1、医学影像设备学教学课件主讲人:韩丰谈第一章 医学影像设备学概论?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?第二节 医学影像设备的分类第一节第一节 医学影像设备的发展简史医学影像设备的发展简史?一常规X线机?1895年11月8日，德国物理学家伦琴（Withelm Conrad Roentgen，18451923）发现X线。?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。?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
2、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。?右图为1896年伦琴首次拍摄到他妻子手的X线照片，其无名指上戴 着一枚戒指）电磁波谱?二CT?1972年，英国工程师汉斯菲尔德（G.N.Hounsfield）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或CT设备。汉斯菲尔德还研制出英国第一台晶体管电子计算机体管电子计算机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
3、传统的X线检查高1020倍；还能以数字形式（CT值）作定量分析。科马克X线扫描进行图像重建，并提线扫描进行图像重建，并提出了精确的数学推算方法.?近30年来，CT设备的更新速度极快，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。北京协和医院引进西门子公司北京协和医院引进西门子公司64层螺旋层螺旋CT最高分辨率、最快扫描、最低辐射、最大信息量全身血管及脏器无创性检查?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根本性的改变，将会引起CT设备的又一次革命。?
4、三MRI设备20世纪80年代初（magnetic resonance imaging，MRI）设备，简称为MRI设备。1.它是一种新的非电离辐射式医学成像设备。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。2.它能够从人体分子内部反映出人体器官失常和早期病变，能将人体组织中有关化学结构的信息反映出来。疾病的早期诊断效果有极大的优越性。CT不能够提供人体器官的生理状态信息。当病变组织与周围正常组织的吸收系数相同时，就无法提供有价值的信息。只有当病变发展到改变了器官形态。也更为精确。3.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
5、效果最好。4.2003年彼得曼斯菲尔德与 保罗-劳特布尔由于在磁共振方面的杰出成绩而获得诺贝尔生理学和医学奖。万东公司日立单柱开放?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，克服了幽闭恐惧幽闭恐惧病人和不合作病人应用MRI检查的限制。?四 数字减影血管造影（digital subtraction angiography，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，后
6、者具有减少曝光量等优点，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）。五五超声成像、核医学设备超声成像、核医学设备20世纪50年代和60年代，超声成像（ultrasonography，USG）设备和相继出现，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
7、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。六介入放射学自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设备进展迅速。具有安全、简便、经济等特点。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，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。?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1-1 医学影像设备发展概况 20世纪 1 0 4 0 年 代 5 0 年 代 6 0 年 代 7 0 年 代
8、 8 0 年 代 9 0 年 代 ）（1 9 1 7年）发射U S 成功（1 9 5 1年）闪烁扫描（1 9 6 0年）X-T V （1 9 7 2年）X-C T （1 9 8 0年）D F、DSA CT：多层CT、组合CT、CT内镜 （1 0 2 0年代）X线机（1 9 5 4年）影像增强器（1 9 6 3年）六脉冲高压 发生器（1 9 7 4年）U CT（1 9 8 2年）C R （1 9 3 0年）增感屏（1 9 5 4年）B超（1 9 6 3年）热成像设备（1 9 7 5年）电子扫描（1 9 8 2年）多普勒图像 数字成像：旋转D SA、D D R （1 9 3 2年）电子显微镜（透射
