第一章第一章 概概 论论 本节内容：本节内容：一、医学影像的主要内容；二、医学影技术的发展历程；三、医学影像技术的分类；四、医学图像识别；五、医学影像的技术展望； 一、医学影像学主要内容•1. 医学影像成像原理：根据临床需求或医学研究需要，对成像原理、成像系统的分析研究，将人体内感兴趣感兴趣的信息提取出来，以图像的形式进行显示，并对各种医学图像的质量因素进行分析 •提取的信息：形态的、功能的或成分的等 • 信 息 载 体：电磁波或机械波 •显 示 形 式：一维、二维或三维甚至是四维的等不同层次的图像 2. 医学影像处理技术• 是对获得的图像作进一步的处理，如对其进行分析、识别分割、分类等，确定哪些部分应增强或某些特征应被提取 •目的：使原来不够清晰的图像变得清晰，或者是为了突出图像中的某些特征信息等等 3. 医学影像临床应用技术•是在诊断和治疗过程中对于需要解决的医学问题，根据各种医学影像的特点，在临床上以最敏感的信息、最快的速度、最经济的手段获得最客观的诊断和最优治疗方案的选择、确定和实施 二、医学影像技术发展的历程•什么是医学影像技术？ 医学影像技术是借助某种介质与人体相互作用，用理工学基础理论和技术，把人体内部组织、功能等具有医疗情报的信息源传递给影像接收器，最终以影像的方式表现出来，提供给诊断医生，使医生能根据自己的知识和经验针对医学影像中所提供的信息进行判断，从而对患者的健康状况进行诊断的一门科学技术。
二、医学影像技术发展的历程•（一）放射技术伊始（一）放射技术伊始•（二）医技一体阶段（二）医技一体阶段•（三）医技分家阶段（三）医技分家阶段•（四）形成独立学科阶段（四）形成独立学科阶段国际放射技术会议（ISRRT） 三、医学成像技术分类 •根据医学影像所研究的内容，按其成像原理和技术的不同，医学影像技术分两大领域：1、以微观结构为主要对象的生物医学显微图像学生物医学显微图像学（（BMMI)BMMI)；；2、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 三、医学成像技术分类 •现代医学影像学现代医学影像学按信息载体分：按信息载体分：•（1）X线成像：测量穿过人体组织、器官后的X线强度；•（2）磁共振成像：测量人体组织中同类元素原子核的磁共振信号； •（3）超声成像：测量人体组织、器官对超声的反射波； •（4）放射性核素成像：测量放射性药物在体内放射出的γ射线； •（5）光学成像、红外、微波成像 （一）X线成像 • X线图像数占临床影像总数70％～ 80％ • 普通X线成像（屏-片系统）是一种模拟成像，X线照片、荧光屏的记录或显示从几乎完全透明（白色）到几乎不透明（黑色）的一个连续的灰阶范围。
• 是X线透过人体内部器官的投影，这种不同的灰度差别即为任何一个局部所接受的辐射强度的模拟；或者说是相应的成像组织结构对X线衰减程度的模拟 （一）X线计算机体层成像 •1972年英国工程师Hounsfield、美国物理学家Cormack发明的X线计算机体层扫描技术（computed tomography，CT），CT以高密度分辨力和无重叠的清晰的体层图像，显示出普通X线检查不能显示的病变，提高了临床诊断的正确性和效率 • 1989年，螺旋CT问世，目前正发展到256排螺旋CT、双源CT （一）X线计算机体层成像 •CT的概念：的概念：自X线管发出的X线首先经过准直器准直器形成很细的直线射束，用于穿透人体被检测层面经人体薄层内组织、器官衰减后射出的带有人体信息的X线束到达探测器，探测器探测器将含有受检体层面信息的X线转变为相应的电信号通过测量电路将信号放大，有A/D转换器变为数字信号，送给计算机处理系统处理计算机按照设计好的方法进行图像重建和处理，得出图像 CT成像CT成像与常规成像与常规X线成像比较有哪些优势？