影像诊断学教案第一章总论.docx
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影像诊断学教案第一章总论
第一章 总 论
影像学新进展
伦琴（WilhelmConradRotgen）1895年发现X线以后不久，X线就被用于人体检查，进行疾病诊断，形成了放射诊断学（diagnosticradiology）这一新学科，并奠定了医学影像学（medicalimaging）的基础。
至今放射诊断学仍是医学影像学中的重要内容，应用普遍。
20世纪50年代到60年代开始应用超声与核素显像进行人体检查，出现了超声成像（ultrasonogra－phy）和Y闪烁成像（Y－scintigraphy）。
70年代和80年代又相继出现了X线计算机体层成像（X－raycomputedtomography，X－rayCT或CT）
、磁共振成像（magneticresonancelma－ging，MRI）
和发射体层成像（emissioncomPutedtomograPhy，ECT），包括单光子发射体层成像（singlePhotonemissioncomputedtomograPhy，SPECT）与正电子发射体层成像（Post－tronem1ss1ontomograPhy，PET）等新的成像技术。
这样，仅100年多一点的时间就形成了包括放射诊断的影像诊断学（iagnosticimaging）。
虽然各种成像技术的成像原理与方法不同，诊断价值与限度亦各异，但都是使人体内部结构和器官成像，借以了解人体解剖与生理功能状况及病理变化，以达到诊断的目的，都属于活体器官的视诊范畴，是特殊的诊断方法。
近30年来，由于微电子学与电子计算机的发展以及分子医学的发展，致使影像诊断设备不断改进，检查技术也不断创新。
影像诊断已从单一的形态成像诊断发展为形态成像、功能成像和代谢成像并用的综合诊断。
继CT与MRI之后，又有脑磁源图（magnetic”sourceima－ging，MSI）应用于临床。
分子影像学（molecularimaging）也在研究中。
影像诊断学的发展还有很大潜力。
现在数字成像已由CT与MRI等扩展到X线成像，使传统的模拟X线成像也改成为数字成像
。
数字成像改变了图像的显示方式，图像解读也由只用照片观察过渡到兼用屏幕观察
，到计算机辅助检测（computeraideddetection，CAD）。
影像诊断也试用计算机辅助诊断（corn－uteraideddiagnosis，CAD），以减轻图像过多、解读费时的压力。
图像的保存、传输与利用，由于有了图像存档与传输系统（pictureachivingandcommunicationsystem，PACS）
而发生巨大变化，并使远程放射学（teleradiology）成为现实，极大地方便了会诊工作。
由于图像数字化、网络和PACS的应用，影像科将逐步成为数字化或无胶片学科。
70年代兴起的介人放射学（interventionalradiology）是在影像监视下对某些疾病进行治、疗的新技术，使一些用内科药物治疗或外科手术治疗难以进行或难以奏效的疾病得到有效的医治。
介人放射学已成为同内科和外科并列的三大治疗体系之一。
介人放射学发展也很快。
影像监视系统除用X线成像，如数字减影血管造影（digitalsubtractionangi。
graphy，DSA）
外，超声、CT与MRI也应用于临床。
介人治疗的应用范围已扩大到人体各个器官。
结构的多种疾病，疗效不断提高。
在设备、器材与技术上都有很大改善。
在临床应用与理论研究上也都有很大进步。
纵观影像诊断学与介人放射学的应用与发展，可以看出医学影像学的范畴不断扩大，诊治水平明显提高，已成为运用高科技手段最多，在临床医学中发展最快，作用重大的学科之一。
影像学科在临床医疗工作中的地位也有明显提高，已成为医院中作用特殊、任务重大、不可或缺的重要临床科室。
