医学影像设备学概论PPT课件.ppt

第一章 医学影像设备学概论w第一第一节节医学影像医学影像设备设备的的发发展展简简史史 w第二第二节节医学影像医学影像设备设备的分的分类类 1.第一第一节节医学影像医学影像设备设备的的发发展展简简史史w 一常一常规规X线线机机w1895年年11月月8日日，德国物理学家，德国物理学家伦伦琴琴（WithelmConradRoentgen，18451923）发现发现X线线。w1896年年，德国西，德国西门门子公司研制出世界上第一子公司研制出世界上第一只只X线线管。管。w20世世纪纪1020年代年代，出，出现现了常了常规规X线线机。机。wX线线管、高管、高压变压压变压器和相关的器和相关的仪仪器、器、设备设备以及人工以及人工对对比比剂剂的不断开的不断开发发利用，尤其是体利用，尤其是体层层装置、影像增装置、影像增强强器、器、连续摄连续摄影、快速影、快速换换片机、高片机、高压压注射器、注射器、电视电视、电电影和影和录录像像记录记录系系统统的的应应用用w到到20世世纪纪60年代中、末期年代中、末期，已形成了，已形成了较较完整的学科完整的学科体系，称体系，称为为影像影像设备设备学。学。w右右图为图为1896年年伦伦琴首次拍琴首次拍摄摄到他妻子手的到他妻子手的X线线照片，照片，其无名指上戴其无名指上戴着一枚戒指）着一枚戒指）2.电磁波谱3.w 二二CTw1972年，英国工程年，英国工程师师汉汉斯菲斯菲尔尔德德（G.N.Hounsfield）研制成功世界上）研制成功世界上第一台用于第一台用于颅脑颅脑的的X线计线计算机体算机体层摄层摄影（影（x-raycomputedtomography，X-CT）设备设备，简简称称为为X-CT或或CT设备设备。汉汉斯菲斯菲尔尔德德还还研制出英国第一台晶研制出英国第一台晶体管体管电电子子计计算机算机CT设备设备是横断面体是横断面体层层，无前后影像重，无前后影像重叠，不受叠，不受层层面上下面上下组织组织的干的干扰扰；同；同时时由于密度分辨力由于密度分辨力显显著提高，能分辨出著提高，能分辨出0.1%0.5%X线线衰减系数的差异，比衰减系数的差异，比传统传统的的X线检查线检查高高1020倍；倍；还还能以数能以数字形式（字形式（CT值值）作定量分析。）作定量分析。科科马马克克X线扫线扫描描进进行行图图像重建，并提像重建，并提出了精确的数学推算方法出了精确的数学推算方法.4.w近30年来，CT设备的更新速度极快，扫描时间由最初的几分钟向亚秒级发展，图像快速重建时间最快的已达0.75s（512512矩阵），空间分辨力也提高到0.1mm。5.北京北京协协和医院引和医院引进进西西门门子公司子公司64层层螺旋螺旋CT 最高分辨最高分辨率、率、最快最快扫扫描、描、最低最低辐辐射、射、最大信息最大信息量量全身血管全身血管及及脏脏器无器无创创性性检查检查 6.w平板探测器CT设备目前尚在开发阶段，一旦技术成熟，从机器设计、信息模式、成像速度、射线剂量到运行成本都会有根本性的改变，将会引起CT设备的又一次革命。7.w三三MRI设备设备20世世纪纪80年代初年代初（magneticresonanceimaging，MRI）设备设备，简简称称为为MRI设备设备。1.它是一种新的非它是一种新的非电电离离辐辐射式医学成像射式医学成像设备设备。直接。直接摄摄取横、冠、取横、冠、矢状矢状层层面和斜位等不同体位的体面和斜位等不同体位的体层图层图像，像，这这是它是它优优于于CT设备设备的特点之一。的特点之一。2.它能它能够够从人体从人体分子内部分子内部反映出人体器官失常和早期病反映出人体器官失常和早期病变变，能将人体能将人体组织组织中有关化学中有关化学结结构的信息反映出来。疾病的构的信息反映出来。疾病的早期早期诊诊断效果有极大的断效果有极大的优优越性。越性。CT不能不能够够提供人体器官的提供人体器官的生理状生理状态态信息信息。当病。当病变组织变组织与周与周围围正常正常组织组织的吸收系数相同的吸收系数相同时时，就无法提供有价，就无法提供有价值值的信息。的信息。