线成像比较有哪些优势？获得无层面外组织干扰的横断面图像；获得无层面外组织干扰的横断面图像；密度分辨力高；密度分辨力高；正确测量各组织的正确测量各组织的X线吸收衰减值；线吸收衰减值；可进行各种图像后处理；可进行各种图像后处理； （二）磁共振成像 • magnetic resonance imaging，MRI是在物理学领域发现磁共振现象的基础上，20世纪70年代末继CT后，借助计算机技术和图像重建方法的进展和成果发展起来的一种新型医学影像技术。
•磁共振通常由主磁体、梯度系统、射频系统、计算机系统及其他辅助设备等五部分组成 • 生活中常见的共振现象？什么是共振生活中常见的共振现象？什么是共振？什么是核磁共振现象？？什么是核磁共振现象？ （二）磁共振成像 ★MRI：通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频脉冲（radio frequency，RF），使人体组织中的氢质子(1H)受到激励而发生磁共振现象，当中止RF脉冲后， 1H在弛豫过程中发射出射频信号（MR信号），接收器（线圈）接收信号重建成像 （二） 磁共振成像• 特点：特点： • 1. 射频脉冲为成像的能源，不使用电离辐射，对人体安全、无创； • 2. 图像对脑和软组织分辨力极佳，能清楚地显示脑灰质、脑白质、肌肉、肌腱、脂肪等软组织以及软骨结构，解剖结构和病变形态显示清楚、逼真； • 3. 多方位成像，能对被检查部位进行轴、冠、矢状位以及任何倾斜方位的层面成像且不必变动病人体位； • 4. 多参数成像，T1加权像（T1 weighted image，TlWI）、T2加权像（T2 weighted image，T2WI）、质子密度加权像（proton density weighted image，PDWI）、流空效应血管成像以及T2*WI、重T1WI、重T2WI，在影像上取得组织之间、组织与病变之间在T1 、 T2 、 T2 *和PD上的信号对比，对显示解剖结构和病变敏感； • 5. 能进行功能、组织化学和生物化学方面的研究。
（三）超声成像• 超声成像（ultrasound imaging，USI）系统（B超、M超、多普勒）大多是采用脉冲回波方式成像，即用一个短暂的电脉冲激励换能器晶片电脉冲激励换能器晶片，使之振动产生超声波并射入体内，进入人体的超声波在遇到组织界面时，就会产生较强的回波信号根据接收到的回波信号可以直接获取扫查平面上的人体结构图像 • 优点：对人体无损、无创、无电离辐射，能提供人体断面实时动态图像，广泛用于心脏或腹部的检查USI除断面成像外，可借助多普勒原理进行超声血流测量，用于对心血管与脑血管等疾病诊断 （四）放射性核素成像 • 利用人体内不同组织对放射性核素的吸收状况不同，通过示踪剂在体内和细胞内转移速度和数量的差异及变化而产生特征图像， • 提供脏器的形状、大小、功能和血流量的动态测定指标，测量病变部位的范围，能反映体内生理、生化和病理过程，可以显示出组织、器官的功能等 （四）放射性核素成像•核医学成像中所使用的γ射线的能量范围一般在25 keV～ 1.0 MeV，与X线成像时应用的能量相近，但平均能量要高些 • 图像的分辨力较低（约为1cm左右） • 1958年，美国人Anger研制的γ闪烁照相机（gamma scinticamera）具有快速显像的本领，使核素影像诊断从静态进入到动态观察，能指示脏器的生理代谢功能。