影像学的发展也有力地促进了其它临床各学科的发展。
建国以来，我国医学影像学有很大发展，特别是改革开放以后。
在各医疗单位都建有影像科室，已涌现出一大批学科带头人和技术骨干。
超声、CT、ECT和MRI等先进设备已在较多的医疗单位应用。
不论在影像检查技术和诊断方面或在介人放射学方面都积累了较为丰富的经验。
影像诊断水平和介人治疗的疗效都有明显提高。
我国的医学影像事业必将有更大更快的发展，为我国人民的卫生保健事业作出它应有的贡献。
学习医学影像学应当注意以下几点：
影像诊断的主要依据或信息来源是图像。
各种成像技术所获得的绝大多数图像，不论是X线、CT或MRI都是以从黑到白不同灰度的图像来显示的，但不同的成像手段，其成像原理不同，例如X线与CT的成像基础是依据相邻组织间的密度差别，而MRI则是依据MR信号的差别。
正因如此，正常器官与结构及其病变在来自不同成像技术的图像上影像表现不同。
例如骨皮质在X线与CT上呈白影，而在MRI上则呈黑影。
因此，需要了解不同成像技术的基本成像原理及其图像特点，并能由影像表现推测其组织性质。
影像诊断主要是通过对图像的观察、分析、归纳与综合而作出的。
因此，需要掌握图像的观察与分析方法，并能辨别正常表现与异常表现以及了解异常表现的病理基础及其在诊断中的意义。
不同成像技术在诊断中都有各自的优势与不足。
对某一疾病的诊断，可能用一种检查就可明确诊断，例如外伤性骨折，X线检查就多可作出诊断；也可能是一种检查不能发现病变，而另一种检查则可确诊，例如肺的小结节性病变，胸部X线片未发现，而CT则能检出并诊断为肺癌；也可能是综合几种成像手段与检查方法才能明确诊断。
因此，就需要了解不同的成像手段在不同疾病诊断中的作用与限度，以便能恰当的选择一种或综合应用几种成像手段和检查方法，来进行诊断。
影像学检查在临床医学诊断中的价值是肯定的，但应指出其诊断的确立是根据影像表现而推论出来的，并未直接看到病变。
因此，影像诊断有时可能与病理诊断不一致，这是影像诊断的限度。
在进行诊断时，还必须结合临床材料，包括病史、体检和实验室检查结果等，互相印证，以期作出正确的诊断。
介人放射学与影像诊断学不同，有其自身的特点，诸如治疗机理、技术操作与临床应用原则等。
因此，需要了解其基本技术与理论依据，价值与限度和不同治疗技术的适应证、禁忌证与疗效，以便能针对不同疾病合理选用相应的介人治疗技术。
本教材所介绍的内容也将从上述几项要点着眼。
第一章 总 论
CT的临床应用
CT是HounsfieldG．N．1969年设计成功，1972年问世的。
CT不同于普通X线成像，它是用X线束对人体层面进行扫描，取得信息，经计算机处理而获得的重建图像，是数字成像而不是模拟成像。
它开创了数字成像的先河。
CT所显示的断层解剖图像，其密度分辨力（densityresolution）明显优于X线图像，使X线成像不能显示的解剖结构及其病变得以显影，从而显著扩大了人体的检查范围，提高了病变检出率和诊断的准确率。
CT作为首先开发的数字成像大大促进了医学影像学的发展。
继CT之后又开发出MRI与ECT等新的数字成像，改变了影像的成像技术。
由于这一贡献，HounsfieldG．N．获得了1979的诺贝尔奖金。
第一节CT成像基本原理与设备
一、CT成像基本原理
CT是用X线束从多个方向对人体检查部位具有一定厚度的层面进行扫描，由探测器而不用胶片接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，再经模拟／数字转换器转为数字，输人计算机处理。
图像处理时将选定层面分成若干个体积相同的立方体，称之为体素（voxel），见图2－1。
扫描所得数据经计算而获得每个体素的X线衰减系数或称吸收系数，再排列成矩阵，即构成数字矩阵，见图2－2。
数字矩阵中的每个数字经数字／模拟转换器转为由黑到白不等灰度的小方块，称之为像素（pixel），并按原有矩阵顺序排列，即构成CT图像。
