《现代医学》医学影像诊断

医学影像诊断1.X线成像2.X-CT成像3.MRI成像4.超声波成像5.核医学设备成像1.X线成像X线的本质：电磁辐射常用X线诊断设备：X线机、数字X线摄影设备（DSA、CR、DR）和X线计算机体层（X线CT）等。1.1X线的特征1.2X射线成像原理1.3计算机X线摄影（CR）1.4直接数字化X线摄影系统（DR）1.5X线对人体的伤害1.1X线的特征X射线在电磁辐射中的特点属于高频率、波长短的射线X射线的频率约在3×1016～3×1020Hz之间，波长约在10～10-3nm之间X线诊断常用的X线波长范围为0.008～0.031nm1.1X线的特征1.1X线的特征1.X射线的波粒二象性X射线同时具有波动性和微粒性，统称为波粒二象性。X射线在传播时，它的波动性占主导地位，具有频率和波长，且有干涉、衍射等现象发生。X射线在与物质相互作用时，它的粒子特性占主导地位，具有质量、能量和动量。1.1X线的特征2.X射线与物质间的相互作用（1）X射线的穿透作用。其贯穿本领的强弱与物质的性质有关1.1X线的特征2.X射线与物质间的相互作用（2）X射线的荧光作用。X射线是肉眼看不见的，但当它照射某些物质时，如磷、铂氰化钡、硫化锌、钨酸钙等，能够使这些物质的原子处于激发态，当它们回到基态时就能够发出荧光，这类物质称荧光物质。医学中透视用的荧光屏、X射线摄影用的增感屏、影像增强器中的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。（3）X射线的电离作用。X射线虽然不带电，但具有足够能量的X光子能够撞击原子中轨道电子，使之脱离原子产生一次电离。电离作用也是X射线损伤和治疗的基础。1.1X线的特征2.X射线与物质间的相互作用（4）X射线的热作用。X射线被物质吸收，绝大部分最终都将变为热能，使物体温升。（5）X射线的化学效应。X射线能使多种物质发生光化学反应。例如，X射线能使照相底片感光。（6）X射线的生物效应。生物组织经一定量的X射线照射，会产生电离和激发，使细胞受到损伤、抑制、死亡或通过遗传变异影响下一代，这种现象称为X射线的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗中。1.2X射线成像原理当高速带电粒子撞击物质受阻而突然减速时，能够产生X射线。医学影像诊断所用的X线产生设备是X线管（X-raytube，球管）。1．X射线的产生X射线的产生需要的基本条件是：（1）有高速运动的电子流；（2）有阻碍带电粒子流运动的障碍物（靶），用来阻止电子的运动，可以将电子的动能转变为X射线光子的能量。1.2X射线成像原理X射线的产生装置主要包括三部分：X射线管、高压电源及低压电源，如图3.2所示。1.2X射线成像原理2.X射线人体成像使用X射线对人体进行照射，并对透过人体的X射线信息进行采集、转换，并使之成为可见的影像，即为X射线人体成像。（1）X射线影像的形成当一束强度大致均匀的X射线投照到人体上时，X射线一部分被吸收和散射，另一部分透过人体沿原方向传播。由于人体各种组织、器官在密度、厚度等方面存在差异，对投照在其上的X射线的吸收量各不相同，从而使透过人体的X射线强度分布发生变化并携带人体信息，最终形成X射线信息影像。X射线信息影像不能为人眼识别，须通过一定的采集、转换、显示系统将X射线强度分布转换成可见光的强度分布，形成人眼可见的X射线影像。1.2X射线成像原理①人体不同密度组织与X线成像的关系1.2X射线成像原理②人体不同厚度组织与X线成像的关系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。1.2X射线成像原理2.X射线人体成像（2）X射线的采集与显示①医用X射线胶片与增感屏医用X射线胶片的主要特性是感光，即接受光照并产生化学反应，形成潜影（latentimage）。经过对有潜影的胶片处理（暗室处理：显影、定影等）。使胶片上的潜影转变为可见的不同灰度（gray）分布像。