1、医学影像成像理论第一章 概论2023-1-122概论概论第一节第一节 医学成像技术的分类医学成像技术的分类第二节第二节 医学成像的基本条件医学成像的基本条件第三节第三节 医学成像系统的评价医学成像系统的评价第四节第四节 医学影像展望医学影像展望概 论2023-1-123一、医学影像技术医学影像技术：是借助于某种介质（如X 线、电磁场、超声波、放射性核素等）与人体相互作用，用理工学基础理论和技术，把人体内部组织、器官的结构、功能等具有医疗情报的信息源传递给影像信息接收器，最终以影像的方式表现，提供给诊断医生，使医生能根据自己的知识和经验针对医学影像中所提供的信息进行判断，从而对病人的健康状况进行
2、判断的一门科学技术。2023-1-124医学影像技术包括：1.X 线成像（radiography）2.X 线计算机体层成像（computed tomography，CT）、3.磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、4.超声成像（ultrasound imaging）、5.放射性核素成像（radiosotope imaging）6.可见光成像、红外成像和微波成像等。医学影像成像理论作为医学影像技术专业的一门重要专医学影像成像理论作为医学影像技术专业的一门重要专业课程，将为学生对实现医学自动化所必须的图像化诊断提业课程，将为学生对实现医学自动化所必须的图像化诊
3、断提供依据，使学生从医学成像原理、医学成像设备及医学成像供依据，使学生从医学成像原理、医学成像设备及医学成像系统分析等方面系统掌握该研究领域的基础知识，了解该领系统分析等方面系统掌握该研究领域的基础知识，了解该领域的最新发展方向。域的最新发展方向。2023-1-125l医学成像的目的：医学成像的目的：通过各种方式探测人体，获得人体内部结构的形态、功能等信息，将其转变为各种图像显示出来，进行医学研究和诊断。现代医学影像技术的应用与发展，印证了100多年来医学、生物、物理、电子工程、计算机和网络通信技术的诞生与沿革。数字医学影像新技术、新设备对医学影像诊断和数字影像治疗带来许多根本的改变。医院里有
4、哪些医学影像设备和是否开展数字影像介入治疗，在很大程度上代表了这家医院的现代化检查治疗的条件与诊治水平。目前现代医学技术的提升和现代影像技术的发展相互融合、相互推动、相互依存的趋势已经成为共识。新的现代医学影像技术和设备的研制也已经成为21世纪现代医学技术和生命科学发展的经济技术增长点。学习目标 掌握掌握X射线成像、射线成像、CT成像、磁共振成像、核医学成像、超声成成像、磁共振成像、核医学成像、超声成像的基本原理；像的基本原理；了解各种基本的成像装置及系统的性能，培养较强的抽象与了解各种基本的成像装置及系统的性能，培养较强的抽象与逻辑思维能力以及用理论解决实际问题的能力，从而初步具逻辑思维能力
5、以及用理论解决实际问题的能力，从而初步具备研究医学成像方法、系统以及设备的能力。备研究医学成像方法、系统以及设备的能力。2023-1-127课时安排2023-1-128章节内容总学时理论实验第一章概论220第二章放射物理基础440第三章模拟X线成像220第四章数字X线成像220第五章X线成像理论642第六章CT成像440第七章磁共振成像642第八章超声成像220第九章核医学成像220总复习220合计32284考核方式平时成绩所占比例为平时成绩所占比例为10，实验成绩所占比例为，实验成绩所占比例为20%，期末考试成绩所占比例为，期末考试成绩所占比例为70%。2023-1-129第一节 医学成像技
