成像技术与临床应用3课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,自德国物理学家伦琴1895年发现X线以后。X线被广泛应用到医学临床工作中帮助疾病诊断，形成了放射诊断学，奠定了医学影像学的基础。随着计算机等高科技的发展，医学影像学也飞速发展。,第一节 X线成像,一 X线成像基本原理及设备,X线是X线管内高速行进的电子流轰击靶面时产生的。为此，X线设备主要包括X线管、变压器、操作台、检查床等基本部件。穿透性,:,管,电压愈高，X线波长愈短，穿透力也愈强。反之，亦然。,荧光效应,:,激发荧光物质发出荧光。,感光效应,:,X线可使胶片上的溴化银感光产生潜影，经显、定影后，胶片变为黑白相间图像(,模拟式显影方式,）。,电离,效应,:,X,线穿过任何物质都可使之电离，产生电离效应。,X线,可,使机体内组织、细胞产生变性，,即生物效应，是,作为放射治疗,的基础，也是要防护的原因。,X,线成像原理,X,线能使人体在荧光屏上或胶片上形成影像，主要是由于,X,线具有穿透性、荧光作用和感光作用等特性，同时也因为,人体组织结构有密度和厚度的差别,，这种差别，导致,X,线透过人体各种不同组织结构时，被吸收的程度不同，到达荧光屏或,X,线片上的,X,线量出现差异，从而在荧光屏或,X,线片上形成黑白对比不同的影像。,数字X线成像,传统x线摄影是以胶片为介质对形成影像的X线信息进行采集、显示、存储和传递，缺点是摄影技术要求严格，曝光宽容度小，影像的灰度不可调节，而且不可能同时清晰显示各种密度的组织结构，在照片的利用和管理上也有诸多不便。数字X线成像克服了这些缺点。,动态范围宽,一次曝光可通过窗宽,窗位的调整获得从软组织到骨骼不同的影像,甚至可以清楚到头发。,数字成像分类,计算机X线成像（CR）,数字X线荧光成像（DF）,平板探测器数字X线成像（DR）,CR,Principle of CR,数字减影血管造影,血管造影是将水溶性对比剂注入血管内，使血管显影的X线检查方法。由于血管影像与骨骼及软组织影发生重叠，影响了血管的显示。数字,减,影血管造影（DSA）是通过计算机处理数字影像信息，消除了骨骼和软组织影像，使血管清晰显影的成像技术。,减影技术,时间减影,：,取一帧不含对比剂的影像作蒙片（mask），与一祯充盈对比剂峰值水平的影像（造影像）（contrast image),组成一个“减影对”分别输入计算机进行减影处理时，即可得到突出含碘血管结构，消除了其他非感兴趣结构的减影影像。由于减影对是在不同时间获得的，故称时间减影法。,是目前最普遍应用的减影方法之一,能量减影,造影方法：,动脉DSA,静脉DSA,二 X线图像特点,人体组织密度与X线图像密度概念不一样,前者指人体组织中单位体积物质的质量，后者指X线片上影像的黑白。,单位厚度,的物质密度大,影像白。反之,物质密度低,影像黑。,X,线图像系标准,X,线束穿过人体不同密度、厚度的组织结构的投影总和,将三维立体变为二维图像,因而,X,线图像与人体组织结构相比,产生形态失真、放大及相互重叠后的复合影像。,三 X线检查技术,常规X线检查,1.透视(fluroscopy),适用于机体天然对比较好部位,如胸部，观 察器官动态,例如心脏大血管、消化道蠕动等。,优点：简便易行、经济，出诊断结果快。,缺点：不能显示细微病变；无永久记录，不便前 后比较2.X线摄影,（Radiography),X线可使胶片溴化银感光，产生潜影，经显、定影处理，感光部分溴化银还原为金属银，沉淀在胶片上，显示为黑色；未感光部分溴化银脱离胶片，显示为白色。,X线摄影对比度及清晰度均佳，适于全身各部检查。,造影检查,人体组织结构中相当一部分，只依靠自身密度与厚度差异不能在普通,X,线检查中显影，此时，通过“人工对比”，将高于或低于组织结构的物质引入器官内或其周围间隙使之产生对比显影，称为造影检查，引入的物质称为对比剂。