《医学影像学总论》课件

医学影像学总论医学影像学是现代医学的重要组成部分，通过各种成像技术为临床诊断和治疗提供重要信息本课程将全面介绍医学影像学的基础理论、技术原理和临床应用，涵盖X线、CT、MRI、超声等主要影像技术影像学的定义与学科范畴学科定义跨学科特征应用范围医学影像学是利用各种成像技术对医学影像学融合了医学、工程学、人体进行无创性检查，获取解剖结生物学、物理学等多个学科的知识构和功能信息，用于疾病诊断、治和技术，体现了现代医学多学科交疗指导和疗效评估的医学分支学叉发展的特点科影像学的发展历史1年1895德国物理学家伦琴发现X射线，开创了医学影像学的历史第一张X线片显示了人体骨骼结构，标志着医学诊断进入新时代2年代1970计算机断层扫描（CT）技术问世，实现了人体横断面成像，大大提高了诊断的准确性和精度3年代1980磁共振成像（MRI）技术投入临床应用，为软组织成像提供了革命性的解决方案，特别在神经系统疾病诊断中发挥重要作用影像学主要分支超声成像核医学成像实时动态成像，广泛包括SPECT、PET等，与分子影像学CT MRI用于心脏、腹部等器反映组织代谢和功能官检查状态提供高分辨率的断层在分子水平观察生物成像，用于复杂疾病过程，是影像学发展的精确诊断的前沿方向传统线成像介入放射学X包括普通X线摄影和影像引导下的微创治透视，是最基础的影疗，结合诊断与治疗像检查方法功能医学影像的临床价值疾病诊断通过影像表现识别病变性质、部位和范围，为临床诊断提供客观依据影像学检查能够发现肉眼无法观察到的微小病变疾病分型根据影像特征对疾病进行准确分型和分期，为制定个体化治疗方案提供重要参考信息治疗指导为手术、放疗、介入治疗等提供精确的解剖定位和路径规划，提高治疗的安全性和有效性疗效评估通过治疗前后的影像对比，客观评价治疗效果，及时调整治疗策略，监测疾病进展和复发情况典型医学影像设备一览普通线机扫描仪设备X CTMRI最基础的影像设备，用提供高分辨率断层图利用强磁场成像，软组于胸部、骨骼等常规检像，现代多层螺旋CT可织对比度优异，无电离查，操作简便，成本较实现快速全身扫描和三辐射，适用于多种疾病低维重建诊断超声仪器实时成像设备，便携性好，广泛用于心脏、腹部、产科等检查线成像基本原理X射线产生X高速电子撞击钨靶产生X射线，具有较强的穿透能力X射线的能量和强度可以通过调节管电压和管电流来控制，以适应不同部位的检查需求组织穿透X射线穿透人体时，不同组织对X线的吸收程度不同骨骼密度高，吸收多，在胶片上呈白影；软组织密度中等，呈灰影；含气组织密度低，吸收少，呈黑影影像形成穿透人体的X射线在探测器或胶片上形成具有不同灰度的影像通过分析这些灰度差异，可以识别正常解剖结构和病理改变线设备结构与类型X主要组成部分设备类型分类X线管球是产生X射线的核心部件，包含钨靶和加热丝探测器根据成像方式和技术特点，X线设备可分为多种类型，每种都有负责接收穿透人体的X射线并转换为可见图像其特定的临床应用场景•X线管球产生X射线•常规X线摄影•探测器接收X射线•数字X线成像•荧光屏显示图像•体层摄影•控制系统调节参数•透视设备线检查方式X荧光透视检查线摄影检查特殊摄影技术X提供实时动态观察功能，可以观察器获得静态高分辨率图像，成像效果优包括立位、卧位、侧位等不同体位摄官的运动状态和功能变化检查过程异，便于存档和对照比较是最常用影，以及软线摄影、高千伏摄影等特经济简便