6、术的分类按其成像原理和技术的不同，分为两大领域：按其成像原理和技术的不同，分为两大领域：l 一、以研究生物体微观结构为主要对象的一、以研究生物体微观结构为主要对象的生物医学显微图生物医学显微图像学像学(biomedical microimaging,BMMI)(biomedical microimaging,BMMI)l 二、以人体宏观解剖结构及功能为研究对象的二、以人体宏观解剖结构及功能为研究对象的现代医学影现代医学影像学像学(modern medical imaging,MMI)(modern medical imaging,MMI)2023-1-12102023-1-1211医学成像系统
7、医学成像系统X X线线成成像像CTCT成成像像磁磁共共振振成成像像放放射射性性核核素素成成像像超超声声成成像像阻阻抗抗成成像像红红外外微微波波成成像像可可见见光光成成像像2023-1-1212现代医学成像按其信息载体可分为以下几种基本类型(1)X(1)X线成像：测量穿过人体组织、器官后的线成像：测量穿过人体组织、器官后的X X线强度；线强度；(2)(2)磁共振成像：测量人体组织中同类元素磁共振成像：测量人体组织中同类元素(H)(H)原子核的磁共原子核的磁共振信号；振信号；(3)(3)核素成像：测量放射性药物在体内放射出的核素成像：测量放射性药物在体内放射出的射线；射线；(4)(4)超声成像：测
8、量人体组织、器官对超声的反射波或透射波；超声成像：测量人体组织、器官对超声的反射波或透射波；(5)(5)光学成像：直接利用光学及电视技术，观察人体器官形态；光学成像：直接利用光学及电视技术，观察人体器官形态；(6)(6)红外、微波成像：测量体表的红外信号和体内的微波辐射红外、微波成像：测量体表的红外信号和体内的微波辐射信号。信号。12一、X 线成像X X 线成像：线成像：是由X 线管发出的X 线透过被检人体的组织结构时会发生衰减，由于各种组织的密度（）、原子序数（Z）以及厚度（d）的不同，而对X 线的衰减系数（）不同，使得穿过人体出射的X线强度不同而产生X线对比度（KX），含有人体信息的KX由
9、屏-片系统（影像增强器、成像板或平板探测器）接收，再经过处理形成可见的光学影像。数字数字X X 线成像：线成像：是采用影像板（IP）、平板探测器（FPD）等来代替屏-片系统作为X线信息接收器，应用各种探测器将X线信息转换成电信号，再经模/数（A/D）转换成数字化影像。数字X线成像包括计算机X线摄影（CR）、数字X线摄影（DR）、数字减影血管造影（DSA）和数字X 线透视等。2023-1-12142023-1-1215传统X线机数字X线影像设备（1）计算机计算机X线摄影线摄影（computed radiography，CR)是是X线平片数字化的比较成熟的技术。线平片数字化的比较成熟的技术。CR系
10、统是使用可记录并由激光读出系统是使用可记录并由激光读出X线成像信息的线成像信息的成像板成像板（imaging plate，IP）作为载体，经）作为载体，经X线曝光及信息读出线曝光及信息读出处理，形成数字式平片图像。处理，形成数字式平片图像。2023-1-12162023-1-1217CR（Computed Radiography)（2）数字）数字X线摄影线摄影(digital radiography，DR）直接数字化直接数字化X射线摄射线摄影是指在具有影是指在具有图像处理功能图像处理功能的的计算机计算机控制下，采用专门研制的控制下，采用专门研制的X射线探测器直接把射线探测器直接把X射线信息影射
11、线信息影像转化为数字图像信息的技术。像转化为数字图像信息的技术。具有成像速度快、图像质量高，照射剂量低、曝光宽容度具有成像速度快、图像质量高，照射剂量低、曝光宽容度大、曝光条件易掌握、可以根据临床需要进行各种图像后大、曝光条件易掌握、可以根据临床需要进行各种图像后处理的特点。处理的特点。2023-1-12192023-1-1220（3）数字血管减影仪（）数字血管减影仪（DSA）20世纪世纪80年代推出了数字减影血管造影。年代推出了数字减影血管造影。数字减影血管造影术是数字减影血管造影术是常规造影术常规造影术与与电子计算机处理技术电子计算机处理技术相结合的一种新型成像技术。相结合的一种新型成像技