9、）（1 9 5 7年）相机（1 9 7 8年）小型回转 加速器（1 9 8 2年）P A CS（1 9 3 8年）旋转阳极 X线管（1 9 7 9年）S P ECT、P ET（1 9 8 3年）螺旋CT（1 9 4 2年）A超（7 0年代末）D R （1 9 8 3年）U F CT MRI：开放型MRI、F MRI 核医学：微型摄像机、全数字闪烁相机（1 9 8 3年）电子内镜（8 0年代初）U S内镜（1 9 4 6年）发现 MR现象（1 9 5 8年）纤维胃镜（1 9 6 4年）介入放射学 设备（1 9 7 9年）MRI（1985年）超导MRI S RS：-刀、X-刀 第二节第二节 医学影
10、像设备的医学影像设备的分类现代医学影像设备可分为两大类：现代医学影像设备可分为两大类：医学影像诊断设备医学影像诊断设备医学影像治疗设备?（一）影像诊断设备?X线设备（常规X线设备、数字X线设备、X-CT设备）；）；?MRI设备；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）?(二二)、治疗用设备?1.介入放射学设备?2.立体定向放射外科学设备立体定向放射外科学设备?（一）（一）X线设备线设备?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示的是脏器的形态，而对脏器功能和动态方面的检测较差。
11、此类设备主要有常规X线机、数字X线机和X-CT设备等。?以以X线作为医学影像信息的载体，出于两方面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。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。?在在X线设备中，屏线设备中，屏-片组合分辨力较高，片组合分辨力较高，
12、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。?数字X线机使用曝光量宽容度大，可获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。它利用。它利用横断面呈像，解决了影像重叠问题，可确定受检脏器的位置、大小和形态变化。受检脏器的位置、大小和形态变化。?（二）（二）MRI设备设备?MRI设备通过测量构成人体组织中某些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。?在
13、在MRI影像上可显示软组织、肌肉、肌腱、影像上可显示软组织、肌肉、肌腱、脂肪、韧带、神经、血管等。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；完全自由地按照要求选择层面；MRI对软对软组织的对比度比组织的对比度比X-CT优越，能非常清楚地显优越，能非常清楚地显示脑灰质与白质；示脑灰质与白质；MR信号含有较丰富的有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；能提供密度测量值；MRI无电离辐射。目无电离辐射。目前，尚未见到前，尚未见到MR对人体危害的报道。对人体危害的报道。?MRI的缺点：的
14、缺点：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。?总之，MRI设备可作任意方向的体层检查，能反映人体分子水平的生理、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。?（三）诊断用超声设备?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，
15、医院中用的最多的是B型USG设备，俗称B超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。?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。?。?（四）核医学设备?核医学设备通过测量人体某一器官（或组核医学设备通过测量人体某一器官（或组织）对标记有织）对标记有 放射
16、性核素药物放射性核素药物 的选择性吸收、的选择性吸收、储聚和排泄等代谢功能，实现人体功能成像。储聚和排泄等代谢功能，实现人体功能成像。主主要要有有相相机机、单单光光子子发发射射型型CT（singlephoton emission CT，SPECT）和正电子发射）和正电子发射型型CT（positive emission CT，PET）。）。?（五）热成像设备所有物体都会发出红外线能量。物体越热，其分子就愈加活跃，它所发出来的红外线能量也就越多。热成像设备通过测量体表的红外信号和体内的微波信号实现人体成像。红外辐射能量与温度有关，因此又可以说，热成像就是利用温度信息成像。举例：“慧眼HW-05人体
