成像技術與臨床應用南京中醫藥大學第三附屬醫院放射科張武彪

自德國物理學家倫琴1895年發現X線以后。X線被廣泛應用到醫學臨床工作中幫助疾病診斷，形成了放射診斷學，奠定了醫學影像學的基礎。隨著計算機等高科技的發展，醫學影像學也飛速發展。第一節X線成像一X線成像基本原理及設備X線是X線管內高速行進的電子流轟擊靶面時產生的。為此，X線設備主要包括X線管、變壓器、操作臺、檢查床等基本部件。穿透性:管電壓愈高，X線波長愈短，穿透力也愈強。反之，亦然。熒光效應:激發熒光物質發出熒光。感光效應:X線可使膠片上的溴化銀感光產生潛影，經顯、定影后，膠片變為黑白相間圖像(模擬式顯影方式）。電離效應:

X線穿過任何物質都可使之電離，產生電離效應。X線可使機體內組織、細胞產生變性，即生物效應，是作為放射治療的基礎，也是要防護的原因。

X線成像原理X線能使人體在熒光屏上或膠片上形成影像，主要是由于X線具有穿透性、熒光作用和感光作用等特性，同時也因為人體組織結構有密度和厚度的差別，這種差別，導致X線透過人體各種不同組織結構時，被吸收的程度不同，到達熒光屏或X線片上的X線量出現差異，從而在熒光屏或X線片上形成黑白對比不同的影像。數字X線成像傳統x線攝影是以膠片為介質對形成影像的X線信息進行采集、顯示、存儲和傳遞，缺點是攝影技術要求嚴格，曝光寬容度小，影像的灰度不可調節，而且不可能同時清晰顯示各種密度的組織結構，在照片的利用和管理上也有諸多不便。數字X線成像克服了這些缺點。動態范圍寬一次曝光可通過窗寬,窗位的調整獲得從軟組織到骨骼不同的影像,甚至可以清楚到頭發。

數字成像分類計算機X線成像（CR）數字X線熒光成像（DF）平板探測器數字X線成像（DR）CRPrincipleofCR數字減影血管造影血管造影是將水溶性對比劑注入血管內，使血管顯影的X線檢查方法。由于血管影像與骨骼及軟組織影發生重疊，影響了血管的顯示。數字減影血管造影（DSA）是通過計算機處理數字影像信息，消除了骨骼和軟組織影像，使血管清晰顯影的成像技術。減影技術時間減影：取一幀不含對比劑的影像作蒙片（mask），與一禎充盈對比劑峰值水平的影像（造影像）（contrastimage)組成一個“減影對”分別輸入計算機進行減影處理時，即可得到突出含碘血管結構，消除了其他非感興趣結構的減影影像。由于減影對是在不同時間獲得的，故稱時間減影法。是目前最普遍應用的減影方法之一能量減影造影方法：動脈DSA靜脈DSA二X線圖像特點人體組織密度與X線圖像密度概念不一樣,前者指人體組織中單位體積物質的質量，后者指X線片上影像的黑白。單位厚度的物質密度大,影像白。反之,物質密度低,影像黑。X線圖像系標準X線束穿過人體不同密度、厚度的組織結構的投影總和,將三維立體變為二維圖像,因而X線圖像與人體組織結構相比,產生形態失真、放大及相互重疊后的復合影像。三X線檢查技術

常規X線檢查1.透視(fluroscopy)

適用于機體天然對比較好部位,如胸部，觀

察器官動態,例如心臟大血管、消化道蠕動等。優點：簡便易行、經濟，出診斷結果快。缺點：不能顯示細微病變；無永久記錄，不便前后比較。2.X線攝影（Radiography)X線可使膠片溴化銀感光，產生潛影，經顯、定影處理，感光部分溴化銀還原為金屬銀，沉淀在膠片上，顯示為黑色；未感光部分溴化銀脫離膠片，顯示為白色。X線攝影對比度及清晰度均佳，適于全身各部檢查。造影檢查人體組織結構中相當一部分，只依靠自身密度與厚度差異不能在普通X線檢查中顯影，此時，通過“人工對比”，將高于或低于組織結構的物質引入器官內或其周圍間隙使之產生對比顯影，稱為造影檢查，引入的物質稱為對比劑。對比劑(ContrastMedium)高密度對比劑

