1、生物醫(yī)學(xué)工程概述之生物醫(yī)學(xué)圖像2022-3-212生物醫(yī)學(xué)工程中心2. 超聲成像系統(tǒng)超聲成像系統(tǒng) uX射線機(jī)使用得最頻繁的成像設(shè)備。射線機(jī)使用得最頻繁的成像設(shè)備。目前臨床上使用的超聲成像系統(tǒng)基目前臨床上使用的超聲成像系統(tǒng)基本上都是采用脈沖回波亮度調(diào)制方本上都是采用脈沖回波亮度調(diào)制方式成像式成像(即即B型超聲顯像儀型超聲顯像儀)。超聲。超聲成像的突出優(yōu)點(diǎn)是對(duì)人體無損、無成像的突出優(yōu)點(diǎn)是對(duì)人體無損、無創(chuàng)、無電離輻射，同時(shí)又能提供人創(chuàng)、無電離輻射，同時(shí)又能提供人體斷面實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)圖像。因此廣泛體斷面實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)圖像。因此廣泛地用于心臟或腹部的檢查。地用于心臟或腹部的檢查。 2022-3-213生物醫(yī)學(xué)工

2、程中心（1）B超超2022-3-214生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-3-215生物醫(yī)學(xué)工程中心超聲成像圖超聲成像圖2022-3-216生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-3-217生物醫(yī)學(xué)工程中心Photo courtesy Philips Research 2022-3-218生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-3-219生物醫(yī)學(xué)工程中心除斷面成像外，血流測(cè)量也是超聲成像設(shè)備中除斷面成像外，血流測(cè)量也是超聲成像設(shè)備中的重要組成部分。超聲血流測(cè)量是借助多普勒的重要組成部分。超聲血流測(cè)量是借助多普勒頻移原理完成的。射入人體的一定頻率的超聲頻移原理完成的。射入人體的一定頻率的超聲波在遇到運(yùn)動(dòng)的紅血球時(shí)，血球產(chǎn)生的后向散波

3、在遇到運(yùn)動(dòng)的紅血球時(shí)，血球產(chǎn)生的后向散射信號(hào)會(huì)出現(xiàn)多普勒頻移。通過對(duì)多普勒回波射信號(hào)會(huì)出現(xiàn)多普勒頻移。通過對(duì)多普勒回波信號(hào)的分析就能得到血流的方向與速度信息，信號(hào)的分析就能得到血流的方向與速度信息，這些信息是心血管疾病與腦血管疾病診斷中的這些信息是心血管疾病與腦血管疾病診斷中的重要依據(jù)。重要依據(jù)。（2）多普勒超聲診斷）多普勒超聲診斷2022-3-2110生物醫(yī)學(xué)工程中心20世紀(jì)世紀(jì) 80年代初問世的超聲彩色血流圖（年代初問世的超聲彩色血流圖（color flow mapping，簡稱簡稱CFM）是目前臨床上使用的是目前臨床上使用的高檔超聲診斷儀。它的特點(diǎn)是把血流信息疊加到二高檔超聲診斷儀。它的

4、特點(diǎn)是把血流信息疊加到二維維B型圖像上。凡是指向換能器的血流在型圖像上。凡是指向換能器的血流在B超圖中超圖中用紅顏色表示，而背離換能器的血流則用藍(lán)顏色表用紅顏色表示，而背離換能器的血流則用藍(lán)顏色表示。由于在一張圖像上既能看到臟器的解剖形態(tài)，示。由于在一張圖像上既能看到臟器的解剖形態(tài)，又能看到動(dòng)態(tài)血流，它在心血管疾病的診斷中發(fā)揮又能看到動(dòng)態(tài)血流，它在心血管疾病的診斷中發(fā)揮了很大的作用。了很大的作用。超聲彩色血流圖超聲彩色血流圖2022-3-2111生物醫(yī)學(xué)工程中心Color Flow Mapping, CFM2022-3-2112生物醫(yī)學(xué)工程中心超聲診斷超聲診斷2022-3-2113生物醫(yī)學(xué)工程

5、中心超聲診斷超聲診斷2022-3-2114生物醫(yī)學(xué)工程中心腎臟多普勒2022-3-2115生物醫(yī)學(xué)工程中心（3）高能量聚焦超聲波治療儀高能量聚焦超聲波治療儀（ high-intensity focused ultrasound, HIFU） 是利用超聲波良好的組織內(nèi)聚焦性、方向性和能量的可滲透性，通過一定的聚焦方式，將超聲源發(fā)出的超聲能量聚焦于人體組織，在組織內(nèi)形成一個(gè)聲強(qiáng)較高的區(qū)域焦域，使焦域組織溫度瞬間內(nèi)達(dá)到70以上，致使焦域內(nèi)的組織細(xì)胞凝固性壞死，失去增殖、浸潤和轉(zhuǎn)移能力，而對(duì)焦域以外的組織影響甚少。2022-3-2116生物醫(yī)學(xué)工程中心HIFU原理示意圖2022-3-2117生物醫(yī)學(xué)工

