第一章 概论(医学影像成像理论)

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CR （Computed Radiography)
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• （2）数字X线摄影(digital radiography，DR） • 直接数字化X射线摄影是指在具有图像处理功能的计算机
控制下，采用专门研制的X射线探测器直接把X射线信息影 像转化为数字图像信息的技术。
• CT成像优势：①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；②密度分辨力高，能显示出普通 X线检查所不能显示的病变；③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；④可进行各种图像的后处理。
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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 Lauterbur）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。
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四、超声成像
• 1942年奥地利科学家达西科（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。
相结合的一种新型成像技术。
• 血管造影检查是对注入血管造影剂前后的图像进行相减， 得到无骨骼、内脏、软组织背景的清晰的血管影象，而血 管的形态，结构反映了多种疾病的基本信息。
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DSA
C臂
探测器
高压注射器
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球管
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检查床
医学影像减影图像
注入造影剂前的影像 注入造影剂后的影像 相减后的影像
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• CT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（μ）分布情况，并以 灰度方式显示人体这一层面上组织、器官的图像。
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➢ 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。
• (3)核素成像：测量放射性药物在体内放射出的γ射线；
• (4)超声成像：测量人体组织、器官对超声的反射波或透射波；
• (5)光学成像：直接利用光学及电视技术，观察人体器官形态；
• (6)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。
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一、X 线成像
• X 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（ρ）、原子序数（Z）以及 厚度（d）的不同，而对X 线的衰减系数（μ）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由屏-片系统（影像增强/3/7
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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。
• 数字X 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。
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• 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 处理的特点。
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• （3）数字血管减影仪（DSA） • 20世纪80年代推出了数字减影血管造影。 • 数字减影血管造影术是常规造影术与电子计算机处理技术
实验 0 0 0 0 2 0 2 0 0 0 4
考核方式
• 平时成绩所占比例为10％，实验成绩所占比例为 20%，期末考试成绩所占比例为70%。
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第一节 医学成像技术的分类
按其成像原理和技术的不同，分为两大领域： 一、以研究生物体微观结构为主要对象的生物医学显微图 像学(biomedical microimaging,BMMI) 二、以人体宏观解剖结构及功能为研究对象的现代医学影 像学(modern medical imaging,MMI)
GE 全数字PET-CT
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GE 生产的 SPECT
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PET 图像
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、生殖等多个 系统，以及腹腔、耳、喉、血管、关节腔等器官。
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医学成像系统
X
CT
磁
放
线成
共
射
成像
振
性
像
成
核
像
素
成
像
超
阻
红
可
声
抗
外
见
成
成
微
光
像
像
波
成
成
像
像
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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线成像：测量穿过人体组织、器官后的X线强度；
• (2)磁共振成像：测量人体组织中同类元素(H)原子核的磁共 振信号；
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• 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：①对人体无辐射损害；②不会因检查而引起人体状态的 改变；③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。
➢ 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：能量→信息信号→检测→图像形成。 ➢ 成像三大要素：成像的信息源（被检体）、信息载体与信
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DSA影像
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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。
➢ 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X射线成像、CT成像、磁共振成像、核医学成像、超声成 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 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 备研究医学成像方法、系统以及设备的能力。
息接收器。
一、 信息影像的传递与形成
（一）模拟X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： • 1．X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
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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。
• 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。
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• MR 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。
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• 《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 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 域的最新发展方向。
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。
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传统X线机
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数字X线影像设备
• （1）计算机X线摄影（computed radiography，CR) 是X线平片数字化的比较成熟的技术。 • CR系统是使用可记录并由激光读出X线成像信息的成像板
（imaging plate ，IP）作为载体，经X线曝光及信息读出 处理，形成数字式平片图像。
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课时安排
章节 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
内容 概论 放射物理基础 模拟X线成像 数字X线成像 X线成像理论 CT成像 磁共振成像 超声成像 核医学成像 总复习 合计
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总学时 2 4 2 2 6 4 6 2 2 2 32
理论 2 4 2 2 4 4 4 2 2 2 28
医学影像成像理论
第一章 概论
概论 第一节 医学成像技术的分类 第二节 医学成像的基本条件 第三节 医学成像系统的评价 第四节 医学影像展望
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概论
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 健康状况进行判断的一门科学技术。
• 微波成像：微波是指波长从0.00l～lμm波段的电磁波（3*108～
3*1012Hz），除利用微波热效应制成的各种临床治疗仪器外，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。
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第二节 医学影像成像的基本条件
• 一、 信息影响传递与形成 • 二、 信息源 • 三、 影像信息载体 • 四、 影像信息接收器 • 五、 影像视读