1、第二十四章放射诊断学第二十四章 放射诊断学第一节 总论 1895年德国物理学家威康伦琴（WCRentgen）在做物理实验时发现一种能穿透人体的看不见的射线，称为X线，不久就被用于人体疾病诊断，形成了放射诊断学。 医学影像学发展非常迅速，医学影像设备不断更新，检查技术不断完善。20世纪5060年代开始应用超声与核素扫描进行人体检查，出现了超声成像（ultrasonography，USG）和闪烁成像（-scintigraphy）。70年代和80年代又相继出现了X线计算机体层成像（x-ray computed tomography，x-rayCT或CT）、磁共振成像（magnetic resonan
2、ce imaging，MRI）和发射体层成像（emission computed tomography，ECT），包括单光子发射体层成像（single photon emission computed tomography，SPECT）与正电子发射体层成像（positron emission tomography，PET）等新的成像技术。80年代兴起的介入放射学（interventional radiology），即在影像监视下采集标本或对某些疾病进行治疗，使影像诊断学成为现代医学中非常重要的一门学科。 影像诊断主要是通过对图像的观察、分析、归纳与综合而作出的。因此，需要掌握图像的观察与分析方
3、法，能辨别正常表现与异常表现，了解异常表现的病理基础及其在诊断中的意义。这就需要了解不同的成像手段在不同疾病诊断中的作用与限度，以便能选择恰当的一种或综合应用几种成像手段和检查方法，来进行诊断。一、X线成像（一）X线的产生及特性1X线的产生 X线是在真空管内高速行进的成束电子流撞击钨（或钼）靶而产生的。X线发生装置主要包括X线管、变压器和操作台。X线管为一高真空的二极管，杯状的阴极内装置灯丝，阳极由斜面的钨靶和附属散热装置所组成。变压器为提供X线管灯丝电源和高电压而设置。一般灯丝电源仅需612V，为降压变压器；高电压需（40150）kV，为升压变压器。操作台主要为调节电压、电流和曝光时间而设置
4、，包括电压表、电流表、时计、调节旋钮和开关等。在X线管、变压器和控制台之间以电缆相连。X线机主要部件见图24-1。图24-1 X线机主要部件示意图2X线的特性 X线是一种波长很短的电磁波。波长范围为0.006500nm。目前X线诊断常用的波长范围为0.080.31nm。（1）穿透性（penetrability）：X线波长很短，具有很强的穿透力，能穿透一般可见光不能穿透的各种不同密度的物质。X线的穿透力与X线管电压密切相关，电压越高，所产生的X线的波长越短，穿透力就越强；反之，电压低，所产生的X线波长长，其穿透力就较弱。另一方面，X线的穿透力还与被照物体的密度和厚度相关。密度高、厚度大的物体吸收
5、的X线多，通过的X线少。X线穿透性是X线成像的基础。（2）荧光效应（fluorescence）：X线能激发荧光物质（如钨酸钙），使波长短的X线转换成波长较长的荧光，这种转换叫做荧光效应。荧光效应是进行透视检查的基础。（3）感光效应（sensitization）：涂有溴化银的胶片，经X线照射后，可以感光，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），并沉淀于胶片的胶膜内。金属银的微粒在胶片上呈黑色。而未感光的溴化银，在定影及冲洗过程中，从X线胶片上被洗掉，因而显出胶片片基的透明本色。依金属银沉淀的多少，便产生了黑、白影像。所以，感光效应是X线摄影的基础。（
