医学培训课件医学影像成像系200p全套课件

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1、医学影像成像系统讲义 年级：2011级医学信息与计算科学专业 讲义编写：冯发文 2013年8月 遵义医学院影像学教研室 前 言 医学影像学学科体系 影像诊断学 分析影像获取人体内组织与病变的解剖、生理、生化等各种信息。 医学影像检查技术 实际操作影像设备获取优质的影像。 医学影像设备学 各种影像设备的结构、组成、工作原理、功能及技术参数。 医学影像成像理论 各种成像技术的物理基础、成像原理、图像处理。,二、医学影像成像系统 遵义医学院影像教研室结合多年教学实践，将医学影像成像理论、医学影像设备学整合成医学影像成像系统统一讲授，以设备的发展为主线，系统地介绍成像原理、技术特点参数的同时，切入设备

2、组成结构及工作原理，易于学生理解及知识链接。 医学影像成像系统学科角色 影像检查技术理论依据 影像诊断的重要参考依据 影像质量控制 维护保养、设备采购 科研、技术创新,医学影像成像系统研究内容？ 影像成像技术分类及发展； 各种影像成像原理（CR、DR、CT、MRI、USG等）； 各种影像设备基本组成结构及工作原理； 设备功能和技术参数、图像处理及影像质量控制 ； 图像存储、传输（PACS）与远程放射学。 医学影像学：获取人体内组织与病变的解剖、生理、生化等各种信息，以影像形式显示。,第一章 概 论 本章内容： 发展历程 医学成像技术分类 据成像原理及成像技术不同，医学成像技术分为： 一、以研究

3、生物体微观结构为主要对象的生物医学显微图像学 二、以人体宏观解剖结构及功能为研究对象的现代医学影像学 一、医学影像学 X线成像 磁共振成像 超声成像 核医学成像 光学成像 热成像 X线成像技术 普通X线机（荧光屏透视、电视透视、摄片） 数字胃肠（DF） 计算机X线摄影（CR） 数字化X线摄影（DR） 计算机X线体层摄影（CT） 乳腺X线机、牙科X线机、床旁X线机等专用 数字减影血管造影（DSA）,1.1常规X线设备问世放射学的建立 1895年11月8日，德国物理学家伦琴发现X线 1896年，西门子公司研制出世界上第一支X线管 1901年12月10日获得诺贝尔物理学奖 60年代末体层、增强器、电

4、视、电影等-学科体系形成 1972年CT发明 80年代数字X线设备CR 、DR 20世纪60年代末体层摄影、连续摄影、影像增强器、电视、电影等技术的应用形成了较完整放射诊断学体系（Radiology），并在临床工作中发挥了巨大作用，尤其是在肺、骨骼、胃肠道和心血管等系统的诊断，即使今天仍占有重要和主导的地位。 普通X线成像设备发展趋势 平板探测器将日益取代X线胶片、影像增强器、甚至IP板,1.2 CT的诞生医学影像技术新的里程碑 1972年，英国工程师汉斯菲尔德研制出第一台CT (Computed Tomography) ，因此1979年获诺贝尔物理学奖 1974年全身CT发明应用1979年获

5、诺贝尔物理学奖 80年代超高速CT 1983年螺旋CT 90年代多排螺旋CT 2005年西门子双源CT 2008东芝320排 2009年西门子炫速双源128 CT成像特点及应用： 真正断面成像，无其它层面干扰 密度分辨率显著提高，能分辨0.1-0.5%衰减系数差别 能以CT值进行定量分析 后处理及三维重建 CT在颅脑、腹部的肝、胆、胰和后腹膜腔、肾、肾上腺等病变的诊断中占主导地位,X线成像设备特点 X线作为影像信息的载体 反映人体组织密度厚度（对X线的衰减）差别 以二维灰阶影像显示脏器形态 常规X线空间分辨率极高10PL/mm CT密度分辨率高，能反映0.1-5%密度差别 2、磁共振成像 2.

