医学成像技术

64 学时陆宏伟

27059203

hongweilu_jack@hotmail.com

参考教材 《医学影像设备学》 主编 张里仁 《医学影像成像原理》 主编 李月卿

学习目的

了解各种医学成像方法的基本原理 了解各种影像设备 比较不同成像方法的优缺点及适用范围 有助于在日益壮大的医学影像设备行业就业

其它影像设备：红外 (热 )成

像医用内窥镜医用显微镜

超声设备

MRI设备

核医学设备

X线 CT设备X线机设备

影像治疗设备介入治疗设备立体定向治疗计划

讲授内容 第一章 医学影像设备概论 第二、三章 X 线机 第四章 数字 X 线设备 第五章 X-CT

第六章 磁共振成像设备 第七章 　超声成像设备 第八章 核医学成像设备 第九章 红外成像设备 第十章 医用内窥镜、显微镜

第一章 医学影像设备学概论

第一节 发展历程第二节 医学影像设备分类第三节 图像存储、传输系统和远程放射学系统

第一节 医学影像设备发展历程

1. 常规 X 线设备的问世，为放射学的建立奠定了基础　　　　　 1895 年德国物理学家伦琴发现了 X 射线。 X 射

线迅速在临床诊断上发挥了重要作用，形成了放射诊断学。

放射诊断学或称放射学放射诊断学或称放射学RadiologyRadiology

放射诊断学或称放射学放射诊断学或称放射学RadiologyRadiology

X-ray Today

当伦琴遇见这些。。。

一个例子

手部骨折

Kathleen Nealon， 16岁，高中生，学校垒球队的一名出色投球手。左手被球击中。

急诊医生安排 Kathleen拍手部 X射线图像，根据可能的结果有不同的治疗方法：

• 没有骨折 将手举高、放上冰块、服止痛药；• 细微骨折 上石膏以保证愈合；• 粉碎性骨折 人工进行连接复位。摄片过程：• 放射技术人员将 Kathleen的左手放于暗盒上；• 调整 X射线球管使其正好位于手的上方，保护好病人的其他

部位；• 技术人员退于防护墙以外，控制设备同时通过玻璃窗观察病

人的情况；• 换一张胶片，重新拍摄。一个月后，去除石膏， Kathleen又重新回到球场。

Kathleen 在拍片

图像质量的比较

Ｘ光片的特点

适用于与周围软组织密度差异大的区域，如骨骼、肺部； 若使用造影剂，也适用于动静脉血管以及一些内脏的成像； 一般不适用于显示肿瘤（除非使用造影剂改变其周围组织

的亮度）； X 射线胶片的空间分辨率高，能显示出细微结构（如骨骼

中的细小裂缝和含有造影剂的血管异常）； 胶片显示清晰无噪声，除非过曝光或曝光不足； 传统的 X 射线拍片是医院最常用也是最便宜的诊断手段。

荧光屏 X线成像

特点

能清晰显示与软组织密度相差较大的物体； 能实时显示人体内部的情况（钡餐、碘造影剂

等）； 数字血管造影减影（ Digital Subtraction Angiog

raphy ， DSA ）。

DSA

　　　Ｘ线检查可应用于呼吸、循环、泌尿生殖、骨骼、中枢神经及颌面五官等疾病的检查。Ｘ线设备至今仍是基本的、有效的临床检查设备之一。对肺、骨骼、胃肠道和心血管（尤其是冠状动脉）的诊断，仍有重要的、主导的地位。

