医学精品课件:医学影像学五年制绪论(.ppt
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1、医学影像学医学影像学绪论绪论成像技术与临床应用成像技术与临床应用孙泓泓(孙泓泓(H.H SunH.H Sun)副教授副教授西安交通大学医学院第二附属医院医学影像科绪论绪论 医学影像学的发展历史 1895年,德国人伦琴发现的X线,因此又被称为伦琴射线。诺贝尔物理奖因授予伦琴而荣耀!随着计算机的发展,出现了超声,CT,MRI和SPECT、PET。绪论(续)学习医学影像学的方法(影像诊断的思维)影像检查方法的适应症及检查方法的选择 图像的分析:正常,异常表现,病理基础 影像与临床的结合 成像技术的基本原理和图像特点 介入放射学的特点内容 成像技术与临床应用成像技术与临床应用 第一节第一节 X X线成
2、像线成像 (讲授)(讲授)第二节第二节 计算机体层成像计算机体层成像 (讲授)(讲授)第三节第三节 超声成像超声成像 (自学自学)第四节第四节 磁共振成像磁共振成像 (讲授)(讲授)第五节第五节 图像解读与影像诊断思维图像解读与影像诊断思维 (讲授)(讲授)第六节第六节 图像存档和传输系统与信息放射学图像存档和传输系统与信息放射学 (自学自学)Photo by:H.H SunPlace:Kenya东非大草原东非大草原第一节 X线成像 X线的产生 高速运行的电子群撞击物质受阻而产生。X线发生装置 球管,变压器,控制器。发生过程 阴极产生自由电子高电压产生两极的电势差高速运行的电子群撞击阳极钨靶1
3、%的能量转换成X线。X线球管示意图 X线的特性 物理效应物理效应 穿透性:能穿透可见光不能穿透的穿透性:能穿透可见光不能穿透的 物体。物体。荧光作用:能使荧光物质发光。荧光作用:能使荧光物质发光。电离作用:电离程度与电离作用:电离程度与X线吸收量成线吸收量成 正比。正比。化学效应化学效应 感光作用:传统感光作用:传统X线胶片成像基础。线胶片成像基础。生物效应生物效应 细胞损伤,坏死,癌变。放疗和防细胞损伤,坏死,癌变。放疗和防 护的基础和原因。护的基础和原因。X线成像原理 三个条件:三个条件:X线要具备一定的穿透力。线要具备一定的穿透力。被穿透的组织存在着密度或厚度差,被穿透的组织存在着密度或
4、厚度差,穿透后剩余的穿透后剩余的X线量有差别。线量有差别。剩余的剩余的X线需要有载体来转化成可见的线需要有载体来转化成可见的 影像。影像。人体组织结构根据密度不同分为三类高密度:骨骼、钙化高密度:骨骼、钙化-密度大,吸收密度大,吸收X X多,多,X X线线片上为白色片上为白色中等密度:软骨、肌肉、神经、实质器官、结中等密度:软骨、肌肉、神经、实质器官、结缔组织、体液,密度中等,缔组织、体液,密度中等,X X线片上显示为灰线片上显示为灰白色白色低密度:脂肪及气体,密度低,吸收低密度:脂肪及气体,密度低,吸收X X线少,线少,X X线片上显示为灰黑色及深黑色线片上显示为灰黑色及深黑色(X X线图像
5、的特点)线图像的特点)此分类同样适用于此分类同样适用于CTHippoPhoto by:H.H SunPlace:Malawi X线检查技术 透视:简单,动态,多方位;敏感性不高。透视:简单,动态,多方位;敏感性不高。X线摄影(平片):传统意义上的平片已经不存在了。线摄影(平片):传统意义上的平片已经不存在了。体层摄影:体层摄影:CT的基础,已经不用了。的基础,已经不用了。高千伏摄影:穿透力强,所谓的高千伏摄影:穿透力强,所谓的“硬线硬线”。软软X线摄影:乳腺钼靶摄影。线摄影:乳腺钼靶摄影。放大摄影:几乎不用。放大摄影:几乎不用。造影检查:人为引入对比剂。钡餐,静脉肾盂造影等。造影检查:人为引入
6、对比剂。钡餐,静脉肾盂造影等。透视与平片透视与平片体层摄影体层摄影软软X线摄影线摄影乳腺钼靶机乳腺钼靶机乳腺软乳腺软X线片线片造影检查造影检查胃肠造影胃肠造影静脉肾盂造影静脉肾盂造影 数字X线成像 计算机计算机X X线摄影,线摄影,CRCR 数字数字X X线摄影,线摄影,DRDR 数字减影血管造影,数字减影血管造影,DSADSA 计算机X线摄影(computed radiography,CRcomputed radiography,CR)以影像板以影像板(image plate,IP)替代替代X线胶片吸收线胶片吸收穿过人体的穿过人体的x线信息。记录在线信息。记录在IP上的影像信息上的影像信息经
7、过激光扫描读取,经过光电转换和计算机系经过激光扫描读取,经过光电转换和计算机系统重建,得到数字化图像。统重建,得到数字化图像。CR的应用实现了常规的应用实现了常规X线摄片从近百年的模拟线摄片从近百年的模拟成像向数字化成像的转变。成像向数字化成像的转变。数字数字X X线摄影(线摄影(digital radiography,DRdigital radiography,DR)DRDR接收接收X X线的既不是普通胶片,也不是需要经线的既不是普通胶片,也不是需要经激光扫描读取信息的成像板,而是各种类型的激光扫描读取信息的成像板,而是各种类型的平板探测器,它们可以把平板探测器,它们可以把X X线直接转化成
