医学影像诊断.

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1、医学影像诊断 1. X线成像 2. X-CT成像 3. MRI成像 4.超声波成像 5.核医学设备成像 1. X线成像 X线的本质：电磁辐射 常用X线诊断设备： X线机、数字X线摄影设备 （DSA、CR、DR）和X线计算机体层（ X线CT） 等。 l1.1 X线的特征 l1.2 X射线成像原理 l1.3 计算机X线摄影（CR） l1.4直接数字化X线摄影系统（DR） l1.5 X线对人体的伤害 1.1 X线的特征 X射线在电磁辐射中的特点属于高频率 、波长短的射线 X射线的频率约在3101631020 Hz之 间，波长约在1010-3nm之间 X线诊断常用的X线波长范围为0.008 0.031

2、nm 1.1 X线的特征 1.1 X线的特征 1. X射线的波粒二象性 X射线同时具有波动性和微粒性，统称为波 粒二象性 。 X射线在传播时，它的波动性占主导地位， 具有频率和波长，且有干涉、衍射等现象发生。 X射线在与物质相互作用时，它的粒子特性 占主导地位，具有质量、能量和动量。 1.1 X线的特征 2. X射线与物质间的相互作用 （1）X射线线的穿透作用。 其贯穿本领的强弱与物质的性质有关 1.1 X线的特征 2. X射线与物质间的相互作用 （2）X射线线的荧荧光作用。 X射线是肉眼看不见的，但当它照射某些物质时，如磷、铂 氰化钡、硫化锌、钨酸钙等，能够使这些物质的原子处于激发态，当 它

3、们回到基态时就能够发出荧光，这类物质称荧光物质。 医学中透视用的荧光屏、X射线摄影用的增感屏、影像增强 器中的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。 （3）X射线线的电电离作用。 X射线虽然不带电，但具有足够能量的X光子能够撞击原子 中轨道电子，使之脱离原子产生一次电离。 电电离作用也是X射线损伤线损伤 和治疗疗的基础础。 1.1 X线的特征 2. X射线与物质间的相互作用 （4）X射线线的热热作用。 X射线被物质吸收，绝大部分最终都将变为热能，使物体温 升。 （5）X射线线的化学效应应。 X射线能使多种物质发生光化学反应。例如，X射线能使照相 底片感光。 （6）X射线线的生物效应应。 生物组

4、织经一定量的X射线照射，会产生电离和激发，使细 胞受到损伤、抑制、死亡或通过遗传变异影响下一代，这种现象称为 X射线的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗中。 1. 2 X射线成像原理 当高速带电粒子撞击物质受阻而突然减速时，能够产 生X 射线。医学影像诊断所用的X线产生设备是X线管（X- ray tube，球管）。 1X射线的产生 X射线的产生需要的基本条件是： （1）有高速运动的电子流； （2）有阻碍带电粒子流运动的障碍物（靶），用来 阻止电子的运动，可以将电子的动能转变为X射线光子的 能量。 1. 2 X射线成像原理 X射线的产生装置主要包括三部分：X射线管、高压 电源及低压电源，

5、如图3.2所示。 1. 2 X射线成像原理 2. X射线人体成像 使用X射线对人体进行照射，并对透过人体的X射线 信息进行采集、转换，并使之成为可见的影像，即为X射 线人体成像。 （1）X射线影像的形成 当一束强度大致均匀的X射线投照到人体上时，X 射 线一部分被吸收和散射，另一部分透过人体沿原方向传播 。由于人体各种组织、器官在密度、厚度等方面存在差异 ，对投照在其上的X射线的吸收量各不相同，从而使透过 人体的X射线强度分布发生变化并携带人体信息，最终形 成X射线信息影像。X射线信息影像不能为人眼识别，须通 过一定的采集、转换、显示系统将X射线强度分布转换成 可见光的强度分布，形成人眼可见的