6、4）电离效应（ionization）：X线通过任何物质都可产生电离效应。X线进入人体，也产生电离作用，使人体产生生物学方面的改变，即生物效应。它是放射防护学和放射治疗学的基础。（二）X线成像的基本原理X线之所以能使人体组织在荧光屏上或胶片上形成影像。一是基于X线的穿透性、荧光和感光效应，二是基于人体组织之间有密度和厚度的差别。当X线穿过人体后，由于人体各部组织的密度和厚度不同，在荧光屏和X线片上显出黑白阴影，相互间形成明显的对比。这样才使我们有可能通过X线检查来识别各种组织，并根据阴影的形态和黑白变化来分析它们是否正常。由此可见，组织结构和器官密度、厚度的差别是产生影像对比的基础，是X线成像的
7、基本条件。人体组织结构和器官形态不同，厚度也不一样。厚的部分，吸收X线多，透过的X线少，薄的部分则相反，于是在X线片和荧光屏上显示出黑白对比和明暗差别的影像。表24-1 不同密度组织与X线阴影的关系人体 密度 透视 摄片骨、钙化块 高 黑 白软组织、体液 中 暗 灰白脂肪组织 较低 较亮 灰黑含气组织 低 亮 黑（三）X线图像特点X线图像由从黑到白不同灰度的影像所组成。这些不同灰度的影像以密度来反映人体组织结构的解剖及病理状态。在工作中，通常用密度的高与低表达影像的白与黑。例如用高密度、中密度和低密度分别表达白影、灰影和黑影，并表示物质密度的高低（表24-1）。人体组织发生改变时，则用密度增高
8、或密度减低来表达影像的白影与黑影。还应指出，X线图像是X线束穿透某一部位的不同密度和厚度组织结构后的投影总合，是该穿透路径上各个结构影像相互叠加在一起的影像。（四）X线的检查方法由于人体结构的密度和厚度不同，对X线吸收不同。因此，它们的影像密度有差异。这种利用人体组织器官本身密度的差异来形成对比清楚的影像者，称为自然对比（nature contrast）。人体内，胸部及肢体的各种组织的自然对比最为明显。在胸部X线片上，肺野含气量多而呈低密度的黑色阴影，肋骨因含钙多而呈高密度的白色阴影，胸廓周围软组织则呈中等密度的灰白色阴影，中央部分为具有肥厚肌肉并含有血液而呈高密度的白色心脏阴影，它们相互间都
9、存在着清楚的对比。在四肢X线片上，白色的高密度骨骼阴影与周围呈灰白色的中等密度的肌肉阴影之间亦存在着清楚的对比。对于人体内缺乏自然对比的组织和器官，人为地引入一定量的、在密度上高于或低于它的物质，使之产生对比，称为人工对比（artificial contrast）。这种方法也称为造影剂检查。1普通检查 包括透视和摄影。（1）透视（fluoroscopy）：为常用的检查方法。此法除了观察内脏的解剖形态和病理改变外，还可以观察人体器官的动态，如膈肌的呼吸运动、心脏大血管的搏动、胃肠道的蠕动和排空功能等。透视的缺点为不能显示微细病变，不能留下永久记录，不便于复查对比。（2）X线摄影（radiogra
10、phy）：又称平片，是X线检查的主要方法。优点是影像清晰，对比度及清晰度均较好；可使密度与厚度较大或密度差异较小的部位的病变显影；并可留作客观记录，便于复查对比。其缺点为不能观察人体器官的动态功能改变。2特殊检查（1）体层摄影（tomography）：是通过特殊的装置和操作获得某一选定层面上组织结构的影像，而不属于选定层面的结构则在投影过程中被模糊掉（图24-2）。图24-2 体层摄影原理示意图在曝光时，X线管与胶片匣作相反方向移动，而移动的轴心即在选定层面上。结果，在被检查的部位内，只有选定的一层结构始终投影在胶片上的固定位置，从而使该层面的结构清楚显影，而其前后各层结构则因曝光时在胶片上投
11、影的位置不断移动而成模糊影像。（2）钼靶X线摄影：根据X线的平均穿透力大致可将之分为“硬”、“软”两种。“硬”X线具有较高的穿透力，可用高千伏电压、较低原子序数的靶板产生。一般诊断用的X线机的靶面均用钨制，它所产生的X线波长较短，穿透力很强，通常称之为“硬”X线，这种射线能穿透各种软组织，以致不能将内部结构在X线上清楚地显示出来。用钼作靶面的X线球管所产生的X线波长较长，穿透力较弱，称之为“软”X线。这种能发射软X线的钼靶球管用以检查软组织（如乳腺）。（3）其他特殊检查：如放大摄影是采用微焦点和增大人体与靶片距离以显示较细微的病变；荧光摄影是在荧光成像基础上进行缩微摄片，主要用于集体检查。3造