12、术。血管造影检查是对注入血管造影剂前后的图像进行相减，血管造影检查是对注入血管造影剂前后的图像进行相减，得到无骨骼、内脏、软组织背景的清晰的得到无骨骼、内脏、软组织背景的清晰的血管影象血管影象，而，而血血管的形态，结构反映了多种疾病的基本信息管的形态，结构反映了多种疾病的基本信息。2023-1-1221DSA2023-1-1222球管探测器C臂检查床高压注射器2023-1-1223医学影像减影图像注入造影剂前的影像注入造影剂前的影像注入造影剂后的影像注入造影剂后的影像相减后的影像相减后的影像2023-1-1224DSA影像二、X 线计算机体层成像1971年，世界上第一台用于颅脑的CT扫描机（计
13、算机人体断层摄影术）由柯马克(A.M.Cormack)和郝恩斯费尔(G.N.Hounsfield)首次研制成功。1979年因此项技术的发明，柯马克、郝恩斯费尔获得了生理与医学诺贝尔奖。2023-1-1225CT成像：自X线管发出的X线首先经过准直器形成很细的直线射束，用以穿透人体被检测层面。经人体薄层内组织、器官衰减后射出的带有人体信息的X线束到达检测器，检测器将含有被检体层面信息的X线转变为相应的电信号。通过测量电路将电信号放大，由A/D转换器变为数字信号，送给计算机处理系统处理。计算机系统按照设计好的方法进行图像重建和处理，得出人体层面上组织、器官衰减系数（）分布情况，并以灰度方式显示人体
14、这一层面上组织、器官的图像。CT成像优势：获得无层面外组织结构干扰的横断面图像，能准确地反映横断平面上组织和器官的解剖结构；密度分辨力高，能显示出普通X线检查所不能显示的病变；能够准确地测量各组织的X线吸收衰减值，可通过各种计算进行定量分析；可进行各种图像的后处理。2023-1-1226三、磁共振成像1946 年美国斯坦福大学的布洛赫（Felix Bloch）和哈佛大学的珀塞尔（Edward Purcell）首先发现了磁共振现象，由此产生的磁共振波谱学被广泛地应用于对物质的非破坏性分析。20 世纪70 年代美国纽约州大学的达马迪安（Raymond Damadian）和劳特伯（Pual Laut
15、erbur）将磁共振用于医学成像，20 世纪80 年代被快速地发展起来成为医学影像新技术。磁共振成像（MRI）技术是在物理学领域发现磁共振现象的基础上，于20 世纪70 年代末继CT之后，借助计算机技术和图像重建方法的进展和成果而发展起来的一种新型医学影像技术。2023-1-1227MR 成像：是通过对静磁场（B0）中的人体施加某种特定频率的射频脉冲（RF）电磁波，使人体组织中的氢质子（1H）受到激励而发生磁共振现象，当RF 脉冲中止后，1H 在弛豫过程中发射出信号（MR 信号），被接收线圈接收，利用梯度磁场进行空间定位，最后进行图像重建而成像的。2023-1-1228四、超声成像1942年奥
16、地利科学家达西科（Dussik）首先将超声技术应用与临床诊断，从此开始了医学超声影像设备的发展。1954年瑞典人应用M型超声显示运动的心壁，称为超声心动图。人类从20世纪50年代开始研究二维B型超声，至70年代中期，实时二维超声开始应用。2023-1-1229五、核医学成像20世纪90年代推出了更新、更强的核医学影像设备ECT，包括PET、SPECT等设备。PET也称正光电子成像设备，主要的优势是超强的医学影像的识别与诊断的能力，尤其是利用注入体内的增强显影剂或示踪剂，在体内循环可以动态地、靶向目标清晰地显示被检部位形态和功能的异常情况，甚至可以检查出细胞级别的病变。GE GE 全数字全数字P
17、ET-CTPET-CTGE GE 生产的生产的 SPECTSPECTPET PET 图像图像2023-1-1230六、其他成像可见光成像：在医学上的应用主要是内镜技术。1958 年第一台纤维胃镜诞生以来，至今制成了光纤内镜、电子内镜、超声内镜、激光内镜等各种不同性能的内镜。电子内镜抛弃了光导纤维传像的方式，在镜头端装有一只微型电视摄像机，由电荷耦合器件（CCD）将物镜所成的图像变换为电视信号，再转换成为光学图像。它对官腔内状态既可直接在屏幕显示，供多人同时观察；也可用磁带录相机录相或打印机输出；还可直接夹取活体组织进行活检、止血和局部病灶治疗。目前内镜的使用范围已由消化道扩展到泌尿、循环、呼吸