所以，CT图像是由一定数目像素组成的灰阶图像，是数字图像，是重建的断层图像。
每个体素X线吸收系数可通过不同的数学方法算出，不在此赘述。
二、CT设备
CT装置发展很快，性能不断提高。
初始设计成功的CT装置，要一个层面一个层面地扫描，扫描时间长，一个层面的扫描时间在4分钟以上，像素大，空间分辨力（spatialresolution）低，图像质量差，而且只能行头部扫描。
经不断改进，扫描时间缩短，图像质量改善，并可行全身扫描。
但扫描方式仍是层面扫描。
1989年设计成功螺旋CT又发展为多层螺旋CT，才由层面扫描改为连续扫描，CT的性能有很大的提高。
此前，在20世纪80年代还设计出电子束CT（electronbeamCT，EBCT）。
对这三种装置分述于下。
（一）普通CT
主要有以下三部分：
①扫描部分，由X线管、探测器和扫描架组成，用于对检查部位进行扫描；②计算机系统，将扫描收集到的信息数据进行存储运算；③图像显示和存储系统，将计算机处理、重建的图像显示在显示器（影屏）上并用照相机将图像摄于照片上，数据也可存储于磁盘或光盘中。
CT成像流程及装置如图2－3。
扫描方式不同，有旋转式和固定式，见图2－4。
X线管采用CT专用X线管，热容量较大。
探测器用高转换率的探测器，其数目少则几百个，多则上千个。
目的是获得更多的信息量。
计算机是CT的“心脏”，左右着CT的性能。
计算机用多台微处理机，使CT可同时行多种功能运转，例如同时行图像重建、存储与照相等。
普通CT装置将逐步由SCT或MSCT装置所取代。
（二）螺旋CT
螺旋CT是在旋转式扫描基础上，通过滑环技术与扫描床连续平直移动而实现的。
滑环技术使得X线管的供电系统只经电刷和短的电缆而不再用普通CT装置的长电缆。
这样就可使X线管连续旋转并进行连续扫描。
在扫描期间，床沿纵轴连续平直移动。
管球旋转和连续动床同时进行，使X线扫描的轨迹呈螺旋状，故得名螺旋扫描（图2－5）。
扫描是连续的，没有扫描间隔时间。
不像普通CT那样，一个层面接一个层面地扫描，有扫描间隔时间，结果是SCT使整个扫描时间大大缩短。
螺旋CT的突出优点是快速容积扫描，在短时间内，对身体的较长范围进行不间断的数据采集，为提高CT的成像功能，如图像后处理创造了良好的条件。
螺旋CT在CT发展史中是一个重要的里程碑，也是今后CT发展的方向。
近年开发的多层螺旋CT，进一步提高了螺旋CT的性能。
多层螺旋CT可以是2层，4层，8层，10层乃至16层（图2－6）。
设计上是使用锥形X线束和采用多排宽探测器。
例如16层螺旋CT采用24排或40排的宽探测器。
多层螺旋CT装置（例如16层）与一般螺旋CT相比，扫描时间更短，管球旋转360°一般只用0.5s，扫描层厚可更薄，一般可达0.5mm，连续扫描的范围更长，可达1.5m，连续扫描时间更长已超过100s。
改进螺旋CT装置的研究主要在探测器上，包括用超宽、多排探测器和平板探测器。
SCT给操作带来很多方便：
检查时间缩短，增加了患者的流通量；容易完成难于合作或难于制动患者或运动器官的扫描；一次快速完成胸、腹部和盆部的检查；有利于运动器官的成像和动态观察；对比增强检查时，易于获得感兴趣器官或结构的期相表现特征。
获得连续层面图像，可避免层面扫描中所致小病灶的漏查。
在图像显示方式上也带来变化，连续层面数据，经计算机后处理可获得高分辨力的三维立体图像，实行组织容积和切割显示技术、仿真内镜技术和CT血管造影等。
还可行CT灌注成像。
在临床应用上，多层螺旋CT
可行低辐射剂量扫描，给肺癌与结肠癌的普查创造了有利条件；扫描时间的缩短，使之可用于检查心脏，包括冠状动脉，心室壁及瓣膜的显示，而且通过图像重组处理可以显示冠状动脉的软斑块。
MSCT所得的CT血管造影使肢体末梢的细小血管显示更加清楚。
