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医学影像检查技术的应用及选择——比较影像学概论

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发表于 2022-10-20 18:02:16 | 显示全部楼层 |阅读模式 <
这个题目太大了,但是,随着关注的人越来越多,后台留言的非常多,好多朋友提到CT,X线,考试,甚至是超声的。
    离开医院4年了,渐渐的,我对其他影像检查技术包括诊断,越来越不熟悉了,对磁共振MRI越来越熟悉了,可能是因为职业的需要和分工越来越明确了。
    不过,这一篇,确实有必要写。我去很多一样培训,特别是第一次使用磁共振的医院(医院规模和级别一般不太大),一般我都会给全院交流,讲一个课(当然前提是条件允许和主任愿意)。为什么呢?因为,很多医院第一次使用磁共振,特别是临床科室(非影像或放射科)对磁共振不太熟悉,对磁共振的适应症和检查优势不太熟悉。有些临床医生以为,设备越先进了(磁共振比CT更先进),那就全身各种部位都能做,各种疾病都开磁共振检查,殊不知这样,反而造成过度检查或选择检查设备不当。
    在各种医院培训过,见的也就多了。有开肺部检查得磁共振(当然,很多人说,磁共振可以做肺啊,磁共振做肺主要是做纵膈或胸部的检测,要看肺纹理,肯定还是HRCT好得多);有开屁股磁共振的;有大拇指的(当然,又有人要说,磁共振可以看大拇指啊,扫高分辨啊)。很多人,说得简单,因为他不操作,操作磁共振的不是他。
    很多时候,我们都要换位思考。做技师的(技术组)要考虑,自己做的图像是否满足了临床医院的要求,做完以后,你的队友(同一个科室得),后面还有诊断医师(诊断组)要写报告,图像质量是否可以满足诊断要求;同样,诊断组的也要考虑技术组的,比如,一个病人一直动,叫了半天无法制动,又不退费,这个时候就不要过分强调完全要一点伪影都没有的图像了。或者是,出一些确实不容易扫描到的难题;同样,临床医院也要换位思考,理解并且尊重放射科技师和医师:你要做什么检查,什么目的,在申请单,多写一句话,几个字。我们知道临床医师都很忙,但是开单子的时候多写几个字,这样目的明确,才能够事半功倍。
    总而言之,言而总之,了解各种影像检查设备的最大优势才能更好的服务临床,这个也是部分临床科室医生稍微欠缺的,特别是有部分临床科室医生对磁共振不太了解,包括很多临床医师带病人下来做,还反复问我,站在操作间没事吧,射线两大不大?问这个的临床科室医生不在少数。所以,特别写这个帖子,各位影像科的同仁们,以后要是临床医生问你磁共振,CT哪个好,哪些疾病部位选择哪些好,可以把这篇帖子给他们看。

一、现代医学主要用到的医学影像设备
X线(X-ray),包括:传统X线、CR、DR、DSA。
CT(Computed Tomography),计算机断层扫描成像。
MRI(Magnetic Resonance Imaging),磁共振成像(包括磁共振波谱)。
USG(Ultrasonography)超声成像。
核素成像,PET-CT,ECT,SPECT等属于核医学内容,这里就不介绍了。

二、X线

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    1895年11月8日,德国物理学家伦琴(Wilhelm Conard Röntgen)发现X线。1896年,第一届诺贝尔物理学奖就是发给他的。可以说,X线是开启了影像检查的历史。
    X线包括了传统的X线和数字化的X线。
    传统的X线又叫普通X线。
    它的优点有:
    1.图像的空间分辨率较高(注意是空间分辨率,不是组织或密度分辨率);
    2.检查费用低廉(这个可以说是它的最大优点);
    3.检查比较方便,节省时间。
    当然,它的缺点也比较明显:
    1.摄片条件要求严格,考验技术;
    2.图像的密度分辨率不高;
    3.图片不能后处理(灰度不能调节),这个可以说是它的最大缺点;
    4.形成的图片,不方便储存和传输(这个缺点也非常致命)。
    我们可以看到由于传统X线有这么多缺点,特别是图像不能后处理,比较固定,而且储存也不方便,基本上不符合现代医疗发展的趋势,所以,目前传统的X线基本上都被数字化的X线索取代。
    数字化的X线设备发展,改变了传统的X线设备的缺点,将模拟信号转变为数字信号,适应了图像的处理、存档以及传输等功能。数字化的X线设备主要包括:计算机X线成像(Computed Radiography, CR)和数字X线成像(Digital Radiography, DR)。
    他们和前面传统X线相比,优点有:
    1.图像可以进行后处理;
    2.图像的传输,管理,存档方便;
    3.投照条件宽容度大,相对射线剂量减少。
    总体来说,X线检查的优点有:方便,快捷,廉价,图像信息单一好解释。
    但是,X线检查也有很多的局限性和不足,主要表现在:
    1.主要显示得是重叠影像,细节不足;
    2.有射线剂量的暴露,对儿童,孕妇检查要慎重;
    3.得到的图像,密度分辨率不足(辨别不同组织的能力不高);
    4.X线得到的图像有一定的放大并可以产生一些伴影;
    5.位于射线边缘部位的图像,由于投射角度倾斜,有一定程度的歪曲和失真。

