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1、医学影像设备学概论第一页，讲稿共三十三页哦第一章 医学影像设备学概论w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 w第二节第二节医学影像设备的分类医学影像设备的分类 第二页，讲稿共三十三页哦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w 一常规一常规X线机线机w1895年年11月月8日日，德国物理学家伦琴（，德国物理学家伦琴（WithelmConradRoentgen，18451923）发现）发现X线。线。w1896年年，德国西门子公司研制出世界上第一只，德国西门子公司研制出世界上第一只X线管。线管。w20世纪世纪1020年代年代，出现了常规，出现了常规X线机。线机。
2、wX线管、高压变压器和相关的仪器、设备以及人工对比剂的线管、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、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快速换片机、高压注射器、电视、电影和录像记录系统的应用用w到到20世纪世纪60年代中、末期年代中、末期，已形成了较完整的学科体系，已形成了较完整的学科体系，称为影像设备学。称为影像设备学。w右图为右图为1896年伦琴首次拍摄到他妻子手的年伦琴首次拍摄到他妻子手的X线照片，其无名线照片，其无名指上戴指上戴着一枚戒指）着一枚戒指）第三页，讲稿
3、共三十三页哦电磁波谱第四页，讲稿共三十三页哦w 二二CTw1972年，英国工程师年，英国工程师汉斯菲尔德汉斯菲尔德（G.N.Hounsfield）研制成功世界上第一）研制成功世界上第一台用于颅脑的台用于颅脑的X线计算机体层摄影（线计算机体层摄影（x-raycomputedtomography，X-CT）设备，）设备，简称为简称为X-CT或或CT设备。设备。汉斯菲尔德汉斯菲尔德还研制出英国第一台晶体管还研制出英国第一台晶体管电子计算机电子计算机CT设备是横断面体层，无前后影像重叠，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；同时由于密不受层面上下组织的干扰；同时由于密度分辨力显著提
4、高，能分辨出度分辨力显著提高，能分辨出0.1%0.5%X线衰减系数的差异，比传统线衰减系数的差异，比传统的的X线检查高线检查高1020倍；还能以数字形式倍；还能以数字形式（CT值）作定量分析。值）作定量分析。科马克科马克X线扫描进行图像重建，并提出了线扫描进行图像重建，并提出了精确的数学推算方法精确的数学推算方法.第五页，讲稿共三十三页哦w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。第六页，讲稿共三十三页哦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
5、最高分辨率、最高分辨率、最快扫描、最快扫描、最低辐射、最低辐射、最大信息量最大信息量全身血管及全身血管及脏器无创性脏器无创性检查检查 第七页，讲稿共三十三页哦 w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。第八页，讲稿共三十三页哦w三三MRI设备设备20世纪世纪80年代初年代初（magneticresonanceimaging，MRI）设）设备，简称为备，简称为MRI设备。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、矢它是一种新的非电离辐射式医学成像设备。直接摄取横、冠
6、、矢状层面和斜位等不同体位的体层图像，这是它优于状层面和斜位等不同体位的体层图像，这是它优于CT设备的特设备的特点之一。点之一。2.它能够从人体它能够从人体分子内部分子内部反映出人体器官失常和早期病变，能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。果有极大的优越性。CT不能够提供人体器官的不能够提供人体器官的生理状态信息生理状态信息。当病变组织与周围正常。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。只有当病组织的吸收系数相同时，就无法提供有价值的信息。只有
7、当病变发展到改变了变发展到改变了器官形态。器官形态。也更为精确。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、设备已广泛用于全身各系统，其中以中枢神经、心血管系统、肢体关节和盆腔等效果最好。肢体关节和盆腔等效果最好。4.2003年年彼得彼得曼斯菲尔德曼斯菲尔德与与保罗保罗-劳特布尔劳特布尔由于在磁共振方面的杰出成绩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。而获得诺贝尔生理学和医学奖。第九页，讲稿共三十三页哦万东公司第十页，讲稿共三十三页哦日立单柱开放第十一页，讲稿共三十三页哦w 中场超导（0.7T）开放型开放型MRI设备进一步普及，它便于开展介入操作和
