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| 影像学 |
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中文名：影像学 外文名：imaging 属性：学科 隶属：医学 |
影像学不仅扩大了人体的检查范围，提高了诊断水平，而且可以对某一些疾病进行治疗。这样，就大大地扩展了本学科的工作内容，并成为医疗工作中的重要支柱。自伦琴(WilhelmConradRontgen)1895年发现X线以后不久，在医学上，X线就被用于对人体检查，进行疾病诊断，形成了放射诊断学(diagnosticradiology)的新学科，并奠定了医学影像学(medicalimageology)的基础。至今放射诊断学仍是医学影像学中的主要内容，应用普遍。
简述
50年代到60年代开始应用超声与核磁扫描进行人体检查，出现了超声成像(ultrasonography,USG)和γ闪烁成像(γ-scintigraphy)。70年代和80年代又相继出现了X线计算机体层成像(X-raycomputedtomography,X-rayCT或CT)、磁共振成像(magneticresonanceimage,MRI)和发射体层成像。(emissioncomputedtomography,ECT)如单光子发射体层成像(singlephotonemissioncomputedtomography,SPECT)与正电子发射体层成像(positronemissionemissiontomography,PET)等新的成像技术。这样，仅100年的时间就形成了包括X线诊断的影像诊断学(diagnosticimageology)。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形成影像，从而了解人体解剖与生理功能状况以及病理变化，以达到诊断的目的;都属于活体器官的视诊范畴，是特殊的诊断方法。70年代迅速兴起的介入放射学(interventionalradiology)，即在影像监视下采集标本或在影像诊断的基础上，对某些疾病进行治疗，使影像诊断学发展为医学影像学的崭新局面。医学影像学不仅扩大了人体的检查范围，提高了诊断水平，而且可以对某引些疾病进行治疗。这样，就大大地扩展了本学科的工作内容，并成为医疗工作中的重要支柱。
建国以来，中国医学影像学有很大发展。专业队伍不断壮大，在各医疗单位都建有影像科室。现代的影像设备，除了常规的影像诊断设备外，USG、Ct、SPECT乃至MRI等先进设备已在较大的医疗单位应用，并积累了较为丰富的经验。医学影像学专业的书刊种类很多，在医学、教学、科研、培养专业人材和学术交流等方面发挥了积极的作用。作为学术团体的全国放射学会和和各地分会，有力地推动了国内和国际间的学术交流。影像设备，包括常规的和先进的设备，如CT和MRI设备以及诸如胶片，显、定影剂和造影剂等。中国已能自行设计、生产或组装。
X成像
折叠产生特性
(一)X线的产生 1895年，德国科学家伦琴发现了具有很高能量，肉眼看不见，但能穿透不同物质，能使荧光物质发光的射线。因为当时对这个射线的性质还不了解，因此称之为X射线。为纪念发现者，后来也称为伦琴射线，现简称X线(X-ray)。
一般说，高速行进的电子流被物质阻挡即可产生X线。具体说，X线是在真空管内高速行进成束的电子流撞击钨(或钼)靶时而产生的。因此，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，杯状的阴极内装着灯丝;阳极由呈斜面的钨靶和附属散热装置组成。
变压器为提供X线管灯丝电源和高电压而设置。一般前者仅需12V以下，为一降压变压器;后者需40~150kV(常用为45~90kV)为一升压变压器。
操作台主要为调节电压、电流和曝光时间而设置，包括电压表、电流表、时计、调节旋钮和开关等。
在X线管、变压器和操作台之间以电缆相连。
X线的发生程序是接通电源，经过降压变压器，供X线管灯丝加热，产生自由电子并云集在阴极附近。当升压变压器向X线管两极提供高压电时，阴极与阳极间的电势差陡增，处于活跃状态的自由电子，受强有力的吸引，使成束的电子，以高速由阴极向阳极行进，撞击阳极钨靶原子结构。此时发生了能量转换，其中约1%以下的能量形成了X线，其余99%以上则转换为热能。前者主要由X线管窗口发射，后者由散热设施散发。
