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1、医学影像设备学医学影像设备学 发展和分类教学课件发展和分类教学课件 第一章 医学影像设备学概论 w 第一节 医学影像设备的发展简史 w 第二节 医学影像设备的分类 第一节 医学影像设备的发展简史 w 一常规X线机 w 1895年11月8日 德国物理学家伦琴 Withelm Conrad Roentgen 1845 1923 发现X线 w 1896年 德国西门子公司研制出世界上第一 只X线管 w 20世纪10 20年代 出现了常规X线机 w X线管 高压变压器和相关的仪器 设备以及人工对 比剂的不断开发利用 尤其是体层装置 影像增强 器 连续摄影 快速换片机 高压注射器 电视 电影和录像记录系统
2、的应用 w 到20世纪60年代中 末期 已形成了较完整的学科 体系 称为影像设备学 w 右图为1896年伦琴首次拍摄到他妻子手的X线照片 其无名指上戴 着一枚戒指 电磁波谱 w 二 CT w 1972年 英国工程师汉斯菲尔德 G N Hounsfield 研制成功世界上 第一台用于颅脑的X线计算机体层摄 影 x ray computed tomography X CT 设备 简称为X CT或CT设备 汉斯菲尔德还研制出英国第一台晶 体管电子计算机 CT设备是横断面体层 无前后影像重 叠 不受层面上下组织的干扰 同时 由于密度分辨力显著提高 能分辨出 0 1 0 5 X 线衰减系数的差异 比 传
3、统的X线检查高10 20倍 还能以数 字形式 CT值 作定量分析 科马克 X线扫描进行图像重建 并提 出了精确的数学推算方法 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 512 512矩阵 空间分辨力也提高到0 1mm 北京协和医院引进西门子公司 64层螺旋CT 最高分辨 率 最快扫描 最低辐射 最大信息 量 全身血管 及脏器无 创性检查 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 w三 MRI设备 20世
4、纪80年代初 magnetic resonance imaging MRI 设备 简称为MRI设备 1 它是一种新的非电离辐射式医学成像设备 直接摄取横 冠 矢状层面和斜位等不同体位的体层图像 这是它优于CT设 备的特点之一 2 它能够从人体分子内部反映出人体器官失常和早期病变 能将人体组织中有关化学结构的信息反映出来 疾病的 早期诊断效果有极大的优越性 CT不能够提供人体器官的生理状态信息 当病变组织与周 围正常组织的吸收系数相同时 就无法提供有价值的信息 只有当病变发展到改变了器官形态 也更为精确 3 MRI设备已广泛用于全身各系统 其中以中枢神经 心血管 系统 肢体关节和盆腔等效果最好
5、4 2003年彼得 曼斯菲尔德与 保罗 劳特布尔由于在磁共振方面 的杰出成绩而获得诺贝尔生理学和医学奖 万东公司 日立单柱开放 w 中场超导 0 7T 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 克服了幽闭恐惧病人和不合作病 人应用MRI检查的限制 w 四 数字减影血管造影 digital subtraction angiography DSA 计算机X线摄影 computed radiography CR 和数字摄影 digital radiography DR 是20世纪80年代 90年代开发的数字X线机 前者具有少创 实时成像 对比分辨力高 安全 简便等 特点 后
