第一章概論(醫(yī)學(xué)影像成像理論)

醫(yī)學(xué)影像成像理論第一章概論2023/2/62概論第一節(jié)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的分類(lèi)第二節(jié)醫(yī)學(xué)成像的基本條件第三節(jié)醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的評(píng)價(jià)第四節(jié)醫(yī)學(xué)影像展望概論2023/2/63一、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)：是借助于某種介質(zhì)（如X線、電磁場(chǎng)、超聲波、放射性核素等）與人體相互作用，用理工學(xué)基礎(chǔ)理論和技術(shù)，把人體內(nèi)部組織、器官的結(jié)構(gòu)、功能等具有醫(yī)療情報(bào)的信息源傳遞給影像信息接收器，最終以影像的方式表現(xiàn)，提供給診斷醫(yī)生，使醫(yī)生能根據(jù)自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)針對(duì)醫(yī)學(xué)影像中所提供的信息進(jìn)行判斷，從而對(duì)病人的健康狀況進(jìn)行判斷的一門(mén)科學(xué)技術(shù)。2023/2/64醫(yī)學(xué)影像技術(shù)包括：X線成像（radiography）X線計(jì)算機(jī)體層成像（computedtomography，CT）、磁共振成像（magneticresonanceimaging，MRI）、超聲成像（ultrasoundimaging）、放射性核素成像（radiosotopeimaging）可見(jiàn)光成像、紅外成像和微波成像等?！夺t(yī)學(xué)影像成像理論》作為醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)課程，將為學(xué)生對(duì)實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)自動(dòng)化所必須的圖像化診斷提供依據(jù)，使學(xué)生從醫(yī)學(xué)成像原理、醫(yī)學(xué)成像設(shè)備及醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)分析等方面系統(tǒng)掌握該研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)，了解該領(lǐng)域的最新發(fā)展方向。2023/2/65醫(yī)學(xué)成像的目的：通過(guò)各種方式探測(cè)人體，獲得人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形態(tài)、功能等信息，將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N圖像顯示出來(lái)，進(jìn)行醫(yī)學(xué)研究和診斷?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，印證了100多年來(lái)醫(yī)學(xué)、生物、物理、電子工程、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的誕生與沿革。數(shù)字醫(yī)學(xué)影像新技術(shù)、新設(shè)備對(duì)醫(yī)學(xué)影像診斷和數(shù)字影像治療帶來(lái)許多根本的改變。醫(yī)院里有哪些醫(yī)學(xué)影像設(shè)備和是否開(kāi)展數(shù)字影像介入治療，在很大程度上代表了這家醫(yī)院的現(xiàn)代化檢查治療的條件與診治水平。目前現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的提升和現(xiàn)代影像技術(shù)的發(fā)展相互融合、相互推動(dòng)、相互依存的趨勢(shì)已經(jīng)成為共識(shí)。新的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和設(shè)備的研制也已經(jīng)成為21世紀(jì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)和生命科學(xué)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握X射線成像、CT成像、磁共振成像、核醫(yī)學(xué)成像、超聲成像的基本原理；了解各種基本的成像裝置及系統(tǒng)的性能，培養(yǎng)較強(qiáng)的抽象與邏輯思維能力以及用理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從而初步具備研究醫(yī)學(xué)成像方法、系統(tǒng)以及設(shè)備的能力。