醫(yī)學影像技術概論課件

1、醫(yī)學影像技術概論醫(yī)學影像技術概論醫(yī)學影像技術概論本節(jié)內(nèi)容：一、醫(yī)學影像的主要內(nèi)容；二、醫(yī)學影技術的發(fā)展歷程；三、醫(yī)學影像技術的分類；四、醫(yī)學圖像識別；五、醫(yī)學影像的技術展望；2021/4/272醫(yī)學影像技術概論醫(yī)學影像技術概論醫(yī)學影像技術概論本節(jié)內(nèi)容：一本節(jié)內(nèi)容：一、醫(yī)學影像的主要內(nèi)容；二、醫(yī)學影技術的發(fā)展歷程；三、醫(yī)學影像技術的分類；四、醫(yī)學圖像識別；五、醫(yī)學影像的技術展望；2021/4/272本節(jié)內(nèi)容：一、醫(yī)學影像的主要內(nèi)容；2021/4/272一、醫(yī)學影像學主要內(nèi)容1. 醫(yī)學影像成像原理：根據(jù)臨床需求或醫(yī)學研究需要，對成像原理、成像系統(tǒng)的分析研究，將人體內(nèi)感興趣的信息提取出來，以圖像的形

2、式進行顯示，并對各種醫(yī)學圖像的質量因素進行分析。 提取的信息：形態(tài)的、功能的或成分的等 信 息 載 體：電磁波或機械波 顯 示 形 式：一維、二維或三維甚至是四維的等不同層次的圖像。2021/4/273一、醫(yī)學影像學主要內(nèi)容1. 醫(yī)學影像成像原理：根據(jù)臨床需求或2. 醫(yī)學影像處理技術 是對獲得的圖像作進一步的處理，如對其進行分析、識別分割、分類等，確定哪些部分應增強或某些特征應被提取。 目的：使原來不夠清晰的圖像變得清晰，或者是為了突出圖像中的某些特征信息等等。2021/4/2742. 醫(yī)學影像處理技術 是對獲得的圖像作進一步的處理，如對其3. 醫(yī)學影像臨床應用技術是在診斷和治療過程中對于需要

3、解決的醫(yī)學問題，根據(jù)各種醫(yī)學影像的特點，在臨床上以最敏感的信息、最快的速度、最經(jīng)濟的手段獲得最客觀的診斷和最優(yōu)治療方案的選擇、確定和實施。 2021/4/2753. 醫(yī)學影像臨床應用技術是在診斷和治療過程中對于需要解決的二、醫(yī)學影像技術發(fā)展的歷程什么是醫(yī)學影像技術？ 醫(yī)學影像技術是借助某種介質與人體相互作用，用理工學基礎理論和技術，把人體內(nèi)部組織、功能等具有醫(yī)療情報的信息源傳遞給影像接收器，最終以影像的方式表現(xiàn)出來，提供給診斷醫(yī)生，使醫(yī)生能根據(jù)自己的知識和經(jīng)驗針對醫(yī)學影像中所提供的信息進行判斷，從而對患者的健康狀況進行診斷的一門科學技術。2021/4/276二、醫(yī)學影像技術發(fā)展的歷程什么是醫(yī)學

4、影像技術？2021/4/二、醫(yī)學影像技術發(fā)展的歷程（一）放射技術伊始（二）醫(yī)技一體階段（三）醫(yī)技分家階段（四）形成獨立學科階段國際放射技術會議（ISRRT）2021/4/277二、醫(yī)學影像技術發(fā)展的歷程（一）放射技術伊始2021/4/2三、醫(yī)學成像技術分類 根據(jù)醫(yī)學影像所研究的內(nèi)容，按其成像原理和技術的不同，醫(yī)學影像技術分兩大領域：1、以微觀結構為主要對象的生物醫(yī)學顯微圖像學（BMMI)；2、以人體宏觀解剖結構及功能為研究對象的現(xiàn)代醫(yī)學影像學2021/4/278三、醫(yī)學成像技術分類 根據(jù)醫(yī)學影像所研究的內(nèi)容，按其成像原理三、醫(yī)學成像技術分類 現(xiàn)代醫(yī)學影像學按信息載體分：（1）X線成像：測量穿過

