1、 电子计算机体层摄影电子计算机体层摄影（Computed tomography，简称 CT）是近十年来发展迅速的电子计算机和 X 线相结合的一项新颖的诊断新技术。其主要特点是具有高密度分辨率，比普通 X 线照片高 1020 倍。能准确测出某一平面各种不同组织之间的放射衰减特性的微小差异，以图像或数字将其显示，极其精细地分辨出各种软组织的不同密度，从而形成对比。如头颅 X 线平片不能区分脑组织及脑脊液，而 CT 不仅能显示出脑室系统、还能分辨出脑实质的灰质与白质；如再引入造影剂以增强对比度，对其分辨率更为提高，故而加宽了疾病的诊断范畴，还提高了诊断正确率。但 CT 也有其限制，如对血管病变，消化
2、道腔内病变以及某些病变的定性等。一、CT 图像特点 CT 图像是由一定数目由黑到白不同灰度的象素按矩阵排列所构成。这些象素反映的是相应体素的 X 线吸收系数。不同 CT 装置所得图像的象素大小及数目不同。大小可以是 1.01.0mm，0.50.5mm 不等；数目可以是 256256，即 65536 个，或 512512，即 262144 个不等。显然，象素越小，数目越多，构成图像越细致，即空间分辨力(spatial resolution)高。CT 图像的空间分辨力不如 X 线图像高。CT 图像是以不同的灰度来表示，反映器官和组织对 X 线的吸收程度。因此，与 X 线图像所示的黑白影像一样，黑影
3、表示低吸收区，即低密度区，如肺部；白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。但是 CT 与 X 线图像相比，CT 的密度分辨力高，即有高的密度分辨力(density resolutiln)。因此，人体软组织的密度差别虽小，吸收系数虽多接近于水，也能形成对比而成像。这是 CT 的突出优点。所以，CT 可以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，并在良好的解剖图像背景上显示出病变的影像。X 线图像可反映正常与病变组织的密度，如高密度和低密度，但没有量的概念。CT 图像不仅以不同灰度显示其密度的高低，还可用组织对 X线的吸收系数说明其密度高低的程度，具有一个量的概念
4、。实际工作中，不用吸收系数，而换算成 CT 值，用 CT 值说明密度。单位为Hu(Hounsfield unit)。水的吸收系数为 10，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。人体中密度不同和各种组织的 CT 值则居于-1000Hu 到+1000Hu 的 2000 个分度之间(表 1-2-1)。表 1-2-1 体组织 CT 值(Hu)由表 1-2-1 可见人体软组织的 CT 值多与水相近，但由于 CT 有高的密度分辨力，所以密度差别虽小，也可形成对比而显影。CT 值的使用，使在描述某一组织影像的密度时，不仅可用
5、高密度或低密度形容，且可用它们的 CT 值平说明密度高低的程度。CT 图像是层面图像，常用的是横断面。为了显示整个器官，需要多个连续的层面图像。通过 CT 设备上图像的重建程序的使用，还可重建冠状面和矢状面的层面图像。二、CT 检 查 技 术 患者卧于检查床上，摆好位置，选好层面厚度与扫描范围，并使扫描部位伸入扫描架的孔内，即可进行扫描。大都用横断面扫描，层厚用 5或 10mm，特殊需要可选用薄层，如 2mm。患者要不动，胸、腹部扫描要停止呼吸。因为轻微的移动或活动可造成伪影，影响图像质量。CT 检查分平扫（plain CT scan）、造影增强扫描（contrast enhancement,
6、 CE）和造影扫描。（一）平扫 是指不用造影增强或造影的普通扫描。一般都是先作平扫。（二）造影增强扫描 是经静脉注入水溶性有机碘剂，如 60%76%泛影葡胺 60ml 后再行扫描的方法。血内碘浓度增高后，器官与病变内碘的浓度可产生差别，形成密度差，可能使病变显影更为清楚。方法分团注法、静滴法和静注与静滴法几种。（三）造影扫描 是先作器官或结构的造影，然后再行扫描的方法。例如向脑池内注入碘曲仑 810ml 或注入空气 46ml 行脑池造影再行扫描，称之为脑池造影 CT 扫描，可清楚显示脑池及其中的小肿瘤。三、CT 诊断的临床应用CT 诊断由于它的特殊诊断价值，已广泛应用于临床。但 CT 设备比较
