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1、第一章 总论,山西省汾阳医院CT室 董瑞生,医学影像的发展,医学影像的发展,影像医学发展逐渐形成了3个主要的阵营：经典医学影像学：以X线、CT、MR、超声成像等为主，显示人体解剖结构和生理功能；以介入放射学为主体的治疗学阵营；分子影像学：以MR、PET、光学成像及小动物成像设备等为主，可用于分子水平成像。 医学影像技术的发展大概经历了三个阶段：结构成像、功能成像和分子影像。,分子影像学,分子影像学：用影像技术在活体内进行细胞和分子水平的生物过程的描述和测量。 分子影像学是医学影像技术和分子生物学、化学、物理学、放射医学、核医学以及计算机科学相结合的一门新的学科。1999年美国哈佛大学Weiss
2、leder最早提出分子影（成）像学（molecular imaging MI）的概念，即应用影像学的方法对活体状态下的生物过程进行细胞和分子水平的定性和定量研究。,分子影像学,分子影像学在分子生物学与临床医学之间架起了相互连接的桥梁，被美国医学会评为未来最具有发展潜力的十个医学科学前沿领域之一，是二十一世纪的医学影像学。,分子影像学,分子影像技术有三个关键因素，第一是高特异性分子探针，第二是合适的信号放大技术，第三是能灵敏地获得高分辨率图像的探测系统。 目前最为常用的分子影像学技术有核医学成像技术，尤以PET的分子显像研究最具活力。另外，MR成像及MR波谱成像（MRS）、光学成像以及红外线光学
3、体层亦颇多使用。,分子影像学,分子影像学的优势，可以概括为三点： 分子影像技术可将基因表达、生物信号传递等复杂的过程变成直观的图像，使人们能更好地在分子细胞水平上了解疾病的发生机制及特征； 能够发现疾病早期的分子细胞变异及病理改变过程； 可在活体上连续观察药物或基因治疗的机理和效果。,第一节 不同成像技术的特点 和临床应用,不同成像技术的特点和临床应用,影像诊断的主要依据或信息的来源是图像。各种成像技术所获得的图像，不论是X线、超声、CT或MRI，绝大多数都是以由白到黑不同灰度的影像来显示。不同成像技术的成像原理并不相同，其图像上的灰度所反映的组织结构或表示的意义亦就有所不同。,不同成像技术的
4、成像基础,X线与CT：依据组织间的密度差异，黑、白灰度所反映的是对X线吸收值的不同 MRI：依据组织间的弛豫时间差异，黑、白灰度所映的是代表弛豫时间长短的信号强度 超声：依据不同组织所具有的声阻抗和衰减的声学特性，黑、白灰度代表的是回声的弱与强,X线图像的特点,X线图像是X线束穿透某一部位内不同密度和厚度组织结构后的投影总和，是该穿透路径上各个结构影像的相互叠加，这种叠加的结果，可使一些组织结构或病灶的投影因累积增益而得到很好的显示，但也可使一些组织或病灶的投影被覆盖而较难或不能显示。,正常胸片,正常CR胸片,X线图像的特点,X线图像由自黑到白不同灰度的影像组成，属于灰度成像 这种灰度成像是通
5、过密度及其变化来反映人体组织结构的解剖和病理状态,X线图像的特点,人体组织结构的密度与X线图像上的密度是两个不同的概念 前者是指人体组织单位体积物质的质量 后者则指X线图像上所示影像的黑白程度 两者之间有一定的关系，即物质的密度高，比重大，吸收的X线量多，在图像上呈白影。反之，物质的密度低，比重小，吸收的X线量少，在图像上呈黑影（低密度、中等密度、高密度）,不同密度组织与x线成像的关系,由于X线束是从X线管向人体作锥形投射，因此，将使X线影像有一定程度放大并产生伴影。伴影使X线影像的清晰度减低。 锥形投射使处于中心射线部位的X线影像有放大，但仍保持被照体原来的形状，并无图像歪曲或失真；而边缘射
