第1章醫(yī)學(xué)影像設(shè)備緒論2017

本章提要

醫(yī)學(xué)影像設(shè)備是確定由于疾病或損傷所造成的機(jī)能失常的原因，獲取人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息，用以了解人體內(nèi)部病變是否存在及其病變的大小、范圍、形態(tài)、范圍與周圍器官關(guān)系的設(shè)備。主要有：Ct、MR、DSA、CRDR核醫(yī)學(xué)超聲

本學(xué)科主要任務(wù)是：研究醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、基本原理、基本應(yīng)用、安裝調(diào)試、質(zhì)量保證和日常維護(hù)管理第一頁(yè)，共75頁(yè)。第一節(jié)X線成像設(shè)備的發(fā)展第二頁(yè)，共75頁(yè)。X線機(jī)第三頁(yè)，共75頁(yè)。第四頁(yè)，共75頁(yè)。一、初始階段含氣離子管產(chǎn)生X線、蓄電池供高壓、裸線輸送圖像極差第五頁(yè)，共75頁(yè)。二、實(shí)用階段真空技術(shù)發(fā)展1913年美國(guó)coolidge研制成功第一只熱陰極、固定陽(yáng)極X線管第六頁(yè)，共75頁(yè)。1915年，高壓變壓器和高壓整流管相繼投入使用，X線的量和質(zhì)得以改善X線機(jī)的構(gòu)造進(jìn)入了電磁部件控制階段，有了配合攝影、透視、治療所需的機(jī)械結(jié)構(gòu)和輔助設(shè)備第七頁(yè)，共75頁(yè)。三、提高完善階段1927年，研制成功旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線管。第八頁(yè)，共75頁(yè)。X線機(jī)結(jié)構(gòu)更完善、更精密、多功能和自動(dòng)化方向發(fā)展，各種預(yù)示電路穩(wěn)壓電路、保護(hù)電路也相繼完善。高壓發(fā)生器采用單相全波整流方式高壓電纜由裸露式發(fā)展為防電擊式機(jī)械和輔助設(shè)備結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固靈活有了斷層、記波攝影、熒光攝影、放大攝影等設(shè)備。防護(hù)進(jìn)一步加強(qiáng)第九頁(yè)，共75頁(yè)。四、影像增強(qiáng)器階段20世紀(jì)50年代，出現(xiàn)了影增---X線電視成像系統(tǒng)第十頁(yè)，共75頁(yè)。X線機(jī)主機(jī)電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和半自動(dòng)化高壓發(fā)生器采用高壓硅堆整流器控制電路采用新型電子元件、數(shù)字技術(shù)、集成電路、自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)更加緊密和靈活隔室操作更加有利于防護(hù)第十一頁(yè)，共75頁(yè)。五、數(shù)字化階段20世紀(jì)80年代CR90年代末DRPACS全數(shù)字化醫(yī)院平板探測(cè)器對(duì)普通放射和DSA的影響第十二頁(yè)，共75頁(yè)。CR圖像處理系統(tǒng)第十三頁(yè)，共75頁(yè)。第十四頁(yè)，共75頁(yè)。第十五頁(yè)，共75頁(yè)。第二節(jié)CT成像設(shè)備的發(fā)展第十六頁(yè)，共75頁(yè)。第十七頁(yè)，共75頁(yè)。第十八頁(yè)，共75頁(yè)。第十九頁(yè)，共75頁(yè)。

