《医疗影像设备》课件

医疗影像设备欢迎参加《医疗影像设备》课程学习，本课程旨在全面介绍现代医疗影像技术与设备，包括其工作原理、技术特点、临床应用及最新发展趋势通过系统学习，您将深入了解从X线到人工智能辅助诊断的医学影像全技术谱系，掌握各类设备的基本原理和操作要点，为临床应用奠定坚实基础本课程内容丰富、结构清晰，适用于医学院校学生以及医疗专业人员的培训与进修，将理论与实践相结合，帮助您成为医学影像领域的专业人才课程概述课程目标内容范围本课程旨在帮助学习者全面掌握各类医疗影像设备的工作原理与课程将系统介绍X线设备、计算机断层扫描CT、磁共振成像临床应用通过系统学习，学员将了解从传统X线到最新分子影MRI、超声成像、核医学等主要影像模态每种技术都将从基像技术的全部知识体系，能够理解设备结构、分析成像原理，并础物理原理到临床应用进行全面讲解，并介绍最新技术发展与研熟悉临床应用场景究进展本课程使用《医学影像设备学》第4版作为主要参考教材，同时结合最新研究文献与临床实践案例，确保内容的科学性与时效性课程设计注重理论与实践相结合，帮助学习者建立完整的知识体系第一章医学影像学基础概述医学影像发展历史从X射线发现至分子影像医学影像的临床价值诊断、治疗与预后评估现代医学影像模态分类X线、CT、MRI、超声等医学影像设备基本组成部分成像系统、数据处理与显示医学影像学是现代医学诊断的重要基石，通过各种物理原理获取人体内部结构与功能信息本章将概述医学影像发展历程，介绍各种成像技术的基本原理，分析不同影像模态的特点与临床应用价值，并阐述现代医学影像设备的基本组成与工作流程医学影像发展历程11895年德国物理学家威廉·伦琴发现X射线，揭开了医学影像的序幕他在实验中偶然发现一种能穿透物质的神秘射线，并拍摄了历史上第一张X线照片——他妻子的手部骨骼影像，因这一发现获得首届诺贝尔物理学奖21972年英国电气工程师豪斯菲尔德发明了计算机断层扫描CT技术首台CT设备在伦敦安装使用，标志着医学影像进入断层成像时代，实现了三维空间的精确显示，为神经系统疾病诊断带来突破性进展31980年代磁共振成像MRI技术开始临床应用，提供了无辐射、高对比度的软组织成像方法MRI技术迅速发展，从静态结构成像扩展到功能成像，为神经、肌肉骨骼等系统疾病诊断带来革命性变化42000年后分子影像与人工智能技术兴起，推动医学影像进入精准医疗时代PET-CT、PET-MR等多模态融合设备问世，深度学习算法辅助诊断系统快速发展，使医学影像在疾病早期诊断与个体化治疗中发挥更重要作用医学影像的临床应用价值疾病筛查与早期诊断医学影像技术能够发现尚未出现临床症状的早期病变，通过常规体检和高危人群筛查，可早期发现肿瘤、心血管疾病等潜在健康威胁，提高治愈率和生存率病变定位与定性分析现代影像技术提供精确的解剖定位和病理特征分析，通过多模态检查，能够确定病变范围、性质和分期，为临床治疗方案制定提供客观依据治疗计划制定与评估影像技术在治疗规划中起关键作用，如放疗计划设计、手术路径选择等，同时通过治疗前后影像对比，可客观评估治疗效果，指导后续治疗调整介入治疗与手术导航在实时影像引导下进行微创介入治疗和精准手术，减少创伤，提高安全性和治疗效果，已成为现代医学的重要发展方向第二章线成像基础XX射线的物理特性X射线是一种高能电磁波，波长范围为

0.01-10纳米，具有极强的穿透力在医学成像中，X射线通过不同组织时产生差异性衰减，形成影像对比度，从而显示人体内部结构X射线与物质相互作用X射线与物质相互作用主要通过光电效应、康普顿散射和瑞利散射这些作用与组织密度、原子序数和X线能量密切相关，决定了不同组织的X线吸收特性X线成像原理X线成像利用不同组织对X线的差异性吸收，通过接收装置记录透过人体的X线强度分布，形成反映人体内部结构的投影影像X线辐射防护措施遵循辐射防护三原则合理化、最优化和剂量限制通过防护设施、操作规范和个人防护装备，最大限度减少医护人员和患者的辐射损伤风险射线的产生与特性XX射线管结构X射线管由阴极和阳极组成，阴极产生电子束，阳极包含高原子序数靶材在高压作用下，电子高速撞击阳极靶面，能量转换为热能和X射线X射线能谱特性X射线能谱由特征辐射和轫致辐射组成特征辐射表现为离散能量峰，轫致辐射呈连续分布管电压越高，X射线能量和穿透力越强X线束调控通过滤过技术去除低能X射线，减少患者表面剂量；准直系统限定照射野范围，减少散射辐射，提高影像质量和辐射安全性生物效应X射线与生物组织相互作用产生游离辐射，可能导致DNA损伤和细胞死亡辐射效应包括确定性效应和随机性效应，前者有剂量阈值，后者可能在任何剂量下发生传统线摄影系统X高压发生器将交流电转换为高压直流电，为X线管提供稳定电源现代高频发生器采用中频变换技术，体积小、稳定性高，能精确控制曝光参数，减少辐射剂量X线管结构阴极由钨丝灯丝构成，加热产生电子云；阳极由铜基底和钨铼合金靶面组成，采用高速旋转设计，提高热容量管球外壳充油散热，延长管球使用寿命摄影机架与床摄影机架提供X线管与接收器的精确定位，支持多角度摄影现代系统配备自动跟踪功能，确保X线中心与接收器中心对准，减少重复曝光，提高工作效率特殊线摄影技术X软线摄影X体