12、影检查 是将密度高于或低于该器官的物质引入需要检查的体内器官，使之产生对比以显示其形态与功能的办法。引入的物质称为对比剂（contrast medium），也称造影剂。（1）造影剂：分高密度造影剂和低密度造影剂。高密度造影剂：常用的为钡剂和碘剂。钡剂为医用硫酸钡混悬液，主要用于食管和胃肠造影。碘剂分离子型和非离子型造影剂。非离子型造影剂性能稳定、毒性低，适用于血管造影、CT增强；离子型如泛影葡胺（urografin）用于肾盂及尿路造影。低密度造影剂：如空气、氧等，常用于关节囊，腹腔应用较少。（2）造影检查方法：直接引入法：即将造影剂直接引入器官内或器官周围。如胃肠造影、逆行肾盂造影、子宫输卵管
13、造影等。间接引入法：造影剂先被引入某一特定组织和器官内，后经吸收并聚集于欲造影的某一器官内，从而使之显影。包括吸收性与排泄性两类。吸收性如淋巴管造影；排泄性如口服胆囊造影、静脉肾盂造影等。（3）造影准备及造影反应的处理：各种造影检查前都有相应的准备及注意事项，以保证检查满意和患者的安全。在选择碘剂造影剂时，要了解患者有无碘过敏史及严重的肾脏疾病。值得指出的是，尽管过敏试验阴性，在造影中仍然可以发生反应。因此，必须有抢救过敏反应的准备。严重的反应包括周围循环衰竭和心脏停搏、惊厥、喉水肿、肺水肿及哮喘发作等。遇上述过敏反应者立即停止造影检查，并进行抗休克、抗过敏积极治疗。（五）X线诊断原则与步骤1
14、X线诊断原则 在分析X线所见时，首先要能识别所显示阴影的密度、形态、位置与大小等，在生理上和解剖上是正常或异常。因此，必须熟悉人体的解剖和生理，以及正常的X线表现，更需了解各系统、各种疾病的基本变化和演变过程的X线表现。2X线诊断步骤 X线诊断是重要的临床诊断方法之一。诊断以X线图像为基础。因此，需要对X线影像进行认真、细致的分析，综合X线各种病理表现，结合临床资料及各种检查结果，进行分析推理，才可能提出比较正确的X线诊断。为了不致遗漏重要X线征象，应按一定顺序、系统地进行读片分析。同样的X线征象可以在不同的疾病中出现所谓“异病同影”，反之出现所谓“同病异影”。有时两三种X线检查方法都是必须的
15、。最后的X线诊断结果基本上有3种情况：肯定性诊断：经过X线检查可以确诊；否定性诊断：即X线检查后，排除了某些疾病；可能性诊断：即经过X线检查发现了某些X线征象，但不能确定病变性质，因而可以考虑列出数个可能性。（六）X线检查中的防护X线穿透人体将产生一定的生物效应。若接触的X线量超过允许辐射量，可能产生放射反应甚至放射损害，但辐射量在允许量范围内一般无影响。在技术方面，可以采取屏蔽防护和距离防护原则。包括使用铅或含铅的物质作为屏障以吸收不必要的X线。在患者方面，由于X线设备的改进，影像增强技术、高速增感屏和快速X线感光片的使用，X线辐射量显著减少。因此，不应对X线检查产生疑惑或恐惧。但仍应注意重
16、视孕妇、小儿患者和长期接触放射线的工作人员，特别是介入放射工作者的防护。遵照国家有关放射防护卫生标准的规定，制定必要的防护措施。定期监测放射线工作者所接受的剂量。二、X线计算机体层成像（CT）（一）CT的成像原理CT是用X线来对人体检查部位一定厚度的层面进行扫描。在计算机的控制下做机架旋转，由探测器采集数据，经模拟/数字转换为数字，输入计算机处理显示数字矩阵（digital matrix）。图像形成的处理有如将选定层面分成若干个小的基本单元，称之为体素（voxel）（图24-3）。扫描所得信息再经计算机处理显示数据矩阵，数字矩阵可存储于磁盘或光盘，再经数字/模拟转化为由黑到白的不等灰度的小方块