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图2:X线检查,胸片正侧位片(正位和侧位),可以大体显示,胸廓情况,肋骨,心影,肺纹理等。

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图3:X线腹部平片(KUB)

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图4:X线静脉肾盂造影,显示输尿管

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图5:X线双手及腕关节摄影,可以通过腕骨数目来推测小儿骨龄

三、X线的应用范围、优势及局限

    虽然目前影像学的发展翻天覆地以及放射科设备越来越先进,但是X线仍然是最基本的影像学检查手段。
    前面介绍了X线的优势和局限性,所以,根据这些,可以推断X线的临床应用范围,适应症及局限。
    X线检查的优势和应用范围主要包括:
    A.由于X线费用低廉,简单方便,快捷,所以在临床应用中最适合用来做体检,筛查。比如:胸片、透视,乳腺钼靶等;
    B.由于X线的成像原理,对骨骼、骨头系统的检查有很大的优势和便利。所以,一般外伤及怀疑骨折,首选X线检查;
    C.急腹症,比较急的病症,可以首选X线检查。比如:排除肠梗阻,胃穿孔膈下积气,阳性输尿管结石的检查等;
    D.心血管造影(DSA)能够明确心脏及血管形态,是心血管病的可靠确诊手段;
    E.特殊的X线检查,如:钡餐食管检查,钡餐胃十二指肠检查,子宫输卵管造影等检查,能够有针对性的诊断及辅助治疗一些消化道系统的疾病,有重要意义;

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图6:贲门失迟缓症的X线表现,食管下端呈鸟嘴样或漏斗样狭窄

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图7:十二指肠憩室的X线钡餐造影表现

    F.X线造影检查,可以确诊很多血管疾病,并且可以引导很多介入手术。
    当然,X线检查由于是重叠影像,组织分辨率低,有射线,在很多方面有其局限性,主要表现在:
    a.由于有射线剂量暴露,所以,小儿及孕妇检查不到万不得已,一般不选择该方法。如果小儿必须要使用,需要做好重要部位的防护;
    b.X线形成的影像图片是重叠图片,不是类似于CT的断层图片,所以会有一定的失真、歪曲、放大及伴影。对需要精细解剖结构的检查部位,效果不太好;
    c.对微小病灶的显示能力较差,如隐匿部位(脊柱旁沟的肺内)病灶显示不清;
    e.对神经系统的疾病显示不好,诊断价值不大。

四、CT

    CT可以说是临床医生最熟悉的影像检查设备。我在临床科室(包括外科、内科)实习的时候,看到过很多医师,拿着磁共振片子(片子可能都上下或者左右拿反了),在给病人讲:你看啊,你这里,图片亮的,说明密度高。
    这里,没有任何黑临床医生的意思。就是表达一点,隔行如隔山。很多临床医生觉得,影像科医生工作简单,不就是看片子吗?我们也会看。每个人的工作都很重要,在一个医院工作,不管哪个科,放射科也好,检验科也好,病理科也好,肝胆外科也好,消化内科也好,没有孰高孰低,自己专业的东西,肯定都熟悉;跨越自己专业的东西,难免犯错误,闹笑话。
    比如,放射科左右写反,被临床医生抓住,能够笑一年;而临床医生,谁敢说自己从来不犯错误。所以,尊重各个科室。
    前面举这个例子,不是为了黑临床医生,而是表示,临床医生对CT非常熟,特别是CT成像的原理。大部分临床医生,即使不看片子,也知道,图像亮的,白的,代表高密度;黑的,暗的,代表低密度。这是X线、CT成像的原理。但是磁共振不是。所以,大部分临床医生,看磁共振,还是基于对CT图片的理解,看到图片上亮的点,第一反应就是高密度。
    CT又叫计算机断层(断面)扫描成像方法,可以把它理解为断层的X线图片。

