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1、医学成像技术64学时陆宏伟27059203hongweilu_jackhotmailn参考教材参考教材 医学影像设备学医学影像设备学 主编主编 张里仁张里仁医学影像成像原理医学影像成像原理 主编主编 李月卿李月卿学习目的n了解各种医学成像方法的基本原理了解各种医学成像方法的基本原理n了解各种影像设备了解各种影像设备n比较不同成像方法的优缺点及适用范围比较不同成像方法的优缺点及适用范围n有助于在日益壮大的医学影像设备行业就业有助于在日益壮大的医学影像设备行业就业其它影像设备：红外(热)成像医用内窥镜医用显微镜超声设备MRI设备核医学设备X线CT设备X线机设备影像治疗设备介入治疗设备立体定向治疗计

2、划讲授内容讲授内容第一章第一章 医学影像设备概论医学影像设备概论第二、三章第二、三章 X线机线机第四章第四章 数字数字X线设备线设备第五章第五章 X-CT第六章第六章 磁共振成像设备磁共振成像设备第七章第七章 超声成像设备超声成像设备第八章第八章 核医学成像设备核医学成像设备第九章第九章 红外成像设备红外成像设备第十章第十章 医用内窥镜、显微镜医用内窥镜、显微镜第一章 医学影像设备学概论第一节 发展历程第二节 医学影像设备分类第三节 图像存储、传输系统和远程放射学系统第一节第一节 医学影像设备发展历程医学影像设备发展历程n常规常规X线设备的问世，为放射学的建立奠定了基础线设备的问世，为放射学的

3、建立奠定了基础n1895年德国物理学家伦琴发现了年德国物理学家伦琴发现了X射线。射线。X射射线迅速在临床诊断上发挥了重要作用，形成了放射诊线迅速在临床诊断上发挥了重要作用，形成了放射诊断学。断学。X-ray Today当伦琴遇见这些。当伦琴遇见这些。一个例子手部骨折lKathleen Nealon，16岁，高中生，学校垒球队的一名出色投球手。左手被球击中。l急诊医生安排Kathleen拍手部X射线图像，根据可能的结果有不同的治疗方法：没有骨折没有骨折 将手举高、放上冰块、服止痛药；将手举高、放上冰块、服止痛药；细微骨折细微骨折 上石膏以保证愈合；上石膏以保证愈合；粉碎性骨折粉碎性骨折 人工进行

4、连接复位。人工进行连接复位。l摄片过程：放射技术人员将放射技术人员将Kathleen的左手放于暗盒上；的左手放于暗盒上；调整调整X射线球管使其正好位于手的上方，保护好病人的其他射线球管使其正好位于手的上方，保护好病人的其他部位；部位；技术人员退于防护墙以外，控制设备同时通过玻璃窗观察病技术人员退于防护墙以外，控制设备同时通过玻璃窗观察病人的情况；人的情况；换一张胶片，重新拍摄。换一张胶片，重新拍摄。l一个月后，去除石膏，Kathleen又重新回到球场。Kathleen在拍片在拍片图像质量的比较图像质量的比较光片的特点适用于与周围软组织密度差异大的区域，如骨骼、肺部；适用于与周围软组织密度差异大

5、的区域，如骨骼、肺部；若使用造影剂，也适用于动静脉血管以及一些内脏的成像；若使用造影剂，也适用于动静脉血管以及一些内脏的成像；一般不适用于显示肿瘤（除非使用造影剂改变其周围组织一般不适用于显示肿瘤（除非使用造影剂改变其周围组织的亮度）；的亮度）；X射线胶片的空间分辨率高，能显示出细微结构（如骨骼射线胶片的空间分辨率高，能显示出细微结构（如骨骼中的细小裂缝和含有造影剂的血管异常）；中的细小裂缝和含有造影剂的血管异常）；胶片显示清晰无噪声，除非过曝光或曝光不足；胶片显示清晰无噪声，除非过曝光或曝光不足；传统的传统的X射线拍片是医院最常用也是最便宜的诊断手段。射线拍片是医院最常用也是最便宜的诊断手段