：原子序數高，比重大的物質。常用有鋇劑（醫用硫酸鋇），碘劑（有機碘劑、無機碘劑）低密度對比劑：為原子序數低，比重小的氣體，如空氣、氧氣等，應用少。造影方式1.直接引入：口服、灌注、穿刺注入2.間接引入：注入靜脈，通過循環到達靶器官，泌尿系造影，膽道造影。、、口服灌注逆行尿路造影逆行尿路造影口服法膽囊造影穿刺法膝關節充氣造影間接引入的靜脈尿路·造影穿刺注入造影X線照射人體可產生一定的生物效應。超過容許照射量，可發生放射反應，甚至放射損害。故應該重視防護。放射防護遵循屏蔽防護、距離防護、時間防護原則。X線檢查中的防護四X線圖像的解讀按一定順序全面而系統地進行觀察，區分正常與異常。

對異常X線表現，觀察病變的位置、分布、病變數目、病變形狀、病變密度、病變邊緣、鄰近組織、器官改變、臟器功能情況。五X線診斷的臨床應用首先要在了解各種檢查方法原理基礎上選擇。選擇準確、無創、并發癥少、經濟。盡量避免重復檢查。嚴格掌握適應癥、禁忌癥。第二節計算機體層成像ComputedTomography,CT

CT是Hounsfield1969年設計成功，1972年問世的。它開創了數字化成像先河，改變了成像方法。CT顯示的是斷層解剖圖像，其密度分辨力明顯優于X線圖像，使X線成像不能顯示的解剖結構和病變得以顯影，從而擴大了人體的檢查范圍，提高了病變檢出率和診斷的準確率。CT極大地促進了醫學影像學的發展。基本原理

用X線束對人體檢查部位一定厚度的層面進行掃描，由探測器接受衰減的X線，并由光電轉換器變為電信號，再由模數轉換器變為數字進行計算機處理，獲得該層面的每個體素的X線衰減系數，再由數模轉換器把每個體素的數字轉換成不等灰階度的像數，按矩陣排列，構成CT圖像光電轉換體素(voxel)和象素(pixel)CT圖像實際上是人體某一部位有一定厚度（如1mm，10mm等）的體層圖像。將成像的體層分成按矩陣排列的若干小的基本單元，以一個CT值代表一個小單元內的物質密度，這些小單元稱之為體素。同樣，一幅CT圖像是由很多按矩陣排列的小單元組成，這些組成圖像的基本單元被稱之為象素體素是一個三維的概念，象素是一個二維的概念逆行尿路造影CT值反映組織對X線的線性吸收系數平均量的一個量的標準。用ct值說明密度，單位為HU。規定水的CT值為0HU，骨皮質的CT值為+1000HU，空氣為-1000HU。CT設備(Equipment)掃描部分：X線管、探測器、掃描機架計算機系統圖像顯示和存儲系統普通CTConventionalCT螺旋CTSpiral(helical)CT多層螺旋CTMultisliceCT(MSCT）雙源多層螺旋CTDualSourceCT(DSCT）電子束CTElectronbeamCT(EBCT)平板CTFlatpanelCT螺旋CT(spiralCT,SCT或helicalCT)螺旋CT掃描時，檢查床上以勻速進入CT機架，同時X線球管連續旋轉式曝光，X線束的掃描軌跡呈螺旋狀優勢：掃描速度快