2023/2/67課時(shí)安排2023/2/68章節(jié)內(nèi)容總學(xué)時(shí)理論實(shí)驗(yàn)第一章概論220第二章放射物理基礎(chǔ)440第三章模擬X線成像220第四章數(shù)字X線成像220第五章X線成像理論642第六章CT成像440第七章磁共振成像642第八章超聲成像220第九章核醫(yī)學(xué)成像220總復(fù)習(xí)220合計(jì)32284考核方式平時(shí)成績(jī)所占比例為10％，實(shí)驗(yàn)成績(jī)所占比例為20%，期末考試成績(jī)所占比例為70%。2023/2/69第一節(jié)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的分類(lèi)按其成像原理和技術(shù)的不同，分為兩大領(lǐng)域：一、以研究生物體微觀結(jié)構(gòu)為主要對(duì)象的生物醫(yī)學(xué)顯微圖像學(xué)(biomedicalmicroimaging,BMMI)二、以人體宏觀解剖結(jié)構(gòu)及功能為研究對(duì)象的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)(modernmedicalimaging,MMI)2023/2/6102023/2/611醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)X線成像CT成像磁共振成像放射性核素成像超聲成像阻抗成像紅外微波成像可見(jiàn)光成像2023/2/612現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像按其信息載體可分為以下幾種基本類(lèi)型

(1)X線成像：測(cè)量穿過(guò)人體組織、器官后的X線強(qiáng)度；(2)磁共振成像：測(cè)量人體組織中同類(lèi)元素(H)原子核的磁共振信號(hào)；(3)核素成像：測(cè)量放射性藥物在體內(nèi)放射出的γ射線；(4)超聲成像：測(cè)量人體組織、器官對(duì)超聲的反射波或透射波；(5)光學(xué)成像：直接利用光學(xué)及電視技術(shù)，觀察人體器官形態(tài)；(6)紅外、微波成像：測(cè)量體表的紅外信號(hào)和體內(nèi)的微波輻射信號(hào)。12一、X線成像X線成像：是由X線管發(fā)出的X線透過(guò)被檢人體的組織結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)發(fā)生衰減，由于各種組織的密度（ρ）、原子序數(shù)（Z）以及厚度（d）的不同，而對(duì)X線的衰減系數(shù)（μ）不同，使得穿過(guò)人體出射的X線強(qiáng)度不同而產(chǎn)生X線對(duì)比度（KX），含有人體信息的KX由屏-片系統(tǒng)（影像增強(qiáng)器、成像板或平板探測(cè)器）接收，再經(jīng)過(guò)處理形成可見(jiàn)的光學(xué)影像。數(shù)字X線成像：是采用影像板（IP）、平板探測(cè)器（FPD）等來(lái)代替屏-片系統(tǒng)作為X線信息接收器，應(yīng)用各種探測(cè)器將X線信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換成數(shù)字化影像。數(shù)字X線成像包括計(jì)算機(jī)X線攝影（CR）、數(shù)字X線攝影（DR）、數(shù)字減影血管造影（DSA）和數(shù)字X線透視等。2023/2/6142023/2/615傳統(tǒng)X線機(jī)數(shù)字X線影像設(shè)備（1）計(jì)算機(jī)X線攝影（computedradiography，CR)是X線平片數(shù)字化的比較成熟的技術(shù)。CR系統(tǒng)是使用可記錄并由激光讀出X線成像信息的成像板（imagingplate，IP）作為載體，經(jīng)X線曝光及信息讀出處理，形成數(shù)字式平片圖像。2023/2/6162023/2/617CR（ComputedRadiography)（2）數(shù)字X線攝影(digitalradiography，DR）直接數(shù)字化X射線攝影是指在具有圖像處理功能的計(jì)算機(jī)控制下，采用專(zhuān)門(mén)研制的X射線探測(cè)器直接把X射線信息影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信息的技術(shù)。具有成像速度快、圖像質(zhì)量高，照射劑量低、曝光寬容度大、曝光條件易掌握、可以根據(jù)臨床需要進(jìn)行各種圖像后處理的特點(diǎn)。2023/2/6192023/2/620（3）數(shù)字血管減影儀（DSA）20世紀(jì)80年代推出了數(shù)字減影血管造影。數(shù)字減影血管造影術(shù)是常規(guī)造影術(shù)與電子計(jì)算機(jī)處理技術(shù)相結(jié)合的一種新型成像技術(shù)。血管造影檢查是對(duì)注入血管造影劑前后的圖像進(jìn)行相減，得到無(wú)骨骼、內(nèi)臟、軟組織背景的清晰的血管影象，而血管的形態(tài)，結(jié)構(gòu)反映了多種疾病的基本信息。