医科大学精品课件：影像学总论-孟晓春3-6.ppt

1、中山大学附属第三医院 放射科 孟晓春 18922102879,医学影像学 总论 Medical Imaging,教学目的,影像学是什么？ 有什么用？ 怎么用？ 检查技术有哪些？各有哪些优缺点？ 影像学的基本诊断知识,？,熟悉医学影像学的概念和临床应用 了解各种影像学技术的成像原理 掌握医学影像学检查方法的： - 种类、适应症和禁忌症、各种方法的选择和应用 掌握医学影像学的影像分析方法，一些临床常见病的影像学诊断 了解医学影像学的发展趋势和新技术,教学目的,教学安排,影像学总论 呼吸系统影像学诊断 循环系统影像学诊断 消化系统影像学诊断 骨关节系统影像学诊断 泌尿系统影像学诊断 神经系统 - 熟

2、 悉 影像介入进展 - 了 解,掌 握,单选题 15 题 多选题 5 题 名词解释 5 题 问答题 2 题 看图诊断 10 题 看图描述诊断 2 题,教学目的,1895年德国科学家伦琴发现X线,伦琴夫人手的X线片， 摄于1895年11月22日,X线的产生,Diagnostic radiology,医学影像学,Medical imaging,影像诊断学,介入影像学,放射诊断学 核素诊断学 超声诊断学,X线诊断学 CT MRI,Diagnostic imaging,Interventional imaging,医学影像学：是应用各种放射学方法进行疾病诊断的一门独立的、成熟的临床学科，主要包括： X

3、线、CT、MRI、超声、核素、介入放射学等,Diagnostic imaging & Interventional radiology X-ray CR DR CT 单排 双排 64排 双源CT 640排CT MRI 0.2T 0.5T 1.0T 1.5T 3.0T DSA 数字减影血管造影 数字化平板 分子影像学（molecular imaging）,X线的基本知识、X线成像原理及临床应用 CT 成像原理及临床应用 MR 成像原理及临床应用 医学影像学进展 影像诊断基本思维,总论主要内容,第一章 X线成像,一、 X线（ X-ray ）的产生 在X线管内，高速行进的电子流被靶物质的原子阻挡而发

4、生能量转换，其中约1%的能量转变为X线。 条件： 1：自由活动的电子群：产生于X线球管的阴极-灯丝 2：电子群以高速运行：球管两极施加高电压- 40-150KV 3：电子群在高速运行时突然受阻：X线球管阳极-钨靶、钼靶,第一节 X线的产生与性质,X线球管 自由活动电子群 （阴极灯丝） 高电压 原子阻挡 （阳极钨靶/钼靶等） 热量 X线 99.0% 1.0%,+,二、X线的性质 1. X线的本质: X线是波长很短的电磁波（0.031nm- 0.008nm） ，肉眼不能分辨，以光速 （3108m/s）直线前进。 2. X线的特性 - X线成像、摄影及透视的基础 （1）穿透性（penetrabili

5、ty）：穿过可见光不能穿过的物体。 （2）感光效应（photosensitivity）：使照片中的溴化银感光产生银盐潜影 使影像板感光形成电荷潜影（ CR ） 使数字化平板探测器产生电信号（DR） （3）荧光效应（fluorescence effect）：激发荧光物质发出可见光。 （4）电离效应：使被照射物质发生电离 （5）生物效应：放射防护学和放射治疗学（放疗）的基础,X线的穿透性： 穿透过程中部分X线被物体吸收，即 衰减作用（attenuation） X线穿透力与以下因素有关： 与 X线球管电压 有关：电压越高，X线能量越高，穿透力越高 与 被照物体密度 有关：物体密度大，不易穿透，X线衰