●1972年Housfield發(fā)明頭顱CT-非螺旋CT：

掃描部位的延伸

●80年代到90年代：掃描速度的角逐

●90年代到2000年：MSCT

●1989年，螺旋CT

●1998年，MSCT

●2004年，64層CT容積CT

●2005年，DSCT

●2009年，能譜CT

第二十頁(yè)，共75頁(yè)。一、提高速度（一）提高掃描速度1.提高軸向掃描速度（1）20秒階段：平掃+旋轉(zhuǎn)方式最快（2）1秒階段：旋轉(zhuǎn)+旋轉(zhuǎn)最快（3)亞秒階段：普通螺旋最快0.75秒（電機(jī)+皮帶）（4）﹤0.5秒階段：電磁驅(qū)動(dòng)達(dá)0.35秒（5）﹤0.3秒階段：利用超高速氣動(dòng)軸承和高壓氣流達(dá)0.27秒（6）﹤0.1秒階段：第一代雙源DSCT83毫秒（7）﹤50毫秒階段：電子束CT25毫秒第二十一頁(yè)，共75頁(yè)。第一代雙源CT安裝有兩套X線球管和兩套探測(cè)器的CT機(jī)。兩套采集系統(tǒng)成90°放置，一套覆蓋全部50cm掃描野，一套覆蓋26cm中心掃描野?？煞謩e調(diào)節(jié)KV和mAs，可同時(shí)也可獨(dú)自采集圖像，時(shí)間分辨力明顯提高。掃描參數(shù)：KV、mA、Time；準(zhǔn)直器總寬度19.2mm，64層/周，最薄層厚0.3mm，球管旋轉(zhuǎn)速率周第二十二頁(yè)，共75頁(yè)。2.提高容積掃描速度320排CT16cmcoverageperrotation320X0.5mmdetectorelements350msecrotationtime650lbpatientcouch第二十三頁(yè)，共75頁(yè)。（二）重建和處理速度得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展采用并行處理、多工作站流水作業(yè)，多處理器的工作站SCSI磁盤陣列光纖傳輸、千兆網(wǎng)絡(luò)專用圖像處理軟件第二十四頁(yè)，共75頁(yè)。二、提高圖像質(zhì)量（一）空間分辨率指在高對(duì)比條件下（對(duì)比度差異大于10%）鑒別出細(xì)微差別的能力。是圖像中可辨認(rèn)的臨界物體空間幾何長(zhǎng)度的最小極限，即對(duì)細(xì)微結(jié)構(gòu)的分辨率。1.平面內(nèi)的空間分辨率與探測(cè)器X軸方向密度有關(guān)2.Z軸空間分辨率層厚有關(guān)各向同性第二十五頁(yè)，共75頁(yè)。（二）時(shí)間分辨率是指CT掃描圖像分辨運(yùn)動(dòng)器官部位的能力1.平面時(shí)間分辨率：軸向時(shí)間分辨率機(jī)架轉(zhuǎn)速有關(guān)2.Z軸時(shí)間分辨率Z軸方向上覆蓋范圍內(nèi)的掃描速度320CT各時(shí)同性第二十六頁(yè)，共75頁(yè)。第二十七頁(yè)，共75頁(yè)。三、拓展應(yīng)用范圍(一）心臟掃描要求轉(zhuǎn)速小于0.5秒通過(guò)扇區(qū)重建技術(shù)來(lái)提高時(shí)間分辨率心電門控重建原理中，在機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度不變的前提下，可以采用螺旋掃描多個(gè)以上心動(dòng)周期中同一時(shí)相獲取數(shù)據(jù)重疊重建而獲得圖像，時(shí)間分辨率就成了可變值。第二十八頁(yè)，共75頁(yè)。扇區(qū)：是一周螺旋掃描中的一個(gè)數(shù)據(jù)段。在冠狀動(dòng)脈CT圖像的重建中一般采用180°的掃描數(shù)據(jù)，稱為單扇區(qū)重建。如果采用一段螺旋掃描中不同心動(dòng)周期、相同相位兩個(gè)90°的掃描數(shù)據(jù)合并重建為一幅圖像，則被稱為雙扇區(qū)重建；目的主要是為了提高冠狀動(dòng)脈CT檢查時(shí)的時(shí)間分辨率第二十九頁(yè)，共75頁(yè)。（二）CT灌注成像定義：是在靜脈注射對(duì)比劑的同時(shí)對(duì)選定的層面進(jìn)行連續(xù)多次動(dòng)態(tài)掃描，以獲得該層面內(nèi)每一體素的時(shí)間密度曲線（TDC），然后根據(jù)曲線利用不同的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出組織血流灌注的各項(xiàng)參數(shù)，并可通過(guò)色彩賦值形成灌注圖像，以此來(lái)評(píng)價(jià)組織器官的灌注狀態(tài)。