医学影像检查技术

医学影像检查技术学第一章概论医学影像检查技术学是研究临床上获得医学影像方法的科学。它是由多门学科交叉而形成的实用性很强的技术。经一个多世纪的发展，医学影像从模拟成像发展为数字成像，医学检查手段也发生了革命性的飞跃。特别是1973年Hounsfield研制的计算机X线体层扫描（computedtomography；CT）装置的问世，使医学影像检查技术产生了重大发展。随着现代工业技术、电子计算机技术不断向医学领域的渗透，医学成像设备不断更新换代，新的检查技术不断出现，数字成像时代已经到来，并在世界范围内逐渐扩散。数字成像将成为未来成像手段的主流。医学影像检查技术学所研究的内容包括：X线检查技术、CT检查技术、磁共振成像（magneticresonanceimaging；MRI）检查技术及超声检查技术等。为了学生较全面地掌握医学影像检查技术学的临床应用，本教材中还编写了有关X线照片冲洗技术和放射诊断影像质量管理等内容。一、X线检查技术X线检查技术可分为：普通X线检查造影检查数字X线检查三个方面（一）普通X线检查1.透视透视（fluoroscopy）是利用X线的荧光作用，将被检病人位在荧光屏（或影像增强器）和X线管之间，X线穿过人体之后在荧光屏上形成影像。透视是一种既简便又经济的检查方法，可以同时观察器官的形态和功能状态，立即得到检查结果；在检查中也可以转动病人，从不同角度及方位观察器官的形态和功能状态；如果需要记录病变影像，可在透视下选择最佳体位进行点片摄影，保留永久记录，作为复查对比观察或作教学科研资料保存。透视可分为荧光屏透视及影像增强透视。荧光屏透视是直接观察X线穿过人体之后在荧光屏上形成的影像。荧光屏上的影像亮度很弱，检查前必须进行眼睛暗适应15min。荧光屏透视由于影像空间分辨力(specialresolution)较差，图像欠清晰，难以观察细小结构和厚度或密度较大的部位，如腹部、头颅、盆腔等；在暗室内操作，不利于进行复杂的操作，如造影检查、介入治疗、外科固定及异物摘除等。此种透视目前以多被影像增强透视所取代。影像增强透视是利用影像增强器将荧光影像的亮度输出增强到几千倍，影像空间分辨力较荧光屏透视影像有很大的提高，图像可以在电视荧光屏上观察，可以观察结构细小和厚度或密度较大的部位；在明室操作，可以进行程序复杂的操作，有利于造影检查、介入治疗等的开展；所用的管电压较高，管电流量减少，利于病人和医务工作人员的X线防护。是目前最常用的透视方法。透视具有经济、省时、动态观察等优点，是其他X线检查技术所不能取代的，但也有影像细节显示不够清晰，不利于防护和不能留下永久记录等缺点。2.普通X线摄影普通X线摄影（plainfilmradiography）将人体放在X线管和屏-片组合（screen-filmcombination）之间，X线穿过人体之后在胶片上形成潜影，胶片再经冲洗得到照片影像。所得到的照片称平片（plainfilm）。这种检查是最常用的X线检查方法。病人Screen–filmcombination胶片冲洗机照片X线管照片影像空间分辨力较高，图像清晰；对于厚度较大的部位以及厚度和密度差异较小的部位病变容易显示；照片作为永久记录，可长期保存，利于复查对比观察和会诊；病人接受的X线剂量较少，利于X线防护。缺点是照片是一个二维图像，在前后方向上组织结构互相重叠，为立体观察病灶，一般需要作互相垂直的二个方位摄影或加摄斜位；照片仅是瞬间影像，不能实时动态观察器官的功能情况。透视和普通X线摄影的优缺点具有互补性，可根据具体情况选其一种或配合使用，如透视发现病灶时加摄平片，平片影像有疑问时再作透视。3.乳腺摄影乳腺摄影（mammography）是利用钼靶X线机所产生的软X线对乳腺的平片检查技术。管电压在40kV以下，所产生的X线因其能量低、穿透力弱，故称“软X线”。钼靶在20kV～40kV的管电压下易产生单色性强的标识X线，有效原子序数小、密度差小、X线的线吸收系数差别不大的组织结构，软X线可使组织之间的对比度加大，利于观察乳腺腺体、脂肪及病灶等结构。