院医学影像科医学影像学绪论第1页绪论医学影像学发展历史1895年，德国人伦琴发觉X线，所以又被称为伦琴射线。诺贝尔物理奖因授予伦琴而荣耀！伴随计算机发展，出现了超声，CT，MRI和SPECT、PET。医学影像学绪论第2页绪论（续）学习医学影像学方法（影像诊疗思维）影像检验方法适应症及检验方法选择图像分析：正常，异常表现，病理基础影像与临床结合成像技术基本原理和图像特点介入放射学特点医学影像学绪论第3页内容成像技术与临床应用第一节X线成像（讲授）第二节计算机体层成像（讲授）第三节超声成像（自学）第四节磁共振成像（讲授）第五节图像解读与影像诊疗思维（讲授）第六节图像存档和传输系统与信息放射学（自学）医学影像学绪论第4页Photoby:H.HSunPlace:Kenya东非大草原医学影像学绪论第5页第一节X线成像X线产生高速运行电子群撞击物质受阻而产生。X线发生装置球管，变压器，控制器。发生过程阴极产生自由电子——高电压产生两极电势差——高速运行电子群撞击阳极钨靶——1%能量转换成X线。医学影像学绪论第6页X线球管示意图医学影像学绪论第7页X线特征

物理效应穿透性：能穿透可见光不能穿透物体。荧光作用：能使荧光物质发光。电离作用：电离程度与X线吸收量成正比。化学效应感光作用：传统X线胶片成像基础。生物效应细胞损伤，坏死，癌变。放疗和防护基础和原因。医学影像学绪论第8页X线成像原理三个条件：X线要具备一定穿透力。被穿透组织存在着密度或厚度差，穿透后剩下X线量有差异。剩下X线需要有载体来转化成可见影像。医学影像学绪论第9页人体组织结构依据密度不一样分为三类高密度：骨骼、钙化-密度大，吸收X多，X线片上为白色中等密度：软骨、肌肉、神经、实质器官、结缔组织、体液，密度中等，X线片上显示为灰白色低密度：脂肪及气体，密度低，吸收X线少，X线片上显示为灰黑色及深黑色（X线图像特点）

此分类一样适合用于CT医学影像学绪论第10页医学影像学绪论第11页HippoPhotoby:H.HSunPlace:Malawi医学影像学绪论第12页X线检验技术

透视：简单，动态，多方位；敏感性不高。X线摄影（平片）：传统意义上平片已经不存在了。体层摄影：CT基础，已经不用了。高千伏摄影：穿透力强，所谓“硬线”。软X线摄影：乳腺钼靶摄影。放大摄影：几乎不用。造影检验：人为引入对比剂。钡餐，静脉肾盂造影等。医学影像学绪论第13页透视与平片医学影像学绪论第14页体层摄影医学影像学绪论第15页软X线摄影乳腺钼靶机乳腺软X线片医学影像学绪论第16页造影检验胃肠造影静脉肾盂造影医学影像学绪论第17页数字X线成像

计算机X线摄影，CR数字X线摄影，DR数字减影血管造影，DSA医学影像学绪论第18页计算机X线摄影（computedradiography,CR）以影像板(imageplate，IP)替换X线胶片吸收穿过人体x线信息。统计在IP上影像信息经过激光扫描读取，经过光电转换和计算机系统重建，得到数字化图像。CR应用实现了常规X线摄片从近百年模拟成像向数字化成像转变。医学影像学绪论第19页数字X线摄影（digitalradiography,DR）DR接收X线既不是普通胶片，也不是需要经激光扫描读取信息成像板，而是各种类型平板探测器，它们能够把X线直接转化成电信号或先转换成可见光，然后经过光电转换，把电信号传输到中央处理系统进行数字成像。与我们日常生活中使用数码相机类似。医学影像学绪论第20页数字减影血管造影（digitalsubtractionangiography,DSA）数字减影血管造影是将造影前、后取得数字图像进行数字减影，在减影图像中消除骨骼和软组织结构，使浓度很低对比剂所充盈血管在减影图像中显示出来，产生较高图像对比度。