,对比剂,(Contrast Medium,),高密度对比剂,：,原子序数高，比重大的物质。常用有钡剂（医用硫酸钡），碘剂（有机碘剂、无机碘剂）,低密度对比剂,：,为原子序数低，比重小的气体，如空气、氧 气等，应用少。,造影方式,1.直接引入,：,口服,、,灌注,、,穿刺注入,2.间接引入,：,注入静脉，通过循环到 达靶器官，泌尿系造影，胆道造影。,、,、,口服,灌注逆行尿路造影,逆行尿路造影,口服法胆囊造影,穿刺法膝关节充气造影,间接引入的静脉尿路,造影,穿刺注入造影,X线照射人体可产生一定的生物效应。超过容许照射量，可发生放射反应，甚至放射损害。故应该重视防护。放射防护遵循屏蔽防护,、,距离防护,、,时间防护原则。,X,线检查中的防护,四 X线图像的解读,按一定顺序全面而系统地进行观察，区分正常与异常。,对异常X线表现，观察病变的位置、分布、病变数目、病变形状、病变密度、病变边缘、邻近组织、器官改变、脏器功能情况。,五 X线诊断的临床应用,首先要在了解各种检查方法原理基础上选择。,选择准确、无创、并发症少、经济。,尽量避免重复检查。,严格掌握适应症、禁忌症。,第二节 计算机体层成像,Computed Tomography,CT,CT,是,Hounsfield1969,年设计成功，,1972,年问世的。它开创了数字化成像先河，改变了成像方法。,CT,显示的是断层解剖图像，其密度分辨力明显优于,X,线图像，使,X,线成像不能显示的解剖结构和病变得以显影，从而扩大了人体的检查范围，提高了病变检出率和诊断的准确率。,CT,极大地促进了医学影像学的发展。,基本原理,用X线束对人体检查部位一定厚度的层面进行扫描，由探测器接受衰减的X线，并由光电转换器变为电信号，再由模数转换器变为数字进行计算机处理，获得该层面的每个体素的X线衰减系数，再由数模转换器把每个体素的数字转换成不等灰阶度的像数，按矩阵排列，构成CT图像,光电转换,体素,(voxel),和象素,(pixel),CT,图像实际上是人体某一部位有,一定厚度,（如,1mm,，,10mm,等）的体层图像。将成像的体层分成按矩阵排列的若干小的基本单元，以,一个,CT,值代表一个小单元内的物质密度，,这些小单元称之为体素。,同样，一幅,CT,图像是由很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之为象素,体素是一个三维的概念，象素是一个二维的概念,逆行尿路造影,CT值,反映组织对X线的线性吸收系数平均量的一个量的标准。用ct值说明密度，单位为HU。,规定水的CT值为0HU，骨皮质的CT值为+1000HU，空气为-1000HU。,CT,设备,(Equipment),扫描部分：X线管、探测器、扫描机架,计算机系统,图像显示和存储系统,普通,CT Conventional CT,螺旋,CT Spiral(helical)CT,多层螺旋,CT Multislice CT(MSCT,）,双源多层螺旋,CT Dual Source CT(DSCT,）,电子束,CT Electron beam CT(EBCT),平板,CT Flat panel CT,螺旋,CT(spiral CT,SCT,或,helical CT),螺旋,CT,扫描时，检查床上以匀速进入,CT,机架，同时,X,线球管连续旋转式曝光，,X,线束的扫描轨迹呈螺旋状,优势：扫描速度快,提高病灶检出率,多功能显示病灶 可重建出高质量,的,三维图像和血,管造影图像、仿,真内镜图像、,CT,透视功能等,single slice spiral CT,multislice spiral CT,Slice,:2,n,2,4,8163264256,多层螺旋,CT,的趋势,“多排和多层”,1998,年，,8,排或,16,排或,32,排探测器，实现,4,层扫描,，,2002,年，,24,排探测器，实现,16,层扫描；,2004,年，,32,或,64,排探测器，实现,64,层扫描；,2005,年，,128,层扫描，双球管,2006,年，,256,层扫描，,2007,年，,320,层扫描,200,？