第一章 医学影像学的发展

医学影像解剖学主讲人：王雪梅第一篇绪论医学影像解剖学是基于各种成像技术，研究正常人体各解剖结构形态、位置及结构间相互关系的一门学科。因此，它是沟通医学影像学和人体解剖学之间的桥梁，是医学影像学发展的产物，并伴随医学影像学每一阶段的发展而发展。据此，本篇将分两章分别概述医学影像学的发展、临床应用状况和医学影像解剖学的发展及其相关内容。学习目标：了解医学影像学的发展和临床应用状况，掌握现代影像学名词。重点内容：1、现代影像学名词CR、DR、CT、MRI等2、CT的后处理技术主要包含哪些？自伦琴1895年发现X线以后不久，在医学上，X线就被用于对人体的检查，并奠定了医学影像学的基础。到70年代末又相继出现了计算机体层摄影（computedtomography，CT）、磁共振成像（magneticresonanceimaging，MRI）和发射体层摄影（emissioncomputedtomography，ECT）如单光子发射体层摄影（singlephotonemissioncomputedtomography，SPECT）和正电子发射体层摄影（positronemissiontomography，ECT）等技术。近年来，随着医学影像硬件技术、计算机技术和网络通讯技术的发展，极大的促进了医学影像技术的进步。本章重点介绍X线检查、CT检查、MRI检查的发展及临床应用状况。第一节X线检查X线检查根据临床需求，先后出现了普通X线摄影、放大摄影、记波摄影、软射线摄影、高千伏摄影等技术。随着X线硬件技术、计算机技术和网络通讯技术的发展以及三者的结合，在20世纪80年代产生了计算机X线摄影(computedradiography，CR)，使普通X线摄影质量有了较大的改善，解决了X线摄影的数字化问题，但尚未改变其工作模式和流程；在90年代中期数字化X线摄影(digitalradiography，DR)进入临床应用，不但提高了X线摄影质量，而且改变了传统X线摄影的工作模式和流程，结束了X线模拟成像时代。CR是一套系统，工作流程与普通X线摄影相同，不同点在于X线影像信息的载体不同，即CR用影像板（imagingplate，IP）替代了X线片。IP是CR的关键部分，记录通过人体衰减的X线信息，通过激光扫描装置将贮存于IP上的潜影转换成电信号，再经过计算机存储和处理，以显示器(软拷贝)或胶片（硬拷贝）显示。CR图像可经网络存储和传输，使X线摄影的数字化得以实现。与传统X线成像对比，CR有如下优点：1、数字化输入代替了书写或者贴铅字2、可以反复运用的成像板取代了胶3、用计算机查阅影像替代了观片灯4、磁盘存储图像，节约了人力和物力5、胶片给就诊者，方便临床诊治工作6、可通过PACS传输图像进行远程会诊7、可对影像做后处理，提高诊断质量CRDR是利用平板探测器（FDP）接受穿过人体的X线信息，然后直接将这些信息转化成数字信号，输送给图像处理系统，以显示器(软拷贝)或胶片（硬拷贝）显示。DR的应用大大提高了图像质量，减低了曝光剂量。一些先进功能的开发和应用如能量减影、时间减影、组织均衡、计算机辅助诊断（CAD）、图像拼接、体层合成和骨密度测量等，为临床提供了更多的诊断信息。与CR对比，DR有如下优点：a、不用成像板b、成像速度快，10秒内即可完成图像打的采集和处理全过程c、图像比CR更清晰总之，CR是X线摄影数字化进程的必要过渡，DR是X线摄影数字化的必然发展，二者将会长期共存，功能互补，共同发展。随着CR、DR技术的不断完善和图像存储与传输系统（picturearchivingandcommunicationsystem，PACS）的引入，将促进远程医学和远程放射学的发展和影像领域的“无胶片”时代的到来。