2023/2/621DSA2023/2/622球管探測(cè)器C臂檢查床高壓注射器2023/2/623醫(yī)學(xué)影像減影圖像注入造影劑前的影像注入造影劑后的影像相減后的影像2023/2/624DSA影像二、X線計(jì)算機(jī)體層成像1971年，世界上第一臺(tái)用于顱腦的CT掃描機(jī)（計(jì)算機(jī)人體斷層攝影術(shù)）由柯馬克(A.M.Cormack)和郝恩斯費(fèi)爾(G.N.Hounsfield)首次研制成功。1979年因此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明，柯馬克、郝恩斯費(fèi)爾獲得了生理與醫(yī)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)。2023/2/625CT成像：自X線管發(fā)出的X線首先經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器形成很細(xì)的直線射束，用以穿透人體被檢測(cè)層面。經(jīng)人體薄層內(nèi)組織、器官衰減后射出的帶有人體信息的X線束到達(dá)檢測(cè)器，檢測(cè)器將含有被檢體層面信息的X線轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。通過(guò)測(cè)量電路將電信號(hào)放大，由A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，送給計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)處理。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)好的方法進(jìn)行圖像重建和處理，得出人體層面上組織、器官衰減系數(shù)（μ）分布情況，并以灰度方式顯示人體這一層面上組織、器官的圖像。CT成像優(yōu)勢(shì)：①獲得無(wú)層面外組織結(jié)構(gòu)干擾的橫斷面圖像，能準(zhǔn)確地反映橫斷平面上組織和器官的解剖結(jié)構(gòu)；②密度分辨力高，能顯示出普通X線檢查所不能顯示的病變；③能夠準(zhǔn)確地測(cè)量各組織的X線吸收衰減值，可通過(guò)各種計(jì)算進(jìn)行定量分析；④可進(jìn)行各種圖像的后處理。2023/2/626三、磁共振成像1946年美國(guó)斯坦福大學(xué)的布洛赫（FelixBloch）和哈佛大學(xué)的珀塞爾（EdwardPurcell）首先發(fā)現(xiàn)了磁共振現(xiàn)象，由此產(chǎn)生的磁共振波譜學(xué)被廣泛地應(yīng)用于對(duì)物質(zhì)的非破壞性分析。20世紀(jì)70年代美國(guó)紐約州大學(xué)的達(dá)馬迪安（RaymondDamadian）和勞特伯（PualLauterbur）將磁共振用于醫(yī)學(xué)成像，20世紀(jì)80年代被快速地發(fā)展起來(lái)成為醫(yī)學(xué)影像新技術(shù)。磁共振成像（MRI）技術(shù)是在物理學(xué)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，于20世紀(jì)70年代末繼CT之后，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像重建方法的進(jìn)展和成果而發(fā)展起來(lái)的一種新型醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。2023/2/627MR成像：是通過(guò)對(duì)靜磁場(chǎng)（B0）中的人體施加某種特定頻率的射頻脈沖（RF）電磁波，使人體組織中的氫質(zhì)子（1H）受到激勵(lì)而發(fā)生磁共振現(xiàn)象，當(dāng)RF脈沖中止后，1H在弛豫過(guò)程中發(fā)射出信號(hào)（MR信號(hào)），被接收線圈接收，利用梯度磁場(chǎng)進(jìn)行空間定位，最后進(jìn)行圖像重建而成像的。2023/2/628四、超聲成像1942年奧地利科學(xué)家達(dá)西科（Dussik）首先將超聲技術(shù)應(yīng)用與臨床診斷，從此開(kāi)始了醫(yī)學(xué)超聲影像設(shè)備的發(fā)展。1954年瑞典人應(yīng)用M型超聲顯示運(yùn)動(dòng)的心壁，稱(chēng)為超聲心動(dòng)圖。人類(lèi)從20世紀(jì)50年代開(kāi)始研究二維B型超聲，至70年代中期，實(shí)時(shí)二維超聲開(kāi)始應(yīng)用。2023/2/629五、核醫(yī)學(xué)成像20世紀(jì)90年代推出了更新、更強(qiáng)的核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備ECT，包括PET、SPECT等設(shè)備。