医学影像学-总论

医学影像学思维导图，总论部分，包括X线、CT和MRI的成像原理、设备、成像性能、检查方法、安全性和图像特点。本科临床医学知识学习总结。

医 学 影 像 学 总 论

• 概 述
  • 定义
    • 应用医学成像技术对人体疾病进行诊断和进行微创性治疗的医学学科
    • 临床医学的重要组成部分，包括影像诊断学和介入放射学
    • 显示人体内部组织器官的形态和生理功能状况，以及疾病造成的病理改变和功能变化，达到诊断、治疗的目的
  • 临床价值
    • 影像学检查直接确诊，如骨折、脑出血、脑梗死等
    • 体检，疑似或需要排除疾病时，常依赖于影像诊断
    • 明确范围、类型、分期等，用于制定治疗方案
    • 评估治疗效果、判断肿瘤是否转移、复发等
    • 高危人群定期影像学检查，有助于早期发现和早期治疗
• X 线 成 像
  • X线的产生
    • 高速运动的电子撞击金属靶面产生X射线
    • X线球管-真空二极管；阴极-灯丝；阳极-由钨、钼、铑等制成的靶面
    • 灯丝在电源后产生活跃电子，轰向阳极（金属靶面），高速运动的电子受阻挡发生能量转换，99%能量转变成热能，仅约1%能量转化为X射线，由X线球管窗口射出
    • 性质
      • X线本质上属于电子波，波长短于可见光波长，肉眼不可见
  • 成像基本原理
    • 基本条件
      • X线的基本特性
        • 穿透性、可吸收性、荧光效应和感光效应
      • 人体组织固有的密度及厚度差异
    • 用于诊断的X线波长是管电压40~150KV时产生
    • 成像类型
      • 高密度：白色影像
        • 骨头、牙齿、钙化
      • 中等密度：灰白色影像
        • 肌肉、软骨、实质脏器、液体等
      • 低密度：黑色影像
        • 脂肪组织、肺、空气
    • 组织器官发生病理改变时，固有密度和厚度也发生改变，用密度增高和密度减低表达影像的白影和黑影
  • 检查设备
    • 传统X设备
      • 以胶片为载体，对透过人体的X信息进行采集、显示、存储
      • 优点
        • 1||| 图像空间分辨力高
        • 2||| 单幅图像能够整体显示较大范围的组织结构
        • 3||| X线辐射剂量相对较低
        • 4||| 检查费用较为低廉
      • 缺点
        • 1||| 摄片条件要求严格
        • 2||| 图像密度分辨力较低
        • 3||| 组织结构与器官影像重叠，对诊断影响较大
        • 4||| 图像灰度无法调节
        • 5||| X线胶片利用和管理不便
    • 数字化X设备
      • 类型
        • 计算机X线成像（CR）
          • 以影像板（IP）代替胶片，可与传统X线设备组合
        • 数字X成像（DR）
          • 以平板探测器（FPD）代替胶片，直接将X线转换为电信号，完成数字化图像
      • 优点
        • 1||| 摄片条件宽容度大，可最大限度降低X线辐射剂量
        • 2||| 图像质量↑，可使不同密度的组织结构同时清晰显示
        • 3||| 具有测量、边缘锐化、减影等多种图像处理功能
        • 4||| 图像为数字化信息，传输方便
      • 对比
        • CR成像速度慢，不能透视检查，线检测效率有待提高
        • DR成像时间缩短，可用于X线透视检查，具有更多后处理功能如多体层容积成像、图像自动拼接技等
    • 数字减影血管造影（ DSA)
      • 因DSA设备机架呈C形，故称之C臂
      • 原理
        • 时间减影法：对含与不含对比剂图像的数字矩阵进行相减，消除与血管重叠的其他影像
      • 临床意义
        • 能清晰显示直径＞200μm的血管
        • 专门用于介入诊断和微创治疗
        • 是诊断心血管疾病和某些肿瘤的金标准
  • 检查方法
    • 概述
      • 自然对比
        • 定义
          • 基于人体组织固有密度、厚度差异所形成的灰度对比