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图8:飞利浦iCT

    1917年,奥地利数学家Radon提出了著名的Radon变换,这个被广泛的应用在了断层扫描。任何物体可以由它的投影无限集合来重建其图像,这是CT成像的数学算法基础。
    1969年,英国工程师Godfrey Newold Hounsfield亨斯菲尔德(又译豪斯菲尔德)发明了第一个头颅CT扫描仪,为了纪念他,CT值得单位都是Hu(豪或者亨)。
    CT的问世被认为是自X线发明以来放射学领域的又一次飞跃。
    CT的发展经过很多代,本人不是主要搞CT的,对这个离开医院后就不太熟悉,如果写的不准确,请大家斧正。

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图9:各代CT的主要特征
    目前,CT发展到不拼探测器排数(类似磁共振发展到不单纯拼场强),而是发展到双源(Siemens),IQon-光谱CT,三明治双层探测器(Philips)等先进的CT扫描仪。这些新技术,把CT从传统的单参数(密度),发展到多参数(密度,能谱)。以上是笔者个人理解,不一定准确,因为4年没接触过CT了,如果写得不对,请大家多多包含。

    传统的X线检查,形成的图像是二维图像,而且是直接在体部摄影,得到二维平面图像,前后组织相互重叠,组织密度分辨率低。而CT是计算机断层扫描成像,先把立体组织切成断面,再成像。虽然不可能一层无限薄,但是,最大程度的避免了前后影像重叠,解剖关系明确。
    CT的优点:
    1.形成断层图像,无组织重叠,解剖关系明确;
    2.CT图像组织密度分辨率高于X线(空间分辨率低于它);
    3.CT检查快捷,方便;
    4.CT图像能够做多种后处理(如MPR, CPR, 仿真内镜CTVE,VR容积重建),方便临床多角度,多方位观察图片;
    5.图像组织方便量化分析,引入CT值这个数值,方便各种组织、图像的比较(这是也放射组学Radiomics的开端);
    6.CT结合先进的影像技术,如灌注,心脏冠脉等,能够做更精细的检查及科研。
    当然,每一种影像检查都是有一定局限和缺点的,CT的缺点有:
    1.仍然存在X线剂量暴露问题(影像医生的两大梦想:CT无辐射,MR无噪音)。CT原理上,还是X线断层成像,所以,要CT无辐射,是不可能的;
    2.虽然是断层成像,但是仍然有部分容积效应的影响;
    3.单参数成像(组织分辨率低于磁共振);
    4.神经系统检查中,在颅后窝,由于双侧岩骨密度高,可以在这之间形成一条低密度带,术语叫“亨氏暗区”,影响颅后窝的观察;
    5.CT断面切片相对单一,不能做任意方位直接扫描(不像磁共振)。
    CT检查除了常规的平扫(Plain Scan),还有打药(对比剂)的增强扫描(Contrast Enhancement, CE)。从单纯的通过CT图片显示形态大体进行诊断,发展到CT灌注进行一些功能研究,到CT引导的介入治疗。

五、CT的应用范围、优势及局限

    CT跟传统X线相比,在图像清晰度,组织密度分辨率上面有了大大的提高,因此在临床的应用范围也大大地拓宽了。
    CT检查的优势和应用范围主要包括:
    A.CT因其快速、准确的检查效率,在急性颅脑外伤的诊断中成为首选检查方法;(这个相信很好理解,很多时候我去培训磁共振,都告诉医生,磁共振无急诊,要做急诊首选CT。举一个例子:一个颅脑外伤的人,夜间来检查,可能颅内有出血,而且血肿可能在扩大。做一个CT,可能就2分钟解决,马上能发现问题,报危急值,紧急处理。而如果非要选择磁共振检查,在快,加上下扫描床时间,也要5-6分钟,这个时候,可能病人血肿扩大,死在扫描的过程中了,来不及得到紧急处理。)

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图10:CT显示高血压颅内出血,血肿随着时间的变化

    B.HRCT(高分辨CT)对胸部及肺部病变检查有独到优势,可以作为肺部疾病的首选;

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图11:CT肺部平扫,图A是肺窗,显示肺组织及肺纹理清晰;图B是纵膈穿,显示胸部,纵膈组织清晰。
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图12:CT平扫显示肺部,方便进行肺叶分段

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图13:HRCT显示叶间裂,HRCT可以清晰的显示肺纹理走行及小血管结构

    C.对一些微小骨折或者隐匿性骨折,CT由于断层切面,可以精细显示,而且CT对骨皮质,钙化显示良好,可以明确诊断;
    D.由于CT对钙化敏感(磁共振对钙化不敏感),所以,CT可以显示小的输尿管结石,胆囊结石等;
    E.急腹症首选CT,如怀疑外伤脾破裂,肝挫伤等;
    F.CT由于对骨敏感,可以应用在五官领域,如鼻、内听道等;
    G.通过打药引入对比剂,可以进行CT血管成像(CTA),可以明确很多血管性疾病;(我前面文章写过很多部位的CTA成像汇总,大家可以点击相关阅读,跳转链接)