7、昂贵，检查费用偏高，某些部位的检查，诊断价值，尤其是定性诊断，还有一定限度，所以不宜将 CT 检查视为常规诊断手段，应在了解其优势的基础上，合理的选择应用。CT 诊断应用于各系统疾病有以下特点及优势，参考图 1-2-6。CT 检查对中枢神经系统疾病的诊断价值较高，应用普遍。对颅内肿瘤、脓肿与肉芽肿、寄生虫病、外伤性血肿与脑损伤、脑梗塞与脑出血以及椎管内肿瘤与椎间盘脱出等病诊断效果好，诊断较为可靠。因此，脑的X 线造影除脑血管造影仍用以诊断颅内动脉瘤、血管发育异常和脑血管闭塞以及了解脑瘤的供血动脉以外，其他如气脑、脑室造影等均已少用。螺旋 CT 扫描，可以获得比较精细和清晰的血管重建图像，即 C
8、TA，而且可以做到三维实时显示，有希望取代常规的脑血管造影。CT 对头颈部疾病的诊断也很有价值。例如，对眶内占位病变、鼻窦早期癌、中耳小胆指瘤、听骨破坏与脱位、内耳骨迷路的轻微破坏、耳先天发育异常以及鼻咽癌的早期发现等。但明显病变，X 线平片已可确诊者则无需 CT 检查。图 1-2-6 CT 图像少支胶质细胞瘤增强，右额、顶叶有一较大不规则肿块，强化不均，周围有低密度水肿区 星形细胞瘤增强，左额顶叶有一不均匀强化肿块，不规则，内有未有强化的低密度区，周围有低密度水肿区，中线结构右移 胸腺增生平扫，胸腺区有一分叶状密度均一病灶，仍呈胸腺状，主动脉受压右移 肝脓肿平扫，肝右叶有一低密度灶类圆形，中
9、心部密度更低为脓腔，周边为脓肿壁呈双边征 腰椎骨折平扫，椎弓多处中断，椎管变形，其内可见碎骨片 肝转移癌增强，肝左、右叶多个大小不一、不规则低密度灶，周边有细的强化环围绕 肺脓肿平扫，右上叶有一空洞性病灶，内壁光滑，并见气液平面，胸部 X 线片曾疑肺癌 前裂腺癌平扫，前列腺分叶状增大，并向膀胱内突入 对胸部疾病的诊断，CT 检查随着高分辨力 CT 的应用，日益显示出它的优越性。通常采用造影增强扫描以明确纵隔和肺门有无肿块或淋巴结增大、支气管有无狭窄或阻塞，对原发和转移性纵隔肿瘤、淋巴结结核、中心型肺癌等的诊断，均很在帮助。肺内间质、实质性病变也可以得到较好的显示。CT 对平片检查较难显示的部分
10、，例如同心、大血管重迭病变的显圾，更具有优越性。对胸膜、膈、胸壁病变，也可清楚显示。心及大血管的 CT 检查，尤其是后者，具有重要意义。心脏方面主要是心包病变的诊断。心腔及心壁的显示。由于扫描时间一般长于心动周期，影响图像的清晰度，诊断价值有限。但冠状动脉和心瓣膜的钙化、大血管壁的钙化及动脉瘤改变等，CT 检查可以很好显示。腹部及盆部疾病的 CT 检查，应用日益广泛，主要用于肝、胆、胰、脾，腹膜腔及腹膜后间隙以及泌尿和生殖系统的疾病诊断。尤其是占位性病变、炎症性和外伤性病变等。胃肠病变向腔外侵犯以及邻近和远处转移等，CT 检查也有很大价值。当然，胃肠管腔内病变情况主要仍依赖于钡剂造影和内镜检查
11、及病理活检。骨关节疾病，多数情况可通过简便、经济的常规 X 线检查确诊，因此使用 CT 检查相对较少。计算机的 x 线成像传统的 X 线成像是经 X 线摄照，将影像信息记录在胶片上，在显定影处理后，影像才能于照片上显示。计算机 X 线成像（computed radiography，CR）则不同，是将 X 线摄照的影像信息记录在影像板（image plate，IP）上，经读取装置读取，由计算机计算出一个数字化图像，复经数字/模拟转换器转换，于荧屏上显示出灰阶图像。CR 与DSA 中所述的 DR 同属数字化成像。一、CR 的成像原理与设备CR 的成像要经过影像信息的记录、读取、处理和显示等步骤。其
12、基本结构见图 1-6-1。影像信息的记录：用一种含有微量素铕（Eu2+）的钡氟溴化合物结晶（BaFX：Eu2+，X=CI.Br.I）制成的 IP 代替 X 线胶片,接受透过人体的 X 线,使 IP 感光,形成潜影。X 线影像信息由 IP 记录。IP 可重复使用达 2-3 万次。影像信息的读取：IP 上的潜影用激光扫描系统（图 1-6-2）读取，并转换成数字信号。激光束对匀速移动的 IP 整体进行精确而均匀的扫描。在 IP 上由激光激发出的辉尽性荧光，由自动跟踪的集光器收集，复经光电转换器转换成电信号，放大后，由模拟/数字转换器转换成数字化影像信息。由 IP 扫描完了后，则可得到一个数字化图像。