        • 平片
          • 依靠自然对比获得的X线摄像图像
      • 人工对比
        • 定义
          • 因缺乏自然对比，引入密度高于或低于该组织的物质，产生对比，该物质称对比剂（造影剂）
        • X线造影检查
    • 普通检查
      • X线摄影（拍片）
        • 常行两个或以上的方位摄片，以更好地发现病变显示其特征及空间位置
      • 荧光透视
        • 多采用FPD和影像增强电视系统
        • 胃肠道钡剂造影检查、介入治疗、骨折复位等
    • 特殊检查
      • 高千伏摄影
        • 使用120KV以上的管电压，用于肺部、骨等
      • 软X线摄影
        • 使用40KV以下的管电压（应用钼靶或铑靶），主要用于乳腺X线检查
      • X线减影技术
        • 应用CR或DR减影，获得单纯软组织或骨组织图像
      • 体层容积成像
        • DR可获得任意深度、厚度的多层面图像，多用于乳腺检查
    • X线造影检查
      • X线对比及类型及应用
        • 医用硫酸钡
          • 食道、胃肠道检查
        • 水溶性有机碘对比剂
          • 血管、尿路、子宫输卵管、窦道、瘘道造影等
      • X先对比剂引入途径
        • 直接引入
          • 口服
          • 灌注
          • 穿刺
        • 间接引入
          • 静脉注入行排泄性尿路造影等
  • 安全性和防护
    • X线具有生物效应，可对人体产生一定的损伤，应重视防护
    • 掌握适应症，避免不必要的照射，尤其是孕妇和儿童， 早孕者当属禁忌
    • 辐射防护三原则
      • 屏蔽防护
        • 高密度防护装置遮盖非检查部位
      • 距离防护
        • 适当扩大检查室空间
      • 时间防护
        • 每次减少照片次数，避免重复检查
  • X线图像特点
    • 是黑白灰度图像
      • 黑白灰度反映组织结构密度差异，描述为低密度、中等密度和高密度
      • 病变造成影像密度改变时，称为密度增高或降低
    • 是组织结构影像的叠加图像
      • 为X光束穿透某一部位不同密度厚度的组织结构后的投影总和
• X 线 计 算 机 体 层 成 像（CT 成 像）
  • 成像原理
    • 对一定厚度的层面进行扫描，由探测器接受透过该层面不同方向的X线，经模/数转换输入计算机，处理后得到组织衰减系数的数字矩阵，将矩阵内的数值通过数/模转换，用黑白不同的灰度等级显示出来，即构成CT图像
  • CT设备与成像
    • 单层螺旋CT
    • 多层螺旋CT（MSCT)
      • 1||| 扫描速度快
        • 多可在一次屏气间完成，有效减少呼吸运动伪影
        • 一次注射对比剂后完成多期扫描，利于病灶检出和定性
      • 2||| 容积数据可避免小病灶的遗漏
      • 3||| 可进行多种后处理，丰富应用范围
    • 双源CT
    • 能谱CT
  • 检查方法
    • 平扫
      • 定义
        • 又称普通扫描/非增强扫描，不用对比剂增强或造影的扫描
    • 增强扫描
      • 定义
        • 血管内注入对比剂后再行扫描的方法
      • 目的
        • 提高病变组织同正常组织的密度差，显示病变
        • 通过病变有无强化及强化类型，有助于病变定性
      • 多期增强扫描
        • 常用三期：动脉期、静脉期、延迟期（实质期）
        • 观察组织器官或病变的血液供应状况，病变强化程度随时间所发生的变化，有利于定性诊断
      • 强化
        • 定义
          • 病变内含有碘对比剂而密度增高
        • 表现
          • 血管或富含血管的器官密度增高
    • CT造影
      • CT血管造影（CTA）
        • 血管性病变的诊断：血管腔、管壁及病变与血管的关系如血管狭窄、血栓、主动脉夹层、血管瘤等