6、程中心u聚焦超聲在其所穿過的非治療部位的能量不足以對(duì)組織造成損傷。而在其聚焦點(diǎn)，由于聲強(qiáng)很高，通過超聲的熱聚焦超聲在其所穿過的非治療部位的能量不足以對(duì)組織造成損傷。而在其聚焦點(diǎn)，由于聲強(qiáng)很高，通過超聲的熱效應(yīng)使該處組織的溫度瞬間上升至效應(yīng)使該處組織的溫度瞬間上升至56100，從而導(dǎo)致蛋白變性及組織細(xì)胞凝固性壞死；同時(shí)還，從而導(dǎo)致蛋白變性及組織細(xì)胞凝固性壞死；同時(shí)還通過超聲的空化效應(yīng)使組織間液、細(xì)胞間液和細(xì)胞內(nèi)氣體分子在超聲波正、負(fù)壓相作用下形通過超聲的空化效應(yīng)使組織間液、細(xì)胞間液和細(xì)胞內(nèi)氣體分子在超聲波正、負(fù)壓相作用下形成氣泡，并隨之收縮和膨脹以致最終爆破，所產(chǎn)生的能量導(dǎo)致細(xì)胞損傷、壞死。聚焦

7、超聲聲成氣泡，并隨之收縮和膨脹以致最終爆破，所產(chǎn)生的能量導(dǎo)致細(xì)胞損傷、壞死。聚焦超聲聲焦域的形態(tài)、大小以及組織對(duì)超聲的效應(yīng)和反作用等因素對(duì)超聲治療的深淺度、組織損傷范焦域的形態(tài)、大小以及組織對(duì)超聲的效應(yīng)和反作用等因素對(duì)超聲治療的深淺度、組織損傷范圍和損傷程度起著決定性的作用。因此，通過對(duì)超聲換能器參數(shù)的設(shè)置可以達(dá)到靶向破壞病圍和損傷程度起著決定性的作用。因此，通過對(duì)超聲換能器參數(shù)的設(shè)置可以達(dá)到靶向破壞病變的目的，而對(duì)治療靶點(diǎn)周圍組織卻沒有損傷，從而實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)治療的目標(biāo)。變的目的，而對(duì)治療靶點(diǎn)周圍組織卻沒有損傷，從而實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)治療的目標(biāo)。u 高強(qiáng)度聚焦超聲與超聲熱療區(qū)別：高強(qiáng)度聚焦超聲與超聲熱療區(qū)別

8、：u高強(qiáng)度聚焦超聲聚焦區(qū)域瞬間溫度可升高到高強(qiáng)度聚焦超聲聚焦區(qū)域瞬間溫度可升高到60以上，直接凝固細(xì)胞蛋白。以上，直接凝固細(xì)胞蛋白。 u 超聲熱療則完全不同，超聲作用區(qū)的溫度一般為超聲熱療則完全不同，超聲作用區(qū)的溫度一般為4045，不能直接造成細(xì)胞組織凝固性壞死，不能直接造成細(xì)胞組織凝固性壞死，只能令其變性，故療效不可靠。只能令其變性，故療效不可靠。2022-3-2118生物醫(yī)學(xué)工程中心HIFU刀刀u重慶醫(yī)科大學(xué)研制的HIFU刀是我國第一個(gè)完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 大型醫(yī)療設(shè)備2022-3-2119生物醫(yī)學(xué)工程中心HIFU 刀刀無錫海鷹醫(yī)療電子有限公司生產(chǎn)的無錫海鷹醫(yī)療電子有限公司生產(chǎn)的HY29