层摄影技术利用钼靶X线管产生低能X线，适用于乳腺等软组织成像通过X线管与胶片相对运动，使特定平面清晰成像，其他层面模糊放大摄影技术增加焦点-胶片距离，成像物体放大，提高细微结构显示高千伏摄影荧光摄影技术使用高能X射线，适合厚部位和高密度组织检查结合荧光屏与摄影系统，实现动态过程记录这些特殊X线摄影技术针对不同临床需求而设计，通过改变X线能量特性、成像几何结构或记录方式，优化特定解剖结构的显示效果临床应用时需根据检查目的和患者特点选择合适技术线透视技术X图像增强器将X线信号转换为可见光影像并放大增强脉冲透视间歇性X线曝光，减少剂量并提高动态分辨率数字化处理实时图像增强、测量与存储功能X线透视系统由高压发生器、X线管、图像增强器和显示系统组成，能够实时显示人体内部结构动态变化现代透视系统采用脉冲透视技术，每秒产生3-30帧图像，大幅降低辐射剂量同时保持良好图像质量临床上，X线透视广泛应用于消化道检查、介入手术引导和骨科手术导航操作中需严格遵守防护规范，包括穿戴铅衣、铅眼镜，使用铅屏风，并保持最短透视时间原则，最大限度减少患者和医护人员辐射暴露第三章数字线成像技术X数字成像原理数字化优势与比较CR DR数字X线成像技术将X线信相比传统X线摄影，数字系CR系统使用影像板后处理息转换为数字信号，通过计统具有更宽的动态范围、更读取，适合改造现有设备；算机处理和显示，实现传统高的对比分辨率，允许后处DR系统直接数字采集，工胶片无法达到的图像处理与理调整，减少重复曝光，并作流程更高效，但设备成本优化能力支持电子传输与存储较高质量控制数字X线系统需定期进行图像均匀性、空间分辨率、对比度分辨率和剂量监测等质量控制，确保系统稳定性和图像质量数字线成像原理XX线产生X线管在高压下产生X射线束组织衰减X线透过人体，被不同组织差异吸收数字探测数字探测器接收X线并转换为电信号数据处理计算机处理信号并形成数字图像图像显示在高分辨率显示器上呈现医学影像数字X线成像系统将X线信息转换为数字数据，实现了从获取到显示的全数字化工作流程与传统胶片系统相比，数字系统提供了更广的动态范围和更高的灵敏度，能在更低剂量下获得高质量图像数字图像可进行后处理操作，如窗宽窗位调整、图像缩放、测量和注释等，显著提高了诊断的灵活性同时，数字系统支持DICOM标准，便于图像传输、存储和与医院信息系统集成，为远程诊断和大数据分析奠定基础计算机线摄影X CR系统组成影像板工作原理图像处理与显示CRCR系统主要包括存储荧光体影像板、读取影像板核心是含铕激活的钡氟卤化物存储CR系统采用专门算法自动分析图像直方器和图像处理工作站三大部分影像板取荧光体层X线照射时，荧光体吸收能量形图，优化显示参数支持多种后处理功代传统胶片接收X线，存储潜影；读取器通成电子-空穴对被捕获，形成潜影激光扫能，如窗宽窗位调整、图像缩放、测量和过激光扫描释放潜影；工作站进行图像处描释放能量，产生与X线剂量成比例的光信注释等处理后图像可发送至PACS系统理和显示号，被光电倍增管采集转换为电信号存档或打印输出，满足临床诊断需求数字线摄影X DR临床应用与优势信号采集与处理DR系统实现即时成像，无需额外处理步骤，探测器技术当X线照射到探测器，产生的电信号通过TFT显著提高工作效率低剂量成像能力和宽动DR系统采用平板探测器直接接收X线并转换阵列读出，经过模数转换器转换为数字信态范围使其在胸部、骨骼、急诊等领域具有为数字信号根据转换机制分为直接转换型号系统自动进行坏像素校正、均匀性校正明显优势新型无线DR板进一步提高了设备非晶硒和间接转换型闪烁体-光电二极管和对数转换等处理，生成高质量数字图像灵活性，特别适合移动摄影和困难体位检两类现代平板探测器像素尺寸可达100微米查以下，提供高空间分辨率系统探测器技术DR间接转换型探测器直接转换型探测器间接转换型探测器采用闪烁体（如碘化铯或硫氧化钆）将X线转直接转换型探测器采用光导体材料（如非晶硒a-Se）直接将X线换为可见光，再由光电二极管阵列转换为电信号碘化铯晶体呈转换为电荷在电场作用下，电荷垂直移动到收集电极，减少了针状结构生长，可减少光扩散，提高空间分辨率这类探测器制横向扩散，理论上可获得更高的空间分辨率但这类探测器对温造工艺成熟，成本相对较低，是目前市场主流产品度敏感，制造成本较高•典型材料CsI或Gd₂O₂S闪烁体•典型材料非晶硒a-Se•转换效率约60-70%•转换效率约40-50%•空间分辨率3-5lp/mm•空间分辨率可达7lp/mm与系统比较DR