医学影像设备学医学影像设备学概论

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1、医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 医 学 影 像 设 备 学教 学 课 件韩 丰 谈 主 编 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 第 一 节 医 学 影 像 设 备 的 发 展 简 史 l 第 二 节 医 学 影 像 设 备 的 分 类 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 1895年 11月 8日 ， 德 国 物 理 学 家 伦 琴 （ Withelm Conrad Roentgen， 18451923） 在 做 真 空 管 高 压 放电 实 验 时 ， 发 现 了 一 种 肉 眼 看 不 见 、 但

2、 具 有 很 强 的穿 透 本 领 、 能 使 某 些 物 质 发 出 荧 光 和 使 胶 片 感 光 的新 型 射 线 ， 即 X射 线 ， 简 称 为 X线 。l 1896年 ， 德 国 西 门 子 公 司 研 制 出 世 界 上 第 一 只X线 管 。 20世 纪 1020年 代 ， 出 现 了 常 规 X线 机 。 其后 ， 由 于 X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 、 快 速 换 片 机 、 高 压 注 射 器 、电 视

3、、 电 影 和 录 像 记 录 系 统 的 应 用 ， 到 20世 纪 60年代 中 、 末 期 ， 已 形 成 了 较 完 整 的 学 科 体 系 ， 称 为 影像 设 备 学 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 1972年 ， 英 国 工 程 师 汉 斯 菲 尔 德（ G.N.Hounsfield） 首 次 研 制 成 功 世 界 上 第 一 台 用于 颅 脑 的 X线 计 算 机 体 层 摄 影 （ x-ray computed tomography， X-CT） 设 备 ， 简 称 为 X-CT设 备 ， 或CT设 备 。 l CT设 备 是 横 断

4、 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 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 的 X线 检 查 高 1020倍 ； 还 能 以 数 字 形式 （ CT值 ） 作 定 量 分 析 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 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

5、（ 512 512矩 阵 ） ，空 间 分 辨 力 也 提 高 到 0.1mm。 宽 探 测 器 多 层螺 旋 CT设 备 得 到 了 广 泛 的 普 及 ， 功 能 有 了 进一 步 的 扩 展 。 大 孔 径 CT设 备 可 兼 顾 日 常 应 用与 肿 瘤 病 人 定 位 ， 组 合 型 CT设 备 可 在 完 成CT检 查 后 直 接 进 行 正 电 子 发 射 型 计 算 机 体 层（ positive emission computed tomography，PET） 检 查 ， 使 CT的 形 态 学 信 息 与 PET的 功能 性 信 息 通 过 工 作 站 准 确 融 合 ，

6、 可 以 更 准 确地 完 成 定 性 与 定 量 的 诊 断 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 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 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 20世 纪 80年 代 初 用 于 临 床 的 磁 共 振 成 像（ magnetic resonance i

7、maging， MRI） 设 备 ，简 称 为 MRI设 备 。 它 是 一 种 新 的 非 电 离 辐 射式 医 学 成 像 设 备 。 MRI设 备 的 密 度 分 辨 力 高 ，通 过 调 整 梯 度 磁 场 的 方 向 和 方 式 ， 可 直 接 摄取 横 、 冠 、 矢 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 点 之 一 。 迄今 ， 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 、 肢 体 关 节 和 盆 腔等 效 果 最 好 。 医 学 影 像 设 备

8、学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 中 场 超 导 （ 0.7T） 开 放 型 MRI设 备 进 一 步 普 及 ，它 便 于 开 展 介 入 操 作 和 检 查 中 监 护 病 人 ， 克 服 了幽 闭 恐 惧 病 人 和 不 合 作 病 人 应 用 MRI检 查 的 限 制 。双 梯 度 场 技 术 可 在 较 小 的 范 围 内 达 到 更 高 的 梯 度场 强 ， 有 利 于 完 成 各 种 高 级 成 像 技 术 ， 如 功 能 成像 、 弥 散 成 像 等 。 降 噪 措 施 和 成 像 专 用 线 圈 也 都有 了 较 大 的 进 步 ， 如 功 能 成 像 线 圈 和

9、肢 体 血 管 成像 线 圈 等 。 腹 部 诊 断 效 果 已 接 近 和 达 到 CT设 备 水平 ， 脑 影 像 的 分 辨 力 在 常 规 扫 描 时 间 下 提 高 了 数千 倍 ， 而 显 微 成 像 的 分 辨 力 达 到 5010m， 现 已 成为 医 学 影 像 诊 断 设 备 中 最 重 要 的 组 成 部 分 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 生 物 体 磁 共 振 波 谱 分 析 （ magnetic resonance spectroscopy， MRS） 具 有 研 究 机体 物 质 代 谢 的 功 能 和 潜 力 ， 今 后

10、如 能 实 现MRI设 备 与 MRS结 合 的 临 床 应 用 ， 将 会 引 起医 学 诊 断 学 上 一 个 新 的 突 破 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 数 字 减 影 血 管 造 影 （ digital subtraction angiography， DSA） 、 计 算 机 X线 摄 影（ computed radiography， CR） 和 数 字 摄 影（ digital radiography， DR） 是 20世 纪 80年 代 、90年 代 开 发 的 数 字 X线 机 。 前 者 具 有 少 创 、 实时 成 像 、 对 比