CT灌注成像已用于脑、心脏等器官病变毛细血管血流动力学的观察，通过血容量、血流量与平均通过时间等参数的测定，可评价急性脑缺血和急性心肌缺血以及判断肿瘤的良性与恶性等。
综上所述，SCT，特别是MSCT拓宽了检查与应用范围，改变了图像显示的方式，提高了工作效率，也提高了诊断水平。
MSCT的应用也带来一些诸如患者扫描区辐射量增加和图像数量过多，引起解读困难等问题。
对此已引起关注，并加以解决。
MSCT每次检查将提供数百帧甚至更多的横断层图像，按常规办法进行解读和诊断，是极为费时和困难的。
如果观察由计算机重组的图像；例如二维或三维的CT血管造影，则较为省时和容易。
当前重组图像已可做到自动与实时。
其次利用计算机辅助检测，对具体病例的大量图像先由计算机进行浏览，用CAD行诊断导向，则可简化解读与诊断的程序，省时、可靠。
当前CAD在乳腺疾病及肺部疾病的应用上已取得较为成熟的经验。
（三）电子束CT
电子束CT又称超速CT（ultrafastCT，UFCT），其结构同普通CT或螺旋CT不同，不用X线管。
EBCT是用由电子枪发射电子束轰击四个环靶所产生的X线进行扫描。
其结构见图2－7。
轰击一个环靶可得一帧图像，即单层扫描，依次轰击4个环靶，并由两个探测器环接收信号，可得8帧图像，即多层扫描。
EBCT一个层面的扫描时间可短到50ms，可行CT电影观察。
与SCT一样可行容积扫描，不间断地采集扫描范围内的数据。
EBCT可行平扫或造影扫描。
单层扫描或多层扫描均可行容积扫描、血流检查和电影检查。
多层扫描有其特殊的优越性。
EBCT对心脏大血管检查有独到之处。
造影CT可显示心脏大血管的内部结构，对诊断先心病与获得性心脏病有重要价值。
了解心脏的血流灌注及血流动力学情况，借以评价心脏功能。
扫描时间短，有利于对小儿、老年和急症患者的检查。
但BCT昂贵，检查费用较高，有X线辐射，心脏造影需注射对比剂，又有MSCT及MRI的挑战，因而限制了它的广泛应用。
第二节CT图像特点
CT图像是由一定数目从黑到白不同灰度的像素按矩阵排列所构成的灰阶图像。
这些像素反映的是相应体素的X线吸收系数。
不同CT装置所得图像的像素大小及数目不同。
大小可以是，；数目可以是512X512或1024X1024不等。
像素越小，数目越多，构成的图像越细致，即空间分辨力高。
普通CT图像的空间分辨力不如X线图像高
。
CT图像是以不同的灰度来表示，反映器官和组织对X线的吸收程度。
因此，与X线图像所示的黑白影像一样，黑影表示低吸收区，即低密度区，如肺部；白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。
但是CT与X线图像相比，有高的密度分辨力。
因此，人体软组织的密度差别虽小，吸收系数多接近于水，也能形成对比而成像。
这是CT的突出优点。
所以，CT可以更好地显示由软组织构成的器官，如脑、脊髓、纵隔、肺、肝、胆、胰以及盆部器官等，并在良好的解剖图像背景上显示出病变的影像。
X线图像可反映正常与病变组织的密度，如高密度和低密度，但没有量的概念。
CT图像不仅以不同灰度显示其密度的高低，还可用组织对X线的吸收系数说明其密度高低的程度，具有一个量的标准。
实际工作中，不用吸收系数，而换算成CT值，用CT值说明密度，单位为HU（HounsfieldUnit）。
水的CT值为OHU，人体中密度最高的骨皮质吸收系数最高，CT值为十1000HU，而空气密度最低，为一1000HU。
人体中密度不同的各种组织的CT值则居于一1000到十1000HU的2000个分度之间（表2－1）。
由表2－1可见人体软组织的CT值多与水相近，但由于CT有高的密度分辨力，所以密度差别虽小，也可形成对比而显影。
CT图像是断层图像，常用的是横断面或称轴面。
为了显示整个器官，需要多帧连续的断层图像。
通过CT设备上图像重组程序的使用，可重组冠状面和矢状面的断层图像。
第三节CT检查技术
一、普通CT扫描