CR比较项目CR系统DR系统工作流程需读取处理步骤，时间约1-即时成像，数秒内获得图像2分钟空间分辨率5-10lp/mm3-7lp/mm检测量子效率DQE约20-35%约60-75%适用范围可与现有X线机配合使用通常需要专用设备或改造初始投资较低，50-150万元较高，150-500万元维护成本需定期更换影像板，约3-5探测器寿命长，维护成本相年对较低工作人员剂量需要操作影像板，有额外辐无需接触探测器，辐射风险射风险较低从整体性能和效率角度，DR系统优于CR系统，但CR系统具有更高的灵活性和更低的初始成本医疗机构可根据自身需求、预算和工作量做出选择大型医院通常选择DR系统作为主要设备，同时保留部分CR系统用于特殊检查数字减影血管造影DSA设备组成减影原理C型臂、高性能X线管、数字探测器和图像处理造影前后图像数字减法处理，突出血管造影剂系统临床应用图像处理心脑血管疾病诊断和介入治疗像素矩阵减法、噪声滤波和增强算法DSA是将数字X线技术与血管造影相结合的先进成像方法，通过注入造影剂前后的图像减法处理，消除骨骼和软组织背景，突出血管结构现代DSA系统采用高帧率平板探测器，可实现高达60帧/秒的动态图像采集，满足心脏等快速运动器官的成像需求DSA已成为血管疾病诊断和治疗的金标准，广泛应用于冠心病支架植入、脑动脉瘤栓塞、肿瘤栓塞化疗等微创介入治疗DSA结合旋转采集和三维重建技术，可提供血管立体结构信息，极大提高了介入手术的安全性和精确性第四章计算机断层扫描CTCT成像基本原理X线旋转扫描和计算机重建的断层成像技术CT设备结构与组成扫描机架、探测器系统和数据处理单元CT系统代际发展从单探测器到多排螺旋CT技术演进CT图像重建技术反投影、迭代重建和人工智能辅助重建CT的临床应用全身各系统疾病诊断和介入引导CT技术通过X线旋转扫描和计算机数学重建，实现了人体横断面的高分辨率成像，彻底改变了医学影像诊断模式从首台CT问世至今，技术已经历多次革命性发展，特别是螺旋CT和多排探测器技术的出现，使CT成为现代医学不可或缺的诊断工具成像原理CTX线数据采集X线管绕患者旋转，多角度采集透射数据探测器记录不同角度X线透过人体后的衰减值，形成投影数据集现代CT可在

0.3秒内完成360°旋转，大幅提高时间分辨率数据预处理系统对原始数据进行校正，包括增益校正、散射校正和伪影校正等预处理确保数据准确性，为后续重建奠定基础高端CT系统可处理每秒超过10GB的原始数据图像重建使用数学算法将投影数据转换为断层图像传统滤波反投影算法速度快但噪声大，迭代重建算法可提高图像质量但计算量大现代CT采用人工智能加速重建过程，同时提高图像质量图像后处理基于体素数据进行多平面重组、最大密度投影、表面渲染等处理，生成符合临床需求的影像先进后处理技术可实现器官自动分割、血管自动跟踪和病变自动测量等功能设备结构与组成CT扫描机架系统扫描机架是CT的核心组件，包含X线管、探测器阵列、高压发生器和数据采集系统现代CT采用滑环技术，通过电刷和金属环实现旋转部件的供电和数据传输，支持连续高速旋转扫描大口径设计（70-80厘米）提高了对肥胖患者和急诊患者的适用性探测器系统现代CT使用固态探测器阵列，通常由闪烁晶体（如GOS或超纯锗酸铋）和光电倍增器组成探测器沿Z轴排列多排，从16排到320排不等，决定了每旋转采集的覆盖范围高端CT探测器拥有超过1000个检测单元，可实现亚毫米空间分辨率控制与处理系统控制系统管理扫描参数设置、患者信息输入和扫描流程控制数据处理系统包含高性能计算机集群，执行图像重建和后处理任务先进的CT配备专用图形处理器（GPU）加速图像重建，将重建时间从分钟级缩短至秒级，支持实时交互式图像处理系统发展史CT1第一代CT1972年首台商用CT，采用单探测器-平移/旋转扫描方式X线管和探测器需同步平移扫描后旋转一小角度再次扫描，单层扫描时间长达5分钟虽然效率低下，但成功验证了CT成像原理，开创2第二代CT了医学影像新纪元20世纪70年代中期出现，采用多探测器-平移/旋转方式使用扇形X线束和探测器阵列，减少了平移次数，将扫描时间缩短至183第三代CT秒图像质量有所提高，但仍受限于机械运动精度和患者呼吸运动采用旋转/旋转扫描方式，X线管发射宽扇形束，对应弧形探测器阵列同步旋转扫描时间缩短至1-2秒，大幅减少运动伪影这一4结构成为现代CT的主流设计，经过不断改进沿用至今第四代CT采用旋转/固定扫描方式，探测器形成固定的完整环形，只有X线管旋转减少了机械运动部件，提高了稳定性，但成本高且散射5多排螺旋CT辐射控制困难，未能成为主流1998年后发展迅速，从4排到目前的640排结合螺旋扫描技术，实现容积扫描和亚毫米等向分辨率扫描速度大幅提高，心脏CT可在一次心跳内完成，全身扫描仅需数秒钟多层螺旋技术CT多排探测器设计螺旋扫描原理多层螺旋CT采用沿Z轴排列的多排探测器阵列，从最初的4排发展到目前的在X线管和探测器旋转的同时，检查床以恒定速度移动，X线束轨迹形成螺旋

16、

64、

128、256乃至640排排数增加意味着每旋转可覆盖更大范围，状这种采集方式大幅提高扫描效率，减少运动伪影螺距因子（螺距/准直256排及以上CT可实现单轴心覆盖全心脏的容积扫描宽度）是关键参数，通常在

0.5-

