第一章医学影像设备学概论名师编辑PPT课件.ppt

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1、医学影像设备学教学课件第一章 医学影像设备学概论l第一节第一节 医学影像设备的发展简史医学影像设备的发展简史 l第二节第二节 医学影像设备的分类医学影像设备的分类 l 1895年11月8日，德国物理学家伦琴（Withelm Conrad Roentgen，18451923）在做真空管高压放电实验时，发现了一种肉眼看不见、但具有很强的穿透本领、能使某些物质发出荧光和使胶片感光的新型射线，即X射线，简称为X线。l 1896年，德国西门子公司研制出世界上第一只X线管。20世纪1020年代，出现了常规X线机。其后，由于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

2、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的应用，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。l 1972年，英国工程师汉斯菲尔德（G.N.Hounsfield）首次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设备，或CT设备。l 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，比传统的X线检查高1020倍；还能以数字形式（CT值）作定量分析。l近30年来，CT设备的更

3、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（512512矩阵），空间分辨力也提高到0.1mm。宽探测器多层螺旋CT设备得到了广泛的普及，功能有了进一步的扩展。大孔径CT设备可兼顾日常应用与肿瘤病人定位，组合型CT设备可在完成CT检查后直接进行正电子发射型计算机体层（positive emission computed tomography，PET）检查，使CT的形态学信息与PET的功能性信息通过工作站准确融合，可以更准确地完成定性与定量的诊断。l 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

4、根本性的改变，将会引起CT设备的又一次革命。l 20世纪80年代初用于临床的磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）设备，简称为MRI设备。它是一种新的非电离辐射式医学成像设备。MRI设备的密度分辨力高，通过调整梯度磁场的方向和方式，可直接摄取横、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。迄今，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。l 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。双梯度场技术可在

5、较小的范围内达到更高的梯度场强，有利于完成各种高级成像技术，如功能成像、弥散成像等。降噪措施和成像专用线圈也都有了较大的进步，如功能成像线圈和肢体血管成像线圈等。腹部诊断效果已接近和达到CT设备水平，脑影像的分辨力在常规扫描时间下提高了数千倍，而显微成像的分辨力达到5010m，现已成为医学影像诊断设备中最重要的组成部分。l 生物体磁共振波谱分析（magnetic resonance spectroscopy，MRS）具有研究机体物质代谢的功能和潜力，今后如能实现MRI设备与MRS结合的临床应用，将会引起医学诊断学上一个新的突破。l 数字减影血管造影（digital subtraction an

6、giography，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，目前，正向快速旋转三维成像实时减影方向发展，从而扩大了血管造影的应用范围。后者具有减少曝光量和宽容度大等优点，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）。而X线实时高分辨力成像板将是最具革命性、最有发展前途的影像探测器之一。l 20世纪50

7、年代和60年代，超声成像（ultrasonography，USG）设备和核医学设备相继出现，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。l 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进展迅速。因其具有安全、简便、经济等特点，深受医生和病人的普遍重视与欢

8、迎，现仍处于不断发展和完善的过程之中。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，全世界都在积极开发和应用这种高新设备。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。l 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。表表1-1 医医学学影影像像设设备备发发展展概概况况 2 0世纪 1 9 世 纪 1040 年代 50 年代 60 年代 70 年代 80 年代 90 年代（1895 年）发 现 X 线 （1917 年）发 射 US 成 功

9、 （1951 年）闪 烁 扫 描 （1960 年）X-T V （1972 年）X-C T （1980 年）D F、D SA C T：多层C T、组合C T、C T 内 镜 （1896）发 现 铀 的 放 射 性 （1020 年 代）X 线 机 （1954 年）影 像 增 强 器 （1963 年）六 脉 冲 高 压 发 生 器 （1974 年）UC T （1982 年）C R （1896）X 线 管 （1930 年）增 感 屏 （1954 年）B 超 （1963 年）热 成 像 设 备 （1975 年）电 子 扫 描 （1982 年）多 普 勒 图 像 数 字 成 像：旋 转 D SA、D D

10、R （1932 年）电 子 显 微 镜 （透 射）（1957 年）相 机 （1978 年）小 型 回 转 加 速 器 （1982 年）PA C S（1938 年）旋 转 阳 极 X 线 管 （1979 年）SP E C T、P E T （1983 年）螺 旋 C T （1942 年）A 超 （70 年 代 末）D R （1983 年）UFC T M R I：开 放 型 M R I、FM R I 核 医 学：微 型 摄 像 机、全 数 字 闪 烁相 机 （1983 年）电 子 内 镜 （80年 代初）US 内 镜 设 备 （1946 年）发 现 M R 现 象 （1958 年）纤 维 胃 镜 （

11、1964 年）介 入 放 射 学 设 备 （1979 年）M R I（1 9 8 5年）超 导 M R I SR S：-刀、X-刀 现代医学影像设备可分为两大类，即医学影像诊断设备和医学影像治疗设备。一、诊断用设备一、诊断用设备 按照影像信息的载体来区分，现代医学影像诊断设备主要有以下几种类型：X线设备（含X-CT设备）；MRI设备；超声设备；核医学设备；热成像设备；光学成像设备（医用内镜）。l（一）（一）X线设备线设备l 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

12、和X-CT设备等。l 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，为了获得有价值的影像，辐射波长应小于510-11m。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。l 在X线设备中，屏-片组合分辨力较高，可达到510LP/mm，且使用方便、价格较低，是目前各级医院中使用最普遍的设备之一。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。数

13、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。X-CT影像的空间分辨力可小于0.5mm，能分辨组织的密度差别可达到0.5。X-CT影像的清晰度很高，可确定受检脏器的位置、大小和形态变化。l（二）（二）MRI设备设备l 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。20世纪40年代发现了物质的磁共振现象，20世纪80年代MRI设备应用于临床。lMRI影像的空间分辨力一般为0.51.7mm，不如X-CT；但它对组织的分辨远远好于X-CT，在MRI影像上可显示软组织、肌肉、肌腱、脂肪、韧带、神经、血管等

14、。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能在活体组织中探测体内的化学性质，提供关于内部器官或细胞新陈代谢方面的信息；MRI无电离辐射。目前，尚未见到MR对人体危害的报道。l MRI的缺点：与X-CT相比，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。l总之，MRI设备可作任意方向的体层检查，能反映人体分子水

15、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。l（三）诊断用超声设备（三）诊断用超声设备l 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型（平面目标显示）等。目前，医院中用的最多的是B型USG设备，俗称B超，其横向分辨力可达到2mm以内，所得到的软组织图像清晰而富有层次。利用US多普勒系统，可实现各种血流参量的

16、测量，是近年来广泛应用的又一种US技术。临床上，USG设备在甲状腺、乳房、心血管、肝脏、胆囊、泌尿科和妇产科等方面有其独到之处。目前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。l 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。l 此外，X线在体内沿直线传播，不受组织差异的影响，是其有利的一面，但不利的一面是难以有选择地对所指定的平面成像。对US波来说，不同物质的折射率变化范围相当大，这将造成影像失真。但它在绝大部分组织中的传播速度是相近的，骨骼和含有空气的组织（如肺）除外。US波和X线这些不同的辐射特性，确定了各自最适宜的临床应用范围。例如，US脉冲回波法适用于腹内结构或心脏的显像，而利用X线对腹部检查只能显示极少的内部器官（若采用X线造影法，也可有选