6、者具有减少曝光量等优点 更重要 的是可作为数字化图像纳入图像存储与传输 系统 picture archiving and communication systems PACS 五 超声成像 核医学设备 20世纪50年代和60年代 超声成像 ultrasonography USG 设备 和相继出现 当时在医学上的应用往往各成 系统 1972年X CT设备的开发 使医学影像 设备进入了一个以计算机和体层成像相结合 以图像重建为基础的新阶段 70年代末80 年代初 超声CT ultrasonic CT UCT 放射性核素CT和数字X线机逐步兴起 并应 用于临床 尽管这些设备的成像参数 诊断 原理和检
7、查方法各不相同 但其结果都是形 成某种影像 并依此进行诊断 六 介入放射学 自20世纪60年代兴起 于70年代 中期逐步应用于临床 近年来尤以介 入治疗设备进展迅速 具有安全 简 便 经济等特点 90年代倍受人们青睐的立体定 向放射外科学设备 由于它可以不作 开颅手术而治疗一些脑疾患 很受欢 迎 介入放射学设备与立体定向放射 外科学设备 都是通过医学影像设备 来引导或定位的 所以也属于医学影 像设备的范畴 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 第二节第二节 医学影像设备的医学影像设备的 分类分类 现代医学影像设备可分为两大类 医学
8、影像诊断设备 医学影像治疗设备 w 一 影像诊断设备 w X线设备 常规X线设备 数字X线设备 X CT设 备 w MRI设备 w 超声设备 w 核医学设备 w 热成像设备 w 光学成像设备 医用内镜 w 二 治疗用设备 w 1 介入放射学设备 w 2 立体定向放射外科学设备 w 一 X线设备 w X线设备通过测量穿透人体的X线来实现人体 成像 X线成像反映的是人体组织的密度变化 显 示的是脏器的形态 而对脏器功能和动态方面的检 测较差 此类设备主要有常规X线机 数字X线机 和X CT设备等 w 以X线作为医学影像信息的载体 出于两方面 的考虑 即分辨力和衰减系数 从分辨力来看 为 了获得有价
9、值的影像 辐射波长应小于5 10 11m 另一方面 当辐射波通过人体时 应呈现衰减特性 若衰减过大 则透射人体的辐射波微弱 当测量 透射人体的辐射波时 由于噪声的存在 很可能导 致测量结果无意义 反之 若辐射波透射人体时几 乎无衰减 则因无法精确的测量衰减部分而失效 w 在X线设备中 屏 片组合分辨力较高 但它得到的是人体不同深度组织信息叠加 在一起的二维图像 所以病变的深度很难确 定 且对软组织分辨不佳 w 数字X线机使用曝光量宽容度大 可获 得数字化影像 便于进行图像的后处理 且 扩大了诊断范围 利于胃肠和心脏等部位的 检查 w X CT影像的空间分辨力可小于0 5mm 能分辨组织的密度差
10、别可达到0 5 它利 用横断面呈像 解决了影像重叠问题 可确 定受检脏器的位置 大小和形态变化 w 二 MRI设备 w MRI设备通过测量构成人体组织中某些 元素的原子核的磁共振信号 实现人体成像 w 在MRI影像上可显示软组织 肌肉 肌腱 脂肪 韧带 神经 血管等 此外 它还有 一些特殊的优点 MRI剖面的定位完全是 通过调节磁场 用电子方式确定的 因此能 完全自由地按照要求选择层面 MRI对软 组织的对比度比X CT优越 能非常清楚地显 示脑灰质与白质 MR信号含有较丰富的有 关受检体生理 生化特性的信息 而X CT只 能提供密度测量值 MRI无电离辐射 目 前 尚未见到MR对人体危害的报
11、道 w MRI的缺点 成像时间较长 植入 金属的病人 特别是植入心脏起搏器的病人 不能进行MRI检查 设备购置与运行的 费用较高 w 总之 MRI设备可作任意方向的体层检 查 能反映人体分子水平的生理 生化等方 面的功能特性 对某些疾病 如肿瘤 可作 早期或超早期诊断 是一种很有发展前途和 潜力的高技术设备 w 三 诊断用超声设备 w 诊断用超声设备分为利用超声 ultrasound US 回波的USG设备和利用US 透射的超声CT ultrasonography CT UCT 两大类 USG设备 根据其显示方式不同 可以分为A型 幅度显示 B型 切面显 示 C型 亮度显示 M型 运动显示 P
