【正文】 醫(yī)學(xué)影像診斷 1. X線成像 2. XCT成像 3. MRI成像 1. X線成像 ?X線的本質(zhì)：電磁輻射 ?常用 X線診斷設(shè)備： X線機、數(shù)字 X線攝影設(shè)備（ DSA、 CR、 DR）和 X線計算機體層（ X線 CT）等。 ? X線的特征 ? X射線成像原理 ? 計算機 X線攝影（ CR） ? X線攝影系統(tǒng)（ DR） ? X線對人體的傷害 X線的特征 ?X射線在電磁輻射中的特點屬于高頻率、波長短的射線 ?X射線的頻率約在 3 1016～ 3 1020 Hz之間，波長約在 10～ 103nm之間 ? X線診斷常用的 X線波長范圍為 ～ X線的特征 X線的特征 1. X射線的波粒二象性 ? X射線同時具有波動性和微粒性，統(tǒng)稱為波粒二象性 。 ? X射線在傳播時，它的波動性占主導(dǎo)地位，具有頻率和波長，且有干涉、衍射等現(xiàn)象發(fā)生。 ? X射線在與物質(zhì)相互作用時，它的粒子特性占主導(dǎo)地位，具有質(zhì)量、能量和動量。 X線的特征 2. X射線與物質(zhì)間的相互作用 （ 1） X射線的穿透作用 。 其貫穿本領(lǐng)的強弱與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān) X線的特征 2. X射線與物質(zhì)間的相互作用 （ 2） X射線的熒光作用 。 X射線是肉眼看不見的 ， 但當(dāng)它照射某些物質(zhì)時 ， 如磷 、 鉑氰化鋇 、 硫化鋅 、 鎢酸鈣等 ， 能夠使這些物質(zhì)的原子處于激發(fā)態(tài) ， 當(dāng)它們回到基態(tài)時就能夠發(fā)出熒光 ， 這類物質(zhì)稱熒光物質(zhì) 。 醫(yī)學(xué)中透視用的熒光屏 、 X射線攝影用的增感屏 、 影像增強器中的輸入屏和輸出屏都是利用熒光特性做成的 。 （ 3） X射線的電離作用 。 X射線雖然不帶電 ， 但具有足夠能量的 X光子能夠撞擊原子中軌道電子 ， 使之脫離原子產(chǎn)生一次電離 。 電離作用也是 X射線損傷和治療的基礎(chǔ) 。 X線的特征 2. X射線與物質(zhì)間的相互作用 （ 4） X射線的熱作用 。 X射線被物質(zhì)吸收 ， 絕大部分最終都將變?yōu)闊崮?， 使物體溫升 。 （ 5） X射線的化學(xué)效應(yīng) 。 X射線能使多種物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng) 。 例如 ， X射線能使照相底片感光 。 （ 6） X射線的生物效應(yīng) 。 生物組織經(jīng)一定量的 X射線照射 ， 會產(chǎn)生電離和激發(fā) ， 使細胞受到損傷 、 抑制 、 死亡或通過遺傳變異影響下一代 ， 這種現(xiàn)象稱為 X射線的生物效應(yīng) 。 這個特性可充分應(yīng)用在腫瘤放射治療中 。 1. 2 X射線成像原理 當(dāng)高速帶電粒子撞擊物質(zhì)受阻而突然減速時 ， 能夠產(chǎn)生 X 射線 。 醫(yī)學(xué)影像診斷所用的 X線產(chǎn)生設(shè)備是 X線管 （ Xray tube， 球管 ） 。 1． X射線的產(chǎn)生 X射線的產(chǎn)生需要的基本條件是： （ 1） 有高速運動的電子流； （ 2） 有阻礙帶電粒子流運動的障礙物 （ 靶 ） ， 用來阻止電子的運動 ， 可以將電子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)?X射線光子的能量 。 1. 2 X射線成像原理 X射線的產(chǎn)生裝置主要包括三部分： X射線管 、 高壓電源及低壓電源 ， 如圖 。 1. 2 X射線成像原理 2. X射線人體成像 使用 X射線對人體進行照射 ， 并對透過人體的 X射線信息進行采集 、 轉(zhuǎn)換 ， 并使之成為可見的影像 ， 即為 X射線人體成像 。 （ 1） X射線影像的形成 當(dāng)一束強度大致均勻的 X射線投照到人體上時 ， X 射線一部分被吸收和散射 ， 另一部分透過人體沿原方向傳播 。 由于人體各種組織 、 器官在密度 、 厚度等方面存在差異 ， 對投照在其上的 X射線的吸收量各不相同 ， 從而使透過人體的 X射線強度分布發(fā)生變化并攜帶人體信息 ， 最終形成 X射線信息影像 。 X射線信息影像不能為人眼識別 ， 須通過一定的采集 、 轉(zhuǎn)換 、 顯示系統(tǒng)將 X射線強度分布轉(zhuǎn)換成可見光的強度分布 ， 形成人眼可見的 X 射線影像 。 1. 2 X射線成像原理 ① 人體不同密度組織與 X線成像的關(guān)系 1. 2 X射線成像原理 ② 人體不同厚度組織與 X線成像的關(guān)系 密度和厚度的差別是產(chǎn)生影像對比的基礎(chǔ)，是 X線成像的基本條件。 1. 2 X射線成像原理 2. X射線人體成像 （ 2） X射線的采集與顯示 ① 醫(yī)用 X 射線膠片與增感屏 醫(yī)用 X射線膠片的主要特性是感光 ， 即接受光照并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng) ， 形成潛影 （ latent image） 。 經(jīng)過對有潛影的膠片處理 （ 暗室處理：顯影 、 定影等 ） 。 使膠片上的潛影轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷牟煌叶?（ gray） 分布像 。 膠片感光層中的鹵化銀還原成金屬銀殘留在膠片上 ， 形成由金屬銀顆粒組成的黑色影像 。 人體組織的物質(zhì)密度高 ， 則吸收 X射線多 ， 在 X射線照片上呈白影；反之 ， 如果組織的物質(zhì)密度低 ， 則吸收 X射線少 ， 在 X射線照片上呈黑影 。 1. 2 X射線成像原理 2. X射線人體成像 （ 2） X射線的采集與顯示 ① 醫(yī)用 X 射線膠片與增感屏 醫(yī)用 X射線增感屏為熒光增感屏 ， 其增感原理為增感屏上的熒光物質(zhì)受到 X射線激發(fā)后 ， 發(fā)出易被膠片所接收的熒光 ， 從而增強對 X 射線膠片的感光作用 。 主要目的是：在實際 X射線攝影中 ， 僅有不到 10%的 X射線光子能直接被膠片吸收形成潛影 ， 絕大部分 X射線光子穿透膠片 ， 得不到有效的利用 。 因此需要利用一種增感方法來增加 X射線對膠片的曝光 ， 以縮短攝影時間 ， 降低 X射線的輻射劑量 。 常采用的增感措施是在暗盒中將膠片夾在兩片增感屏 （ intensifying screen） 之間 ， 然后進行曝光 。 1. 2 X射線成像原理 2. X射線人體成像 （ 2） X射線的采集與顯示 ② X射線電視系統(tǒng) X射線電視系統(tǒng)主要包括 X射線影像增強器 、 光學(xué)圖像分配系統(tǒng) 、 含有攝像機與監(jiān)視器的閉路視頻系統(tǒng)與輔助電子設(shè)備 。 X射線影像增強管是影像增強器的核心部件 。 計算機 X線攝影（ CR） 計算機 X線攝影 （ Computed Radiography， CR）是將 X線透過人體后的信息記錄在成像板 （ Image Plate，IP） 上 ， 經(jīng)讀取裝置讀取后 ， 由計算機以數(shù)字化圖像信息的形式儲存 ， 再經(jīng)過數(shù)字 /模擬 （ D/A） 轉(zhuǎn)換器將數(shù)字化信息轉(zhuǎn)換成圖像的組織密度 （ 灰度 ） 信息 ， 最后在熒光屏上顯示 。 其中 ， 成像板是 CR 成像技術(shù)的關(guān)鍵 。 計算機 X線攝影（ CR） 1. 成像板 （ IP） 成像板 （ IP） 是使用一種含有微量素銪 （ Eu2+） 的鋇氟溴化合物結(jié)晶制作而成能夠采集 （ 記錄 ） 影像信息的載體 ，可以代替 X線膠片并重復(fù)使用 23萬次 。 