第1章医学影像技术概论.ppt

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1、 1.1 医学影像技术发展历程医学影像技术发展历程 1.2 医学影像系统成像的物理共性医学影像系统成像的物理共性 1.3 计算机医学影像计算机医学影像 1.4 影响对医学图像评价的因素影响对医学图像评价的因素 1.5 医学影像设备的分类与组成医学影像设备的分类与组成 现代医学影像技术的应用与发展，印证了现代医学影像技术的应用与发展，印证了100100多年来医学、生物、物理、多年来医学、生物、物理、电子工程、计算机和网络通信技术的诞生与沿革。电子工程、计算机和网络通信技术的诞生与沿革。数字医学影像新技术、新设备对医学影像诊断和数字影像治疗带来许多根数字医学影像新技术、新设备对医学影像诊断和数字影

2、像治疗带来许多根本的改变。本的改变。医院里有哪些医学影像设备和是否开展数字影像介入治疗，在很大程度上医院里有哪些医学影像设备和是否开展数字影像介入治疗，在很大程度上代表了这家医院的现代化检查治疗的条件与诊治水平。代表了这家医院的现代化检查治疗的条件与诊治水平。目前现代医学技术的提升和现代影像技术的发展目前现代医学技术的提升和现代影像技术的发展相互融合、相互推动、相相互融合、相互推动、相互依存互依存的趋势已经成为共识。的趋势已经成为共识。新的现代医学影像技术和设备的研制也已经成为新的现代医学影像技术和设备的研制也已经成为2121世纪现代医学技术和生世纪现代医学技术和生命科学发展的经济技术增长点。

3、命科学发展的经济技术增长点。1.1 医学影像技术发展历程医学影像技术发展历程 从从1895年德国物理学家伦琴发现年德国物理学家伦琴发现X光并由此拍出世界上第光并由此拍出世界上第一张伦琴夫人手部的一张伦琴夫人手部的X线透视照片以来，医学影像技术从线透视照片以来，医学影像技术从无到有、从不完善到功能齐全、分类精细，经历了一个无到有、从不完善到功能齐全、分类精细，经历了一个0多年的发展过程。多年的发展过程。教学目标：教学目标：了解了解X射线、射线、CT、超声、超声、MRI、DSA、CR、DR、核医、核医学（学（ECT、PET、SPECT）等医学影像技术的发展历程）等医学影像技术的发展历程1 1、18

4、951895年年1111月月8 8日，德国物理学家伦琴在做真空管、高压、放电实验时，日，德国物理学家伦琴在做真空管、高压、放电实验时，发现了发现了X X射线或称射线或称X X线，并用于临床的骨折和体内异物的诊断。线，并用于临床的骨折和体内异物的诊断。18961896年，德国西门子公司研制出世界上第一支年，德国西门子公司研制出世界上第一支X X线球管。线球管。2020世纪世纪10-2010-20年代，出现了常规年代，出现了常规X X线机。线机。2020世纪世纪6060年代中、末期形成了较完整的放射诊断或放射学年代中、末期形成了较完整的放射诊断或放射学（radiologyradiology）学科体

5、系。）学科体系。第一张第一张X线照片线照片伦琴伦琴国产直接数字化国产直接数字化X摄影系统摄影系统世界上第一台世界上第一台4层层CT扫描机扫描机豪恩斯费尔德豪恩斯费尔德n CT机的分代主要以其机的分代主要以其线管和探测器的关系、探测器的数目、排列线管和探测器的关系、探测器的数目、排列方式以及线管与探测器的运动方式来划分方式以及线管与探测器的运动方式来划分。到今天为止。到今天为止CT经历了经历了5代代发展，现在第发展，现在第6代代CT正在研发中。正在研发中。n第第1代代CT机只有一个探测器，扫描角度为机只有一个探测器，扫描角度为1，扫描时间，扫描时间270s/层。仅层。仅用头部的扫描用头部的扫描,