18、、生殖等多个系统，以及腹腔、耳、喉、血管、关节腔等器官。2023-1-1231激光纤维内镜：成功地用于支气管癌、肺癌等疾病的腔内诊治。激光全息摄影技术能复原出被摄体的立体图像，激光透照影像能很好地显示体内异物和骨骼畸形。这些检查技术有的已用于临床诊断。红外成像：在医学上主要用于人体浅表疾病的探查，主要可分为被动成像方式的红外摄影术和主动成像方式的红外摄影术。红外医学成像的最大优点：对人体无辐射损害；不会因检查而引起人体状态的改变；操作方法简便、经济，是一种具有应用前途的医学影像检查方法。微波成像：微波是指波长从0.00llm波段的电磁波（3*1083*1012Hz），除利用微波热效应制成的各种
19、临床治疗仪器外，微波还是CT 机的一种理想能源，也可作为显微镜的光源。近年来微波医学成像技术在不断进步。2023-1-1232第二节 医学影像成像的基本条件 一、一、信息影响传递与形成信息影响传递与形成 二、二、信息源信息源 三、三、影像信息载体影像信息载体 四、四、影像信息接收器影像信息接收器 五、五、影像视读影像视读 广义的摄影：广义的摄影：是应用光或其它能量来表现被照体的信息状态，并以可见的光学影像加以记录的一种技术。X线摄影、X线透视、CT、MR等成像均需要具备有一个成像系统，成像系统即是将信息载体表现出来的信号加以处理，形成表现信息影像的系统。成像程序：成像程序：能量信息信号检测图像
20、形成。成像三大要素：成像三大要素：成像的信息源（被检体）、信息载体与信息接收器。一、信息影像的传递与形成（一）模拟（一）模拟X线信息影像的传递与形成线信息影像的传递与形成X线信息影像的形成与传递5个阶段：1X线信息影像的产生 X线信息影像的形成基础是被照体对X线束的衰减。X线在物质中的衰减符合如下规律：2X线信息影像的转换 将不均匀的X线强度分布，通过接受介质（屏-片系统、X线电视等）转换为密度影像，或二维的光强度分布（荧光屏、影像增强器系统等）影像，以用于观察诊断。3密度分布转换成可见光的空间分布 借助观片灯可将密度分布转换成可见光的空间分布，然后投影到视网膜。4视觉影像的形成 通过视网膜上
21、明暗相间的图案，形成视觉影像。5意识影像的形成 通过对视觉影像的识别、判断，作出评价或诊断。（二）数字信息影像的传递与形成（二）数字信息影像的传递与形成数字X线信息影像的传递与形成基本上与模拟信息影像的传递与形成相同，不同之处主要是影像信息的传递过程中增加了模/数转换，将模拟信息转换成数字信息，而后进行各种处理和图像重建，最后还要将数字影像通过数/模转换成可以视读的模拟影像。二、信息源34kZ人体组织结构大至可分为骨骼、肌肉、脂肪及空气四大类，对X线的衰减按骨骼、肌肉、脂肪、空气的顺序逐渐减弱，这种衰减差异的大小就形成了X线影像的对比度。然后通过各种影像接收器（探测器）进而形成可见的X线影像。
22、（一）（一）X线成像线成像X线与物质的作用，X线成像是X线束进入人体后，一部分被人体组织结构吸收和散射，另一部分透过人体沿原方向向前传播。X线通过人体组织时是按照指数规律衰减。当X线的衰减以光电吸收为主时，被检体的线衰减系数 与人体组织的Z、存在着如下关系：X线在透过人体时，主要发生光电效应和康普顿效应两种作用形式的衰减。下图是以肌肉和骨骼为例，显示不同能量的X线在两种组织中发生效应的比率。（二）磁共振成像（二）磁共振成像根据磁共振成像（MRI）定义知道磁共振信号的强弱与人体组织的氢质子密度密切相关。在人体各种组织结构中，1H占原子数量的2/3，而且1H为磁化最高的原子核，所以目前生物组织的M
