医 学 影 像 学 MEDICAL IMAGING （总论） 山东大学医学影像学研究所 山东大学第二医院 法良国

What is Medical Imaging? Definition： 以医学影像设备为工具，以医学影像为依据，对疾病进行分析诊断和治疗的医学科学。

THE FAMILY OF MEDICAL IMAGING 影像诊断学： 常规X线、CT、超声、MRI、DSA、核医学 介入放射学： 介入诊断学+介入治疗学 血管内介入、血管外介入 常规X线、CT、超声、MRI、DSA 放射治疗学： X线 伽玛射线

医学影像学发展史 1、从小到大 从单一的X线作为工具的放射诊断学 （RADIOLOGY），到应用多种工具（X线、CT、 超声、MRI、核医学）的医学影像学 （MEDICAL IMAGING） 2、由弱到强 由简单分析X线照片的辅助科室，到集诊断和治疗于一身，下设若干分支的临床一级学科

伦琴与X线的发现 1895 11月8日伦琴在实验室发现X线 1901年获诺贝尔奖（第一个物理学奖）

影像设备的发展 1895 ～ X线机器 二十世纪50～60年代 超声、核素显像 （超声成像、γ闪烁成像） 二十世纪50～60年代 超声、核素显像 （超声成像、γ闪烁成像） 70～80年代 CT、MRI、ECT （SPECT、PET） 形成现代影像诊断学

影像技术的发展 一、成像方式： 从模拟成像（X线照片、透视、模拟超声） 到数字成像 （CT开始，MRI、CR、DR、DSA、数字透视、数字超声） 二、存储介质： 　从胶片存储到PACS (picture archiving communication system) 影像归档和通信系统

诊断方式的发展 一、 形态成像、功能成像、代谢成像 二、 各种对比剂的应用 （X线、CT、超声、MRI、核医学对比剂） 三、从单纯分析图像 到导引下穿刺活检、治疗

治疗方式的发展 一、放射治疗 从单方向的射线治疗（X线、伽马射线等） 到立体放疗和调强放疗 （X刀，伽玛刀，质子刀） 二、介入治疗 1、从无到有 （二十世纪七十年代开始） 2、从血管内到几乎所有组织器官 ３、目前已成为与内科、外科治疗并行的 三大治疗体系之一

计算机科学在医学影像学领域内 的介入与发展 1、在CT及MRI中的应用 2、对常规的模拟成像检查进行数字化处理 如X线照相和透视、超声、血管造影。 3、创造了信息放射学（PACS、RIS、HIS）

X线成像

什么是X线？ X线是一种波长很短的电磁波，是一种光子，肉眼看不见，但能穿透不同的物质，能使荧光物质发光的射线。

X线的产生

X线产生过程 X线是真空管内高速行进的电子流轰击金属靶面时产生的 1、 在阴极灯丝附近产生自由电子群 2、瞬间高压和真空条件产生高速运行电子流 3、电子流轰击靶面产生能量转换 其中不足1%转换为 X 线 99%以上转换为热能

X线的产生

X线的特性 波长：0.0006～50nm 电磁波，不可见光 穿透性 荧光效应 感光效应 电离效应

X线的特性

一 穿透性 穿透性：X线波长短，能够穿透可见光不能穿透的物质。 穿透过程中被物质不同程度吸收——衰减

一 穿透性 当X线穿过物质时，会发生三种情况： 1、穿透 2、被吸收 3、发生散射

一 穿透性 影响因素 1、球管电压 管电压越高，X线波长越短，穿透力越强 2、被穿透物体的密度和厚度 密度越高、厚度越大，衰减程度越大，反之越小。

X线对人体各种组织结构穿透力的差别是X线成像的基础

二 荧光效应 X线可激发荧光物质，能够使波长较短的X线转换成波长较长的可见荧光 二 荧光效应 X线可激发荧光物质，能够使波长较短的X线转换成波长较长的可见荧光 （原理：当高能量光子射入某些物质时，物质中原子核周围的电子吸收能量，从基态跃迁至高能级；由于电子处在高能级不稳定，就会从高能级跃迁至低能级，从而释放出能量发出荧光，此为荧光效应。） 荧光效应是X线透视检查的基础

三 感光效应 涂有溴化银的胶片经X线照射后感光而产生潜影。（溴化银感光后分解为Ag+离子） 经过显、定影过程 三 感光效应 涂有溴化银的胶片经X线照射后感光而产生潜影。（溴化银感光后分解为Ag+离子） 经过显、定影过程 感光的银离子还原成金属银沉积在胶片上呈黑色，沉积程度（黑色程度）取决于感光程度。 未感光的溴化银在定影及冲洗的过程中，从X线胶片上被洗掉，显出胶片片基的透明本色。 金属银的沉积程度不同，产生不同灰度的影像。 感光效应是X线摄影的基础