8、电信线直接转化成电信号或先转换成可见光,然后通过光电转换,把号或先转换成可见光,然后通过光电转换,把电信号传输到中央处理系统进行数字成像。电信号传输到中央处理系统进行数字成像。与我们日常生活中使用的数码相机类似。与我们日常生活中使用的数码相机类似。数字减影血管造影(digital subtraction angiography,DSA)数字减影血管造影是将造影前、后获得的数字数字减影血管造影是将造影前、后获得的数字图像进行数字减影,在减影图像中消除骨骼和图像进行数字减影,在减影图像中消除骨骼和软组织结构,使浓度很低的对比剂所充盈的血软组织结构,使浓度很低的对比剂所充盈的血管在减影图像中显示出来
9、,产生较高的图像对管在减影图像中显示出来,产生较高的图像对比度。比度。DSA减影前减影前减影后减影后X线图像的解读 熟悉正常表现熟悉正常表现 识别异常表现,结合病理学基础识别异常表现,结合病理学基础 位置,分布,数量,形态,边缘,密度位置,分布,数量,形态,边缘,密度 邻近器官的改变邻近器官的改变 器官功能的变化器官功能的变化(解剖,病理为基础,影像学就是依据解剖,运用(解剖,病理为基础,影像学就是依据解剖,运用影像学专业术语对疾病的病理变化做描述,并最影像学专业术语对疾病的病理变化做描述,并最后做出诊断)后做出诊断)变色蜥蜴变色蜥蜴 Agama(Acanthocecerus)Photo by
10、:H.H Sun Place:Kenya第二节第二节 计算机体层成像计算机体层成像 计算机体层成像(计算机体层成像(computed tomographycomputed tomography,CTCT),),物理基础:物理基础:X X线,故又称:线,故又称:X-CTX-CT;成像基础:体层;成像基础:体层摄影;技术创新:计算机辅助下的大量数学运算;摄影;技术创新:计算机辅助下的大量数学运算;检测组织的物理特性:密度;发明及设计者:英检测组织的物理特性:密度;发明及设计者:英国人国人HounsfieldHounsfield爵士,获诺贝尔物理学奖;爵士,获诺贝尔物理学奖;CTCT值值单位:单位:
11、Hounsfield unitHounsfield unit,HuHu。Hounsfield爵士爵士 基本原理 X线束对一定厚度层面扫描线束对一定厚度层面扫描 球管在沿该层面旋转一周球管在沿该层面旋转一周 探测器接收该层面不同方向透过的探测器接收该层面不同方向透过的X线线 转变为可见光转变为可见光 光电转换为电信号光电转换为电信号 再经模拟再经模拟/数字转换为数字数字转换为数字 计算机处理后排成数字矩阵计算机处理后排成数字矩阵 数字数字/模拟转换为灰阶图像模拟转换为灰阶图像CT图图像像 基本概念体素(体素(voxel)与像素()与像素(pixel)体素:一定厚度的人体体素:一定厚度的人体某层面
12、分成按矩阵排列某层面分成按矩阵排列的若干个小的立方体,的若干个小的立方体,即基本单元即基本单元 像素:与体素相对应,像素:与体素相对应,组成图像的基本单元组成图像的基本单元-即即为像素为像素 二者关系:像素实际上二者关系:像素实际上是体素在成像时的表现,是体素在成像时的表现,像素越小,图像分辨率像素越小,图像分辨率越好越好 矩阵(矩阵(matrix):一个横成行、纵成列的的数字一个横成行、纵成列的的数字阵列;图像面积固定时,矩阵越大,图像越清晰,阵列;图像面积固定时,矩阵越大,图像越清晰,一般为一般为512512;空间分辨率(空间分辨率(spatial resolution):在保证一):在保
13、证一定密度差前提下,显示待分辨组织几何形态的能定密度差前提下,显示待分辨组织几何形态的能力,力,CT空间分辨率不如空间分辨率不如X线;线;密度分辨率(密度分辨率(density resolution):指能分辨):指能分辨两种组织之间最小密度差异的能力,两种组织之间最小密度差异的能力,CT比比X线高线高10-20倍;倍;CTCT值:体素的相对值:体素的相对X X线衰线衰减度(即该体素组织对减度(即该体素组织对X X线的吸收系数)线的吸收系数)单位:亨氏单位单位:亨氏单位(Hounsfield unit,Hounsfield unit,HuHu)计算公式计算公式 CTCT值值=1000=1000