胶片感光层中的卤化银还原成金属银残留在胶片上，形成由金属银颗粒组成的黑色影像。人体组织的物质密度高，则吸收X射线多，在X射线照片上呈白影；反之，如果组织的物质密度低，则吸收X射线少，在X射线照片上呈黑影。1.2X射线成像原理2.X射线人体成像（2）X射线的采集与显示①医用X射线胶片与增感屏医用X射线增感屏为荧光增感屏，其增感原理为增感屏上的荧光物质受到X射线激发后，发出易被胶片所接收的荧光，从而增强对X射线胶片的感光作用。主要目的是：在实际X射线摄影中，仅有不到10%的X射线光子能直接被胶片吸收形成潜影，绝大部分X射线光子穿透胶片，得不到有效的利用。因此需要利用一种增感方法来增加X射线对胶片的曝光，以缩短摄影时间，降低X射线的辐射剂量。常采用的增感措施是在暗盒中将胶片夹在两片增感屏（intensifyingscreen）之间，然后进行曝光。1.2X射线成像原理2.X射线人体成像（2）X射线的采集与显示②X射线电视系统X射线电视系统主要包括X射线影像增强器、光学图像分配系统、含有摄像机与监视器的闭路视频系统与辅助电子设备。X射线影像增强管是影像增强器的核心部件。1.3计算机X线摄影（CR）计算机X线摄影（ComputedRadiography，CR）是将X线透过人体后的信息记录在成像板（ImagePlate，IP）上，经读取装置读取后，由计算机以数字化图像信息的形式储存，再经过数字/模拟（D/A）转换器将数字化信息转换成图像的组织密度（灰度）信息，最后在荧光屏上显示。其中，成像板是CR成像技术的关键。1.3计算机X线摄影（CR）1.成像板（IP）成像板（IP）是使用一种含有微量素铕（Eu2+）的钡氟溴化合物结晶制作而成能够采集（记录）影像信息的载体，可以代替X线胶片并重复使用2-3万次。当透过人体的X线照射到IP板上时可以使IP板感光并形成潜影以记录X线影像信息。成像板的构造：（1）表面保护层。（2）辉尽性荧光体层。（3）基板（支持体）。（4）背面保护层。1.3计算机X线摄影（CR）2．CR图像的形成过程（1）利用传统X线设备曝光，X线穿透被照体后与暗盒内的IP发生作用，形成潜影。（2）潜影由激光扫描进行读取，IP被激光激励后，以紫外线形式释放出存储的能量。（3）发出的荧光被集光器收集后送到光电倍增管，由光电倍增管将其转换成电信号。（4）经A/D转换成数字信号完成图像信息读取与数字化。（5）数字信号被送入计算机的数字图像处理系统，最终形成屏幕上的可见图像并被储存。1.3计算机X线摄影（CR）1.3计算机X线摄影（CR）3、CR系统的工作流程（1）信息采集。传统的X线摄影是以X线胶片为接收介质，接受X线曝光后，经显影、定影后形成图像，其所获得的图像是一幅模拟图像，无法作任何后处理。CR系统采用成像板来接受X线形成的模拟信息，然后通过模/数转换实现了数字化图像的输出，从而使传统的X线图像能够被后处理以及存储和传输。（2）信息转换。是指存储在IP上的X线模拟信息转化为数字化信息的过程。CR的信息转换主要由激光阅读器、光电倍增管和模数转换器完成。IP在X线照射时受到第一次激发产生的连续的、模拟的信息，在激光阅读仪的激光扫描中产生第二次激发，并产生荧光（荧光的强弱与第一次激发的能量呈线性正相关）。该荧光经高效光导采集器采集，进入光电倍增管变为相应强弱的电信号，由倍增管增幅放大后，再由模数转换器转换为数字信号。1.3计算机X线摄影（CR）（3）信息处理。指用不同的相关的后处理技术，根据诊断的需要实施对图像的处理，从而达到图像质量的最优化。CR的常用处理技术有谐调处理技术、空间频率处理技术和减影处理技术。（4）信息的存储与输出。在CR系统中，扫描IP后所获得的信息可被存储和打印。图像信息一般被存储在光盘中，可随时刻录和读取。一盘容量为2G的可读写光盘，可存5000幅CR图像（压缩比为1:20，平均每幅图像的大小是4M）并能长期保存。CR系统本身有一个内部网络，可实现系统内的传输（包括打印输出和存储刻录输出），如与PACS系统连接，还可与PACS系统进行信息交换。