6、减大 与射线方向上 物体厚度 有关：物体厚度大，X线衰减大,第二节 X线成像原理 一、 X线成像的基本条件 X线的特性：X线穿透性、 荧光效应、感光效应 人体组织 密度 和 厚度 差别 不同部位具有不同的X线衰减 X线显像使人体的器官和组织形成有层次的、黑白对比图像 - 照片、影像板（IP板）、数字化平板 或 荧光屏 显像 （照片、电子影像或荧光显像）,人体组织的密度分类,高密度：骨、钙化 吸收X线多，衰减大 软组织密度（中等密度）：肌肉、实质器官、软骨、神经组 织、结缔组织、体液 低密度：脂肪 极低密度：空气、含气腔隙 吸收X线少，衰减小,物体厚度大，吸收X线多，透过X线少；薄的部分则相反。

7、,不同厚度组织与X线影像密度的关系,不同密度物质的实物,粉笔,76% 泛影葡氨,16% 泛影葡氨,水,空气,实物,X线照片,BaSO4,物体密度大，吸收X线多，透过X线少,荧光屏（激发荧光物）,X线（波长短不可见）,可见光,X线片（溴化银）,银,还原的银原子（黑色）,显影,定影,X线照片（X-ray photograph）影像,透视荧屏（screen）的X线影像,第三节 X线成像设备及检查技术 一、 X线成像设备 X线发生装置：X线球管 X线接收装置,X线接收装置： X线胶片：X线摄片 X线使银盐感光，感光的银盐离子还原为银原子，经显影、定影后留在胶片上，未感光的银盐被定影液溶去，从而形成黑白

8、图像 IP板、DR平板 ：数字化X线成像（CR、DR） 荧光屏（影像增强器 +CCD）：X线透视,二、X线检查技术： 1、X线摄影： （1）平片（不用对比剂）：空间分辨率高、密度分辨率低 各种组织器官影像重叠的二维图像 高千伏摄影、低千伏摄影、体层摄影等 天然对比：由于人体组织器官的密度和X线方向上的厚度不同，X线穿过人体时的衰减程度存在差异，从而在X线片或荧光屏上形成有对比的图像。这种自然存在的对比称为天然对比。,正常胸片,肺内肿瘤,二、X线检查技术： 1、X线摄影： （2） 造影检查： 为了显示缺乏天然对比的器官或结构，将密度高于或低于这些器官或结构的物质引入其内或分布于其周围，使其影像形

9、成对比的检查方法为造影检查。所引入的物质称为对比剂（contrast medium）。 阳性对比剂（高密度对比剂）：增加对X线的吸收，提高对比剂到达的组织、器官的影像密度，主要包括：钡剂、碘剂。 阴性对比剂（低密度对比剂）：降低对比剂分布区域的影像密度，主要为：气体（空气，CO2）。,常用X线、CT造影检查方法、造影剂分类和引入途径,支气管造影检查,常规 胸部正位片,胃溃疡 - 粘膜纠集,左输尿管上段结石：造影后可以清楚观察到肾盂肾盏及输尿管腔内情况,肝细胞肝癌：CT对比剂衬托出病变与正常组织血供的差异,磁共振对比剂,阳性对比剂： 低浓度顺磁性离子（Gd+3等），T1WI信号增强 阴性对比剂：

10、 高浓度顺磁性化合物或超顺磁氧化铁颗粒，T2WI、T2WI*信号降低 非特异性细胞外间隙对比剂 单核-巨噬细胞系统清除的对比剂 肝胆系统对比剂,检查前准备及造影反应的处理,充分的检查前准备有助于获得高质量的X线图像 - 去除影响X穿透的体外异物、空腹或清洁胃肠道等 造影反应的处理： 有无碘剂禁忌症：严重心、肾疾病，甲亢，过敏体质 应用离子型对比剂碘过敏阳性者，尽量不做造影检查 严重过敏反应者，应立即终止造影，应用抗休克、抗过敏和对症治疗 检查前签署对比剂使用知情同意书,X线图像的特点： X线图像由 黑白不同的灰度 组成 X线方向上所有组织器官的 重叠投影 图像放大：由于点光源的近距离投影 歪曲