6、线部位的X线影像，由于倾斜投射，对被照体则既有放大，又有歪曲。,X线图像的特点,X线图像的特点,普通X线图像是模拟成像，图像上的影像灰度和对比度与摄片参数、冲洗条件密切相关 数字化X线成像（digital radiography, DR）克服了这一缺陷，如同其它数字化成像，通过灰阶处理和窗显示技术，可改变影像的灰度和对比度，从而使组织结构及病灶得到最佳显示,数字化图像的特点 图像质量好优于传统X线成像； 可调节影像对比最佳视觉效果； 投照宽容度较大减少了废片和重照； 数字化存贮节约胶片存储空间，PACS； X线剂量减少1/3-1/5；,X线图像的特点,X线诊断的临床应用,X线用于临床疾病诊断已
7、有百余年历史。尽管现代成像技术如超声、CT和MRI对疾病诊断显示出很大的优越性，但并不能完全取代X线检查。一些部位如胃肠道仍主要使用X线检查；而骨骼系统和胸部也多首选X线检查,X线诊断的临床应用,X线诊断的限度,中枢神经系统、肝、胆、胰和生殖系统等疾病的诊断主要靠现代成像技术，而X线检查的价值有限,英国工程师，Hounsfield，1969设计成功，1972公布于世，1979获诺贝尔奖,CT是通过X线管环绕人体某一层面进行扫描，测得该层面中各点吸收X线的数据，然后利用计算机高速运算和图像重建原理，获得该层面图像。,计算机体层成像 (computed tomography，CT),CT的发展历程
8、,CT的发展历程,第五代CT扫描机,没有球管和探测器的转动,1985年，滑环技术,1988年，螺旋CT机,1992年，双层CT机,1998年，四层CT机,2000年，8层CT机,螺旋CT的发展历程,2001年，16层CT机,2003年，64层CT机, 平板CT,2005年双源CT,2007年320层CT,CT图像的特点,CT图像是数字化图像，是重建图像，是由一定数目从黑到白不同灰度的像素按固有矩阵排列而成。这些像素的灰度反映的是相应体素的X线吸收系数。,CT扫描模式图与图像重建,像素、层厚与CT图像,CT图像的特点,CT图像的基本单位是像素，虽然像素越小，数目越多，构成的图像越细致，空间分辨力
9、（spatial resolution）就越高，但总体而言，CT图像的空间分辨力不及X线图像。尽管存在这一不足，但CT图像高的密度分辨力所产生的诊断价值要远远超过这一不利因素带来的负面影响。,CT图像的特点,如同普通X线图像，CT图像亦是用灰度反映器官和组织对X线的吸收程度。 与普通X线图像不同，CT的密度分辨力（density resolution）高，相当于普通X线图像的10-20倍。,CT图像的特点,CT能清楚显示由软组织构成的器官，如脑、脊髓、纵隔、肝、胰、脾、肾及盆腔器官，并可在良好图像背景上确切显示出病变影像，这种病灶的检出能力是常规X线图像难以比拟的。,CT图像的特点,由于CT图
10、像是数字化成像，因此不但能以不同的灰度来显示组织器官和病变的密度高低，而且还可应用X线吸收系数表明密度的高低程度，具有量化概念，这是普通X线检查所无法达到的。在实际工作中，CT密度的量化标准不用X线吸收系数，而是用CT值，单位为HU（Hunsfield Unit）。,CT值 CT值即代表CT图像象素内组织结构线性衰减系数相对值的数值 公式：CT值= 物- 水/ 水*k，式中，K是分度系数，一般取为1000。 单位：亨氏单位（Hu）,CT图像的特点,CT值 人体组织的CT值划分为2000个单位，水的CT值为0，空气和密质骨的CT值分别为-1000和+1000。密质骨的CT值为上限，空气的CT值为
11、下限。组织密度越大，CT值越高；组织密度越小，CT值越低。,CT图像的特点,在荧光屏上，为了使CT图像上欲观察的组织结构和病变达到最佳显示，需使用窗技术，其包括窗位和窗宽。,窗宽与窗位 人体组织CT值的范围-1000-1000，CT图像上则以2000个灰阶表示这2000个CT值分度，但人眼只能分辨16个灰阶。2000/16=125Hu ，即两种组织CT值差别在125Hu以内时则不能分辨。,CT图像的特点,窗宽是指荧屏图像上包括16个灰阶的CT 值范围 窗位是指观察某一组织结构细节时，以该组织CT值为中心观察,CT图像的特点,部分容积效应：在同一扫描层面内含有两种以上不同密度而又相互重叠的物质时