17、温度红外热图像仪”在华中科技大学研制成功。可在1秒钟的瞬间，立即显示人体热图像和最高体表温度，温度分辨率可达到0.06，甚至牙痛等局部发热的症状也能显像。同济大学：应用红外热像仪开发出了一种非血糖值测量的对糖尿病人代谢功能进行评估的新方法，该方法可以在健康人体检中应用，筛选出糖尿病发病的高危险人群，从而可以进行糖尿病发病的早期预报，这是目前用其他方法还不能实现的。?医用热成像设备一般包括红外成像、红外照相、红外摄像和光机扫描成像等。红外照相、红外摄像和光机扫描成像等。?（六）医用内镜（六）医用内镜?前述各种医学影像设备虽然在某种程度前述各种医学影像设备虽然在某种程度上能显示出人体的内部组织形态
18、，但这种显示是间接的、非直观的。真正能做到直观的示是间接的、非直观的。真正能做到直观的仪器，目前唯有内镜。利用光学内镜，能使人眼直接看到人体内脏器官的组织形态，从而提高了诊断的准确性。内镜的诊疗优势，已成为医学界的共识。已成为医学界的共识。?医用内镜的种类很多，目前临床上用得医用内镜的种类很多，目前临床上用得最多的是最多的是光导纤维内镜（纤镜），而最有发），而最有发展潜力的是电子内镜。?二、治疗用设备?（一）介入放射学设备（一）介入放射学设备所谓介入放射学（interventional radiology）系统，就是借助高精度计算机化的影像仪器的观察，通过导管深入体内，对疾病直接进行诊断与治疗
19、的一种新型设备与技术。?特点：特点：创伤小、痛苦少、疗程短、疗效高，即微创、简便、安全、有效和并发症少。?用途：用途：?一血管类?一）诊断性造影把导管引入血管进行造影，显示病变部位，进行定性，定位诊断，适应范围甚广。如各种良，恶性肿瘤的诊断，血管畸形，?（二）灌注药物治疗1，止血选择性血管内注入血管收缩剂控制出血，主要用于消化道出血及外伤性出血。?化疗将导管选择性插入供应肿瘤的血管，灌注抗癌药物，到达肿瘤区内的药物浓度比 静脉给药要高的多，抗癌作用明显增强，?栓塞疗法二非血管类 医学影像设备的导向是完成介入治疗的关键。这需要一套由机械、仪器仪表、计算机、光学仪器等多种仪器组成的大型精密仪器设备
20、系统。特别是影像技术与计算机结合的DSA，它能实时地向医生提供导管导向的位置、局部循环结构、栓塞或扩张的效果等有关介入诊疗的信息，因而具有极大的优越性。?介入放射学系统的另一重要组成部分，是介入诊疗用导管及其附件。一个性能良好的介入性导管应具备以下条件：硬度适宜及适合诊疗的几何造型；弹性和柔韧性；扭力顺应性（为减小扭力顺应性，管壁置入金属网）；形状具有记忆性；血液与组织相容性；高温高压消毒或化学消毒；可进行放射性跟踪；管壁光滑、管腔满足流量压力的要求，摩擦系数适宜。?介入性导管，根据用途可介入性导管，根据用途可分为两类：分为两类：即诊断用导管和治疗即诊断用导管和治疗用导管及其附件。用导管及其附
21、件。前者包括心血管、脑前者包括心血管、脑血管造影导管，肝、肾、血管造影导管，肝、肾、胰、脾等内脏器官用导管胰、脾等内脏器官用导管十余种。这种导管要有一十余种。这种导管要有一定耐压性和满足大流量的要求（要求（1525ml/s）。）。后者如消化道治疗导后者如消化道治疗导管、肿瘤化疗用导管、射管、肿瘤化疗用导管、射频消融导管、溶栓导管、二尖辫球囊扩张导管等。二尖辫球囊扩张导管等。其附件有血管内支架（自其附件有血管内支架（自膨胀型、球囊膨胀型、形膨胀型、球囊膨胀型、形状记忆型）、导丝（引导导管用）等。导管用）等。?（二）立体定向放射外科学设备?定义：立体定向放射外科（stereotactic radi
22、osugery，SRS）或称立体定向放射治疗（stereotactic radiotherapy，SRT），它是利用现代X-CT设备、MRI设备或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（具有三维显示和计算功能的计算机）做出最优化治疗计划；运用边缘尖锐的小截面光子束（MV级）以等中心照射方式聚焦于病变区（位于等中心处），按治疗计划作单平面或多个非共面的单次或多次剂量照射。由于照射野边缘剂量下降很陡，就像用刀切一样，所以，用射线时称为-刀，用X线时称为X-刀。?硬件：包括四部分：1、高精度诊断立体定位系统；2、计算机三维治疗计划系统：确定照射 范围、剂量、次
23、数、时间等；3、电气控制系统：包括操作台、电控 柜、电机等；4、治疗系统：包括辐射源装置（直线加速器和钴源）、机架、三维治疗床等。?伽马刀是一种无 形的刀。?源-刀的主体结构是一个半球形金属屏蔽系统，其中排列着201个60Co源，每个60Co源均有双重不锈钢屏蔽，它所发出的射线经准直校正后，形成一个狭光束，聚焦于半球的中心。准直分为内外两层，外准直与60Co源一起固定于主机内，内准直为半球形头盔。X-刀与-刀相似，只不过其主机是常用的电子直线加速器，以它作为产生X线的放射源?-刀、X-刀定位病人须戴上立体定向头架通过X-CT设备、MRI设备或DSA设备进行定位。治疗时，病人平卧在治疗床上，剂量计算由专用计算机完成。?-刀与X-刀相比，各有其优缺点。前者机械精度高，易操作。但非常昂贵，需现场装源且510年更换一次，照射体积及形状改变范围小，只能治疗颅内病变。后者相对便宜，既可作X-刀又可做放疗，按病变需要治疗时其体积和形状变化范围大，剂量准确。但机械精度差一些，须用计算机控制照射，操作较复杂。?总之，立体定向放射外科（手术）有以下优点：以立体影像定位；形成立体剂量分布；易选择合适的剂量进行照射；肿瘤受到最大剂量照射但周围正常组织的照射量较少；适于治疗小的、边界清楚的肿瘤。它完全符合现代放射治疗发展的高剂量、高精度、高疗效及低损伤的主流方向。