6、。荧光屏X线成像特点能清晰显示与软组织密度相差较大的物体；能清晰显示与软组织密度相差较大的物体；能实时显示人体内部的情况（钡餐、碘造影剂能实时显示人体内部的情况（钡餐、碘造影剂等）；等）；数字血管造影减影（数字血管造影减影（Digital Subtraction Angiography，DSA）。）。DSA线检查可应用于呼吸、循环、泌尿生殖、线检查可应用于呼吸、循环、泌尿生殖、骨骼、中枢神经及颌面五官等疾病的检查。骨骼、中枢神经及颌面五官等疾病的检查。线设备至今仍是基本的、有效的临床检查设备线设备至今仍是基本的、有效的临床检查设备之一。对肺、骨骼、胃肠道和心血管（尤其是之一。对肺、骨骼、胃肠道

7、和心血管（尤其是冠状动脉）的诊断，仍有重要的、主导的地位。冠状动脉）的诊断，仍有重要的、主导的地位。第一节第一节 医学影像设备发展历程医学影像设备发展历程nX线线CT的诞生，是医学影像设备的新里程碑的诞生，是医学影像设备的新里程碑1972年，英国工程师年，英国工程师G.N.Hounsfield首次研制成功世首次研制成功世界上第一台颅脑界上第一台颅脑X线线CT扫描机。扫描机。心脏成像心脏成像CT密度分辨力高，能分辨出密度分辨力高，能分辨出0.10.5线衰线衰减系数的差异，比传统的线检查高减系数的差异，比传统的线检查高1020倍；倍；空间分辨力到空间分辨力到0.1mm量级；量级；CT在医学影像诊断

8、中占重要地位，特别是对颅在医学影像诊断中占重要地位，特别是对颅脑、腹部的肝、胆、胰和后腹膜腔、肾和肾上脑、腹部的肝、胆、胰和后腹膜腔、肾和肾上腺等病变影像诊断中占重要地位。腺等病变影像诊断中占重要地位。n 20世纪世纪80年代，磁共振成像设备开始应用于临床年代，磁共振成像设备开始应用于临床第一节第一节 医学影像设备发展历程医学影像设备发展历程MRI图像图像nMRI图像软组织分辨力高，调整梯度磁场的方向和方式，图像软组织分辨力高，调整梯度磁场的方向和方式，可直接获得不同体位的体层图像；可直接获得不同体位的体层图像；nMRI尤其适用于中枢神经系统、心血管系统和盆腔实质尤其适用于中枢神经系统、心血管

9、系统和盆腔实质脏器、四肢关节和软组织等的检查脏器、四肢关节和软组织等的检查n功能功能MRI主要用于研究脑组织的生理解剖，提供各部分主要用于研究脑组织的生理解剖，提供各部分脑组织的功能区分布。脑组织的功能区分布。n数字减影血管造影数字减影血管造影(DSA)和计算机摄影和计算机摄影(CR)等数字化设等数字化设备的开发，使常规备的开发，使常规X线设备迈向了数字化的影像。使图线设备迈向了数字化的影像。使图像的处理极为方便，远距离传输成为可能。像的处理极为方便，远距离传输成为可能。第一节第一节 医学影像设备发展历程医学影像设备发展历程能量减影能量减影左侧为标准胸片，右侧为高能肋骨片，中间为去骨影后的肺组

10、织片左侧为标准胸片，右侧为高能肋骨片，中间为去骨影后的肺组织片n 超声设备超声设备n 放射性核素设备放射性核素设备n 介入放射学介入放射学n 现代医学影像设备体系的建立现代医学影像设备体系的建立第一节第一节 医学影像设备发展历程医学影像设备发展历程n 医学影像诊断设备医学影像诊断设备应用各种成像技术和方法，使人应用各种成像技术和方法，使人体内部结构和器官构成图像，达到诊断目的。体内部结构和器官构成图像，达到诊断目的。n 介入放射学设备介入放射学设备在影像设备的监视下采集标本或通在影像设备的监视下采集标本或通过医学影像设备的引导和定位对某些疾病进行治疗，如过医学影像设备的引导和定位对某些疾病进行