13、影像信息的处理：影像的数字化信号经图像处理系统处理，可以在一定范围内任意改变图像的特性。这是 CR 优于 X 线照片之处，X 线照片上的影像特性是不能改变的。图像处理主要功能有：灰阶处理、窗位处理、数字减影血管造影处理和 X 线吸收率减影处理等。灰阶处理：通过图像处理系统的调整，可使数字信号转换为黑白影像对比，在人眼能辨别的范围内进行选择，以达到最佳的视觉效果。这有利于观察不同的组织结构。例如胸部可得到两张分别显示肺和纵隔最佳图像。窗位处理：以某一数字信号为 0，即中心，使一定灰阶范围内的组织结构，以其对 X 线吸收率的差别，得到最佳的显示，同时可对这些数字信号进行增强处理。窗位处理可提高影像
14、对比，有利于显示组织结构，如骨小梁的显示。数字减影血管造影处理：选择血管造影一系列 CR 图像中的一帧为负片（蒙片）行数字减影处理，可得到 DSA 图像。X 线吸收率减影处理：用两个不同的 X 线摄影条件摄影，选择其中任何一帧作为负片进行减影，则可消除某些组织。例如对胸部行减影处理可消除肋骨影像，以利于观察肺野。影像的显示与存储：数字化图像经数字/模拟转换器转换，于荧屏上显示出人眼可见的灰阶图像。荧屏上的图像可供观察分析，还可用多帧光学照相机摄于胶片上，用激光照相机可把影像的数字化信号直接记录在胶片上，可提高图像质量。激光照相机同自动洗片机联成一体，可减少操作程序。CR 的数字化图像信息还可用
15、磁带、磁盘和光盘作长期保存。二、CR 的临床应用CR 的图像质量与所含的影像信息量可与传统的 X 线成像相媲美。图像处理系统可调节对比。故能达到最佳的视觉效果；摄照条件的宽容范围较大；患者接受的 X 线量减少。图像信息可由磁盘或光盘储存，并进行传输，这些都是 CR 的优点。CR 图像与传统 X 线图像都是所摄部位总体的重迭影像，因此，传统X 线能摄照的部位也都可以用 CR 成像，而且对 CR 图像的观察与分析也与传统 X 线相同。所不同的是 CR 图像是由一定数目的象素所组成。CR 对骨结构、关结软骨及软组织的显示优于传统的 X 线成像，还可行矿物盐含量的定量分析。CR 易于显示纵隔结构如血管
16、和气管。对结节性病变的检出率高于传统的 X 线成像，但显示肺间质与肺泡病变则不及传统的 X 线图像。CR 在观察肠管积气、气腹和结石等含钙病变优于传统 X 线图像。用 CR 行体层成像优于 X 线体层摄影。胃肠双对比造影在显示胃小区、微小病变和肠粘膜皱襞上，CR 优于传统的 X 线造影。CR 是一种新的成像技术，在不少方面优于传统的 X 线成像，但从效益-价格比，尚难于替换传统的 X 线成像。在临床应用上，CR 不像 CT与 MRI 那样不可代替。直 接 数 字 化 X射 线 摄 影 DR(Digital Radiography)， 即 直 接 数 字 化 X射 线 摄 影 系 统 ， 是 由
17、 电 子 暗 盒 、 扫 描 控制 器 、 系 统 控 制 器 、 影 像 监 示 器 等 组 成 ， 是 直 接 将X线 光 子 通 过 电 子 暗 盒 转 换 为 数 字 化图 像 ， 是 一 种 广 义 上 的 直 接 数 字 化X线 摄 影 。 而 狭 义 上 的 直 接 数 字 化 摄 影 即DDR（ DirectDigit Radiography） ， 通 常 指 采 用 平 板 探 测 器 的 影 像 直 接 转 换 技 术 的 数 字放 射 摄 影 ， 是 真 正 意 义 上 的直 接 数 字 化 X射 线 摄 影 系 统 。DR与 CR的 共 同 点 都 是 将 X线 影 像