(二)X线的特性 X线是一种波长很短的电磁波。波长范围为0.0006~50nm。X线诊断常用的X线波长范围为0.008~0.031nm(相当于40~150kV时)。在电磁辐射谱中，居γ射线与紫外线之间，比可见光的波长要短得多，肉眼看不见。
除上述一般物理性质外，X线还具有以下几方面与X线成像相关的特性:
穿透性: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，并在穿透过程中受到一定程度的吸收即衰减。X线的穿透力与X线管电压密切相关，电压愈高，所产生的X线的波长愈短，穿透力也愈强;反之，电压低，所产生的X线波长愈长，其穿透力也弱。另一方面，X线的穿透力还与被照体的密度和厚度相关。X线穿透性是X线成像的基础。
荧光效应:X线能激发荧光物质(如硫化锌镉及钨酸钙等)，使产生肉眼可见的荧光。即X线作用于荧光物质，使波长短的X线转换成波长长的荧光，这种转换叫做荧光效应。这个特性是进行透视检查的基础。
摄影效应:涂有溴化银的胶片，经X线照射后，可以感光，产生潜影，经显、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。此金属银的微粒，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，便产生了黑和白的影像。所以，摄影效应是X线成像的基础。
电离效应:X线通过任何物质都可产生电离效应。空气的电离程度与空气所吸收X线的量成正比，因而通过测量空气电离的程度可计算出X线的量。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。
成像原理
X线之所以能使人体在荧屏上或胶片上形成影像，一方面是基于X线的特性，即其穿透性、荧光效应和摄影效应;另一方面是基于人体组织有密度和厚度的差别。由于存在这种差别，当X线透过人体各种不同组织结构时，它被吸收的程度不同，所以到达荧屏或胶片上的X线量即有差异。这样，在荧屏或X线上就形成黑白对比不同的影像。
因此，X线影像的形成，应具备以下三个基本条件:首先，X线应具有一定的穿透力，这样才能穿透照射的组织结构;第二，被穿透的组织结构，必须存在着密度和厚度的差异，这样，在穿透过程中被吸收后剩余下来的X线量，才会是有差别的;第三，这个有差别的剩余X线，仍是不可见的，还必须经过显像这一过程，例如经X线片、荧屏或电视屏显示才能获得具有黑白对比、层次差异的X线影像。
人体组织结构，是由不同元素所组成，依各种组织单位体积内各元素量总和的大小而有不同的密度。人体组织结构的密度可归纳为三类:属于高密度的有骨组织和钙化灶等;中等密度的有软骨、肌肉、神经、实质器官、结缔组织以及体内液体等;低密度的有脂肪组织以及存在于呼吸道、胃肠道、鼻窦和乳突内的气体等。
当强度均匀的X线穿透厚度相等的不同密度组织结构时，由于吸收程度不同，因此将出现如图1-1-2所示的情况。在X线片上或荧屏上显出具有黑白(或明暗)对比、层次差异的X线影像。
在人体结构中，胸部的肋骨密度高，对X线吸收多，照片上呈白影;肺部含气体密度低，X线吸收少，照片上呈黑影。
X线穿透低密度组织时，被吸收少，剩余X线多，使X线胶片感光多，经光化学反应还原的金属银也多，故X线胶片呈黑影;使荧光屏所生荧光多，故荧光屏上也就明亮。高密度组织则恰相反病理变化也可使人体组织密度发生改变。例如，肺结核病变可在原属低密度的肺组织内产生中等密度的纤维性改变和高密度的钙化灶。在胸片上，于肺影的背景上出现代表病变的白影。因此，不同组织密度的病理变化可产生相应的病理X线影像。
人体组织结构和器官形态不同，厚度也不一致。其厚与薄的部分，或分界明确，或逐渐移行。厚的部分，吸收X线多，透过的X线少，薄的部分则相反，因此，X线投影可有图1-1-3所示不同表现。在X线片和荧屏上显示出的黑白对比和明暗差别以及由黑到白和由明到暗，其界线呈比较分明或渐次移行，都是与它们厚度间的差异相关的。
A.X线透过梯形体时，厚的部分，X线吸收多，透过的少，照片上呈白影，薄的部分相反，呈黑影。白影与黑影间界限分明。荧光屏上，则恰好相反 B.X线透过三角形体时，其吸收及成影与梯形体情况相似，但黑白影是逐步过渡的，无清楚界限。荧光屏所见相反 C.X线透过管状体时，其外周部分，X线吸收多，透过的少，呈白影，其中间部分呈黑影，白影与黑影间分界较为清楚。荧光屏所见相反。