8、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。第十二页，讲稿共三十三页哦w四四数字减影血管造影数字减影血管造影（digitalsubtractionangiography，DSA）、计算机）、计算机X线摄影线摄影（computedradiography，CR）和数字摄影）和数字摄影（digitalradiography，DR）是）是20世纪世纪80年年代、代、90年代开发的数字年代开发的数字X线机。前者具有线机。前者具有少创、少创、实时成像、对比分辨力高、安全、简便实时成像、对比分辨力高、安全、简便等特等特点，后者具有点，后者具有减少曝光量减少曝光量等优点，更重要
9、的等优点，更重要的是可作为数字化图像纳入图像存储与传输系是可作为数字化图像纳入图像存储与传输系统（统（picturearchivingandcommunicationsystems，PACS）。）。第十三页，讲稿共三十三页哦五超声成像、核医学设备五超声成像、核医学设备20世纪世纪50年代和年代和60年代，年代，超声成像（超声成像（ultrasonography，USG）设备）设备和相继出现，当时在医学上的应用往往各成和相继出现，当时在医学上的应用往往各成系统。系统。1972年年X-CT设备的开发，使医学影像设备的开发，使医学影像设备进入了一个以计算机和体层成像相结合、设备进入了一个以计算机和体
10、层成像相结合、以图像重建为基础的新阶段。以图像重建为基础的新阶段。70年代末年代末80年年代初，超声代初，超声CT（ultrasonicCT，UCT）、放）、放射性核素射性核素CT和数字和数字X线机逐步兴起，并应用线机逐步兴起，并应用于临床。尽管这些设备的成像参数、诊断原于临床。尽管这些设备的成像参数、诊断原理和检查方法各不相同，但其结果都是形成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。某种影像，并依此进行诊断。第十四页，讲稿共三十三页哦六介入放射学六介入放射学自自20世纪世纪60年代兴起，于年代兴起，于70年代年代中期逐步应用于临床，近年来尤以介中期逐步应用于临床，近年
11、来尤以介入治疗设备进展迅速。具有安全、简入治疗设备进展迅速。具有安全、简便、经济等特点。便、经济等特点。90年代倍受人们青睐的立体定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，所以也属于医学影来引导或定位的，所以也属于医学影像设备的范畴。像设备的范畴。第十五页，讲稿共三十三页哦w 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
12、构成了现代医学影像设备体系。第十六页，讲稿共三十三页哦第十七页，讲稿共三十三页哦第二节第二节医学影像设备的医学影像设备的分类分类 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医学影像治疗设备第十八页，讲稿共三十三页哦w（一）影像诊断设备（一）影像诊断设备 wX线设备（线设备（常规常规X线设备、数字线设备、数字X线设备、线设备、X-CT设备设备）；）；wMRI设备；设备；w超声设备；超声设备；w核医学设备；核医学设备；w热成像设备；热成像设备；w光学成像设备（医用内镜）光学成像设备（医用内镜）w(二二)、治疗用设备、治疗用设备w1.
13、介入放射学设备介入放射学设备 w2.立体定向放射外科学设备立体定向放射外科学设备第十九页，讲稿共三十三页哦w（一）（一）X线设备线设备wX线线设设备备通通过过测测量量穿穿透透人人体体的的X线线来来实实现现人人体体成成像像。X线线成成像像反反映映的的是是人人体体组组织织的的密密度度变变化化，显显示示的的是是脏脏器器的的形形态态，而而对对脏脏器器功功能能和和动动态态方方面面的的检检测测较较差差。此此类类设设备主要有常规备主要有常规X线机、数字线机、数字X线机和线机和X-CT设备等。设备等。w以以X线作为医学影像信息的载体，出于两方面的考线作为医学影像信息的载体，出于两方面的考虑，即虑，即分辨力和衰
14、减系数分辨力和衰减系数。从分辨力来看，为了获得有。从分辨力来看，为了获得有价值的影像，辐射波长应小于价值的影像，辐射波长应小于510-11m。另一方面，当辐。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，若辐射波声的存在，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。失效。第二十页，讲稿共
15、三十三页哦w 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，但它得到的是人体不同深度组织信息叠加在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，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。且对软组织分辨不佳。w数字数字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扩大了诊断范围，利于胃肠和心脏等部位的检查。检查。wX-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
