医学影像MRI，CT和X-ray概述
醫學影像MRI，CT和X-ray的成像原理
- MRI概述
- 成像原理
- MRI系統的組成
- 磁鐵系統
- 射頻系統
- 計算機圖像重建系統
- MRI的基本方法
- MRI在醫學上的應用
- 檢查目的
- 磁共振成像的優點
- MRI的缺點及可能存在的危害
- 計算機斷層成像
- 診斷應用
- 頭部斷層檢查
- 胸腔斷層檢查
- 心臟斷層檢查
- 腹部和骨盆的斷層檢查
- 四肢的檢查
- 優點和危險性
- 優于X射線影像的部分
- 輻射劑量
- 對比劑的負面反應
- X射線
MRI概述
核磁共振成像（英語：Nuclear Magnetic Resonance Imaging，簡稱NMRI），又稱自旋成像（英語：spin imaging），也稱磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，簡稱MRI），臺灣又稱磁振造影，香港又稱磁力共振掃描，是利用核磁共振（nuclear magnetic resonance，簡稱NMR）原理，依據所釋放的能量在物質內部不同結構環境中不同的衰減，通過外加梯度磁場檢測所發射出的電磁波，即可得知構成這一物體原子核的位置和種類，據此可以繪制成物體內部的結構圖像。
成像原理
核磁共振成像 是隨著電子計算機、電子學、電路學、超導體等技術的發展而迅速發展起來的一種生物磁學核自旋成像技術。醫生考慮到患者對“核”的恐懼心理，故常將這門技術稱為“磁共振成像”。
核磁共振成像的“核”指的是氫原子核，因為人體大約70%是由水組成的，MRI即依賴水中氫原子。
當把物體放置在磁場中，用適當的電磁波照射它，以改變氫原子的旋轉排列方向，使之共振，然后分析它釋放的電磁波，由于不同的組織會產生不同的電磁波訊號，經電腦處理，就可以得知構成這一物體的原子核的位置和種類，據此可以繪制成物體內部的精確立體圖像。
原子核在進動中，吸收與原子核進動頻率相同的射頻脈沖，即外加交變磁場的頻率等于拉莫頻率，原子核就發生共振吸收，去掉射頻脈沖之后，原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以電磁波的形式發射出來，稱為共振發射。共振吸收和共振發射的過程叫做“核磁共振”
MRI系統的組成
現代臨床高場（3.0T）MRI掃描器
MRI是一臺巨大的圓筒狀機器，能在受檢者的周圍制造一個強烈磁場區的環境，借由無線電波的脈沖撞擊身體細胞中的氫原子核，改變身體內氫原子的排列，當氫原子再次進入適當的位置排列時，會發出無線電訊號，此訊號借由電腦的接收并加以分析及轉換處理，可將身體構造及器官中的氫原子活動，轉換成2D影像，因MRI運用了生化、物理特性來區分組織，獲得的影像會比電腦斷層更加詳細。
磁鐵系統
靜磁場：又稱主磁場。當前臨床所用超導磁鐵，磁場強度有0.2T到7.0T（特斯拉），常見的為1.5T和3.0T；動物實驗用的小型MRI則有4.7T、7.0T與9.4T等多種主磁場強度。另有勻磁線圈（shim coil）協助達到磁場的高均勻度。
梯度場（gradient coils）：用來產生并控制磁場中的梯度，以實現NMR信號的空間編碼。這個系統有三組線圈，產生x、y、z三個方向的梯度場，線圈組的磁場疊加起來，可得到任意方向的梯度場。
射頻系統
射頻（RF）發生器：產生短而強的射頻場，以脈沖方式加到樣品上，使樣品中的氫核產生NMR現象。
射頻（RF）接收器：接收NMR信號，放大后進入圖像處理系統。
計算機圖像重建系統
由射頻接收器送來的信號經A/D轉換器，把模擬信號轉換成數字信號，根據與觀察層面各體素的對應關系，經計算機處理，得出層面圖像數據，再經D/A轉換器，加到圖像顯示器上，按NMR的大小，用不同的灰度等級顯示出欲觀察層面的圖像。
MRI的基本方法
MRI在醫學上的應用
檢查目的
- 偵測及診斷心臟疾病、腦血管意外及血管疾病
- 胸腔及腹腔的器官疾病的偵測與診斷
- 診斷及評價、追蹤腫瘤的情況及功能上的障礙
MRI被廣泛運用在運動相關傷害的診斷上，對近骨骼和骨骼周圍的軟組織，包括韌帶與肌肉，可呈現清晰影像，因此在脊椎及關節問題上，是極具敏感的檢查。