11、 分 辨 力 高 、 安 全 、 简 便 等 特 点 ，目 前 ， 正 向 快 速 旋 转 三 维 成 像 实 时 减 影 方 向 发展 ， 从 而 扩 大 了 血 管 造 影 的 应 用 范 围 。 后 者 具有 减 少 曝 光 量 和 宽 容 度 大 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 统（ picture archiving and communication systems，PACS） 。 而 X线 实 时 高 分 辨 力 成 像 板 将 是 最 具革 命 性 、 最 有 发 展 前 途 的 影 像 探 测 器 之

12、一 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 20世 纪 50年 代 和 60年 代 ， 超 声 成 像（ ultrasonography， USG） 设 备 和 核 医 学 设备 相 继 出 现 ， 当 时 在 医 学 上 的 应 用 往 往 各 成系 统 。 1972年 X-CT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 、以 图 像 重 建 为 基 础 的 新 阶 段 。 70年 代 末 80年代 初 ， 超 声 CT（ ultrasonic CT， UCT） 、 放射 性 核 素 C

13、T和 数 字 X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 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 介 入 放 射 学 自 20世 纪 60年 代 兴 起 ， 于 70年 代 中 期 逐 步 应 用 于 临 床 ， 近 年 来 尤 以 介 入治 疗 进 展 迅 速 。 因 其 具 有 安 全 、 简 便 、 经 济等 特 点 ， 深 受 医 生 和 病 人 的 普 遍 重 视

14、 与 欢 迎 ，现 仍 处 于 不 断 发 展 和 完 善 的 过 程 之 中 。 90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 开 颅 手 术 而 治 疗 一 些 脑 疾 患 ，很 受 欢 迎 ， 全 世 界 都 在 积 极 开 发 和 应 用 这 种高 新 设 备 。 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 来 引 导或 定 位 的 ， 所 以 也 属 于 医 学 影 像 设 备 的 范 畴 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备

15、学 概 论 l 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 构 成 了 现 代医 学 影 像 设 备 体 系 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 表 1 - 1 医 学 影 像 设 备 发 展 概 况 2 0 世 纪 1 9 世 纪 1040 年 代 50 年 代 60 年 代 70 年 代 80 年 代 90 年 代 （ 1895 年 ） 发 现 X 线 （ 1917 年 ） 发 射 US 成 功 （ 1951 年 ） 闪 烁 扫 描 （ 1960 年 ） X -TV （ 1

16、972 年 ） X -CT （ 1980 年 ） D F、 D SA CT ： 多 层CT 、 组 合CT 、 CT 内 镜 （ 1896） 发 现 铀 的 放 射 性 （ 1020 年 代 ） X 线 机 （ 1954 年 ） 影 像 增 强 器 （ 1963 年 ） 六 脉 冲 高 压 发 生 器 （ 1974 年 ） UCT （ 1982 年 ） CR （ 1896） X 线 管 （ 1930 年 ） 增 感 屏 （ 1954 年 ） B 超 （ 1963 年 ） 热 成 像 设 备 （ 1975 年 ） 电 子 扫 描 （ 1982 年 ） 多 普 勒 图 像 数 字 成 像 ： 旋

17、转 D SA 、 D D R （ 1932 年 ） 电 子 显 微 镜 （ 透 射 ） （ 1957 年 ） 相 机 （ 1978 年 ） 小 型 回 转 加 速 器 （ 1982 年 ） PACS （ 1938 年 ） 旋 转 阳 极 X 线 管 （ 1979 年 ） SPECT、 PET （ 1983 年 ） 螺 旋 CT （ 1942 年 ） A 超 （ 70 年 代 末 ） D R （ 1983 年 ） UFCT M RI： 开 放 型 M R I、 FM RI 核 医 学 ： 微 型 摄 像 机 、全 数 字 闪 烁 相 机 （ 1983 年 ） 电 子 内 镜 （ 80 年 代初

18、） US 内 镜 设 备 （ 1946 年 ） 发 现 M R 现 象 （ 1958 年 ） 纤 维 胃 镜 （ 1964 年 ） 介 入 放 射 学 设 备 （ 1979 年 ） M RI （ 1 9 8 5年 ） 超 导 M RI SRS： -刀 、 X -刀 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 第 二 节 医 学 影 像 设 备的 分 类 现 代 医 学 影 像 设 备 可 分 为 两 大 类 ， 即 医 学 影 像 诊 断 设 备 和医 学 影 像 治 疗 设 备 。 一 、 诊 断 用 设 备 按 照 影 像 信 息 的 载 体 来 区 分 ， 现 代 医

19、 学 影 像 诊 断 设 备 主 要有 以 下 几 种 类 型 ： X线 设 备 （ 含 X-CT设 备 ） ； MRI设 备 ； 超 声设 备 ； 核 医 学 设 备 ； 热 成 像 设 备 ； 光 学 成 像 设 备 （ 医 用 内镜 ） 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l （ 一 ） X线 设 备l X线 设 备 通 过 测 量 穿 透 人 体 的 X线 来 实 现 人 体 成像 。 X线 成 像 反 映 的 是 人 体 组 织 的 密 度 变 化 ， 显 示的 是 脏 器 的 形 态 ， 而 对 脏 器 功 能 和 动 态 方 面 的 检 测较 差