四 电离效应 X线通过任何物质产生电离效应， 作用于非生物物质： 将物质分子电离为正负离子。 作用于生物称生物效应： 四 电离效应 X线通过任何物质产生电离效应， 作用于非生物物质： 将物质分子电离为正负离子。 作用于生物称生物效应： 生物组织被破坏，蛋白质变性。 作用于病变组织，起治疗作用， 是放射治疗的基础 作用于正常组织，起破坏作用，即放射损伤， 是放射防护的原因

X线成像基本原理 X线成像的基本条件： 1、 X线的穿透力 2、被穿透组织有密度和厚度的差别 从而导致穿透物质后剩余的X线量 的差别 3、必须经过载体显像的过程（荧光或感光）

当组织厚度相同密度不同时 组织 透视 摄片 高密度 暗 亮/白 中等密度 灰 灰白 低密度 亮 暗/灰黑 fluoroscopy 组织 透视 摄片 高密度 暗 亮/白 中等密度 灰 灰白 低密度 亮 暗/灰黑 fluoroscopy X-ray film

当组织厚度发生改变时 即使密度较低的组织，当组织厚度增加到一定程度时，在X线照片上也会表现为亮度增加，类似高密度的组织。

当X线穿透力发生改变时 正常KV 高KV

X线成像设备 X线球管、片架（检查床）、高压发生器、操作台

X线图象特点 1、灰阶图像 2、主要反映组织结构密度的高低

X线图象特点 3、X线图像是X线束穿透人体某一部位的不同密度和厚度组织结构后的投影总和，图像上组织重叠，高密度掩盖低密度。

X线图像上组织重叠，高密度掩盖低密度。

X线图象特点 4、放大和伴影 X线束是从X线管向人体作锥形投射的，因此，X线影像有一定程度的放大和使被照体原来的形状失真，并产生伴影。伴影使X线影像的清晰度减低。

放大与 伴影

X线检查技术 1、普通检查：荧光透视、X线摄影 2、特殊检查：体层摄影、软X线摄影 放大摄影、高千伏摄影 3、造影检查

1、荧光透视 发展：荧光板透视 增强影像板 电视系统 数字透视 优点：简便易行，可观察器官的形态变化或 动态活动，可多方位观察。 发展：荧光板透视 增强影像板 电视系统 数字透视 优点：简便易行，可观察器官的形态变化或 动态活动，可多方位观察。 缺点：影像质量低于X线摄影 被检查者受线量大 无法记录（数字透视已可记录） 胸部透视、腹部透视、胃肠道透视、子宫输卵管造影、泌尿系统造影

2、 X线摄影 普通X线摄影：是临床上最常用最基本的检查手段，所得的X线照片称为平片。 优点：应用范围广 空间分辨力高 可保存，便于复查对比和会诊 患者接受的X线量也较透视少 缺点：无法多方位观察，无法动态观察

3、特殊检查 发展：体层摄影由于图像质量较低，已基 本被CT等断层图像替代。数字摄影 已经基本替代放大摄影。 钼靶照相（软线摄影）：采用长波长的软X线检查方法 主要用于乳腺检查，已经有数字钼靶乳腺摄影和计算机辅助诊断系统。

钼靶乳腺摄影和 计算机辅助诊断系统  计算器辅助诊断系统

4、造影检查 将对比剂引入人体器官内或周围间隙，产生人工对比，借此成像。用于缺乏自然对比的组织或器官检查 1、对比剂 能够帮助提高图像中正常组织间、正常组织与病理组织间、不同病理组织间对比度的物质。 2、X线对比剂分类： （1）、高密度对比剂：钡、碘 （2）、低密度对比剂：空气（主要用于腹膜后造影，已基本淘汰） 空气灌肠检查

硫酸钡对比剂 主要用于食管、胃肠道造影 食管钡餐造影、胃肠钡餐造影 钡灌肠检查

有机碘制剂（无机碘制剂极少用） 建议应用非离子型碘对比剂 1、主要用于血管和器官，例如血管造影、椎管造影、肾盂输尿管造影、膀胱造影等。 2、分类： 离子型对比剂 高渗性 毒副反应发生率高 非离子型对比剂 低渗性、低黏度 毒副反应发生率低 建议应用非离子型碘对比剂

