医学影像学第六版

第一篇总论伦琴（WilhelmConradRotgen）1895年发现X线以后不久，X线就被用于人体检查，进行疾病诊断，形成了放射诊断学（diagnosticradiology）这一新学科，并奠定了医学影像学（medicalimaging）的基础。至今放射诊断学仍是医学影像学中的重要内容，应用普遍。20世纪50年代到60年代开始应用超声与核素显像进行人体检查，出现了超声成像（ultrasonography）和Y闪烁成像（Y－scintigraphy）。70年代和80年代又相继出现了X线计算机体层成像（X－raycomputedtomography，X－rayCT或CT）、磁共振成像（magneticresonancelmaging，MRI）和发射体层成像（emissioncomPutedtomograPhy，ECT），包括单光子发射体层成像（singlePhotonemissioncomputedtomograPhy，SPECT）与正电子发射体层成像（Positronem1ss1ontomograPhy，PET）等新的成像技术。这样，仅100年多一点的时间就形成了包括放射诊断的影像诊断学（iagnosticimaging）。虽然各种成像技术的成像原理与方法不同，诊断价值与限度亦各异，但都是使人体内部结构和器官成像，借以了解人体解剖与生理功能状况及病理变化，以达到诊断的目的，都属于活体器官的视诊范畴，是特殊的诊断方法。近30年来，由于微电子学与电子计算机的发展以及分子医学的发展，致使影像诊断设备不断改进，检查技术也不断创新。影像诊断已从单一的形态成像诊断发展为形态成像、功能成像和代谢成像并用的综合诊断。继CT与MRI之后，又有脑磁源图（magnetic”sourceimaging，MSI）应用于临床。分子影像学（molecularimaging）也在研究中。影像诊断学的发展还有很大潜力。现在数字成像已由CT与MRI等扩展到X线成像，使传统的模拟X线成像也改成为数字成像。数字成像改变了图像的显示方式，图像解读也由只用照片观察过渡到兼用屏幕观察，到计算机辅助检测（computeraideddetection，CAD）。影像诊断也试用计算机辅助诊断（computeraideddiagnosis，CAD），以减轻图像过多、解读费时的压力。图像的保存、传输与利用，由于有了图像存档与传输系统（picturearchivingandcommunicationsystem，PACS）而发生巨大变化，并使远程放射学（teleradiology）成为现实，极大地方便了会诊工作。由于图像数字化、网络和PACS的应用，影像科将逐步成为数字化或无胶片学科。70年代兴起的介入放射学（interventionalradiology）是在影像监视下对某些疾病进行治、疗的新技术，使一些用内科药物治疗或外科手术治疗难以进行或难以奏效的疾病得到有效的医治。介入放射学已成为同内科和外科并列的三大治疗体系之一。介入放射学发展也很快。影像监视系统除用X线成像，如数字减影血管造影（digitalsubtractionangi。graphy，DSA）外，超声、CT与MRI也应用于临床。介人治疗的应用范围已扩大到人体各个器官。结构的多种疾病，疗效不断提高。在设备、器材与技术上都有很大改善。在临床应用与理论研究上也都有很大进步。纵观影像诊断学与介人放射学的应用与发展，可以看出医学影像学的范畴不断扩大，诊治水平明显提高，已成为运用高科技手段最多，在临床医学中发展最快，作用重大的学科之一。影像学科在临床医疗工作中的地位也有明显提高，已成为医院中作用特殊、任务重大、不可或缺的重要临床科室。影像学的发展也有力地促进了其它临床各学科的发展。建国以来，我国医学影像学有很大发展，特别是改革开放以后。在各医疗单位都建有影像科室，已涌现出一大批学科带头人和技术骨干。超声、CT、ECT和MRI等先进设备已在较多的医疗单位应用。