9、00HY2900聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)2022-3-2120生物醫(yī)學(xué)工程中心 HIFU的優(yōu)點(diǎn)：的優(yōu)點(diǎn)：u手術(shù)精確 治療中電腦實(shí)時(shí)計(jì)劃，實(shí)時(shí)監(jiān)控，u術(shù)中不出血 體外治療，不開刀，不出血，無疼痛，創(chuàng)傷反應(yīng)明顯小于開放手術(shù)病人耐受性好。u并發(fā)癥少 u住院時(shí)間短 治療過程大約在半小時(shí)內(nèi)完成，病人術(shù)后當(dāng)天可下地活動(dòng)，康復(fù)快，身體狀況好者則無需住院u風(fēng)險(xiǎn)小 尤其適用于因其他疾病或原因不能手術(shù)的患者,如高血壓，糖尿病，心血管疾病，高齡患者等。2022-3-2121生物醫(yī)學(xué)工程中心3. 磁共振成像系統(tǒng)磁共振成像系統(tǒng) 1945年美國學(xué)者年美國學(xué)者Bloch和和Purcell首先發(fā)首先發(fā)現(xiàn)了核磁

10、共振現(xiàn)象，從此產(chǎn)生了核磁共振現(xiàn)了核磁共振現(xiàn)象，從此產(chǎn)生了核磁共振譜學(xué)這門科學(xué)。它在廣泛的學(xué)科領(lǐng)域中迅譜學(xué)這門科學(xué)。它在廣泛的學(xué)科領(lǐng)域中迅速發(fā)展成為對(duì)物質(zhì)的最有效的非破壞性分速發(fā)展成為對(duì)物質(zhì)的最有效的非破壞性分析方法之一。核磁共振作為一種成像方法析方法之一。核磁共振作為一種成像方法的應(yīng)用是一個(gè)較新的發(fā)展。的應(yīng)用是一個(gè)較新的發(fā)展。2022-3-2122生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-3-2123生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-3-2124生物醫(yī)學(xué)工程中心u1973年把物體放置在一個(gè)穩(wěn)定的磁場(chǎng)中，然后再加上梯度磁場(chǎng)，再用適當(dāng)?shù)碾姶挪ㄕ丈溥@一物體，這樣根據(jù)物體釋放出的電磁波就可以繪制成物體某個(gè)截面的內(nèi)部圖像；之后

11、，Mansfield 改進(jìn)了其方法，并發(fā)現(xiàn)不均勻磁場(chǎng)的快速變化可使上述方法能更快地繪制成物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像；他還證明可以用數(shù)學(xué)方法分析獲得的數(shù)據(jù)，為利用計(jì)算機(jī)快速繪制圖像奠定了基礎(chǔ)。直至上世紀(jì) 80 年代初第一臺(tái)醫(yī)用核磁共振成像儀才問世。核磁共振成像系統(tǒng)也稱為磁共振成像（magnetic resonance imaging，簡稱MRI）系統(tǒng)。核磁共振成像儀的研制2022-3-2125生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-3-2126生物醫(yī)學(xué)工程中心核磁共振成像（核磁共振成像（MRI）基本原理）基本原理u將人體置入一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)中；將人體置入一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)中；u對(duì)人體施加一個(gè)一定頻率的交變射頻場(chǎng)，使被探測(cè)的對(duì)人體施加

12、一個(gè)一定頻率的交變射頻場(chǎng)，使被探測(cè)的質(zhì)子共振并向外輻射能量；質(zhì)子共振并向外輻射能量；u在人體周圍的接收線圈中就會(huì)有感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生；在人體周圍的接收線圈中就會(huì)有感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生；u接收到電信號(hào)經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后，得到人體的斷層圖接收到電信號(hào)經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后，得到人體的斷層圖像；像；u圖像灰度代表磁共振信號(hào)的強(qiáng)度及弛豫時(shí)間圖像灰度代表磁共振信號(hào)的強(qiáng)度及弛豫時(shí)間T1和和T2u 典型的典型的MRI對(duì)氫核（或質(zhì)子）成像對(duì)氫核（或質(zhì)子）成像u氫核在人體組織中普遍存在u氫核產(chǎn)生強(qiáng)的磁共振信號(hào)2022-3-2127生物醫(yī)學(xué)工程中心MRI的三要素的三要素u靜態(tài)磁場(chǎng)靜態(tài)磁場(chǎng)u梯度磁場(chǎng)梯度磁場(chǎng)u射頻電磁場(chǎng)射頻電磁場(chǎng)2022

13、-3-2128生物醫(yī)學(xué)工程中心 磁共振圖像也是通過計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生的磁共振圖像也是通過計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生的圖像。與圖像。與CT不同的是，不同的是，CT圖中每個(gè)像素的數(shù)值圖中每個(gè)像素的數(shù)值代表的是人體組織中某一個(gè)體素對(duì)代表的是人體組織中某一個(gè)體素對(duì)X線的衰減；線的衰減；而在磁共振圖像中，每個(gè)像素的值代表的是從某而在磁共振圖像中，每個(gè)像素的值代表的是從某個(gè)體素來的磁共振信號(hào)的強(qiáng)度，它與共振核子的個(gè)體素來的磁共振信號(hào)的強(qiáng)度，它與共振核子的密度有關(guān)。密度有關(guān)。 磁共振成像與CT圖像比較2022-3-2129生物醫(yī)學(xué)工程中心MRI的突出優(yōu)點(diǎn)的突出優(yōu)點(diǎn)u基于核磁共振，無高能（基于核磁共振，無高能（XRay）