，但图像分辨率相对较低，的X线检查方式，适用于胸部、骨骼等殊技术，可以更好地显示特定部位的主要用于胃肠道检查和介入操作引部位的常规检查病变导线特殊技术与造影X造影剂检查1提高软组织对比度体层摄影2显示特定层面结构基础线成像X3常规平片检查造影检查分为直接造影和间接造影两种方式直接造影是将造影剂直接注入要检查的器官或血管，如血管造影、胆道造影等间接造影是通过静脉注射造影剂，利用器官的生理功能使造影剂在特定部位浓聚，如静脉肾盂造影等体层摄影技术可以消除重叠结构的干扰，清晰显示特定层面的病变线影像显示的基本特征X1灰度层次丰富X线影像具有丰富的灰度层次，从纯黑到纯白之间有多个灰度级别，能够清晰区分不同密度的组织结构和病变部位2空间分辨率高现代X线设备具有较高的空间分辨率，能够显示细微的解剖结构和小病变，特别适合骨骼系统和胸部疾病的诊断3便于存档对比X线片易于拍摄、存储和传输，便于建立影像档案可以进行前后对比观察，追踪疾病的发展变化和治疗效果4成像速度快X线检查时间短，成像速度快，适用于急诊检查和不能长时间配合的患者，在临床急救中发挥重要作用线影像临床应用实例X骨折诊断X线是骨折诊断的首选检查方法，能够清晰显示骨折线、骨折类型和移位情况对于复杂骨折，可结合多个投照角度进行全面评估肺炎检查胸部X线可以显示肺炎的典型表现，如肺部渗出、实变等病理改变有助于判断感染范围、严重程度和治疗效果胸腔积液X线检查能够发现胸腔积液，通过立位和卧位摄影可以判断积液的性质和量，为临床治疗提供重要信息线的局限性与副作用X软组织分辨率有限对软组织的显示能力较差，难以区分密度相近的软组织结构电离辐射暴露存在一定的辐射暴露风险，需要严格控制检查频次结构重叠干扰二维成像导致前后结构重叠，可能掩盖部分病变尽管X线检查存在这些局限性，但其在临床诊断中的地位仍然不可替代通过合理选择检查方法、严格控制辐射剂量、结合其他影像技术，可以最大限度地发挥X线检查的优势，同时将风险降到最低临床医生需要根据患者的具体情况权衡利弊，选择最适合的检查方案数字线成像（）X DR/CR数字化采集图像处理直接将X射线转换为数字信号，实现高可对图像进行增强、测量、标注等后处效的图像采集过程理操作，提高诊断质量网络传输数据存储支持PACS系统集成，实现图像的快速图像以数字格式存储，便于长期保存和传输和远程会诊快速检索调用数字减影血管造影（）DSA造影剂注射减影处理实时显示治疗应用通过导管将造影剂精确注入计算机自动减去背景组织，提供清晰的血管影像，指导结合介入器械进行血管成目标血管突出血管结构介入操作形、栓塞等治疗发展简史CT1年代初期1970英国工程师Hounsfield研制出第一台CT机，仅用于头部扫描这一突破性发明为他赢得了1979年的诺贝尔生理学或医学奖，标志着医学影像学进入了新纪元2年代1980全身CT扫描仪问世，扫描速度和图像质量显著提升CT技术开始在临床广泛应用，成为重要的诊断工具3年代1990螺旋CT技术的出现实现了连续扫描，大大缩短了检查时间同时，CT血管造影（CTA）技术的发展扩展了CT的应用领域4世纪21多层螺旋CT普及，最多可达320层探测器，实现了真正的容积扫描双源CT、能谱CT等新技术不断涌现，推动CT诊断向更高精度发展成像原理CT360°1000+旋转扫描探测器数量X线管围绕人体旋转一周，从多个角度获取现代CT配备大量探测器单元，提高数据采投影数据集效率