      • CT脊髓及关节造影
  • 安全性
    • 在临床已广泛应用，无创，快速，但存在一定的风险
    • 少数患者注射碘对比剂后有发热、皮疹等不良反应，甚至过敏性休克等严重不良反应
    • 辐射剂量高于传统X线，随着性能改进，剂量已经大大降低
    • 防护方法和措施同X线
    • 重点人群保护（儿童、孕妇等），可以选择MR
  • CT影像特点
    • 是数字化模拟灰度图像
      • 由一定数目不同灰阶的黑白像素点按矩阵构成
      • 黑白灰阶反映相应体素的X线吸收系数
    • 密度分辨力较高
      • 密度分辨力相当于常规X线图像的10~20倍
      • 能清楚显示软组织构成的器官，但空间分辨力不及常规X线图像
    • 密度能够进行量化评估
      • 应用X线吸收系数量化评估密度高低的程度
      • CT密度的量化标准为CT值 ，单位为亨氏单位（HU）
      • 组织及病变的CT值范围从-1000HU~+1000HU，在描述病变时，亦可用CT值说明密度高低程度
      • 窗技术
        • 空气到皮质间达5000个分度，肉眼只能分辨16个分度。所以要使用窗技术按照不同要求进行分段，使组织结构和病变达到最佳显示
        • 窗位
          • 定义
            • 窗宽范围的中位数
          • 变化
            • 提高窗位→图像变黑
            • 降低窗位→图像变白
        • 窗宽
          • 定义
            • 分段内的CT值范围
          • 变化
            • 增大窗宽→图像层次变多，组织间对比度↓
            • 缩小窗宽→图像层次减少，组织间对比度↑
    • CT图像为断层图像
      • 常规是横轴位断层图像，是含有一定层面厚度的组织结构的重建图像
      • 部分容积效应
        • 当一个扫描层面厚度方向内同时含有两种及以上组织时，密度/CT值代表平均值
      • 克服了X线组织影像重叠的缺点；图像密度分辨率提高
• 磁 共 振 成 像（ M R I )
  • 定义
    • 利用强外磁场内人体中氢原子核即氢质子在特定射频（RF）脉冲作用下产生磁共振现象进行的医学成像技术
  • 成像原理
    • 人体¹H在强外磁场内产生纵向磁矢量和¹H进动
      • ¹H磁矩依外磁场磁力线方向排列产生纵向磁矢量
      • 进动
        • ¹H绕自身旋转同时，围绕外磁场方向作锥形运动，进动频率∝外磁场场强
    • 发射特定的RF脉冲引起磁共振现象
      • 吸收能量的¹H呈反磁力线方向排列，纵向磁矢量变小、消失
      • ¹H进行同相位进动，由此产生横向磁矢量
    • 停止RF脉冲后¹H恢复至原有状态并产生MR信号
      • 弛豫过程
        • 停止RF脉冲后，¹H迅速恢复平衡状态
      • 弛豫时间
        • 纵向~/T₁
          • 纵向磁矢量恢复的时间
        • 横向~/T₂
          • 横向磁矢量的衰减和消失时间
    • 采集、处理MR信号并重建为MRI图像
      • MRI图像的黑灰度反应组织间弛豫时间的差异
      • 2种基本成像
        • T₁加权成像（T₁WI）
          • 反映组织间T₁值的差异
        • T₂加权成像（T₂WI）
          • 反映组织间T₂值的差异
        • T1长于T2： T1：300-2000ms T2：30-150ms
      • 各种组织及病变，均有相对应的恒定的T₁和T₂值，MRI通过T₁值和T₂值的黑白灰度及变化来显示病灶
      • 黑白灰度称信号强度（SI）
        • 白影-高信号；灰-中等；黑-低或无
        • T₁WI
          • 高信号—弛豫时间短的组织，称短T₁信号
          • 低信号—弛豫时间长的组织，称长T₁信号
        • T₂WI
          • 高信号—弛豫时间长的组织，称长T₂信号