医学影像学绪论第21页DSA减影前减影后医学影像学绪论第22页X线图像解读熟悉正常表现识别异常表现，结合病理学基础位置，分布，数量，形态，边缘，密度邻近器官改变器官功效改变（解剖，病理为基础，影像学就是依据解剖，利用影像学专业术语对疾病病理改变做描述，并最终做出诊疗）医学影像学绪论第23页变色蜥蜴Agama（Acanthocecerus）Photoby：H.HSunPlace：Kenya医学影像学绪论第24页第二节计算机体层成像计算机体层成像（computedtomography，CT），物理基础：X线，故又称：X-CT；成像基础：体层摄影；技术创新：计算机辅助下大量数学运算；检测组织物理特征：密度；创造及设计者：英国人Hounsfield爵士，获诺贝尔物理学奖；CT值单位：Hounsfieldunit，Hu。医学影像学绪论第25页Hounsfield爵士医学影像学绪论第26页基本原理

X线束对一定厚度层面扫描球管在沿该层面旋转一周探测器接收该层面不一样方向透过X线转变为可见光光电转换为电信号再经模拟/数字转换为数字计算机处理后排成数字矩阵数字/模拟转换为灰阶图像—CT图像医学影像学绪论第27页基本概念体素（voxel）与像素（pixel）体素：一定厚度人体某层面分成按矩阵排列若干个小立方体，即基本单元像素：与体素相对应，组成图像基本单元-即为像素二者关系：像素实际上是体素在成像时表现，像素越小，图像分辨率越好医学影像学绪论第28页矩阵（matrix）:一个横成行、纵成列数字阵列；图像面积固定时，矩阵越大，图像越清楚，普通为512×512；空间分辨率（spatialresolution）：在确保一定密度差前提下，显示待分辨组织几何形态能力，CT空间分辨率不如X线；密度分辨率（densityresolution）：指能分辨两种组织之间最小密度差异能力，CT比X线高10-20倍；医学影像学绪论第29页CT值：体素相对X线衰减度（即该体素组织对X线吸收系数）单位：亨氏单位（Hounsfieldunit,Hu)计算公式CT值=1000×(μx-μw)/μw骨：1000Hu水：0Hu空气：-1000Hu医学影像学绪论第30页窗宽与窗位窗宽（windowwidth）是指图像上所包含16个灰阶CT值范围；窗宽影响图像对比度，窗宽增大，图像层次增多，组织对比降低；窗位（windowlevel）又称窗中心，是以某组织CT值为中心观察其细节结构。部分容积效应（partialvolumeeffect）:同一扫描层面内含有两种以上不一样密度物质时，所测CT值是其平均值，不能如实反应其中任何一个物质CT值医学影像学绪论第31页WW：326WL：35WW：70WL：51WW：70WL：35医学影像学绪论第32页CT检验技术

平扫（plainscan，non-contrastscan）：普通扫描或非增强扫描。增强扫描（contrastscan)：经静脉注入水溶性有机碘再行扫描。提升病变组织与正常组织间密度差；显示平片未显示或显示不清病灶；依据强化类型，判断病灶血供情况，借此帮助病变定性。医学影像学绪论第33页CT平扫CT增强扫描医学影像学绪论第34页

CT造影现在最惯用是CT血管造影（CTangiography，CTA）静脉注射造影剂，当造影剂流经靶区血管时开始扫描，然后经过图像处理技术显示血管影。医学影像学绪论第35页CTA医学影像学绪论第36页胸廓CT三维重建图像医学影像学绪论第37页颈部血管CTA医学影像学绪论第38页CT图像解读窗技术增强扫描技术：反应血流情况，结合病理。形态，密度，大小，周围脏器医学影像学绪论第39页走，让我们休息一会儿！医学影像学绪论第40页第四节磁共振成像基本原理

磁共振成像（magneticresonanceimaging，MRI）是经过对静磁场中人体施加某种特定频率射频（radiofrequency，RF）脉冲，使人体组织中氢质子受到激励而发生磁共振现象，当终止RF脉冲后，质子在驰豫过程中感应出MR信号；经过对MR信号接收、空间编码和图像重建等处理过程，及产生MR图像。医学影像学绪论第41页MRI物理基础：磁共振现象；成像基础：断层图像技术；技术创新：计算机辅助下大量数学运算；检测组织物理特征：人体氢核释放信号；创造者：美国伊利诺伊大学PaulC.Lauterbur和英国诺丁汉山大学SirPeterMansfield，共同取得了年诺贝尔生理及医学奖。

