China Medical University Computer Center 2007.8
《醫(yī)學(xué)影像實(shí)用技術(shù)教程》
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
第1章 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)概論
1.1 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程
1.2 醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像的物理共性
1.3 計(jì)算機(jī)醫(yī)學(xué)影像
1.4 影響對(duì)醫(yī)學(xué)圖像評(píng)價(jià)的因素
1.5 醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的分類與組成
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展,印證了100多年來(lái)醫(yī)學(xué),生物,物理,電子工程,計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的誕生與沿革.
數(shù)字醫(yī)學(xué)影像新技術(shù),新設(shè)備對(duì)醫(yī)學(xué)影像診斷和數(shù)字影像治療帶來(lái)許多根本的改變.
醫(yī)院里有哪些醫(yī)學(xué)影像設(shè)備和是否開(kāi)展數(shù)字影像介入治療,在很大程度上代表了這家醫(yī)院的現(xiàn)代化檢查治療的條件與診治水平.
目前現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)的提升和現(xiàn)代影像技術(shù)的發(fā)展相互融合,相互推動(dòng),相互依存的趨勢(shì)已經(jīng)成為共識(shí).
新的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和設(shè)備的研制也已經(jīng)成為21世紀(jì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)和生命科學(xué)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn).
1.1 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展歷程
從1895年德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X光并由此拍出世界上第一張倫琴夫人手部的X線透視照片以來(lái),醫(yī)學(xué)影像技術(shù)從無(wú)到有,從不完善到功能齊全,分類精細(xì),經(jīng)歷了一個(gè)100多年的發(fā)展過(guò)程.
教學(xué)目標(biāo):
了解X射線,CT,超聲,MRI,DSA,CR, DR,核醫(yī)學(xué)(ECT,PET,SPECT)等醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展歷程
1,1895年11月8日,德國(guó)物理學(xué)家倫琴在做真空管,高壓,放電實(shí)驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)了X射線或稱X線,并用于臨床的骨折和體內(nèi)異物的診斷.
1896年,德國(guó)西門(mén)子公司研制出世界上第一支X線球管.
20世紀(jì)10-20年代,出現(xiàn)了常規(guī)X線機(jī).
20世紀(jì)60年代中,末期形成了較完整的放射診斷或放射學(xué)(radiology)學(xué)科體系.
第一張X線照片
倫琴
國(guó)產(chǎn)直接數(shù)字化X攝影系統(tǒng)
2, 1971年,世界上第一臺(tái)用于顱腦的CT掃描機(jī)(計(jì)算機(jī)人體斷層攝影術(shù))由柯馬克(A.M.Cormack)和郝恩斯費(fèi)爾(G.N.Hounsfield)首次研制成功.1979年因此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明,柯馬克,郝恩斯費(fèi)爾獲得了生理與醫(yī)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng).
世界上第一臺(tái)4層CT掃描機(jī)
豪恩斯費(fèi)爾德
CT機(jī)的分代主要以其X線管和探測(cè)器的關(guān)系,探測(cè)器的數(shù)目,排列方式以及X線管與探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)方式來(lái)劃分.到今天為止CT經(jīng)歷了5代發(fā)展,現(xiàn)在第6代CT正在研發(fā)中.
第1代CT機(jī)只有一個(gè)探測(cè)器,掃描角度為1 ,掃描時(shí)間270s/層.僅用頭部的掃描, 圖像質(zhì)量差, 以平移加旋轉(zhuǎn)的掃描運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行,稱為平移/旋轉(zhuǎn)型.
第2代CT機(jī)探測(cè)器的數(shù)目增加5～20個(gè)左右,X線束呈扇型,掃描角度增加為360 ,掃描時(shí)間仍較長(zhǎng),一般在20s～1min/層,掃描方式為窄扇形束掃描平移-旋轉(zhuǎn)方式 .