6、1、磁共振成像设备的研制及发展 1946年布洛克(斯坦福大学)与普塞尔(麻省理工学院)分别同时发现磁共振现象 1952年两人同获诺贝尔物理学奖 80年代MRI设备临床使用 1985超导MRI 90年代开放式MRI 21世纪功能型MRI 2.2、磁共振成像设备分类 按磁体类型分 常导型 超导型 永磁型 按场强高低分 超低场 低场 中低场 中高场 高场,2.3、磁共振成像设备特点 磁共振成像的信息载体是电磁波，是通过检测人体组织原子核产生的磁共振信号。 任意方向层面成像 软组织分辨率优于CT MR信号携带组织生理、生化特性信息 分析组织的物质成分和含量，功能成像 无电离辐射 禁忌症：体内植入起搏器

7、或其它金属 2.4、MRI 医学影像设备的未来 MRI在中枢神经系统的应用已成为疾病诊断的金标准；在骨关节、软组织病变的诊断中具有重要价值。 总之，MRI可进行任意层面成像，可反映人体分子的生理生化方面的功能特性，特别近几年，超高场磁共振在脑功能成像、频谱成像等领域的应用构成了新的影像学时代分子影像学。,3、超声成像设备 3.1、超声成像发展 1880年法国皮埃尔和雅克发现压电效应 1917年超声探测 1942年 A超 1954年B超 70年代多普勒超声 80年彩色多普勒超声 3.2、超声成像设备分类 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型 平面目标显示 3.3超

8、声成像特点及应用 超声成像利用超声波作为影像信息的载体，通过检测超声波在人体组织中反射的回波成像。 动态观察 非侵入、无损伤 任意切面成像 费用低廉 不宜含气和骨骼系统检查 超声在腹部、胎儿监测等诊断应用中有独到优势。,4、核医学及发展 4.1、什么是核医学？ 核医学设备是通过有选择地测量摄入人体内的放射性核素所发出的射线来实现人体成像的设备。 4.2、核医学的发展 1896年1月20日法国贝克发现 铀 1898年7月18日居里夫人分离出钋 12月分离出镭 1923年哈维锡指示剂理论 1951年闪烁照相机 1957年照相机 1979年SPECT 90年代PET-CT 4.3、核医学成像的特点及

9、应用 核医学成像的信息载体是r射线，通过检测引入人体的放射性药物产生的r射线。PET(Positron Emission Computed Tomography，PET)的全称为正电子发射计算机断层扫描 代谢显像和定量分析 应用组成人体主要元素的短命核素如11、13、15等正电子核素为示踪剂 多层面断层影象、三维定量结果以及三维全身扫描 从分子水平动态观察到代谢物或药物在人体内的生理生化变化，用以研究人体生理、生化、化学递质、受体乃至基因改变。,PET-CT将CT与PET融为一体，是医学影像学的又一次革命 由CT提供病灶的精确解剖定位,而PET提供病灶详尽的功能与代谢等分子信息,具有灵敏、准确

10、、特异及定位精确等特点,一次显像可获得全身各方位的断层图像,可一目了然的了解全身整体状况,达到早期发现病灶和诊断疾病的目的。 二、医学影像治疗 分类：介入放射学系统（DSA）与 立体定向放射治疗系统（r刀、X刀） 1、介入放射学系统（DSA） 以影像诊断学为基础，在影像设备的导向下，利用经皮穿刺和导管技术等，对疾病进行非手术性治疗或者用以取得组织学、细菌学等材料，以明确病变性质。 医学影像设备的导向是完成介入治疗的关键，主要有：X线电视透视、超声、CT、MRI、DSA，目前以DSA为主。 2、立体定向放射治疗设备 利用CT、MRI、DSA等成像设备加上立体定向装置对病变区作高精度定位在专用治疗

11、计划系统指导下利用X线、线对病变区进行照射，杀死肿瘤细胞完成治疗。 伽玛刀利用射线的几何聚焦原理，将经过规划的大剂量伽玛射线集中聚焦照射在体内病灶，经过一次或多次照射后摧毁病灶组织，以达到外科手术切除或损毁肿瘤病灶的治疗效果。它广泛适用于大多数肿瘤的治疗。并具有治疗时间短，不手术，不麻醉，不出血，无感染等优点。,三、图像存储传输与远程放射学（见数字化X线成像章节） 小结：各类医学影像设备比较,现代影像学的发展 三个主要的阵营： 经典医学影像学：以X线、CT、MRI、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：(molecular imaging)