DR第二节CT检查一、CT设备的发展CT是普通X线摄影和计算机技术相结合的产物，是医学影像学发展史上的重大革命。1972年Hounsfield和Ambrose在英国放射学年会上发表正式论文，宣告CT机的诞生。1974年，美国GeorgeTown医学中心工程师Ledley设计了全身CT机。此后，CT设备的硬、软件技术经历了3次革命。第1次是1989年在CT传统单层旋转扫描的基础上，采用了滑环技术和连续进床技术从而实现了螺旋扫描即单层螺旋CT(singlespiralCT，SSCT)的诞生；第2次是1998年推出的多层螺旋CT(Multi－SliceCT，MSCTorMulti－DetectorCT，MDCT)即多层螺旋CT的诞生，一次扫描可同时获得多幅图像，大大提高了扫描速度；第3次是2004年推出的64层螺旋CT又称容积CT(volumeCT)即容积CT的诞生，开创了容积数据成像时代，克服了扫描速度、覆盖范围和层厚三者相互制约的难题。2005年，西门子公司推出一款新概念机型即双源CT，此设备具有2个互相垂直的探测器，各有1个X线球管与之对应。双源CT改变了原有CT的基本结构，进一步提升了CT的时间分辨率，在心脏成像上可以忽略心律与心率的因素，从而可获得高质量的冠状动脉影像。淋巴转移：淋巴结血行转移：肺内、胸膜、骨骼局部侵犯：胸膜、骨骼二、CT新技术的应用（一）多平面重组与表面三维重组螺旋CT连续扫描所获的原始数据是多平面重组（multi－planarreconstruction，MPR）及三维重组技术的基础，利用螺旋CT扫描获得的容积数据，经计算机重组可形成冠状面、矢状面及任意方位图像，以及脏器表面结构各种三维图像如最大强度投影（maximumintensityprojection，MIP）、表面遮盖显示（surfaceshadeddisplay，SSD）、容积再现（volumerendering，VR）图像等，有利于显示结构的复杂解剖和空间关系。主要临床应用于骨性结构、含气器官、腹腔脏器和肿瘤等（图1－1－1－1～4）。图1－1－1－1肾动脉CTA：MIP图左肾动脉右肾动脉肾上腺动脉图1－1－1－2结肠SSD图狭窄处为肿瘤所侵（箭）图1－1－1－3骨性胸廓VR图锁骨肩胛骨肋骨脊柱图1－1－1－4脊柱VR图颈椎胸椎腰椎骶尾椎（二）CT血管成像由于MSCT在短时间内可完成大范围的连续扫描，以及计算机后处理功能的提高，使CT血管成像(CTangiography，CTA)成为可能。CTA图像后处理方法主要包括SSD、VR、MIP、曲面重组（curvedplanarreconstruction，CPR）、MPR等，多种方法的，可提高CTA显示血管病变的准确性。CTA广泛用于全身各部位血管结构的显示，由于多层螺旋CT大范围薄层采集的各向同性，血管造影图像质量好，在一定程度上可以替代常规血管造影检查（图1－1－1－1）。（三）CT虚拟内镜CT虚拟内镜(CTvirtualendoscopy，CTVE)是将螺旋CT容积采集的原始数据经后处理技术，重组出空腔器官内表面的三维图像，类似于纤维内镜所见。螺旋CT连续扫描获得的原始容积数据重建出三维图像是CTVE的基础，以此为基础通过调节CT值阈值及透明度，使勿需观察的组织透明度设为100％，以消除其伪影，将需观察的组织透明度设为0，以保留其图像，再设置人工伪彩，即可获得CTVE图像。CTVE可用于观察鼻腔、鼻窦、鼻咽、喉、气管支气管、胃肠道、膀胱、血管等中空器官的内表面。（四）CT灌注成像CT灌注成像（CTperfusionimaging，CTPI）是获得活体组织微循环血流信息的一种检查方法，是CT由单一形态学影像向功能性影像发展的标志。