只有当病只有当病变发变发展到改展到改变变了了器官形器官形态态。也更也更为为精确。精确。3.MRI设备设备已广泛用于全身各系已广泛用于全身各系统统，其中以中枢神，其中以中枢神经经、心血管、心血管系系统统、肢体关、肢体关节节和盆腔等效果最好。和盆腔等效果最好。4.2003年年彼得彼得曼斯菲曼斯菲尔尔德德与与保保罗罗-劳劳特布特布尔尔由于在磁共振方面由于在磁共振方面的杰出成的杰出成绩绩而而获获得得诺贝诺贝尔尔生理学和医学生理学和医学奖奖。8.万东公司9.日立单柱开放10.w 中场超导（0.7T）开放型开放型MRI设备进一步普及，它便于开展介入操作和检查中监护病人，克服了幽幽闭闭恐惧恐惧病人和不合作病人应用MRI检查的限制。11.w四四数字减影血管造影数字减影血管造影（digitalsubtractionangiography，DSA）、）、计计算机算机X线摄线摄影影（computedradiography，CR）和数字）和数字摄摄影（影（digitalradiography，DR）是）是20世世纪纪80年代、年代、90年代开年代开发发的数字的数字X线线机。前者具有机。前者具有少少创创、实时实时成像、成像、对对比分辨力高、安全、比分辨力高、安全、简简便便等特点，后者具有等特点，后者具有减少曝光量减少曝光量等等优优点，更点，更重要的是可作重要的是可作为为数字化数字化图图像像纳纳入入图图像存像存储储与与传输传输系系统统（picturearchivingandcommunicationsystems，PACS）。）。12.五超声成像、核医学五超声成像、核医学设备设备20世世纪纪50年代和年代和60年代，年代，超声成像（超声成像（ultrasonography，USG）设设备备和相和相继继出出现现，当，当时时在医学上的在医学上的应应用往往各用往往各成系成系统统。1972年年X-CT设备设备的开的开发发，使医学影，使医学影像像设备进设备进入了一个以入了一个以计计算机和体算机和体层层成像相成像相结结合、以合、以图图像重建像重建为为基基础础的新的新阶阶段。段。70年代末年代末80年代初，超声年代初，超声CT（ultrasonicCT，UCT）、）、放射性核素放射性核素CT和数字和数字X线线机逐步机逐步兴兴起，并起，并应应用于用于临临床。尽管床。尽管这这些些设备设备的成像参数、的成像参数、诊诊断断原理和原理和检查检查方法各不相同，但其方法各不相同，但其结结果都是形果都是形成某种影像，并依此成某种影像，并依此进进行行诊诊断。断。13.六介入放射学六介入放射学自自20世世纪纪60年代年代兴兴起，于起，于70年代年代中期逐步中期逐步应应用于用于临临床，近年来尤以介床，近年来尤以介入治入治疗设备进疗设备进展迅速。具有安全、展迅速。具有安全、简简便、便、经济经济等特点。等特点。90年代倍受人年代倍受人们们青青睐睐的立体定的立体定向放射外科学向放射外科学设备设备，由于它可以不作，由于它可以不作开开颅颅手手术术而治而治疗疗一些一些脑脑疾患，很受疾患，很受欢欢迎，介入放射学迎，介入放射学设备设备与立体定向放射与立体定向放射外科学外科学设备设备，都是通，都是通过过医学影像医学影像设备设备来引来引导导或定位的，所以也属于医学影或定位的，所以也属于医学影像像设备设备的范畴。的范畴。14.w 综上所述，多种类型的医学影像诊断设备与医学影像治疗设备相结合，共同构成了现代医学影像设备体系。15.16.第二第二节节医学影像医学影像设备设备的的分分类类 现现代医学影像代医学影像设备设备可分可分为为两大两大类类：医学影像医学影像诊诊断断设备设备医学影像治医学影像治疗设备疗设备17.w（一）影像（一）影像诊诊断断设备设备 wX线设备线设备（常常规规X线设备线设备、数字、数字X线设备线设备、X-CT设设备备）；）；wMRI设备设备；w超声超声设备设备；w核医学核医学设备设备；w热热成像成像设备设备；w光学成像光学成像设备设备（医用内（医用内镜镜）w(二二)、治、治疗疗用用设备设备w1.介入放射学介入放射学设备设备 w2.