第一章 绪论
本章主要叙述各种医学影像技术的特点，分别介绍了CR、DR、CT、DSA、MRI、乳腺及口腔X线检查技术的发展和应用评价，并介绍了对比剂的临床应用，以及医学影像图像质量控制。
第一节 CR的发展及应用评价
一、CR的发展史
1974年日本富士胶片公司（Fuji）开始研发计算机X射线摄影（computed radiography，CR），1981年成像板（imaging plate，IP）研制成功，于1981年6月在比利时首都布鲁塞尔召开的国际放射学会年会上进行了发布，使数字X射线摄影成为现实。
CR是计算机和X射线摄影的结合产物，是常规X射线摄影的一次革命，它利用成像板取代传统的屏-片体系，在光激励荧光体中利用光激励荧光体的延迟发光特性记录X射线（又称X线）影像，并使影像信息以电信号方式提取出来，数据经过后处理而形成数字图像。CR成像具有影像数字化、能与原有X线摄影设备兼容的特点，在国内外得到广泛应用。
随着技术进步，CR的激光源螺旋前进页面扫描、成像板双面阅读、光激励发光晶体的针状矩阵排列、相位衬度成像、频率依赖性与曝光依赖性的双重联合图像处理法等技术都得到了进一步发展。由螺旋CT技术得到灵感的激光源旋转前进页面扫描技术是在扫描过程中使成像板板芯保持静止状态，由激光源沿板芯轴心方向运动来完成页面扫描，可以有效地降低成像板传输所引起的机械颤动误差和机械传输误差。
随着双面CR读取技术的出现，它可以获取成像板前后两面的信息，将两处的信息整合到一起生成*终影像。双面读取技术能明显降低系统噪声，提高信噪比，改善影像质量，胸部成像和专用于乳腺成像的双面读取CR系统已在国外问世和生产。在传统的CR成像板中主动面是由微磷晶体与连接体共同形成，当光撞击到微磷晶体时，会有散射现象。目前针型磷光板技术将磷微粒排列成针形结构，这些针形结构成为光的导向体，防止光散射，提高了影像清晰度。针型技术的应用使更厚的成像板使用成为可能，提高了吸收率，且空间分辨力并不降低。
CR在扫描方式上也不断改进，用行扫描代替原有的飞点扫描，快速线阵列扫描技术的应用使CR的影像读出速度有了很大的提高。随着DR系统市场化进程的逐步加快，目前CR系统正在面临着严峻的挑战。但CR系统本身技术成熟、稳定性高，且成本低。在床旁摄影、全长摄影等方面具有优势。
二、CR的临床应用评价
CR已广泛应用于人体各个部位的X线摄影和造影检查，CR系统因成像板获取的信息能自动调节光激励发光（photostimulated luminescence，PSL）和放大增益，可在允许范围内使摄影部位X线曝光剂量的动态范围增大。
（一）CR系统的优点
（1）X线曝光剂量的动态范围大。
（2）成像板替代胶片可重复使用。
（3）可与原有的X线摄影设备匹配使用，放射技师不需要特殊培训。
（4）具有多种处理技术，如谐调处理、空间频率处理、时间减影、能量减影、体层伪影抑制、动态范围控制等。
（5）具有多种后处理功能，如测量（大小、面积、密度）、局部放大、对比度转换、对比度反转、影像边缘增强、多幅显示及减影等。
（6）可数字化存储与传输，进入网络系统，节省胶片，无需暗室和储片库。
（7）实现数据库管理，有利于查询和比较，实现影像资料共享。
（二）CR影像的不足
（1）时间分辨力差，不能满足动态器官的影像显示。
（2）空间分辨力相对较低，在细微结构的显示上，与常规X线检查的屏-片组合相比，CR系统的空间分辨力有时显得不足。
（3）曝光剂量偏高，与常规屏-片系统相比，除了对信噪比要求不严格的摄影部位外，要获得等同的影像质量，CR影像所需的曝光剂量要高出30%，甚至更多。
（4）未能彻底改变常规X线摄影的工作流程，操作程序较多，成像板成本高，易老化损耗。