當(dāng)透過人體的 X線照射到 IP板上時可以使 IP板感光并形成潛影以記錄 X線影像信息 。 成像板的構(gòu)造： （ 1） 表面保護層 。 （ 2） 輝盡性熒光體層 。 （ 3） 基板 （ 支持體 ） 。 （ 4） 背面保護層 。 計算機 X線攝影（ CR） 2． CR圖像的形成過程 （ 1）利用傳統(tǒng) X線設(shè)備曝光， X線穿透被照體后與暗盒內(nèi)的 IP發(fā)生作用，形成潛影。 （ 2）潛影由激光掃描進行讀取， IP被激光激勵后，以紫外線形式釋放出存儲的能量。 （ 3）發(fā)出的熒光被集光器收集后送到光電倍增管，由光電倍增管將其轉(zhuǎn)換成電信號。 （ 4）經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號完成圖像信息讀取與數(shù)字化。 （ 5）數(shù)字信號被送入計算機的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，最終形成屏幕上的可見圖像并被儲存。 計算機 X線攝影（ CR） 計算機 X線攝影（ CR） CR系統(tǒng)的工作流程 （ 1） 信息采集。 傳統(tǒng)的 X線攝影是以 X線膠片為接收介質(zhì)，接受 X線曝光后，經(jīng)顯影、定影后形成圖像，其所獲得的圖像是一幅模擬圖像，無法作任何后處理。 CR系統(tǒng)采用成像板來接受 X線形成的模擬信息，然后通過模 /數(shù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)了數(shù)字化圖像的輸出，從而使傳統(tǒng)的 X線圖像能夠被后處理以及存儲和傳輸。 （ 2） 信息轉(zhuǎn)換。 是指存儲在 IP上的 X線模擬信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信息的過程。 CR的信息轉(zhuǎn)換主要由激光閱讀器、光電倍增管和模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成。 IP在 X線照射時受到第一次激發(fā)產(chǎn)生的連續(xù)的、模擬的信息，在激光閱讀儀的激光掃描中產(chǎn)生第二次激發(fā)，并產(chǎn)生熒光（熒光的強弱與第一次激發(fā)的能量呈線性正相關(guān)）。該熒光經(jīng)高效光導(dǎo)采集器采集，進入光電倍增管變?yōu)橄鄳?yīng)強弱的電信號，由倍增管增幅放大后，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。 計算機 X線攝影（ CR） （ 3） 信息處理 。指用不同的相關(guān)的后處理技術(shù)，根據(jù)診斷的需要實施對圖像的處理，從而達到圖像質(zhì)量的最優(yōu)化。 CR的常用處理技術(shù)有諧調(diào)處理技術(shù)、空間頻率處理技術(shù)和減影處理技術(shù)。 （ 4） 信息的存儲與輸出 。在 CR系統(tǒng)中，掃描 IP后所獲得的信息可被存儲和打印。圖像信息一般被存儲在光盤中，可隨時刻錄和讀取。一盤容量為 2G的可讀寫光盤，可存 5000幅 CR圖像（壓縮比為 1:20，平均每幅圖像的大小是 4M）并能長期保存。 CR系統(tǒng)本身有一個內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的傳輸（包括打印輸出和存儲刻錄輸出），如與 PACS系統(tǒng)連接，還可與 PACS系統(tǒng)進行信息交換。 計算機 X線攝影（ CR） 與普通 X攝影相比較 ， CR的優(yōu)點是： ① 寬容度大 ， 攝影條件易選擇 。 ② 可降低投照輻射量： CR可在 IP獲取信息的基礎(chǔ)上自動調(diào)節(jié)放大增益 ， 最大幅度地減少 X線曝光量 ， 降低病人的輻射損傷 。 ③ 影像清晰度較普通片高 。 ④ 對影像可進行后處理 ， 對曝光不足或過度的膠片可進行后期補救 。 ⑤ 可進行圖像傳輸 、 存儲 。 ⑥ 由于激光掃描儀可以對 IP上的殘留信號進行消影處理 ， IP板可重復(fù)使用 23萬次 。 計算機 X線攝影（ CR） CR的臨床應(yīng)用 ? CR的圖像質(zhì)量與所含的影像信息量可與傳統(tǒng)的X線成像相媲美。圖像處理系統(tǒng)可調(diào)節(jié)對比。故能達到最佳的視覺效果；攝照條件的寬容范圍較大；患者接受的 X線量減少。圖像信息可由磁盤或光盤儲存，并進行傳輸，這些都是 CR的優(yōu)點。 ? CR圖像與傳統(tǒng) X線圖像都是所攝部位總體的重疊影像，因此，傳統(tǒng) X線能攝照的部位也都可以用 CR成像，而且對 CR圖像的觀察與分析也與傳統(tǒng) X線相同。所不同的是 CR圖像是由一定數(shù)目的象素所組成。 計算機 X線攝影（ CR） ? CR對骨結(jié)構(gòu)、關(guān)結(jié)軟骨及軟組織的顯示優(yōu)于傳統(tǒng)的 X線成像，還可行礦物鹽含量的定量分析。 CR易于顯示縱隔結(jié)構(gòu)如血管和氣管 。對結(jié)節(jié)性病變的檢出率高于傳統(tǒng)的 X線成像，但顯示肺間質(zhì)與肺泡病變則不及傳統(tǒng)的 X線圖像。 CR在觀察腸管積氣、氣腹和結(jié)石等含鈣病變優(yōu)于傳統(tǒng) X線圖像。 ? 用 CR進行體層成像優(yōu)于 X線體層攝影。胃腸雙對比造影在顯示胃小區(qū)、微小病變和腸粘膜皺襞上， CR優(yōu)于傳統(tǒng)的 X線造影。 ? CR是一種新的成像技術(shù)，在不少方面優(yōu)于傳統(tǒng)的 X線成像，但從效益 價格比，尚難于替換傳統(tǒng)的 X線成像。在臨床應(yīng)用上， CR不像 CT與 MRI那樣不可代替 。 直接數(shù)字化 X線攝影系統(tǒng)（ DR） 直接數(shù)字化 X射線攝影 （ Digital Radiography， DR） 是在具有圖像處理功能的計算機控制下 ， 采用一維或二維的X射線探測器直接把 X射線信息影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信息的技術(shù) 。 當(dāng)前 DR設(shè)備主要采用二維平板 X射線探測器 （ flat panel detector， FPD)， 包括： （ 1） 非晶態(tài)硅平板探測器 先經(jīng)閃爍發(fā)光晶體轉(zhuǎn)換成可見光再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號 （ 2） 非晶態(tài)硒平板探測器 將 X線直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號 直接數(shù)字化 X線攝影系統(tǒng)（ DR） 系統(tǒng)必須具有 組織均衡 和 能量減影 兩種功能。 ? 組織均衡 ：可以使高密度與低密度組織在圖像中顯示的同樣清晰。脊柱頸胸段和胸腰段由于上下段厚度相差較大，常規(guī)攝影時一段顯示清晰而另一段顯示不清，組織均衡功能使上下段脊椎均能清晰顯示；常規(guī)正位胸片上由于縱隔結(jié)構(gòu)重疊使心臟后的病變顯示不清，通過組織均衡可清晰顯示。 直接數(shù)字化 X線攝影系統(tǒng)（ DR） ? 能量減影 ：俗稱“骨肉分離技術(shù)”，在200毫秒內(nèi)分別以高千伏和低千伏 2次曝光，通過減影同時提供 3幅圖像 —— 標(biāo)準圖像、軟組織圖像、骨組織圖像。軟組織圖像可去除肋骨，使肺部結(jié)節(jié)得到更好顯現(xiàn)；骨組織圖像適用于肺部結(jié)節(jié)內(nèi)鈣化以及肋骨骨折的顯示。能量減影使肺癌檢測的敏感性提高 10％，特異性