14、輻射，故安全、）輻射，故安全、對(duì)人體無創(chuàng)對(duì)人體無創(chuàng)u可以對(duì)人體組織作出形態(tài)和功能的診斷；可以對(duì)人體組織作出形態(tài)和功能的診斷；ufMRI：磁共振功能成像u提供精細(xì)的解剖結(jié)構(gòu)信息提供精細(xì)的解剖結(jié)構(gòu)信息uMRI分辨率可達(dá)分辨率可達(dá)0.5mm；u獲取人體的三維圖像數(shù)據(jù)較容易獲取人體的三維圖像數(shù)據(jù)較容易u(yù)直接產(chǎn)生三維數(shù)據(jù)，無需重建u另外，它還可以在不注射造影劑的情況下顯示血管另外，它還可以在不注射造影劑的情況下顯示血管影像。影像。2022-3-2130生物醫(yī)學(xué)工程中心MRI2022-3-2131生物醫(yī)學(xué)工程中心開放式開放式MRI2022-3-2132生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-3-2133生物醫(yī)學(xué)工程中心

15、2022-3-2134生物醫(yī)學(xué)工程中心HeadS/I ProjectionMRI Center, University of Rochester Medical School2022-3-2135生物醫(yī)學(xué)工程中心MRI Center, University of Rochester Medical School2022-3-2136生物醫(yī)學(xué)工程中心Fletcher, Barsotti, Hornak, Magn. Reson. Med. 29:623 (1993)2022-3-2137生物醫(yī)學(xué)工程中心Chen, Dougherty, Totterman, Hornak, Magn. Reson

16、. Med. 29:358 (1993)NormalCysticScleroticOsteoporosis2022-3-2138生物醫(yī)學(xué)工程中心1 Hz2 Hz3 Hz% 100755025Schlaug, et al, 1995, Harvard Medical School and Beth Israel Hospital2022-3-2139生物醫(yī)學(xué)工程中心Schlaug, et al, Science 267:699 (1995)2022-3-2140生物醫(yī)學(xué)工程中心自旋磁矩核磁共振成像（MRI）原理2022-3-2141生物醫(yī)學(xué)工程中心原子核（質(zhì)子）進(jìn)動(dòng)質(zhì)子）進(jìn)動(dòng)u氫核（質(zhì)子）自旋產(chǎn)

17、生一個(gè)小小的磁場(chǎng)，產(chǎn)生磁矩矢量氫核（質(zhì)子）自旋產(chǎn)生一個(gè)小小的磁場(chǎng)，產(chǎn)生磁矩矢量2022-3-2142生物醫(yī)學(xué)工程中心進(jìn)動(dòng)（Spin）與極化（Polarization）u無外界作用時(shí)，質(zhì)子自旋，磁矢量朝無外界作用時(shí)，質(zhì)子自旋，磁矢量朝向隨機(jī)向隨機(jī)u有外界磁場(chǎng)有外界磁場(chǎng) B0作用時(shí)作用時(shí)，質(zhì)子會(huì)繞著磁質(zhì)子會(huì)繞著磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng)（極化）。進(jìn)動(dòng)的相位存在場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng)（極化）。進(jìn)動(dòng)的相位存在兩種情況：兩種情況：u平行（與B0同向）: 低能量, 原子數(shù)目多u反平行（與B0同向） : 高能量, 原子數(shù)目少u對(duì)齊后產(chǎn)生凈磁矩對(duì)齊后產(chǎn)生凈磁矩M2022-3-2143生物醫(yī)學(xué)工程中心Larmor頻率u在外磁場(chǎng)作用下，自

18、旋的質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下，自旋的質(zhì)子產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)子產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)u進(jìn)動(dòng)頻率稱為進(jìn)動(dòng)頻率稱為Larmor 頻率頻率 u=*B0u為旋磁比,是質(zhì)子的固有特性u(píng)B0=1T, =42.58 MHzuLarmor頻率在頻率在 射頻（射頻（RF）范圍范圍2022-3-2144生物醫(yī)學(xué)工程中心凈磁矩（凈磁矩（Net Magnetization）u不同原子的自旋方向是不同的，不同原子的自旋方向是不同的，故不同原子的磁化方向也不同故不同原子的磁化方向也不同u將將M 分解為分解為Mz 和和 Mxyu不同原子磁矩的平均值稱為不同原子磁矩的平均值稱為凈磁矩凈磁矩u若Mxy相互抵消，凈磁矩由Mz給出u若Mz=0, 凈磁矩為Mxy20