18、 信 息 转 化 为 数 字 影 像 信 息 ， 其 曝 光 宽 容 度 相 对于 普 通 的 增 感 屏 -胶 片 系 统 体 现 出 某 些 优 势 ：CR和 DR由 于 采 用 数 字 技 术 ， 动 态 范 围 广 ，都 有 很 宽 的 曝 光 宽 容 度 ， 因 而 允 许 照 相 中 的 技 术 误 差 ， 即 使 在 一 些 曝 光 条 件 难 以 掌 握的 部 位 ， 也 能 获 得 很 好 的 图 像 ；CR和 DR可 以 根 据 临 床 需 要 进 行 各 种 图 像 后 处 理 ， 如 各种 图 像 滤 波 ， 窗 宽 窗 位 调 节 、 放 大 漫 游 、 图 像 拼
19、接 以 及 距 离 、 面 积 、 密 度 测 量 等 丰 富的 功 能 ， 为 影 像 诊 断 中 的 细 节 观 察 、 前 后 对 比 、 定 量 分 析 提 供 技 术 支 持 。 对 两 者 的 性能 比 较 如 下 ：1.成 像 原 理 ： DR是 一 种 X线 直 接 转 换 技 术 ， 它 利 用 硒 作 为X线 检 测 器 ， 成 像 环节 少 ； CR是 一 种 X线 间 接 转 换 技 术 ， 它 利 用 图 像 板 作 为X 线 检 测 器 ， 成 像 环 节 相 对 于 DR较多 。2.图 像 分 辨 率 ： DR系 统 无 光 学 散 射 而 引 起 的 图 像 模
20、 糊 ， 其 清 晰 度 主 要 由 像 素尺 寸 大 小 决 定 ； CR系 统 由 于 自 身 的 结 构 ， 在 受 到 X线 照 射 时 ， 图 像 板 中 的 磷 粒 子 使X线 存在 着 散 射 ， 引 起 潜 像 模 糊 ； 在 判 读 潜 像 过 程 中 ， 激 光 扫 描 仪 的 激 发 光 在 穿 过 图 像 板 的深 部时 产 生 着 散 射 ， 沿 着 路 径 形 成 受 激 荧 光 ， 使 图 像 模 糊 ， 降 低 了 图 像 分 辨 率 ， 因 此 当 前CR系统 的 不 足 之 处 主 要 为 时 间 分 辨 率 较 差 ， 不 能 满 足 动 态 器 官 和
21、结 构 的 显 示 。3.DR是 今 后 的 发 展 方 向 ， 但 就 目 前 而 言 ，DR电 子 暗 盒 的 结 构 14 in17 in(1 in=2.54 cm)由 4块 5 in 8 in 所 组 成 ， 每 块 的 接 缝 处 由 于 工 艺 的 限 制 不 能 做 得 没缝 ，且 一 旦 其 中 一 块 损 坏 必 将 导 致 4块 全 部 更 换 ， 不 但 费 用 昂 贵 ， 还 需 改 装 已 有 的X线 机 设 备 ，而 CR相 对 费 用 较 低 ， 且 多 台 X线 机 可 同 时 使 用 ， 无 需 改 变 现 有 设 备 。4.CR系 统 更 适 用 于 X线
22、平 片 摄 影 ， 其 非 专 用 机 型 可 和 多 台 常 规X线 摄 影 机 匹 配 使用 ， 且 更 适 用 于 复 杂 部 位 和 体 位 的X线 摄 影 ； DR系 统 则 较 适 用 于 透 视 与 点 片 摄 影 及 各 种造影 检 查 ， 由 于 单 机 工 作 时 的 通 量 限 制 ， 不 易 取 代 大 型 医 院 中 多 机 同 时 工 作 的 常 规X线 摄 影设 备 ， 但 较 适 用 于 小 医 疗 单 位 和 诊 所 的 一 机 多 用 目 的 。 事 实 上 ，CR和 DR系 统 在 相 当 长 的 一段 时 间 内 将 是 一 对 并 行 发 展 的 系
23、统 。数字化 X 线影像技术的特点数字 X 线机是计算机数字图像处理技术与 X 射线放射技术相结合而形成的一种先进的 X 线机。在原有的诊断 X 线机直接胶片成像的基础上，通过 A/D 转换和 D/A 转换，进行实时图像数字处理，进而使图像实现了数字化。它的出现打破了传统 X 线机的观念，实现了人们梦寐以求的模拟 X 线图像向数字化 X 线图像的转变。 特点：第一，它最突出的优点是分辩率高，图像清晰、细腻，医生可根据需要进行诸如数字减影等多种图像后处理，以期获得理想的诊断效果。 第二，该设备在透视状态下，可实时显示数字图像，医生再根据患者病症的状况进行数字摄影，然后通过一系列影像后处理如边缘增