利用影像技術(shù)進(jìn)行灌注CTP可以測(cè)量局部組織血流灌注，了解血流動(dòng)力學(xué)及功能變化，屬于功能成像范疇。定量觀察參數(shù)：血流量BF、血容量BV、峰值時(shí)間TTP、平均通過(guò)時(shí)間MTT、表面通透性PS等。常見臨床應(yīng)用：腦、心臟、肝臟、腎。第三十頁(yè)，共75頁(yè)。CBPMTTCT灌注彩圖第三十一頁(yè)，共75頁(yè)。（三）雙能量成像最早應(yīng)用于DR和CT,2005年隨著雙源CT的應(yīng)用而開拓了雙能量成像的新領(lǐng)域。原理：利用X線與物質(zhì)作用的衰減定律物理學(xué)家已經(jīng)測(cè)定:物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)隨X線能量變化任何物質(zhì)都有對(duì)應(yīng)的特征吸收曲線吸收曲線能夠用兩個(gè)能量點(diǎn)來(lái)表達(dá)和CT有關(guān)的現(xiàn)象:CT值對(duì)應(yīng)物體對(duì)X射線的線性吸收在連續(xù)能譜下物質(zhì)吸收是平均效應(yīng)不同能譜(kV)產(chǎn)生不同的平均效應(yīng)第三十二頁(yè)，共75頁(yè)。目前兩種方式：雙源CT、高壓發(fā)生器瞬時(shí)切換單源CT第三十三頁(yè)，共75頁(yè)。低能量圖像有助于提高圖像質(zhì)量及病灶撿出率70keV混合能量50keV第三十四頁(yè)，共75頁(yè)。（四）仿真內(nèi)鏡技術(shù)利用計(jì)算機(jī)軟件功能，將螺旋CT容積掃描獲得的圖像數(shù)據(jù)重組出空腔器官內(nèi)表面的立體圖像，類似纖維內(nèi)窺鏡所見。容積數(shù)據(jù)重建出立體圖像是CT內(nèi)窺鏡成像的基礎(chǔ)。CTVE目前多用于鼻腔、喉管、氣管、支氣管、胃腸道、輸尿管、膀胱和大血管等但有組織特異性較差，且不能進(jìn)行活檢等第三十五頁(yè)，共75頁(yè)。結(jié)腸CTVE第三十六頁(yè)，共75頁(yè)。氣管CTVE第三十七頁(yè)，共75頁(yè)。（五）各種后處理技術(shù)VR、MIP、MPR、SSD等各種后處理技術(shù)---進(jìn)入多維診斷模式第三十八頁(yè)，共75頁(yè)。第三十九頁(yè)，共75頁(yè)。四、減少輻射劑量（一）硬件方面探測(cè)器靈敏度提高：氣體-晶體-固態(tài)陶瓷-光子高頻高壓發(fā)生器準(zhǔn)直器濾過(guò)器（二）軟件方面管電流調(diào)制技術(shù)四維實(shí)時(shí)劑量調(diào)節(jié)技術(shù)前瞻性門控迭代重建技術(shù)第四十頁(yè)，共75頁(yè)。第三節(jié)磁共振成像設(shè)備的發(fā)展第四十一頁(yè)，共75頁(yè)。磁共振成像（magneticresonancimanging,MRI）是利用射頻（radiofrequency,RF)電磁波對(duì)置于磁場(chǎng)中的含有自旋不為零的原子核的物質(zhì)進(jìn)行激發(fā)，發(fā)生核磁共振（nuclearmagneticresonance,NMR）,用感應(yīng)線圈采集共振信號(hào)，經(jīng)處理，按一定數(shù)學(xué)方法，建立的數(shù)字圖像。是通過(guò)測(cè)量構(gòu)成人體組織的元素原子核的磁共振信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)人體成像的。是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、低溫超導(dǎo)技術(shù)迅速發(fā)展可提供形態(tài)學(xué)信息、生物化學(xué)及代謝信息第四十二頁(yè)，共75頁(yè)。超導(dǎo)型MRI的構(gòu)成第四十三頁(yè)，共75頁(yè)。1946年，美國(guó)的Purcell及Bloch領(lǐng)導(dǎo)的兩個(gè)研究小組各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了MR現(xiàn)象。兩人共同獲得1952年的諾貝爾物理獎(jiǎng)