17、，即像素（pixel），并按照矩阵排列，即构成CT图像。所以CT图像是数字化图像，是重建的断层图像。图24-3 扫描层面体素与像素（二）CT设备1普通CT 普通CT或称常规CT。主要有3部分构成：扫描部分：由X线管、探测器和扫描架组成；计算机系统：收集信息数据进行存储运算；图像显示和存储系统：经计算机处理重建的图像显示，用多幅照相机或激光照相机将图像摄于胶片上，CT成像流程及装置见图24-4。图24-4 CT装置示意图2螺旋扫描CT（spiral CT，SCT） 是在旋转式扫描基础上，通过滑环技术与扫描床连续平直移动而实现的。管球旋转和连续动床同时进行，使X线扫描的轨迹呈螺旋状，因而得名螺旋扫
18、描。其突出优点是快速容积扫描。3电子束CT（electron beam CT，EBCT） 又称超速CT（ultrafast CT，UFCT），结构与普通CT或螺旋CT不同，不用X线管。UFCT是由电子枪发射电子束轰击4个环靶所产生的X线进行扫描（图24-5）。轰击一个环靶可得一帧图像，即单层扫描。依次轰击4个环靶并由两个探测器环接受信号，可得8帧图像，即多层扫描。与SCT一样进行容积扫描，不间断地采集扫描范围内的数据。UFCT对心脏大血管检查有独到之处。图24-5 电子束CT示意图（三）图像特点CT图像是以数字排列的矩阵，这个数字是相应体素的吸收，经数字/模拟转换灰度成为像素。不同CT装置所得
19、图像的像素大小及数目不同，像素越小、数目越多构成的图像越细致，即空间分辨力高。CT图像的空间分辨力不如X线图像高。CT图像以不同的灰度来表示，反映器官和组织对X线的吸收程度。CT的密度分辨力高，所以CT能更好地显示由软组织构成的器官如脑、脊髓、纵隔、肺、肝、胆、胰以及盆部器官等。CT图像以不同灰度显示其密度的高低。可用CT值说明密度，CT值单位为HU（Hounsfield unit，HU）。水的吸收系数为1.0，CT值定为0HU，人体中密度最高的骨皮质吸收系数最高，CT值定为1000HU，而空气密度最低，定为1000HU。人体中密度不同的各种组织的CT值居于10001000HU的2000个分度
20、之间。（四）CT检查技术1普通CT 分平扫、增强扫描和造影扫描。（1）平扫（plain scan）：不用增强或造影的扫描。一般都是先做平扫。（2）增强扫描：血管内注入碘剂后，器官与病变内碘的浓度可产生差别形成密度差。常用团注法（bolus injection），即在二十几秒内将造影剂迅速注入。（3）造影扫描：先作人体器官或结构的造影，然后再行扫描。以上3种扫描在普通CT、螺旋CT、电子束CT上均可进行，特别是前两种是CT检查的基本扫描方法。2高分辨力CT扫描 高分辨力CT（high resolution CT，HRCT）是指在短时间内，取得良好空间分辨力CT图像的扫描技术。用薄层扫描厚度为11
21、.5mm，矩阵用512512。高空间分辨力CT扫描可显示较小的组织结构。（五）CT分析与诊断在分析CT图像时，应先了解扫描的技术与方法，是平扫还是增强扫描。对每幅图像要进行观察，了解器官大小、形状和器官周围解剖关系。发现病变及分析病变的大小、形状、数目和边缘，还可测定CT值，以了解密度的高低。如增强扫描看有无钙化等等，与普通X线阅片一样，需要与临床资料综合分析，才可作出诊断。（六）临床应用CT已广泛应用于临床，对疾病诊断上显示出很大的优越性，特别在中枢神经系统疾病的CT诊断上应用普遍。对脑出血、脑梗死的定位，颅内肿瘤、椎间盘突出等疾病有诊断价值；对鼻窦癌及鼻咽部肿瘤等五官科病变均亦有价值。其次
22、对腹部肝、胆、胰及腹腔前后间隙及各种软组织构成的器官，包括泌尿生殖系统疾病及占位等，CT检查较为有优势。对于诊断心血管疾病如冠心病、瓣膜钙化，电子束CT有独到之处。三、数字化减影血管造影数字化减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）是利用计算机处理数字化的影像信息以消除骨骼和软组织影的技术，使血管影清晰。（一）DSA成像基本原理与设备DSA基本原理是将受检部位未注入造影剂和注入造影剂后（血管造影）的X线荧光图像，分别经影像增强器增益后，用高分辨力摄像管作矩阵化扫描，形成由像素组成的视频图像，进而将视频信息经对数增幅和模拟/数字转换为不同值的数字，即