24、强、放大、黑白翻转、图像平滑等功能，可从中提取出丰富可靠的临床诊断信息，尤其对早期病灶的发现可提供良好的诊断条件。 第三，数字化 X 线机形成的数字化图像比传统胶片成像所需的 X 射线计量要少，因而它能用较低的 X 线剂量得到高清晰的图像，同时也使病人减少了受 X射线辐射的危害。 第四，由于它改变了已往传统的胶片摄影方法，可使医院放射线科取消原来的图像管理方式和省去片库房，而可采用计算机无片化档案管理方法取而代之，可节省大量的资金和场地，极大地提高工作效率。此外，由于数字化 X 线图像的出现，结束了 X 线图像不能进入医院 PACS 系统的历史，为医院进行远程专家会诊和网上交流提供了极大的便利
25、。另外，该设备还可进行多幅图像显示，进行图像比较，以利于医生准确判别、诊断。通过图像滚动回放功能，还可为医生回忆整个透视检查过程。 数字化 X 线的临床应用数 字 化 的 图 像 质 量 与 所 含 的 影 像 信 息 量 可 与 传 统 的 X 线 成 像 相 媲美 。 图 像 处 理 系 统 可 调 节 对 比 。 故 能 达 到 最 佳 的 视 觉 效 果 ； 摄 照 条 件 的 宽容 范 围 较 大 ； 患 者 接 受 的 X 线 量 减 少 。 图 像 信 息 可 由 磁 盘 或 光 盘 储 存 ，并 进 行 传 输 ， 这 些 都 是 数 字 化 图 像 的 优 点 。数 字 化
26、图 像 与 传 统 X 线 图 像 都 是 所 摄 部 位 总 体 的 重 迭 影 像 ， 因 此 ，传 统 X 线 能 摄 照 的 部 位 也 都 可 以 用 DR 成 像 ， 而 且 对 DR 图 像 的 观 察 与分 析 也 与 传 统 X 线 相 同 。 所 不 同 的 是 DR 图 像 是 由 一 定 数 目 的 象 素 所 组成 。数 字 化 图 像 对 骨 结 构 、 关 结 软 骨 及 软 组 织 的 显 示 优 于 传 统 的 X线 成 像 ， 还 可 行 矿 物 盐 含 量 的 定 量 分 析 。 数 字 化 图 像 易 于 显 示 纵 隔 结 构 如血 管 和 气 管 。
27、 对 结 节 性 病 变 的 检 出 率 高 于 传 统 的 X 线 成 像 ， 但 显 示 肺间 质 与 肺 泡 病 变 则 不 及 传 统 的 X 线 图 像 。 DR 在 观 察 肠 管 积 气 、 气 腹 和结 石 等 含 钙 病 变 优 于 传 统 X 线 图 像 。用 数 字 化 图 像 行 体 层 成 像 优 于 X 线 体 层 摄 影 。 胃 肠 双 对 比 造 影 在 显示 胃 小 区 、 微 小 病 变 和 肠 粘 膜 皱 襞 上 ， 数 字 化 图 像 优 于 传 统 的 X 线 造影 。DR 是 一 种 新 的 成 像 技 术 ， 在 不 少 方 面 优 于 传 统 的
28、 X 线 成 像 ， 但 从效 益 -价 格 比 ， 尚 难 于 替 换 传 统 的 X 线 成 像 。 在 临 床 应 用 上 ， DR 不 像CT 与 MRI 那 样 不 可 代 替 。数字减影血管造影 血管造影，因血管与骨骼及软组织影重迭，血管显影不清。过去采用光学减影技术可消除骨骼和软组织影，使血管显影清晰。DSA 则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减影技术，是新一代血管造影的成像技术。Nudelman 于 1977 年获得第一张 DSA 的图像。目前，在血管造影中这种技术应用已很普遍。一、 DSA 的成像基本原理与设备 DSA 是数字 X 线成像（digita
29、l radiography，DR）的一个组成部分。DR 是先使人体某部在影像增强器（IITV）影屏上成像，用高分辨力摄象管对IITV 上的图像行序列扫描，把所有得连续视频信号转为间断各自独立的信息，有如把 IITV 上的图像分成一定数量的水方块，即象素。复经模拟/数字转换器转成数字，并按序排成字矩阵。这样，图像就被象素化和数字化了（图 1-3-1）。数字矩阵可为 256256、512512、或 10241024。象素越小、越多，则图像越清晰。如将数字矩阵的数字经数字/模拟转换器转换成模拟图像，并于影屏上显示，则这个图像就是经过数字化处理的图像。DR 设备包括 IITV、高分辨力摄像管、计算机、