PET也稱(chēng)正光電子成像設(shè)備，主要的優(yōu)勢(shì)是超強(qiáng)的醫(yī)學(xué)影像的識(shí)別與診斷的能力，尤其是利用注入體內(nèi)的增強(qiáng)顯影劑或示蹤劑，在體內(nèi)循環(huán)可以動(dòng)態(tài)地、靶向目標(biāo)清晰地顯示被檢部位形態(tài)和功能的異常情況，甚至可以檢查出細(xì)胞級(jí)別的病變。GE全數(shù)字PET-CTGE生產(chǎn)的SPECTPET圖像2023/2/630六、其他成像可見(jiàn)光成像：在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是內(nèi)鏡技術(shù)。1958年第一臺(tái)纖維胃鏡誕生以來(lái)，至今制成了光纖內(nèi)鏡、電子內(nèi)鏡、超聲內(nèi)鏡、激光內(nèi)鏡等各種不同性能的內(nèi)鏡。電子內(nèi)鏡拋棄了光導(dǎo)纖維傳像的方式，在鏡頭端裝有一只微型電視攝像機(jī)，由電荷耦合器件（CCD）將物鏡所成的圖像變換為電視信號(hào)，再轉(zhuǎn)換成為光學(xué)圖像。它對(duì)官腔內(nèi)狀態(tài)既可直接在屏幕顯示，供多人同時(shí)觀察；也可用磁帶錄相機(jī)錄相或打印機(jī)輸出；還可直接夾取活體組織進(jìn)行活檢、止血和局部病灶治療。目前內(nèi)鏡的使用范圍已由消化道擴(kuò)展到泌尿、循環(huán)、呼吸、生殖等多個(gè)系統(tǒng)，以及腹腔、耳、喉、血管、關(guān)節(jié)腔等器官。2023/2/631激光纖維內(nèi)鏡：成功地用于支氣管癌、肺癌等疾病的腔內(nèi)診治。激光全息攝影技術(shù)能復(fù)原出被攝體的立體圖像，激光透照影像能很好地顯示體內(nèi)異物和骨骼畸形。這些檢查技術(shù)有的已用于臨床診斷。紅外成像：在醫(yī)學(xué)上主要用于人體淺表疾病的探查，主要可分為被動(dòng)成像方式的紅外攝影術(shù)和主動(dòng)成像方式的紅外攝影術(shù)。紅外醫(yī)學(xué)成像的最大優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)人體無(wú)輻射損害；②不會(huì)因檢查而引起人體狀態(tài)的改變；③操作方法簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)，是一種具有應(yīng)用前途的醫(yī)學(xué)影像檢查方法。微波成像：微波是指波長(zhǎng)從0.00l～lμm波段的電磁波（3*108～3*1012Hz），除利用微波熱效應(yīng)制成的各種臨床治療儀器外，微波還是CT機(jī)的一種理想能源，也可作為顯微鏡的〝光源〞。近年來(lái)微波醫(yī)學(xué)成像技術(shù)在不斷進(jìn)步。2023/2/632第二節(jié)

醫(yī)學(xué)影像成像的基本條件一、信息影響傳遞與形成二、信息源三、影像信息載體四、影像信息接收器五、影像視讀廣義的攝影：是應(yīng)用光或其它能量來(lái)表現(xiàn)被照體的信息狀態(tài)，并以可見(jiàn)的光學(xué)影像加以記錄的一種技術(shù)。X線攝影、X線透視、CT、MR等成像均需要具備有一個(gè)成像系統(tǒng)，成像系統(tǒng)即是將信息載體表現(xiàn)出來(lái)的信號(hào)加以處理，形成表現(xiàn)信息影像的系統(tǒng)。成像程序：能量→信息信號(hào)→檢測(cè)→圖像形成。成像三大要素：成像的信息源（被檢體）、信息載體與信息接收器。一、信息影像的傳遞與形成（一）模擬X線信息影像的傳遞與形成X線信息影像的形成與傳遞5個(gè)階段：1．X線信息影像的產(chǎn)生X線信息影像的形成基礎(chǔ)是被照體對(duì)X線束的衰減。X線在物質(zhì)中的衰減符合如下規(guī)律：2．X線信息影像的轉(zhuǎn)換將不均勻的X線強(qiáng)度分布，通過(guò)接受介質(zhì)（屏-片系統(tǒng)、X線電視等）轉(zhuǎn)換為密度影像，或二維的光強(qiáng)度分布（熒光屏、影像增強(qiáng)器系統(tǒng)等）影像，以用于觀察診斷。3．密度分布轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光的空間分布借助觀片燈可將密度分布轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光的空間分布，然后投影到視網(wǎng)膜。4．視覺(jué)影像的形成通過(guò)視網(wǎng)膜上明暗相間的圖案，形成視覺(jué)影像。5．意識(shí)影像的形成通過(guò)對(duì)視覺(jué)影像的識(shí)別、判斷，作出評(píng)價(jià)或診斷。（二）數(shù)字信息影像的傳遞與形成數(shù)字X線信息影像的傳遞與形成基本上與模擬信息影像的傳遞與形成相同，不同之處主要是影像信息的傳遞過(guò)程中增加了模/數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，而后進(jìn)行各種處理和圖像重建，最后還要將數(shù)字影像通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換成可以視讀的模擬影像。