不论在影像检查技术和诊断方面或在介人放射学方面都积累了较为丰富的经验。影像诊断水平和介人治疗的疗效都有明显提高。我国的医学影像事业必将有更大更快的发展，为我国人民的卫生保健事业作出它应有的贡献。学习医学影像学应当注意以下几点：影像诊断的主要依据或信息来源是图像。各种成像技术所获得的绝大多数图像，不论是X线、CT或MRI都是以从黑到白不同灰度的图像来显示的，但不同的成像手段，其成像原理不同，例如X线与CT的成像基础是依据相邻组织间的密度差别，而MRI则是依据MR信号的差别。正因如此，正常器官与结构及其病变在来自不同成像技术的图像上影像表现不同。例如骨皮质在X线与CT上呈白影，而在MRI上则呈黑影。因此，需要了解不同成像技术的基本成像原理及其图像特点，并能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、归纳与综合而作出的。因此，需要掌握图像的观察与分析方法，并能辨别正常表现与异常表现以及了解异常表现的病理基础及其在诊断中的意义。不同成像技术在诊断中都有各自的优势与不足。对某一疾病的诊断，可能用一种检查就可明确诊断，例如外伤性骨折，X线检查就多可作出诊断；也可能是一种检查不能发现病变，而另一种检查则可确诊，例如肺的小结节性病变，胸部X线片未发现，而CT则能检出并诊断为肺癌；也可能是综合几种成像手段与检查方法才能明确诊断。因此，就需要了解不同的成像手段在不同疾病诊断中的作用与限度，以便能恰当的选择一种或综合应用几种成像手段和检查方法，来进行诊断。影像学检查在临床医学诊断中的价值是肯定的，但应指出其诊断的确立是根据影像表现而推论出来的，并未直接看到病变。因此，影像诊断有时可能与病理诊断不一致，这是影像诊断的限度。在进行诊断时，还必须结合临床材料，包括病史、体检和实验室检查结果等，互相印证，以期作出正确的诊断。介人放射学与影像诊断学不同，有其自身的特点，诸如治疗机理、技术操作与临床应用原则等。因此，需要了解其基本技术与理论依据，价值与限度和不同治疗技术的适应证、禁忌证与疗效，以便能针对不同疾病合理选用相应的介人治疗技术。本教材所介绍的内容也将从上述几项要点着眼。第一章X线成像第一节普通X线成像一、×线成像基本原理与设备（一)x线的产生和特性1．x线的产生X线是真空管内高速行进的电子流轰击钨靶时产生的。为此，X线发生装置主要包括X线管、变压器和操作台。x线管为一高真空的二极管，杯状的阴极内装有灯丝，阳极由呈斜面的钨靶和附属散热装置组成。变压器包括降压变压器，为向X线管灯丝提供电源，一般电压在12V以下；和升压变压器以向X线管两极提供高压电，需40kV一150kV。操作台主要为调节电压、电流和曝光时间而设置的电压表、电流表、时计和调节旋钮等。在x线管、变压器和操作台之间以电缆相连。X线机主要部件及线路见图l—l。x线的发生过程是向X线管灯丝供电、加热，在阴极附近产生自由电子，当向X线管两极提供高压电时，阴极与阳极间的电势差陡增，电子以高速由阴极向阳极行进，轰击阳极钨靶而发生能量转换，其中1％以下的能量转换为X线，99％以上转换为热能。X线主要由X线管窗口发射，热能由散热设施散发。2．x线的特性X线属于电磁波。波长范围为o．oo06—50nm。用于X线成像的波长为O．031一o．008nm(相当于40一150kV时)。在电磁辐射谱中，居Y射线与紫外线之间，比可见光的波长短，肉眼看不见。此外，X线还具有以下几方面与X线成像和X线检查相关的特性：穿透性X线波长短，具有强穿透力，能穿透可见光不能穿透的物体，在穿透过程中有一定程度的吸收即衰减。X线的穿透力与X线管电压密切相关，电压愈高，所产生的X线波长愈短，穿透力也愈强；反之其穿透力也弱。X线穿透物体的程度与物体的密度和厚度相关。密度高，厚度大的物体吸收的多，通过的少。X线穿透性是x线成像的基础。荧光效应：X线能激发荧光物质，如硫化锌镉及钨酸钙等，使波长短的X线转换成波长长的可见荧光，这种转换叫做荧光效应。荧光效应是进行透视检查的基础。