5、人體組織、器官后的X線強度；（2）磁共振成像：測量人體組織中同類元素原子核的磁共振信號； （3）超聲成像：測量人體組織、器官對超聲的反射波； （4）放射性核素成像：測量放射性藥物在體內(nèi)放射出的射線； （5）光學成像、紅外、微波成像。2021/4/279三、醫(yī)學成像技術分類 現(xiàn)代醫(yī)學影像學按信息載體分：2021/（一）X線成像 X線圖像數(shù)占臨床影像總數(shù)70 80 。 普通X線成像（屏-片系統(tǒng)）是一種模擬成像，X線照片、熒光屏的記錄或顯示從幾乎完全透明（白色）到幾乎不透明（黑色）的一個連續(xù)的灰階范圍。 是X線透過人體內(nèi)部器官的投影，這種不同的灰度差別即為任何一個局部所接受的輻射強度的模擬；或者說是

6、相應的成像組織結構對X線衰減程度的模擬。2021/4/2710（一）X線成像 X線圖像數(shù)占臨床影像總數(shù)70 80（一）X線計算機體層成像 1972年英國工程師Hounsfield、美國物理學家Cormack發(fā)明的X線計算機體層掃描技術（computed tomography，CT），CT以高密度分辨力和無重疊的清晰的體層圖像，顯示出普通X線檢查不能顯示的病變，提高了臨床診斷的正確性和效率。 1989年，螺旋CT問世，目前正發(fā)展到256排螺旋CT、雙源CT。 2021/4/2711（一）X線計算機體層成像 1972年英國工程師Hounsfi（一）X線計算機體層成像 CT的概念：自X線管發(fā)出的X線

7、首先經(jīng)過準直器形成很細的直線射束，用于穿透人體被檢測層面。經(jīng)人體薄層內(nèi)組織、器官衰減后射出的帶有人體信息的X線束到達探測器，探測器將含有受檢體層面信息的X線轉變?yōu)橄鄳碾娦盘?。通過測量電路將信號放大，有A/D轉換器變?yōu)閿?shù)字信號，送給計算機處理系統(tǒng)處理。計算機按照設計好的方法進行圖像重建和處理，得出圖像。2021/4/2712（一）X線計算機體層成像 CT的概念：2021/4/2712CT成像CT成像與常規(guī)X線成像比較有哪些優(yōu)勢？獲得無層面外組織干擾的橫斷面圖像；密度分辨力高；正確測量各組織的X線吸收衰減值；可進行各種圖像后處理；2021/4/2713CT成像CT成像與常規(guī)X線成像比較有哪些優(yōu)勢

8、？2021/4/（二）磁共振成像 magnetic resonance imaging，MRI是在物理學領域發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象的基礎上，20世紀70年代末繼CT后，借助計算機技術和圖像重建方法的進展和成果發(fā)展起來的一種新型醫(yī)學影像技術。磁共振通常由主磁體、梯度系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)及其他輔助設備等五部分組成。 生活中常見的共振現(xiàn)象？什么是共振？什么是核磁共振現(xiàn)象？2021/4/2714（二）磁共振成像 magnetic resonance i（二）磁共振成像 MRI：通過對靜磁場中的人體施加某種特定頻率的射頻脈沖（radio frequency，RF），使人體組織中的氫質子(1H)受到激勵而發(fā)

9、生磁共振現(xiàn)象，當中止RF脈沖后， 1H在弛豫過程中發(fā)射出射頻信號（MR信號），接收器（線圈）接收信號重建成像。 2021/4/2715（二）磁共振成像 MRI：通過對靜磁場中的人體施加某種特定（二） 磁共振成像 特點： 1. 射頻脈沖為成像的能源，不使用電離輻射，對人體安全、無創(chuàng)； 2. 圖像對腦和軟組織分辨力極佳，能清楚地顯示腦灰質、腦白質、肌肉、肌腱、脂肪等軟組織以及軟骨結構，解剖結構和病變形態(tài)顯示清楚、逼真； 3. 多方位成像，能對被檢查部位進行軸、冠、矢狀位以及任何傾斜方位的層面成像且不必變動病人體位；2021/4/2716（二） 磁共振成像 特點： 2021/4/2716 4. 多參