●1970年美國(guó)紐約州立大學(xué)的Raymond.Damadian利用MRS儀對(duì)鼠的正常組織和癌變組織樣品研究發(fā)現(xiàn)，癌變組織的T1、T2弛豫時(shí)間比正常組織長(zhǎng)。

●1972年美國(guó)紐約州立大學(xué)的Pual.Lauterbur利用梯度磁場(chǎng)進(jìn)行空間定位，用兩個(gè)充水試管獲得了第一幅MR圖像。

第四十四頁(yè)，共75頁(yè)。●1973-1978年產(chǎn)生多種成像方法和理論，進(jìn)行了一系列人體成像的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究和技術(shù)準(zhǔn)備工作?！?976年英格蘭Mansfield活體手指MR圖像●1977年Damadian得到第一幅胸部質(zhì)子密度加權(quán)圖像

●1978年在英國(guó)取得了第一幅人體頭部的MR圖像。在此后的同一年，又取得了人體的第一幅胸、腹部圖像。

第四十五頁(yè)，共75頁(yè)。圖為2003年醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主美國(guó)科學(xué)家勞特布爾和英國(guó)科學(xué)家曼斯菲爾德第四十六頁(yè)，共75頁(yè)?！?980年，第一臺(tái)可以應(yīng)用于臨床的全身MRI在Fonar公司誕生●1984年，第一臺(tái)醫(yī)用MR獲美國(guó)FDA認(rèn)證●1985年，我國(guó)引進(jìn)第一臺(tái)臨床MRI●1989年，安科公司生產(chǎn)出國(guó)產(chǎn)永磁0.15TMR第四十七頁(yè)，共75頁(yè)。一、磁體

它的作用是產(chǎn)生均勻的靜磁場(chǎng)。向著高場(chǎng)強(qiáng)、短腔磁體、開放式及專用機(jī)發(fā)展靜音技術(shù)低磁場(chǎng)強(qiáng)度永磁開放型MRI設(shè)備的磁場(chǎng)強(qiáng)度已達(dá)0.4T。開放式MRI設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是可消除病人的幽閉恐懼癥。超導(dǎo)型MRI設(shè)備的磁場(chǎng)強(qiáng)度已由傳統(tǒng)的1.5T發(fā)展到3T。第四十八頁(yè)，共75頁(yè)。第四十九頁(yè)，共75頁(yè)。開放式MRI設(shè)備第五十頁(yè)，共75頁(yè)。二、梯度切換速度、幅度更高雙梯度快速掃描序列要求高性能的梯度磁場(chǎng)。梯度磁場(chǎng)與切換率的提升和改進(jìn)。目前梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度已達(dá)到50mT/m以上，切換率200mT/m/ms以上。梯度磁場(chǎng)與切換率影響MRI設(shè)備的成像時(shí)間，決定圖像的空間分辨率。雙梯度系統(tǒng)、組合平面系統(tǒng)和非線性梯度系統(tǒng)的出現(xiàn)，使MRI設(shè)備梯度線圈的形式多樣化。第五十一頁(yè)，共75頁(yè)。三、射頻系統(tǒng)