23、RI主要是1H成像。三、影像信息载体（一）（一）X线线本质是一种电磁波。波长很短，大约与晶体内呈周期（规则）排列的原子间距为同一数量级，在1*10-10m左右。X线的波长短，光子能量大，故穿透物质的能力强。X线的穿透性不但与其波长（）有关，还与物质的性质、结构有关。一般物质的原子序数（Z）高、密度（）大，吸收X线多，X线穿透性差。X线对人体不同组织穿透性能的差别，是X线摄影和透视的基础。（二）射频电磁波（二）射频电磁波产生MR信号必须具备三个基本条件：即能产生共振跃迁的自旋不为零的原子核（1H）、静磁场（B0）、产生一定频率（1H发生共振的拉莫尔频率）电磁波的射频磁场。从三个条件中可以看出射频
24、（RF）电磁波是产生和传递MR信号的信息载体。（三）超声波（三）超声波 超声探头发射的超声波经过声阻抗(Z)不同的组织界面时会发生反射、透射、散射现象，其反射声波带回了组织脏器界面的形状轮廓；透射声波进入另一组织后碰到新的组织界面又反射回另一脏器的界面；超声波遇到小的障碍物（如细胞）时产生散射，散射波带着脏器的信息被探头接收，因此说在USI中超声波是人体组织结构、脏器信息的载体。（四）放射性药物（四）放射性药物 在核医学成像（显像）中用各种方法将放射性药物注入人体需耍显像的部位，再利用人体内放射性核素所放出的射线（射线）信号，反映放射性核素的浓度分布，显示人体组织器官、脏器的形态学信息和功能信
25、息；放射性核素示踪技术能准确定量地测定代谢物质的转移和转变，可以确定放射性示踪剂在组织官中的定量分布，并且对组织器官进行准确的定位。用照相机或SPECT等进行脏器或病变的核素显像时显示射线在脏器中的放射性核素分布情况。故在核医学成像中放射性核素是人体组织结构、脏器信息的载体。医学影像成像中常用的检测器有：（一）屏-片系统（二）影像增强器-X线电视（三）成像板（四）平板探测器（五）CT成像检测器（六）磁共振成像的接收线圈（七）超声探头（八）放射性探测器四、信息检测（一）屏（一）屏-片系统片系统屏-片系统即增感屏与X线胶片组合系统，它作为透过被检体后带有人体信息的接受介质，或称作带有人体信息的X线
26、接收器。其工作原理是：透过人体的X线到达增感屏的荧光体层时激发荧光体发出荧光，并将荧光强度分布传递给X线胶片，与X线胶片感光乳剂层中的卤化银（AgX）发生光化学反应，即形成银颗粒分布的潜影（Ag原子）；在潜影的催化下，已经过X线曝光的胶片经显影加工处理，将胶片上大量的AgX还原成Ag原子；大量的Ag原子形成二维的光学密度（D）分布，形成了模拟X线影像的X线照片。（二）影像增强器（二）影像增强器-X线电视线电视由于X线有荧光作用，在X线透视成像中，透过人体的X线照射到荧光物质时，荧光物质的原子被激发或电离放射出可见的荧光。早期的X线透视成像就是将透过人体的X线照射到荧光屏上使其成为透视X线影像的
27、，这种荧光影像强度很弱，只能在暗室中观察阅读。现在的X线透视成像是将透过人体的X线照射到影像增强器，影像增强器将荧光影像亮度增强，然后输入X线电视，使之成为可见的视频影像。（三）成像板（三）成像板在计算机X线摄影（CR）中，使用成像板（IP）作为影像信息的接收器。CR系统中，透过人体的X线入射到IP时，X线量子被IP的光激励发光物质层内的荧光颗粒吸收，释放出电子，其中一部分电子散布在成像层内呈半稳定状态，形成潜影；将形成潜影的IP进行激光扫描时，半稳定状态的电子转换为光量子，发生光激励发光（PSL）现象，光量子被光电倍增管检测到，将光信号传化为电信号并放大，再经模/数（A/D）转换器转换为数字
28、信号，进行处理后形成数字影像。（四）平板探测器（四）平板探测器数字X线摄影（DR）中使用两种平板探测器（FPD）作为影像信息的接收器，即直接转换FPD与间接转换FPD。直接转换FPD分为非晶硒（a-Se）为光电材料的FPD和多丝正比电离室型（现在已很少使用）。间接转换FPD又分为碘化铯CsI非晶硒a-Si和CCD摄像机两种。（五）（五）CT成像检测器成像检测器CT成像是X线经过准直器形成很细的直线射束（或扇形射线束），穿透人体被检测的体层面，经人体薄层内组织器官衰减后射出的X线（投影P）到达高灵敏度的检测器，检测器接收透过被检体层后的X线束强度（I），然后将这含有人体信息的X线强度转换成相应的