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图14:CTA后经过MIP(最大密度投影)和VR(容积重建)后处理后,显示胰腺癌后动脉受累情况。

相关阅读:
血管CTA的一些图像和注意事项(原来做CT的时候写的)


    H.CT冠脉成像,可以在相对低创的情况下,显示冠脉等情况,可以作为怀疑冠脉有问题的首选检查;

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图15:飞利浦iCT,高清冠脉显示,即使平均心率158bpm,也能够获得优异的图像质量。

    I.CT的强大的图像后处理功能,可以为临床提供更多的视野,方便对比及指导手术治疗;

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图16:CT扫描后,通过骨重建,显示肋骨及锁骨情况,可以给出一个良好的整体视野观。

    可以说,相比于X线,CT检查几乎可以应用在全身各个部位。当然,CT也有它的一定的局限性和应用受限领域,比如:
    a.有一定的辐射剂量,在进行小儿检查的时候注意保护重要器官;孕妇一般不行CT检查;
    b.软组织对比度相对磁共振比较弱;
    c.颅后窝由于有亨氏暗区,对病变的显示受到影响;
    d.对空腔脏器的肿瘤显示欠佳;
    e.对神经系统检查,相对组织分辨率不如磁共振,平扫不能很好的显示脑灰白质对比,在一些需要精细检查的部位受限;
    f.CTA检查后,后处理麻烦,耗时;
    g.CT检查费用相对X线更贵,不利于进行体检大规模筛查;
    h.和磁共振相比,CT在一些功能性成像研究方面,应用受限。
    当然,CT检查,可以说是临床开单最多的影像检查以及放射科产出效益最高的设备。目前,影像检查费用一降再降,有些地方做一个CT检查只要200元了,做一个磁共振检查只要350元。而CT检查相比磁共振检查一个最大的优势就是——快。做一个磁共振膝关节,10分钟扫描完,在相同时间可以做7个头颅CT检查了,这样一算投入产出比很自然一目了然。
    CT作为高级影像检查设备,在磁共振问世之前可以说是非常的高端,但是CT不可避免的射线暴露及软组织对比度相对不高限制了其更深入的使用。MRI磁共振作为影像科最先进设备,不仅是一个放射科的标识,也是很多医院的一个硬性指标。现在稍微大一点的医院,几乎都有磁共振,下面一个部分介绍磁共振。

六、MRI

    MRI磁共振是目前放射检查中最先进的设备。
    1946年,Bloch和Purcell分别独立的报道核磁共振现象(很多重大的科学发现或发明都是分别独立、同事完成的,这个有点意思....)。
    1971年,美国医生Damadian达曼迪安发现,肿瘤组织与正常组织的驰豫时间不同,开启了磁共振的医疗用途发展。
    1973年,Lauterbur劳特布尔采用反投影法算法进行了磁共振图像的运算;1975年,Ernst厄恩斯特利用傅里叶变换方法,重建出了磁共振图像,标志着磁共振正式开启了医疗用途。
    1977年,Mansfield曼斯菲尔德发明了平面回波成像,大大的提高了磁共振成像速度。
    可以说,磁共振现象发现得比CT还要早,但是,真真到投入医用比CT稍微晚了。

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图17:飞利浦Ingenia 3.0T磁共振扫描仪,配合AE逸镜体验系统,让磁共振检查变得更干净、安静

    在原理上,不同于X线和CT,磁共振是通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频脉冲(RF),激发人体某特定区域的氢质子,当RF中止以后,通过各种不同序列组合,采集氢质子在驰豫过程中产生的信号,利用数学算法重建图像,来达到医用诊断目的的。所以,磁共振成像没有射线暴露。
    虽然,核磁共振里面有一个“核”字,但是磁共振检查室非常安全,干净的,没有辐射,所以,为了避免老百姓“谈核色变”,大部分国家的术语中,把核磁共振叫做磁共振,去掉了“核”字。
    MR和CT比有什么特点或者优点呢:
    1.首先是无辐射,安全,这个是MR和CT相比的最大优点;
    2.其次是多方位成像,磁共振可以进行任意方位的成像,而CT只能进行横断面成像(冠状面和矢状位图像都是通过MPR多平面重建出来的);
    3.多参数成像是磁共振第三大特点,相比于CT的单一参数指标,磁共振能够进行多种加权成像,反应不同组织的不同特点;
    4.软组织对比度高;
    5.可以进行不打药的血管成像(无论是X线还是CT,要显示血管,必须引入对比起,但是磁共振有很多不打药血管成像技术);
    6.磁共振可以在活体反应组织代谢及功能成像,如DWI, MRS等技术。
    磁共振有这么多优点,那么它有不足之处吗?当然有:
    1.扫描时间长;
    2.检查费用相对CT及X线更贵(单个部位,检查费用在国内也算是一个需要考虑的问题);
    3.对钙化及骨皮质显示不敏感;
    4.有些有禁忌症条件的病人不能做,比如:安装了不抗磁的心脏起搏器、胰岛素泵、内固定、非钛材料的动脉瘤夹等;
    5.由于检查时间相对较长,对运动伪影更敏感;
    6.空间分辨率稍差(虽然组织分辨率高)。

