第一章 医学影像设备学概论

在X线设备中，屏-片组合分辨力较高，可达到 5~10LP/mm，且使用方便、价格较低，是目前各级 医院中使用最普遍的设备之一。但它得到的是人体 不同深度组织信息叠加在一起的二维图像，所以病 变的深度很难确定，且对软组织分辨不佳。数字X 线机使用曝光量宽容度大，可获得数字化影像，便 于进行图像的后处理，且扩大了诊断范围，利于胃 肠和心脏等部位的检查。X-CT影像的空间分辨力可 小于0.5mm，能分辨组织的密度差别可达到0.5％。 X-CT影像的清晰度很高，可确定受检脏器的位置、 大小和形态变化。
X线成像与US成像是当前用得最为普遍的两种检查方法， 但对人体有无危害是它们之间的一个重要区别。就X线来说， 尽管现在已经显著地降低了诊断用剂量，但其危害性仍不容 忽视。实践表明，它将导致癌症、白血症和白内障等疾病的 发病率增加。而从现有资料来看，目前诊断用US剂量还未有 使受检者发生不良反应的报道。 此外，X线在体内沿直线传播，不受组织差异的影响， 是其有利的一面，但不利的一面是难以有选择地对所指定的 平面成像。对US波来说，不同物质的折射率变化范围相当大， 这将造成影像失真。但它在绝大部分组织中的传播速度是相 近的，骨骼和含有空气的组织（如肺）除外。US波和X线这 些不同的辐射特性，确定了各自最适宜的临床应用范围。例 如，US脉冲回波法适用于腹内结构或心脏的显像，而利用X 线对腹部检查只能显示极少的内部器官（若采用X线造影法， 也可有选择地对特定器官显像）；对于胸腔，因肺部含有空 气而不宜用US检查，用X线则可获得较为满意的结果。
20世纪50年代和60年代，超声成像 （ultrasonography，USG）设备和核医学设 备相继出现，当时在医学上的应用往往各成 系统。1972年X-CT设备的开发，使医学影像 设备进入了一个以计算机和体层成像相结合、 以图像重建为基础的新阶段。70年代末80年 代初，超声CT（ultrasonic CT，UCT）、放 射性核素CT和数字X线机逐步兴起，并应用 于临床。尽管这些设备的成像参数、诊断原 理和检查方法各不相同，但其结果都是形成 某种影像，并依此进行诊断。
近30年来，CT设备的更新速度极快，扫描时 间由最初的几分钟向亚秒级发展，图像快速 重建时间最快的已达0.75s（512×512矩阵）， 空间分辨力也提高到0.1mm。宽探测器多层 螺旋CT设备得到了广泛的普及，功能有了进 一步的扩展。大孔径CT设备可兼顾日常应用 与肿瘤病人定位，组合型CT设备可在完成 CT检查后直接进行正电子发射型计算机体层 （positive emission computed tomography， PET）检查，使CT的形态学信息与PET的功 能性信息通过工作站准确融合，可以更准确 地完成定性与定量的诊断。
（二）MRI设备 设备 MRI设备通过测量构成人体组织中些元素的原子核的 磁共振信号，实现人体成像。20世纪40年代发现了物质的磁 共振现象，20世纪80年代MRI设备应用于临床。 MRI影像的空间分辨力一般为0.5~1.7mm，不如X-CT；但它 对组织的分辨远远好于X-CT，在MRI影像上可显示软组织、 肌肉、肌腱、脂肪、韧带、神经、血管等。此外，它还有一 些特殊的优点：①MRI剖面的定位完全是通过调节磁场，用 电子方式确定的，因此能完全自由地按照要求选择层面；② MRI对软组织的对比度比X-CT优越，能非常清楚地显示脑灰 质与白质；③MR信号含有较丰富的有关受检体生理、生化 特性的信息，而X-CT只能提供密度测量值；④MRI能在活体 组织中探测体内的化学性质，提供关于内部器官或细胞新陈 代谢方面的信息；⑤MRI无电离辐射。目前，尚未见到MR 对人体危害的报道。
1972年，英国工程师汉斯菲尔德 （G.N.Hounsfield）首次研制成功世界上第一台用 于颅脑的X线计算机体层摄影（x-ray computed tomography，X-CT）设备，简称为X-CT设备，或 CT设备。 CT设备是横断面体层，无前后影像重叠，不 受层面上下组织的干扰；同时由于密度分辨力显 著提高，能分辨出0.1%~0.5% X 线衰减系数的差 异，比传统的X线检查高10~20倍；还能以数字形 式（CT值）作定量分析。
（ 1960 年 ） X -T V
第二节 医学影像设备的分类
现代医学影像设备可分为两大类，即医学影像 诊断设备和医学影像治疗设备。 一、诊断用设备 按照影像信息的载体来区分，现代医学影像诊 断设备主要有以下几种类型：①X线设备（含XCT设备）；②MRI设备；③超声设备；④核医学 设备；⑤热成像设备；⑥光学成像设备（医用内 镜）。
MRI的缺点：①与X-CT相比，成像时间较长； ②植入金属的病人，特别是植入心脏起搏器的病人， 不能进行MRI检查；③设备购置与运行的费用较高。 总之，MRI设备可作任意方向的体层检查，能反映人 体分子水平的生理、生化等方面的功能特性，对某些 疾病（如肿瘤）可作早期或超早期诊断，是一种很有 发展前途和潜力的高技术设备。
综上所述，多种类型的医学影像诊断设备 与医学影像治疗设备相结合，共同构成了现代 医学影像设备体系。
表