6、X 射线影像。 1. 2 X射线成像原理 人体不同密度组织与X线成像的关系 1. 2 X射线成像原理 人体不同厚度组织与X线成像的关系 密度和厚度的差别是产生影像对比的基础 ，是X线成像的基本条件。 1. 2 X射线成像原理 2. X射线人体成像 （2）X射线的采集与显示 医用X 射线胶片与增感屏 医用X射线胶片的主要特性是感光，即接受光照并产 生化学反应，形成潜影（latent image）。 经过对有潜影的胶片处理（暗室处理：显影、定影等）。使胶 片上的潜影转变为可见的不同灰度（gray）分布像。胶片感光层中的 卤化银还原成金属银残留在胶片上，形成由金属银颗粒组成的黑色影 像。人体组织的物

7、质密度高，则吸收X射线多，在X射线照片上呈白影 ；反之，如果组织的物质密度低，则吸收X射线少，在X射线照片上呈 黑影。 1. 2 X射线成像原理 2. X射线人体成像 （2）X射线的采集与显示 医用X 射线胶片与增感屏 医用X射线增感屏为荧光增感屏，其增感原理为增感屏上的荧 光物质受到X射线激发后，发出易被胶片所接收的荧光，从而增强对 X 射线胶片的感光作用。 主要目的是：在实际X射线摄影中，仅有不到10%的X射线光子 能直接被胶片吸收形成潜影，绝大部分X射线光子穿透胶片，得不到 有效的利用。因此需要利用一种增感方法来增加X射线对胶片的曝光 ，以缩短摄影时间，降低X射线的辐射剂量。常采用的增感

8、措施是在 暗盒中将胶片夹在两片增感屏（intensifying screen）之间，然后 进行曝光。 1. 2 X射线成像原理 2. X射线人体成像 （2）X射线的采集与显示 X射线电视系统 X射线电视系统主要包括X射线影像增强器、光学图 像分配系统、含有摄像机与监视器的闭路视频系统与辅助 电子设备。 X射线影像增强管是影像增强器的核心部件。 1.3 计算机X线摄影（CR） 计算机X线摄影（Computed Radiography， CR）是将X线透过人体后的信息记录在成像板（Image Plate，IP）上，经读取装置读取后，由计算机以数字化图 像信息的形式储存，再经过数字/模拟（D/A）转

9、换器将数 字化信息转换成图像的组织密度（灰度）信息，最后在荧 光屏上显示。其中，成像板是CR 成像技术的关键。 1.3 计算机X线摄影（CR） 1. 成像板（IP） 成像板（IP）是使用一种含有微量素铕（Eu2+）的 钡氟溴化合物结晶制作而成能够采集（记录）影像信息的 载体，可以代替X线胶片并重复使用2-3万次。 当透过人体的X线照射到IP板上时可以使IP板感光并 形成潜影以记录X线影像信息。 成像板的构造： （1）表面保护层。 （2）辉尽性荧光体层。 （3）基板（支持体）。 （4）背面保护层。 1.3 计算机X线摄影（CR） 2CR图像的形成过程 （1）利用传统X线设备曝光，X线穿透被照体

10、后与暗盒内的IP发生作用，形成潜影。 （2）潜影由激光扫描进行读取，IP被激光激 励后，以紫外线形式释放出存储的能量。 （3）发出的荧光被集光器收集后送到光电倍 增管，由光电倍增管将其转换成电信号。 （4）经A/D转换成数字信号完成图像信息读 取与数字化。 （5）数字信号被送入计算机的数字图像处理 系统，最终形成屏幕上的可见图像并被储存。 1.3 计算机X线摄影（CR） 1.3 计算机X线摄影（CR） 3、CR系统的工作流程 （1）信息采集。传统的X线摄影是以X线胶片为接收介 质，接受X线曝光后，经显影、定影后形成图像，其所获得 的图像是一幅模拟图像，无法作任何后处理。CR系统采用 成像板来接

11、受X线形成的模拟信息，然后通过模/数转换实现 了数字化图像的输出，从而使传统的X线图像能够被后处理 以及存储和传输。 （2）信息转换。是指存储在IP上的X线模拟信息转化 为数字化信息的过程。CR的信息转换主要由激光阅读器、 光电倍增管和模数转换器完成。IP在X线照射时受到第一次 激发产生的连续的、模拟的信息，在激光阅读仪的激光扫描 中产生第二次激发，并产生荧光（荧光的强弱与第一次激发 的能量呈线性正相关）。该荧光经高效光导采集器采集，进 入光电倍增管变为相应强弱的电信号，由倍增管增幅放大后 ，再由模数转换器转换为数字信号。 1.3 计算机X线摄影（CR） （3）信息处理。指用不同的相关的后处理