11、失真：如阳光下的人影,二、X线检查技术： 2、X线透视：优点：操作简便、费用低 多方位变换角度观察，有助于肺内/肺外病变鉴别 动态观察器官活动 缺点：密度分辨率更低 3、数字化X线成像： （1）CR：X线照射时，IP板的荧光颗粒吸收并释放电子形成潜影，再由激 光照射已有潜影的IP板，则半稳定状态的电子转变为光子。 （2）DR：数字化平板探测器，将X线转换为电信号，产生数字化影像。 - 更高的空间分辨率、更大的曝光宽容度、更好的时间分辨率 （3）数字化动态X线成像：动态胃肠检查 （4）数字减影血管造影检查（DSA）：各部位血管检查,三、影像学检查方法及应用,检查方法：从 简 - 繁：simple

12、 严格掌握适应症和禁忌症：indication 应用的合理性原则：reasonable 尽量减少病人痛苦和经济负担：comfortable & economic 首选安全、简便、经济的检查方法，结合检查目的，明晰各种检查的优势与特色，综合决定。,四、影像学诊断原则和步骤 1、全面观察：评价投照条件，核对患者信息 2、具体分析：以病理学、解剖学和病理生理知识为依据，仔细、具 体地分析病灶位置、分布、边缘、形态、数目、大小、 信号/密度、周边情况、功能变化，动态发展等 3、结合临床：异病同影、同病异影 4、综合诊断：肯定诊断 否定诊断 可能诊断,第四节 X线检查的安全性和防护 一、放射防护的意义

13、避免或减少X线电离效应及生物学效应对人体的损伤 二、放射防护的方法和措施 X线设备的防护装置 X线检查室的防护 遵守操作规程，定期健康检查 重视对被检查者的保护,现代影像学检查的操作均在隔室、遥控的场所，对工作人员的安全有充分的保障。,重视对被检查者的保护！,不滥用X线、CT检查 非检查部位不曝露于射线照射野内 妊娠前三个月避免X线照射 儿童和育龄男女的性腺采取必要的防护措施 选用最恰当的曝光条件（mA, KV) 尽量采用能降低使用剂量的硬件和软件,第二章 计算机体层成像（CT）,CT（Computed tomography）,第一节 CT的基本知识,一、CT基本原理 CT是利用X线束对人体检

14、查部位一定厚度的层面进行扫描，由探测器接受该层面上各个不同方向的人体组织对X线的衰减值，经模/数转换输入计算机，通过计算机处理后得到扫描断面的组织衰减系数的数字矩阵，再将矩阵内的数值通过数/模转换，用黑白不同的灰度等级显示出来，即构成CT图像。,CT机结构示意图,扫描系统 计算机系统 图像显示与储存系统,CT成像基础：与X线的成像基础相似 X线的穿透性 人体各种组织或病变的密度差 不同组织的X线衰减以黑白灰阶表示 CT图像特点： 真正的断面图像，显示人体某断面的组织密度分布图 密度分辨率高，图像清晰 无断面以外组织结构干扰,平片不能显示的左肺中央型肺癌,左肺上叶周围型肺癌,二、CT重要的基本概

15、念 1、体素和像素： 体素（voxel）：将人体某一部位有一定厚度的层面分成按矩阵排列的若干个小立方体，即基本单元，以一个CT值综合代表每个单元的物质密度，这些小单元即为体素。 像素（pixel）：与体素对应，一幅CT图像由许多按矩阵排列的小单元组成，这些组成图像的基本单元被称为像素。 像素是体素在成像时的表现，像素越小，图像分辨率越高,二、CT重要的基本概念 2、矩阵（matrix）：CT图像上的像素以横成行、纵成列的数字阵列排列，即矩阵；当图像面积为一固定值时，像素尺寸越小，组成CT图像的矩阵越大，图像清晰度越高。多数CT图像的矩阵为512512。 3、空间分辨率（spatial reso