19、22-3-2145生物醫(yī)學(xué)工程中心凈磁矩凈磁矩2022-3-2146生物醫(yī)學(xué)工程中心核磁共振（NMR）u在外加磁場(chǎng)在外加磁場(chǎng)B0作用的同時(shí)，施加脈沖射頻場(chǎng)的作用作用的同時(shí)，施加脈沖射頻場(chǎng)的作用u當(dāng)當(dāng)RF的頻率合適（取決于的頻率合適（取決于B0）時(shí)，進(jìn)動(dòng)的相位趨向）時(shí)，進(jìn)動(dòng)的相位趨向一致，當(dāng)完全一致時(shí)就發(fā)生核磁共振，原子由低能態(tài)一致，當(dāng)完全一致時(shí)就發(fā)生核磁共振，原子由低能態(tài)激發(fā)到高能態(tài)激發(fā)到高能態(tài)u共振時(shí)，質(zhì)子大量吸收交變場(chǎng)的能量，同時(shí)向外輻射共振時(shí)，質(zhì)子大量吸收交變場(chǎng)的能量，同時(shí)向外輻射能量，此即為成像信號(hào)能量，此即為成像信號(hào)u兩種可能的激發(fā)兩種可能的激發(fā)u 90脈沖: 自旋從平行方向至垂直方

20、向 (lower RF)u 180脈沖: 自旋從平行方向至反平行方向 (higher RF)2022-3-2147生物醫(yī)學(xué)工程中心Signal2022-3-2148生物醫(yī)學(xué)工程中心馳豫時(shí)間（Relaxations Times）u脈沖脈沖B1作用之后作用之后, 被激發(fā)的自旋漸漸恢復(fù)到低能態(tài)，同被激發(fā)的自旋漸漸恢復(fù)到低能態(tài)，同時(shí)向外輻射時(shí)向外輻射RF信號(hào)，此過程成為馳豫。信號(hào)，此過程成為馳豫。u MRI通過測(cè)量兩個(gè)馳豫時(shí)間信號(hào)成像通過測(cè)量兩個(gè)馳豫時(shí)間信號(hào)成像uT1: 90RF作用之后，Mz恢復(fù)到平衡態(tài)的63% 所需要的時(shí)間uT2: 90RF作用之后，Mxy衰減到原始靜磁矩的37% 所需要的時(shí)間uT

21、1和和T2對(duì)不同的組織是不同的，因此可以反映解剖結(jié)對(duì)不同的組織是不同的，因此可以反映解剖結(jié)構(gòu)的信息構(gòu)的信息2022-3-2149生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-3-2150生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-3-2151生物醫(yī)學(xué)工程中心MRIMRI與與CTCT比較，其主要優(yōu)點(diǎn)比較，其主要優(yōu)點(diǎn)1.1. 對(duì)腦組織無放射性損害，也無生物學(xué)損害。對(duì)腦組織無放射性損害，也無生物學(xué)損害。 2.2.可以直接做出橫斷面、矢狀面、冠狀面和各種可以直接做出橫斷面、矢狀面、冠狀面和各種斜面的體層圖像。斜面的體層圖像。 3.3.不受骨像干擾，對(duì)后顱凹底和腦干等處的小病不受骨像干擾，對(duì)后顱凹底和腦干等處的小病變能滿意顯示，對(duì)廣泛轉(zhuǎn)移的

22、腫瘤有很高的診斷變能滿意顯示，對(duì)廣泛轉(zhuǎn)移的腫瘤有很高的診斷價(jià)值。價(jià)值。 4.4.顯示疾病的病理過程較顯示疾病的病理過程較CTCT更廣泛，結(jié)構(gòu)更清楚。更廣泛，結(jié)構(gòu)更清楚。能發(fā)現(xiàn)能發(fā)現(xiàn)CTCT顯示完全正常的等密度病灶。顯示完全正常的等密度病灶。5.5.對(duì)神經(jīng)、血管、肌肉等軟組織成分顯示明顯優(yōu)對(duì)神經(jīng)、血管、肌肉等軟組織成分顯示明顯優(yōu)于于CTCT。2022-3-2152生物醫(yī)學(xué)工程中心MRIMRI與與CTCT比較，其主要缺點(diǎn)比較，其主要缺點(diǎn)1 1和和CTCT一樣，一樣，MRIMRI也是影像診斷，很多病變單憑也是影像診斷，很多病變單憑MRIMRI仍難以確診，不像內(nèi)窺鏡可同時(shí)獲得影像和病仍難以確診，不像內(nèi)