医学影像学绪论第42页原子核总是不停地按一定频率绕着本身轴发生自旋(Spin)；原子核质子带正电荷，在自旋过程中产生自旋磁动量—核磁矩，其大小是原子核固有特征，决定MRI信号敏感性；用于人体MRI为1H（氢质子），原因有1H磁矩最强1H在人体分布最广、含量最高通常所指MRI为氢质子MR图像医学影像学绪论第43页通常情况下，尽管每个质子自旋均产生一个小磁场，但呈随机无序排列，磁化矢量相互抵消，人体并不表现出宏观磁化矢量。医学影像学绪论第44页把人体放入大磁场内会发生什么？医学影像学绪论第45页进入主磁场后人体组织质子核磁状态大部分顺磁力线排列，位能低小部分逆磁力线排列：位能高净磁化矢量：由剩下自旋产生磁化矢量，亦称平衡态宏观磁化矢量M0医学影像学绪论第46页在静磁场中，有序排列质子不是静止，而是在作快速锥形旋转即进动（procession）；进动使每个质子核磁存在方向稳定纵向磁化分矢量和旋转横向磁化分矢量；因为相位不一样，只有宏观纵向磁化矢量产生，并无宏观横向磁化矢量产生；MR不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到旋转横向磁化矢量；医学影像学绪论第47页磁共振现象与横向磁化：当向静磁场中人体发射与质子进动频率相同RF脉冲时，质子受到激励，由低能级跃迁到高能级，从而使纵向磁化降低，与此同时，RF脉冲还使质子处于同时同速进动，即处于同相位，这么，质子在同一时间指向同一方向，产生横向磁化。医学影像学绪论第48页射频脉冲停顿后，在主磁场作用下，横向宏观磁化矢量逐步缩小到零，纵向宏观磁化矢量从零逐步回到平衡状态，这个过程称为核磁弛豫（relaxationprocess），而恢复到原来平衡状态所需时间则称之为弛豫时间（relaxationtime）。医学影像学绪论第49页核磁弛豫又可分解为两个部分纵向弛豫（longitudinalrelaxation）：是指90度脉冲关闭后，在主磁场作用下，纵向宏观磁化矢量从零逐步回到平衡状态过程；横向弛豫（transverserelaxation）：也称为T2弛豫，简单地说，横向磁化矢量逐步降低过程。T163%T237%医学影像学绪论第50页不一样组织横向弛豫速度（T2值）不一样T2值：横向磁化由最大值衰减至37%时所经历时间医学影像学绪论第51页不一样组织有不一样T1弛豫时间（T1值不一样）T1值：纵向磁化矢量从最小值恢复至平衡态63%所经历驰豫时间医学影像学绪论第52页不一样组织有着不一样质子密度，T2值，T1值-MRI显示解剖结构和病变基础；磁共振“加权成像（weightedimage）”：加权=“重点突出”T1加权成像（T1WI）--突出组织T1弛豫（纵向弛豫）差异T2加权成像（T2WI）--突出组织T2弛豫（横向弛豫）差异质子密度加权成像（PD）－突出组织氢质子含量差异医学影像学绪论第53页T1值越小

纵向磁化矢量恢复越快

MR信号强度越高（白）T1值越大

纵向磁化矢量恢复越慢

MR信号强度越低（黑）脂肪T1值约为250毫秒

MR信号高（白）水T1值约为3000毫秒

MR信号低（黑）脂肪水医学影像学绪论第54页T2值小

横向磁化矢量降低快

MR信号低（黑）T2值大

横向磁化矢量降低慢

MR信号高（白）水T2值约为3000毫秒

MR信号高脑T2值约为100毫秒

MR信号低水脑组织医学影像学绪论第55页简单地了解T1加权图像上信号高低与T1值呈反比；T2加权图像上信号高低与T2值呈正比。医学影像学绪论第56页MR成像过程把病人放进磁场