16、lution）：又称 高对比度分辨率 在保证一定密度差前提下，空间分辨率为图像显示待分辨组织几何形态的能力。CT图像不如X线图像高。 4、密度分辨率（density resolution）：指能分辨两种组织之间最小密度差异的能力。 CT比普通X线高1020倍。,二、CT重要的基本概念 5、CT值：反映组织密度的高低 体素的相对X线衰减度（即该体素组织对X线的吸收系数）（相对于水的），表现为相应体素的CT值，单位为亨氏单位（Hounsfield Unit, Hu) 水的CT值为 0 Hu； 骨皮质最高，为 1000Hu； 空气最低，为 -1000Hu 人体各组织的CT值居于 -1000Hu100

17、0Hu 之间,二、CT重要的基本概念 6、窗宽与窗位： （1）窗宽（window width）：人类肉眼通常只能分辨16个灰阶，图像上16个灰阶所能包括的CT值范围，即为窗宽，此范围内的组织均以不同的模拟灰度显示。窗宽的大小直接影响图像的对比度，加大窗宽图像层次增多，组织对比减少；缩窄窗宽，图像层次减少，对比增加。 （2）窗位（window level）：为窗的中心位置，一般选择欲观察组织的CT值为中心。窗位的高低影响图像的亮度，窗位高则图像黑，窗位低则图像白。, 窗宽=100；窗位=50时 图像由黑到白包含100个Hu 100以上全白，0以下全黑，中间为50 16个灰阶的每个灰阶含 100/

18、16=6.2HU 密度差超过6.2HU的组织肉眼可辨，反之则不能分辨,WW:150HU, WL: 75HU,WW:100HU, WL: 40HU,WW:300HU, WL: 0HU,WW:300HU, WL: 80HU,WW:1500HU, WL: 500HU,脑窗,骨 窗,CT图像要有适当的窗宽窗位才有利于病变的观察； 常用的窗宽窗位包括：骨窗、脑窗、肺窗、纵隔、软组织窗等,二、CT重要的基本概念 7、伪影（artifact） 运动伪影、高密度（硬化）伪影、机器故障伪影 8、部分容积效应（partial volume effect） 同一扫描层面含有两种以上不同密度的物质时，所测得的CT值为

19、他们的平均值，不能如实反映其中任何一种物质的CT值，这种现象称为。,三、CT检查技术： 1、平扫 2、增强扫描： 为提高病变组织与正常组织的密度差，血管内注射对比剂后再扫描的方法。 可以发现平扫未显示或显示不清的病变 多期增强扫描：病灶的强化方式还能反映其血供特点 3、CT造影：CT血管、胆道、尿路、椎管造影等 4、特殊扫描方法：放大靶扫描、高分辨率扫描等,肝脏血管瘤,右肾透明细胞癌,CT血管成像,CT椎管成像,CT尿路成像 - 双肾盂双输尿管畸形,CT尿路成像,第三章 磁共振成像（MR）,T2WI,T1WI,皮质期增强,实质期增强,第一节 MR的基本知识,一、MR基本原理 磁共振成像（ ma

20、gnetic resonance imaging, MRI），又称核磁共振成像（nuclear magnetic resonance imaging, NMRI）：利用原子核在磁场内发生共振所产生的信号进行成像，以显示人体解剖和某些病理、生理变化的成像方法。,MRI信号可来源于一类原子的原子核，如1H 、12C、 31P、39K等。 主要利用人体内含量最丰富的氢（ 1H）原子核（质子）成像。 由于人体器官、组织或病变的成分、分子结构和质子含量不同，所释放的MR信号强弱不一，接受这些信号并经过计算机处理就可得到由黑白灰阶组成的MR图像。,N,S,图1,进入外磁场前（图1）质子排列杂乱无章 外加外