因MRI沒有輻射暴露的危險，因此經常被使用在生殖系統、乳房、骨盆及膀胱病的偵測及診斷上
磁共振成像的優點
與1901年獲得諾貝爾物理學獎的普通X射線或1979年獲得諾貝爾醫學獎的計算機層析成像（computerized tomography, CT）相比，磁共振成像的最大優點是它是目前少有的對人體沒有任何傷害的安全、快速、準確的臨床診斷方法。如今全球每年至少有6000萬病例利用核磁共振成像技術進行檢查。具體說來有以下幾點：
MRI的缺點及可能存在的危害
雖然MRI對患者沒有致命性的損傷，但還是給患者帶來了一些不適感。在MRI診斷前應當采取必要的措施，把這種負面影響降到最低限度。其缺點主要有：
和CT一樣，MRI也是解剖性影像診斷，很多病變單憑核磁共振檢查仍難以確診，不像內窺鏡可同時獲得影像和病理兩方面的診斷；
對肺部的檢查不優于X射線或CT檢查，對肝臟、胰腺、腎上腺、前列腺的檢查不比CT優越，但費用要高昂得多；
對胃腸道的病變不如內窺鏡檢查；
掃描時間長，空間分辨力不夠理想；
由于強磁場的原因，MRI對諸如體內有磁金屬或起搏器的特殊病人不能適用。
計算機斷層成像
計算機斷層成像（Computed Tomography，簡稱CT），是一種影像診斷學的檢查。這一技術曾被稱為計算機軸向斷層成像（Computed Axial Tomography）。CT成像的本質是衰減系數成像。
X射線計算機斷層成像（X-Ray Computed Tomography，簡稱X-CT）是一種利用數位幾何處理后重建的三維放射線醫學影像。該技術主要通過單一軸面的X射線旋轉照射人體，由于不同的組織對X射線的吸收能力（或稱阻射率）不同，可以用電腦的三維技術重建出斷層面影像。經由窗口技術處理，可以得到相應組織的斷層影像。將斷層影像層層堆疊，即可形成立體影像。
診斷應用
自從20世紀70年代被發明后，X射線計算機斷層成像在醫學影像上已經變成一個重要的工具，雖然價格昂貴，它至今依然是診斷多種疾病的黃金準則。X射線計算機斷層成像技術的優點之一是它可以提供很高的空間分辨率（0.5 毫米）。它的一個弱點是軟組織對比度較差。當診斷對軟組織對比度要求較高時，核磁共振影像技術要優于X射線計算機斷層成像技術。
頭部斷層檢查
主要用來診斷腦部血管病變以及顱內出血，檢查不一定要用到顯影劑。在病人有急性中風的情形下，它雖然沒辦法排除血管阻塞的可能性，但是可以排除出血的可能性。如此一來，抗凝血劑就可以大膽地應用。在診斷腫瘤的應用上，電腦斷層配合靜脈顯影的檢查并不常用，而且效果也比核磁共振影像（MRI）差。它也可以用來診斷顱內壓是否有增加，例如要做腰椎穿刺或是評估腦室腹腔分流術時。
X射線計算機斷層成像在診斷有外傷的顱骨及顏面骨的骨折也有很大的用處。在頭頸口的部位，對于頭骨和顏面骨或是牙齒的畸形，它有術前評估的作用；下顎、副鼻竇、鼻腔，眼框等部位所生囊腫或是腫瘤的評估；慢性鼻竇炎成因的診斷；還有植牙重建的評估。
胸腔斷層檢查
在肺部組織的診斷上，X射線計算機斷層成像對于急性或是慢性的變化都有很高的診斷價值，在觀察一些人體內空氣的變化，例如肺炎或是腫瘤，一般不需顯影劑就有很好的效果。而一些間質組織的變化（肺實質，肺纖維等等），可以用薄切面的高解析設定來重建；而要評估縱隔腔和肺門部分的淋巴腺腫大，則需要靜脈顯影。
胸腔斷層血管攝影（CTPA）是一個需要用精確快速的時間來作對比劑注射再加上高速的螺旋式描掃器才能完成的檢查，近來也用在作肺栓塞和動脈剝離的評估。當胸腔x光檢查出現異常或是懷疑異常等，只要是非急性的，電腦斷層都是首推的進一步檢查。
心臟斷層檢查
隨著較先進的X射線計算機斷層成像儀旋轉時間的減少，再加上多斷層（高達128切）切面的技術，要同時達到高速度和高分辨率不再是夢想。目前已經可以清楚地看見冠狀動脈的影像。在掃描的同時，電腦就可以將一連串的數據重建，如此一來，每單一個心臟斷層影像的數據都可以在x光管回轉完成前重建完成。但未來是否能取代侵入性檢查“冠狀動脈導入檢查”還是未知數。
心臟的多斷層切面檢查（Multi-slice Computed tomography，簡稱MSCT）有相當性的潛在危險，因為它的劑量相當于500張的胸腔x光，對于乳癌的潛在誘發性目前還有待商榷。診斷為陽性的正確率大約82%，診斷為陰性的正確率大約93%；敏感度大約81%，特異性為94%。