二、信息源人體組織結(jié)構(gòu)大至可分為骨骼、肌肉、脂肪及空氣四大類(lèi)，對(duì)X線的衰減按骨骼、肌肉、脂肪、空氣的順序逐漸減弱，這種衰減差異的大小就形成了X線影像的對(duì)比度。然后通過(guò)各種影像接收器（探測(cè)器）進(jìn)而形成可見(jiàn)的X線影像。（一）X線成像X線與物質(zhì)的作用，X線成像是X線束進(jìn)入人體后，一部分被人體組織結(jié)構(gòu)吸收和散射，另一部分透過(guò)人體沿原方向向前傳播。X線通過(guò)人體組織時(shí)是按照指數(shù)規(guī)律衰減。當(dāng)X線的衰減以光電吸收為主時(shí)，被檢體的線衰減系數(shù)μ與人體組織的Z、ρ存在著如下關(guān)系：X線在透過(guò)人體時(shí)，主要發(fā)生光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)兩種作用形式的衰減。下圖是以肌肉和骨骼為例，顯示不同能量的X線在兩種組織中發(fā)生效應(yīng)的比率。（二）磁共振成像根據(jù)磁共振成像（MRI）定義知道磁共振信號(hào)的強(qiáng)弱與人體組織的氫質(zhì)子密度密切相關(guān)。在人體各種組織結(jié)構(gòu)中，1H占原子數(shù)量的2/3，而且1H為磁化最高的原子核，所以目前生物組織的MRI主要是1H成像。三、影像信息載體（一）X線本質(zhì)是一種電磁波。波長(zhǎng)很短，大約與晶體內(nèi)呈周期（規(guī)則）排列的原子間距為同一數(shù)量級(jí)，在1*10-10m左右。X線的波長(zhǎng)短，光子能量大，故穿透物質(zhì)的能力強(qiáng)。X線的穿透性不但與其波長(zhǎng)（λ）有關(guān)，還與物質(zhì)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般物質(zhì)的原子序數(shù)（Z）高、密度（ρ）大，吸收X線多，X線穿透性差。X線對(duì)人體不同組織穿透性能的差別，是X線攝影和透視的基礎(chǔ)。（二）射頻電磁波產(chǎn)生MR信號(hào)必須具備三個(gè)基本條件：即能產(chǎn)生共振躍遷的自旋不為零的原子核（1H）、靜磁場(chǎng)（B0）、產(chǎn)生一定頻率（1H發(fā)生共振的拉莫爾頻率）電磁波的射頻磁場(chǎng)。從三個(gè)條件中可以看出射頻（RF）電磁波是產(chǎn)生和傳遞MR信號(hào)的信息載體。（三）超聲波超聲探頭發(fā)射的超聲波經(jīng)過(guò)聲阻抗(Z)不同的組織界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射、透射、散射現(xiàn)象，其反射聲波帶回了組織臟器界面的形狀輪廓；透射聲波進(jìn)入另一組織后碰到新的組織界面又反射回另一臟器的界面……；超聲波遇到小的障礙物（如細(xì)胞）時(shí)產(chǎn)生散射，散射波帶著臟器的信息被探頭接收，因此說(shuō)在USI中超聲波是人體組織結(jié)構(gòu)、臟器信息的載體。（四）放射性藥物在核醫(yī)學(xué)成像（顯像）中用各種方法將放射性藥物注入人體需耍顯像的部位，再利用人體內(nèi)放射性核素所放出的射線（γ射線）信號(hào)，反映放射性核素的濃度分布，顯示人體組織器官、臟器的形態(tài)學(xué)信息和功能信息；放射性核素示蹤技術(shù)能準(zhǔn)確定量地測(cè)定代謝物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)變，可以確定放射性示蹤劑在組織官中的定量分布，并且對(duì)組織器官進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。用γ照相機(jī)或SPECT等進(jìn)行臟器或病變的核素顯像時(shí)顯示γ射線在臟器中的放射性核素分布情況。故在核醫(yī)學(xué)成像中放射性核素是人體組織結(jié)構(gòu)、臟器信息的載體。醫(yī)學(xué)影像成像中常用的檢測(cè)器有：

（一）屏-片系統(tǒng)

（二）影像增強(qiáng)器-X線電視

（三）成像板

（四）平板探測(cè)器

（五）CT成像檢測(cè)器

（六）磁共振成像的接收線圈

（七）超聲探頭