人体被磁化产生纵向磁化矢量发射射频脉冲

人体内氢质子发生共振从而产生横向磁化矢量关掉射频脉冲

质子发生T1、T2弛豫线圈采集人体发出MR信号

计算机处理

显示图像医学影像学绪论第57页MRI图像特点灰阶成像：反应是MRI信号强度多参数成像：T1WI,T2WI,PD多方位成像：轴、冠、矢及任意倾斜层面，有利于解剖结构和病变三维定位；流动效应体内流动液体中质子与周围处于静止状态质子相比，在MR图像上表现出不一样信号特征，称为流动效应；血管内快速流动血液产生流空现象--不使用对比剂血管即可显影；医学影像学绪论第58页T1WIT2WI脑白质较高/白灰中等/灰黑脑灰质中等/灰较高/灰肌肉中等/灰中等/灰脑脊液和水低/黑高/白脂肪高/白较高/白灰骨皮质低/黑低/黑骨髓质高/白中等/灰脑膜低/黑低/黑医学影像学绪论第59页简单地了解T1加权图像：灰质是灰滴，白质是白滴，脑脊液是黑滴；T2加权图像：灰质是灰滴，白质是黑滴，脑脊液是亮滴。医学影像学绪论第60页T1加权像T2加权像医学影像学绪论第61页角马大迁徙每年八月，150万头角马从坦桑尼亚塞伦盖蒂草原迁徙到肯尼亚马赛马拉草原。Photoby:H.HSunPlace:Kenya医学影像学绪论第62页MRI检验技术脉冲序列（PulseSequence）：MR成像过程中，RF脉冲、梯度、信号采集时刻设置参数组合自旋回波（SE）序列：采取“90°-180°”脉冲组合，特点：当前最惯用T1WI序列组织对比良好，SNR较高，伪影少最惯用于颅脑、骨关节软组织、脊柱腹部已经逐步被GRE序列取代T2WI少用SE序列（太慢、伪影重）扫描时间2-5分钟医学影像学绪论第63页快速自旋回波（fastSE）序列：采取“90°-180°-180°-….”脉冲组合成像速度快组织对比降低磁敏感性更低T2WI中脂肪信号强度增高能量沉积增加医学影像学绪论第64页梯度回波序列（GRE）：最惯用快速成像序列之一，利用梯度场反向切换产生回波，它序列结构特点是：短TR和小偏转角（<90°）扫描速度快空间分辨率和信噪比高用于屏气腹部扫描、动态增强、血管成像、关节病变等医学影像学绪论第65页IR脉冲序列：采取“180°-90°-180°”脉冲组合形式优点：T1对比很好，信噪比高缺点：扫描时间很长（长TR）STIR—脂肪抑制；液体衰减反转恢复脉冲序列（FLAIR）--抑制游离水高信号；回波平面成像（EPI）：当前成像速度最快技术，每秒可获20幅；优点：最大程度去除运动伪影用于扩散成像、灌注成像、血管造影、脑功效成像、心脏、腹部快速成像等.医学影像学绪论第66页脂肪抑制技术（STIR）抑制前抑制后医学影像学绪论第67页MRI对比增强检验提升MRI影像对比方法选择适当脉冲序列和成像参数人为改变组织MRI特征性参数，及缩短T1和T2驰豫时间---MRI对比剂；MRI对比剂阳性对比剂：钆-二乙三胺五乙酸，即Ga-DTPA(惯用)；阴性对比剂：超顺磁性氧化铁即SPIO医学影像学绪论第68页马拉维湖上独木舟Photoby:H.HSunPlace:LakeMalawi医学影像学绪论第69页MR血管成像技术

Magneticresonanceangiography,MRA无创性检验惯用MRA方法时间飞越法（timeofflight,TOF）三维TOF：信号丢失少、空间分辨率高、采集时间短二维TOF：大容积筛选成像相位对比法（phasecontrast,PC）对比增强MRA（CE-MRA）：静脉团注造影剂，采取快速梯度回波，三维采集，用于胸腹部及四肢医学影像学绪论第70页MR脑血管成像医学影像学绪论第71页腰动脉肠系膜上动脉腹腔干肠系膜下动脉右肾动脉左肾动脉精索动脉门静脉脾静脉下腔静脉门静脉对比增强MRA（打药MRA）医学影像学绪论第72页MR水成像技术

MRhydrography利用静态液体含有长T2驰豫时间特点，使用重T2加权成像技术时，相对静止液体均呈高信号，而T2较短实质脏器及流动血液呈低信号，从而显示含液脏器。安全、无需对比剂、无创性检验包含MR胰胆管成像（MRCP）MR泌尿系成像（MRU)MR椎管成像（MRM）MR内耳成像MR涎腺成像MR泪道成像医学影像学绪论第73页MRCPMRU医学影像学绪论第74页MR内耳成像MR椎管成像医学影像学绪论第75页脑功效成像

functionalMRI,fMRIDiffusionweightedimaging(DWI,弥散加权成像）:当前唯一检测活体组织内水分子扩散