1.5范围内调整，平衡扫描速度与图像质量图像重建技术临床优势螺旋CT采用插值算法从螺旋数据中重建横断面图像先进的重建技术包括迭多层螺旋CT显著提高了时间分辨率和空间分辨率，支持大范围薄层扫描，为代重建、模型重建和深度学习重建，可在保持图像质量的同时降低辐射剂量多平面重组和三维重建提供高质量数据在血管成像、心脏检查、急诊创伤30-80%，特别适合儿科和肿瘤随访检查评估和肿瘤分期等领域具有不可替代的价值临床应用技术CTCT增强扫描技术通过静脉注射碘造影剂，增强病变与周围组织对比度现代CT采用高压注射器控制注入速率和时间，结合自动扫描触发技术，实现精确的时相控制多期增强扫描可显示病变血供特征，对肿瘤诊断和鉴别具有重要价值CT血管造影技术利用高速扫描捕捉动脉强化高峰期，结合三维重建和血管分析软件，非侵入性评估血管病变CT血管造影技术已广泛应用于冠状动脉、颈动脉、肺动脉和外周血管疾病筛查，成为传统DSA的重要补充CT灌注成像技术通过动态连续扫描，追踪造影剂在组织中的时间-密度变化，计算脑血流量、脑血容量等参数CT灌注成像在脑卒中早期评估、肿瘤血供特征分析和治疗效果监测方面发挥重要作用CT引导下介入技术利用CT精确定位能力，引导穿刺活检、引流、消融等微创介入治疗先进CT配备实时荧光定位系统，可显著提高穿刺精度和安全性，减少并发症风险第五章磁共振成像MRIMRI设备外观现代MRI设备采用人性化设计，宽孔径减轻患者幽闭恐惧，低噪声技术提高舒适度物理基础MRI射频激发核磁共振现象特定频率射频脉冲使质子吸收能量进入高能态氢质子在强磁场中定向排列，形成宏观磁矩弛豫过程激发后质子回到平衡态，释放可检测的射频信号图像重建采集k空间数据并通过傅里叶变换重建成解剖空间编码图像通过梯度磁场确定信号来源的精确空间位置MRI利用人体内氢原子核（质子）在强磁场中的磁共振现象进行成像当处于外加磁场中的质子受到特定频率射频脉冲激发后，会产生共振并吸收能量激发停止后，质子会通过弛豫过程释放能量并产生可被探测的射频信号不同组织的质子密度和弛豫特性不同，导致信号强度差异，形成图像对比T1弛豫（纵向弛豫）反映质子与周围分子格架的能量交换，T2弛豫（横向弛豫）反映质子间的相位相干性丧失通过调整序列参数可获得T1加权、T2加权或质子密度加权图像，显示不同的组织特性设备结构MRI

1.5-3T主磁体场强临床MRI主磁体场强通常为

1.5或3特斯拉，研究型设备可达7特斯拉以上场强越高，信噪比越好，但磁场均匀性控制难度增加轴3梯度系统X、Y、Z三轴梯度线圈产生可控空间变化磁场，用于空间定位现代MRI梯度性能达40-80mT/m，切换率高达200T/m/s，支持快速成像64-128通道数多通道射频线圈和接收系统提高信号采集效率和图像质量高端MRI配备64-128通道接收系统，支持并行成像技术，显著缩短扫描时间

0.5mm空间分辨率先进MRI系统可实现亚毫米空间分辨率，在神经和肌骨系统成像中具有优势3T设备常规可获得

0.5×

0.5×2mm体素分辨率成像序列MRI序列类型特点主要应用T1加权成像脂肪高信号，水低信号；TR解剖结构显示，增强后病变短，TE短检出T2加权成像水高信号，脂肪中等信号；病理改变检出，如水肿、肿TR长，TE长瘤质子密度加权信号强度主要反映组织质子关节软骨、半月板等评估密度；TR长，TE短快速自旋回波多次180°重聚脉冲，缩短扫临床常规扫描，减少运动伪描时间影梯度回波序列使用梯度反转替代180°脉三维容积扫描，血管成像冲，扫描更快反转恢复序列添加180°反转脉冲，抑制特STIR抑脂，FLAIR抑制脑脊定组织信号液MRI序列是射频脉冲和梯度场的特定组合模式，不同序列针对不同组织特性设计，产生特定的图像对比序列参数调整可优化扫描时间、空间分辨率和图像对比度，满足不同临床需求特殊技术MRI扩散加权成像DWI灌注加权成像PWI功能性磁共振成像fMRIDWI基于水分子热运动原理，PWI通过追踪对比剂首过效应检测组织微观扩散特性通过或使用动脉自旋标记技术，无fMRI利用BOLD效应检测神经活添加强梯度场脉冲，使扩散受创评估组织血流灌注状态动引起的局部血流动力学变限区域显示高信号DWI在急PWI可计算相对脑血容量、脑化通过特定任务刺激和统计性脑梗死超早期诊断中具有独血流量和平均通过时间等参分析，可显示大脑功能区激活特价值，可在症状出现后数分数，用于缺血半暗带评估和肿状态fMRI广泛应用于神经科钟内显示病变瘤血供分析学研究、术前功能区定位和认知障碍评估磁共振波谱MRSMRS提供组织生化成分定性和定量分析，检测神经元标志物NAA、胆碱、肌酸和乳酸等代谢物浓度MRS对脑肿瘤鉴别、代谢性疾病诊断和神经退行性疾病评估具有重要价值临床应用MRI神经系统疾病心血管系统肌肉骨骼系统MRI是神经系统成像的首选方法，具有无心脏MRI可无创评估心脏形态、功能和组MRI是关节内软组织损伤的敏感检查方与伦比的软组织分辨能力在脑肿瘤、多织特性，成为心肌病、心肌梗死和先天性法，可清晰显示韧带、肌腱、软骨和半月发性硬化、脑血管疾病和神经退行性疾病心脏病诊断的重要工具磁共振血管造影板病变在脊柱疾病诊断中，MRI可准确诊断中具有决定性作用特殊序列如DWI