立体定向放射外科学立体定向放射外科学设备设备18.w（一）（一）X线设备线设备wX线线设设备备通通过过测测量量穿穿透透人人体体的的X线线来来实实现现人人体体成成像像。X线线成成像像反反映映的的是是人人体体组组织织的的密密度度变变化化，显显示示的的是是脏脏器器的的形形态态，而而对对脏脏器器功功能能和和动动态态方方面面的的检检测测较较差差。此此类类设设备备主主要要有有常常规规X线线机机、数数字字X线线机机和和X-CT设备设备等。等。w以以X线线作作为为医学影像信息的医学影像信息的载载体，出于两方面体，出于两方面的考的考虑虑，即，即分辨力和衰减系数分辨力和衰减系数。从分辨力来看，。从分辨力来看，为为了了获获得有价得有价值值的影像，的影像，辐辐射波射波长应长应小于小于510-11m。另一方面，当另一方面，当辐辐射波通射波通过过人体人体时时，应应呈呈现现衰减特性。衰减特性。若衰减若衰减过过大，大，则则透射人体的透射人体的辐辐射波微弱，当射波微弱，当测测量透量透射人体的射人体的辐辐射波射波时时，由于噪声的存在，很可能，由于噪声的存在，很可能导导致致测测量量结结果无意果无意义义。反之，若。反之，若辐辐射波透射人体射波透射人体时时几乎几乎无衰减，无衰减，则则因无法精确的因无法精确的测测量衰减部分而失效。量衰减部分而失效。19.w 在在X线设备线设备中，屏中，屏-片片组组合分辨力合分辨力较较高，高，但它得到的是人体不同深度但它得到的是人体不同深度组织组织信息叠加在信息叠加在一起的二一起的二维图维图像，所以病像，所以病变变的深度很的深度很难难确定，确定，且且对软组织对软组织分辨不佳。分辨不佳。w数字数字X线线机使用曝光量机使用曝光量宽宽容度大，可容度大，可获获得数字化影像，便于得数字化影像，便于进进行行图图像的后像的后处处理，且理，且扩扩大了大了诊诊断范断范围围，利于胃，利于胃肠肠和心和心脏脏等部位的等部位的检查检查。wX-CT影像的空影像的空间间分辨力可小于分辨力可小于0.5mm，能分辨能分辨组织组织的密度差的密度差别别可达到可达到0.5。它利用。它利用横断面呈像，解决了影像重叠横断面呈像，解决了影像重叠问题问题，可确定，可确定受受检脏检脏器的位置、大小和形器的位置、大小和形态变态变化。化。20.w（二）（二）MRI设备设备wMRI设设备备通通过过测测量量构构成成人人体体组组织织中中某某些些元素的原子核的磁共振信号，元素的原子核的磁共振信号，实现实现人体成像。人体成像。w在在MRI影影像像上上可可显显示示软软组组织织、肌肌肉肉、肌肌腱腱、脂脂肪肪、韧韧带带、神神经经、血血管管等等。此此外外，它它还还有有一一些些特特殊殊的的优优点点：MRI剖剖面面的的定定位位完完全全是是通通过过调调节节磁磁场场，用用电电子子方方式式确确定定的的，因因此此能能完完全全自自由由地地按按照照要要求求选选择择层层面面；MRI对对软软组组织织的的对对比比度度比比X-CT优优越越，能能非非常常清清楚楚地地显显示示脑脑灰灰质质与与白白质质；MR信信号号含含有有较较丰丰富富的的有有关关受受检检体体生生理理、生生化化特特性性的的信信息息，而而X-CT只只能能提提供供密密度度测测量量值值；MRI无无电电离离辐辐射射。目目前，尚未前，尚未见见到到MR对对人体危害的人体危害的报报道。道。21.w MRI的的缺缺点点：成成像像时时间间较较长长；植植入入金金属属的的病病人人，特特别别是是植植入入心心脏脏起起搏搏器器的的病病人人，不不能能进进行行MRI检检查查；设设备备购购置置与与运运行行的的费费用用较较高。高。w总总之，之，MRI设备设备可作任意方向的体可作任意方向的体层检层检查查，能反映人体分子水平的生理、生化等方，能反映人体分子水平的生理、生化等方面的功能特性，面的功能特性，对对某些疾病（如某些疾病（如肿肿瘤）可作瘤）可作早期或超早期早期或超早期诊诊断，是一种很有断，是一种很有发发展前途和展前途和潜力的高技潜力的高技术设备术设备。22.w（三）（三）诊诊断用超声断用超声设备设备w诊诊断用超声断用超声设备设备分分为为利用超声利用超声（ultrasound，US）回波的）回波的USG设备设备和利用和利用US透射的超声透射的超声CT（ultrasonographyCT，UCT）两大）两大类类。