10、數(shù)成像，T1加權像（T1 weighted image，TlWI）、T2加權像（T2 weighted image，T2WI）、質子密度加權像（proton density weighted image，PDWI）、流空效應血管成像以及T2*WI、重T1WI、重T2WI，在影像上取得組織之間、組織與病變之間在T1 、 T2 、 T2 *和PD上的信號對比，對顯示解剖結構和病變敏感； 5. 能進行功能、組織化學和生物化學方面的研究。 2021/4/2717 4. 多參數(shù)成像，T1加權像（T1 weighted i（三）超聲成像 超聲成像（ultrasound imaging，USI）系統(tǒng)（B超、

11、M超、多普勒）大多是采用脈沖回波方式成像，即用一個短暫的電脈沖激勵換能器晶片，使之振動產(chǎn)生超聲波并射入體內(nèi)，進入人體的超聲波在遇到組織界面時，就會產(chǎn)生較強的回波信號。根據(jù)接收到的回波信號可以直接獲取掃查平面上的人體結構圖像。 優(yōu)點：對人體無損、無創(chuàng)、無電離輻射，能提供人體斷面實時動態(tài)圖像，廣泛用于心臟或腹部的檢查。USI除斷面成像外，可借助多普勒原理進行超聲血流測量，用于對心血管與腦血管等疾病診斷。2021/4/2718（三）超聲成像 超聲成像（ultrasound imagi（四）放射性核素成像 利用人體內(nèi)不同組織對放射性核素的吸收狀況不同，通過示蹤劑在體內(nèi)和細胞內(nèi)轉移速度和數(shù)量的差異及變化

12、而產(chǎn)生特征圖像， 提供臟器的形狀、大小、功能和血流量的動態(tài)測定指標，測量病變部位的范圍，能反映體內(nèi)生理、生化和病理過程，可以顯示出組織、器官的功能等。2021/4/2719（四）放射性核素成像 利用人體內(nèi)不同組織對放射性核素的吸（四）放射性核素成像核醫(yī)學成像中所使用的射線的能量范圍一般在25 keV 1.0 MeV，與X線成像時應用的能量相近，但平均能量要高些。 圖像的分辨力較低（約為1cm左右） 。 1958年，美國人Anger研制的閃爍照相機（gamma scinticamera）具有快速顯像的本領，使核素影像診斷從靜態(tài)進入到動態(tài)觀察，能指示臟器的生理代謝功能。2021/4/2720（四）

13、放射性核素成像核醫(yī)學成像中所使用的射線的能量范圍一般（四）放射性核素成像 20世紀80年代初，放射性核素掃描與CT技術結合起來，研制出發(fā)射型計算機體層掃描術（emission computed tomography，ECT）。 ECT不僅對各種臟器及其病變進行立體顯像，能動態(tài)觀察各種臟器的形態(tài)、功能和代謝的變化，還能進行體層、立體顯像。2021/4/2721（四）放射性核素成像 20世紀80年代初，放射性核素掃描與（四）放射性核素成像 發(fā)射型CT（ECT）分： 單光子發(fā)射型計算機體層（single proton emission computed tomography，SPECT） 正電子發(fā)射

14、型計算機體層（positron emission computed tomography，PET） 兩者的數(shù)據(jù)采集原理不相同。 PET研究人腦功能等有其獨特的優(yōu)點。2021/4/2722（四）放射性核素成像 發(fā)射型CT（ECT）分：2021/4四、醫(yī)學圖像的識別 是將圖像與解剖學、生理學、病理學知識作對照，捕捉圖像中有意義的細節(jié)和特征，來判斷是否有異常或屬于什么性質。 圖像識別的基礎 充分理解、掌握成像原理和方法是醫(yī)學圖像識別的基礎。 醫(yī)學圖像中有的由于成像方法和條件的不同，得出的圖像有很大差異時，從成像方法上理解分析醫(yī)學圖像就尤為重要。2021/4/2723四、醫(yī)學圖像的識別 是將圖像與解剖