0.5mm层厚精度最薄层厚可达亚毫米级，实现高分辨率成像CT成像基于X射线在不同组织中的衰减差异X线管和探测器组成的扫描架围绕患者旋转，从多个角度获取透射数据计算机运用复杂的数学算法重建出人体横断面图像，每个像素的灰度值反映该区域组织的X射线衰减系数，以Hounsfield单位（HU）表示主要结构与扫描方式CT硬件组成扫描模式CT扫描仪主要由扫描架、检查床、操作台和计算机系统组成现代CT提供多种扫描方式，可根据临床需要选择最适合的扫描扫描架内装有X线源和探测器组，是成像的核心部件模式，在保证图像质量的同时优化检查时间和辐射剂量•X线源产生扫描所需的X射线•横断面扫描最基本的扫描方式•探测器组接收透射的X射线•冠状面重建显示冠状切面•扫描床精确定位患者•矢状面重建显示矢状切面•控制系统协调各部件工作•三维重建立体显示解剖结构图像的空间与密度分辨率CT分辨率类型技术参数临床意义空间分辨率

0.5-

1.0mm决定显示细微结构的能力密度分辨率

0.3-

0.5%区分相似密度组织的能力时间分辨率100-500ms捕捉动态变化的能力对比分辨率2-5HU软组织对比显示能力CT值以Hounsfield单位（HU）表示，水为0HU，空气为-1000HU，密质骨为+1000HU以上不同组织具有特征性的CT值范围，这是CT诊断的重要依据图像矩阵通常为512×512或1024×1024，像素大小直接影响空间分辨率三维重建与临床应用CT三维重建血管成像肺结节筛查CTA将二维断层图像重建为CT血管造影技术可以清低剂量胸部CT用于肺癌立体结构，提供直观的晰显示血管解剖和病变，筛查，能够发现早期小解剖显示，便于理解复用于动脉瘤、狭窄、畸结节，显著提高肺癌的杂的空间关系和病变形形等血管疾病的诊断早期发现率态手术规划为复杂手术提供精确的解剖信息和手术入路规划，提高手术的安全性和成功率造影增强技术CT造影剂注射通过静脉快速注射碘造影剂，通常使用自动注射器控制注射速度和剂量，确保最佳的增强效果注射速度一般为3-5ml/s分期扫描根据造影剂在血管和组织中的分布时相，进行动脉期、静脉期、延迟期等多期扫描，获取不同时相的增强信息病变显示增强扫描能够显示肿瘤的血供特点、血管侵犯情况，提高病变检出率和定性诊断准确性对比剂过敏需要预先评估功能评估通过分析增强模式和时间-密度曲线，可以评估器官功能状态，如肾功能、肝功能等，为临床提供更多信息优势与局限CT主要优势主要局限性CT扫描具有多项显著优势，使其成为现代医学诊断的重要工尽管CT技术先进，但仍存在一些限制需要在临床应用中加以考具高分辨率的断面成像能力是其最大特点虑和权衡•空间分辨率高，图像清晰•电离辐射剂量相对较高•扫描速度快，适用范围广•软组织对比度有限•三维重建功能强大•造影剂过敏风险•定量分析准确可靠•金属伪影干扰成像原理MRI磁场对齐射频激发强磁场使人体内氢原子核按磁场方向排射频脉冲使氢原子核偏离平衡位置，吸列，建立稳定的磁化状态收射频能量图像重建弛豫过程计算机处理接收到的信号，重建出高对氢原子核返回平衡态时释放信号，形成比度的图像MR信号设备构成与场强MRI高场强系统

