X线/CT医学影像诊断学

**章 绪论 自1895年德国物理学家伦琴发现X线后不久，X线即被用于人体的检查，进行疾病的诊断，并形成了放射诊断学（diagnostic radiology），奠定了医学影像学的基础。随着科学技术的发展，20世纪50～60年代开始应用超声与核素显像进行人体检查，出现了超声成像（ultrasonography）和核素闪烁成像（scintigraphy）。70～80年代又研发出了计算机体层成像（computed tomography，CT）、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）和发射体层成像（emission computed tomography，ECT），包括单光子发射计算机体层显像（single photo emission computed tomography，SPECT）与正电子发射体层显像（positron emission tomography，PET）等新的成像技术。这些成像方法极大地提高了显像水平，仅100年的时间形成了包括X线诊断、超声诊断、核素显像诊断、CT与MRI诊断在内的医学影像诊断学（diagnostic medical imaging）。虽然各种成像技术的成像原理与方法不同，诊断价值与限度亦各异，但都是使人体内部结构和器官成像，借以了解人体解剖与生理功能状况及病理变化，以达到诊断疾病的目的。 近年来，由于微电子学与电子计算机的发展，以及分子医学的发展，使得影像诊断设备不断改进，检查技术也不断创新。影像诊断已从单一的形态成像诊断发展为形态成像、功能成像和代谢成像并用的综合诊断。继CT与MRI之后，又有心脏和脑的磁源成图（magnetic source imaging）应用于临床。用于神经和精神疾病的功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）也取得了极大的发展。分子影像学、影像组学也在研究中。这些足以说明影像诊断学的发展具有很大的潜力。 现在，传统的模拟X线成像已经发展为数字成像，数字成像改变了图像的显示方式，图像解读也由只用照片观察过渡到兼用屏幕观察，到计算机辅助诊断（computer aided diagnosis，CAD）。影像诊断也试用计算机辅助诊断，以减轻图像过多、解读费时的压力。图像的保存、传输与利用，由于有了图像存档与传输系统（picture archiving and communication system，PACS）而发生巨大变化，并使远程放射学（tele-radiology）成为现实，极大地方便了会诊工作。由于图像数字化、网络和PACS的应用，影像学科将逐步成为数字化或无胶片学科。同时，标准化的海量数字影像数据也为人工智能（artificial intelligence，AI）在医学影像诊断的应用奠定了基础。 20世纪70年代兴起的介入放射学（interventional radiology）是在影像监视下对某些疾病进行诊断或治疗的新技术，其按技术可分为血管性介入放射学（药物灌注、栓塞技术、成形支架、滤器技术等）和非血管介入放射学（穿刺活检、引流技术、异物取除、腔道支架等），采用微创的方法，使一些用内科药物治疗或外科手术治疗难以进行或难以奏效的疾病得到有效的医治。介入放射学已成为同内科学和外科学并列的三大治疗体系之一。近年来，介入放射学发展迅速，影像监视系统除用X线成像，如数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）外，超声、CT与MRI也应用于临床。介入治疗的应用范围已扩大到人体各个器官、结构的多种疾病，疗效也不断提高，在设备、器材与技术上都有很大改善，在临床应用与理论研究上也有很大进步。 纵观影像诊断学与介入放射学的应用与发展，可以看出医学影像学的范畴不断扩大，诊治水平明显提高，已成为运用高科技手段*多，在临床医学中发展*快，作用重大的学科之一。影像学科在临床医疗工作中的地位也有明显提高，已成为医院中作用特殊、任务重大、不可或缺的重要临床科室。影像学的发展也有力地促进了其他临床各学科的发展。 作为一名医学影像学专业的医学生，要掌握各种成像技术的成像原理、检查方法、影像诊断和诊断价值及限度。 **节 X 线 成 像 一、X线成像的基本原理 （一）X线的产生 X线可由X线管内高速运行的电子群撞击钨靶时产生。X线管为一高度真空的二极管，阴极内装有钨丝，阳极内装有呈斜面的钨靶和附属散热装置。向阴极钨丝加以12V以下的电压时，钨丝附近便产生许多自由电子，向X线管两端加以高电压（40～150kV）时，阴阳极间电势差陡增，电子由阴极向阳极高速运行，撞击钨靶后发生能量转换，其中1%以下的能量转变为X线，99%以上的能量转变为热量。 （二）X线的特性 X线是一种肉眼看不见的波长很短的电磁波，波长范围0.0006～50nm。目前，X线诊断常用的波长范围为0.008～0.031nm。X线与其临床成像有关的主要特性有以下几点： 1. 穿透性（penetrability） X线的穿透力很强，能穿透可见光不能穿透的物质。X线的穿透力与X线管两端的电压密切相关，电压越高，穿透力越强。同时X线的穿透力还与被照体的密度和厚度有关。X线的穿透性是X线成像的基础。 2. 荧光效应（fluorescence effect） X线能激发荧光物质如硫化锌镉和钨酸钙等，使波长极短的X线转变为波长较长的可见荧光，这种转化称为荧光效应。荧光效应是透视检查的基础。 3. 感光效应（photosensitivity） 涂有溴化银的胶片经X线照射后感光产生潜影，经显影、定影处理，感光的溴化银中的银离子（Ag+）被还原成金属银（Ag），并沉积于胶片的胶膜，在胶片上呈黑色。