11、治疗，如伽玛刀、刀、医用直线加速器。伽玛刀、刀、医用直线加速器。n 医学影像治疗设备医学影像治疗设备医学影像设备发展简况见表医学影像设备发展简况见表P3页表页表1-1我国医学影像设备发展简况我国医学影像设备发展简况1911年，引进一架小型年，引进一架小型X线机，由英籍医生康德捐赠给河线机，由英籍医生康德捐赠给河北省中华医院（今开滦医院）。北省中华医院（今开滦医院）。1951年，上海精密医疗器械厂首先试制成功年，上海精密医疗器械厂首先试制成功200mA X线线机。机。1954年，复旦大学的华中一教授试制成功固定阳极年，复旦大学的华中一教授试制成功固定阳极X线管。线管。60年代，上海医疗器械九厂研

12、制成功旋转阳极年代，上海医疗器械九厂研制成功旋转阳极X线管。线管。1973年，瑞金医院等单位研制出乳腺摄影年，瑞金医院等单位研制出乳腺摄影X线机。线机。1983年，第一台颅脑年，第一台颅脑CT试制成功，试制成功，88年第二代颅脑年第二代颅脑CT问问世，世，1990年第三代全身年第三代全身CT装置研制成功。装置研制成功。90年代以后，我国已经有生产年代以后，我国已经有生产MRI、X刀、刀、刀等设备的刀等设备的能力。能力。第一节第一节 医学影像设备发展历程医学影像设备发展历程第二节 医学影像设备分类v 医学影像诊断设备v 医学影像治疗设备一、医学影像诊断设备一、医学影像诊断设备按影像信息载体的不同

13、：按影像信息载体的不同：X线设备（线设备（X线机和线机和X-CT）MRI设备设备US设备设备核医学设备核医学设备热成像设备热成像设备医用光学设备（医用内镜）医用光学设备（医用内镜）第二节第二节 医学影像设备分类医学影像设备分类（一）（一）X线设备线设备 主要有：主要有：X线机、数字化线机、数字化X线机设备线机设备(DSA、CR、DR等等)和和X线计算机体层线计算机体层(即即X线线CT)。产生的图像是人体组织脏器密度差的反映。产生的图像是人体组织脏器密度差的反映。X线成像正常胸部正侧位像线成像正常胸部正侧位像采用何种波长的射线？采用何种波长的射线？n从分辨率考虑从分辨率考虑线波长应小于线波长应小

14、于cmn从衰减系数考虑从衰减系数考虑波长为的射线，透过人体时对大部分组织波长为的射线，透过人体时对大部分组织呈现出明显的衰减差别呈现出明显的衰减差别121110 5 10m（二）磁共振成像设备（二）磁共振成像设备（MRI）利用人体组织脏器中氢核的密度、化学组成结构的不同，利用人体组织脏器中氢核的密度、化学组成结构的不同，在产生磁共振后释放出来的信号就会不同而形成图像。在产生磁共振后释放出来的信号就会不同而形成图像。可清楚显示骨骼、软骨、肌腱、脂肪、韧带、神经、血可清楚显示骨骼、软骨、肌腱、脂肪、韧带、神经、血管等各种组织结构。管等各种组织结构。左图为T1加权像右图为T2加权像第二节第二节 医学

15、影像设备分类医学影像设备分类nMRI的优点的优点可任意层面成像可任意层面成像软组织分辨力高软组织分辨力高能够功能成像能够功能成像提供人体器官或细胞新提供人体器官或细胞新陈代谢方面信息陈代谢方面信息无电离辐射的危害无电离辐射的危害nMRI的缺点的缺点成像时间较长成像时间较长不能携带金属进不能携带金属进行检查（如心脏行检查（如心脏起搏器）起搏器）设备价格昂贵设备价格昂贵（三）超声成像设备（三）超声成像设备（US）利用人体组织结构交界面的反射回波信号成像。目前有利用人体组织结构交界面的反射回波信号成像。目前有A超、超、B超、超、C超、超、M超、超、P超，使用最广泛的是超，使用最广泛的是B超。超。右图