23、通过数字化形成数字图像存储起来。经计算机在数字化图像之间行减影处理，减影处理后的数字化图像经数字/模拟转换成不同灰阶度的模拟减影图像，显示于荧屏上。DSA基本设备包括X线发生器、影像增强器、电视透视、高分辨力摄像管、模/数转换器、电子计算机和图像储存器等。（二）DSA检查技术根据将造影剂注入动脉或静脉而分为动脉DSA（intra arterial DSA，IADSA）和静脉DSA（intra venous DSA，IVDSA）两种。由于IADSA血管成像清楚，造影剂用量少，所以现在大都用IADSA。IADSA的操作是将导管插入动脉后，经导管注入肝素30005000U，行全身低肝素化，以防止导管
24、凝血。将导管尖插入欲检查的动脉开口，导管尾端接压力注射器，团注造影剂。（三）DSA的临床应用DSA适用于心脏大血管的检查。对心内解剖结构异常、主动脉瘤、主动脉缩窄或主动脉发育异常等显示清楚，对显示冠状动脉是最好的方法。IADSA对显示颈段和颅内动脉均清楚，可用于诊断颈段动脉狭窄或闭塞、颅内动脉瘤、血管发育异常和动脉闭塞以及颅内肿瘤的供血动脉和肿瘤染色等。对腹主动脉及其大分支以及肢体大血管的检查，DSA也很有帮助。DSA设备与技术已相当成熟，三维立体实时成像，加上旋转，可动态地从不同方位对血管及其病变进行观察，并能观察血流动力学情况。对介入技术，特别是血管内介入技术的开展，DSA更是不可缺少的。
25、四、磁共振成像（MRI）（一）成像基本原理与设备磁共振现象和利用磁共振信号重建MRI的理论与技术，均比较复杂。为了说明MRI的成像基本原理与技术，从MRI成像的操作步骤入手，认识在检查过程中所发生的物理现象可能较易理解。操作步骤如下：将患者摆入强的外磁场中；发射无线电波，瞬间即关掉无线电波；接受由患者体内发出的磁共振信号；用磁共振信号重建图像。1MRI基本原理 含有单数质子的原子核（如1H、13C等），具有自旋及磁矩的物理特性。人体内广泛存在的氢原子核，其质子有自旋运动，带正电荷而产生磁矩，有如一个小的磁体。这些小磁体在正常情况下自旋轴的排列杂乱无章，但如在一均匀磁场中，这些小磁体的自旋轴将按
26、磁场磁力线方向重新排列，仅按平行或反平行于外磁场两个方向排列。在这种状态下，用特定频率的射频脉冲进行激发，作为小磁体的氢原子核将吸收一定量的能量产生共振，即发生磁共振现象。当停止发射射频脉冲、被激发的氢原子核将把吸收的能量逐步释放出来，恢复到激发前状态，这一恢复过程，称为弛豫过程；恢复到原来状态所需的时间，称为弛豫时间。分T1和T2两种弛豫时间。T1为纵向磁化由零恢复到原来数值的63%所需的时间，为纵向弛豫时间（longitudinal relaxation time，简称T1）；T2为横向磁化由最大减小到最大值的37%所需的时间，为横向弛豫时间（transverse relaxation t
27、ime，简称T2）。人体不同器官的正常组织与病理组织的T1与T2是相对固定的，而且它们之间有一定差别，这种组织之间弛豫时间上的差别就是MRI成像的基础。把被检查的人体层面分成一定数量的小体积即体素，获得每一个体素的T1值（或T2值）后进行空间编码、数字化后经计算机处理，经转换器将每个T值转为模拟灰度而重建图像。2MRI设备 MRI设备包括主磁体、梯度线圈、射频发射器及MR信号接收器，这些部分产生MR信号、探测信号与编码；而模拟转换器、计算机、磁盘与磁带机等负责数据处理、图像重建、显示与存储等（图24-6）。图24-6 MRI设备基本结构示意图（1）主磁体：直接关系到磁场强度、均匀度和稳定性，影