20、。 此 类 设 备 主 要 有 常 规 X线 机 、 数 字 X线 机 和 X-CT设 备 等 。l 以 X线 作 为 医 学 影 像 信 息 的 载 体 ， 出 于 两 方 面的 考 虑 ， 即 分 辨 力 和 衰 减 系 数 。 从 分 辨 力 来 看 ， 为了 获 得 有 价 值 的 影 像 ， 辐 射 波 长 应 小 于 5 10-11m。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 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

21、 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 失 效 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 在 X线 设 备 中 ， 屏 -片 组 合 分 辨 力 较 高 ， 可 达 到510LP/mm， 且 使 用 方 便 、 价 格 较 低 ， 是 目 前 各 级医 院 中 使 用 最 普 遍 的 设 备 之 一 。 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

22、 难 确 定 ， 且 对 软 组 织 分 辨 不 佳 。 数 字 X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 扩 大 了 诊 断 范 围 ， 利 于 胃肠 和 心 脏 等 部 位 的 检 查 。 X-CT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 到 0.5 。X-CT影 像 的 清 晰 度 很 高 ， 可 确 定 受 检 脏 器 的 位 置 、大 小 和 形 态 变 化 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l （

23、二 ） MRI设 备l MRI设 备 通 过 测 量 构 成 人 体 组 织 中 某 些 元 素 的 原 子 核 的磁 共 振 信 号 ， 实 现 人 体 成 像 。 20世 纪 40年 代 发 现 了 物 质 的 磁共 振 现 象 ， 20世 纪 80年 代 MRI设 备 应 用 于 临 床 。l MRI影 像 的 空 间 分 辨 力 一 般 为 0.51.7mm， 不 如 X-CT； 但 它对 组 织 的 分 辨 远 远 好 于 X-CT， 在 MRI影 像 上 可 显 示 软 组 织 、肌 肉 、 肌 腱 、 脂 肪 、 韧 带 、 神 经 、 血 管 等 。 此 外 ， 它 还 有 一

24、些 特 殊 的 优 点 ： MRI剖 面 的 定 位 完 全 是 通 过 调 节 磁 场 ， 用电 子 方 式 确 定 的 ， 因 此 能 完 全 自 由 地 按 照 要 求 选 择 层 面 ； MRI对 软 组 织 的 对 比 度 比 X-CT优 越 ， 能 非 常 清 楚 地 显 示 脑灰 质 与 白 质 ； MR信 号 含 有 较 丰 富 的 有 关 受 检 体 生 理 、 生化 特 性 的 信 息 ， 而 X-CT只 能 提 供 密 度 测 量 值 ； MRI能 在 活体 组 织 中 探 测 体 内 的 化 学 性 质 ， 提 供 关 于 内 部 器 官 或 细 胞 新陈 代 谢 方

25、面 的 信 息 ； MRI无 电 离 辐 射 。 目 前 ， 尚 未 见 到MR对 人 体 危 害 的 报 道 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l MRI的 缺 点 ： 与 X-CT相 比 ， 成 像 时 间 较 长 ； 植 入 金 属 的 病 人 ， 特 别 是 植 入 心 脏 起 搏 器 的 病 人 ，不 能 进 行 MRI检 查 ； 设 备 购 置 与 运 行 的 费 用 较 高 。l 总 之 ， MRI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 面 的 功 能 特 性 ，

26、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 潜 力 的 高 技 术 设 备 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l （ 三 ） 诊 断 用 超 声 设 备l 诊 断 用 超 声 设 备 分 为 利 用 超 声 （ ultrasound， US） 回 波的 USG设 备 和 利 用 US透 射 的 超 声 CT（ ultrasonography CT，UCT） 两 大 类 。 USG设 备 ， 根 据 其 显 示 方 式 不 同 ， 可 以 分 为A型 （ 幅 度 显 示 ） 、 B型 （

27、 切 面 显 示 ） 、 C型 （ 亮 度 显 示 ） 、M型 （ 运 动 显 示 ） 、 P型 （ 平 面 目 标 显 示 ） 等 。 目 前 ， 医 院中 用 的 最 多 的 是 B型 USG设 备 ， 俗 称 B超 ， 其 横 向 分 辨 力 可 达到 2mm以 内 ， 所 得 到 的 软 组 织 图 像 清 晰 而 富 有 层 次 。 利 用 US多 普 勒 系 统 ， 可 实 现 各 种 血 流 参 量 的 测 量 ， 是 近 年 来 广 泛 应用 的 又 一 种 US技 术 。 临 床 上 ， USG设 备 在 甲 状 腺 、 乳 房 、 心血 管 、 肝 脏 、 胆 囊 、 泌

28、尿 科 和 妇 产 科 等 方 面 有 其 独 到 之 处 。目 前 UCT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 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 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l X线 成 像 与 US成 像 是 当 前 用 得 最 为 普 遍 的 两 种 检 查 方 法 ，但 对 人 体 有 无 危 害 是 它 们 之 间 的 一 个 重 要 区 别 。 就 X线 来 说