提高病灶檢出率多功能顯示病灶可重建出高質量的三維圖像和血管造影圖像、仿真內鏡圖像、CT

透視功能等singleslicespiralCTmultislicespiralCTSlice

:2n2→4→8→16→32→64→256……多層螺旋CT的趨勢“多排和多層”1998年，8排或16排或32排探測器，實現4層掃描，2002年，24排探測器，實現16層掃描；2004年，32或64排探測器，實現64層掃描；2005年，128層掃描，雙球管2006年，256層掃描，2007年，320層掃描200？年，平板探測器，1024X768掃描CT球管的趨勢：0.75MHU—1.0MHU—1.5MHU—2.0MHU—3.0MHU---3.5MHU—4.0MHU—5.3MHU—6.3MHU—7.5MHU….2003年SIEMENS0MHU球管

第五代CT也稱超快速CT(ultrafastCT,UFCT)、電子束CT(electronbeamCT,EBCT)主要組成部分為電子槍、聚焦線圈、偏轉線圈、多排探測器、檢查床和控制系統與一般CT不同之處是它沒有X線球管最快掃描速度為每層0.05秒，可用于冠狀動脈的CT血管造影和心臟造影等雙源（球管）CTCT圖像特點

CT圖像是由一定數目，不同灰度的像素按矩陣排列所構成的灰階圖像，這些像素反映的是相應體素的X線吸收系數。像素越小，數目越多（矩陣越大），圖像空間分辨力越高。

CT圖像反映器官組織對X線的吸收程度，因此與X線圖像所顯示的黑白影像一樣，黑影表示低吸收區，即低密度區，如肺組織。白影表示高吸收區，即高密度區，如骨骼。

CT密度分辨率高,人體軟組織密度差別雖小也能形成對比而成像。用組織對X線的吸收系數說明其密度的高低具有一個量的標準，換算成CT值，單位HU。規定水為0HU，空氣為-1000HU，骨皮質為1000HU，將人體分為2000Hu(HounsfieldUnit)機體大部組織CT值在－100~＋100之間。

64層螺旋CT可以清晰顯示腸系膜緣的小血管窗寬與窗位見圖窗寬（windowwidth)是指熒屏圖像上16個灰階所包括的CT值范圍為了提高組織結構細節的顯示則要采用不同的窗寬窗位（windowlevel)是指觀察某一組織結構細節時，以該組織CT值為中心觀察CT可佳斷面數字化X線平片佳差重疊模擬

CRDR

CT和普通X線平比較空間分辨力密度分辨力成像其它圖像質量的進展...二維橫斷面到三維圖像重建CT檢查技術平掃(PlainScan)增強掃描(ContrastEnhancement)動態掃描(DynamicScan)高分辨CT(HighResolutionCT,HRCT)CT新技術CT多期增強掃描（HAP,PVP）等平掃動脈期門靜脈期小肝癌平掃+增掃平掃增掃動脈期增掃門脈期高分辨率CT掃描(highresolutionCT,HRCT)采用薄層、高分辨率重建算法可得到組織的細微結構圖像，(靶掃描）稱為高分辨率CT。主要用于肺部彌漫性間質病變以及小結節病變等的檢查；顯示內耳、中耳聽小骨等細微骨結構HighResolutionCT,HRCT圖像后處理技術HeadlineEmotion166.5for235.5mm16x1.2mmPich1.3Rotation0.6sec130kV90effectivemAsCourtesyofJiangsuProvPeopleHospital

/NanJin,China64層CT腹部CTAVirtualEndoscopyVECT圖像的解讀解讀CT圖像首先要了解掃描的技術與方法，應用合適的窗技術觀察重點組織。通過多幁圖像立體了解器官的大小、形狀和器官間的解剖關系。發現病變要分析病變的位置、大小、形狀、數目和邊緣，還可測定CT值。通過增強掃描了解病灶強化改變。同時要觀察鄰近器官和組織的受壓、移位和浸潤、破壞等表現。CT診斷的臨床應用中樞神經系統頭頸部胸部心臟與血管腹部盆腔骨骼系統進入醫學影像分子診斷水平的PET-CT