14、(x-(x-w)/ww)/w 骨:骨:1000Hu1000Hu 水:水:0Hu0Hu 空气:空气:-1000Hu-1000Hu 窗宽与窗位窗宽与窗位窗宽(窗宽(window widthwindow width)是指)是指图像上所包括图像上所包括1616个灰阶的个灰阶的CTCT值范围;窗宽影响图像对比值范围;窗宽影响图像对比度,窗宽增大,图像层次增度,窗宽增大,图像层次增多,组织对比减少;多,组织对比减少;窗位(窗位(window levelwindow level)又称)又称窗中心,是以某组织窗中心,是以某组织CTCT值为值为中心观察其细节结构。中心观察其细节结构。部分容积效应(部分容积效应(
15、partial partial volume effectvolume effect):同一扫描层同一扫描层面内含有两种以上不同密度的面内含有两种以上不同密度的物质时,所测的物质时,所测的CTCT值是其平均值是其平均值,不能如实反映其中任何一值,不能如实反映其中任何一种物质的种物质的CTCT值值WW:326 WL:35WW:70 WL:51WW:70 WL:35 CTCT检查技术检查技术 平扫(平扫(plain scanplain scan,non-contrast scannon-contrast scan):):普通扫描或非增强扫描。普通扫描或非增强扫描。增强扫描(增强扫描(contras
16、t scan)contrast scan):经静脉注入水溶:经静脉注入水溶性有机碘再行扫描。性有机碘再行扫描。提高病变组织与正常组织间的密度差;提高病变组织与正常组织间的密度差;显示平片未显示或显示不清的病灶;显示平片未显示或显示不清的病灶;根据强化类型,判断病灶血供情况,借此帮助根据强化类型,判断病灶血供情况,借此帮助病变定性。病变定性。CT平扫平扫CT增强扫描增强扫描 CTCT造影造影 现在最常用的是现在最常用的是CTCT血管造影(血管造影(CT CT angiographyangiography,CTACTA)静脉注射造影剂,当造影剂)静脉注射造影剂,当造影剂流经靶区血管时开始扫描,然后
17、经过图像处理技流经靶区血管时开始扫描,然后经过图像处理技术显示血管影。术显示血管影。CTA胸廓胸廓CT三维重建图像三维重建图像颈部血管颈部血管CTACTCT图像的解读图像的解读 窗技术 增强扫描技术:反映血流情况,结合病理。形态,密度,大小,周围脏器走,让我们休息一会儿!走,让我们休息一会儿!第四节第四节 磁共振成像磁共振成像 基本原理基本原理 磁共振成像(磁共振成像(magnetic resonance imagingmagnetic resonance imaging,MRIMRI)是通过对静磁场中的人体施加某种特定频率)是通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频(的射频(radio f
18、requencyradio frequency,RFRF)脉冲,使人体组)脉冲,使人体组织中的氢质子受到激励而发生磁共振现象,当终织中的氢质子受到激励而发生磁共振现象,当终止止RFRF脉冲后,质子在驰豫过程中感应出脉冲后,质子在驰豫过程中感应出MRMR信号;信号;经过对经过对MRMR信号的接收、空间编码和图像重建等处信号的接收、空间编码和图像重建等处理过程,及产生理过程,及产生MRMR图像。图像。MRI MRI 物理基础:磁共振现象;成像基础:断层物理基础:磁共振现象;成像基础:断层图像技术;技术创新:计算机辅助下的大量数学图像技术;技术创新:计算机辅助下的大量数学运算;检测组织的物理特性:人
19、体氢核释放的信运算;检测组织的物理特性:人体氢核释放的信号;发明者:美国伊利诺伊大学的号;发明者:美国伊利诺伊大学的Paul C.Paul C.LauterburLauterbur和英国诺丁汉山大学的和英国诺丁汉山大学的Sir Peter Sir Peter MansfieldMansfield,共同获得了,共同获得了20032003年诺贝尔生理及医学年诺贝尔生理及医学奖。奖。原子核总是不停地按一定频率原子核总是不停地按一定频率绕着自身的轴发生绕着自身的轴发生自旋自旋 (Spin)(Spin);原子核的质子带正电荷,在自原子核的质子带正电荷,在自旋过程中产生自旋磁动量旋过程中产生自旋磁动量核核
20、磁矩,其大小是原子核的固有磁矩,其大小是原子核的固有特性,决定特性,决定MRIMRI信号的敏感性;信号的敏感性;用于人体用于人体MRIMRI的为的为1 1H H(氢质子),(氢质子),原因有原因有1 1H H磁矩最强磁矩最强1 1H H在人体分布最广、含量最在人体分布最广、含量最高高 通常所指的通常所指的MRIMRI为氢质子的为氢质子的MRMR图像图像 通常情况下,尽管每个质子自旋均产生一个小的通常情况下,尽管每个质子自旋均产生一个小的磁场,但呈随机无序排列,磁化矢量相互抵消,磁场,但呈随机无序排列,磁化矢量相互抵消,人体并不表现出宏观磁化矢量。人体并不表现出宏观磁化矢量。把人体放入大磁场内会
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