28、响MRI的图像质量，非常重要。通常用主磁体类型来说明MRI设备的类型。主磁体的场强要相当强。场强单位为特斯拉（T）或高斯（Gauss，G），1T=1000G。主磁体的场强要求均匀。根据磁体的结构可分为永久磁体（permanent magnets）、阻抗磁体（resistive magnets）和超导磁体（super conducting magnets）3种。（2）梯度线圈：改变主磁体场强，产生梯度场，用作选层和信息的空间定位。因为是三维空间，故需要有三套相应的梯度线圈。（3）射频发射器与MR信号接收器为射频系统，主要由线圈组成。射频发射器是为了产生不同的脉冲序列，以激发体内氢原子核，产生MR
29、信号。MRI设备中数据采集、处理和图像显示，除图像重建用Fourier变换替代了反投影以外，与CT设备相似。（二）MRI图像特点由T1差别形成的图像，为T1加权像（T1weighted image，T1WI）；用较长的回波时间（echo time，TE），组织间的信号强度差别靠T2，得T2加权像（T2weighted image，T2WI）；由质子密度差别形成的图像，为质子密度加权像（proton density weighted image，PdWI）。MRI的成像有许多优势，主要有高的软组织对比分辨力，无骨伪影干扰；多参数成像，可获得T1WI、T2WI和PdWI，便于比较对照；多方位成像，
30、可获得冠状面、矢状面和横断面的断层像；流动效应，不用对比剂即可使血管及血管病变如肿瘤及动静脉发育异常成像，即血流成像；由于质子弛豫增强效应使一些物质，如正铁血红蛋白于MRI上被发现。用顺磁性物质釓（Gadolinium，Gd）作对比剂可行对比增强检查，效果好，副反应少。在诊断上具有显示病变敏感、确定病变位置与定量诊断准确等优势。（三）检查技术MRI的检查技术较为复杂。检查不仅要横断面图像，而且常需要矢状面或（和）冠状面图像，还需要获得T1WI、T2WI和PdWI等图像。1常用的脉冲序列 为自旋回波脉冲（spin echo pulse sequence，SE）序列。SE序列有两个扫描参数，即重复
31、时间（repetition time，TR）与回波时间（echo time，TE），由操作者掌握。两个激励脉冲间的间隔时间，为重复时间（TR）。改变TR与TE可以改变组织T1、T2或质子密度对影像灰度或影像亮度的影响和组织间的信号对比。SE脉冲序列成像时间长，因此对患者的制动非常重要。采用呼吸门控和（或）呼吸补偿、心电门控和周围门控以及预饱和技术等，可以减少由于呼吸运动及血液流动所导致的呼吸伪影以及脑脊液波动伪影等的干扰，可以改善MRI的图像质量。2梯度回波序列 梯度回波序列（gradient echo sequence，GRE）是常用的快速成像脉冲序列，是为了解决SE序列时间长的问题，GRE
32、序列成像时间短而空间分辨力及信噪比均较高。它可获得准T1WI、准T2WI和准PdWI。主要用于心脏血管成像、与流动液体相关的成像、骨关节成像和脑实质成像等。3回波平面成像 回波平面成像（echo planar imaging，EPI）是新开发的快速成像技术，获得一个层面的时间，可以短到20ms。这样，可以不用门控技术，对进行功能性MR成像是必要的。这些序列，已常规应用于临床工作。4其他检查方法 如脂肪抑制、血管造影、水成像、弥散成像和灌注成像。（四）分析与诊断首先要了解MRI设备的类型、磁场强度和扫描技术条件，例如使用的脉冲序列，如TR与TE的长短，因为它们直接影响图像的对比，并有助于分辨T1WI、T2WI和PdWI。在良好的解剖影像背景上显示病变是MRI诊断突出优点。观察病变时需注意病变的位置、大小、形状、边缘、轮廓和与相应脏器的关系等，还要观察病变T1、T2的长短或MR信号的强弱与