23、窺鏡可同時(shí)獲得影像和病理兩方面的診斷；理兩方面的診斷； 2 2對(duì)肺部的檢查不優(yōu)于對(duì)肺部的檢查不優(yōu)于X X線或線或CTCT檢查，對(duì)肝臟、檢查，對(duì)肝臟、胰腺、腎上腺、前列腺的檢查不比胰腺、腎上腺、前列腺的檢查不比CTCT優(yōu)越，但費(fèi)優(yōu)越，但費(fèi)用要高昂得多；用要高昂得多； 3 3對(duì)胃腸道的病變不如內(nèi)窺鏡檢查；對(duì)胃腸道的病變不如內(nèi)窺鏡檢查； 4 4體內(nèi)留有金屬物品者不宜接受體內(nèi)留有金屬物品者不宜接受MRIMRI。 5. 5. 危重病人、妊娠危重病人、妊娠3 3個(gè)月之內(nèi)的、帶有心臟起搏個(gè)月之內(nèi)的、帶有心臟起搏器的患者不能做器的患者不能做MRIMRI。 2022-3-2153生物醫(yī)學(xué)工程中心XCT與與MRI

24、成像比較的特點(diǎn)：成像比較的特點(diǎn)：u分辨率高，對(duì)骨、鈣化、早期腦出血的顯示優(yōu)于分辨率高，對(duì)骨、鈣化、早期腦出血的顯示優(yōu)于MRI；u成像速度快，器官的運(yùn)動(dòng)偽影較小。成像速度快，器官的運(yùn)動(dòng)偽影較小。uCT價(jià)格較為低廉。價(jià)格較為低廉。u軟組織之間的分辨能力差軟組織之間的分辨能力差u對(duì)人體有一定的輻射對(duì)人體有一定的輻射u只給出解剖結(jié)構(gòu)信息，幾乎無功能信息只給出解剖結(jié)構(gòu)信息，幾乎無功能信息2022-3-2154生物醫(yī)學(xué)工程中心4. 放射性核素成像放射性核素成像 u把放射性同位素標(biāo)記在藥物上引入病人體內(nèi)，把放射性同位素標(biāo)記在藥物上引入病人體內(nèi)，當(dāng)被吸收后，人體自身便成了放射源。當(dāng)被吸收后，人體自身便成了放射

25、源。u放射性同位素在衰變過程中，將向體外輻射放射性同位素在衰變過程中，將向體外輻射 射線。射線。u用核子探測(cè)器在體外定量地觀察這些放射性用核子探測(cè)器在體外定量地觀察這些放射性同位素在體內(nèi)的分布情況，以此成象。同位素在體內(nèi)的分布情況，以此成象。2022-3-2155生物醫(yī)學(xué)工程中心 從所得的放射性同位素圖像中，不僅可以從所得的放射性同位素圖像中，不僅可以看到器官的形態(tài)，更重要的是可以從中了解到看到器官的形態(tài)，更重要的是可以從中了解到人體臟器新陳代謝的情況。這是其他成像系統(tǒng)人體臟器新陳代謝的情況。這是其他成像系統(tǒng)所不容易做到的。因此，盡管放射性同位素圖所不容易做到的。因此，盡管放射性同位素圖像的分

26、辨率比較低像的分辨率比較低(約為約為1cm左右左右)，但它仍是，但它仍是臨床診斷中的重要工具。臨床診斷中的重要工具。放射性核素成像放射性核素成像 特點(diǎn)特點(diǎn)2022-3-2156生物醫(yī)學(xué)工程中心 早期的同位素成像裝置是同位素掃早期的同位素成像裝置是同位素掃描儀，成像速度非常低。目前臨床上用描儀，成像速度非常低。目前臨床上用得比較多的是得比較多的是照相機(jī)，可快速地拍攝照相機(jī)，可快速地拍攝體內(nèi)臟器的圖片，并從一系列連續(xù)的圖體內(nèi)臟器的圖片，并從一系列連續(xù)的圖像中了解器官新陳代謝的功能。像中了解器官新陳代謝的功能。放射性核素成像放射性核素成像 特點(diǎn)特點(diǎn)2022-3-2157生物醫(yī)學(xué)工程中心放射性核素成象