患者卧于检查床上，摆好位置，选好层面厚度与扫描范围，并使扫描部位伸人扫描架的孔内，即可进行扫描。
大都用横断面扫描，层厚用5或10mm，如需要可选用薄层，如lmm或2mm。
扫描时患者要制动，胸、腹部扫描要屏气。
因为轻微的移动或活动可造成伪影，影响图像质量。
CT检查分平扫（plainCTscan）、对比增强扫描（contrastenhancement，CE）和造影扫描。
1．平扫是指不用对比增强或造影的普通扫描。
一般都是先行平扫。
2．对比增强扫描是经静脉注人水溶性有机碘对比剂后再行扫描的方法，较常应用。
血管内注入碘对比剂后，器官与病变内碘的浓度可产生差别，形成密度差，可能使病变显影更为清楚。
常用方法为团注法（bolusinjection），即在二十几秒内将全部对比剂迅速注人。
3．造影扫描是先行器官或结构的造影，然后再行扫描的方法。
临床应用不多。
例如向脑池内注人碘苯六醇或注人空气行脑池造影再行扫描，称之为脑池造影CT扫描，可清楚显示脑池及其中的小肿瘤。
上述三种扫描在普通CT、螺旋CT和电子束CT上均可进行，也是CT检查的基本扫描方法，特别是前二种。
在工作中常提及高分辨力CT（hishresolutionCT，HRCT），是指获得良好空间分辨力CT图像的扫描技术。
在SCT装置上不难完成。
如用普通CT装置，则要求短的扫描时间；薄的扫描层厚，如1～1．smm；图像重建用高分辨力算法，矩阵不低于512X512。
高分辨力CT，可清楚显示微小的组织结构，如肺间质的次级肺小叶间隔，小的器官如内耳与听骨等。
对显示小病灶及病变的轻微变化优于普通CT扫描。
二、图像后处理技术
螺旋CT，扫描时间与成像时间短，扫描范围长，层厚较薄并获得连续横断层面数据，经过计算机后处理，可重组冠状、矢状乃至任意方位的断层图像，并可得到其它显示方式的图像。
1．再现技术再现技术（renderingtechnic）有三种，即表面再现（surfacerendering）、最大强度投影（maximumintensityprqection，MIP）和容积再现（volumerendering）技术。
再现技术可获得CT的三维立体图像，使被检查器官的影像有立体感，通过旋转而可在不同方位上观察。
多用于骨骼的显示和CT血管造影（CTangiography，CTA）。
容积再现技术：
是利用全部体素的CT值，行表面遮盖技术并与旋转相结合，加上假彩色编码和不同程度的透明化技术（transparency），使表面与深部结构同时立体地显示。
例如在胸部用于支气管、肺、纵隔、肋骨和血管的成像，图像清晰、逼真。
CTA：
是静脉内注人对比剂后行血管造影CT扫描的图像重组技术，可立体地显示血管影像。
目前CTA显示血管较为完美，主要用于脑血管、肾动脉、肺动脉和肢体血管等。
对中小血管包括冠状动脉都可显示。
CTA所得信息较多，无需插管，创伤小，只需静脉内注人对比剂。
因之，已成为实用的检查方法。
CTA应用容积再现技术可获得血管与邻近结构的同时立体显示。
仿真血管内镜可清楚显示血管腔，用于诊断主动脉夹层和肾动脉狭窄等。
组织容积与切割显示技术：
使用显示特定组织如肿瘤的软件，可行肿瘤的定量与追踪观察。
切割显示软件根据感兴趣区结构的CT值，可分离显示彼此重叠的结构，如肺、纵隔和骨性胸廓。
2．仿真内镜显示技术仿真技术是计算机技术，它与CT或MRI结合而开发出仿真内镜功能。
容积数据同计算机领域的虚拟现实（virtualreality）结合，如管腔导航技术（naviga－non）或漫游技术（flythrough）可模拟内镜检查的过程，即从一端向另一端逐步显示管腔器官的内腔。
行假彩色编码，使内腔显示更为逼真。
有仿真血管镜、仿真支气管镜、仿真喉镜、仿真鼻窦镜、仿真胆管镜和仿真结肠镜等，效果较好。
目前几乎所有管腔器官都可行仿真内镜显示，无痛苦，易为患者所接受。
仿真结肠镜可发现直径仅为5mm的息肉，尤其是带蒂息肉。