12、运用影像学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平变化,对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究的科学。以MRI、PET、光学成像及小动物成像设备等为主。,第二章 放射物理基础,第一节 X线的产生 一、X线的发现 1895年11月8日伦琴发现X线。 二、X线的产生 （一）产生X线的必备条件 1、电子源 钨丝加热至一定温度放出电子，在灯丝周围形成电子云。 2、高速电子流 电子高速冲击阳极，须具备：在X线管的阴极和阳极间加以高电压，通过在两极间产生的强电场使电子向阳极加速；为防止电子与空气分子冲击而减速和灯丝的氧化损坏，必须保持高真空度。 3、阳极靶面 接受高速电子撞

13、击，使高速电子所带的部分动能转变为X线能。靶物质（焦点面）一般是高原子序数、高熔点的钨制成。作用：接受电子撞击；完成高压电路的回路。 诊断和治疗用的X线管的靶面由钨制成；特殊用途（乳腺）的X线管用钼制成。 （二）X线的产生原理 X线的产生原理是高速电子和靶物质相互作用的结果。在真空条件下高千伏的电场产生的高速电子与靶物质的原子核和内层轨道电子作用，分别产生连续X线和特征X线。,三、连续X线特征（标识）X线 （一）连续X线 1、连续X线的产生 高速电子进入原子核附近的强电场区域，后飞离强电场区域完成一次电子与原子核的相互作用，电子向外辐射电磁波损失能量，电子的速度和方向发生变化。电子的这种能量辐

14、射叫轫致辐射，这种辐射所产生的能量为h的电磁波称为连续X线。 连续X线光子能量取决于：电子接近核的情况；电子的能量；核电荷。 2、连续X线的最短波长（min） min = nm。可见最短波长仅与管电压有关。 （二）特征X线 1、特征X线的产生 高速电子与靶原子的内层轨道电子作用，电子被击脱，外壳层电子跃迁填充空位时，多余的能量以光子（X线）的形式放出，即特征X线。 2、特征X线的激发电压 eU=W（结合能）时，U=W/e称为最低激发电压。故管电压低于某系最低激发电压时，则此系特征X线将不会发生。,四、影响X线产生的因素 （一）X线产生的效率 X线管中产生的X线能与加速电子所消耗电能的比值，叫做

15、X线的产生效率。忽略极少的特征X线，=K1ZU。X线产生效率不足1%，其余在阳极变成热能，使阳极靶面升温。 （二）影响X线产生的因素 1、影响连续X线产生的因素 包括靶物质、管电压、管电流和高压波形。 （1）靶物质 连续X线强度与靶物质的原子序数成正比。不同靶物质的X线谱高能端重合，是因为X线谱的最大光子能量只与管电压有关，与靶物质无关；不同靶物质的X线谱低能端重合，是因为X线管固有滤过和低能成分被管壁吸收的缘故。 （2）管电流 连续X线强度与管电流成正比。管电压一定时，管电流愈大，说明撞击阳极靶面的电子数愈多，X线也愈大。 （3）管电压 连续X线强度与管电压的n次方成正比。 （4）高压波形

16、供给X线管的管电压都是脉动电压，有两种形式：单相电源的半波和全波，三相电源的6脉冲和12脉冲。脉动电压产生的连续X线强度比峰值相当的恒定电压产生的低；三相电源产生的连续X线强度比单相电源产生的硬线多、强度大。,2、影响特征X线产生的因素 特征X线强度与管电流成正比，其发生与否受制于管电压是否大于某系的最低激发电压，并随管电压继续升高强度迅速增大。 对钨靶X线管而言，管电压在80-150kV，特征X线占10-28%。医用X线主要使用的是连续辐射；物质结构的光谱分析中使用特征辐射。 五、X线强度的空间分布 阳极倾角影响X线分布。阳极倾角指垂直于X线管长轴的平面与靶面的夹角。 在通过X线管长轴且垂直于有效焦点平面内，近阳极端X线强度弱，近阴极端强，最大处约在10处，其分布非对称性，这现象称为阳极效应。阳极倾角越小，阳极效应越明显。 在通过X线管短轴且垂直于有效焦点平面内测定，在90处最大，分布基本上对称。,