27、設(shè)備放射性核素成象設(shè)備u 射線照相機(jī)射線照相機(jī)u發(fā)射型發(fā)射型CT（ECT: Emission Computed Tomography）u單光子發(fā)射型單光子發(fā)射型CT（Single Photon ECT，簡稱簡稱SPECT）u正電子發(fā)射型正電子發(fā)射型CT（ Positron Emission Computed Tomography ，簡稱簡稱PET ）2022-3-2158生物醫(yī)學(xué)工程中心SPECT成像示意圖成像示意圖目前，目前，SPECT在臨床在臨床上已得到較廣泛的應(yīng)上已得到較廣泛的應(yīng)用。它是將用。它是將照相機(jī)照相機(jī)的探測(cè)器圍繞探查部的探測(cè)器圍繞探查部位旋轉(zhuǎn)并采集相應(yīng)的位旋轉(zhuǎn)并采集相應(yīng)的投影數(shù)

28、據(jù)，然后采用投影數(shù)據(jù)，然后采用與與XCT類似的重建類似的重建算法計(jì)算出放射性同算法計(jì)算出放射性同位素分布的斷層圖像。位素分布的斷層圖像。（放射性核，如TC-99m 、TI-201）2022-3-2159生物醫(yī)學(xué)工程中心SPECT2022-3-2160生物醫(yī)學(xué)工程中心PET是根據(jù)這一類放射性同位素在衰變過程中釋放正是根據(jù)這一類放射性同位素在衰變過程中釋放正電子的物理現(xiàn)象來設(shè)計(jì)的。電子的物理現(xiàn)象來設(shè)計(jì)的。正電子與電子相互作用發(fā)生湮滅現(xiàn)象后，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)正電子與電子相互作用發(fā)生湮滅現(xiàn)象后，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)能量為能量為511Kev且傳播方向完全相反的光子，用一個(gè)且傳播方向完全相反的光子，用一個(gè)符合檢測(cè)器就可以

29、檢測(cè)出這種成對(duì)出現(xiàn)的符合檢測(cè)器就可以檢測(cè)出這種成對(duì)出現(xiàn)的射線光子。射線光子。根據(jù)這樣采集到的數(shù)據(jù)同樣能重建出斷層圖像。根據(jù)這樣采集到的數(shù)據(jù)同樣能重建出斷層圖像。PET系統(tǒng)價(jià)格昂貴，主要是在實(shí)驗(yàn)室或研究中心使用系統(tǒng)價(jià)格昂貴，主要是在實(shí)驗(yàn)室或研究中心使用, 但目前已有少數(shù)醫(yī)院將該設(shè)備用于臨床。但目前已有少數(shù)醫(yī)院將該設(shè)備用于臨床。PET貧中子核素 半衰期以分鐘計(jì)。2022-3-2161生物醫(yī)學(xué)工程中心Positron emission and annihilation 2022-3-2162生物醫(yī)學(xué)工程中心PET成像示意圖成像示意圖2022-3-2163生物醫(yī)學(xué)工程中心PET成像機(jī)理成像機(jī)理2022

30、-3-2164生物醫(yī)學(xué)工程中心PETPhilips_Precedence_SPECT-CTSiemens Dual Head-E.CAM SPECT CameraGE Discovey PETCT Camera2022-3-2165生物醫(yī)學(xué)工程中心PET2022-3-2166生物醫(yī)學(xué)工程中心PET -CT圖示2022-3-2167生物醫(yī)學(xué)工程中心2022-3-2168生物醫(yī)學(xué)工程中心PET的臨床應(yīng)用神經(jīng)疾病的臨床應(yīng)用神經(jīng)疾病2022-3-2169生物醫(yī)學(xué)工程中心放射性同位素成像的特點(diǎn)放射性同位素成像的特點(diǎn)u不僅能看到器官的形態(tài)，可以得到臟器的不僅能看到器官的形態(tài)，可以得到臟器的功能功能和代謝情

31、況；和代謝情況；u分辨率較低：分辨率較低：1cm；uPET設(shè)備價(jià)格昂貴、不易于維護(hù)設(shè)備價(jià)格昂貴、不易于維護(hù)。2022-3-2170生物醫(yī)學(xué)工程中心PET相較于相較于CT和和MRI來說主要特點(diǎn)為來說主要特點(diǎn)為 u1.靈敏度高。靈敏度高。PET是一種反映分子代謝的顯像，當(dāng)疾是一種反映分子代謝的顯像，當(dāng)疾病早期處于分子水平變化階段，病變區(qū)的形態(tài)結(jié)構(gòu)尚病早期處于分子水平變化階段，病變區(qū)的形態(tài)結(jié)構(gòu)尚未呈現(xiàn)異常，未呈現(xiàn)異常，MRI、CT檢查還不能明確診斷時(shí)，檢查還不能明確診斷時(shí)，PET檢查即可發(fā)現(xiàn)病灶所在，并可獲得三維影像，還檢查即可發(fā)現(xiàn)病灶所在，并可獲得三維影像，還能進(jìn)行定量分析，達(dá)到早期診斷，這是目前