1.3计算机X线摄影（CR）与普通X摄影相比较，CR的优点是：①宽容度大，摄影条件易选择。②可降低投照辐射量：CR可在IP获取信息的基础上自动调节放大增益，最大幅度地减少X线曝光量，降低病人的辐射损伤。③影像清晰度较普通片高。④对影像可进行后处理，对曝光不足或过度的胶片可进行后期补救。⑤可进行图像传输、存储。⑥由于激光扫描仪可以对IP上的残留信号进行消影处理，IP板可重复使用2-3万次。1.3计算机X线摄影（CR）4、CR的临床应用CR的图像质量与所含的影像信息量可与传统的X线成像相媲美。图像处理系统可调节对比。故能达到最佳的视觉效果；摄照条件的宽容范围较大；患者接受的X线量减少。图像信息可由磁盘或光盘储存，并进行传输，这些都是CR的优点。CR图像与传统X线图像都是所摄部位总体的重叠影像，因此，传统X线能摄照的部位也都可以用CR成像，而且对CR图像的观察与分析也与传统X线相同。所不同的是CR图像是由一定数目的象素所组成。1.3计算机X线摄影（CR）CR对骨结构、关结软骨及软组织的显示优于传统的X线成像，还可行矿物盐含量的定量分析。CR易于显示纵隔结构如血管和气管。对结节性病变的检出率高于传统的X线成像，但显示肺间质与肺泡病变则不及传统的X线图像。CR在观察肠管积气、气腹和结石等含钙病变优于传统X线图像。用CR进行体层成像优于X线体层摄影。胃肠双对比造影在显示胃小区、微小病变和肠粘膜皱襞上，CR优于传统的X线造影。CR是一种新的成像技术，在不少方面优于传统的X线成像，但从效益-价格比，尚难于替换传统的X线成像。在临床应用上，CR不像CT与MRI那样不可代替。1.4直接数字化X线摄影系统（DR）直接数字化X射线摄影（DigitalRadiography，DR）是在具有图像处理功能的计算机控制下，采用一维或二维的X射线探测器直接把X射线信息影像转化为数字图像信息的技术。当前DR设备主要采用二维平板X射线探测器（flatpaneldetector，FPD)，包括：（1）非晶态硅平板探测器先经闪烁发光晶体转换成可见光再转换为数字信号（2）非晶态硒平板探测器将X线直接转换成数字信号1.4直接数字化X线摄影系统（DR）系统必须具有组织均衡和能量减影两种功能。组织均衡：可以使高密度与低密度组织在图像中显示的同样清晰。脊柱颈胸段和胸腰段由于上下段厚度相差较大，常规摄影时一段显示清晰而另一段显示不清，组织均衡功能使上下段脊椎均能清晰显示；常规正位胸片上由于纵隔结构重叠使心脏后的病变显示不清，通过组织均衡可清晰显示。1.4直接数字化X线摄影系统（DR）能量减影：俗称“骨肉分离技术”，在200毫秒内分别以高千伏和低千伏2次曝光，通过减影同时提供3幅图像——标准图像、软组织图像、骨组织图像。软组织图像可去除肋骨，使肺部结节得到更好显现；骨组织图像适用于肺部结节内钙化以及肋骨骨折的显示。能量减影使肺癌检测的敏感性提高10％，特异性提高20％，由于肺部结节内钙化多见于良性病变，肺内结节钙化的显示有利于定性诊断。1.4直接数字化X线摄影系统（DR）DR的诊断依据与传统X线平片基本一致，但数字化图像的后处理明显扩展了诊断的范围。这是传统的屏胶体系X光片无法与之比拟的。(1)头颈部及骨关节成像DR根据X线吸收率的不同，对所获影像解剖结构用不同的窗宽窗位观察，不仅可以很好的观察到骨质的细微结构，同时可以观察到头颈部软组织、鼻咽部和气管组织。关节部位除可以观察骨改变，经过处理可以看到关节软骨，以及肌腱、韧带、关节囊、皮下脂肪及皮肤软组织的改变。通过局部放大处理，更好的观察到骨折。DR临床应用1.4直接数字化X线摄影系统（DR）(2)胸部为DR最适合的部位，胸部组织密度差异大，不同的后处理，更有利于发现病变，特别是纵隔心影后隔下肋骨重叠的部位的病变。DR明显扩大了常规胸片不能函盖的范围。特别是胸部体检，快速、清晰、准确。X线管焦点与影像板的距离为180CM，完全可以满足心脏摄影检查，同时可以在工作站上对心血管进行准确的测量。(3)腹部检