12、技术，根 据诊断的需要实施对图像的处理，从而达到图像质量的最 优化。CR的常用处理技术有谐调处理技术、空间频率处 理技术和减影处理技术。 （4）信息的存储与输出。在CR系统中，扫描IP后所 获得的信息可被存储和打印。图像信息一般被存储在光盘 中，可随时刻录和读取。一盘容量为2G的可读写光盘，可 存5000幅CR图像（压缩比为1:20，平均每幅图像的大小 是4M）并能长期保存。CR系统本身有一个内部网络，可 实现系统内的传输（包括打印输出和存储刻录输出），如 与PACS系统连接，还可与PACS系统进行信息交换。 1.3 计算机X线摄影（CR） 与普通X摄影相比较，CR的优点是： 宽容度大，摄影条

13、件易选择。 可降低投照辐射量：CR可在IP获取信息 的基础上自动调节放大增益，最大幅度地减少X线 曝光量，降低病人的辐射损伤。 影像清晰度较普通片高。 对影像可进行后处理，对曝光不足或过 度的胶片可进行后期补救。 可进行图像传输、存储。 由于激光扫描仪可以对IP上的残留信号进 行消影处理，IP板可重复使用2-3万次。 1.3 计算机X线摄影（CR） 4、CR的临床应用 lCR的图像质量与所含的影像信息量可与传统 的X线成像相媲美。图像处理系统可调节对比。故 能达到最佳的视觉效果；摄照条件的宽容范围较 大；患者接受的X线量减少。图像信息可由磁盘或 光盘储存，并进行传输，这些都是CR的优点。 lC

14、R图像与传统X线图像都是所摄部位总体的 重叠影像，因此，传统X线能摄照的部位也都可以 用CR成像，而且对CR图像的观察与分析也与传 统X线相同。所不同的是CR图像是由一定数目的 象素所组成。 1.3 计算机X线摄影（CR） lCR对骨结构、关结软骨及软组织的显示优于传统的X 线成像，还可行矿物盐含量的定量分析。CR易于显示纵 隔结构如血管和气管。对结节性病变的检出率高于传统的 X线成像，但显示肺间质与肺泡病变则不及传统的X线图像 。CR在观察肠管积气、气腹和结石等含钙病变优于传统X 线图像。 l用CR进行体层成像优于X线体层摄影。胃肠双对比造 影在显示胃小区、微小病变和肠粘膜皱襞上，CR优于传

15、 统的X线造影。 lCR是一种新的成像技术，在不少方面优于传统的X线 成像，但从效益-价格比，尚难于替换传统的X线成像。在 临床应用上，CR不像CT与MRI那样不可代替。 1.4 直接数字化X线摄影系统（DR） 直接数字化X射线摄影（Digital Radiography，DR ）是在具有图像处理功能的计算机控制下，采用一维或二 维的X射线探测器直接把X射线信息影像转化为数字图像信 息的技术。 当前DR设备主要采用二维平板X射线探测器（flat panel detector，FPD)，包括： （1）非晶态硅平板探测器 先经闪烁发光晶体转换成可见光再转换为数字信号 （2）非晶态硒平板探测器 将X线直接转换成数字信号 1.4 直接数字化X线摄影系统（DR） 系统必须具有组织均衡和能量减影 两种功能。 l组织均衡：可以使高密度与低密度组织 在图像中显示的同样清晰。脊柱颈胸段和胸 腰段由于上下段厚度相差较大，常规摄影时 一段显示清晰而另一段显示不清，组织均衡 功能使上下段脊椎均能清晰显示；常规正位 胸片上由于纵隔结构重叠使心脏后的病变显 示不清，通过组织均衡可清晰显示。 1.4 直接数字化X线摄影系统（DR） l能量减影：俗称“骨肉分离技术”，在 200毫秒内分别以高千伏和低千伏2次曝光 ，通过减影同时提供3幅图像标准图像 、软组织图像、骨组织图像。软组织图像可 去除肋骨