12、，所测CT值不能如实反映其中任何一种物质的CT值，这种现象称为部分容积现象。 在诊断中，对小病变CT值的评价要注意：,病变密度高于周围组织而厚度小于层面厚度，则所测病变CT值低于其本身。 病变密度低于周围组织而厚度小于层面厚度，则所测病变CT值要高于其本身。,CT图像的特点,A,B,C,D,层厚=物体，所测CT值准确,直径10mm物体全部在扫描层中，中心CT值基本准确，周边不准确,物体部分位于扫描层面内，不能准确测得真实CT值,层厚物体，不能测得物体真实CT值,CT图像的特点,CT图像的特点,CT图像是数字化图像，因此能够运用计算机软件进行各种后处理。CT图像后处理技术函概了各种二维显示技术、
13、三维显示技术及其它多种分析、处理和显示技术。,将改变传统的CT图像浏览模式,20th 世 纪,21th 世 纪,第三军医大学西南医院放射科,Volume 3D,支架放置计划软件,直接三维技术,仿真结肠技术,薄层重建功能,肺结节检测技术,心脏冠状动脉三维成像技术,CT灌注技术,图像后处理技术,虚拟结肠镜,正常CT灌注图,CBF,CBV,MTT,CT脑灌注成像临床应用,脑血流量图（CBF） 右侧坏死灶无血流灌注，左侧病变区血流量下降,脑血流容积图（CBV） 右侧病灶无血容积，左侧血液容积减低,3D容积再现软件包,Feature Description One-touch heart with au
14、tomated tissue & bone removal 3D visualization: Coronary arteries Heart chambers Calcified plaques Stenoses/stents Bypass grafts,3D Coronary Tree,Feature Description Single seeding in aorta Automatic heart chamber removal Display coronary vessel tree in 2D or 3D MIP or VR presentation Baseline for d
15、etailed coronary artery analysis,CT诊断的临床应用,CT检查由于它的突出优点即具有很高的密度分辨力，而易于检出病灶，特别是能够较早地发现小病灶，因而广泛用于临床。尤其是近年来，螺旋CT和多层CT的应用，以及多种后处理软件的开发，使得CT的应用领域在不断地扩大。,CT诊断的临床应用,目前，CT检查的应用范围几乎函概了全身各个系统，特别是对于中枢神经系统、头颈部、呼吸系统、消化系统（消化管除外）、泌尿系统和内分泌系统病变的检出和诊断都具有突出的优越性。,CT检查的限度,CT检查使用X线，具有辐射性损伤，这就限制了CT在妇产科领域中的应用 CT检查虽能发现绝大多数疾
16、病，准确地显示病灶的部位和范围，然而如同其它影像学检查，CT对疾病的定性诊断仍然存在一定的限度,磁共振成像 （magnetic resonance imaging，MRI）,1973年Lauterbur发表的新技术,磁共振成像（MRI）是利于人体中的氢原子核在磁场中受到射频脉冲激励而发生核磁共振现象，产生磁共振信号，经过信号采集和计算机处理获得图像的成像技术,MRI图像的特点,如同CT图像一样，MRI图像也是数字化图像，是重建的灰阶图像，因此亦具有窗技术显示和能够进行各种图像后处理的特点,MRI图像的特点,与CT检查的单一密度参数成像不同，MRI检查有多个成像参数的特点，即有反映T1弛豫时间的T1值、反映T2弛豫时间的T2值和反映质子密度的弛豫时间值,MRI图像的特点,主要反映的是组织间T1值差别，为T1加权像（T1 weighted image, T1WI） 主要反映的是组织间T2值差别，为T2加权像（T2 weighted image, T2WI） 主要反映的是组织间质子密度弛豫时间差别，为质子密度加权像（proton density weighted image, PdWI）,