MRA技术可无创显示全身各部位血管结评估椎间盘突出、神经根受压和脊髓病和SWI可检测急性脑梗死和微出血，fMRI构，评估动脉狭窄、动脉瘤和血管畸形，变骨肿瘤诊断中，MRI可精确显示肿瘤可用于术前功能区定位，避免手术损伤关避免造影剂肾毒性和辐射风险范围和周围组织浸润，指导手术计划键功能区第六章超声成像技术超声基本物理特性声波传播与组织相互作用原理超声设备结构探头、信号处理与显示系统成像模式A型、B型、M型、二维与三维成像多普勒技术4血流动力学评估技术新技术发展弹性成像、造影增强与融合导航超声成像利用高频声波与组织相互作用原理，实时显示人体内部结构和功能信息与其他成像方法相比，超声具有无辐射、实时动态、便携灵活和成本低廉等优势，已成为临床最常用的影像检查方法之一近年来，超声技术快速发展，高频探头、三维/四维成像、弹性成像和造影超声等新技术不断涌现，显著扩展了超声的临床应用范围超声引导下介入技术成为微创诊疗的重要手段，在精准医疗中发挥着不可替代的作用超声物理基础超声波特性医用超声波是频率高于20kHz的机械波，临床应用频率通常为2-20MHz超声波在不同介质中传播速度不同，生物软组织中平均速度约为1540m/s频率越高，空间分辨率越好但穿透能力越差；频率越低则反之声波与组织相互作用超声波在组织界面上发生反射、散射、折射和衰减现象反射强度取决于声阻抗差异，大部分超声信息来自组织界面的散射回波超声在组织中传播时能量逐渐衰减，衰减系数与组织特性和超声频率密切相关超声换能器原理超声探头核心是压电晶体换能器，能实现电能与机械能的相互转换脉冲激励下产生超声波，接收回波时转换为电信号现代探头采用压电陶瓷复合材料和匹配层设计，优化声能传输效率和带宽特性超声束特性超声束分为近场菲涅尔区和远场夫琅禾费区空间分辨率由轴向分辨率与脉冲长度相关和横向分辨率与束宽相关决定通过声透镜和相控阵技术可实现声束聚焦和扫描，提高图像质量超声设备结构超声探头信号处理系统超声探头是整个系统的核心部件，负责超声波的发射和接收临超声系统的信号处理部分包括床常用探头包括•发射电路产生特定波形和时序的高压激励脉冲•线阵探头矩形视野，适用于浅表器官检查•接收电路放大和滤波微弱回波信号•凸阵探头扇形视野，适用于腹部深部器官•波束形成器控制多通道延时和相位，实现电子聚焦和扫描•相控阵探头小接触面扇形视野，适用于心脏检查•容积探头可获取三维数据，适用于产科•信号处理器执行包括TGC时间增益补偿、动态范围压缩、空间复合成像等处理探头频率范围通常为2-18MHz，高频探头用于浅表组织，低频•多普勒处理单元分析频移信号，计算血流速度和方向探头用于深部组织现代探头采用宽带技术，可在单一探头中调整工作频率高端超声系统采用多核CPU和专用DSP芯片，可实现复杂的实时信号处理算法超声成像模式A型超声A型Amplitude是最基本的超声显示方式，以振幅-深度波形表示回波信号强度横轴表示深度或时间，纵轴表示回波强度A型超声提供精确的距离测量，在眼科测量眼轴长度、神经科经颅多普勒等领域仍有应用，但在大多数临床场景已被B型超声替代B型与M型超声B型Brightness将回波强度转换为不同亮度点，形成二维灰阶图像，是当前最常用的成像方式实时B型超声每秒可显示20-100帧图像，实现动态观察M型Motion超声记录特定扫描线上组织运动情况，横轴为时间，纵轴为深度，主要用于心脏瓣膜运动和心室壁运动评估三维/四维超声三维超声通过特殊探头或探头自动摆动获取容积数据，经计算机重建形成立体图像四维超声是实时三维超声，可显示动态三维图像三维/四维技术在产科显示胎儿表面结构、心脏先天畸形诊断和介入操作引导方面具有独特优势，为临床提供更直观的空间信息多普勒超声技术连续波多普勒多普勒效应原理持续发射和接收，无深度分辨能力但灵敏度2高1声波频率随发射源和接收者相对运动而改变脉冲多普勒间歇发射接收，可确定特定深度血流信息能量多普勒彩色多普勒显示血流强度而非方向，对低速血流更敏感在B型图像上叠加血流颜色编码，直观显示血流方向多普勒超声技术基于多普勒效应原理，分析红细胞运动产生的频移信号，评估血流动力学特征连续波和脉冲多普勒提供精确的血流速度和频谱分析，常用于测量血管狭窄程度和评估瓣膜功能彩色多普勒将血流信息以颜色编码叠加在灰阶图像上，通常用红色表示流向探头的血流，蓝色表示远离探头的血流，流速越快颜色越亮能量多普勒对低速血流更敏感，在评估肿瘤血供和检测微细血管方面具有优势超声新技术超声弹性成像超声弹性成像技术评估组织硬度，通过外力或声辐射力使组织变形，并跟踪组织位移计算弹性系数根据实现方式分为静态弹性成像、动态弹性成像和剪切波弹性成像临床上主要用于肝脏、乳腺和甲状腺疾病的良恶性鉴别，提供相当于可视化触诊的诊断信息超声造影技术超声造影使用含微泡的造影剂增强超声信号，微泡直径1-10μm，能在血管内自由通过毛细血管造影剂通过静脉注射后，利用特殊的造影模式成像，可显著提高病变检出率和鉴别诊断能力广泛应用于肝脏病变、心脏检查和复杂囊性病变评估超声融合导航技术超声融合导航将实时超声图像与预先采集的CT或MRI图像配准融合，结合电磁或光学跟踪系统，实现多模态信息整合该技术在复杂解剖区域的介入操作中具有独特优势，提高穿刺精度和手术安全性，在肝脏肿瘤消融、前列腺活检等微创介入治疗中应用广泛超声分子成像超声分子成像使用靶向微泡造影剂，微泡表面结合特定靶点的配体，可选择性黏附于表达特定分子的病变组织该技术仍处于研究阶段，有望在肿瘤早期诊断、血管内皮功能评估和药物递送监测等领域发挥重要作用，推动超声从形态学成像向功能和分子水平成像发展第七章核医学成像设备核医学基本原理核医学成像是利用放射性示踪剂在体内分布规律，通过探测释放的γ射线或正电子湮灭光子，显示器官功能和分子水平变化的功能成像技术与形态学成像不同，