由此可见，密度和厚度的差别是产生影像对比的基础，是X线成像的基本条件。应当指出，密度与厚度在成像中所起的作用要看哪一个占优势。例如，在胸部，肋骨密度高但厚度小，而心脏大血管密度虽低，但厚度大，因而心脏大血管的影像反而比肋骨影像白。同样，胸腔大量积液的密度为中等，但因厚度大，所以其影像也比肋骨影像为白。需要指出，人体组织结构的密度与X线片上的影像密度是两个不同的概念。
前者是指人体组织中单位体积内物质的质量，而后者则指X线片上所示影像的黑白。但是物质密度与其本身的比重成正比，物质的密度高，比重大，吸收的X线量多，影像在照片上呈白影。反之，物质的密度低，比重小，吸收的X线量少，影像在照片上呈黑影。因此，照片上的白影与黑影，虽然也与物体的厚度有关，但却可反映物质密度的高低。在术语中，通常用密度的高与低表达影像的白与黑。例如用高密度、中等密度和低密度分别表达白影、灰影和黑影，并表示物质密度。人体组织密度发生改变时，则用密度增高或密度减低来表达影像的白影与黑影。
成像特点
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和，是该穿透路径上各层投影相互叠加在一起的影像。正位X线投影中，它既包括有前部，又有中部和总后的组织结构。重叠的结果，能使体内某些组织结构的投影因累积增益而得到很好的显示，也可使体内另一些组织结构的投影因减弱抵消而较难或不能显示。
由于X线束是从X线管向人体作锥形投射，因此，将使X线影像有一定程度放大并产生伴影(图1-1-4)。伴影使X线影像的清晰度减低。
锥形投射还可能对X线影像产生如图1-1-5所示的影响。处于中心射线部位的X线影像，虽有放大，但仍保持被照体原来的形状，并无图像歪曲或失真;而边缘射线部位的X线影像，由于倾斜投射，对被照体则既有放大，又有歪曲。
X线检查
X线图像是由从黑到白不同灰度的影像所组成。这些不同灰度的影像反映了人体组织结构的解剖及病理状态。这就是赖以进行X线检查的自然对比。对于缺乏自然对比的组织或器官，可人为地引入一定量的在密度上高于或低于它的物质，便产生人工对比。因此，自然对比和人工对比是X线检查的基础。
折叠普通检查 包括荧光透视和摄影。
荧光透视(fluoroscopy):简称透视。为常用X线检查方法。由于荧光亮度较低，因此透视一般须在暗室内进行。透视前须对视力行暗适应。采用影像增强电视系统，影像亮度明显增强，效果更好。透视的主要优点是可转动患者体位，改变方向进行观察;了解器官的动态变化，如心、大血管搏动、膈运动及胃肠蠕动等;透视的设备简单，操作方便，费用较低，可立即得出结论等。主要缺点是荧屏亮度较低，成像对比度及清晰度较差，难于观察密度与厚度差别较少的器官以及密度与厚度较大的部位。例如头颅、腹部、脊柱、骨盆等部位均不适宜透视。另外，缺乏客观记录也是一个重要缺点。
X线摄影(radiography):所得照片常称平片(plainfilm)。这是应用最广泛的检查方法。优点是成像清晰，对比度及清晰度均较好;不难使密度、厚度较大或密度、厚度差异较小部位的病变显影;可作为客观记录，便于复查时对照和会诊。缺点是每一照片仅是一个方位和一瞬间的X线影像，为建立立体概念，常需作互相垂直的两个方位摄影，例如正位及侧位;对功能方面的观察，不及透视方便和直接;费用比透视稍高。
这两种方法各具优缺点，互相配合，取长补短，可提高诊断的正确性。
折叠特殊检查 体层摄影(tomography):普通X线片是X线投照路径上所有影像重叠在一起的总和投影。一部分影像因与其前、后影像重叠，而不能显示。体层摄影则可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。其原理如图1-1-6所示。体层摄影常用以明确平片难于显示、重叠较多和处于较深部位的病变。多用于了解病变内部结构有无破坏、空洞或钙化，边缘是否锐利以及病变的确切部位和范围;显示气管、支气管腔有无狭窄、堵塞或扩张;配合造影检查以观察选定层面的结构与病变。
软线摄影:采用能发射软X线的钼靶管球，用以检查软组织，特别是乳腺的检查。
其他:特殊检查方法尚有①放大摄影，采用微焦点和增大人体与照片距离以显示较细微的病变;
②荧光摄影，荧光成像基础上进行缩微摄片，主要用于集体体检;③记波摄影，采用特殊装置以波形的方式记录心、大血管搏动，膈运动和胃肠蠕动等。
在曝光时，X线管与胶片作相反方向移动，而移动的轴心即在选定层面的平面上。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(A')，从而使该层面的结构清楚的显影，而其前后各层结构则因曝光时，在胶片上投影的位置不断移动而成模糊影像(B')