          • 低信号—弛豫时间短的组织，称短T₂信号
      • 影响MR信号因素
        • 质子密度、液体、纵向和横向弛豫时间
      • 几种正常组织在T₁WI和T₂WI图像上信号强度与影像灰度
  • MRI设备
    • 主要指标
      • 磁场强度，即场强，单位特斯拉（T）
    • 组成
      • 主磁体
      • 梯度线圈
        • 空间定位
      • 射频线圈
        • 发射射频脉冲，产生MR信号，并接受信号
      • MR信号接收器等
    • 成像性能
      • 优势
        • 多参数、多序列、多方位成像
        • 软组织分辨力高
        • 直接进行水成像
          • 利用重T₂WI序列，不用对比剂整体显示含有液体的管道系统
        • 直接进行血管成像
          • 利用液体流动效应，不用对比剂，采用时间飞跃（TOF）或相位对比（PC）法整体显示血管
        • 显示组织磁敏感性差异
        • 功能成像
          • 组织生化成分
          • 显示水分子扩散运动
          • 显示组织血流灌注状态脑功能定位
        • 无辐射
      • 局限性
        • 成像时间较长，不能用于急诊
        • 通常不能整体显示器官结构和病变
        • 多序列、多幅图像不利于快速观察
        • 受部分容积效应影响
        • 不同类型伪影较多、对钙化不敏感
  • 检查方法
    • 平扫
      • 普通平扫
      • 特殊平扫
        • 脂肪抑制T₁WI和T₂WI
        • 梯度回波同、反相位T₁WI
        • 水抑制T₂WI
        • 磁敏感加权成像（SWI）
    • 对比增强检查
      • 经静脉注射钆对比剂（顺磁性或超顺磁性对比剂），在局部产生磁场缩短组织的T₁和T₂弛豫时间，增强病变组织和正常组织的影像对比度
      • 目前使用的对比剂，缩短T1明显大于T2时间，故增强检查通常使用T1加权序列
      • 类型
        • 普通增强检查（Gd-DTPA）
          • 常用于颅脑疾病诊断
        • 多期增强检查（Gd-DTPA）
          • 观察病变强化程度随时间所发生的动态变化，有利于定性诊断
          • 主要用于腹、盆部疾病诊断
        • 超顺磁性对比剂增强检查（SPIQ）
          • 主要用于肝脏肿瘤的诊断与鉴别
        • 肝细胞特异性对比剂增强检查（Gd-EOB-DTPA）
          • 主要用于肝脏肿瘤的诊断与鉴别诊断
    • MRA检查
      • 主要用于诊断血管疾病
    • MR水成像检查
    • ¹H-MRS检查
    • fMRI检查
  • 安全性
    • 置有心脏起搏器者
    • 体内有金属性（铁磁性）内植物
    • 孕三个月以内者
    • 幽闭恐惧症者
    • 任何人进入MR扫描室前，均要除去所携带金属物品
  • MRI图像特点
    • 1||| 图像的黑白灰度即信号强度，反映的是组织结构的弛豫时间
    • 2||| 通常为多序列、断层图像，组织结构影像无重叠
    • 3||| 图像上组织结构的信号强度与成像序列和技术相关
    • 4||| 图像上组织对比与窗的设置有关
    • 5||| 增强检查可改变T₁WI或T₂WI上组织结构的信号强度
    • 6||| MRA和MR水成像可三维立体显示血管及含水管道
    • 7||| ¹H-MRS和fMRI图像可提供代谢及功能信息
• 影像申请单书写和诊断报告书写原则
  • 申请检查要明确并选择适宜的检查方法
  • 正确填写影像检查申请单
  • 影像的分析与诊断
    • 分析之前要核对：姓名、性别、检查号等
    • 了解病史、各种检查结果，查体等
    • 全面系统分析影像学资料
    • 部位、数量、大小、形状、强化、复查病灶变化等做出定位、定性诊断
    • 影像诊断报告
      • 确定性诊断、符合性诊断、可能性诊断、否定性诊断