年，平板探测器，,1024X768,扫描,CT,球管的趋势：,0.75MHU1.0MHU1.5MHU2.0MHU3.0MHU-3.5MHU4.0MHU5.3MHU6.3MHU7.5MHU.,2003,年,SIEMENS 0MHU,球管,第五代,CT,也称超快速,CT(ultrafast CT,UFCT),、电子束,CT(electron beam CT,EBCT),主要组成部分为电子枪、聚焦线圈、偏转线圈、多排探测器、检查床和控制系统,与一般,CT,不同之处是它没有,X,线球管,最快扫描速度为每层,0.05,秒，可用于冠状动脉的,CT,血管造影和心脏造影等,双源（球管）CT,CT图像特点,CT,图像是由一定数目，不同灰度的像素按矩阵排列所构成的灰阶图像，这些像素反映的是相应体素的,X,线吸收系数。像素越小，数目越多（矩阵越大），图像空间分辨力越高。,CT,图像反映器官组织对,X,线的吸收程度，因此与,X,线图像所显示的黑白影像一样，黑影表示低吸收区，即低密度区，如肺组织。白影表示高吸收区，即高密度区如骨骼。,CT,密度分辨率,高,人体软组织密度差别虽小也能形成对比而成像。用,组织,对,X,线的,吸收系数,说明其密度的高低具有一个量的标准，,换算,成,CT值，单位HU。规定水为0HU，空气为-1000HU，骨皮质为1000HU，将人体分为2000Hu(Hounsfield Unit)机体大部组织CT值在100100之间。,64,层螺旋,CT,可以清晰显示肠系膜缘的小血管,窗宽与窗位 见图,窗宽（,window width),是指荧屏图像上,16,个灰阶所包括的,CT,值范围,为了提高组织结构细节的显示则要采用不同的窗宽,窗位（,window level),是指观察某一组织结构细节时，以该组织,CT,值为中心观察,C T,可 佳 断面 数字化,X,线平片 佳 差 重叠 模拟,CR DR,CT,和普通,X,线平比较,空间分辨力 密度分辨力 成像 其它,图像质量的进展,.,二 维 横 断 面 到 三 维 图 像 重 建,CT检查技术,平扫,(Plain Scan),增强扫描,(Contrast Enhancement),动态扫描,(Dynamic Scan),高分辨,CT (High Resolution CT,HRCT),CT,新技术 CT多期增强扫描,（HAP,PVP）等,平扫,动脉期,门静脉期,小肝癌平扫,+,增扫,平扫,增扫动脉期,增扫门脉期,高分辨率,CT,扫描,(high resolution CT,HRCT),采用薄层、高分辨率重建算法可得到组织的细微结构图像，,(,靶扫描）称为高分辨率,CT,。,主要用于,肺部弥漫性间质病变,以及,小结节病变,等的检查；显示内耳、中耳听小骨等细微骨结构,High Resolution CT,HRCT,图像后处理技术,Headline,Emotion 16,6.5 for 235.5mm,16 x 1.2 mm,Pich 1.3,Rotation 0.6 sec,130 kV,90 effective mAs,Courtesy of Jiangsu Prov People Hospital,/NanJin,China,64层,CT,腹部,CTA,Virtual,Endoscopy,VE,CT图像的解读,解读,CT,图像首先要了解扫描的技术与方法，应用合适的窗技术观察重点组织。通过多幁图像立体了解器官的大小、形状和器官间的解剖关系。发现病变要分析病变的位置、大小、形状、数目和边缘，还可测定,CT,值。通过增强扫描了解病灶强化改变。同时要观察邻近器官和组织的受压、移位和浸润、破坏等表现。