30、磁盘、阴极线管和操作台等部分。数字减影血管造影的方法有几种，目前常用的是时间减影法（temporal subtraction method），介绍于下。经导管内快速注入有机碘水造影剂。在造影剂到达欲查血管之前，血管内造影剂浓度处于高峰和造影剂被廓清这段时间内，使检查部位连续成像，比如每秒成像一帧，共得图像 10 帧。在这系列图像中，取一帧血管内不含造影剂的图像和含造影剂最多的图像，用这同一部位的两帧图像的数字矩阵，经计算机行数字减影处理，使两个数字矩阵中代表骨骼及软组织的数字被抵销，而代表血管的数字不被抵销。这样，这个经计算机减影处理的数字矩阵经数字/模拟转换器转换为图像，则没有骨骼和软组织影
31、像，只有血管影像，达到减影目的。这两帧图像称为减影对，因系在不同时间所得，故称为时间减影法。时间减影法的各帧图像是在造影过程中所得，易因运动而不尽一致造成减影对的不能精确重合，即配准不良，致使血管影像模糊。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（intraarterial DSA，IADSA）和静脉 DSA（intravenous DSA，IVDSA ）两种。由于 IADSA 血管成像清楚，造影剂用量少，所以应用多。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，以防止导管凝血。将导管尖插入欲查动脉开口，导管尾端接压力注射器，
32、快速注入造影剂。注入造影剂前将 IITV 影屏对准检查部位。于造影前及整个造影过程中，以每秒 13 帧或更多的帧频，摄像 710 秒。经操作台处理即可得减影的血管图像。IVDSA 可经导管或针剌静脉，向静脉内注入造影剂，再进行减影处理。DSA 的限制：1。血管影象重迭，同一部位多血管相互重迭，故需要多体位投照，例如正侧位同时投照。需要病人密切合作，避免一切随意的运动。2。DSA 有利于显示小动脉支，但对 0.2mm 以下的微小血管尚不能显示。3。非自主亦即不随意的运动，如吞咽、呼吸、及胃肠蠕动影响图像清晰度。磁共 振 成 像磁共振成像是利用原子核在磁场内共振所产生信号经重建成像的一种成像技术。
33、核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）是一种核物理现象。早在 1946 年 Block 与 Purcell 就报道了这种现象并应用于波谱学。Lauterbur1973 年发表了 MR 成象技术，使核磁共振不仅用于物理学和化学。也应用于临床医学领域。近年来，核磁共振成像技术发展十分迅速，已日臻成熟完善。检查范围基本上覆盖了全身各系统，并在世界范围内推广应用。为了准确反映其成像基础，避免与核素成像混淆，现改称为磁共振成象。参与 MRI 成像的因素较多，信息量大而且不同于现有各种影像学成像，在诊断疾病中有很大优越性和应用潜力。一、 MRI 的成像基本原理与设备（一）
34、磁共振现象与 MRI含单数质子的原子核，例如人体内广泛存在的氢原子核，其质子有自旋运动，带正电，产生磁矩，有如一个小磁体（图 1-5-1）。小磁体自旋轴的排列无一定规律。但如在均匀的强磁场中，则小磁体的自旋轴将按磁场磁力线的方向重新排列（图 1-5-2）。在这种状态下，质子带正电荷，它们像地球一样在不停地绕轴旋转，并有自己的磁场用特定频率的射频脉冲（radionfrequency，RF）进行激发，作为小磁体的氢原子核吸收一定量的能而共振，即发生了磁共振现象。停止发射射频脉冲，则被激发的氢原子核把所吸收的能逐步释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态。这一恢复过程称为弛豫过程（relaxati
35、onprocess），而恢复到原来平衡状态所需的时间则称之为弛豫时间（relaxationtime）。有两种弛豫时间，一种是自旋-晶格弛豫时间（spin-lattice relaxationtime）又称纵向弛豫时间（longitudinal relaxation time）反映自旋核把吸收的能传给周围晶格所需要的时间，也是 90射频脉冲质子由纵向磁化转到横向磁化之后再恢复到纵向磁化激发前状态所需时间，称 T1。另一种是自旋-自旋弛豫时间（spin-spin relaxation time），又称横向弛豫时间（transverse relaxation time）反映横向磁化衰减、丧失的过程，