16、为B超图像第二节第二节 医学影像设备分类医学影像设备分类X-Ray与与US比较比较检查部位检查部位X-RayUS胸部组织（尤其是肺）胸部组织（尤其是肺）好好不适宜不适宜骨骼肌肉系统骨骼肌肉系统好好不适宜不适宜腹部实质性结构或心脏腹部实质性结构或心脏部分形态检查部分形态检查好好（四）核医学成像设备（四）核医学成像设备主要有：伽玛照相机、主要有：伽玛照相机、SPECT、PET。通过放射性药物在人体内的吸收后，探测人体内放射性通过放射性药物在人体内的吸收后，探测人体内放射性分布情况而成的图像。分布情况而成的图像。第二节第二节 医学影像设备分类医学影像设备分类SPECT在动态功能检查或早期诊断方面有在

17、动态功能检查或早期诊断方面有其独到之处。其独到之处。PET可用人体物质组成元素（如可用人体物质组成元素（如11C、15O、13N等）来制造放射性药物，特别适等）来制造放射性药物，特别适合做人体生理和功能方面的研究，尤其是对代谢合做人体生理和功能方面的研究，尤其是对代谢功能的研究；其缺点是在其附近要有生产半衰期功能的研究；其缺点是在其附近要有生产半衰期较短的放射性核素的加速器和建立放射化学实验较短的放射性核素的加速器和建立放射化学实验室，费用高昂。室，费用高昂。（五）热成像设备（五）热成像设备测量人体体表的温度分布情况而构成的图像。测量人体体表的温度分布情况而构成的图像。第二节第二节 医学影像设

18、备分类医学影像设备分类热成像设备的用途热成像设备的用途n评价血流分布是否正常评价血流分布是否正常n评价交感神经系统的活动评价交感神经系统的活动n研究皮下组织增加的代谢热或动脉血流通过热传导使研究皮下组织增加的代谢热或动脉血流通过热传导使体温升高的情况体温升高的情况由于引起人体组织温度异常分布的因素很多，因此由于引起人体组织温度异常分布的因素很多，因此热成像设备得不到准确的诊断结果，它所提供的信息热成像设备得不到准确的诊断结果，它所提供的信息仅供参考。仅供参考。（六）医用内窥镜（六）医用内窥镜将光源和图像接收器插入人体，观察人体胃、将光源和图像接收器插入人体，观察人体胃、肠、喉管等部位的组织情况

19、。有电子内镜、光肠、喉管等部位的组织情况。有电子内镜、光导纤维内镜、胶囊内镜。导纤维内镜、胶囊内镜。第二节第二节 医学影像设备分类医学影像设备分类(七七)几种医学影像设备的比较几种医学影像设备的比较参见教材参见教材page9表表1-2第二节第二节 医学影像设备分类医学影像设备分类n医学影像治疗设备医学影像治疗设备(一一)介入放射学系统介入放射学系统是指借助高精度计算是指借助高精度计算机化的影像仪器的观察，通过导管伸入体内机化的影像仪器的观察，通过导管伸入体内进行诊断与治疗的一种新型设备与技术。进行诊断与治疗的一种新型设备与技术。介入性导管，导管附件（内支架、弹簧圈、介入性导管，导管附件（内支架

20、、弹簧圈、导丝）导丝）第二节第二节 医学影像设备分类医学影像设备分类(二二)立体定向放射外科学系统立体定向放射外科学系统利用现代利用现代CT、MRI或或DSA设备，加上设备，加上立体定向头架装置立体定向头架装置对对颅内病变区做高精度定位，经过专用颅内病变区做高精度定位，经过专用治疗计治疗计划系统划系统作出最优化治疗计划，然后借助作出最优化治疗计划，然后借助X刀刀或伽玛刀或伽玛刀进行治疗。进行治疗。第二节第二节 医学影像设备分类医学影像设备分类立体定向放射外科设备优点立体定向放射外科设备优点n以立体影像定位；以立体影像定位；n形成立体剂量分布；形成立体剂量分布；n易选择合适的剂量进行照射；易选择