29、 ，尽 管 现 在 已 经 显 著 地 降 低 了 诊 断 用 剂 量 ， 但 其 危 害 性 仍 不 容忽 视 。 实 践 表 明 ， 它 将 导 致 癌 症 、 白 血 症 和 白 内 障 等 疾 病 的发 病 率 增 加 。 而 从 现 有 资 料 来 看 ， 目 前 诊 断 用 US剂 量 还 未 有使 受 检 者 发 生 不 良 反 应 的 报 道 。l 此 外 ， X线 在 体 内 沿 直 线 传 播 ， 不 受 组 织 差 异 的 影 响 ，是 其 有 利 的 一 面 ， 但 不 利 的 一 面 是 难 以 有 选 择 地 对 所 指 定 的平 面 成 像 。 对 US波 来 说

30、 ， 不 同 物 质 的 折 射 率 变 化 范 围 相 当 大 ，这 将 造 成 影 像 失 真 。 但 它 在 绝 大 部 分 组 织 中 的 传 播 速 度 是 相近 的 ， 骨 骼 和 含 有 空 气 的 组 织 （ 如 肺 ） 除 外 。 US波 和 X线 这些 不 同 的 辐 射 特 性 ， 确 定 了 各 自 最 适 宜 的 临 床 应 用 范 围 。 例如 ， US脉 冲 回 波 法 适 用 于 腹 内 结 构 或 心 脏 的 显 像 ， 而 利 用 X线 对 腹 部 检 查 只 能 显 示 极 少 的 内 部 器 官 （ 若 采 用 X线 造 影 法 ，也 可 有 选 择 地

31、 对 特 定 器 官 显 像 ） ； 对 于 胸 腔 ， 因 肺 部 含 有 空气 而 不 宜 用 US检 查 ， 用 X线 则 可 获 得 较 为 满 意 的 结 果 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l （ 四 ） 核 医 学 设 备l 核 医 学 设 备 通 过 测 量 人 体 某 一 器 官 （ 或 组 织 ） 对 标 记 有 放射 性 核 素 药 物 的 选 择 性 吸 收 、 储 聚 和 排 泄 等 代 谢 功 能 ， 实 现人 体 功 能 成 像 。 主 要 有 相 机 、 单 光 子 发 射 型 CT（ single photon emissi

32、on CT， SPECT） 和 正 电 子 发 射 型 CT（ positive emission CT， PET） 。l 相 机 既 是 显 像 仪 器 ， 又 是 功 能 仪 器 。 临 床 上 可 用 它 对 脏器 进 行 静 态 或 动 态 照 相 检 查 。 动 态 照 相 主 要 用 于 心 血 管 疾 病的 检 查 。 因 为 SPECT具 有 相 机 的 全 部 功 能 ， 又 具 有 体 层 功能 ， 所 以 明 显 提 高 了 诊 断 病 变 的 定 位 能 力 ； 加 上 各 种 新 开 发出 来 的 放 射 性 药 物 ， 从 而 在 临 床 上 得 到 日 益 广 泛

33、 的 应 用 。SPECT能 做 动 态 功 能 检 查 或 早 期 疾 病 诊 断 。 缺 点 是 图 像 清 晰度 不 如 X-CT， 检 查 时 要 使 用 放 射 性 药 物 。 PET可 以 用 人 体 组织 的 某 些 组 成 元 素 （ 如 15O、 11C、 13N等 ） 来 制 造 放 射 性 药 物 ，特 别 适 合 作 人 体 生 理 和 功 能 方 面 的 研 究 ， 尤 其 是 对 脑 神 经 功能 的 研 究 。 在 其 附 近 需 要 有 生 产 半 衰 期 较 短 的 放 射 性 核 素 的加 速 器 和 放 射 化 学 实 验 室 。 医 学 影 像 设 备

34、学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 核 医 学 成 像 只 需 极 低 浓 度 的 放 射 性 物 质 ， 这 与X线 成 像 时 口 服 硫 酸 钡 不 同 。 一 般 情 况 下 ， 核 医 学成 像 的 横 向 分 辨 力 很 难 达 到 1.0cm； 且 图 像 比 较 模 糊 ，这 是 因 为 有 限 的 光 子 数 目 所 致 。 相 比 之 下 ， X线 成像 具 有 高 分 辨 力 和 低 量 子 噪 声 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l （ 五 ） 热 成 像 设 备l 热 成 像 设 备 通 过 测 量 体 表 的 红 外 信

35、号 和 体 内 的 微 波 信 号实 现 人 体 成 像 。 红 外 辐 射 能 量 与 温 度 有 关 ， 因 此 又 可 以 说 ，热 成 像 就 是 利 用 温 度 信 息 成 像 。l 研 究 人 体 的 温 度 分 布 ， 对 于 了 解 人 体 生 理 状 况 、 诊 断 疾病 具 有 重 要 意 义 。 影 响 体 表 温 度 的 因 素 很 多 ， 最 主 要 的 是 皮下 毛 细 血 管 网 的 血 流 情 况 。 血 流 受 控 于 棘 状 血 管 舒 缩 中 心 ，其 四 肢 的 交 感 神 经 系 统 主 要 控 制 着 血 管 舒 缩 的 节 律 。 因 此 ，利 用