第3代CT探測(cè)器數(shù)目一般多超過(guò)100個(gè),有的接近1000個(gè),X線扇形束擴(kuò)大到40 ～50 ,足以覆蓋人體的橫徑,這樣掃描就不需要再平移,而只需要旋轉(zhuǎn)就可以了,故稱為旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)型.掃描時(shí)間一般均在幾秒鐘,最快速度0.5s,實(shí)現(xiàn)了亞秒級(jí)掃描.
第1代到第3代CT機(jī)的X線管和探測(cè)器都是同步旋轉(zhuǎn)的,而第4代CT機(jī)與之不同,探測(cè)器呈360 環(huán)狀固定排列在機(jī)架內(nèi)(目前有的機(jī)型多達(dá)4800個(gè)探測(cè)器),X線管則圍繞人體和機(jī)架作360 旋轉(zhuǎn),把第4代稱固定/旋轉(zhuǎn)型(螺旋CT屬此型).
第5代CT機(jī)與第1到第4代CT機(jī)不同,在成像過(guò)程中X線管不需環(huán)繞機(jī)架作機(jī)誡運(yùn)動(dòng),它是用電子束方法產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的X線源,再穿透人體由探測(cè)器接受,這種CT機(jī)稱為電子束CT,也稱超高速CT,特點(diǎn)是掃描速度很快,50～100ms/層,每秒最多可掃34層,就其掃描速度是普通CT的40倍,螺旋CT的20倍,可用于心臟一類運(yùn)動(dòng)器官的掃描.
第1代CT:掃描方式為平移(translate)+旋轉(zhuǎn)(rotate)(T+R)方式的CT.
第2代CT:掃描方式為平移(translate)+旋轉(zhuǎn)(rotate)(T+R)方式的CT.
第3代CT:掃描方式為旋轉(zhuǎn)+旋轉(zhuǎn)(R+R)掃描方式的CT.
第4代CT:掃描方式為靜止(stationary)+旋轉(zhuǎn)(S+R)掃描方式的CT.
第5代CT:掃描方式為靜止+靜止(S/S)電子束掃描方式的CT.
現(xiàn)代螺旋CT結(jié)構(gòu)圖
第二代16層CT
第五代CT
3,20世紀(jì)50年代和60年代超聲和放射性核素也相繼出現(xiàn).
1942年奧地利科學(xué)家達(dá)西科(Dussik)首先將超聲技術(shù)應(yīng)用與臨床診斷,從此開(kāi)始了醫(yī)學(xué)超聲影像設(shè)備的發(fā)展.
1954年瑞典人應(yīng)用M型超聲顯示運(yùn)動(dòng)的心壁,稱為超聲心動(dòng)圖.
人類從20世紀(jì)50年代開(kāi)始研究二維B型超聲,至70年代中期,實(shí)時(shí)二維超聲開(kāi)始應(yīng)用.
超聲檢查 (二尖瓣粘連)
彩色超聲檢查 (胎兒發(fā)育)
4,70年代末80年代初,超聲,放射性核素,MR-CT和數(shù)字影像設(shè)備與技術(shù)逐步興起.其中磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)是目前最為先進(jìn)的影像檢查方法之一.
MRI是基于MR現(xiàn)象的醫(yī)學(xué)影像技術(shù).MR現(xiàn)象是1946年分別由美國(guó)斯坦福大學(xué)物理系Bloch教授和哈佛大學(xué)的Puecell教授領(lǐng)導(dǎo)的小組同時(shí)獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的.由于這一發(fā)現(xiàn)在物理,化學(xué)上具有重大意義,Bloch和Puecell共同獲得了1952年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).
曼斯.菲爾德
裴奧.勞特伯
GE Signa Profile/o MRI
5,20世紀(jì)80年代推出了數(shù)字減影血管造影(DSA)和計(jì)算機(jī)X線攝影(CR)成像設(shè)備與技術(shù),其后又推出了數(shù)字X線設(shè)備(DR).