CT成像
基本原理 CT是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器(analog/digital converter)转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素(voxel)。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵。数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器(digital/analog converter)把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即象素(pixel)，并按矩阵排列，即构成CT图像。所以，CT图像是重建图象。每个体素的X线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。
折叠CT设备 CT设备主要有以下三部分:①扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成;②计算机系统，将扫描收集到的信息数据进行贮存运算;③图像显示和存储系统，将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。探测器从原始的1个发展到多达4800个。扫描方式也从平移/旋转、旋转/旋转、旋转/固定，发展到新近开发的螺旋CT扫描(spiralCt scan)。计算机容量大、运算快，可达到立即重建图像。由于扫描时间短，可避免运动，例如，呼吸运动的干扰，可提高图像质量;层面是连续的，所以不致于漏掉病变，而且可行三维重建，注射造影剂作血管造影可得CT血管造影(Ct angiography，CTA)。超高速CT扫描所用扫描方式与前者完全不同。扫描时间可短到40ms以下，每秒可获得多帧图像。由于扫描时间很短，可摄得电影图像，能避免运动所造成的伪影，因此，适用于心血管造影检查以及小儿和急性创伤等不能很好的合作的患者检查。
折叠图像特点 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1.0×1.0mm，0.5×0.5mm不等;数目可以是256×256，即65536个，或512×512，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(spatialresolution)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。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
由右上图可见人体软组织的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。
发展
医学影像学发展新形势有着不断的发展。 在新世纪，知识与经济的全球化和可持续发展将成为人类社会和经济发展的主流。其中，生命科学和信息科学将是跨世纪科学发展的主要学科。
现代医学是循证医学，医学影像学包涵了多种影像检查、治疗手段，已成为临床最大的证源。值得一提的是，医学影像学发展的趋势是多种影像检查手段的融合和优化选择。此外，医学影像学专业内部也需要信息交流和相互融合。
医学影像学的发展表现为几个方面，图像数字化是影像发展的基本需要;设备网络化可以提高设备的使用及保障效率;诊断综合化能优化多种影像检查，提高诊断的准确率;分组系统化能更紧密的与临床结合，充分发挥综合影像的优势;而存档无片化则是实现数字化管理。
影像全数字化建设的必要性
影像科室的数字化是医院数字化建设的一个重要部分，它的主要优点表现为:能够简化和精确科室管理，提供全新的数字影像阅片方式;减少烦琐的档案管理;完整保留图像数据，对科研、教学和解决未来可能的法律纠纷是最好的保障;减少胶片用量，节省相机、洗片机药水。
影像科室的数字化还是临床科室的需求。影像信息为临床所用，在临床诊治过程中，特别能使急诊科、手术室这些急需看到影像的部门迅速得到影像资料，提高急诊、急救水平，明显地加快医疗程序，并更好地为患者服务。