15、學、生理學、病理學知識作圖像識別的基礎 CT成像時，由于圖像重建所選用的濾波函數(shù)不同，得出的圖像就有差異； MRI中，由于所用的射頻脈沖的性質和成像序列的不同，得出的影像的信息是不同的，形成的圖像有很大的差異； 即使是同種方法，由于射頻脈沖的時間間隔不同，所得的圖像也有很大差別。 由于時間間隔大小不同，在圖像上，不但病變組織與正常組織的對比度不同，正常組織間，如大腦中的腦灰質和腦白質的對比度也不相同。2021/4/2724圖像識別的基礎 CT成像時，由于圖像重建所選用的濾波函數(shù)不四、醫(yī)學成像系統(tǒng)評價各種成像方式的成像原理、成像參數(shù)及適用范圍等各不相同。不同的成像系統(tǒng)并不能相互取代，在臨床應用中

16、起著相互補充的作用。 評價一個成像系統(tǒng)，應從各個不同角度全面分析成像系統(tǒng)的優(yōu)缺點，并了解其臨床適用的范圍。2021/4/2725四、醫(yī)學成像系統(tǒng)評價各種成像方式的成像原理、成像參數(shù)及適用范（一）電磁波透射成像用透射方法成像時，并不是所有的電磁波都可以用來進行醫(yī)學成像。 考慮的主要因素是分辨力與衰減，從分辨力的角度考慮，用于成像的輻射波的波長至少應小于1.0cm。 當射線照射人體時人體組織會將其部分吸收或散射，或者說對射線起某種衰減作用。2021/4/2726（一）電磁波透射成像用透射方法成像時，并不是所有的電磁波都可（一）電磁波透射成像 如果衰減過多，只有少量射線透過人體，很難檢測到。 反之若

17、射線幾乎毫無衰減地透過人體，則不可能得到對比清晰的圖像。因為圖像的對比度是靠經(jīng)過一定的衰減后射線強度的差異來形成的。 紅外、可見光及紫外線照射人體時產(chǎn)生過度的衰減，不能用于透射成像。2021/4/2727（一）電磁波透射成像 如果衰減過多，只有少量射線透過人體，（二）超聲成像與X線成像 超聲波與X線在人體組織中的傳播過程不同，成像方式有明顯不同的特點。 超聲儀器是采用反射回波成像的方法。在反射回波成像系統(tǒng)中，可以根據(jù)超聲波往返傳播的時間來決定探查的深度。 超聲波在水中或大多數(shù)人體組織中的傳播速度約為1540 m/s，在體內(nèi)傳播1cm距離的時間約為6.5s，在這個時間內(nèi)現(xiàn)代電子技術完全有能力區(qū)分

18、來自人體不同深度處的回波信號。2021/4/2728（二）超聲成像與X線成像 超聲波與X線在人體組織中的傳播過（二）超聲成像與X線成像 脈沖回波式超聲對觀察實質性臟器的軟組織結構很合適，但對胸腔檢查超聲波方法就不行了。 用X線來探查胸腔則是很成功的，但探查腹部時則很難分辨出內(nèi)部的臟器（軟組織對X線的衰減差異?。?。2021/4/2729（二）超聲成像與X線成像 脈沖回波式超聲對觀察實質性臟器的（三）形態(tài)學成像與功能成像 X線成像顯示的是人體結構的解剖學形態(tài)，對疾病的診斷主要根據(jù)形態(tài)上的密度變化，較難在病理研究中發(fā)揮作用。 放射性同位素圖像的分辨力比較低的，但是能直接顯示臟器功能，特別是代謝方面問