,CT诊断的临床应用,中枢神经系统,头颈部,胸部,心脏与血管,腹部,盆腔,骨骼系统,进入医学影像分子诊断水平的,PET-CT,PET,CT,，是将,PET,和,CT,两个设备有机地结合在一起，使用同一个检查床和同一个图像处理工作站PET,CT,同时具有,PET,和,CT,的功能，但它绝不是二者功能的简单叠加，由于,PET,与,CT,优势互补，,1,1,2,。,PET,可以显示病灶病理生理特征，更容易发现病灶；,CT,可以精确定位病灶，显示病灶结构变化。,PET,CT,独有的融合图像，将,PET,图像与,CT,图像融合，可以同时反映病灶的病理生理变化及形态结构，明显提高了诊断的准确性。,第三节 超声成像,超声是指振动频率每秒在,20000,次以上，超过人耳听觉范围的声波。超声成像是利用超声波的物理特性和人体器官组织声学特性相互作用后所产生的信息，经信息处理形成的成像技术，借此进行疾病诊断。,超声的物理特性,指向性,:超声波频率极高，波长很短，在介质中呈直线传播，具有良好的指向性，因此可对人体器官进行定向探测。,反射，折射与散射,衰减与吸收,:,反射、散射、介质吸收等均可使声能衰减，不同生物组织对入射超声的吸收衰减不一，主要与组织中蛋白质和水的含量有关。,多普勒效应,:,当超声发射到一个静止的反射体时，反射波的频率与原发射频率相同。然而当反射体朝向探头运动时，反射频率将高于发射频率，反之，当反射体背离探头运动时，反射频率将低于发射频率。反射和接受频率之差与反射体的运动速度成正比，这种现象叫多普勒效应。这一物理特性已广泛用于心脏血管等活动脏器的检测,超声成像基本原理,一般超声仪均含有换能器、信号处理系统和显示器。换能器发射一定频率的超声波，在人体组织中传播时，常可穿透多层界面，在每一界面上均发生不同程度的反射和,/,或散射，这些反射或散射声波含有超声波传播途中所经过的不同组织的声学信息，被换能器接收并经过仪器的信号处理系统的一系列处理，在显示器上以不同的形式显示为波形或图像。,换能器(探头）,信息处理系统,显示器,线阵型,扇型,凸弧型,人体组织的声学特征,无回声（无反射型）胆汁、尿液、血液,低回声（少反射型）肝、脾,强回声（多反射型）血管壁、结石,极强回声（全反射型）肺、胃肠道,胆汁,肝,胆囊壁,肝脏,B,超,心脏,B,超,临床应用,无创伤，无痛苦，无电离辐射，无需对比剂可获得各部位软组织器官及管腔结构的高清晰断层影像。,提供解剖结构形态学信息，并能反映心血管运动器官的重要生理功能，应用超声多普勒技术可无创伤检测有关血流动力学参数以及观察组织器官血流灌注。,1.部位适用于全身各部位软组织及实质性脏器疾病的诊断,2.诊断疾病(1)各部位的急性炎症、囊肿、积液、结石、良性与恶性肿瘤、创伤等。(2)血管疾病(3)心脏疾病(4)妊娠,3.超声引导下穿刺活检或治疗,4.超声监测介入治疗或外科术中监测,局限性,对骨骼，肺和肠管的检查受限,伪影较多，显示范围较小，图像整体性不如CT，MRI,第四节 磁共振成像,核磁共振,（Nuclear Magnetic Resonance,NMR),磁共振成像,Magnetic Resonance Image,MRI),20世纪80年代初NMR成像用于临床以来，为了与放射性核素检查相区别，改称为磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）。在此期间，MRI得到了迅猛发展，由于硬件及软件设备的改进，扫描时间已从原先的以分钟计发展到目前以毫秒计，图像质量也大大提高，已成为临床重要的检查手段,磁共振成像是利用体内氢原子核在强磁场内发生磁矩，用射频发生共振提供能量，改变磁矩；停止射频，恢复磁矩，释放能量，产生信号，经计算机处理，形成MR图像。,氢原子核磁矩平时状态,磁矩取向任意、无规律，磁矩相互抵消，宏观磁矩,M=0,置于磁场的状态,磁矩按磁场的磁力线方向取向，产生了一个平行于外磁场的磁矩,M,0,，称为纵向磁化。