USG设备设备，根据其，根据其显显示方式示方式不同，可以分不同，可以分为为A型（幅度型（幅度显显示）、示）、B型型（切（切面面显显示）、示）、C型（亮度型（亮度显显示）、示）、M型（运型（运动显动显示）、示）、P型（平面目型（平面目标显标显示）等。示）等。w目前，医院中用的最多的是目前，医院中用的最多的是B型型USG设备设备，俗，俗称称B超超UCT所需所需扫扫描描时间较长时间较长，且分辨力，且分辨力低，有待于低，有待于进进一步改一步改进进与提高。但由于它是与提高。但由于它是一种无一种无损伤损伤和非侵入式的和非侵入式的诊诊断断设备设备，因此将，因此将来可能成来可能成为为主要的影像主要的影像诊诊断断设备设备。23.w X线线成成像像与与US成成像像是是当当前前用用得得最最为为普普遍遍的的两两种种检检查查方方法法，但但对对人人体体有有无无危危害害是是它它们们之之间间的的一一个个重重要要区区别别。就就X线线来来说说，尽尽管管现现在在已已经经显显著著地地降降低低了了诊诊断断用用剂剂量量，但但其其危危害害性性仍仍不不容容忽忽视视。实实践践表表明明，它它将将导导致致癌癌症症、白白血血症症和和白白内内障障等等疾疾病病的的发发病病率率增增加加。而而从从现现有有资资料料来来看看，目目前前诊诊断断用用US剂剂量量还还未未有有使使受受检检者者发发生不良反生不良反应应的的报报道。道。w。24.w（四）核医学（四）核医学设备设备w核核医医学学设设备备通通过过测测量量人人体体某某一一器器官官（或或组组织织）对对标标记记有有放放射射性性核核素素药药物物的的选选择择性性吸吸收收、储储聚聚和和排排泄泄等等代代谢谢功功能能，实实现现人人体体功功能能成成像像。主主要要有有相相机机、单单光光子子发发射射型型CT（singlephotonemissionCT，SPECT）和和正正电电子子发发射射型型CT（positiveemissionCT，PET）。）。w25.w（五）（五）热热成像成像设备设备所所有有物物体体都都会会发发出出红红外外线线能能量量。物物体体越越热热，其其分分子子就就愈愈加加活活跃跃，它所，它所发发出来的出来的红红外外线线能量也就越多。能量也就越多。热热成成像像设设备备通通过过测测量量体体表表的的红红外外信信号号和和体体内内的的微微波波信信号号实实现现人人体体成成像像。红红外外辐辐射射能能量量与与温温度度有有关关，因因此此又又可可以以说说，热热成像就是利用温度信息成像。成像就是利用温度信息成像。举举例：例：“慧眼慧眼HW-05人体温度人体温度红红外外热图热图像像仪仪”在在华华中中科科技技大大学学研研制制成成功功。可可在在1秒秒钟钟的的瞬瞬间间，立立即即显显示示人人体体热热图图像像和和最最高高体体表表温温度度，温温度度分分辨辨率率可可达达到到0.06，甚甚至至牙痛等局部牙痛等局部发热发热的症状也能的症状也能显显像。像。同同济济大学：大学：应应用用红红外外热热像像仪仪开开发发出出了了一一种种非非血血糖糖值值测测量量的的对对糖糖尿尿病病人人代代谢谢功功能能进进行行评评估估的的新新方方法法，该该方方法法可可以以在在健健康康人人体体检检中中应应用用，筛筛选选出出糖糖尿尿病病发发病病的的高高危危险险人人群群，从从而而可可以以进进行行糖糖尿尿病病发发病的早期病的早期预报预报，这这是目前用其他方法是目前用其他方法还还不能不能实现实现的的。26.w w医医用用热热成成像像设设备备一一般般包包括括红红外外成成像像、红红外照相、外照相、红红外外摄摄像和光机像和光机扫扫描成像等。描成像等。27.w（六）医用内（六）医用内镜镜w前前述述各各种种医医学学影影像像设设备备虽虽然然在在某某种种程程度度上上能能显显示示出出人人体体的的内内部部组组织织形形态态，但但这这种种显显示示是是间间接接的的、非非直直观观的的。真真正正能能做做到到直直观观的的仪仪器器，目目前前唯唯有有内内镜镜。