32、其它影像能進(jìn)行定量分析，達(dá)到早期診斷，這是目前其它影像檢查所無法比擬的。檢查所無法比擬的。 u2.特異性高。特異性高。MRI、CT檢查發(fā)現(xiàn)臟器有腫瘤時(shí)，是檢查發(fā)現(xiàn)臟器有腫瘤時(shí)，是良性還是惡性很難做出判斷，但良性還是惡性很難做出判斷，但PET檢查可以根據(jù)惡檢查可以根據(jù)惡性腫瘤高代謝的特點(diǎn)而做出診斷。性腫瘤高代謝的特點(diǎn)而做出診斷。 2022-3-2171生物醫(yī)學(xué)工程中心PET相較于相較于CT和和MRI來說主要特點(diǎn)為來說主要特點(diǎn)為 u 3.全身顯像。全身顯像。PET一次性全身顯像檢查便可獲得全一次性全身顯像檢查便可獲得全身各個(gè)區(qū)域的圖像。身各個(gè)區(qū)域的圖像。 u4.安全性好。安全性好。PET檢查需要的

33、核素有一定的放射性，檢查需要的核素有一定的放射性，但所用核素量很少，而且半衰期很短（短的在但所用核素量很少，而且半衰期很短（短的在12分分鐘左右，長的在鐘左右，長的在120分鐘左右），經(jīng)過物理衰減和生分鐘左右），經(jīng)過物理衰減和生物代謝兩方面作用，在受檢者體內(nèi)存留時(shí)間很短。一物代謝兩方面作用，在受檢者體內(nèi)存留時(shí)間很短。一次次PET全身檢查的放射線照射劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一個(gè)部位全身檢查的放射線照射劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一個(gè)部位的常規(guī)的常規(guī)CT檢查，因而安全可靠。檢查，因而安全可靠。 2022-3-2172生物醫(yī)學(xué)工程中心CompareuCT / MRI show that you have a brainu PE

34、T / SPECT show that you use it!u組合 uMRI / CTu PET / CT2022-3-2173生物醫(yī)學(xué)工程中心5 5：醫(yī)學(xué)成像新技術(shù)：醫(yī)學(xué)成像新技術(shù) 由于人體臟器結(jié)構(gòu)是一個(gè)三維空間分由于人體臟器結(jié)構(gòu)是一個(gè)三維空間分布，因此僅僅依靠一幅或幾幅二維圖像來布，因此僅僅依靠一幅或幾幅二維圖像來理解三維結(jié)構(gòu)是有一定的局限性的，它不理解三維結(jié)構(gòu)是有一定的局限性的，它不能完全滿足臨床上在疾病診斷、治療決策能完全滿足臨床上在疾病診斷、治療決策及外科手術(shù)研究中的需要。及外科手術(shù)研究中的需要。（1）三維成像2022-3-2174生物醫(yī)學(xué)工程中心為了給醫(yī)生提供真正的三維結(jié)構(gòu)顯示圖

35、，自為了給醫(yī)生提供真正的三維結(jié)構(gòu)顯示圖，自70年代開始就有人著手研究醫(yī)學(xué)三維成像的方法。年代開始就有人著手研究醫(yī)學(xué)三維成像的方法。早期的三維成像曾經(jīng)采用過全息攝影等方法。早期的三維成像曾經(jīng)采用過全息攝影等方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的成熟應(yīng)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的成熟應(yīng)用，醫(yī)學(xué)三維成像在近十年中有了很大的發(fā)展。用，醫(yī)學(xué)三維成像在近十年中有了很大的發(fā)展。2022-3-2175生物醫(yī)學(xué)工程中心三維圖像一般是由一系列二三維圖像一般是由一系列二維圖像疊合構(gòu)成。將二維數(shù)維圖像疊合構(gòu)成。將二維數(shù)據(jù)的集合變成三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)據(jù)的集合變成三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后，人們就可以根據(jù)需要取后，人們就可以根據(jù)需要取出任意角度下的剖面來觀察。出任意角度下的剖面來觀察。這樣可以使醫(yī)生更準(zhǔn)確、更這樣可以使醫(yī)生更準(zhǔn)確、更全面地了解臟器的內(nèi)