29、电信号，通过测量电路将电信号放大，由A/D转换器转换为数字信号，再经计算机处理系统处理，重建出人体层面上组织结构对X线的衰减系数（）的灰度图像。（六）磁共振成像的接收线圈（六）磁共振成像的接收线圈磁共振成像（MRI）系统中应用各种成像感应线圈来检测MR信号。方法是采用两个互相垂直的线圈，分别进行射频发射和MR信号的接收，因此也叫双线圈感应法或交叉线圈法。在常用的XYZ直角坐标系中，常将发射线圈置于X轴上，接收线圈加在Y轴上，与静磁场B0垂直。（七）超声探头（七）超声探头超声波成像中超声探头（换能器）利用正压电效应将从人体组织、脏器反射回的超声脉冲回波信号（频移信号）转化为电信号，再由接收电路进
30、行放大、信息处理形成各种超声图像。（八）放射性探测器（八）放射性探测器 人体靶器官或组织的放射性核素发射能穿透组织的射线，使用灵敏的放射性探测器可以很容易地在人体外表探测到它们分布的所在位置，定量地测定其大小并转换成电信号。例如用照相机或SPECT探测各种脏器的显像。五、影像视读各种医学图像的视读方式：硬阅读和软阅读。硬阅读：即是将各种成像技术得到的医学图像通过暗室处理、激光打印机等打印成X线照片影像、CT影像、MR影像等，然后通过这些照片影像进行视读。软阅读：即是将各种成像技术得到的医学图像通过工作站，或由网络传输到工作站，然后在工作站的影像显示器上进行视读。两者各有其优点，但后者可以进行各
31、种图像处理，使影像信息更清晰，有利于诊断；同时可以进行图像储存与传输，远程会诊等。但是影像显示器的空间分辨力不如照片影像。第三节 医学成像系统的评价纵观上面提到的各种成像方式，它们在成像原理、成像参数及适用范围等方面各不相同。这些不同的成像系统并不能相互取代，在临床应用中起着相互补充的作用。因此，对一个成像系统，应从各个不同角度全面分析其优缺点，了解其临床适用范围，并以一些客观的物理指标加以评价。各种评价参数的含义、方法将在第五章X线成像理论中详述。2023-1-1254一、电磁波透射成像用透射方法成像时，需考虑的主要因素：分辨力、衰减。从分辨力的角度考虑：用于成像的辐射波的波长至少应小于1.
32、0cm；从衰减的角度考虑：若衰减过大，则很难检测到透过人体的射线；若衰减过小，则不能得到对比清晰的图像。2023-1-1255二、超声成像与X线成像超声波与X线在人体组织中的传播过程不同，因此这两种成像方式有明显不同的特点：1、X线波长短（110-12510-11m），在人体内沿直线传播，不受组织差异的影响，图像分辨率高；诊断用超声波波长为0.5mm左右，在人体中传播时将发生衍射，造成图像分辨力降低，这是超声成像制约因素。2、空气对超声波呈现明显的衰减特性；而空气对X线的衰减作用可忽略不计。2023-1-12563、超声成像可直接获取三维空间中某一特定点的信息，即可方便地获取人体断面图像；而X
33、线难以有选择地对所指定的平面成像。4、对人体有无危害是它们之间的一个重要区别。5、具有各自最适宜的临床应用范围。脉冲回波式超声适用于腹内软组织结构或心脏的显像，不宜对胸腔肺部进行检查；X线探查胸腔很成功，但对腹部检查只能显示极少的器官（若采用X线造影法，也可有选择地对特定器官显像。）2023-1-1257三、MR成像与CT线成像四、形态学成像与功能成像形态学成像：X线成像显示的是人体结构的解剖学形态，对疾病的诊断主要是根据形态上的密度变化，较难在病理研究中发挥作用。功能成像：放射性同位素能直接显示脏器功能，特别是代谢方面的问题。功能成像一般可分为有源和无源两类。2023-1-1259五、对人体