6、图像质量差图像质量差,以平移加旋转的扫描运动方式进行以平移加旋转的扫描运动方式进行,称为称为平移平移/旋转型旋转型。n第第2代代CT机探测器的数目增加机探测器的数目增加520个左右，个左右，X线束呈扇线束呈扇型，扫描角度增加为型，扫描角度增加为360,扫描时间仍较长扫描时间仍较长,一般在一般在20s1min/层，扫描方式为层，扫描方式为窄扇形束扫描平移窄扇形束扫描平移-旋转方式旋转方式。n第第3代代CT探测器数目一般多超过探测器数目一般多超过100个，有的接近个，有的接近1000个，个，X线线扇形束扩大到扇形束扩大到4050，足以覆盖人体的横径，足以覆盖人体的横径,这样扫描就不需这样扫描就不需

7、要再平移，而只需要旋转就可以了要再平移，而只需要旋转就可以了,故称为故称为旋转旋转/旋转型。旋转型。扫描扫描时间一般均在几秒钟时间一般均在几秒钟,最快速度最快速度0.5s，实现了亚秒级扫描。，实现了亚秒级扫描。n第第1代到第代到第3代代CT机的机的X线管和探测器都是同步旋转的，而线管和探测器都是同步旋转的，而第第4代代CT机与之不同，探测器呈机与之不同，探测器呈360环状固定排列在机架内环状固定排列在机架内(目前有的机型多达目前有的机型多达4800个探测器个探测器)，X线管则围绕人体和机线管则围绕人体和机架作架作360旋转旋转,把第把第4代称代称固定固定/旋转型旋转型(螺旋螺旋CT属此型属此型

8、)。n第第5代代CT机与第机与第1到第到第4代代CT机不同，在成像过程中机不同，在成像过程中X线管不需环绕机线管不需环绕机架作机诫运动，它是用架作机诫运动，它是用电子束方法产生旋转的电子束方法产生旋转的X线源线源,再穿透人体由探再穿透人体由探测器接受测器接受,这种这种CT机称为电子束机称为电子束CT,也称超高速也称超高速CT，特点是扫描速度，特点是扫描速度很快很快,50100ms/层层,每秒最多可扫每秒最多可扫34层层,就其扫描速度是普通就其扫描速度是普通CT的的40倍，螺旋倍，螺旋CT的的20倍倍,可用于心脏一类运动器官的扫描。可用于心脏一类运动器官的扫描。n第第1 1代代CTCT：扫描方式

9、为平移：扫描方式为平移(translate)+(translate)+旋转旋转(rotate)(T+R)(rotate)(T+R)方式方式的的CTCT。n第第2 2代代CTCT：扫描方式为平移：扫描方式为平移(translate)+(translate)+旋转旋转(rotate)(T+R)(rotate)(T+R)方式方式的的CTCT。n第第3 3代代CTCT：扫描方式为旋转：扫描方式为旋转+旋转旋转(R+R)(R+R)扫描方式的扫描方式的CTCT。n第第4 4代代CTCT：扫描方式为静止：扫描方式为静止(stationary)+(stationary)+旋转旋转(S+R)(S+R)扫描方式的

10、扫描方式的CTCT。n第第5 5代代CTCT：扫描方式为静止：扫描方式为静止+静止静止(S(SS)S)电子束扫描方式的电子束扫描方式的CTCT。现代螺旋现代螺旋CTCT结构图结构图第二代第二代1616层层CTCT第五代第五代CTCT 3、20世纪世纪50年代和年代和60年代超声和放射性核素也相继出现。年代超声和放射性核素也相继出现。n1942年奥地利科学家达西科（年奥地利科学家达西科（Dussik）首先将超声技术应用与临床）首先将超声技术应用与临床诊断，从此开始了医学超声影像设备的发展。诊断，从此开始了医学超声影像设备的发展。n1954年瑞典人应用年瑞典人应用M型超声显示运动的心壁，称为超声心

11、动图。型超声显示运动的心壁，称为超声心动图。n人类从人类从20世纪世纪50年代开始研究二维年代开始研究二维B型超声，至型超声，至70年代中期，实时二年代中期，实时二维超声开始应用。维超声开始应用。超声检查超声检查 (二尖瓣粘连二尖瓣粘连)彩色超声检查彩色超声检查 (胎儿发育胎儿发育)n4、70年代末年代末80年代初，超声、放射性核素、年代初，超声、放射性核素、MR-CT和数字影像设备和数字影像设备与技术逐步兴起。其中与技术逐步兴起。其中磁共振成像（磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRIMRI）是目前最为先进的影像检查方法之一。）是目前最为先进的影像检查方法之一