36、 热 成 像 ， 首 先 可 以 评 价 血 流 分 布 是 否 正 常 ； 其 次 ， 可 以评 价 交 感 神 经 系 统 的 活 动 ； 还 可 以 研 究 皮 下 组 织 所 增 加 的 代谢 热 或 动 脉 血 流 通 过 热 传 导 使 体 温 升 高 的 情 况 。 此 外 ， 前 后皮 肤 温 度 还 受 其 他 因 素 的 影 响 ， 如 伤 痛 感 受 器 、 化 学 受 体 、丘 脑 下 部 等 。 由 于 出 汗 而 形 成 的 局 部 热 蒸 发 损 失 ， 也 需 予 以考 虑 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 医 用 热 成

37、像 设 备 一 般 包 括 红 外 成 像 、 红 外 照 相 、 红 外 摄像 和 光 机 扫 描 成 像 等 。 光 机 扫 描 热 成 像 仪 将 人 体 的 热 像 转 变为 连 续 变 化 的 图 像 电 信 号 ， 经 放 大 处 理 即 可 在 显 示 器 上 显 示荧 光 影 像 。 其 优 点 是 温 度 分 辨 力 可 达 0.10.01K， 且 具 有 灵 敏度 高 、 空 间 分 辨 力 高 。 目 前 ， 光 机 扫 描 热 成 像 仪 已 应 用 于 乳腺 癌 的 普 查 和 诊 断 ， 血 管 瘤 和 血 管 闭 塞 情 况 的 检 查 和 诊 断 ，以 及 妊

38、娠 的 早 期 诊 断 等 。 还 有 一 种 热 释 电 摄 像 机 ， 将 输 入 的热 辐 射 由 红 外 透 镜 聚 焦 ， 在 摄 像 管 靶 面 上 产 生 空 间 和 强 度 变化 与 热 体 温 度 分 布 相 同 的 电 荷 图 形 ， 最 后 把 反 映 温 度 情 况 的电 像 转 变 为 视 频 信 号 输 出 。 热 释 电 摄 像 机 在 整 个 红 外 光 谱 区响 应 相 当 平 稳 ， 又 无 需 制 冷 ， 具 有 电 子 扫 描 、 能 与 电 视 兼 容等 优 点 ， 是 一 种 很 有 发 展 前 途 的 热 成 像 系 统 。 但 目 前 它 存 在

39、着 灵 敏 度 低 、 工 作 距 离 近 、 性 能 指 标 比 光 机 扫 描 热 像 仪 差 的缺 陷 ， 有 待 于 进 一 步 完 善 与 提 高 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 体 内 以 电 磁 波 方 式 向 外 传 播 的 热 辐 射 ， 其 中 含 有微 波 成 分 。 微 波 成 像 系 统 借 助 于 体 外 的 微 波 天 线 接 收体 内 传 出 的 微 波 ， 并 通 过 高 灵 敏 度 的 热 辐 射 计 以 实 现温 度 测 量 。 如 测 量 某 一 特 定 频 率 的 信 号 ， 即 可 得 到 从体 表 到 某 一

40、 深 度 的 平 均 温 度 。 若 采 用 多 波 段 辐 射 计 ，并 对 测 量 数 据 作 适 当 处 理 ， 就 能 推 断 出 不 同 深 度 组 织的 温 度 。 如 以 温 度 为 参 变 量 ， 则 可 获 得 不 同 深 度 的 体层 图 像 。l 由 于 引 起 人 体 组 织 温 度 的 异 常 分 布 有 各 种 各 样 的原 因 ， 因 此 ， 热 成 像 设 备 所 提 供 的 信 息 仅 供 诊 断 参 考 ，不 能 作 为 诊 断 依 据 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l （ 六 ） 医 用 内 镜l 前 述 各 种 医

41、学 影 像 设 备 虽 然 在 某 种 程 度 上 能 显 示出 人 体 的 内 部 组 织 形 态 ， 但 这 种 显 示 是 间 接 的 、 非 直观 的 。 真 正 能 做 到 直 观 的 仪 器 ， 目 前 唯 有 内 镜 。 利 用光 学 内 镜 ， 能 使 人 眼 直 接 看 到 人 体 内 脏 器 官 的 组 织 形态 ， 从 而 提 高 了 诊 断 的 准 确 性 。 内 镜 的 诊 疗 优 势 ， 已成 为 医 学 界 的 共 识 。l 医 用 内 镜 的 种 类 很 多 ， 目 前 临 床 上 用 得 最 多 的 是光 导 纤 维 内 镜 （ 纤 镜 ） ， 而 最 有 发

42、 展 潜 力 的 是 电 子 内镜 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 光 导 纤 维 内 镜 （ 简 称 为 纤 镜 ） 以 胃 肠 内 镜 为 例 ，它 是 由 头 端 部 、 直 径 为 7.912.8mm的 可 弯 插 入 管 以及 将 光 源 和 头 端 部 连 接 起 来 的 连 接 管 组 成 。 头 端 部 由目 镜 ， 远 端 弯 角 ， 抽 吸 和 送 水 的 各 种 控 制 件 及 工 作 钳孔 等 组 成 ， 可 以 手 持 。 纤 镜 可 弯 曲 的 套 管 中 密 封 有 传像 束 和 导 光 束 ， 它 们 将 头 端 和 末