利利用用光光学学内内镜镜，能能使使人人眼眼直直接接看看到到人人体体内内脏脏器器官官的的组组织织形形态态，从从而而提提高高了了诊诊断断的的准准确确性性。内内镜镜的的诊诊疗疗优优势势，已成已成为为医学界的共医学界的共识识。w医用内医用内镜镜的种的种类类很多，目前很多，目前临临床上用得床上用得最多的是最多的是光光导纤维导纤维内内镜镜（纤镜纤镜），而最有），而最有发发展潜力的是展潜力的是电电子内子内镜镜。28.29.w二、治二、治疗疗用用设备设备w（一一）介介入入放放射射学学设设备备所所谓谓介介入入放放射射学学（interventionalradiology）系系统统，就就是是借借助助高高精精度度计计算算机机化化的的影影像像仪仪器器的的观观察察，通通过过导导管管深深入入体体内内，对对疾病直接疾病直接进进行行诊诊断与治断与治疗疗的一种新型的一种新型设备设备与技与技术术。w特点：特点：创伤创伤小、痛苦少、小、痛苦少、疗疗程短、程短、疗疗效高，即微效高，即微创创、简简便、安全、有效便、安全、有效和并和并发发症少。症少。w用途：用途：w一血管一血管类类w一）一）诊诊断性造影断性造影把把导导管引入血管管引入血管进进行造影，行造影，显显示病示病变变部位，部位，进进行定性，定位行定性，定位诊诊断，适断，适应应范范围围甚广。如各种良，甚广。如各种良，恶恶性性肿肿瘤的瘤的诊诊断，血管畸形，断，血管畸形，w（二）灌注（二）灌注药药物治物治疗疗1，止血，止血选择选择性血管内注入血管收性血管内注入血管收缩剂缩剂控制出血，主要用于消化道出血及外控制出血，主要用于消化道出血及外伤伤性性出血。出血。w化化疗疗将将导导管管选择选择性插入供性插入供应肿应肿瘤的血管，灌注抗癌瘤的血管，灌注抗癌药药物，到达物，到达肿肿瘤区内的瘤区内的药药物物浓浓度比度比静脉静脉给药给药要高的多，抗癌作用明要高的多，抗癌作用明显显增增强强，w栓塞栓塞疗疗法法二非血管二非血管类类30.医学影像医学影像设备设备的的导导向向是完成介入治是完成介入治疗疗的关的关键键。这这需需要要一一套套由由机机械械、仪仪器器仪仪表表、计计算算机机、光光学学仪仪器器等等多多种种仪仪器器组组成成的的大大型型精精密密仪仪器器设设备备系系统统。特特别别是是影影像像技技术术与与计计算算机机结结合合的的DSA，它它能能实实时时地地向向医医生生提提供供导导管管导导向向的的位位置置、局局部部循循环环结结构构、栓栓塞塞或或扩扩张张的的效效果果等等有有关关介介入入诊诊疗疗的的信信息息，因因而而具具有有极极大的大的优优越性。越性。w介介入入放放射射学学系系统统的的另另一一重重要要组组成成部部分分，是是介介入入诊疗诊疗用用导导管及其附件。管及其附件。一一个个性性能能良良好好的的介介入入性性导导管管应应具具备备以以下下条条件件：硬硬度度适适宜宜及及适适合合诊诊疗疗的的几几何何造造型型；弹弹性性和和柔柔韧韧性性；扭扭力力顺顺应应性性（为为减减小小扭扭力力顺顺应应性性，管管壁壁置置入入金金属属网网）；形形状状具具有有记记忆忆性性；血血液液与与组组织织相相容容性性；高高温温高高压压消消毒毒或或化化学学消消毒毒；可可进进行行放放射射性性跟跟踪踪；管管壁壁光光滑滑、管管腔腔满满足足流流量量压压力力的的要要求求，摩摩擦系数适宜。擦系数适宜。31.w介入性介入性导导管，根据用途可管，根据用途可分分为为两两类类：即即诊诊断用断用导导管和治管和治疗疗用用导导管及其附件。管及其附件。前者包括心血管、前者包括心血管、脑脑血管造影血管造影导导管，肝、管，肝、肾肾、胰、脾等内胰、脾等内脏脏器官用器官用导导管管十余种。十余种。这这种种导导管要有一管要有一定耐定耐压压性和性和满满足大流量的足大流量的要求（要求（1525ml/s）。）。后者如消化道治后者如消化道治疗导疗导管、管、肿肿瘤化瘤化疗疗用用导导管、射管、射频频消融消融导导管、溶栓管、溶栓导导管、管、二尖二尖辫辫球囊球囊扩张导扩张导管等。管等。其附件有血管内支架（自其附件有血管内支架（自膨膨胀胀型、球囊膨型、球囊膨胀胀型、形型、形状状记忆记忆型）、型）、导丝导丝（引（引导导导导管用）等。管用）等。32.