4.体层摄影体层摄影（tomography）是指在X线曝光过程中人体保持不动，X线管和胶片作反向同步运动，摄取人体内某一层面组织影像的检查技术。体层摄影有纵断体层和横断体层之分。横断体层已被淘汰。纵断体层摄取人体某一纵向层面（冠状、矢状或斜面）的组织影像显示清楚，层面以外的结构影像模糊不清。X线管和胶片的运动轨迹有直线、圆、椭圆、内圆摆线、涡卷线等。病人5.放大摄影放大摄影（magnificationradiography）是指利用X线几何投影的原理直接将X线影像放大的摄影技术。摄影时增加肢体与胶片之间的距离，影像放大率必须在允许的范围内，几何学模糊控制在0.2mm以内。影像放大提高了空间分辨力，细微结构显示清晰，比普通X线片提供更多的诊断信息。放大率几何学模糊度=0.2mm焦点=0.3mm（一）造影检查造影检查（contrastexamination）是指人工地将对比剂引入人体内，摄片或透视以显示组织器官的形态及功能的检查技术。引入人体内产生影像的化学物质称对比剂（contrastmedia）。普通平片影像的产生依赖于人体各组织器官的密度或厚度不同，对X线的吸收程度的各异，即存在自然对比。人体内很多器官和组织缺乏自然对比，如血管、肾盂输尿管、胃肠等，平片很难显示，造影后这些组织器官就和邻近结构产生对比形成影像，造影检查扩大了X线诊断范围，提供平片所不能具备的信息，是常用的X线检查方法之一。对比剂引入体内的方法有两种：①直接引入法：直接将对比剂引入到所要观察的部位，如口服对比剂食管、胃、肠的造影；灌注对比剂直肠、结肠造影；直接注入对比剂逆行泌尿道造影、血管造影等。②间接引入法：对比剂经静脉注射入人体后，再经过器官排泄到所要观察的部位，如静脉肾盂造影、静脉胆道造影等。对比剂有阳性对比剂和阴性对比剂两大类。阳性对比剂（positivecontrastmedia）是指原子序数大、密度高、吸收X线多的一类对比剂；阴性对比剂(negativecontrastmedia)则相反原子序数小、密度低、吸收X线少的一类对比剂，常为气体。使用对比剂注意副反应。造影检查操作程序复杂，需要大功率的X线机、高压注射器、生命监护仪、血管穿刺设备、数字减影血管造影（digitalsubtractionangiography；DSA）装置等昂贵设备，常和临床其他科室配合进行。造影也可以同时进行介入放射学（interventionalradiology）治疗，改变了过去医学影像科只作诊断不作治疗这一局面。（一）数字X线检查技术数字X线检查技术包括：计算机X线摄影（computedradiography；CR）、数字X线摄影（directradiography；DR）和DSA。1.CRCR系统是使用记录并由激光读出X线成像板（imagingplate；IP）作为载体，经X线曝光及信息读出处理形成的数字影像。摄影时IP放在暗盒内替代普通X线摄影用的胶片，曝光后IP所携带的影像信息由激光读出系统读出，并进一步转换成数字影像（图1-1）。CR是数字X线检查技术中比较成熟的一种，目前在国内外广泛应用。读出图象处理CRT显示存贮PACS其他医院打印IPCR系统利用常规X线摄影设备实现信息数字化，把常规X线摄影的模拟信息转换为数字信息；采用计算机图像处理技术实现各种图像后处理（post-processing）功能，增加图像显示的层次；可降低X线辐射剂量，利于病人和工作人员的防护；CR系统获得的数字化信息可通过图像存储与传输系统（picturearchivingandcommunicatingsystem；PACS）实现远程医学（tele-medicine）。2.DRDR又称直接数字X线摄影，是以平板探测器（flatpaneldetector；FPD）探测穿过人体后的X线，并通过平板探测器后面的电路把信息直接数字化形成数字影像。