43、端 连 接 在 一 起 。 导 光束 将 来 自 光 源 的 光 传 输 到 内 镜 的 末 端 以 照 明 视 物 。 传像 束 将 图 像 作 为 反 射 光 传 回 到 目 镜 。 导 光 束 和 传 像 束由 3000050000根 光 学 纤 维 构 成 ， 它 们 即 使 在 弯 曲 时也 能 进 行 双 向 光 传 输 。 传 像 束 要 连 贯 地 排 列 ， 使 每 根纤 维 在 内 镜 头 、 尾 两 端 的 相 对 位 置 保 持 一 致 ， 以 便 在目 镜 中 重 建 一 幅 十 分 逼 真 的 图 像 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概

44、论 l 电 子 内 镜 的 功 能 比 光 导 纤 维 内 镜 多 得 多 ， 是 内 镜的 一 大 进 步 。 它 主 要 由 内 镜 、 光 源 、 视 频 处 理 中 心 、视 频 显 示 系 统 、 图 像 与 病 人 数 据 记 录 系 统 及 附 属 装 置组 成 。 其 最 大 的 特 点 是 采 用 电 荷 耦 合 器 （ charges coupled device， CCD） 将 观 察 到 的 物 像 由 光 信 号 转 换成 电 信 号 ， 并 传 输 到 视 频 中 心 进 行 处 理 ， 达 到 最 终 显示 的 目 的 。 传 输 到 监 视 器 的 图 像 还

45、可 记 录 下 来 ， 用 视频 打 印 机 打 印 ， 也 可 传 输 到 另 一 场 所 进 行 同 时 观 察 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 20世 纪 80年 代 初 ， USG内 镜 问 世 。 它 是 将 US探头 和 内 镜 连 在 一 起 ， 在 内 镜 的 引 导 下 ， 将 US探 头 送入 体 内 进 行 扫 描 ， 所 得 到 的 信 息 要 比 在 体 表 上 获 得 的扫 描 信 息 准 确 详 细 。 目 前 这 类 设 备 主 要 用 线 性 和 扇 形两 种 扫 描 方 式 ， 而 采 用 凸 式 扫 描 做 彩 色

46、多 普 勒 和 B型图 像 显 示 则 较 为 少 见 。l 此 外 ， 激 光 内 镜 和 三 维 内 镜 亦 在 发 展 之 中 。 前 者是 将 诊 断 与 治 疗 功 能 结 合 在 一 起 的 新 一 代 内 镜 。 后 者可 提 供 立 体 图 像 ， 能 使 许 多 高 难 度 的 手 术 得 以 顺 利 实施 ， 且 大 大 提 高 了 手 术 的 安 全 系 数 ， 是 内 镜 发 展 史 上又 一 新 进 展 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 表 1-2 几 种 医 学 影 像 设 备 的 比 较 比 较 内 容 X-CT设 备 MRI设

47、备 USG 设 备 PET设 备 DSA设 备 信 息 载 体 X 线 电 磁 波 US波 射 线 X 线 检 测 信 号 透 过 的 X 线 磁 共 振 信 号 反 射 回 波 511keV湮 没 光 子 透 过 的 X 线 获 得 信 息 吸 收 系 数 核 密 度 、 T1 T2、 血 流 速 密 度 、 传 导 率 RI分 布 吸 收 系 数 结 构 变 化 物 体 组 成 和 密 度 不 同 ， 电 子 密 度 不 同 物 体 组 成 、 生 理 、 生 化 变 化 人 体 组 织 弹 性 和 密 度 改 变 标 志 物 的 不 同 浓 度 物 体 组 成 和 密 度 不 同 ， 电

48、 子 云 密 度 不 同 影 像 显 示 器 官 大 小 与 形 状 （ 二 维 ） 人 体 组 织 中 形 态 、 生 理 生 化 状 态 变 化 （ 二 、 三 维 ） 器 官 大 小 与 形 状 （ 二 维 ） 示 踪 物 的 流 动 与 代 谢 吸 收 物 （ 三 维 ） 组 织 中 充 满 吸 收 物 所 占 位 置 （ 二 维 ） 成 像 平 面 横 向 任 何 面 任 何 平 面 横 向 纵 向 成 像 范 围 端 面 （ 方 向 ） 有 限 全 身 断 面 （ 方 向 ） 自 由 全 身 全 身 （ 纵 轴 向 ） 空 间 分 辨 力 1mm 1mm 2mm 10mm， 3mm

49、 0.5mm 影 像 特 点 形 态 学 形 态 学 线 性 动 态 生 理 学 形 态 学 信 号 源 X 线 管 质 子 压 电 换 能 器 摄 取 标 志 物 X 线 管 探 测 器 X 线 探 测 器 射 频 接 收 线 圈 压 电 换 能 器 闪 烁 计 数 器 影 像 强 度 计 典 型 用 途 检 测 肿 瘤 脑 肿 瘤 成 像 胎 儿 生 长 ， 检 测 肿 瘤 心 脏 病 脑 中 葡 萄 糖 代 谢 图 血 管 狭 窄 处 的 测 定 对 病 人 侵 袭 有 对 比 剂 侵 袭 无 对 比 剂 侵 袭 无 对 比 剂 侵 袭 RI注 射 侵 袭 有 对 比 剂 侵 袭 安 全