造 影 方 法 1、直接引入：口服----胃肠道钡餐检查 灌注----钡剂灌肠、逆行尿路造影 穿刺----心血管造影、脊髓造影 2、间接引入：口服对比剂或静脉注入对比剂， 经肾自然排泄后显影 静脉肾盂造影

1、直接引入 －通过人体自然孔道、瘘管或体表穿刺等进入体内 穿刺注入法 椎管造影 口服法 胃肠钡餐 灌注法 子宫输卵管造影

2、间接引入 口服或静脉→生理性排泄→器官显影 静脉肾盂造影

X线检查中的防护 主动防护： 1、技术上减少X线的剂量 例如：影像增强技术、高速增感屏、快速感光胶片、数字摄影 2、尽量减少患者的检查次数 和放射剂量 例如：选择剂量小的检查方法、避免重复检查

X线检查中的防护 被动防护 1、屏蔽防护 检查人员防护：检查室防护、衣物防护 患者防护：缩小照射野、屏蔽重要组织器官 2、距离防护

X线检查方法选择原则 1、了解不同检查方法的适应证 2、由简单到复杂 3、先普通检查后造影检查

图像解读---全面分析异常表现 1、病变的位置和分布 部分病变有特定发生部位或好发部位 听神经瘤---内听道 肺结核---上叶尖后端、下叶背段 粟粒性肺结核----均匀肺野 慢性肺结核---多分布肺上野 2、病变的数目 原发性肿瘤---单发 转移瘤---多发

图像解读---全面分析异常表现 3、病变的形状 炎症---片状 肿瘤----球形 4、病变的大小 肺结核球--- 小于3cm 炎症---片状 肿瘤----球形 4、病变的大小 肺结核球--- 小于3cm 肺癌----大于3cm 5、病变的边缘 良性肿瘤---光整 恶性肿瘤---不整、毛刺

图像解读---全面分析异常表现 6、病变的密度 囊肿—水样密度、均匀 肿瘤---出血、坏死、囊变 7、邻近器官和组织的改变 肺癌----侵蚀临近结构 8、器官功能改变

X线成像新进展－数字X线成像 影像以数字方式输出，利用计算机对影像数据进行存储、处理、传输及显示

1. 传统的X线成像——模拟成像 传统X线摄影（模拟成像）：以胶片为介质对X线信息进行采集、显示、存储和传送 摄影技术条件要求严格 图像模拟信号，只能存储在胶片上 工作量大；存储、调阅不方便 影像灰度固定，不能进行图像处理 密度分辨率低，不能同时清晰显示不同密度的组织、器官

2.数字成像及其优势 图像质量优于传统X线图像 可调节影像对比度 摄影条件宽容范围大 受检者接受X线剂量少 可形成照片或光盘、PACS存储 将X线摄影装置或透视装置同计算机结合，使X线信息由模拟信息转换成数字信息，得到数字化图像的成像技术。例如：CR、DR等。 图像质量优于传统X线图像 可调节影像对比度 摄影条件宽容范围大 受检者接受X线剂量少 可形成照片或光盘、PACS存储

数字成像的分类 a.计算机X线成像： b.数字X线荧光成像： digital fluorography DF computed radiography CR b.数字X线荧光成像： digital fluorography DF c.平板探测器数字X线成像 flat panel detectors

CR（Computed Radiography 计算机X线成像） 影像板（image plate,IP)代替X线胶片作为介质： 含铕的钡氟溴化合物结晶制成的影像板 BaFX:Eu2+, X=Cl.Br.I 这种结晶在第一次激发时可以储存这些信息，再次受激光激发时可以释放出与初次激发所接受的信息响应的荧光，称为辉尽性荧光物质。

成像板的结构

CR基本原理

成像板的读取

CR影像的优点 能获取数字化图像：可实施图像后处理，易于储存、检索和传输。 X线辐射剂量低：PSL物质敏感度高，减少患者受照射量 临床应用范围广：断层摄影、胃肠道造影、数字减影等 IP可重复使用 可与原有的X线摄影设备匹配工作 充分利用医院原有X光机,避免资源浪费

CR图像的缺点 受散射效应的影响，空间分辨力不佳，影像质量不如胶片 时间分辨力较差，难以显示动态图像 成像过程繁琐，未改变工作流，工作效率没有提高 设备昂贵，运行成本较高 无论是成像方式上，还是工作流程上，CR与常规 X-ray系统相比均没有根本性的改变。CR仅仅是常规X-ray的数字化，而不是数字化的X-ray 。