（八）放射性探測(cè)器四、信息檢測(cè)（一）屏-片系統(tǒng)屏-片系統(tǒng)即增感屏與X線膠片組合系統(tǒng)，它作為透過(guò)被檢體后帶有人體信息的接受介質(zhì)，或稱(chēng)作帶有人體信息的X線接收器。其工作原理是：透過(guò)人體的X線到達(dá)增感屏的熒光體層時(shí)激發(fā)熒光體發(fā)出熒光，并將熒光強(qiáng)度分布傳遞給X線膠片，與X線膠片感光乳劑層中的鹵化銀（AgX）發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，即形成銀顆粒分布的潛影（Ag原子）；在潛影的催化下，已經(jīng)過(guò)X線曝光的膠片經(jīng)顯影加工處理，將膠片上大量的AgX還原成Ag原子；大量的Ag原子形成二維的光學(xué)密度（D）分布，形成了模擬X線影像的X線照片。（二）影像增強(qiáng)器-X線電視由于X線有熒光作用，在X線透視成像中，透過(guò)人體的X線照射到熒光物質(zhì)時(shí)，熒光物質(zhì)的原子被激發(fā)或電離放射出可見(jiàn)的熒光。早期的X線透視成像就是將透過(guò)人體的X線照射到熒光屏上使其成為透視X線影像的，這種熒光影像強(qiáng)度很弱，只能在暗室中觀察閱讀?，F(xiàn)在的X線透視成像是將透過(guò)人體的X線照射到影像增強(qiáng)器，影像增強(qiáng)器將熒光影像亮度增強(qiáng)，然后輸入X線電視，使之成為可見(jiàn)的視頻影像。（三）成像板在計(jì)算機(jī)X線攝影（CR）中，使用成像板（IP）作為影像信息的接收器。CR系統(tǒng)中，透過(guò)人體的X線入射到IP時(shí)，X線量子被IP的光激勵(lì)發(fā)光物質(zhì)層內(nèi)的熒光顆粒吸收，釋放出電子，其中一部分電子散布在成像層內(nèi)呈半穩(wěn)定狀態(tài)，形成潛影；將形成潛影的IP進(jìn)行激光掃描時(shí)，半穩(wěn)定狀態(tài)的電子轉(zhuǎn)換為光量子，發(fā)生光激勵(lì)發(fā)光（PSL）現(xiàn)象，光量子被光電倍增管檢測(cè)到，將光信號(hào)傳化為電信號(hào)并放大，再經(jīng)模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行處理后形成數(shù)字影像。（四）平板探測(cè)器數(shù)字X線攝影（DR）中使用兩種平板探測(cè)器（FPD）作為影像信息的接收器，即直接轉(zhuǎn)換FPD與間接轉(zhuǎn)換FPD。直接轉(zhuǎn)換FPD分為非晶硒（a-Se）為光電材料的FPD和多絲正比電離室型（現(xiàn)在已很少使用）。間接轉(zhuǎn)換FPD又分為碘化銫CsI＋非晶硒a-Si和CCD攝像機(jī)兩種。（五）CT成像檢測(cè)器CT成像是X線經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器形成很細(xì)的直線射束（或扇形射線束），穿透人體被檢測(cè)的體層面，經(jīng)人體薄層內(nèi)組織器官衰減后射出的X線（投影P）到達(dá)高靈敏度的檢測(cè)器，檢測(cè)器接收透過(guò)被檢體層后的X線束強(qiáng)度（I），然后將這含有人體信息的X線強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，通過(guò)測(cè)量電路將電信號(hào)放大，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)處理，重建出人體層面上組織結(jié)構(gòu)對(duì)X線的衰減系數(shù)（μ）的灰度圖像。（六）磁共振成像的接收線圈磁共振成像（MRI）系統(tǒng)中應(yīng)用各種成像感應(yīng)線圈來(lái)檢測(cè)MR信號(hào)。方法是采用兩個(gè)互相垂直的線圈，分別進(jìn)行射頻發(fā)射和MR信號(hào)的接收，因此也叫雙線圈感應(yīng)法或交叉線圈法。在常用的XYZ直角坐標(biāo)系中，常將發(fā)射線圈置于X軸上，接收線圈加在Y軸上，與靜磁場(chǎng)B0垂直。（七）超聲探頭超聲波成像中超聲探頭（換能器）利用正壓電效應(yīng)將從人體組織、臟器反射回的超聲脈沖回波信號(hào)（頻移信號(hào)）轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再由接收電路進(jìn)行放大、信息處理形成各種超聲圖像。（八）放射性探測(cè)器人體靶器官或組織的放射性核素發(fā)射能穿透組織的γ射線，使用靈敏的放射性探測(cè)器可以很容易地在人體外表探測(cè)到它們分布的所在位置，定量地測(cè)定其大小并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。例如用γ照相機(jī)或SPECT探測(cè)各種臟器的顯像。五、影像視讀各種醫(yī)學(xué)圖像的視讀方式：硬閱讀和軟閱讀。硬閱讀：即是將各種成像技術(shù)得到的醫(yī)學(xué)圖像通過(guò)暗室處理、激光打印機(jī)等打印成X線照片影像、CT影像、MR影像等，然后通過(guò)這些照片影像進(jìn)行視讀。軟閱讀：即是將各種成像技術(shù)得到的醫(yī)學(xué)圖像通過(guò)工作站，或由網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦ぷ髡?，然后在工作站的影像顯示器上進(jìn)行視讀。兩者各有其優(yōu)點(diǎn)，但后者可以進(jìn)行各種圖像處理，使影像信息更清晰，有利于診斷；同時(shí)可以進(jìn)行圖像儲(chǔ)存與傳輸，遠(yuǎn)程會(huì)診等。但是影像顯示器的空間分辨力不如照片影像。