（四）放射性核素成像• 20世纪80年代初，放射性核素扫描与CT技术结合起来，研制出发射型计算机体层扫描术（emission computed tomography，ECT） • ECT不仅对各种脏器及其病变进行立体显像，能动态观察各种脏器的形态、功能和代谢的变化，还能进行体层、立体显像 （四）放射性核素成像• 发射型CT（ECT）分： • 单光子发射型计算机体层（single proton emission computed tomography，SPECT） • 正电子发射型计算机体层（positron emission computed tomography，PET） • 两者的数据采集原理不相同 • PET研究人脑功能等有其独特的优点 四、医学图像的识别• 是将图像与解剖学、生理学、病理学知识作对照，捕捉图像中有意义的细节和特征，来判断是否有异常或属于什么性质 • 图像识别的基础 • 充分理解、掌握成像原理和方法是医学图像识别的基础 • 医学图像中有的由于成像方法和条件的不同，得出的图像有很大差异时，从成像方法上理解分析医学图像就尤为重要 图像识别的基础• CT成像时，由于图像重建所选用的滤波函数不同，得出的图像就有差异； • MRI中，由于所用的射频脉冲的性质和成像序列的不同，得出的影像的信息是不同的，形成的图像有很大的差异； • 即使是同种方法，由于射频脉冲的时间间隔不同，所得的图像也有很大差别。
• 由于时间间隔大小不同，在图像上，不但病变组织与正常组织的对比度不同，正常组织间，如大脑中的脑灰质和脑白质的对比度也不相同 四、医学成像系统评价•各种成像方式的成像原理、成像参数及适用范围等各不相同不同的成像系统并不能相互取代，在临床应用中起着相互补充的作用 • 评价一个成像系统，应从各个不同角度全面分析成像系统的优缺点，并了解其临床适用的范围 （一）电磁波透射成像•用透射方法成像时，并不是所有的电磁波都可以用来进行医学成像 • 考虑的主要因素是分辨力与衰减，从分辨力的角度考虑，用于成像的辐射波的波长至少应小于1.0cm • 当射线照射人体时人体组织会将其部分吸收或散射，或者说对射线起某种衰减作用 （一）电磁波透射成像• 如果衰减过多，只有少量射线透过人体，很难检测到 • 反之若射线几乎毫无衰减地透过人体，则不可能得到对比清晰的图像因为图像的对比度是靠经过一定的衰减后射线强度的差异来形成的 • 红外、可见光及紫外线照射人体时产生过度的衰减，不能用于透射成像 （二）超声成像与X线成像• 超声波与X线在人体组织中的传播过程不同，成像方式有明显不同的特点 • 超声仪器是采用反射回波成像的方法。
在反射回波成像系统中，可以根据超声波往返传播的时间来决定探查的深度 • 超声波在水中或大多数人体组织中的传播速度约为1540 m/s，在体内传播1cm距离的时间约为6.5μs，在这个时间内现代电子技术完全有能力区分来自人体不同深度处的回波信号 （二）超声成像与X线成像• 脉冲回波式超声对观察实质性脏器的软组织结构很合适，但对胸腔检查超声波方法就不行了 • 用X线来探查胸腔则是很成功的，但探查腹部时则很难分辨出内部的脏器（软组织对X线的衰减差异小） （三）形态学成像与功能成像• X线成像显示的是人体结构的解剖学形态，对疾病的诊断主要根据形态上的密度变化，较难在病理研究中发挥作用 • 放射性同位素图像的分辨力比较低的，但是能直接显示脏器功能，特别是代谢方面问题，功能成像在临床诊断与医学研究中已越来越显示出它的作用 • MRI不仅能提供组织形态方面的信息，而且可以提供有关脏器功能及组织化学特性方面的信息，并具有较高的图像分辨力 （四）对人体的安全性• 评价医学成像系统，需要特别注意的是对人体的安全性 • 电离辐射对人体造成的损伤可大致分为： • 一种是对照射体的直接损伤，如局部发红、脱发、有可能增加某些疾病（如白血病）的发病率等； • 另一种遗传性的，可能会影响到下几代。