21、磁场后质子呈有序排列（图2） 质子自旋运动 沿外磁场排列（磁化） 吸收射频脉冲（RF）的能量 排列和振动幅度改变（磁共振现象） 停止RF后，变化的质子恢复原来的初始状态，称为弛豫（relaxation），恢复所需的时间为弛豫时间（relaxation time） 弛豫过程中质子所吸收的能力以电磁波的形式释放，这种电磁波即为MR信号。,MR成像原理,图2,MR成像的特点：,显示物质的化学成分和分子结构及状态，不是显示物质的密度 利用电磁波成像，不是利用电离辐射（如X线、射线）或机械波（超声波）成像，为一种相对无创的成像方法。,第二节 MRI的基本设备,1、主磁体 产生磁场的方式：永磁体、阻抗磁体

22、和超导磁体 2、MR信号产生、探测与编码 梯度线圈、射频发射器及MR信号接收器 3、数据处理、图像重建、显示与存储 模拟转换器、计算机、磁盘、存储设备,数 据 处 理,电 源,操作与显示,扫描孔,主线圈,射频线圈,梯度线圈,MRI设备示意图,X线、CT图像的黑白、明暗对比取决于：不同组织的密度差异 MR图像的黑白、明暗对比取决于：不同组织的信号强度,第三节 影响信号强度的因素,影响MRI信号强度的因素,1 质子密度（proton density） MR利用氢原子核即质子成像，因此生物体单位体积内可发生磁共振的质子数越多，产生的MR信号越强，反之含质子少的区域（如含气空腔）信号越弱。,质子密度加

23、权像,Proton density weighted image，PdWI,影响MRI信号强度的因素,2 液体的流动 在常规自旋回波脉冲序列上，正常流速的血流不产生或只产生很弱的信号，称为流空效应 （ flow void phenomenon ）。 原因： 快速流动的血液中的氢质子在选定的扫描层面内停留时间太短，一个完整的射频脉冲尚未结束，还未激发出MR信号，氢质子已经流出该层面，从而接收不到MR信号。 涡流,利用 流空效应 和 流入增强效应 可行磁共振血管成像。,影响MRI信号强度的因素,3 纵向驰豫时间（longitudinal relaxation time, T1 ）- - - 自旋-

24、晶格弛豫 90脉冲激励后，质子的纵向磁化矢量从零向最大值恢复，恢复至63%的时间，称T1。 T1短的组织，纵向磁化恢复快，信号强，如脂肪; T1长的组织，纵向磁化恢复慢，信号弱，如水。 - 利用T1差别形成的图像，称T1加权像（T1 weighted image，T1WI）,T1WI,影响MRI信号强度的因素,4 横向驰豫时间（transverse relaxation time, T2 ）- - - 自旋-自旋弛豫 90脉冲激励后，质子的横向磁化矢量从最大衰减至零，衰减至37%所需的时间，简称T2。 T2短的组织，横向磁化恢复快，信号弱。 T2长的组织，横向磁化恢复慢，信号强，如水。 - 利

25、用T2差别形成的图像，称T2加权像（T2 weighted image，T2WI）,T2WI,静息态时，纵向磁化矢量最大，横向磁化矢量为零 90脉冲激励时，使横向磁化矢量变量最大,影响MRI信号强度的因素,5 脉冲序列 - - - 施加射频脉冲（RF）获取MR信号的程序，称为脉冲序列 脉冲时间（repetition time, TR）：两个激励脉冲之间的间隔时间；影响T1信号，短TR有利于显示组织间T1信号的差别。 回波时间（echo time，TE）：激励脉冲与产生磁共振信号之间的时间；影响T2信号，长TE有利于显示组织间T2信号的差别。,影响MRI信号强度的因素,5 脉冲序列 （1）自旋回

26、波脉冲序列（SE） （2）梯度回波脉冲序列（GRE） （3）反转恢复脉冲序列（IR） （4）平面回波成像（EPI） （5）脂肪抑制成像 （6）水成像,T2WI,常规T2WI,脂肪抑制T2WI,MR水成像- MR胰胆管成像,影响MRI信号强度的因素,6 MR对比增强 一些顺磁性和超顺磁性物质可以产生局部磁场，缩短周围质子的弛豫时间，称为质子弛豫增强效应，利用此原理，将顺磁性物质如Gd-DTPA（轧螯合物）引入人体，可以改变组织的信号强度，在T1WI呈高信号，或在T2WI呈低信号。,影响MRI信号强度的因素,7 MR血管成像（MRA） 利用磁共振技术，可以在不注射或少注射对比剂的情况下使血管成像。