在周围静脉内快速团注对比剂后，对兴趣层面进行连续快速的同层动态扫描，将所获得数据通过专用CT灌注软件处理，得出感兴趣每一像素的时间－密度曲线(time-densitycurve，TDC)，并可利用不同的数学模型计算出单位时间内组织的血流量(bloodflow，BF)、血容量(bloodvolume，BV)、对比剂平均通过时间(meantransittime,MTT)、对比剂峰值时间(timetopeak，TTP)和表面通渗性(permeabilitysurface，PS)等，还可进行伪彩处理，获得直观清楚的上述各参数的彩色图像。CTPI已应用于脑、肝脏、胰腺、肾脏及前列腺等脏器和占位性病变的研究。第三节MRI检查磁共振成像（magneticresonanceimaging，MRI）是利用原子核在强磁场内发生共振所产生的信号经图像重建的一种成像技术。一、磁共振成像技术的发展早在1946年美国科学家Bloch等报道了磁共振现象；1973年美国科学家Lauterbur在美国著名科学学术杂志Nature发表了水的磁共振成像图像。1986年第1台磁共振成像仪研制成功，1993年用于研究与测量人类大脑功能的磁共振成像仪即功能MRI（fMRI）问世。MRI现已广范应用于医学影像诊断、医学基础研究，以及医学治疗（MRI介入治疗）等。目前，最新超高场7T全身MR成像仪用于临床的申请已在2005年1月被美国FDA批准，并开始投入临床测试与应用；9．4TMR成像仪现正在美国通过FDA无明显危险许可证；以3T为代表的超高场MR成像仪已有成熟的临床与科研应用报道。因此，超高场MR成像仪现已成为磁共振技术发展的主力军。虽然高场强MR成像仪近年所占比例正逐步提高，但同时高端产品的技术正在向低磁场MR成像仪转移。低场产品如开放式MR成像仪的技术性能明显提高，功能也明显增多；低场中的梯度磁场普遍可达到15mT以上，切换率可达25～50mT；如0．5T、1．0T、1．5T的低磁场MR成像仪均可配备SENS技术、全景式阵列线圈、交互式实时功能等以往只有高端产品才有的先进技术。磁共振技术今后的方向将主要体现在射频系统，而梯度系统将向双梯度或多梯度发展；磁体将被超短磁体所取代。二、临床应用进展MRI不仅可提供解剖结构从二维到三维、四维并与大体解剖相一致的形态学信息，而且还可提供比大体解剖更丰富的功能信息，甚至代谢信息（图1－1－3－1）。图1－1－3－1三维增强磁共振血管成像（3D－CE－MRA）：左上叶肺动脉缺如（箭）左锁骨下动脉左颈总右锁骨下动脉右颈总动脉MR皮层功能定位研究已发现了传统解剖学与生理学不了解的神经反射路径；脑与心肌的MR灌注成像提供了缺血的脑组织与心肌组织存活的状态，从而修改了传统的治疗方案；MR扩散成像用于脑肿瘤的影像学分析，可发现恶性脑肿瘤的范围与MR强化的范围并不完全一致，而周围水肿区内仍有肿瘤细胞，解释了脑肿瘤术后复发的疑问；fMRI应用于癫痫研究，解决了癫痫灶的定位问题；MRI心脏灌注成像可量化心肌在毛细血管水平的灌注状况，特别是在缺血状态下的灌注特征；MRI心腔成像可以实时显示心腔中血流状态、心瓣膜形态与功能、射血分数、心腔容量等；MR胆胰管成像（MRcholangiopancreatography，MRCP）取代了传统的内窥镜逆行胰胆管造影（endoscopicretrogradecholangiopancreatography，ERCP）；MRI动态增强扫描能显示肝脏局部病变的血供，并能发现常规MRI不能显示的病灶，提高了小肝癌的检出率；同时还能显示肝肿瘤对血管的侵及情况。磁共振波谱（MRspectroscopy，MRS）成像可以观察组织的代谢变化。思考题1．何为CR、DR？其临床应用状况如何？2．CT的后处理技术主要包括哪些？并说明英文缩写及定义。3．简述磁共振水成像技术的应用情况。