21、合适的剂量进行照射；n肿瘤受到最大剂量照射但周围正常组织的照射量较小；肿瘤受到最大剂量照射但周围正常组织的照射量较小；n适合治疗小的、边界清楚的肿瘤。适合治疗小的、边界清楚的肿瘤。高剂量、高精度、高疗效、低损伤高剂量、高精度、高疗效、低损伤第三节第三节 图像存储和通信系统图像存储和通信系统与远程放射学系统与远程放射学系统一、一、PACS（Picture Archiving and Communication System,图像的存储与传输系统）图像的存储与传输系统）1、PACS的组成的组成医学图像获取、医学图像获取、数据存储、数据存储、图像显示和处理、图像显示和处理、数据库管理数据库管理用于影

22、像传输的网络用于影像传输的网络2、DICOM3.0标准标准nPS 3.1介绍与概览介绍与概览nPS 3.2遵循声明遵循声明nPS 3.3信息对象定义信息对象定义nPS 3.4服务类细则服务类细则nPS 3.5数据结构与编码数据结构与编码nPS 3.6数据字典数据字典nPS 3.7 消息交换消息交换nPS 3.8 对信息交换的网络通讯支持对信息交换的网络通讯支持nPS 3.9对信息交换的点对点通讯支持对信息交换的点对点通讯支持已经废弃已经废弃nPS 3.10介质交换的介质存储要求及文件格式规范介质交换的介质存储要求及文件格式规范 nPS 3.11 介质存储应用程序规格介质存储应用程序规格nPS

23、3.12介质交换的介质格式及物理介质要求介质交换的介质格式及物理介质要求nPS 3.13打印管理及点对点通讯支持打印管理及点对点通讯支持nPS 3.14灰度图像显示功能标准灰度图像显示功能标准2、DICOM3.0标准标准图1-1 PACS的组成影像输入部分影像输入部分计算机中心计算机中心（影像处理部分）（影像处理部分）数字存储部分数字存储部分处理终端处理终端激光照相机激光照相机压缩压缩复原复原检索检索编辑编辑图1-2 医院小型PACS系统放射科终端放射科终端激光照相机激光照相机影像存储中心影像存储中心光盘光盘磁盘磁盘磁带磁带其他其他激光照相机激光照相机各科终端各科终端外科外科内科内科妇产科妇产

24、科儿科儿科其他科其他科计算机中心计算机中心CT、CR、MRI等等数字化图像数字化图像A/D转换器转换器传统传统X线检查线检查X线照片线照片放射医生图文报告工作站放射医生图文报告工作站PACS SERVERE 和和 DVD 备份单元备份单元WEB ServerRIS ServerRIS工作站工作站浙医一院浙医一院RADinfo PACS工作流程图工作流程图RIS数据流数据流PACS数据流数据流前置工作前置工作站站DICOM 3.0二、远程放射学系统二、远程放射学系统(Teleradiology System)远程放射学系统是远程放射学系统是PACS在空间的延伸，在空间的延伸，可以包含在可以包含在

25、PACS之内，也可自成系统。通常之内，也可自成系统。通常意义下，意义下，PACS局限于医院内或科室内的图像局限于医院内或科室内的图像存储与传输，属于局域网存储与传输，属于局域网(LAN)，而远程放射，而远程放射学系统则要求通过各种远程传输网络进行图像学系统则要求通过各种远程传输网络进行图像的远距离传输，以实现远程诊断。的远距离传输，以实现远程诊断。远程放射学系统框图远程放射学系统的基本构成：远程放射学系统的基本构成：各种医学影像设备、图像显示处理设备、远程通信设备、各种医学影像设备、图像显示处理设备、远程通信设备、图像硬拷贝设备图像硬拷贝设备等等远程放射学系统需要解决的问题远程放射学系统需要解决的问题n图像传输标准和速度图像传输标准和速度n图像质量控制图像质量控制n图像压缩标准图像压缩标准n不同影像设备上网接口等不同影像设备上网接口等60谢谢！谢谢！