16、到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。第二十一页，讲稿共三十三页哦w（二）（二）MRI设备设备wMRI设设备备通通过过测测量量构构成成人人体体组组织织中中某某些些元素的原子核的磁共振信号，实现人体成像。元素的原子核的磁共振信号，实现人体成像。w在在MRI影影像像上上可可显显示示软软组组织织、肌肌肉肉、肌肌腱腱、脂脂肪肪、韧韧带带、神神经经、血血管管等等。此此外外，它它还还有有一一些些特特殊殊的的优优点点：MRI剖剖面面的的定定位位完完全全是是通
17、通过过调调节节磁磁场场，用用电电子子方方式式确确定定的的，因因此此能能完完全全自自由由地地按按照照要要求求选选择择层层面面；MRI对对软软组组织织的的对对比比度度比比X-CT优优越越，能能非非常常清清楚楚地地显显示示脑脑灰灰质质与与白白质质；MR信信号号含含有有较较丰丰富富的的有有关关受受检检体体生生理理、生生化化特特性性的的信信息息，而而X-CT只只能能提提供供密密度度测测量量值值；MRI无无电电离离辐辐射射。目目前，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。第二十二页，讲稿共三十三页哦w MRI的的缺缺点点：成成像像时时间间较较长长；植植入入金金属属的的病病人人，特特别别
18、是是植植入入心心脏脏起起搏搏器器的的病病人人，不不能能进进行行MRI检检查查；设设备备购购置置与与运运行行的的费费用较高。用较高。w总之，总之，MRI设备可作任意方向的体层检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。潜力的高技术设备。第二十三页，讲稿共三十三页哦w（三）诊断用超声设备（三）诊断用超声设备w诊断用超声设备分为利用超声诊断用超声设备分为利用超声（ultras
19、ound，US）回波的）回波的USG设备和利用设备和利用US透射的超声透射的超声CT（ultrasonographyCT，UCT）两大类。）两大类。USG设备，根据其显示方式设备，根据其显示方式不同，可以分为不同，可以分为A型（幅度显示）、型（幅度显示）、B型型（切（切面显示）、面显示）、C型（亮度显示）、型（亮度显示）、M型（运动显型（运动显示）、示）、P型（平面目标显示）等。型（平面目标显示）等。w目前，医院中用的最多的是目前，医院中用的最多的是B型型USG设备设备，俗，俗称称B超超UCT所需扫描时间较长，且分辨力所需扫描时间较长，且分辨力低，有待于进一步改进与提高。但由于它是低，有待于进
20、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。来可能成为主要的影像诊断设备。第二十四页，讲稿共三十三页哦w X线线成成像像与与US成成像像是是当当前前用用得得最最为为普普遍遍的的两两种种检检查查方方法法，但但对对人人体体有有无无危危害害是是它它们们之之间间的的一一个个重重要要区区别别。就就X线线来来说说，尽尽管管现现在在已已经经显显著著地地降降低低了了诊诊断断用用剂剂量量，但但其其危危害害性性仍仍不不容容忽忽视视。实实践践表表明明，它它将将导导致致癌癌症症、白白血血症症和和白白内内障障等等疾疾病病的的发发病病
21、率率增增加加。而而从从现现有有资资料料来来看看，目目前前诊诊断断用用US剂剂量量还还未未有有使使受受检者发生不良反应的报道。检者发生不良反应的报道。w。第二十五页，讲稿共三十三页哦w（四）核医学设备（四）核医学设备w核核医医学学设设备备通通过过测测量量人人体体某某一一器器官官（或或组组织织）对对标标记记有有放放射射性性核核素素药药物物的的选选择择性性吸吸收收、储储聚聚和和排排泄泄等等代代谢谢功功能能，实实现现人人体体功功能能成成像像。主主要要有有相相机机、单单光光子子发发射射型型CT（singlephotonemissionCT，SPECT）和和正正电电子子发发射射型型CT（positivee
22、missionCT，PET）。）。w第二十六页，讲稿共三十三页哦w（五）热成像设备（五）热成像设备所所有有物物体体都都会会发发出出红红外外线线能能量量。物物体体越越热热，其其分分子子就就愈愈加加活活跃跃，它它所所发发出来的红外线能量也就越多。出来的红外线能量也就越多。热热成成像像设设备备通通过过测测量量体体表表的的红红外外信信号号和和体体内内的的微微波波信信号号实实现现人人体体成成像像。红红外外辐辐射射能能量量与与温温度度有有关关，因因此此又又可可以以说说，热热成成像像就就是利用温度信息成像。是利用温度信息成像。举例：举例：“慧眼慧眼HW-05人体温度红外热图像仪人体温度红外热图像仪”在在华华
23、中中科科技技大大学学研研制制成成功功。可可在在1秒秒钟钟的的瞬瞬间间，立立即即显显示示人人体体热热图图像像和和最最高高体体表表温温度度，温温度度分分辨辨率率可可达达到到0.06，甚甚至至牙牙痛痛等等局局部部发发热热的的症症状也能显像。状也能显像。同济大学：同济大学：应应用用红红外外热热像像仪仪开开发发出出了了一一种种非非血血糖糖值值测测量量的的对对糖糖尿尿病病人人代代谢谢功功能能进进行行评评估估的的新新方方法法，该该方方法法可可以以在在健健康康人人体体检检中中应应用用，筛筛选选出出糖糖尿尿病病发发病病的的高高危危险险人人群群，从从而而可可以以进进行行糖糖尿尿病病发发病病的的早早期期预预报，这是