34、的安全性评价X线与放射性同位素成像给人体造成电离辐射损伤时注意其差别：（1）X线摄影时，辐射强度相对较大，但照射时间短；（2）放射性同位素材料浓度虽低，但对人体的照射持续较长时间，直至其排出体外或衰变结束。（3）因此，进行X线检查时应尽可能减少对人体的照射剂量；选择放射性材料时，应考虑其具有较短的半衰期。（4）超声成像无损、无创，特别是对敏感区域，如胎儿与眼部的检查，比X线安全得多。但对发育初期的胚胎，也应慎用。2023-1-12602023-1-1261成像技术基本原理测试对象观察目的分辨力对人体伤害成像效果普通X线各种组织对X线吸收不同吸收系数组织形态高大三维组织成像在二维平面上X-CT计
35、算机重建与处理吸收系数组织形态高大二维断面影像；空间分辨力较屏-片系统差；密度分辨力高。MRI氢原子的磁共振现像重建图像质子参数密度分布T1，T2组织形态化学组成器官功能高小二维分布像；空间分辨力较CT差；脏器对比度较大；USI超声波在遇到组织界面时，产生较强回波声阻（回波信号）体内界面形状低低分辨力较高核素成像同位素放射重建图像放射活性分布组织形态器官代谢功能低中获得脏器和组织的形态图像；观测器官的功能；观测组织的生理、生化现象；几种成像系统技术比较几种成像系统技术比较计算机医学图像的分辨率计算机医学图像的分辨率和采集方式、转换精度、处理方法及显示视窗的清晰度等诸多因素有关。1图像分辨率：指
36、图像中存储的信息量，是每英寸图像内有多少个像素点，分辨率的单位为PPI(Pixels Per Inch)，通常叫做：像素每英寸。2空间分辨率：对于摄影影像，通常用单位长度内包含可分辨的黑白“线对”数表示（线对/毫米）；2023-1-1262CT的空间分辨力、密度分辨率空间分辨力在CT设备中有时又称作几何分辨力或高对比度分辨力，它是指在高对比度的情况下鉴别细微结构的能力，也即显示最小体积病灶或结构的能力。在评价CT图像质量的时候，经常首先考虑空间分辨力。CT图像由于检测器有一定大小，取样有一定距离，所以空间分辨力由X线管焦点的几何尺寸决定，而基本与X射线剂量大小无关。在X线剂量一定的情况下，空间
37、分辨力与密度分辨力存在一定的制约关系，不可能同时改善空间分辨力与对比度分辨力。密度分辨率表示的是影像中能显示的最小密度差别。CT的密度分辨率受噪声和显示物的大小所制约,噪声越小和显示物越大,密度分辨率越佳。CT图像的密度分辨率比X线照片高得多。2023-1-1263第四节 医学影像展望国际上医学影像技术原来称为放射技术，现代医学影像技术未来发展趋向：1.在保证人身安全的前提下，努力改进信息传递方式，提高信息传递效率并开创新的信息表达方式，提高图像显示质量；2.其最终的医疗意义是更精确地发现人体组织初期病理变化，为早期诊断、治疗提供依据。2023-1-1264一一、医学影像学医学影像学发展历程发
38、展历程 1895年11月8日，德国物理学家威廉康拉德伦琴(Wilhelm Conrad Rontgen)发现了X线。1895 年11月22日，伦琴利用X线为其夫人拍摄了手的照片开始了X线摄影。1901年伦琴被授予诺贝尔物理奖。放射技术伊始放射技术伊始1.1895年12月22日，世界第1张X线照片诞生。2.1896年，制成第1台气体电离式X线管；1896年2月3日，制造出了第1台医用X线设备。3.1896年，荧光屏是由一张卡片纸的一面涂上铂氰化钡制成的，不久，爱迪生发现了酸钙(CaW04)的荧光物质比铂氰化钡成像效果好，他制造出了自己的荧光屏装置(爱迪生荧光检查器)。20世纪10-20年代，出现
39、了常规X线机。1913年，Gusrav Bucky博士制作出控制散射线的滤线栅，同年推出了X线胶片。4.20世纪60年代中、末期形成了较完整的放射诊断或放射学（radio）学科体系。医技一体阶段医技一体阶段 20世纪1020年代大部分医用X线设备由特定的医师来操作。当时已经有了放射技术工作，但没有专门的技术人员。医生既是诊断大夫，也是放射技师。技术工作无理论，是医生的附属工作。医技分家阶段医技分家阶段 随着X线设备的发展，出现了较现代化的设备，由于医生的诊断工作量较大，他们逐渐不能兼任技师工作，需要专门的技术人员操作设备。最早的x线操作人员除x线摄影师外，还包括物理学家、化学家、工程师、电学家