考虑X线对人体可能的伤害，X线检查时应尽可能减少对人体的照射剂量 • 放射性同位素成像也给人体造成电离辐射损伤 （四）对人体的安全性• 在X线摄影中，尽管辐射的强度相对比较大，但病人只是在一个很短的时间里接受照射 • 放射性同位素成像用的放射性材料的浓度虽然是很低的，但放射性药物对人体的照射则会持续一段时间，直至其排出体外或衰变完了选择放射性材料时应考虑用较短的半衰期 （四）对人体的安全性• 医学诊断中使用的超声波照射水平不会对人体造成伤害 • 特别是对那些敏感的区域，如胎儿与眼部的检查，使用超声检查要比X线安全得多• 对发育初期的胚胎，超声检查也应慎用 五、医学影像技术展望•（一）提高影像设备的性能•磁共振波谱成像（MRS）、功能成像（f MRI）； •彩色血流成像研究高速和低速血流测量新方法，腔内超声成像• CT提高空间分辨力和扫描速度，重点研究疾病在新陈代谢方面的变化 （二）医学影像数字化（二）医学影像数字化• 医学影像成像方法：模医学影像成像方法：模拟方法和数字方法拟方法和数字方法• • 普通屏普通屏- -片系统成像、片系统成像、光学系统成像和电视光学系统成像和电视技术技术( (透视透视) )的图像都的图像都属模拟成像方式；属模拟成像方式； • • 计算机化的各种医学计算机化的各种医学影像成像如影像成像如CTCT、、MRIMRI、、DSADSA、、ECTECT、超声等都、超声等都是用数字方法给出图是用数字方法给出图像信息的。
像信息的 （二）医学影像数字化• 随着计算机、数字图像处理技术发展 • 医学成像从模拟到数字图像 • 从平面到立体图像、从局部到整体图像 • 从宏观到微观图像、从静态到动态图像 • 从形态到功能图像 • 从单一图像到综合图像等方向发展 （三）计算机辅助诊断• CAD是把数字图像处理技术和计算机视觉技术等作为图像分析辅助工具，应用于各种疾病的诊断利用计算机建立数学模型，对医学影像进行特定的处理以提高诊断准确性的一种方法 • 1966年，ledley首次提出CAD并应用于临床放射诊断70年代，国外首先将此技术应用于乳腺疾病诊断，进行大量技术及临床应用方面研究 • 80年代起，美国芝加哥大学又对胸部疾病的CAD进行了大量研究并取得了阶段性成果，某些方面已具有临床实用价值 （三） 计算机辅助诊断• 在乳腺疾病的应用重点： • 1)肿块的检测； • 2)微钙化点的自动检测分类 • 对乳腺X影像中微钙化点进行检测的方法，包括传统的图像处理技术、基于小波变换的图像特征增强技术、统计学分割方法、基于ANN的分类方法和这几种方法的联合应用 （四）医学影像存储与通讯系统• 数字化影像、影像处理技术和通讯技术结合，开发出PACS。
• 医院中各科室检查病人形成的图像信息，以数字量存入中央计算机，当需要观察图像时，只需在终端机上指令提取，即可将该病人的全部图像显示在该科室的显示器上 • PACS不仅可在医院里使用，也可医院之间、城市之间、国家之间用通讯网络形成联机，实现远程会诊 （四）医学影像存储与通讯系统• 主要包括：图像获取、大容量数据存储、图像显示和处理、数据库管理及传输影像的网络 • PACS的主要技术 • 1．标准化技术 DICOM3.0• 2．图像信息采集：• 3．图像存储：硬盘、光盘、磁带机、磁盘阵列等 • 4．图像压缩 • 5．图像显示、处理和传输网络 小结与思考•了解： • 医学影像学主要内容、• 医学成像系统的评价、• 医学影像新技术展望及发展历程；• 熟悉： • 医学成像技术分类；• 掌握：• 各类成像技术的概念 •1．CT的全称，正确的是（）• A、计算机扫描摄影 • B、计算机体层摄影• C、计算机辅助断层摄影• D、计算机横断面体层扫描 • E、计算机横断面轴向体层摄影 •2、医学影像技术的内涵是什么？X线成像、CT成像、MRI的基本含义是什么？•3、如何学好《医学影像成像原理》这门课？ 。