七、MRI的应用范围、优势及局限

    前面讲了磁共振的这么多特点,磁共振和CT一样,也几乎可以应用到全身各个部位。但是,每一种影像检查都有它的最优适应症及应用范围。
    MRI检查的优势和应用范围主要包括:
    A.对神经系统疾病显示清楚,组织分辨率高,神经系统肿瘤诊断价值非常大;
    B.由于没有颅后窝的亨氏暗区伪影,对颅后病变显示清楚,可以作为首选;
    C.功能性磁共振PWI和DWI,对超早期脑梗死比CT更敏感,可以作为首选;
    D.脊髓病变的显示完全优于CT,可以作为首选;
    E.腹部及盆腔病变由于磁共振多参数特点,诊断准确率优于CT;
    F.可以显示骨关节系统的韧带、肌腱等特殊结构,在明确这些病变的疾病中作为首选检查方法;
    G.不打药血管检查,可以作为常规排查颅脑血管疾病的首选;

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图18:MRI不打药血管成像,显示AVM动静脉畸形
    H.MR多种高级功能技术,可以进行各种科研设计;
    I.乳腺DCE检查,可以明确大部分乳腺病变,诊断准确率高;
    J.直接进行水成像,可以对泌尿系统,胆管系统的疾病进行无创的显示及诊断;
    K.fMRI功能性磁共振研究;
    L.MRS磁共振波谱还能对活体代谢物进行探测;

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图19:MRS磁共振波谱,显示区域的代谢物情况

    M.磁共振高超的软组织对比度,可以用来做放疗定位。

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图20:飞利浦磁共振放疗定位系统,Ingenia-RT

相关阅读:

磁共振放疗定位MR-RT的临床应用(MR-Sim)


    讲了这么多磁共振的特点,在临床应用中,磁共振也会因为部分条件或部分病人情况受到限制,比如:
    a.扫描时间慢,不建议进行急诊扫描;
    b.对钙化及骨皮质显示不敏感,在输尿管结石显示上弱于CT;
    c.部分病人条件不合适的不适于做MR检查,如高烧者,幽闭恐惧症患者;
    d.对肺部结构显示不佳,由于肺部组织含H原子少,所以磁共振显示肺组织不理想,一般要观察肺部组织不会选择磁共振;
    e.对微小结构组织,由于受线圈等条件影响,显示不佳,如:小指头等。
    关于磁共振的临床更多应用,可以点击前文。
    相关阅读:
当我们谈论磁共振时,我们到底说的是什么——磁共振的临床应用(一)


八、小结

    最后,小结一下。有朋友说,超声,核医学的还没介绍。超声在广义上属于影像科,但是基本上很多医院的超声是单独一个超声科,而放射科则包含了:X线,CT和MRI。核医学同理。
    所以,前面讲了隔行如隔山。超声及核医学的很多内容不了解,不敢写。
    总结一下,每一种影像检查都有它一定的应用范围,也同样有它的不足之处和受限地方。

    目前,虽然CT和MRI应用范围最广,设备比较先进,高端。但是MRI也不是万能的,并不是那种检查费用贵,就都用这种。这个是很多临床医生的误区。有好多医院,买了磁共振后,临床医生遇到任何部位都开磁共振,这个也是不对的。应该根据检查需要、目的,合理的选择检查手段及设备,这样对病人及对医院都能够保证优化资源,合理利用。
    现在并没有哪一种影像检查设备或者手段能够完全代替或者取得哪一种。有些医生觉得X线太古老了,可能会被取消或者被CT和MRI完全替代。目前还没有这种说法,而且如果技术好,会看片,X线图片能够提供很多信息。
    一种武器在手上,不是武器越强,人就越强,而是看拿这个武器的人会不会用。


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