【小结】 本节主要介绍CR的发展和临床应用评价。内容包括CR系统涉及的主要技术、CR系统的优点、CR影像的不足等。
第二节 DR的发展及应用评价
一、DR的发展史
CR的出现和发展推动了数字化X线摄影（digital radiography，DR）的发展进程。1986年，在布鲁塞尔召开的第15届国际放射学学术会议上首次提出“数字化X线摄影”的物理学概念。当时的DR技术采用的X线探测器是影像增强器-摄像管/CCD-电视成像链，其空间分辨力和密度分辨力还不能满足临床的要求。
20世纪90年代后期，薄膜晶体管（thin film transistor，TFT）阵列等新技术的应用，使数字X线摄影的探测器研制取得突破性进展，多种类型的固态一体化平板探测器（flat-panel detector，FPD）投入临床应用，在图像质量、操作流程和检查时间方面有明显优势。
DR主要由X线摄影系统、X线探测器、图像信息处理器、存储器、图像显示器和系统控制器等组成，按曝光方式分为面曝光成像和线曝光成像，按探测器的能量转换方式又分为直接转换成像和间接转换成像。DR成功地实现了X线影像的数字化采集、处理、传输、显示和存储的一体化。X线照射人体后被平板探测器接收并转换为数字化信号，获得X线衰减后的不同组织密度信息的数字矩阵，经计算机处理、重建并输出到监视器形成图像。
案例1-2-1
患者，男，28岁，咳嗽3天余，行X线检查结果如案例 图1-2-1，请问图中的检查图像存在什么问题？应使用何种方法调节？
解答：图中的胸部X线图像窗宽窗位不佳，图像整体偏亮，影响诊断，应使用DR的组织平衡技术进行调节，以满足诊断需要。
二、DR的临床应用评价
DR是高度集成化的数字化X线摄影设备，目前已广泛应用于临床。DR摄影具有如下特点：
1. 曝光剂量降低、图像质量提高 CsI探测器的检测量子效率（detective quantum efficiency，DQE）高达60%以上，而传统胶片和CR系统的DQE只有20%左右，对低对比结构的观察能力提高了45%，图像的动态范围提高了10倍以上。胸片正位摄影的辐射剂量只需要3mAs，曝光时间多数小于10ms。
2. 成像速度快、工作流程短 与CR或传统的X线摄影方式比较，DR的成像速度快，从X线曝光到图像的显示一般仅需要数秒，成像的环节少，按下曝光按钮即可显示图像。缩短了X线检查时间，大大地提高了工作效率，使受检者的流通率更快。
3. 图像动态范围大 即探测器信号采集的动态范围和图像显示的动态范围大。DR探测器由大面积的像素点矩阵构成，每个像素点在信号采集时均由A/D转换器按电压水平进行多级量化处理，目前的各类DR均具有14bit的图像灰阶和A/D转换能力。这种能力决定了DR的动态响应范围很大，在影像上表现为曝光条件的宽容度大，线性响应能力强。
DR图像具有4096～165 536级连续灰度级变换范围，能适应医用专业级显示器的表现能力，DR图像丰富的灰度表现能力能够有效地反映出人体组织细微的密度变化。
4. 图像后处理功能强 后处理能力决定了数字图像的软阅读能力，图像后处理大致包括以下方面。
（1）图像放大、测量、缩放、移动、镜像、旋转、滤波、锐化、伪彩、播放、窗宽窗位调节，图像的长度、角度、面积测量及标注、注释功能等。
（2）显示器功能菜单设置的实用性，如图像、文字一体化显示，多级菜单模块化设置。
（3）符合医保和医疗法律相关条例，保证所处理后的信息具有真实性和可靠性。例如，原始信息不可修改性，极小的测量误差，极小的图像畸变，原始图像的100%显示等。
（4）能满足不同诊断要求的数字化处理能力。例如，①自动处理能力，能运用DR预设的特性曲线，自动获得符合诊断需要的图像。②提取特征性信息的能力，能通过诊断工作站显示出规定的图像效果。