19、題，功能成像在臨床診斷與醫(yī)學研究中已越來越顯示出它的作用。 MRI不僅能提供組織形態(tài)方面的信息，而且可以提供有關臟器功能及組織化學特性方面的信息，并具有較高的圖像分辨力。2021/4/2730（三）形態(tài)學成像與功能成像 X線成像顯示的是人體結構的解剖（四）對人體的安全性 評價醫(yī)學成像系統(tǒng)，需要特別注意的是對人體的安全性。 電離輻射對人體造成的損傷可大致分為： 一種是對照射體的直接損傷，如局部發(fā)紅、脫發(fā)、有可能增加某些疾?。ㄈ绨籽。┑陌l(fā)病率等； 另一種遺傳性的，可能會影響到下幾代?？紤]X線對人體可能的傷害，X線檢查時應盡可能減少對人體的照射劑量。 放射性同位素成像也給人體造成電離輻射損傷。20

20、21/4/2731（四）對人體的安全性 評價醫(yī)學成像系統(tǒng)，需要特別注意的是對（四）對人體的安全性 在X線攝影中，盡管輻射的強度相對比較大，但病人只是在一個很短的時間里接受照射。 放射性同位素成像用的放射性材料的濃度雖然是很低的，但放射性藥物對人體的照射則會持續(xù)一段時間，直至其排出體外或衰變完了。選擇放射性材料時應考慮用較短的半衰期。2021/4/2732（四）對人體的安全性 在X線攝影中，盡管輻射的強度相對比較（四）對人體的安全性 醫(yī)學診斷中使用的超聲波照射水平不會對人體造成傷害。 特別是對那些敏感的區(qū)域，如胎兒與眼部的檢查，使用超聲檢查要比X線安全得多。 對發(fā)育初期的胚胎，超聲檢查也應慎用。

21、2021/4/2733（四）對人體的安全性 醫(yī)學診斷中使用的超聲波照射水平不會對五、醫(yī)學影像技術展望（一）提高影像設備的性能磁共振波譜成像（MRS）、功能成像（f MRI）； 彩色血流成像研究高速和低速血流測量新方法，腔內(nèi)超聲成像。 CT提高空間分辨力和掃描速度，重點研究疾病在新陳代謝方面的變化。2021/4/2734五、醫(yī)學影像技術展望（一）提高影像設備的性能2021/4/2（二）醫(yī)學影像數(shù)字化 醫(yī)學影像成像方法：模擬方法和數(shù)字方法。 普通屏-片系統(tǒng)成像、光學系統(tǒng)成像和電視技術(透視)的圖像都屬模擬成像方式； 計算機化的各種醫(yī)學影像成像如CT、MRI、DSA、ECT、超聲等都是用數(shù)字方法給出

22、圖像信息的。2021/4/2735（二）醫(yī)學影像數(shù)字化 醫(yī)學影像成像方法：模擬方法和數(shù)字方法（二）醫(yī)學影像數(shù)字化 隨著計算機、數(shù)字圖像處理技術發(fā)展。 醫(yī)學成像從模擬到數(shù)字圖像。 從平面到立體圖像、從局部到整體圖像。 從宏觀到微觀圖像、從靜態(tài)到動態(tài)圖像。 從形態(tài)到功能圖像。 從單一圖像到綜合圖像等方向發(fā)展。2021/4/2736（二）醫(yī)學影像數(shù)字化 隨著計算機、數(shù)字圖像處理技術發(fā)展。2（三）計算機輔助診斷 CAD是把數(shù)字圖像處理技術和計算機視覺技術等作為圖像分析輔助工具，應用于各種疾病的診斷。利用計算機建立數(shù)學模型，對醫(yī)學影像進行特定的處理以提高診斷準確性的一種方法。 1966年，ledley首次提出CAD并應用于臨床放射診斷。70年代，國外首先將此技術應用于乳腺疾病診斷，進行大量技術及臨床應用方面研究。 80年代起，美國芝加哥大學又對胸部疾病的CAD進行了大量研究并取得了階段性成果，某些方面已具有臨床實用價值。2021/4/2737（三）計算機輔助診斷 CAD是把數(shù)字圖像處理技術和計算機視（三） 計算機輔助診斷 在乳腺疾病的應用重點： 1)腫塊的檢測； 2)微鈣化點的自動檢測分類。 對乳腺X影像中微鈣化點進行檢測的方法，包括傳統(tǒng)的圖像處理技術、基于小波變換的圖像特征增強技術、統(tǒng)計學分割方法、基于ANN的分類方法和這幾種方法的聯(lián)