DR系统成像时间短，曝光后数秒钟就可以得到数字影像。以前的DR是在X线电视系统的基础上，利用计算机图像数字化处理将电视摄像机摄取的模拟视频信号经过采样、模/数转换（analogtodigital,A/D）后形成数字影像。病人FPD计算机后处理CRT显示存贮PACS打印其他医院现代新型平板探测器的不断研制成功，其图像空间分辨力不断提高，动态范围大；其影像可以观察对比度小于1%、直径大于2mm的物体；病人皮肤表面的X线辐射剂量大大减少，可为普通X线摄影的1/10，量子检出效率（detectivequantumefficiency；DQE）可达60%以上；通过图像后处理功能改善影像细节显示、降低噪声、调整灰阶及对比度、影像放大和减影等，显示出未经后处理所看不到的特征信息；借助人工智能技术对图像作定量分析和特征提取，可进行计算机辅助诊断（computeraideddiagnosis；CAD）。数字X线摄影包括硒鼓方式、直接数字X线摄影、电荷耦合器件（chargecoupleddevice；CCD）摄像机阵列方式等多种方式。数字图像具有较高的空间分辨力和密度分辨力，细节显示清楚，图像锐利度好；X线辐射剂量少，曝光宽容度大；可根据临床需要进行图像后处理，满足不同结构的观察需要；可实现医学影像科无胶片化，科室、医院之间网络化，便于会诊与教学。几种成像技术的比较3.DSADSA将未造影图像和造影图像分别经影像增强器增强，摄像机扫描而矩阵化，再经A/D转换成数字影像，两者相减得到减影数字影像，再经D/A转换成模拟减影影像。结果影像消除了骨骼和软组织结构，即使浓度很低的对比剂所充盈的血管结构在减影图像中也能显示出来（图1-3）。DSA是20世纪80年代继CT出现之后的一种医学影像新技术，它把影像增强技术、电视技术和计算机技术与常规的X线血管造影相结合，是数字成像技术之一，目前已广泛应用于临床。未造影图象增强A/D数字图象数字图象减影数字图象D/A血管图象造影图象增强A/D（四）CT检查技术自20世纪70年代Hounsfield研制成功第一台CT机后，经过多次更新换代，其结构和性能不断完善和提高。由最初的普通头颅CT机发展到先进的多层螺旋CT（multisliceCT；MSCT）和电子束CT（electronbeanCT；EBCT），无论扫描速度还是空间分辨力都得到很大的提高。现代CT向着高速、多层、小体积、多功能方向急速发展。目前，CT可用于身体任何部位组织器官的检查，其空间分辨力和密度分辨力高，解剖结构显示清楚，对病灶的定位和定性诊断较普通X线检查有明显提高，已成为临床诊断及治疗不可缺少的成像技术。其工作原理简述如下：在计算机控制之下，X线发生器产生X线，数据采集系统开始收集探测器采集到的数据。如此同时计算机控制机架旋转部分的旋转，以改变取样的位置。数据收集系统得到数据后，一方面送硬盘存贮，一方面送阵列处理机进行重建(reconstruction)。经阵列处理机处理后的显示数据送硬盘存贮，同时也送入图像存储器，经窗宽(windowwidth)、窗位(windowlevel)控制后，或在监视器上显示图像，或进入激光相机的存储器，后被拍成多幅图像的照片。显示数据还可以磁带、光盘、软盘等进行长期保存。积分放大A/D转换X线发生器床运动控制机架旋转控制DAS控制计算机阵列处理机硬盘驱动器D/A存贮器控制电路W/L控制其它外存贮监视器相机1.检查前准备为了使CT影像更好地满足临床的需要，扫描前必须作好一些必要的准备工作：①扫描前应详细审阅病人的CT检查申请单、病人携带的有关影像检查资料和化验结果，询问病史，以供扫描定位和诊断的参考；②腹部检查前4h～8h应禁饮食，急诊者例外。扫描前二天禁服影响胃肠功能的药物，少食水果和蔬菜。扫描前一周不做胃肠钡剂造影，不服含金属的药物。扫描前口服2%的碘水溶液800ml～1000ml以充盈胃肠道。胃肠道和胆道病变者，扫描前口服水和脂类对比剂，可提高病变的显示能力。盆腔检查前1h口服2%的碘