13.0T及以上，研究和特殊临床应用中场强系统

21.5T，临床常规检查的主力设备低场强系统

30.5T以下，开放式设计，适合特殊患者MRI系统主要由超导磁体、射频系统、梯度系统和计算机系统组成超导磁体产生稳定均匀的主磁场，是整个系统的核心射频线圈负责发射激发脉冲和接收MR信号梯度系统用于空间编码，实现层面选择和图像重建不同场强的设备各有特点和适用范围图像序列及类型MRI加权像加权像T1T2反映组织的T1弛豫特性，脂肪呈反映组织的T2弛豫特性，水呈高高信号，水呈低信号适用于显信号，脂肪呈相对低信号对病示解剖结构，增强后能良好显示理改变敏感，能很好显示水肿、血管和强化病变广泛用于脑炎症等病变是诊断脑梗死、肿部、脊柱等部位检查瘤等疾病的重要序列质子密度像主要反映组织中质子密度的差异，图像对比度介于T1和T2之间常用于关节软骨、半月板等结构的精细显示功能成像及应用MRI功能磁共振成像（）fMRI灌注加权成像（）PWI通过检测血氧水平依赖信号变化，反映大弥散加权成像（）DWI评估组织的血流灌注状态，用于脑血管病脑的功能活动广泛应用于认知神经科学检测水分子的弥散运动，对急性脑梗死具的诊断和治疗监测结合DWI可以识别缺研究和术前脑功能区定位，为神经外科手有极高的敏感性能够在发病数分钟内发血半暗带，指导血管再通治疗的时间窗选术提供重要参考现缺血性改变，为超急性期溶栓治疗提供择重要依据的优缺点MRI无电离辐射使用磁场和射频波成像，对人体无害软组织对比度佳能清晰区分不同软组织结构检查时间长单次检查通常需要20-60分钟金属禁忌体内金属植入物可能造成安全隐患超声成像原理与分类彩色多普勒二维灰阶超声显示血流方向和速度，用于血管检查基础超声成像模式，显示组织的声学特性脉冲多普勒精确测量血流速度，评估血流动力学三维超声能量多普勒提供立体图像，用于产科和心脏检查显示血流灌注情况，对慢血流敏感超声设备主要结构探头系统主机系统超声探头是设备的核心部件，包含压电晶体换能器，负责发射和包括信号处理、图像显示和控制操作等模块，现代超声设备集成接收超声波不同频率的探头适用于不同深度的检查了先进的数字信号处理技术•线阵探头腹部检查•发射/接收电路•凸阵探头浅表器官•信号处理器•相控阵探头心脏检查•图像显示系统•腔内探头特殊检查•操作控制面板超声检查适应证心脏超声腹部超声产科超声评估心脏结构和功检查肝、胆、胰、监测胎儿发育情能，诊断心脏病脾、肾等腹部器况，诊断胎儿畸变，是心脏疾病诊官，诊断结石、肿形，评估孕期各项断的重要手段可瘤、炎症等疾病指标是产前检查以实时观察心脏搏操作简便，可重复的必备项目，安全动，测量心功能参检查无害数甲状腺超声显示甲状腺形态、大小、回声特点，发现结节、囊肿等病变结合穿刺活检可提高诊断准确性超声优点与限制安全无害无电离辐射，对人体完全安全，可反复检查实时成像提供动态实时图像，便于观察器官功能经济便捷设备成本低，检查费用便宜，普及性好超声检查也存在一定局限性气体和骨骼会阻挡超声波传播，影响深部器官的显示空间分辨率相对较低，对微小病变的检出能力有限检查结果受操作者经验和技术水平影响较大，存在一定的主观性肥胖患者由于声衰减增加，图像质量可能下降核医学成像（）ECT/SPET/PET99mTc常用核素最常用的单光子核素，半衰期适中18F-FDGPET示踪剂葡萄糖代谢显像的标准示踪剂小时2-4检查时间从注射到成像的典型间隔时间