射頻系統(tǒng)用來(lái)發(fā)射射頻磁場(chǎng)，激發(fā)樣品的磁化強(qiáng)度產(chǎn)生磁共振，同時(shí)，接受樣品磁共振發(fā)射出來(lái)的信號(hào)。

經(jīng)歷了線性極化線圈、圓形極化或者正交線圈、相控陣線圈及全景化一體TIM技術(shù)第五十二頁(yè)，共75頁(yè)。四、采集技術(shù)和重建系統(tǒng)現(xiàn)代脈沖序列和掃描技術(shù)設(shè)計(jì)集中于更高采集效率的方法+128-127K0phasefrequency第五十三頁(yè)，共75頁(yè)。五、軟件技術(shù)的發(fā)展Propeller技術(shù)MR-DSA乳腺動(dòng)態(tài)增強(qiáng)LAVA技術(shù)MRS擴(kuò)散張量成像fMRI第五十四頁(yè)，共75頁(yè)。3DFocalCSI-前列腺頻譜

第五十五頁(yè)，共75頁(yè)。彌散張量成像—3D白質(zhì)束成像第五十六頁(yè)，共75頁(yè)。3DfMRI第五十七頁(yè)，共75頁(yè)。第四節(jié)核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的發(fā)展第五十八頁(yè)，共75頁(yè)。核醫(yī)學(xué)是研究放射性核素及其射線在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的學(xué)科。核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備通過(guò)探測(cè)注射到受檢者體內(nèi)的放射性藥物發(fā)出的射線進(jìn)行成像，是核技術(shù)、電子學(xué)、影像學(xué)、計(jì)算機(jī)和醫(yī)學(xué)相互滲透互相結(jié)合得綜合性醫(yī)學(xué)影像設(shè)備?？梢燥@示人體的生理、生化過(guò)程及臟器形態(tài)是分子影像的主要成像模式第五十九頁(yè)，共75頁(yè)。最早采用的儀器是1951年卡森研制的放射性同位素線性掃描儀（即閃爍掃描儀）。1957年，美國(guó)人Anger研制的γ閃爍照相機(jī)（gammascinticamera）具有快速顯像的本領(lǐng)，使得核素影像診斷從靜態(tài)進(jìn)入到動(dòng)態(tài)觀察，能夠指示臟器的生理代謝功能。1974年，放射性核素掃描與CT技術(shù)結(jié)合起來(lái)，研制出發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層掃描術(shù)（emissioncomputedtomography，ECT）。這一技術(shù)不僅對(duì)各種臟器及其病變進(jìn)行立體顯像，能動(dòng)態(tài)觀察各種臟器的形態(tài)、功能和代謝的變化，而且能進(jìn)行體層、立體顯像。第六十頁(yè)，共75頁(yè)。第六十一頁(yè)，共75頁(yè)。正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層

（positronemissioncomputedtomography,PET）利用圍繞患者對(duì)向分布的多對(duì)探頭采集一對(duì)來(lái)自正電子湮滅輻射的Y光子進(jìn)行用符合成像。同位素：碳、氮、氧、氟等在腫瘤、神經(jīng)和心血管得到深入應(yīng)用。第六十二頁(yè)，共75頁(yè)。電第六十三頁(yè)，共75頁(yè)。PET-CT（positronemissiontomography-computedtomography）全稱為正電子發(fā)射斷層顯像/X線計(jì)算機(jī)體層成像儀：是一種將PET（功能代謝顯像）和CT（解剖結(jié)構(gòu)顯像）兩種先進(jìn)的影像技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起的新型的檢查技術(shù)，它是將微量的正電子核素示蹤劑注射到人體內(nèi)，然后采用特殊的體外探測(cè)儀（PET）探測(cè)這些正電子核素人體各臟器的分布情況，通過(guò)計(jì)算機(jī)斷層顯像的方法顯示人體的主要器官的生理代謝功能