12、。nMRI是基于是基于MR现象的医学影像技术。现象的医学影像技术。MR现象是现象是1946年分别由美国年分别由美国斯坦福大学物理系斯坦福大学物理系Bloch教授和哈佛大学的教授和哈佛大学的Puecell教授领导的小组同教授领导的小组同时独立发现的。由于这一发现在物理、化学上具有重大意义，时独立发现的。由于这一发现在物理、化学上具有重大意义，Bloch和和Puecell共同获得了共同获得了1952年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。曼斯曼斯.菲尔德菲尔德裴奥裴奥.劳特伯劳特伯 GE Signa Profile/o MRIn5、20世纪世纪80年代推出了数字减影血管造影（年代推出了数字减影血管

13、造影（DSA）和计算机）和计算机X线线摄影（摄影（CR）成像设备与技术，其后又推出了数字）成像设备与技术，其后又推出了数字X线设备（线设备（DR）。）。n数字减影血管造影术是常规造影术与电子计算机处理技术相结合数字减影血管造影术是常规造影术与电子计算机处理技术相结合的一种新型成像技术。的一种新型成像技术。血管造影检查是对注入血管造影剂前后的血管造影检查是对注入血管造影剂前后的图像进行相减，得到无骨骼，内脏，软组织背景的清晰的血管影图像进行相减，得到无骨骼，内脏，软组织背景的清晰的血管影象，而血管的形态，结构反映了多种疾病的基本信息。象，而血管的形态，结构反映了多种疾病的基本信息。n计算机计算机

14、X线摄影（线摄影（CR）是将）是将X线摄照的影像信息记录在影像板（线摄照的影像信息记录在影像板（IP板）上，这种可重复使用的板）上，这种可重复使用的IP影像板，替代了胶片，不需要冲印，影像板，替代了胶片，不需要冲印，因此也称为干板。干板经激光读取装置读取，由计算机精确计算处因此也称为干板。干板经激光读取装置读取，由计算机精确计算处理后，即可得到高清数字图像，最后经数字理后，即可得到高清数字图像，最后经数字/模拟转换器转换，在荧模拟转换器转换，在荧屏上显示出灰阶图像，有利于观察不同的组织结构。屏上显示出灰阶图像，有利于观察不同的组织结构。n直接数字化直接数字化X射线摄影系统（射线摄影系统（dig

15、ital ray DR）是利用电子技术将）是利用电子技术将X线信线信息的其它载体转变为电子载体，息的其它载体转变为电子载体，X线照射人体后不直接作用于胶片，被线照射人体后不直接作用于胶片，被探测器（探测器（Detector）接收并转换为数字化信号，获得）接收并转换为数字化信号，获得X线衰减值线衰减值（attenuation value）的数字矩阵，经计算机处理，重建成图像。）的数字矩阵，经计算机处理，重建成图像。n6、20世纪世纪90年代推出了更新、更强的核医学影像设备年代推出了更新、更强的核医学影像设备ECT，包括，包括PET、SPECT等设备。等设备。PET也称正光电子成像设备，主要的优势

16、是也称正光电子成像设备，主要的优势是超强的医学影像的识别与诊断的能力，尤其是利用注入体内的增强超强的医学影像的识别与诊断的能力，尤其是利用注入体内的增强显影剂或示踪剂，在体内循环可以动态地、靶向目标清晰地显示被显影剂或示踪剂，在体内循环可以动态地、靶向目标清晰地显示被检部位形态和功能的异常情况，甚至可以检查出细胞级别的病变。检部位形态和功能的异常情况，甚至可以检查出细胞级别的病变。GE GE 全数字全数字PET-CTPET-CTGE GE 生产的生产的 SPECTSPECTPET PET 图像图像1.2 医学影像系统成像的物理共性医学影像系统成像的物理共性n医学影像成像源共性是充分和准确的利用成像源的物理作医学影像成像源共性是充分和准确的利用成像源的物理作用，获得人体内携带有某种物理量分布信息的影像数据。用，获得人体内携带有某种物理量分布信息的影像数据。n医学影像系统成像主要包括以下医学影像系统成像主要包括以下4个共性个共性:源源 源与物体源与物体(目标目标)的相互作用的相互作用 检测器检测器 电子系统电子系统 1.2.1 源与目标的作用源与目标的作用1.源源 体外源体外源:如如X射线