19 世 纪 10~ 40 年 代 （ 1895 年 ） 发现 X 线 （ 1917 年 ） 发 射 US 成功 （ 1896） 发现铀的 放射性 （ 1896） X 线管 设 （ 1930 年 ） 增感屏 （ 1932 年 ） 电子显微镜 备 （透射） （ 1938 年 ） 旋转阳极 X 线管 （ 1942 年 ） A 超 （ 1946 年 ） 发现 MR 现象 （ 1958 年 ） 纤维胃镜 （ 1954 年 ） B 超 （ 1957 年 ） γ相机 （ 10 ~2 0 年 代 ） X 线机 （ 1954 年 ） 影像增强器 50 年 代 （ 1951 年 ） 闪烁扫描 60 年 代
（三）诊断用超声设备 诊断用超声设备分为利用超声（ultrasound，US）回波 的USG设备和利用US透射的超声CT（ultrasonography CT， UCT）两大类。USG设备，根据其显示方式不同，可以分为 A型（幅度显示）、B型（切面显示）、C型（亮度显示）、 M型（运动显示）、P型（平面目标显示）等。目前，医院 中用的最多的是B型USG设备，俗称B超，其横向分辨力可达 到2mm以内，所得到的软组织图像清晰而富有层次。利用US 多普勒系统，可实现各种血流参量的测量，是近年来广泛应 用的又一种US技术。临床上，USG设备在甲状腺、乳房、心 血管、肝脏、胆囊、泌尿科和妇产科等方面有其独到之处。 目前UCT所需扫描时间较长，且分辨力低，有待于进一步改 进与提高。但由于它是一种无损伤和非侵入式的诊断设备， 因此将来可能成为主要的影像诊断设备。
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医 学 影 像 设 备 发 展 概 况
2 0 世 纪 70 年 代 （ 1972 年 ） X -C T 80 年 代 （ 19 80 年 ） D F、 D SA 90 年 代 CT ： 多 层 CT 、 组 合 CT 、CT 内 镜 （ 1963 年 ） 六脉冲高压 发生器 （ 1963 年 ） 热成像设备 （ 1964 年 ） 介入放射学 设备 （ 1975 年 ） 电子扫描 （ 1978 年 ） 小型回转 加速器 （ 1979 年 ） SP E C T 、 PET （ 70 年 代 末 ） DR （ 1979 年 ） M RI （ 19 83 年 ） UFC T （ 19 83 年 ） 电子内镜 （ 80 初） US 内 镜 （ 年） 超 导 M RI 1 9 8 5 年 代 SR S： γ -刀 、 X -刀 （ 1983 年 ） 螺 旋 CT （ 19 82 年 ） 多普勒图像 （ 19 82 年 ） PA C S （ 1974 年 ） UC T （ 19 82 年 ） CR 数字成像： 旋 转 D SA 、 DDR M R I： 开 放 型 M R I、 FM R I 核医学： 微型摄像机、 全 数 字 闪 烁 相机
平板探测器CT设备目前尚在开发阶段， 一旦技术成熟，从机器设计、信息模式、成 像速度、射线剂量到运行成本都会有根本性 的改变，将会引起CT设备的又一次革命。
20世纪80年代初用于临床的磁共振成像 （magnetic resonance imaging，MRI）设备， 简称为MRI设备。它是一种新的非电离辐射 式医学成像设备。MRI设备的密度分辨力高， 通过调整梯度磁场的方向和方式，可直接摄 取横、冠、矢状层面和斜位等不同体位的体 层图像，这是它优于CT设备的特点之一。迄 今，MRI设备已广泛用于全身各系统，其中 以中枢神经、心血管系统、肢体关节和盆腔 等效果最好。
中场超导（0.7T）开放型MRI设备进一步普及， 它便于开展介入操作和检查中监护病人，克服了 幽闭恐惧病人和不合作病人应用MRI检查的限制。 双梯度场技术可在较小的范围内达到更高的梯度 场强，有利于完成各种高级成像技术，如功能成 像、弥散成像等。降噪措施和成像专用线圈也都 有了较大的进步，如功能成像线圈和肢体血管成 像线圈等。腹部诊断效果已接近和达到CT设备水 平，脑影像的分辨力在常规扫描时间下提高了数 千倍，而显微成像的分辨力达到50~10µm，现已成 为医学影像诊断设备中最重要的组成部分。
介入放射学自20世纪60年代兴起，于70 年代中期逐步应用于临床，近年来尤以介入 治疗进展迅速。因其具有安全、简便、经济 等特点，深受医生和病人的普遍重视与欢迎， 现仍处于不断发展和完善的过程之中。90年 代倍受人们青睐的立体定向放射外科学设备， 由于它可以不作开颅手术而治疗一些脑疾患， 很受欢迎，全世界都在积极开发和应用这种 高新设备。介入放射学设备与立体定向放射 外科学设备，都是通过医学影像设备来引导 或定位的，所以也属于医学影像设备的范畴。
医学影像设备学 教学课件
韩丰谈 主编
第一章 医学影像设备学概论
第一节 医学影像设备的发展简史 第二节 医学影像设备的分类
第一节 医学影像设备的发展简史
1895年11月8日，德国物理学家伦琴（Withelm Conrad Roentgen，1845~1923）在做真空管高压放 电实验时，发现了一种肉眼看不见、但具有很强的 穿透本领、能使某些物质发出荧光和使胶片感光的 新型射线，即X射线，简称为X线。 1896年，德国西门子公司研制出世界上第一只 X线管。20世纪10~20年代，出现了常规X线机。其 后，由于X线管、高压变压器和相关的仪器、设备 以及人工对比剂的不断开发利用，尤其是体层装置、 影像增强器、连续摄影、快速换片机、高压注射器、 电视、电影和录像记录系统的应用，到20世纪60年 代中、末期，已形成了较完整的学科体系，称为影 像设备学。