核医学能在疾病早期形态改变出现前检测到功能改变γ照相机结构与原理γ照相机又称闪烁照相机是核医学平面成像的基本设备，由准直器、闪烁晶体、光电倍增管阵列和位置电路组成准直器选择特定方向γ射线，晶体将γ射线转换为光子，光电倍增管将光信号转换为电信号，位置电路确定信号来源位置SPECT设备技术单光子发射计算机断层扫描SPECT通过γ照相机环绕患者旋转采集多角度投影数据，经过滤波反投影或迭代重建算法重建成三维断层图像现代SPECT采用多头系统，如双头或三头设计，提高了灵敏度和成像效率PET设备技术正电子发射断层扫描PET利用正电子核素衰变释放的正电子与组织中电子湮灭产生的511keV湮灭光子对进行成像PET系统采用环形探测器设计，通过符合电路筛选成对湮灭光子，实现更高灵敏度和空间分辨率核医学成像基础放射性同位素放射性示踪剂放射性衰变核医学使用人工制备的放射性放射性核素与特定载体分子结放射性核素通过α衰变、β衰变同位素，通过核反应堆或回旋合形成放射性示踪剂，能够参或γ衰变等方式达到稳定状态加速器生产理想的医用核素与体内生理过程根据特定靶核医学主要利用γ射线或正电子应具有适当的半衰期、纯γ射线向机制，如糖代谢18F-衰变产生的湮灭光子进行成发射、合适的能量范围100-FDG、受体结合68Ga-像放射性衰变遵循指数规250keV和良好的标记能力DOTATATE或抗原-抗体反应律，通过半衰期描述核素稳定临床最常用的是锝-99m，半衰放射性标记单克隆抗体，示踪性理解衰变特性对正确计算期6小时，能量140keV剂可选择性分布于目标组织，给药剂量和规划检查时间至关实现特定功能或病变显像重要辐射防护核医学辐射防护遵循最优化和剂量限制原则包括时间缩短接触时间、距离保持安全距离和屏蔽使用铅屏障三个基本要素核医学科设计要求专用分区，包括给药室、显像室和放射性废物储存区，并配备辐射监测设备和个人剂量计照相机γ准直器类型与功能探测系统数据处理系统准直器是γ照相机的关键组件，由高吸收系数探测系统由闪烁晶体和光电倍增管组成位置电路通过安格-逻辑原理计算γ射线交互事材料通常为铅制成，含有大量平行或特定角NaITl是最常用的闪烁晶体材料，厚度通常件的精确位置和能量能量分析器筛选特定能度的小孔准直器筛选特定方向的γ射线，阻为3/8-1/2英寸，能有效探测70-364keVγ射量窗内的事件，减少散射辐射对图像质量的影挡散射辐射，决定系统空间分辨率和灵敏度线光电倍增管将闪烁晶体产生的微弱光信号响计算机系统控制图像获取参数，执行动态临床常用准直器包括低能通用型、高分辨率型放大约106倍转换为可测量电信号现代γ照采集和图像处理功能，包括背景扣除、衰变校和扇形准直器等，需根据核素能量和检查要求相机配备55-100个光电倍增管，排列成六边正和定量分析等现代系统支持DICOM格选择合适类型形或矩形阵列式，便于与医院PACS系统集成单光子发射计算机断层扫描SPECTSPECT系统结构SPECT系统由一个或多个γ照相机探测头安装在能环绕患者旋转的机架上构成临床常用双头SPECT系统，两个探测头可配置为180°或90°角度，根据检查部位优化采集效率高端系统配备专用心脏准直器和衰减校正装置，提高心脏成像质量SPECT/CT系统结合SPECT和CT两种成像模态，实现功能与解剖信息融合数据采集与重建SPECT成像通常采集60-120个角度的平面投影数据，总采集时间约15-30分钟采集参数包括旋转角度、每个角度的采集时间、矩阵大小和放大倍数等原始投影数据经过前处理均匀性校正、中心偏移校正后，使用滤波反投影或迭代重建算法重建为三维断层图像现代系统支持衰减校正、散射校正和分辨率恢复等技术，显著提高图像质量临床应用SPECT广泛应用于心脏、脑、骨骼和肿瘤等多系统疾病诊断心肌灌注SPECT是冠心病诊断和风险分层的重要手段；脑血流SPECT用于脑血管病、癫痫灶定位和神经退行性疾病评估；骨显像SPECT提高了骨转移和骨关节病变的检出率；肝脾显像、肾功能显像和甲状腺显像等功能检查为临床提供独特的功能和代谢信息正电子发射断层扫描PETPET成像原理基于正电子与电子湮灭产生的对向511keV光子符合探测探测器系统环形排列的闪烁晶体探测器阵列和光电器件符合电路3筛选时间窗内同时到达的对向光子事件图像重建基于线性响应模型的三维重建算法PET成像利用正电子核素如18F、11C、13N、15O等衰变释放的正电子与组织中电子湮灭产生的对向511keV光子对进行成像这种符合探测机制提供了本质上的断层信息，无需像SPECT那样通过准直器和旋转采集实现断层成像，因此PET具有更高的灵敏度和空间分辨率现代PET探测器主要采用闪烁晶体LSO、LYSO或BGO与光电倍增管或硅光电倍增器SiPM组合时间飞行PET技术通过测量两个光子到达探测器的时间差，可进一步提高图像信噪比和空间分辨率全数字PET系统采用数字SiPM技术，实现单光子水平的精确检测，代表了PET技术的最新发展方向与融合系统PET/CT PET/MR系统系统PET/CT