12、型 平面目标显示 等 w 目前 医院中用的最多的是B型USG设备 俗称B超 UCT所需扫描时间较长 且分辨 力低 有待于进一步改进与提高 但由于它 是一种无损伤和非侵入式的诊断设备 因此 将来可能成为主要的影像诊断设备 w X线成像与US成像是当前用得最为普遍 的两种检查方法 但对人体有无危害是它们 之间的一个重要区别 就X线来说 尽管现 在已经显著地降低了诊断用剂量 但其危害 性仍不容忽视 实践表明 它将导致癌症 白血症和白内障等疾病的发病率增加 而从 现有资料来看 目前诊断用US剂量还未有使 受检者发生不良反应的报道 w w 四 核医学设备 w 核医学设备通过测量人体某一器官 或组 织 对
13、标记有放射性核素药物的选择性吸收 储聚和排泄等代谢功能 实现人体功能成 像 主要有 相机 单光子发射型CT single photon emission CT SPECT 和正电子发射 型CT positive emission CT PET w w 五 热成像设备 所有物体都会发出红外线能量 物体越热 其分子就愈加活 跃 它所发出来的红外线能量也就越多 热成像设备通过测量体表的红外信号和体内的微波信号 实现人体成像 红外辐射能量与温度有关 因此又可以说 热成像就是利用温度信息成像 举例 慧眼HW 05人体温度红外热图像仪 在华中科技大学研制成功 可在1秒钟的瞬间 立即显示人 体热图像和最高体
14、表温度 温度分辨率可达到0 06 甚至 牙痛等局部发热的症状也能显像 同济大学 应用红外热像仪开发出了一种非血糖值测量的对糖尿病 人代谢功能进行评估的新方法 该方法可以在健康人体检中 应用 筛选出糖尿病发病的高危险人群 从而可以进行糖尿 病发病的早期预报 这是目前用其他方法还不能实现的 w w 医用热成像设备一般包括红外成像 红外照相 红外摄像和光机扫描成像 等 w 六 医用内镜 w 前述各种医学影像设备虽然在某种程度 上能显示出人体的内部组织形态 但这种显 示是间接的 非直观的 真正能做到直观的 仪器 目前唯有内镜 利用光学内镜 能使 人眼直接看到人体内脏器官的组织形态 从 而提高了诊断的准
15、确性 内镜的诊疗优势 已成为医学界的共识 w 医用内镜的种类很多 目前临床上用得 最多的是光导纤维内镜 纤镜 而最有发 展潜力的是电子内镜 w二 治疗用设备 w 一 介入放射学设备 所谓介入放射学 interventional radiology 系统 就是借助高精度计算机化的影像仪器的观察 通过导管深入体内 对 疾病直接进行诊断与治疗的一种新型设备与技术 w 特点 创伤小 痛苦少 疗程短 疗效高 即微创 简便 安全 有效 和并发症少 w 用途 w 一 血管类 w 一 诊断性造影 把导管引入血管进行造影 显示病变部位 进行定性 定位诊断 适应 范围甚广 如各种良 恶性肿瘤的诊断 血管畸形 w
16、二 灌注药物治疗 1 止血 选择性血管内注入血管收缩剂控制出血 主要用于消化道出血及外伤性 出血 w 化疗 将导管选择性插入供应肿瘤的血管 灌注抗癌药物 到达肿瘤区内的药 物浓度比 静脉给药要高的多 抗癌作用明显增强 w 栓塞疗法 二 非血管类 医学影像设备的导向是完成介入治疗的关键 这需要一套由机械 仪器仪表 计算机 光 学仪器等多种仪器组成的大型精密仪器设备系统 特别是影像技术与计算机结合的DSA 它能实时地 向医生提供导管导向的位置 局部循环结构 栓塞 或扩张的效果等有关介入诊疗的信息 因而具有极 大的优越性 w 介入放射学系统的另一重要组成部分 是介入 诊疗用导管及其附件 一个性能良好的介入性导管应具备以下条件 硬度适宜及适合诊疗的几何造型 弹性和柔韧 性 扭力顺应性 为减小扭力顺应性 管壁置入 金属网 形状具有记忆性 血液与组织相容 性 高温高压消毒或化学消毒 可进行放射性 跟踪 管壁光滑 管腔满足流量压力的要求 摩 擦系数适宜 w 介入性导管 根据用途可 分为两类 即诊断用导管和治疗 用导管及其附件 前者包括心血管 脑 血管造影导管 肝 肾 胰 脾等内脏器官用导管 十余种