50、 性 辐 射 危 险 无 辐 射 危 险 、 有 强 磁 场 吸 引 力 安 全 辐 射 危 险 辐 射 危 险 价 格 高 高 低 高 高 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 二 、 治 疗 用 设 备l （ 一 ） 介 入 放 射 学 设 备l 所 谓 介 入 放 射 学 （ interventional radiology） 系 统 ，就 是 借 助 高 精 度 计 算 机 化 的 影 像 仪 器 的 观 察 ， 通 过 导管 深 入 体 内 ， 对 疾 病 直 接 进 行 诊 断 与 治 疗 的 一 种 新 型设 备 与 技 术 。 它 的 问 世 ，

51、使 临 床 某 些 疾 病 由 不 可 治 变为 可 治 ， 使 治 疗 的 难 度 由 大 变 小 ， 使 有 创 伤 变 成 少 创伤 甚 至 无 创 伤 ， 使 病 人 免 受 或 减 轻 了 手 术 之 苦 ， 操 作比 较 安 全 ， 治 疗 效 果 也 较 好 。 利 用 介 入 放 射 学 系 统 开展 诊 疗 工 作 ， 对 提 高 某 些 心 血 管 病 、 脑 血 管 病 、 肿 瘤等 重 大 疾 患 的 诊 疗 水 平 ， 提 高 治 愈 率 与 存 活 率 ， 改 善生 活 质 量 ， 发 挥 了 重 要 作 用 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备

52、学 概 论 l 医 学 影 像 设 备 的 导 向 是 完 成 介 入 治 疗 的 关 键 。 这需 要 一 套 由 机 械 、 仪 器 仪 表 、 计 算 机 、 光 学 仪 器 等 多种 仪 器 组 成 的 大 型 精 密 仪 器 设 备 系 统 。 特 别 是 20世 纪80年 代 初 发 展 起 来 的 影 像 技 术 与 计 算 机 结 合 的 DSA问世 后 ， 由 于 它 能 实 时 地 向 医 生 提 供 导 管 导 向 的 位 置 、局 部 循 环 结 构 、 栓 塞 或 扩 张 的 效 果 等 有 关 介 入 诊 疗 的信 息 ， 因 而 具 有 极 大 的 优 越 性 ，

53、 目 前 可 以 说 已 基 本 取代 了 常 规 的 血 管 造 影 设 备 。 而 计 算 机 的 应 用 ， 使 DSA向 智 能 化 、 光 纤 网 络 的 综 合 快 速 数 据 处 理 能 力 、 无 胶片 处 理 方 式 、 尽 可 能 低 的 X线 剂 量 、 不 分 散 注 意 力 和操 作 方 便 的 界 面 、 最 快 最 好 的 图 像 处 理 技 术 方 向 发 展 ，从 而 为 介 入 放 射 学 提 供 了 有 力 的 保 证 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 医 学 影 像 设 备 的 导 向 是 完 成 介 入 治 疗 的

54、 关 键 。 这需 要 一 套 由 机 械 、 仪 器 仪 表 、 计 算 机 、 光 学 仪 器 等 多种 仪 器 组 成 的 大 型 精 密 仪 器 设 备 系 统 。 特 别 是 20世 纪80年 代 初 发 展 起 来 的 影 像 技 术 与 计 算 机 结 合 的 DSA问世 后 ， 由 于 它 能 实 时 地 向 医 生 提 供 导 管 导 向 的 位 置 、局 部 循 环 结 构 、 栓 塞 或 扩 张 的 效 果 等 有 关 介 入 诊 疗 的信 息 ， 因 而 具 有 极 大 的 优 越 性 ， 目 前 可 以 说 已 基 本 取代 了 常 规 的 血 管 造 影 设 备 。

55、 而 计 算 机 的 应 用 ， 使 DSA向 智 能 化 、 光 纤 网 络 的 综 合 快 速 数 据 处 理 能 力 、 无 胶片 处 理 方 式 、 尽 可 能 低 的 X线 剂 量 、 不 分 散 注 意 力 和操 作 方 便 的 界 面 、 最 快 最 好 的 图 像 处 理 技 术 方 向 发 展 ，从 而 为 介 入 放 射 学 提 供 了 有 力 的 保 证 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l 介 入 性 导 管 ， 根 据 用 途 可 分 为 两 类 ， 即 诊 断 用 导管 和 治 疗 用 导 管 及 其 附 件 。 前 者 包 括 心

56、 血 管 、 脑 血 管造 影 导 管 ， 肝 、 肾 、 胰 、 脾 等 内 脏 器 官 用 导 管 十 余 种 。这 种 导 管 要 有 一 定 耐 压 性 和 满 足 大 流 量 的 要 求（ 1525ml/s） 。 后 者 如 消 化 道 治 疗 导 管 、 肿 瘤 化 疗用 导 管 、 射 频 消 融 导 管 、 溶 栓 导 管 、 二 尖 辫 球 囊 扩 张导 管 等 。 其 附 件 有 血 管 内 支 架 （ 自 膨 胀 型 、 球 囊 膨 胀型 、 形 状 记 忆 型 ） 、 导 丝 （ 引 导 导 管 用 ） 等 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概