而未感光的溴化银在定影和冲洗过程中，从X线胶片上被洗掉，显示出胶片片基的透明本色。依金属银沉积的多少，便产生了从黑至白不同灰度的影像。感光效应是X线摄影的基础。 4. 电离效应（ionizing effect） X线穿过任何物质都可使之电离，而产生电离效应。空气的电离程度与空气吸收X线的量成正比，因而通过测量空气的电离程度可计算出空气中X线的量。X线穿过人体也可产生电离效应，引起生物学方面的改变即生物效应，此为放射治疗的基础，也是X线检查时需要防护的原因。 （三）X线成像基本原理 X线之所以能使人体组织结构形成影像，主要是由于X线具有穿透性、荧光效应和感光效应，同时也因为人体组织结构有密度和厚度的差别，导致X线穿过人体不同的组织结构时被吸收的程度不同，到达荧光屏或X线胶片上的X线量出现差异，从而在荧光屏或X线胶片上形成明暗或黑白不同的影像。 人体组织结构按密度不同可分为三类：高密度的有骨组织和钙化组织等；中等密度的有皮肤、肌肉、结缔组织、实质器官和体液等；低密度的有脂肪组织和体内的气体。 二、X线设备与X线成像性能 （一）X线设备 X线设备主要包括X线管、变压器（包括降压变压器和升压变压器）及操作台。 （二）X线成像性能 数字X线成像（digital radiography，DR）是将X线摄影装置或透视装置与计算机相结合，使形成影像的X线信息由模拟信息转变为数字信息，然后形成图像的成像技术。依其结构的不同可分为计算机X线成像（computed radiography，CR）、数字X线荧光成像（digital fluorography，DF）与平板探测器数字X线成像（digital radiography，DR）三种。 CR是用影像板（image plate，IP）代替X线胶片作为介质，IP上的影像信息经过激光扫描读取、图像处理和显示等步骤获得数字化图像。CR已广泛应用于临床。 DF是由影像增强电视系统（image intensify television，IITV）取代CR的IP作为介质。图像用高分辨力摄像管进行扫描。其他结构和处理与CR相近。DF用于数字胃肠造影和数字减影血管造影设备。 DR是用平板探测器将X线成像信息转换成电信号，再数字化，转换过程均在平板探测器内完成，故X线信息损失少，图像质量好，且成像时间短。 数字化图像质量优于传统X线图像；图像处理系统可调节对比度，从而得到*佳观察效果；患者接受的X线量较少；摄影条件的宽容度较大；图像信息可摄成照片或由光盘储存，也可输入PACS中。 三、X线检查技术 人体组织结构基于密度上的差别，可产生X线图像上的黑白对比，此为自然对比。对缺乏自然对比的组织器官，可人为引入高密度或低密度的物质，使之产生对比，此为人工对比。引入的高密度或低密度物质称为对比剂（contrast medium），用人工对比方法进行的X线检查称为造影检查（contrast examination）。 （一）普通检查 1. 荧光透视（fluoroscopy） 使用影像增强电视系统。透视过程中可转动患者，从不同的方位进行观察；可了解器官的动态变化，如心脏大血管的搏动和胃肠道的蠕动等；操作方便，费用低，可立即得出诊断结论。但透视的影像对比度和清晰度较差，难以观察密度差较小的结构和病变，以及密度和厚度较大的部位，如头颅、脊柱和骨盆等。留不下客观记录更显其不足。 2. X线摄影（radiography） 对比度及清晰度较好，且能显示密度和厚度较大的部位及密度差较小的病变。常需摄两个相互垂直的方位，如正侧位。 （二）特殊检查 特殊检查有软线摄影（soft ray radiography）、体层摄影（tomography）、放大摄影（magnification radiography）和荧光摄影（fluorography）等。自CT等现代成像技术应用以来，只有乳腺X射线摄影（mammography）还在广泛应用。软线摄影是应用能产生软X线（波长较长，平均为0.07nm）的钼靶X线机进行的摄影检查。 （三）造影检查 造影检查是将对比剂引入器官内或其周围间隙后进行的X线检查。 1. 对比剂 分高密度对比剂和低密度对比剂两类。高密度对比剂有钡剂和碘剂。低密度对比剂为气体，现已少用。 钡剂为医用硫酸钡，主要用于食管和胃肠道造影。 碘剂分为有机碘和无机碘两类，后者基本不用。水溶性有机碘剂主要用于心血管造影；经肾排出可显示肾盂和尿路；还可行脊髓造影检查等。水溶性有机碘剂分两型：①离子型，如泛影葡胺等；②非离子型，如碘帕醇、碘海醇（欧乃派克）等。离子型对比剂具有高渗性，毒副作用较多。非离子型对比剂具有相对低渗性、低黏度和低毒性等优点。 2. 造影方法 有以下两种：①直接引入法，包括口服（如食管和胃肠钡餐检查）、灌注（如钡剂灌肠、逆行尿路造影和子宫输卵管造影等）和穿刺注入或经导管直接注入器官和组织内（如脊髓造影和心血管造影等）。②间接引入法，如对比剂注入静脉后，经血液循环到达肾脏，然后由肾脏排入泌尿道而行尿路造影。 四、X线检查的安全性 X线对人体可产生一定的生物效应，超过容许照射量，可发生放射反应，甚至放射损害，故应重视防护，以保护患者和工作人员的健康。放射防护应遵循屏蔽防护、距离防护和时间防护的原则。用铅等高密度物质作为屏障进行屏蔽防护；利用X线量与距离平方成反比的原理，通过增加X线源与人体间距离来减少照射量；每次检查照射时间不要过长，尽量避免重复检查。应根据国家有关放射防护的规定制定和落实防护措施。 五、X线图像特点 X线图像是由从黑到白不同灰度的影像所组成，是灰阶图像。这些不同灰度的影像反映了人体组织结构的解剖或病理状态。在实际工作中，通常用密度的高与低来表述影像的白