此外，影像科室的数字化也是学科发展的需求，影像资料的数字化是影像资源共享与远程会诊的前提，通过数字化、信息化、网络化，医院可实现管理工作的现代化。此外，数字化也为医护人员提供了大量可随意调用的影像数据和资料，从而产生更大的社会效益和经济效益。
数字化大影像学
医院数字化建设是电子工业、计算机技术和医学结合的产物，它是影像学发展的必然，也是整个科学发展的必然。科学发展到今天，电子信息、计算机技术都得到了充分发展，它们结合的产物是数字化影像发展的起源和基础。数字化影像学的主要优点表现为:能将模拟死图像变成可再用或数据，进一步将二维的平面图像变成多维的立体图像;可以使影像定量诊断成为可能;彻底改变了传统的医学影像视观、使用、存储和管理方式。
数字化影像是把过去的模拟图像变成了可再用的数据。过去，医院给病人的是一张X光片，它只能记录病人在当前条件下的影像，不能通过它看到新的东西。而数字化把影像变成一种活的数据，能把过去二维的平面图像变成多维的立体图像，从过去的只有一个平面和长宽变成了一个长、宽、高或者前后、左右、上下的立体图像。
由于引入的功能不同，医学影像学本身不仅反映三维立体结构，同时还包括诸如时间、分辨率等元素。在功能变化中，我们称其为四维图像。过去我们只能进行定性判定，没有确切的数据对患者的片子做定量判定。借助数字化影像，我们可以对这些做出准确测量。例如通过对患者影像CT值的测量，可以明确得出其病变的组织类型，从而做出诊断。
在数字化平台的基础上，借助数字化影像，我们可以清楚显示出整个血管走行，甚至可以看到器官末梢的微细血管分支，这有利于我们探讨血管的病变。
大影像及全数字化的标准
影像全数字化的标准应该表现为:放射科的全部检查设备(XR、CT、MRI、DSA 等)都必须实现数字化;所有以显示人体器官和组织大体形态学信息作为诊断目的的影像检查手段(BU、NM)都必须实现数字化;医院所有与影像诊断、治疗相关的信息(申请、报告等)都必须实现数字化。
大影像的标准主要表现为组成诊断和治疗兼备的现代医学影像学科，包括放射(含XR、CT、MRI、DSA)、超声、核医学等多种诊断性成像技术和介入治疗技术。同时在放射科内实现以系统分组而不是设备划分。所谓系统分组，主要是指现代医学影像学在分组时按照临床学科的设置，从系统上划分，这样能同时综合放射、超声、核医学等所有资料，这对病人的诊断来说也可以提供更多依据。这就是大影像，这样才能使整个数字影像资料能够互相利用起来。
全数字化大影像的意义
医院实现全数字化为医学影像学的发展如图像调控、观片模式、诊断质量、传输归档、信息交流、管理奠定了基础。
它为临床参考调阅影像提供了最佳便捷模式，同时远程会诊解决了边远地区百姓就医的问题，促进了医学影像教学和科研工作的开展。此外，全数字化提升了医学影像学的平台，与生物技术、基因工程和医学生物工程的结合将加速预防和诊治技术的更新(PET-CT、MRI-CT)。
大影像学有利于医院各种影像技术之间的选择优化、信息互补，能够实现诊断与治疗之间的密切结合，极大地促进了医学影像的人才培养和学科发展，同时还有利于国家级、多层次、高水平综合影像科研项目的申报。
而全数字化大影像学则可以起到1+1≥2的效果，它是对医学影像视观、使用、存储和管理方式的彻底改革。
数字化影像能够彻底改变传统医学影像视观。传统的视观一般是荧光屏透视或看胶片，而我们有很多种方法，借助数字影像，我们在影像资料的使用上有了新的处理，其中包括存储的管理方式。
数字化影像能带给我们无穷的好处，数字化建设首先能够满足科室的需要，简化科室的管理，可以减少医生的劳动强度，并保留病人原始就诊数据，从而使医生在做诊断时更精细，对医生的科研、教学都有很大的帮助，同时也可以解决未来可能发生的法律纠纷。
医学影像学的发展，使医生对图像的调阅、图像质量的控制等有了更大的主动性。而且，它也使得医生工作的关键模式发生了改变。过去医生看病人的CT片，都是一张一张来看的，而当下扫一个病人的图像，就有1000幅图像，一天下来会产生万幅图像，医生根本没法彻底看完这些片子。借助医学影像学，可以先对这些片子进行后处理，使之融合成为一个三维立体，这样医生就可以先看立体图像。数字影像对诊断质量、图文控制、传输归档、信息的交流以及科室管理等都奠定了基础。它为临床参考影像提供了一个最佳便捷的模式，解决了很多疑难问题和边缘问题。
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影像学有哪些检查内容？