,MRI 成像原理,施加射频脉冲,向质子发射特定频率（,Larmor,频率,）的射频脉冲，质子获取能量，纵向磁化向量,M,0,将偏转一个角度围绕,Z,轴旋转，并可被分解为一个平行于,Z,轴的纵向分量,M,Z,和一个横向分量,M,xy,射频脉冲停止后,质子相干性逐渐消失，磁化向量逐渐恢复到原平衡位置。横向磁化分量,M,xy,呈指数规律衰减，称,横向弛豫,；而纵向磁化分量呈指数规律增长，称,纵向弛豫,。这一过程释放能量和产生,MR,信号。产生的信号称为,自由感应衰减信号,（,free induction decay,FID,）,弛豫时间,T1,（,ms,）纵向弛豫 机体组织,T1,较长,T2,（,ms,）横向弛豫 机体组织,T2,较短,机体组织和,T1,、,T2,见下表,MRI设备,主磁体：超导型和永磁型，超导型磁场强度高,梯度系统：提供空间定位三维编码,射频系统：发射脉冲，接受信号,计算机及数据处理系统,辅助设备,MRI,图像特点,1、灰阶成像,：,信号强弱以黑白表示，信号越强图像越白,2、和CT等相比系多参数成像,:,质子密度,、,T1,、,T2,等，,T1图像观察解剖结构,，,T2显示病变,3,、,三维成像,：,改变相位编码，可多方位成像（横断 冠状 矢状断面像）,4,、,流空效应,：,心脏 大血管显影,5,、,对比增强效应：顺磁性物质作为对比剂缩短周围质子的驰豫时间,Neuro-Ocular Plane Imaging,Image courtesy of Dr Scarabino,Casa Sollievo della Sofferenza,Italy.,3T Imaging Resembles Specimen,MRI检查技术,MR序列技术,SE序列，梯度回波（gradient echo）序列，回波平面成像（echo-planar image，EPI,MR对比增强检查技术,MR血管成像（MR Angiography,MRA),MR电影成像技术,MR水成像 (MR Hydrography,MRH),MR功能成像,(fMRI),磁共振波谱技术,(MRS),MRI,多期扫描,动脉早期,动脉晚期,门脉期,平衡期,3D ToF,TR/TE 35/3.6 ms,192x512,SL 0.8 mm,108 partitions,TA:6:44 min,MRA,胆道、内耳、泌尿道磁共振水成像,MRS,:,显示疾病代谢产物含量,3.0T,磁共振仪图像,功能成像,MRI图像的解读,MRI图像常以四种信号强度变化来表现：等信号,、,低信号,、,高信号,、,混杂信号。,1 观察各扫描方位，每个序列的每帧图像。如冠状位,、,横断位,、,失状位等。是判断疾病起源和定位诊断主要依据。,2 观察病变在各个序列中信号强度和强化情况。这对定性诊断至关重要。,3 病变大小,、,形状,、,数目,、,部位和毗邻关系，有助于病变的定性诊断。,4特殊MR检查。,MRI诊断的临床应用,中枢神经系统,头颈部,循环系统,肌骨系统,盆腔,胸部,腹部,分子影像学,MRI在临床应用上的限制,对钙化的显示不如CT，对钙化为主要特征的疾病难于诊断。,对肺的显示不佳。,对胃肠道检查很少应用。,带有心脏起搏器或体内有铁磁性物质时不能进行检查。,检查费用较高，不能普及。,不同成像方法的优选和综合应用,呼吸系统：X线胸片、CT,中枢神经系统：MR、CT,头颈部：MR、CT,循环系统：US、CT、MR、X线造影,腹部：US、CT、MR、X线造影,肌骨系统：X线片、MR、CT,分子影像学：MR、PET、SPECT,第五节 图像存档和传输系统与信息放射学,图像存档和传输系统（PACS)是保存和传输图像信息的设备和软件系统，是为实现图像数字化管理而用于放射科，医院或医院之间的图像信息管理系统,PACS,的基本拓朴图,信息放射学,信息放射学是图像数字化之后，医学影像学同计算机科学技术相结合而派生出来的新领域。包括放射科的工作管理，质量控制与质量保证，影像信息的存档与传输和远程放射学等等。,谢谢大家!,