PET/MRPET/CT将功能成像PET与解剖成像CT结合在一个系统中，PET/MR将PET与MRI技术整合，克服了PET探测器在强磁场环实现一站式检查PET提供分子水平代谢信息，CT提供精确解境中工作的技术难题相比PET/CT，PET/MR有更优异的软组剖定位和衰减校正数据现代PET/CT采用滑床设计，PET和织对比度、多参数功能成像能力和更低的辐射剂量系统设计分CT组件连续排列，确保两种扫描的空间配准精度为序贯式和同时采集式两种，后者能实现真正的同步功能-解剖成像PET/CT在肿瘤分期、疗效评估和复发监测方面具有显著优势，已成为临床肿瘤学的重要工具18F-FDG PET/CT能够在一次PET/MR在神经系统疾病、心血管疾病和特定肿瘤如肝癌、前检查中完成全身代谢和解剖评估，在多种恶性肿瘤管理中改变了列腺癌评估方面展现出独特优势MR提供的多参数信息如30-40%的临床决策，显著提高了诊断准确性DWI、MRS、fMRI与PET代谢信息结合，可进行更全面的病变表征儿科和需要多次随访的患者尤其受益于PET/MR较低的累积辐射剂量第八章医学图像处理与PACSPACS系统图像采集、传输、存储与显示平台DICOM标准远程医疗医学数字成像和通信国际标准跨区域医学影像会诊与分析医学图像处理基本方法数据安全增强、分割、配准等图像处理技术医学影像数据保护与隐私措施241医学图像处理与PACS图像归档和通信系统是现代数字医学影像的核心支撑技术随着医学影像由胶片时代向全数字化时代转变，海量影像数据的处理、存储、传输和分析对医院信息系统提出了全新挑战DICOM标准的广泛应用实现了不同设备和系统间的互操作性，而PACS系统则构建了完整的医学影像工作流环境，支持从图像获取到诊断报告的全过程管理远程医疗技术打破了地域限制，使优质医疗资源得以共享，同时数据安全与隐私保护机制确保了患者信息的合规使用医学图像处理技术图像增强与滤波图像增强技术旨在改善医学图像的视觉质量，包括对比度增强、噪声抑制和边缘锐化等空间域方法如直方图均衡化可调整像素灰度分布；频率域滤波如高通滤波突出边缘细节，低通滤波抑制噪声自适应算法能根据局部图像特征动态调整处理参数，在保留细节的同时有效抑制噪声图像分割与识别分割技术将图像分为具有特定意义的区域，是计算机辅助诊断的基础传统方法包括阈值分割、区域生长和边缘检测；高级方法包括基于图论的分割和水平集方法深度学习特别是卷积神经网络在医学图像分割中取得显著进展，如U-Net架构能实现端到端的器官和病变分割，准确率接近专家水平三维重建与可视化三维重建将二维切片转换为立体模型，直观展示复杂解剖结构体绘制技术通过给每个体素分配颜色和透明度值实现容积直接可视化；表面绘制如马奇立方体算法提取等值面形成表面模型虚拟内窥镜技术模拟内镜检查视角，在结肠、支气管和血管等腔道结构评估中应用广泛图像融合与配准图像配准将不同时间、不同模态或不同患者的图像空间对应关系建立起来刚体配准处理简单平移和旋转；非刚体配准可处理组织变形多模态融合如PET/CT、PET/MR将功能信息与解剖信息叠加，提供互补信息用于手术计划、放疗规划和疾病进展监测，是精准医疗的关键技术系统PACS图像采集从各类成像设备获取数字图像处理与转换转换为DICOM格式并进行预处理存档管理短期和长期存储策略与备份机制传输分发通过网络将影像传输到各终端显示诊断通过专业工作站进行阅片和诊断PACS系统是一个集成化的医学影像管理平台，实现医学影像的数字化采集、传输、存储、检索和显示等全流程管理现代PACS系统采用分层存储架构，近期影像存储在高速磁盘阵列中，长期归档则使用光盘库或磁带库，通过自动化数据迁移策略平衡存储成本和访问效率PACS系统通常与放射信息系统RIS和医院信息系统HIS集成，形成完整的医学影像工作流诊断工作站配备高分辨率医用显示器通常为3-5MP和专业图像处理软件，支持多种后处理功能Web客户端和移动应用扩展了PACS的可访问性，医生可在任何位置安全访问患者影像，提高医疗效率和服务质量第九章医学影像设备质量控制质量控制基本概念X线设备质量控制医学影像设备质量控制是系统性评估和维护设备性能的过程，确保设备在临床X线设备质控内容包括管电压、管电流准确性，曝光时间一致性，半价层测定，使用中提供稳定、可靠和优质的影像完善的质控体系包括设备验收测试、定焦点大小测量，影像接收器性能评估和自动曝光控制测试DR系统还需评估探期性能测试和日常质控，涵盖物理技术参数测试和临床影像质量评估测器均匀性、坏像素率和对比度分辨率，确保图像清晰度和准确性CT设备质量管理MRI设备质量保证CT设备质控重点是CT值准确性、均匀性、噪声水平、空间分辨率、低对比度分MRI质控包括信噪比测量、均匀性评估、几何精度验证、切片位置准确性和分辨辨率和切片厚度精确性使用多种专业模体进行测试，如水模体、线对模体和率测试磁场均匀性和稳定性是MRI性能的核心指标，需使用专用仪器定期检低对比度模体剂量测试包括CTDI和DLP测量，确保患者辐射剂量在合理范围测线圈性能测试确保各个部位专用线圈工作状态良好，提供最佳图像质量内医疗设备质量控制设备性能参数测试图像质量评价剂量监测与控制医学影像设备性能参数测试使用专业模体和测图像质量评价包括客观测试和主观评估客观辐射安全是医学影像质控的重要内容X线和试工具，按照国家标准和国际规范进行X线设测试通过技术参数量化