PET／CT，是將PET和CT兩個設備有機地結合在一起，使用同一個檢查床和同一個圖像處理工作站。

PET／CT同時具有PET和CT的功能，但它絕不是二者功能的簡單疊加，由于PET與CT優勢互補，1＋1＞2。

PET可以顯示病灶病理生理特征，更容易發現病灶；CT可以精確定位病灶，顯示病灶結構變化。PET／CT獨有的融合圖像，將PET圖像與CT圖像融合，可以同時反映病灶的病理生理變化及形態結構，明顯提高了診斷的準確性。第三節超聲成像超聲是指振動頻率每秒在20000次以上，超過人耳聽覺范圍的聲波。超聲成像是利用超聲波的物理特性和人體器官組織聲學特性相互作用后所產生的信息，經信息處理形成的成像技術，借此進行疾病診斷。超聲的物理特性指向性:超聲波頻率極高，波長很短，在介質中呈直線傳播，具有良好的指向性，因此可對人體器官進行定向探測。

反射，折射與散射衰減與吸收:反射、散射、介質吸收等均可使聲能衰減，不同生物組織對入射超聲的吸收衰減不一，主要與組織中蛋白質和水的含量有關。多普勒效應:當超聲發射到一個靜止的反射體時，反射波的頻率與原發射頻率相同。然而當反射體朝向探頭運動時，反射頻率將高于發射頻率，反之，當反射體背離探頭運動時，反射頻率將低于發射頻率。反射和接受頻率之差與反射體的運動速度成正比，這種現象叫多普勒效應。這一物理特性已廣泛用于心臟血管等活動臟器的檢測

超聲成像基本原理一般超聲儀均含有換能器、信號處理系統和顯示器。換能器發射一定頻率的超聲波，在人體組織中傳播時，常可穿透多層界面，在每一界面上均發生不同程度的反射和/或散射，這些反射或散射聲波含有超聲波傳播途中所經過的不同組織的聲學信息，被換能器接收并經過儀器的信號處理系統的一系列處理，在顯示器上以不同的形式顯示為波形或圖像。

換能器(探頭）信息處理系統顯示器線陣型扇型凸弧型人體組織的聲學特征無回聲（無反射型）—膽汁、尿液、血液低回聲（少反射型）—肝、脾強回聲（多反射型）—血管壁、結石極強回聲（全反射型）—肺、胃腸道膽汁肝膽囊壁肝臟B超心臟B超臨床應用無創傷，無痛苦，無電離輻射，無需對比劑可獲得各部位軟組織器官及管腔結構的高清晰斷層影像。提供解剖結構形態學信息，并能反映心血管運動器官的重要生理功能，應用超聲多普勒技術可無創傷檢測有關血流動力學參數以及觀察組織器官血流灌注。1.部位適用于全身各部位軟組織及實質性臟器疾病的診斷2.診斷疾病(1)各部位的急性炎癥、囊腫、積液、結石、良性與惡性腫瘤、創傷等。(2)血管疾病(3)心臟疾病(4)妊娠3.超聲引導下穿刺活檢或治療4.超聲監測介入治療或外科術中監測局限性對骨骼，肺和腸管的檢查受限偽影較多，顯示范圍較小，圖像整體性不如CT，MRI第四節磁共振成像核磁共振（NuclearMagneticResonance,NMR)磁共振成像（MagneticResonanceImage,MRI)

20世紀80年代初NMR成像用于臨床以來，為了與放射性核素檢查相區別，改稱為磁共振成像（magneticresonanceimaging,MRI）。在此期間，MRI得到了迅猛發展，由于硬件及軟件設備的改進，掃描時間已從原先的以分鐘計發展到目前以毫秒計，圖像質量也大大提高，已成為臨床重要的檢查手段

磁共振成像是利用體內氫原子核在強磁場內發生磁矩，用射頻發生共振提供能量，改變磁矩；停止射頻，恢復磁矩，釋放能量，產生信號，經計算機處理，形成MR圖像。氫原子核磁矩平時狀態

磁矩取向任意、無規律，磁矩相互抵