第一节 医学影像设备发展历程

2. X 线 CT 的诞生，是医学影像设备的新里程碑

　　　　 1972 年，英国工程师 G.N.Hounsfield首次研制成功世界上第一台颅脑 X 线 CT扫描机。

心脏成像

CT 密度分辨力高，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 10~2

0倍； 空间分辨力到 0.1mm 量级； CT 在医学影像诊断中占重要地位，特别是对颅脑、腹部的肝、胆、胰和后腹膜腔、肾和肾上腺等病变影像诊断中占重要地位。

3. 20 世纪 80 年代，磁共振成像设备开始应用于临床

第一节 医学影像设备发展历程

MRI 图像

MRI 图像软组织分辨力高，调整梯度磁场的方向和方式，可直接获得不同体位的体层图像；

MRI尤其适用于中枢神经系统、心血管系统和盆腔实质脏器、四肢关节和软组织等的检查

功能 MRI 主要用于研究脑组织的生理解剖，提供各部分脑组织的功能区分布。

4. 数字减影血管造影 (DSA) 和计算机摄影 (CR) 等数字化设备的开发，使常规 X 线设备迈向了数字化的影像。使图像的处理极为方便，远距离传输成为可能。

第一节 医学影像设备发展历程

能量减影

左侧为标准胸片，右侧为高能肋骨片，中间为去骨影后的肺组织片

5. 超声设备6. 放射性核素设备7. 介入放射学

8. 现代医学影像设备体系的建立

第一节 医学影像设备发展历程

医学影像诊断设备————应用各种成像技术和方法，使人体内部结构和器官构成图像，达到诊断目的。 介入放射学设备————在影像设备的监视下采集标本或通过医学影像设备的引导和定位对某些疾病进行治疗，如伽玛刀、Ｘ刀、医用直线加速器。 医学影像治疗设备

医学影像设备发展简况见表 P3页表 1-1

我国医学影像设备发展简况

1911 年，引进一架小型 X 线机，由英籍医生康德捐赠给河北省中华医院（今开滦医院）。

1951 年，上海精密医疗器械厂首先试制成功 200mA X 线机。 1954 年，复旦大学的华中一教授试制成功固定阳极 X 线管。 60

年代，上海医疗器械九厂研制成功旋转阳极 X 线管。 1973 年，瑞金医院等单位研制出乳腺摄影 X 线机。 1983 年，第一台颅脑 CT试制成功， 88 年第二代颅脑 CT 问世，

1990 年第三代全身 CT装置研制成功。 90 年代以后，我国已经有生产MRI 、 X刀、 刀等设备的能力。

第一节 医学影像设备发展历程

第二节 医学影像设备分类

医学影像诊断设备

医学影像治疗设备

一、医学影像诊断设备按影像信息载体的不同：

• X 线设备（ X 线机和 X-CT ）• MRI 设备• US 设备• 核医学设备• 热成像设备• 医用光学设备（医用内镜）

第二节 医学影像设备分类

（一） X 线设备

主要有： X 线机、数字化 X 线机设备 (DSA 、 CR 、 DR

等 ) 和 X 线计算机体层 (即 X 线 CT) 。 产生的图像是人体组织脏器密度差的反映。

X 线成像－正常胸部正侧位像

采用何种波长的Ｘ射线？ 从分辨率考虑　Ｘ线波长应小于１ cm

从衰减系数考虑　波长为　　　　　　　　的Ｘ射线，透过人体时对大部分组织呈现出明显的衰减差别

12 1110 ~ 5 10 m

（二）磁共振成像设备（ MRI ）

利用人体组织脏器中氢核的密度、化学组成结构的不同，在产生磁共振后释放出来的信号就会不同而形成图像。可清楚显示骨骼、软骨、肌腱、脂肪、韧带、神经、血管等各种组织结构。

左图为 T1加权像右图为 T2加权像

第二节 医学影像设备分类

MRI 的优点 可任意层面成像 软组织分辨力高 能够功能成像提供人体器官或细胞新陈代谢方面信息

无电离辐射的危害

MRI 的缺点 成像时间较长 不能携带金属进

行检查（如心脏起搏器）

设备价格昂贵

（三）超声成像设备（ US ）

利用人体组织结构交界面的反射回波信号成像。目前有A 超、 B 超、 C 超、 M 超、 P 超，使用最广泛的是 B

超。

右图为 B超图像

第二节 医学影像设备分类

X-Ray 与 US 比较

检查部位 X-Ray US

胸部组织（尤其是肺） 好 不适宜

骨骼肌肉系统 好 不适宜

腹部实质性结构或心脏 部分形态检查 好

（四）核医学成像设备

主要有：伽玛照相机、 SPECT 、 PET 。通过放射性药物在人体内的吸收后，探测人体内放射性

分布情况而成的图像。

第二节 医学影像设备分类

　　　 SPECT 在动态功能检查或早期诊断方面有其独到之处。 PET 可用人体物质组成元素（如 1

1C 、 15O 、 13N 等）来制造放射性药物，特别适合做人体生理和功能方面的研究，尤其是对代谢功能的研究；其缺点是在其附近要有生产半衰期较短的放射性核素的加速器和建立放射化学实验室，费用高昂。