36、也即是横向磁化所维持的时间，称 T2。T 2衰减是由共振质子之间相互磁化作用所引起，与 T1不同，它引起相位的变化。正常情况下，质子处于杂乱无章的排列状态。当把它们放入一个强外磁场中，就会发生改变。它们仅在平行或反平行于外磁场两个方向上排列人体不同器官的正常组织与病理组织的 T1是相对固定的，而且它们之间有一定的差别，T 2也是如此（表 1-5-1a、b）。这种组织间弛豫时间上的差别，是 MRI 的成像基础。有如 CT 时，组织间吸收系数（CT 值）差别是 CT 成像基础的道理。但 MRI 不像 CT 只有一个参数，即吸收系数，而是有 T1、T 2和自旋核密度（P）等几个参数，其中 T1与 T
37、2尤为重要。因此，获得选定层面中各种组织的 T1（或 T2）值，就可获得该层面中包括各种组织影像的图像。MRI 的成像方法也与 CT 相似。有如把检查层面分成 Nx，Ny，Nz一定数量的小体积，即体素，用接收器收集信息，数字化后输入计算机处理，获得每个体素的 T1值（或 T2值），进行空间编码。用转换器将每个 T 值转为模拟灰度，而重建图像。表 1-5-1a 人体正常与病变组织的 T1值（ms）肝 140170 脑 膜 瘤 200300胰 180200 肝癌 300450肾 300340 肝血管瘤 340370胆汁 250300 胰 腺 癌 275400血液 340370 肾癌 400450脂
38、肪 6080 肺 脓 肿 400500肌肉 120140 膀 胱 癌 200240表 1-5-1b 正常颅脑的 T1与 T2值（ms）组 织 T1 T2胼胝体 380 80桥 脑 445 75延 髓 475 100小 脑 585 90大 脑 600 100脑脊液 1155 145头 皮 235 60骨 髓 320 80（二）MRI 设备MRI 的成像系统包括 MR 信号产生和数据采集与处理及图像显示两部分。MR 信号的产生是来自大孔径，具有三维空间编码的 MR 波谱仪，而数据处理及图像显示部分，则与 CT 扫描装置相似。MRI 设备包括磁体、梯度线圈、供电部分、射频发射器及 MR 信号接收器，
39、这些部分负责 MR 信号产生、探测与编码；模拟转换器、计算机、磁盘与磁带机等，则负责数据处理、图像重建、显示与存储（图 1-5-3）。磁体有常导型、超导型和永磁型三种，直接关系到磁场强度、均匀度和稳定性，并影响 MRI 的图像质量。因此，非常重要。通常用磁体类型来说明 MRI 设备的类型。常导型的线圈用铜、铝线绕成，磁场强度最高可达0.150.3T *，超导型的线圈用铌-钛合金线绕成，磁场强度一般为0.352.0T，用液氦及液氮冷却；永磁型的磁体由用磁性物质制成的磁砖所组成，较重，磁场强度偏低，最高达 0.3T。梯度线圈，修改主磁场，产生梯度磁场。其磁场强度虽只有主磁场的几百分之一。但梯度磁场
40、为人体 MR 信号提供了空间定位的三维编码的可能，梯度场由 X、Y、Z 三个梯度磁场线圈组成，并有驱动器以便在扫描过程中快速改变磁场的方向与强度，迅速完成三维编码。射频发射器与 MR 信号接收器为射频系统，射频发射器是为了产生临床检查目的不同的脉冲序列，以激发人体内氢原子核产生 MR 信号。射频发射器及射频线圈很象一个短波发射台及发射天线，向人体发射脉冲，人体内氢原子核相当一台收音机接收脉冲。脉冲停止发射后，人体氢原子核变成一个短波发射台，而 MR 信号接受器则成为一台收音机接收 MR 信号。脉冲序列发射完全在计算机控制之下。MRI 设备中的数据采集、处理和图像显示，除图像重建由 Fourie