57、 论 l 专 家 预 测 ， 在 21世 纪 ， 应 用 微 电 子 、 分 子 生 物 学和 基 因 工 程 的 新 成 果 ， 集 多 功 能 如 内 镜 、 USG设 备 、血 流 压 力 测 量 等 于 一 体 的 新 一 代 治 疗 导 管 及 传 输 装 置将 进 一 步 发 展 。 应 用 生 物 适 应 性 良 好 的 材 料 、 内 支 架 、留 置 用 导 管 的 研 制 和 临 床 应 用 将 有 助 于 进 一 步 提 高 介入 治 疗 的 水 平 。 开 放 式 MRI设 备 与 其 相 应 配 套 装 置 的开 发 以 及 与 USG设 备 的 配 合 使 用 ，

58、将 使 介 入 治 疗 技 术向 低 或 无 放 射 线 方 向 发 展 。 影 像 设 备 的 研 制 、 开 发 ，使 实 时 成 像 和 立 体 成 像 引 导 下 的 介 入 性 操 作 成 为 可 能 ，加 上 新 的 抗 癌 药 物 、 栓 塞 剂 和 基 因 疗 法 的 应 用 ， 将 进一 步 提 高 介 入 治 疗 的 精 度 与 疗 效 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l （ 二 ） 立 体 定 向 放 射 外 科 学 设 备l 立 体 定 向 放 射 外 科 （ stereotactic radiosugery，SRS） 或 称 立 体

59、 定 向 放 射 治 疗 （ stereotactic radiotherapy， SRT） ， 是 一 门 新 的 医 疗 技 术 。 它 是 利用 现 代 X-CT设 备 、 MRI设 备 或 DSA设 备 ， 加 上 立 体定 向 头 架 装 置 对 颅 内 病 变 区 做 高 精 度 定 位 ； 经 过 专 用治 疗 计 划 系 统 （ 具 有 三 维 显 示 和 计 算 功 能 的 计 算 机 ）做 出 最 优 化 治 疗 计 划 ； 运 用 边 缘 尖 锐 的 小 截 面 光 子 束（ MV级 ） 以 等 中 心 照 射 方 式 聚 焦 于 病 变 区 （ 位 于 等中 心 处 ）

60、 ， 按 治 疗 计 划 作 单 平 面 或 多 个 非 共 面 的 单 次或 多 次 剂 量 照 射 。 由 于 照 射 野 边 缘 剂 量 下 降 很 陡 ， 就像 用 刀 切 一 样 ， 所 以 ， 用 射 线 时 称 为 -刀 ， 用 X线 时称 为 X-刀 。 无 论 是 -刀 ， 还 是 X-刀 ， 都 不 是 将 病 变 切除 ， 而 是 用 放 射 线 将 肿 瘤 细 胞 杀 死 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l -刀 的 主 体 结 构 是 一 个 半 球 形 金 属 屏 蔽 系 统 ， 其中 排 列 着 201个 60Co源 ， 每 个

61、 60Co源 均 有 双 重 不 锈 钢屏 蔽 ， 它 所 发 出 的 射 线 经 准 直 校 正 后 ， 形 成 一 个 狭光 束 ， 聚 焦 于 半 球 的 中 心 。 准 直 分 为 内 外 两 层 ， 外 准直 与 60Co源 一 起 固 定 于 主 机 内 ， 内 准 直 为 半 球 形 头 盔 ，根 据 孔 洞 直 径 分 为 4mm、 8mm、 14mm、 18mm四 种 ，以 适 应 不 同 大 小 的 病 变 。 也 可 以 通 过 堵 塞 部 分 准 直 孔来 适 应 不 同 形 状 的 肿 瘤 。 病 人 须 戴 上 立 体 定 向 头 架 通过 X-CT设 备 、 MR

62、I设 备 或 DSA设 备 进 行 定 位 。 治 疗时 ， 病 人 平 卧 在 治 疗 床 上 ， 剂 量 计 算 由 专 用 计 算 机 完成 。 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论 l -刀 与 X-刀 相 比 ， 各 有 其 优 缺 点 。 前 者 机 械 精 度高 ， 易 操 作 。 但 非 常 昂 贵 ， 需 现 场 装 源 且 510年 更 换一 次 ， 照 射 体 积 及 形 状 改 变 范 围 小 ， 只 能 治 疗 颅 内 病变 。 后 者 相 对 便 宜 ， 既 可 作 X-刀 又 可 做 放 疗 ， 按 病 变需 要 治 疗 时 其 体 积

63、和 形 状 变 化 范 围 大 ， 剂 量 准 确 。 但机 械 精 度 差 一 些 ， 须 用 计 算 机 控 制 照 射 ， 操 作 较 复 杂 。l 总 之 ， 立 体 定 向 放 射 外 科 （ 手 术 ） 有 以 下 优 点 ： 以立 体 影 像 定 位 ； 形 成 立 体 剂 量 分 布 ； 易 选 择 合 适的 剂 量 进 行 照 射 ； 肿 瘤 受 到 最 大 剂 量 照 射 但 周 围 正常 组 织 的 照 射 量 较 少 ； 适 于 治 疗 小 的 、 边 界 清 楚 的肿 瘤 。 它 完 全 符 合 现 代 放 射 治 疗 发 展 的 高 剂 量 、 高 精度 、 高 疗 效 及 低 损 伤 的 主 流 方 向 。 l （ 韩 丰 谈 徐 跃 ） 医 学 影 像 设 备 学 医 学 影 像 设 备 学 概 论