27、 黑血法：利用流空效应显示的血管腔为低信号。 白血法：利用流入增强效应显示的血管腔为高信号。 也可以注射对比剂后扫描，获得增强MRA图像。,1、体液（body fluit） 包括脑脊液、尿液、水肿液和体腔和囊肿内的蛋白质含量低的液体 T1WI 低信号 T2WI 高信号,第四节 正常和某些病理组织的MR信号,2、脂肪（fat） 包括：含甘油三脂（triglyceride）的脂肪组织、分化好的脂肪组织来源的肿瘤和含脂肪的黄骨髓 T1WI 高信号 T2WI 高信号,3、出血（bleeding, hematoma) 出血后铁的变化：Hb+Hb+Hemosiderin 红细胞内红细胞破裂 急性血肿（3d

28、） T1WI 等信号 T2WI 低信号 亚急性（315d）慢性（15d） T1WI 高信号 T2WI 高信号,4、肿瘤（tumor) 多数肿瘤：T1WI 低信号 T2WI 高信号 原因：肿瘤的含水量高于其起源组织 少数肿瘤：T1WI 高信号 T2WI 低信号 原因：肿瘤内含特殊物质，如黑色素瘤中的黑色素,5、心腔、血管腔、动脉瘤腔等 由于血流的流空效应，一般表现为无信号或极低信号，但应用顺磁性对比剂或采用特殊序列也可使流动的血液表现为高信号，即流入增强效应。,Black blood,6、骨、韧带、钙化 骨皮质、骨小梁和韧带、肌腱在各序列的图像上均为低信号，但小梁常因部分容积效应而不能很好显示

29、钙化在多数情况下为低信号，有时可表现为高信号,MRI图像特点： 多参数成像：多种成像参数 多方位成像：轴位、冠状位、矢状位及任意倾斜层面的 原始图像 流动效应：流空现象（flow avoid phenomenon） 质子弛豫增强效应与对比增强 灰阶成像,MRI图像特点： 多参数成像：更多地反映病变的病理组织学特性 MRI主要参数包括：T1、T2、质子密度等，分别获得 T1WI：反映组织间T1的差别 T2WI：反映组织间T2的差别 PDWI：反映组织间质子密度的差别 - 等 （CT只有一个参数：密度）,MR检查优越性： 不具已知的生物学危害 多种参数成像，软组织分辨率高 多方位成像：可作任意方向

30、的切面检查 不使用含碘的对比剂，无碘过敏反应之虑 不用对比剂能直接显示心腔和血管腔：流动效应 多种功能成像技术（灌注、弥散、脑功能定位） 可作无创性的活体化学分析频谱分析,MRI检查的不足： 组织内的钙化不易显示 有金属物体的部位一般不能检查 下列人员不能进入扫描室： 体内外有铁磁性异物者 带有心脏起博器等由微电脑控制的维持生命的器具者 下列人员不宜接受MR检查： 重危病人、精神病患者、有幽闭恐怖症者 妊娠早期(3月) 多序列扫描，所需总体检查时间较长，日处理病人量不如CT,影像学技术的发展趋势,更精确地显示正常解剖结构 更敏感地发现病变 形态与功能的结合，个性化影像诊断 数字化，影像介导的临床治疗 Pacs - 图像存储、交流、后处理,不同影像学技术的比较,X-ray vs CT,不同影像学技术的比较,X-ray vs MR,影像导航外科手术（ Image-guided Surgery ）,PACS,Picture Achieve & Communication System,storage,storage,PACS,diagnosis,Patient ward,teaching,administraton,scaning,谢 谢 ！,