41、r 变换代替了反投影以外，与 CT 设备非常相似二、MRI 检查技术MRI 的扫描技术有别于 CT 扫描。不仅要横断面图像，还常要矢状面或（和）冠状面图像，还需获得 T1WI 和 T2WI。因此，需选择适当的脉冲序列和扫描参数。常用多层面、多回波的自旋回波（spin echo，SE）技术。扫描时间参数有回波时间（echo time，TE）和脉冲重复间隔时间（repetition time，TR）。使用短 TR 和短 TE 可得 T1WI，而用长 TR 和长TE 可得 T2WI。时间以毫秒计。依 TE 的长短，T 2WI 又可分为重、中、轻三种。病变在不同 T2WI 中信号强度的变化，可以帮助判
42、断病变的性质。例如，肝血管瘤 T1WI 呈低信号，在轻、中、重度 T2WI 上则呈高信号，且随着加重程度，信号强度有递增表现，即在重 T2WI 上其信号特强。肝细胞癌则不同，T 1WI 呈稍低信号，在轻、中度 T2WI 呈稍高信号，而重度 T2WI 上又略低于中度 T2WI 的信号强度。再结合其他临床影像学表现，不难将二者区分。MRI 常用的 SE 脉冲序列，扫描时间和成像时间均较长，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、血流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。为了克
43、服 MRI 中 SE 脉冲序列成像速度慢、检查时间长这一主要缺点，近年来先后开发了梯度回波脉冲序列、快速自旋回波脉冲序列等成像技术，已取得重大成果并广泛应用于临床。此外，还开发了指肪抑制和水抑制技术，进一步增加 MRI 信息。MRI 另一新技术是磁共振血管造影（magnetic resonance angiography，MRA）。血管中流动的血液出现流空现象。它的 MR 信号强度取决于流速，流动快的血液常呈低信号。因此，在流动的血液及相邻组织之间有显著的对比，从而提供了 MRA 的可能性。目前已应用于大、中血管病变的诊断，并在不断改善。MRA 不需穿剌血管和注入造影剂，有很好的应用前景。MR
44、A 还可用于测量血流速度和观察其特征。MRI 也可行造影增强，即从静脉注入能使质子弛豫时间缩短的顺磁性物质作为造影剂，以行 MRI 造影增强。常用的造影剂为钆二乙三胺五醋酸（Gadolinium-DTPA, Gd-DTRA）。这种造影剂不能通过完整的血脑屏障，不被胃粘膜吸收，完全处于细胞外间隙内以及无特殊靶器官分布，有利于鉴别肿瘤和非肿瘤的病变。中枢神经系统 MRI 作造影增强时，症灶增强与否及增强程度与病灶血供的多少和血脑屏障破坏的程度密切相关，因此有利于中枢神经系统疾病的诊断。MRI 还可用于拍摄电视、电影，主要用于心血管疾病的动态观察和诊断。基于 MRI 对血流扩散和灌注的研究，可以早期
45、发现脑缺血性改变。它预示着很好的应用前景。带有心脏起搏器的人需远离 MRI 设备。体内有金属植入物，如金属夹，不仅影响 MRI 的图像，还可对患者造成严重后果，也不能进行 MRI 检查，应当注意。三、MRI 的临床应用MRI 诊断广泛应用于临床，时间虽短，但已显出它的优越性。在神经系统应用较为成熟。三维成像和流空效应使病变定位诊断更为准确，并可观察病变与血管的关系。对脑干、幕下区、枕大孔区、脊髓与椎间盘的显示明显优于 CT。对脑脱髓鞘疾病、多发性硬化、脑梗塞、脑与脊髓肿瘤、血肿、脊髓先天异常与脊髓空洞症的诊断有较高价值。纵隔在 MRI 上，脂肪与血管形成良好对比，易于观察纵隔肿瘤及其与血管间的
46、解剖关系。对肺门淋巴结与中心型肺癌的诊断，帮助也较大。心脏大血管在 MRI 上因可显示其内腔，所以，心脏大血管的形态学与动力学的研究可在无创伤的检查中完成。对腹部与盆部器官，如肝、肾、膀胱，前列腺和子宫，颈部和乳腺，MRI 检查也有相当价值。在恶性肿瘤的早期显示，对血管的侵犯以及肿瘤的分期方面优于 CT。骨髓在 MRI 上表现为高信号区，侵及骨髓的病变，如肿瘤、感染及代谢疾病，MRI 上可清楚显示。在显示关节内病变及软组织方面也有其优势。MRI 在显示骨骼和胃肠方面受到限制。MRI 还有望于对血流量、生物化学和代谢功能方面进行研究，对恶性肿瘤的早期诊断也带来希望。在完成 MR 成像的磁场强度范围内，对人体健康不致带来不良影响，所以是一种非损伤性检查。但是，MRI 设备昂贵，检查费用高，检查所需时间长，对某些器官和疾病的检查还有限度，因之，需要严格掌握适应证。