感光效应：涂有溴化银的胶片，经X线照射后，感光而产生潜影，经显、定影处理，感光的溴化银中的银离子(Ag’)被还原成金属银(Ag)，并沉积于胶片的胶膜内。此金属银的微粒，在胶片上呈黑色。而未感光的溴化银，在定影过程中，从X线胶片上被清除，因而显出胶片片基的透明本色。依金属银沉积的多少，便产生了从黑至白不同灰度的影像。所以，感光效应是x线摄影的基础。电离效应：X线通过任何物质都可产生电离效应。空气的电离程度与空气所吸收X线的量成正Lb，因而通过测量空气电离的程度可测X线的量。X线射入人体，也产生电离效应，可引起生物学方面的改变，即生物效应，是放射治疗的基础，也是进行X线检查时需要注意防护的原因。(二)x线成像基本原理X线之所以能使人体组织结构在荧屏上或胶片上形成影像，一方面是基于X线的穿透性、荧光效应和感光效应；另一方面是基于人体组织结构之间有密度和厚度的差别。当X线透过人体不同组织结构时，被吸收的程度不同，所以到达荧屏或胶片上的X线量即有差异。这样，在荧屏或X线片上就形成明暗或黑白对比不同的影像。因此，X线图像的形成，是基于以下三个基本条件：首先，X线具有一定的穿透力，能穿透人体的组织结构；第二，被穿透的组织结构，存在着密度和厚度的差异，X线在穿透过程中被吸收的量不同。以致剩余下来的X线量有差别；第三，这个有差别的剩余X线，是不可见的，经过显像过程，例如用X线片显示、就能获得具有黑白对LL、层次差异的X线图像。人体组织结构是由不同元素所组成，依各种组织单位体积内各元素量总和的大小而有不同的密度。人体组织结构根据密度不同可归纳为三类：属于高密度的有骨组织和钙化灶等；中等密度的有软骨、肌肉、神经、实质器官、结缔组织以及体液等；低密度的有脂肪组织以及有气体存在的呼吸道、胃肠道、鼻窦和乳突气房等。当强度均匀的X线穿透厚度相等、密度不同的组织结构时，由于吸收程度不同，而出现图1—2所示的情况。在X线片上(或荧屏上)显出具有黑白(或明暗)对Lb、层次差异的X线图像。例如胸部的肋骨密度高，对X线吸收多，照片上呈白影；肺部含气体，密度低，X线吸收少，照片上呈黑影；纵隔为软组织，密度为中等，对X线吸收也中等，照片上呈灰影。病变可使人体组织密度发生改变。例如，肺结核病变可在低密度的肺组织内产生中等密度的纤维化改变和高密度的钙化灶，在胸片上，于肺的黑影的背景上出现代表病变的灰影和白影。因此，组织密度不同的病变可产生相应的病理X线影像。人体组织结构和器官形态不同，厚度也不一样。厚的部分，吸收X线多，透过的X线少，薄的部分则相反，于是在X线片和荧屏上显示出黑白对比和明暗差别的影像。所以，X线成像与组织结构和器官厚度也有关。由此可见，组织结构和器官的密度和厚度的差别，是产生影像对比的基础，是X线成像的基本条件。(三)x线成像设备X线机包括X线管及支架、变压器、操作台以及检查床等基本部件。影像增强电视系统(imageintensifytelevision，IITV)已成为x线机主要部件之一。为了保证X线摄影质量，X线机在摄影技术参数的选择、摄影位置的校正方面，多已是计算机化、数字化、自动化。为适应影像检查的需要，除通用型X线机外，还有适用于心血管、胃肠道、泌尿系统、乳腺及介入技术、儿科、手术室等专用的x线机。二、×线图像特点X线图像是由从黑到白不同灰度的影像所组成，是灰阶图像。这些不同灰度的影像是以光学密度反映人体组织结构的解剖及病理状态。应当指出，人体组织结构的密度与X线图像上影像的密度是两个不同的概念。前者是指人体组织中单位体积内物质的质量，而后者则指X线图像上所显示影像的黑白。物质的密度与其本身的比重成正LL，物质的密度高，比重大，吸收的X线量多，影像在图像上呈白影。反之，物质的密度低，比重小，吸收的X线量少，影像在图像上呈黑影。因此，图像上的白影与黑影，虽然也与物体的厚度有关，但主要是反映物质密度的高低。在工作中，通常用密度的高与低表述影像的白与黑。例如用高密度、中等密度和低密度分别表述白影、灰影和黑影，并表示