40、、护士，甚至杂工等。他们被吸收进来操作x线机，为诊疗者摆位等，直到被称为X线技术人员。X线技术人员逐渐地从非X线技师，进展到技术熟练的、受过培训的技师。20世纪60年代，随着X线技术的发展，要求x线技术人员拥有各方面的知识，并与相关设备、患者、物理学家、放射诊断学家和管理者之间保持必要的关系。形成独立学科阶段形成独立学科阶段1.随着工业发展，医学成像设备不断更新，同时医生又需要高质量的照片，由于实际工作需要，有专家学者提出办学，培养放射技术人员。2.我国于50年代创办放射技术专业中专，教师从老技师中挑选。3.如今已有了正规、完善的本科、研究生教育。1、开发超高分辨力的显示系统2、提高成像设备的
41、性能，增加新的功能CT方面：继续提高空间分辨力和扫描速度，重点研究疾病在新陈代谢方面的变化，降低成本 。磁共振方面：高场（1.5T,3.0T,7.0T）；高性价比。功能磁共振成像（fMRI）、弥散张量成像（DTI）、磁共振波谱成像（MRS）是今后发展的方向。超声方面：彩色血流成像（CFM）、腔内超声成像、数字处理三维图像显示、超声CT 等。2023-1-1270二、提高成像设备的性能二、提高成像设备的性能三、分子影像分子影像学（分子影像学（molecular imaging）：）：是运用影像学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平变化，对其生物学行为在影像方面进行
42、定性和定量研究的科学。因此，分子影像学是将分子生物学技术和现代医学影像学相结合的产物，而经典的影像诊断（X线、CT、MR、超声等）主要显示的是一些分子改变的终效应，具有解剖学改变的疾病；而分子影像学通过发展新的工具、试剂及方法，探查疾病过程中细胞和分子水平的异常，在尚无解剖改变的疾病前检出异常，为探索疾病的发生、发展和转归，评价药物的疗效中，起到连接分子生物学与临床医学之间的桥梁作用。2023-1-1271四、医学图像存储与通讯系统（picture archiving and communication systems,PACS)PACS是基于现代计算机和通讯技术，替代传统的胶片格式图像，以数
43、字格式处理图像，从而以高效率、高性能价格比来检查、存储、查询、提取 医学图像。其特点是利用计算机通讯网络在图像获取设备、图像存储设备、医学图像工作站等PACS设备之间实现数据传送。2023-1-1272PACS系统优势 应用PACS系统可望取得以下明显效果：1.实现过去与现在的图像对比，提高诊断精度；2.经过图像处理，可以更容易、更精确地发现病灶；3.除查询病历和其他资料外，还可以作化验、心电图记录，比人工取片、查寻等更省时省力。4.从临床使用的角度来看，其操作的实时性和获得图像信息的可靠性，尤其可贵。2023-1-1273未来发展趋势从模拟到数字；从平面到立体；从局部到整体；从宏观到微观；从
44、静态到动态；从形态到功能；从单一到综合；要获得多时相（动态）图像、多维图像、多参数图像、多模式图像，以供临床多种诊断指标（包括病灶检测、定性、脏器功能评估、血流估计等）、治疗（包括三维定位、体积计算、外科手术规划等）的多种参考以及多地域显示观察。2023-1-1274本章小结主要内容主要内容 发展历史与现状 医学成像系统评价 医学成像技术展望重点重点 五种常用医学成像系统的历史，特点 五种常用医学成像系统的对比2023-1-1275本章习题1、目前主要的医学成像系统有哪几种？2、几种成像系统在原理、测试对象、观察目的、分辨力、对人体伤害、临床适用性等方面的比较？3、医学成像系统的总的发展趋势是什么？4、哪些成像系统会对人体造成电离辐射？2023-1-1276