不足的是受伪影的影响和不能进行活检。
三、CT灌注成像
CT灌注成像是经静脉团注有机水溶性碘对比剂后，对感兴趣器官，例如脑（或心脏），在固定的层面行连续扫描，得到多帧图像，通过不同时间影像密度的变化，绘制出每个像素的时间——密度曲线，而算出对比剂到达病变的峰值时间（peaktime，PT）、平均通过时间（meantransittime，Mxx）、局部脑血容量（regionalcerebralbloodvolume，rCBV）和局部脑血流量（regionalcerebralbloodflow，rCBF）等参数，再经假彩色编码处理可得四个参数图。
分析这些参数与参数图可了解感兴趣区毛细血管血流动力学，即血流灌注状态。
所以是一种功能成像。
当前主要用于急性或超急性脑局部缺血的诊断、脑梗死及缺血半暗带的判断以及脑瘤新生血管的观察，以便区别脑胶质细胞瘤的恶性程度。
也应用于急性心肌缺血的研究，其结果已接近MR灌注成像。
近来也有用于肺、肝、胰和肾的研究报告。
CT灌注成像比MR灌注成像操作简单、快捷，是有发展前途的成像技术。
第四节CT诊断的临床应用
CT诊断由于它的特殊诊断价值，已广泛应用于临床。
但也应在了解其优势的基础上，合理的选择应用。
CT可应用于下述各系统疾病的诊断。
中枢神经系统疾病的诊断CT价值较高，应用普遍。
对颅内肿瘤、脓肿与肉芽肿、寄生虫病、外伤性血肿与脑损伤、缺血性脑梗死与脑出血以及椎管内肿瘤与椎间盘突出等病诊断效果好，诊断较为可靠。
因此，除DSA仍用以诊断颅内动脉瘤、脑血管发育异常和脑血管闭塞以及了解脑瘤的供血动脉以外，其他如气脑、脑室造影等均已不用。
螺旋CT，可获得比较精细和清晰的血管重组图像，即CTA，而且能做到三维实时显示，所以临床应用日趋广泛。
对头颈部疾病的诊断，CT也很有价值。
例如，对眶内占位病变、早期鼻窦癌、中耳小胆脂瘤、听骨破坏与脱位、内耳骨迷路的轻微破坏、耳先天发育异常以及鼻咽癌的早期发现等。
当病变明显，X线平片虽可确诊，但CT检查可观察病变的细节。
至于听骨与内耳骨迷路则需要用CT观察。
胸部疾病的CT诊断，
已日益显示出它的优越性。
对肺癌和纵隔肿瘤等的诊断，很有帮助。
低辐射剂量扫描可用于肺癌的普查。
肺间质和实质性病变也可以得到较好的显示。
CT对平片较难显示的病变，例如同心、大血管重叠病变的显示，更具有优越性。
对胸膜、隔、胸壁病变，也可清楚显示。
心及大血管CT诊断价值的大小取决于CT装置。
需要使用多层螺旋CT或EBCT，而普通CT诊断价值不大。
冠状动脉和心瓣膜的钙化和大血管壁的钙化，螺旋CT和EBCT检查可以很好显示。
对于诊断冠心病有所帮助。
心腔及大血管的显示，需要经血管注人对比剂，行心血管造影CT，并且要用螺旋CT或EBCT进行扫描。
心血管造影CT对先心病如心内、外分流和大血管狭窄以及瓣膜疾病的诊断有价值。
多层螺旋CT，通过图像重组可显示冠状动脉的软斑块。
CT灌注成像还可对急性心肌缺血进行观察.
腹部及盆部疾病的CT检查，应用也日益广泛，主要用于肝、胆、胰、脾，腹膜腔及腹膜后间隙以及肾上腺及泌尿生殖系统疾病的诊断，尤其是肿瘤性、炎症性和外伤性病变等。
胃肠病变向腔外侵犯以及邻近和远处转移等，CT检查也有价值。
当然，胃肠管腔内病变情况主要仍依赖于钡剂造影和内镜检查及病理活检。
骨骼肌肉系统疾病，多可通过简便、经济的X线检查确诊，使用CT检查较少。
但CT对显示骨变化如骨破坏与增生的细节较X线成像为优。
MR的临床应用
磁共振成像（magneticresonanceimaging，MRI）是利用原子核在磁场内所产生的信号经重建成像的一种影像技术。
早在1946年Block和Purcell就发现了物质的核磁共振现象并应用于化学分析上，而形成了核磁共振波谱学。
1973年1。
auterbur发表了MRI成像
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