图像特性，如噪声、信CT设备需定期测量输出剂量，确保在参考水平备使用铝阶梯楔和线对模体测试对比度和分辨噪比和对比度分辨率；主观评估由专业人员对范围内；建立患者剂量档案系统，记录每次检率；CT使用水模体和线对模体测试CT值准确性临床影像质量进行打分和评级现代质控引入查剂量指标，如DLPCT、DAPX线透视和空间分辨率；MRI使用ACR或自制模体评估图像质量指数IQI等综合指标，结合物理性能等；对于高剂量检查建立剂量报警和干预机信噪比和均匀性；超声使用多功能模体测试垂和临床表现进行评价定期评价不同检查部位制医院应实施剂量管理计划，优化扫描方直/水平分辨率和灵敏度测试结果需与基线值的典型图像，及时发现图像质量变化趋势，预案，在保证诊断质量前提下实现合理可行尽量比较，确保性能稳定防质量问题低ALARA原则第十章人工智能在医学影像中的应用影像AI基础概念深度学习与医学影像结合的基本理论病变检测与分割自动识别与定量测量病变区域计算机辅助诊断智能分析与诊断建议系统工作流优化4智能排序、预筛查与报告生成未来发展趋势多模态融合与精准医疗应用人工智能技术特别是深度学习在医学影像领域的应用已成为学术和产业界的研究热点医学影像AI通过学习大量标记数据，能够识别复杂模式并进行智能分析，协助医生提高诊断准确性和工作效率从早期的计算机辅助检测CAD系统发展至今，医学影像AI已进入深度学习时代，卷积神经网络、递归神经网络等算法在各类影像模态分析中展现出接近甚至超越人类专家的性能肺结节检测、乳腺癌筛查、脑卒中早期识别等多个临床应用已获得监管批准并逐步应用于临床实践医学影像技术AI卷积神经网络卷积神经网络CNN是医学影像AI的核心技术，其局部感受野和权重共享特性特别适合图像处理医学影像领域常用的CNN架构包括U-Net擅长分割任务、ResNet解决深层网络梯度消失问题和DenseNet提高特征重用效率多尺度特征融合设计使CNN能同时捕获局部细节和全局语义信息，适应各种医学影像分析任务病变检测与分割AI技术在病变检测和分割方面表现突出，如肺结节检测敏感性达95%以上，降低漏诊风险；肝脏肿瘤分割Dice系数达90%以上，为手术规划提供精确边界深度学习模型能自动学习最佳特征表示，避免传统方法需要人工设计特征的局限性3D卷积网络和循环神经网络进一步提高了体积数据分析能力，适应CT和MRI等三维数据处理智能诊断报告结合计算机视觉和自然语言处理技术，AI系统能生成结构化甚至自然语言诊断报告注意力机制和多模态学习实现了影像内容与文本描述的精确关联，系统可解释性设计使诊断逻辑更透明先进系统不仅描述发现，还能提供定量测量、参考病例比较和诊断建议，成为放射科医生的智能助手大数据与精准医疗医学影像大数据平台整合多中心、多模态影像与临床数据，支持AI模型研发与应用联邦学习等隐私保护技术解决了数据共享障碍，实现在保护隐私前提下的模型协作训练AI预测模型能结合影像特征、基因组学和临床信息，为肿瘤分级、治疗反应预测和预后评估提供个体化决策支持，推动精准医疗实践医疗影像设备的未来发展设备小型化与便携化低剂量高质量技术多模态融合与分子影像医疗影像设备正向小型化和便携化方向发展掌辐射防护意识提高推动低剂量成像技术快速发多模态融合成像是医学影像的重要发展方向继上超声设备连接智能手机即可实现临床级诊断；展新一代CT采用迭代重建和深度学习重建技PET/CT、PET/MR后，SPECT/CT、PET/CT/便携式X光机大小仅相当于手提箱，可用于偏远术，在降低80%辐射剂量同时保持或提高图像质光学多模态系统也在研发中；分子影像技术将宏地区和紧急救援；小型化头戴式CT研发也取得突量；光子计数CT技术可根据光子能量分析物质组观形态学与微观分子功能结合，靶向探针设计使破，有望应用于急救车载系统轻便高效的便携成，显著提高对比度和成分分辨能力；MRI加速成像精确到特定分子靶点和信号通路；PET/MRI设备将大幅提高优质医疗资源覆盖范围，改善基采集技术如压缩感知和人工智能重建将检查时间联合高特异性分子探针，在神经退行性疾病和肿层医疗条件缩短50-75%，提高患者舒适度和设备利用率瘤精准诊疗中展现巨大潜力，推动从解剖学向功能和分子水平成像转变课程总结650+100+主要影像模态知识点总数临床应用案例本课程系统介绍了X线、CT、MRI、超声、核医学和从基础物理原理到临床应用技巧，课程包含50余个通过100多个临床实例分析，帮助学习者理解各类设人工智能六大核心内容，涵盖了当代医学影像全技术关键知识点，构建了完整的医学影像设备知识体系备的适用场景、技术优势和操作要点谱系在完成《医疗影像设备》课程学习后，你已系统掌握了从传统X线到最新人工智能技术的全部核心知识不同影像模态各有优势X线设备操作简便成本低；CT提供优质骨骼和肺部成像；MRI在软组织对比方面无与伦比；超声实时动态且无辐射；核医学展现独特功能信息医学影像技术仍在快速发展，建议同学们通过《中华放射学杂志》《American Journalof Roentgenology》等期刊和RSNA、ECR等国际会议跟踪最新进展课程考核将包括理论测试和设备操作实践两部分，请充分利用实验室设备进行操作训练，为临床应用做好准备。