第三節(jié)醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的評(píng)價(jià)縱觀上面提到的各種成像方式，它們?cè)诔上裨?、成像參?shù)及適用范圍等方面各不相同。這些不同的成像系統(tǒng)并不能相互取代，在臨床應(yīng)用中起著相互補(bǔ)充的作用。因此，對(duì)一個(gè)成像系統(tǒng)，應(yīng)從各個(gè)不同角度全面分析其優(yōu)缺點(diǎn)，了解其臨床適用范圍，并以一些客觀的物理指標(biāo)加以評(píng)價(jià)。各種評(píng)價(jià)參數(shù)的含義、方法將在第五章X線成像理論中詳述。2023/2/654一、電磁波透射成像用透射方法成像時(shí)，需考慮的主要因素：分辨力、衰減。從分辨力的角度考慮：用于成像的輻射波的波長(zhǎng)至少應(yīng)小于1.0cm；從衰減的角度考慮：若衰減過(guò)大，則很難檢測(cè)到透過(guò)人體的射線；若衰減過(guò)小，則不能得到對(duì)比清晰的圖像。2023/2/655二、超聲成像與X線成像超聲波與X線在人體組織中的傳播過(guò)程不同，因此這兩種成像方式有明顯不同的特點(diǎn)：1、X線波長(zhǎng)短（1×10-12～5×10-11m），在人體內(nèi)沿直線傳播，不受組織差異的影響，圖像分辨率高；診斷用超聲波波長(zhǎng)為0.5mm左右，在人體中傳播時(shí)將發(fā)生衍射，造成圖像分辨力降低，這是超聲成像制約因素。2、空氣對(duì)超聲波呈現(xiàn)明顯的衰減特性；而空氣對(duì)X線的衰減作用可忽略不計(jì)。2023/2/6563、超聲成像可直接獲取三維空間中某一特定點(diǎn)的信息，即可方便地獲取人體斷面圖像；而X線難以有選擇地對(duì)所指定的平面成像。4、對(duì)人體有無(wú)危害是它們之間的一個(gè)重要區(qū)別。5、具有各自最適宜的臨床應(yīng)用范圍。脈沖回波式超聲適用于腹內(nèi)軟組織結(jié)構(gòu)或心臟的顯像，不宜對(duì)胸腔肺部進(jìn)行檢查；X線探查胸腔很成功，但對(duì)腹部檢查只能顯示極少的器官（若采用X線造影法，也可有選擇地對(duì)特定器官顯像。）2023/2/657三、MR成像與CT線成像四、形態(tài)學(xué)成像與功能成像形態(tài)學(xué)成像：X線成像顯示的是人體結(jié)構(gòu)的解剖學(xué)形態(tài)，對(duì)疾病的診斷主要是根據(jù)形態(tài)上的密度變化，較難在病理研究中發(fā)揮作用。功能成像：放射性同位素能直接顯示臟器功能，特別是代謝方面的問(wèn)題。功能成像一般可分為有源和無(wú)源兩類(lèi)。2023/2/659五、對(duì)人體的安全性評(píng)價(jià)X線與放射性同位素成像給人體造成電離輻射損傷時(shí)注意其差別：（1）X線攝影時(shí)，輻射強(qiáng)度相對(duì)較大，但照射時(shí)間短；（2）放射性同位素材料濃度雖低，但對(duì)人體的照射持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，直至其排出體外或衰變結(jié)束。（3）因此，進(jìn)行X線檢查時(shí)應(yīng)盡可能減少對(duì)人體的照射劑量；選擇放射性材料時(shí)，應(yīng)考慮其具有較短的半衰期。（4）超聲成像無(wú)損、無(wú)創(chuàng)，特別是對(duì)敏感區(qū)域，如胎兒與眼部的檢查，比X線安全得多。但對(duì)發(fā)育初期的胚胎，也應(yīng)慎用。2023/2/6602023/2/661成像技術(shù)基本原理測(cè)試對(duì)象觀察目的分辨力對(duì)人體傷害成像效果普通X線各種組織對(duì)X線吸收不同吸收系數(shù)組織形態(tài)高大三維組織成像在二維平面上X-CT計(jì)算機(jī)重建與處理吸收系數(shù)組織形態(tài)高大二維斷面影像；空間分辨力較屏-片系統(tǒng)差；密度分辨力高。MRI氫原子的磁共振現(xiàn)像重建圖像質(zhì)子參數(shù)密度分布T1，T2組織形態(tài)化學(xué)組成器官功能高小二維分布像；空間分辨力較CT差；臟器對(duì)比度較大；USI超聲波在遇到組織界面時(shí)，產(chǎn)生較強(qiáng)回波聲阻（回波信號(hào)）體內(nèi)界面形狀低低分辨力較高核素成像同位素放射重建圖像放射活性分布組織形態(tài)器官代謝功能低中獲得臟器和組織的形態(tài)圖像；觀測(cè)器官的功能；觀測(cè)組織的生理、生化現(xiàn)象；幾種成像系統(tǒng)技術(shù)比較計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)圖像的分辨率計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)圖像的分辨率和采集方式、轉(zhuǎn)換精度、處理方法及顯示視窗的清晰度等諸多因素有關(guān)。1．圖像分辨率：指圖像中存儲(chǔ)的信息量，是每英寸圖像內(nèi)有多少個(gè)像素點(diǎn)，分辨率的單位為PPI(PixelsPerInch)，通常叫做：像素每英寸。