DR（平板探测器数字X线成像 flat panel detectors Digital Radiography）

DR 与CR的比较 1、CR可以随意放置和移动，因此应用比较 灵活。DR不适宜经常移动，多应用于固定位置的投照，例如常规胸部正侧位。 2、CR需要把IP送到激光扫描仪，程序复杂。 DR直接在监视器上显示图象，程序简洁。 3、DR图像的空间分辨率及对比度更高。 4、DR的X线剂量更低（提高了X线光子的转化效率）。

根据医生需要将原始图像进行处理 更加符合临床诊断要求 原始图像 处理方法 A 处理方法B

弥补曝光量的不足 处理方法B 原始图像 处理方法 A

DF（数字X线荧光成像 Digital Fluorography） 用IITV（影像增强器）代替CR的IP作为介质。图像用高分辨力摄像管进行扫描。 应用于数字胃肠造影和数字减影血管造影设备

工作原理 1、产生荧光：穿过病人的透射X线（X线影像）照射到影像增强器的输入屏上，获得亮度较弱的荧光影像； 2、荧光增强：再经影像增强器后在输出屏上获得一个尺寸缩小的、亮度比输入屏上亮数千乃至数万倍的荧光影像； 3、荧光信号转变为电子信号：摄像管进行光电转换，将传输到摄像管输入屏上的荧光影像转换成电信号。

4、显示器进行电/光转换，将电信号转换为荧光影像。 5、获得的视频信号（电信号）经过A/D转换（模/数转换）、计算机图像处理后，可获得数字图像。

示意图

数字减影血管造影 血管造影：将水溶性碘对比剂注入血管，使血管显影的X线检查技术 数字减影血管造影： Digital subtraction angiography, DSA 通过计算机处理数字影像信息，消除骨骼及软组织影像，使血管清晰显影的成像技术

减影前 减影后 超级电影显示的一个功能，只加强血管影像而不影响背景像，对造影剂流量小的部位观察尤为有效

操作台 检查床与监视器 显示、存储和后处理部分

DSA的减影方式 (一)时间减影   时间减影是DSA的常用方式，在注入的造影剂进入兴趣区之前，将一帧或多帧图像作mask像（蒙片）储存起来，并与时间顺序出现的含有造影剂的充盈像一一地进行相减。这样，两帧问相同的影像部分被消除了，而造影剂通过血管引起高密度的部分被突出地显示出来。因造影像和mask像两者获得的时间先后不同，故称时间减影。

DSA的减影方式 （二）能量减影 能量减影也称双能减影，边缘减影。即进行兴趣区血管造影时，同时用两个不同的管电压，如70kV和130kV取得两帧图，作为减影对进行减影，由于两帧图像是利用两种不同的能量摄制的，所以称为能量减影。临床较少应用。 （三）混合减影 基于时间与能量两种物理变量，先作能量减影再作时间减影。混合减影对设备及X线球管负载的要求都较高。临床较少应用。

DSA技术 根据造影剂注入的方式分为：动脉DSA （intrarterial DSA，IADSA）和静脉DSA （intravenous DSA，IVDSA ） 由于IADSA血管成像清楚，造影剂用量少，所以应用多。 无骨骼、软组织重叠 血管及其病变显示清楚 选择性插管技术、超选择性插管技术

选择性造影

X线摄影的临床应用 X线检查成像简便、经济，目前是影像诊断最基本、使用最多的检查方法 超声、CT、MRI不能完全取代X线检查

图像存档和传输系统与信息放射学 一、图像存档和传输系统 picture archiving and communication system，PACS 1.保存和传输图像的设备和软件系统 2.实现了图像的数字化管理 3.放射科、医院内、医院间

二、PACS产生背景 模拟信号在传输、存储过程中信号损失、图像质量无保证 80年代以后，医学影像资料急速增加（特别是数字化资料），以胶片为主的保存方式产生一系列问题 1.存放需要大量空间，查找困难，并且耗费大量人力 2.资料共享困难（胶片借走、丢失） 3.胶片消耗量大，费用昂贵，存储环境要求高 4.无法及时传输 5.图像无法进一步后处理 医学影像“数字化”、“无片化”成为一种趋势

三、PACS的组成 1、计算机中心 2、数字化图像的采集（CT、MRI、DR….） 3、图像传输－网络的分布 4、数字化影像的管理及存储－光盘 5、图像浏览、查询及输出 6、与HIS、RIS的集成

图像信息的获取

多种图象同屏显示

四、PACS的临床应用 快速、高效的调用影像及信息资料 医学影像的数字化，节约大量的存储空间及购买胶片的费用 可永久的保存图像 提供强大的后处理功能 资料共享，便于会诊及远程医疗

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