24、目前用其他方法还不能实现的报，这是目前用其他方法还不能实现的。第二十七页，讲稿共三十三页哦w w医医用用热热成成像像设设备备一一般般包包括括红红外外成成像像、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。第二十八页，讲稿共三十三页哦w（六）医用内镜（六）医用内镜w前前述述各各种种医医学学影影像像设设备备虽虽然然在在某某种种程程度度上上能能显显示示出出人人体体的的内内部部组组织织形形态态，但但这这种种显显示示是是间间接接的的、非非直直观观的的。真真正正能能做做到到直直观观的的仪仪器器，目目前前唯唯有有内内镜镜。利利用用光光学学内内镜镜，能能使使人人眼眼直直接接看看到到人
25、人体体内内脏脏器器官官的的组组织织形形态态，从从而而提提高高了了诊诊断断的的准准确确性性。内内镜镜的的诊诊疗疗优优势势，已成为医学界的共识。已成为医学界的共识。w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（纤镜光导纤维内镜（纤镜），而最有发），而最有发展潜力的是展潜力的是电子内镜。电子内镜。第二十九页，讲稿共三十三页哦第三十页，讲稿共三十三页哦w二、治疗用设备二、治疗用设备w（一一）介介入入放放射射学学设设备备所所谓谓介介入入放放射射学学（interventionalradiology）系系统统，就就是是借借助助高高精精度度计计算算机机化化
26、的的影影像像仪仪器器的的观观察察，通通过过导导管管深深入入体体内内，对对疾疾病病直直接接进进行行诊诊断断与与治治疗的一种新型设备与技术。疗的一种新型设备与技术。w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。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。w用途：用途：w一血管类一血管类w一）诊断性造影一）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，种良，恶性肿瘤的诊断，血管畸形，w（二）灌注
27、药物治疗（二）灌注药物治疗1，止血，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。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。w化疗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，静脉给药要高的多，抗癌作用明显增强，w栓塞疗法栓塞疗法二非血管类二非血管类第三十一页，讲稿共三十三页哦医学影像设备的医学影像设备的导向导向是完成介入治疗的关键。是完成介入治疗的关键。这这需需要要一一套套由由机机械械、仪仪器器仪仪表表、计计
28、算算机机、光光学学仪仪器器等等多多种种仪仪器器组组成成的的大大型型精精密密仪仪器器设设备备系系统统。特特别别是是影影像像技技术术与与计计算算机机结结合合的的DSA，它它能能实实时时地地向向医医生生提提供供导导管管导导向向的的位位置置、局局部部循循环环结结构构、栓栓塞塞或或扩扩张张的的效效果果等等有关介入诊疗的信息，因而具有极大的优越性。有关介入诊疗的信息，因而具有极大的优越性。w介介入入放放射射学学系系统统的的另另一一重重要要组组成成部部分分，是是介介入入诊诊疗疗用用导管及其附件。导管及其附件。一一个个性性能能良良好好的的介介入入性性导导管管应应具具备备以以下下条条件件：硬硬度度适适宜宜及及适
29、适合合诊诊疗疗的的几几何何造造型型；弹弹性性和和柔柔韧韧性性；扭扭力力顺顺应应性性（为为减减小小扭扭力力顺顺应应性性，管管壁壁置置入入金金属属网网）；形形状状具具有有记记忆忆性性；血血液液与与组组织织相相容容性性；高高温温高高压压消消毒毒或或化化学学消消毒毒；可可进进行行放放射射性性跟跟踪踪；管管壁壁光滑、管腔满足流量压力的要求，摩擦系数适宜。光滑、管腔满足流量压力的要求，摩擦系数适宜。第三十二页，讲稿共三十三页哦w介入性导管，根据用途可分介入性导管，根据用途可分为两类：为两类：即诊断用导管和治疗用导即诊断用导管和治疗用导管及其附件。管及其附件。前者包括心血管、脑血前者包括心血管、脑血管造影导管，肝、肾、胰、管造影导管，肝、肾、胰、脾等内脏器官用导管十余种。脾等内脏器官用导管十余种。这种导管要有一定耐压性和这种导管要有一定耐压性和满足大流量的要求满足大流量的要求（1525ml/s）。）。后者如消化道治疗导管、后者如消化道治疗导管、肿瘤化疗用导管、射频消融肿瘤化疗用导管、射频消融导管、溶栓导管、二尖辫球导管、溶栓导管、二尖辫球囊扩张导管等。其附件有血囊扩张导管等。其附件有血管内支架（自膨胀型、球囊管内支架（自膨胀型、球囊膨胀型、形状记忆型）、导膨胀型、形状记忆型）、导丝（引导导管用）等。丝（引导导管用）等。第三十三页，讲稿共三十三页哦