2．空間分辨率：對(duì)于攝影影像，通常用單位長(zhǎng)度內(nèi)包含可分辨的黑白“線對(duì)”數(shù)表示（線對(duì)/毫米）；2023/2/662CT的空間分辨力、密度分辨率空間分辨力在CT設(shè)備中有時(shí)又稱(chēng)作幾何分辨力或高對(duì)比度分辨力，它是指在高對(duì)比度的情況下鑒別細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力，也即顯示最小體積病灶或結(jié)構(gòu)的能力。在評(píng)價(jià)CT圖像質(zhì)量的時(shí)候，經(jīng)常首先考慮空間分辨力。CT圖像由于檢測(cè)器有一定大小，取樣有一定距離，所以空間分辨力由X線管焦點(diǎn)的幾何尺寸決定，而基本與X射線劑量大小無(wú)關(guān)。在X線劑量一定的情況下，空間分辨力與密度分辨力存在一定的制約關(guān)系，不可能同時(shí)改善空間分辨力與對(duì)比度分辨力。密度分辨率表示的是影像中能顯示的最小密度差別。CT的密度分辨率受噪聲和顯示物的大小所制約,噪聲越小和顯示物越大,密度分辨率越佳。CT圖像的密度分辨率比X線照片高得多。2023/2/663第四節(jié)醫(yī)學(xué)影像展望國(guó)際上醫(yī)學(xué)影像技術(shù)原來(lái)稱(chēng)為放射技術(shù)，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨向：1.在保證人身安全的前提下，努力改進(jìn)信息傳遞方式，提高信息傳遞效率并開(kāi)創(chuàng)新的信息表達(dá)方式，提高圖像顯示質(zhì)量；2.其最終的醫(yī)療意義是更精確地發(fā)現(xiàn)人體組織初期病理變化，為早期診斷、治療提供依據(jù)。2023/2/664一、醫(yī)學(xué)影像學(xué)發(fā)展歷程1895年11月8日，德國(guó)物理學(xué)家威廉·康拉德·倫琴(WilhelmConradRontgen)發(fā)現(xiàn)了X線。1895年11月22日，倫琴利用X線為其夫人拍攝了手的照片開(kāi)始了X線攝影。1901年倫琴被授予諾貝爾物理獎(jiǎng)。放射技術(shù)伊始1.1895年12月22日，世界第1張X線照片誕生。2.1896年，制成第1臺(tái)氣體電離式X線管；1896年2月3日，制造出了第1臺(tái)醫(yī)用X線設(shè)備。3.1896年，熒光屏是由一張卡片紙的一面涂上鉑氰化鋇制成的，不久，愛(ài)迪生發(fā)現(xiàn)了酸鈣(CaW04)的熒光物質(zhì)比鉑氰化鋇成像效果好，他制造出了自己的熒光屏裝置(愛(ài)迪生熒光檢查器)。20世紀(jì)10-20年代，出現(xiàn)了常規(guī)X線機(jī)。1913年，GusravBucky博士制作出控制散射線的濾線柵，同年推出了X線膠片。4.20世紀(jì)60年代中、末期形成了較完整的放射診斷或放射學(xué)（radio）學(xué)科體系。醫(yī)技一體階段20世紀(jì)10~20年代大部分醫(yī)用X線設(shè)備由特定的醫(yī)師來(lái)操作。當(dāng)時(shí)已經(jīng)有了放射技術(shù)工作，但沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的技術(shù)人員。醫(yī)生既是診斷大夫，也是放射技師。技術(shù)工作無(wú)理論，是醫(yī)生的附屬工作。醫(yī)技分家階段

隨著X線設(shè)備的發(fā)展，出現(xiàn)了較現(xiàn)代化的設(shè)備，由于醫(yī)生的診斷工作量較大，他們逐漸不能兼任技師工作，需要專(zhuān)門(mén)的技術(shù)人員操作設(shè)備。最早的x線操作人員除x線攝影師外，還包括物理學(xué)家、化學(xué)家、工程師、電學(xué)家、護(hù)士，甚至雜工等。他們被吸收進(jìn)來(lái)操作x線機(jī)，為診療者擺位等，直到被稱(chēng)為X線技術(shù)人員。X線技術(shù)人員逐漸地從非X線技師，進(jìn)展到技術(shù)熟練的、受過(guò)培訓(xùn)的技師。20世紀(jì)60年代，隨著X線技術(shù)的發(fā)展，要求x線技術(shù)人員擁有各方面的知識(shí)，并與相關(guān)設(shè)備、患者、物理學(xué)家、放射診斷學(xué)家和管理者之間保持必要的關(guān)系。形成獨(dú)立學(xué)科階段1.隨著工業(yè)發(fā)展，醫(yī)學(xué)成像設(shè)備不斷更新，同時(shí)醫(yī)生又需要高質(zhì)量的照片，由于實(shí)際工作需要，有專(zhuān)家學(xué)者提出辦學(xué)，培養(yǎng)放射技術(shù)人員。2.我國(guó)于50年代創(chuàng)辦放射技術(shù)專(zhuān)業(yè)中專(zhuān)，教師從老技師中挑選。3.如今已有了正規(guī)、完善的本科、研究生教育。1、開(kāi)發(fā)超高分辨力的顯示系統(tǒng)2、提高成像設(shè)