0.1mSv辐射剂量单次检查的典型有效剂量核医学成像通过静脉注射放射性核素标记的药物，利用探测器接收体内发出的γ射线或正电子湮灭辐射，重建出反映器官功能和代谢状态的图像SPECT主要用于心肌灌注、骨骼、肾功能等检查，PET-CT结合功能和解剖信息，在肿瘤诊断中发挥重要作用分子影像学基因水平成像利用基因报告系统和分子探针，在活体内追踪基因表达和调控过程为基因治疗效果评估和疾病机制研究提供重要工具分子标记技术开发特异性分子探针，靶向结合特定的生物分子或细胞受体实现对疾病相关分子事件的精确定位和定量分析靶向诊断应用针对肿瘤细胞表面受体、酶活性等特征进行靶向成像早期发现病变，指导个体化治疗方案的制定和疗效监测药物研发支持在新药开发过程中评估药物的体内分布、代谢和作用机制缩短药物研发周期，提高成功率，降低研发成本介入放射学介绍血管介入穿刺活检经皮血管成形术、支架置入、栓塞治疗等微影像引导下精确穿刺，获取组织标本进行病创手术理诊断引流术经皮置管引流脓肿、积液等，避免开放手术支架植入消融治疗血管、胆道、气道等管腔器官的支架治疗射频、微波、冷冻消融等技术治疗肿瘤介入放射学经典案例冠状动脉介入经皮冠状动脉成形术（PCI）是治疗冠心病的重要手段通过球囊扩张和支架植入，恢复冠状动脉血流，挽救心肌，改善患者预后肝肿瘤消融射频消融治疗肝癌是微创有效的局部治疗方法在影像引导下精确定位，通过高温凝固坏死肿瘤组织，适用于不能手术的早期肝癌患者脑动脉瘤栓塞弹簧圈栓塞治疗脑动脉瘤是神经介入的经典术式通过微导管将弹簧圈送入动脉瘤囊内，促进血栓形成，防止动脉瘤破裂出血医学影像检查流程预约准备阶段患者根据临床需要预约检查，了解检查注意事项和禁忌证部分检查需要特殊准备，如禁食、憋尿或停用某些药物医护人员详细告知检查流程和配合要点检查实施阶段技师核实患者身份和检查部位，选择适当的扫描参数和体位患者需要配合完成各种检查动作，如屏气、保持体位等确保图像质量符合诊断要求图像后处理阶段对获得的原始图像进行必要的后处理，包括重建、测量、三维成像等技师初步评估图像质量，必要时补充扫描确保图像信息完整准确诊断报告阶段影像医师仔细分析图像，结合临床信息出具诊断报告报告包括影像表现描述、诊断意见和进一步检查建议及时将结果反馈给临床医师医学影像常规诊断原则1检查方法选择根据临床症状、体征和初步诊断选择最适合的影像检查方法考虑检查的敏感性、特异性、安全性和经济性，遵循从简单到复杂的原则2对比剂使用原则明确对比剂使用的适应证和禁忌证，评估患者的过敏史和肾功能状态选择合适的对比剂类型和剂量，做好过敏反应的预防和处理准备3影像特征分析系统观察病变的位置、大小、形态、密度/信号特点和增强模式注意病变与周围组织的关系，寻找特征性征象，避免遗漏重要信息4综合诊断报告结合临床资料和影像表现，给出准确的诊断意见明确诊断的可信度，提出鉴别诊断和进一步检查建议，为临床治疗提供有价值的信息常见影像假象辨析运动伪影金属伪影由于患者在检查过程中的自主或体内金属植入物或外部金属物品非自主运动造成的图像模糊和重产生的条状或星芒状伪影严重影常见于长时间检查如MRI，时可掩盖重要病变，需要调整扫可通过固定装置、镇静剂使用和描参数或选择其他检查方法来克快速扫描序列来减少服束硬化效应X射线穿过高密度物质时低能射线被过度吸收，导致图像出现条带状低密度区常见于颅底、脊柱等部位，可通过算法校正来改善影像学报告组成要素诊断意见1基于影像表现的最终诊断结论影像描述2客观描述观察到的影像表现检查信息3患者基本信息和检查技术参数标准的影像学报告应包含患者基本信息、检查技术、影像所见的详细描述、诊断意见和建议影像描述要客观准确，避免主观推测诊断意见要明确具体，必要时提供鉴别诊断建议部分应包括随访计划、进一步检查或治疗建议，为临床决策提供有价值的参考信息影像质量控制与安全质量控制措施辐射安全管理建立完善的质量管理体系，确保影像设备的性能稳定和图像质量严格控制辐射剂量，遵循辐射防护的最优化原则建立剂量监测可靠定期进行设备性能检测和校准维护和记录制度，保护患者和工作人员的安全•日常质控检查•剂量优化原则•设备性能监测•防护用品使用•图像质量评估•孕妇特殊保护•操作规范培训•工作人员监测医学影像大数据与人工智能数据积累阶段建立大规模医学影像数据库，包含各种疾病的标准化图像和诊断标签，为AI训练提供基础数据算法开发阶段开发深度学习算法，训练AI模型识别和分析医学图像不断优化算法性能，提高诊断准确性和效率3临床应用阶段AI辅助诊断系统在临床实际应用，帮助医生提高诊断速度和准确性，减少误诊和漏诊率平台整合阶段建设医学影像云平台，实现远程诊断、多中心协作和资源共享，推动精准医疗发展影像学在重大疾病筛查中的作用肺癌筛查乳腺癌筛查肝癌筛查低剂量螺旋CT用于高危人乳腺X线摄影和超声检查相腹部超声和AFP检测结合，群肺癌筛查，能够发现早结合，用于乳腺癌的早期用于肝硬化患者的肝癌筛期小结节，显著提高肺癌发现定期筛查可降低乳查早期发现可以及时进的早期诊断率和治愈率腺癌死亡率行根治性治疗结直肠癌筛查CT结肠成像技术为结直肠癌筛查提供了无创的检查方法，提高了筛查的接受度和覆盖率。