（五）热成像设备

测量人体体表的温度分布情况而构成的图像。

第二节 医学影像设备分类

热成像设备的用途 评价血流分布是否正常 评价交感神经系统的活动 研究皮下组织增加的代谢热或动脉血流通过热传导使

体温升高的情况

　　　由于引起人体组织温度异常分布的因素很多，因此热成像设备得不到准确的诊断结果，它所提供的信息仅供参考。

（六）医用内窥镜

将光源和图像接收器插入人体，观察人体胃、肠、喉管等部位的组织情况。有电子内镜、光导纤维内镜、胶囊内镜。

第二节 医学影像设备分类

( 七 ) 　几种医学影像设备的比较

参见教材 page9表 1-2

第二节 医学影像设备分类

医学影像治疗设备

( 一 )介入放射学系统——是指借助高精度计算机化的影像仪器的观察，通过导管伸入体内进行诊断与治疗的一种新型设备与技术。

　介入性导管，导管附件（内支架、弹簧圈、导丝）

第二节 医学影像设备分类

( 二 ) 立体定向放射外科学系统——利用现代 C

T 、 MRI 或 DSA 设备，加上立体定向头架装置对颅内病变区做高精度定位，经过专用治疗计划系统作出最优化治疗计划，然后借助 X刀或伽玛刀进行治疗。

第二节 医学影像设备分类

伽玛刀伽玛刀

定位头架定位头架

立体定向放射外科设备优点

1. 以立体影像定位；2. 形成立体剂量分布；3. 易选择合适的剂量进行照射；4. 肿瘤受到最大剂量照射但周围正常组织的照射量较小；5. 适合治疗小的、边界清楚的肿瘤。

高剂量、高精度、高疗效、低损伤

第三节 图像存储和通信系统与远程放射学系统

一、 PACS （ Picture Archiving and Communication S

ystem, 图像的存储与传输系统）

1 、 PACS 的组成

医学图像获取、 数据存储、

图像显示和处理、 数据库管理

用于影像传输的网络

2、 DICOM3.0标准

1) PS 3.1 介绍与概览2) PS 3.2 遵循声明3) PS 3.3 信息对象定义4) PS 3.4 服务类细则5) PS 3.5 数据结构与编码6) PS 3.6 数据字典7) PS 3.7 消息交换8) PS 3.8 对信息交换的网络通讯支持9) PS 3.9 对信息交换的点对点通讯支持——已经废弃10) PS 3.10 介质交换的介质存储要求及文件格式规范 11) PS 3.11 介质存储应用程序规格12) PS 3.12 介质交换的介质格式及物理介质要求13) PS 3.13 打印管理及点对点通讯支持14) PS 3.14 灰度图像显示功能标准

2、 DICOM3.0标准

图1-1 PACS

的组

成

影像输入部分

计算机中心（影像处理部分）

数字存储部分

处理终

端

激光照相

机压缩 复原

检索

编辑

图1-2

医院小型PACS

系

统

放射科终端

激光照相

机

影像存储中心光盘 磁盘 磁带 其他

激光照相

机

各科终

端

外科

内科

妇产

科

儿科

其他

科

计算机中心

CT、 CR、MRI等

数字化图

像

A/D转换器

传统 X线检查

X线照

片

放射医生图文报告工作站

PACS SERVERE 和 DVD 备份单元

WEB Server

RIS Server

……

……

RIS工作站

浙医一院 RADinfo PACS工作流程图 RIS 数据流PACS 数据流

前置工作站

DICOM 3.0

二、远程放射学系统 (Teleradiology System)

　　　远程放射学系统是 PACS 在空间的延伸，可以包含在 PACS之内，也可自成系统。通常意义下， PACS局限于医院内或科室内的图像存储与传输，属于局域网 (LAN) ，而远程放射学系统则要求通过各种远程传输网络进行图像的远距离传输，以实现远程诊断。

远程放射学系统框图

远程放射学系统的基本构成：各种医学影像设备、图像显示处理设备、远程通信设备、图像硬拷贝设备等

远程放射学系统需要解决的问题 图像传输标准和速度 图像质量控制 图像压缩标准 不同影像设备上网接口等