數(shù)字減影血管造影術(shù)是常規(guī)造影術(shù)與電子計(jì)算機(jī)處理技術(shù)相結(jié)合的一種新型成像技術(shù).血管造影檢查是對(duì)注入血管造影劑前后的圖像進(jìn)行相減,得到無(wú)骨骼,內(nèi)臟,軟組織背景的清晰的血管影象,而血管的形態(tài),結(jié)構(gòu)反映了多種疾病的基本信息.
計(jì)算機(jī)X線攝影(CR)是將X線攝照的影像信息記錄在影像板(IP板)上,這種可重復(fù)使用的IP影像板,替代了膠片,不需要沖印,因此也稱為干板.干板經(jīng)激光讀取裝置讀取,由計(jì)算機(jī)精確計(jì)算處理后,即可得到高清數(shù)字圖像,最后經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換,在熒屏上顯示出灰階圖像,有利于觀察不同的組織結(jié)構(gòu).
直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)(digital ray DR)是利用電子技術(shù)將X線信息的其它載體轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮虞d體,X線照射人體后不直接作用于膠片,被探測(cè)器(Detector)接收并轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信號(hào),獲得X線衰減值(attenuation value)的數(shù)字矩陣,經(jīng)計(jì)算機(jī)處理,重建成圖像.
6,20世紀(jì)90年代推出了更新,更強(qiáng)的核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備ECT,包括PET,SPECT等設(shè)備.PET也稱正光電子成像設(shè)備,主要的優(yōu)勢(shì)是超強(qiáng)的醫(yī)學(xué)影像的識(shí)別與診斷的能力,尤其是利用注入體內(nèi)的增強(qiáng)顯影劑或示蹤劑,在體內(nèi)循環(huán)可以動(dòng)態(tài)地,靶向目標(biāo)清晰地顯示被檢部位形態(tài)和功能的異常情況,甚至可以檢查出細(xì)胞級(jí)別的病變.
GE 全數(shù)字PET-CT
GE 生產(chǎn)的 SPECT
PET 圖像
1.2 醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像的物理共性
醫(yī)學(xué)影像成像源共性是充分和準(zhǔn)確的利用成像源的物理作用,獲得人體內(nèi)攜帶有某種物理量分布信息的影像數(shù)據(jù).
醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)成像主要包括以下4個(gè)共性 :
源
源與物體(目標(biāo))的相互作用
檢測(cè)器
電子系統(tǒng)
1.2.1 源與目標(biāo)的作用
1. 源
體外源:如X射線源,磁場(chǎng)源,超聲源,電磁波源,紅外線源等,這些人體外部的能源稱為外源.
外源共同的特點(diǎn)是對(duì)人體組織或器官具有已知和可控的作用.
體內(nèi)源:如注入人體內(nèi)部的同位素輻射源,或人體自身的熱輻射源等.這些增強(qiáng)顯影劑的輻射非常低,對(duì)人體無(wú)損害,但由此產(chǎn)生的醫(yī)學(xué)影像卻非常的清晰,并且受檢查的部位靶向性(命中率)準(zhǔn)確.
2. 源與物體(目標(biāo))的相互作用
例如X射線穿過(guò)人體時(shí),就可以準(zhǔn)確檢測(cè)出某種源與每部分人體組織器官相互作用后的結(jié)果,指標(biāo)和參數(shù),據(jù)此來(lái)進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像的診斷或治療.
注意:源的生物安全劑量,質(zhì)量指標(biāo)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn).
3. 檢測(cè)器
檢測(cè)器的主要作用是在體外檢測(cè)攜帶有體內(nèi)信息的信號(hào).
檢測(cè)器的形式與各種源的類型有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系.
這些影像信號(hào)檢測(cè)器共同的作用和主要功能評(píng)價(jià)指標(biāo)很多是一樣的,如檢測(cè)弱信號(hào)的靈敏度,檢測(cè)與處理信號(hào)的速度,以及檢測(cè)用的源劑量的低強(qiáng)度,達(dá)到向更清晰,更快速,更安全,更多維
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