（5）某些图像后处理高级软件往往作为DR选件。例如，能量减影、时间减影、图像组织均衡、骨密度测量、融合体层、计算机辅助检测等，这些软件所赋予的临床功能具有特定的诊断意义。
（6）DR的图像属性由图像文件格式确定，DR设备一般具有“厂家专有”和“DICOM标准”格式，图像格式可以通过软件进行单向转换。例如，“厂家专有”格式转换为“DICOM标准”格式；“DICOM标准”格式转换为普通图像格式（bmp、JPEG2000等），图像后处理软件应具备这种转换能力。
（7）DR图像基本信息的提取，通过后处理软件指令可显示数字化图像信息。例如，各项摄影参数、曝光剂量的文字描述，图像主要属性的文字描述，图像信息量的统计和直方图显示等。
5. 图像存档与通信系统（picture archiving and communication system，PACS）能力 DR图像在本质上属于数字化信息，从计算机信息管理的角度，可以进行图像压缩，图像格式变换，各种网络通信方式传输、发布，多种存储介质存储等。DR图像通过PACS可以实现信息共享。
【小结】 本节主要介绍DR的发展历史及DR摄影的特点等。DR系统主要由X线摄影系统、X线探测器、图像信息处理器、存储器、图像显示器和系统控制器等组成。其摄影特点包括曝光剂量降低、图像质量提高，成像速度快、工作流程短，图像动态范围大，图像后处理功能强，PACS能力等。
第三节 CT的发展及应用评价
一、CT的发展史
计算机断层扫描术（computer tomography，CT）是电子计算机控制技术和X线断层摄影技术相结合的产物，是数学算法的进步和高速数字计算机发展的必然结果。
1917年奥地利数学家J.H.Radon提出一个二维或三维的物体可以由它投影的无限集合来单一地重建影像。1963年美国物理学家A.M.Cormack研究了用X线投影数据重建图像的数学方法。20世纪60年代末，Godfrey Newbold Hounsfield在EMI实验研究中心做了大量的研究工作，1971年9月第一个原型CT设备安装在Atkinson Morley医院，1972年11月在芝加哥举办的北美放射学会（Radiological Society of North America，RSNA）年会上向全世界宣布CT设备研制成功。CT设备一问世就在临床上得到了迅速的普及和推广，被认为是开创了医学诊断的新纪元。为CT发明做出重要贡献的物理学家Allan Macleod Cormack和工程师Godfrey Newbold Hounsfield获得1979年诺贝尔生理学或医学奖。
CT的原型机只能做头部检查。1974年，美国George Towm医学中心工程师Ledley设计了全身CT扫描机。从此，CT不仅可用于颅脑和眼眶的检查，还可用于胸部、腹部、脊椎、四肢、软组织等各部位疾病和外伤的诊断。此时期的CT处于非螺旋的逐层步进扫描阶段。
1989年，在非螺旋的逐层步进扫描基础上，CT采用了滑环技术和连续移动检查床的成像技术，实现了螺旋扫描。螺旋CT（helical or spiral CT）与非螺旋CT相比，缩短了扫描时间，可避免传统CT遗漏小病变现象的发生，扩大了CT在胸腹部的应用范围，是CT发展史上较大的一次进步。
1998年，多层螺旋CT（multi-slice spiral CT，MSCT）问世，球管-探测器系统围绕人体旋转一圈能同时获得多幅断面图像，与单层螺旋CT相比，大大提高了扫描速度。多层螺旋CT增加了Z轴的覆盖范围，缩短了CT检查时间，提高了运动器官的图像质量，是CT发展史上一次明显的飞跃。
2004年，在RSNA年会上推出的64层螺旋CT（又称容积CT），开创了容积数
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