雙射源X射線計算機斷層成像機有相當高的時間分辨率，可以減少高速心跳造成的移動假影，閉氣的時間也不用長，對于不方便閉氣的病人或是不適合打降低心率藥的病人是很有幫助的。
腹部和骨盆的斷層檢查
對于腹部的疾病，X射線計算機斷層成像的診斷價值極高，常用來定位腫瘤期數也用來做后續的追蹤，對急性腹痛的檢查也很有用。泌尿結石，闌尾炎，胰臟炎，憩室，腹部動脈瘤還有腸阻塞等都是可以由電腦斷層做快速診斷的疾病，它也是第一線用來診斷內部臟器外傷的利器。
口服或是直腸對比劑可視需要使用，稀釋的硫酸鋇（2% w/v）是最常用的，一般用來作大腸透視檢查的鋇劑濃度太高，在斷層影像上反而是假影，如果鋇劑有禁忌上的考量的話（例如懷疑病人是腸受傷），碘對比劑也是選擇之一，其他種類的就看目標是要對哪一個器官顯影，例如直腸的空氣對比劑（空氣或二氧化碳）用在大腸檢查，或是口服純水用在胃部檢查。
電腦斷層在診斷骨盆的應用上有限制，特別是女性的骨盆，超音波是一個替代方案。除此之外，它也可以部分應用在腹部掃描（例如看腫瘤），在評估骨折上也有用處，它也可以用在研究骨質疏松癥，和骨質密度偵量儀一樣，此兩樣都能偵測骨礦物質的密度（BMD），也就是骨強度的指標，然而電腦斷層的結果不一定和骨密儀一樣（BMD測量黃金準則），不但貴，病人接受的劑量又高，所以不常使用。
四肢的檢查
前臂X射線計算機斷層掃描（CT）圖像的立體渲染（肌肉、脂肪、骨骼和血液分別采用了不同的配色方案）
X射線計算機斷層成像常用來顯示復雜的骨折，特別是節關附近的骨折，主要是因為它可以將想要看的地方重建出來。
優點和危險性
優于X射線影像的部分
首先，X射線計算機斷層成像為醫生提供器官的完整3D訊息，而X射線影像只能提供多斷面的重疊投影；第二，由于電腦斷層的高分辨率，不同組織阻射過所得的放射強度即使是小于1%的差異也可以區分出來；第三，由于斷層成像技術提供三維圖像，依診斷需要不同，可以看到軸切面，冠狀面，矢切面的影像，我們稱它為多平面數位重建（Multi-planar reformatted imaging）。除此之外，任意切面的圖像均可通過插值技術產生。這給診斷和科研帶來了極大的便利。
輻射劑量
X射線計算機斷層成像被視為中度至高度輻射的診斷技術，雖然技術的進步已經增加了輻射的效率，但是同時為了增加影像品質或為了更復雜的技術，還是有增加劑量的考量，進化過的分辨率使電腦斷層可以進行新的研究，可以有更多的優點：例如和傳統血管攝影比，電腦斷層血管攝影可以避免插入靜脈管和靜脈導管；電腦斷層大腸攝影也和大腸鋇劑攝影一樣用來診斷腫瘤，但是劑量更低。其方便性以及可適用的情形不斷增加，使它日漸普及，最近在英國的綜合評估中，電腦斷層占了所有放射性檢查的7%，但是在2000/2001年間，它占了總合醫療放射劑量的47%(Hart & Wall, European Journal of Radiology 2004;50:285-291)，過度地使用電腦斷層檢查，不管其他地方怎么滅，還是會導致總體醫療劑量的上升，在一些特別研究放射劑量的論文還有考量很多因子：掃描的體積，PATIENT BUILD，掃描的數量和型式，還有需要的分辨率和影像品質。
對比劑的負面反應
由于X射線計算機斷層成像相當依賴靜脈注射的對比劑來顯影，所以有潛在的危險，危險雖低，卻無法完全避免，這可能會使某些病人的腎臟受傷，有腎功能衰竭或糖尿病等病史的病人（另外還有REDUCED INTRAVASCULAR VOLUME）危險性可能更高
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X射線
- X光片（Radiography）X射線的波長范圍在0.01~10 nm之間，肉眼是看不到的，它對物體的穿透力很強，人體構造中密度較高的部分，如骨骼，能吸收較多的X光，所以會在感光底片上留下陰影，也就是說，人體組織密度的不同，會在感光底片上留下深淺不一的陰影。
產生X射線的原理是使用加速后的電子撞擊金屬靶，撞擊過程中，電子突然減速，其損失的動能會以光子形式放出，形成X光光譜的連續部分，稱之為制動輻射。通過加大加速電壓，電子攜帶的能量增大，則有可能將金屬原子的內層電子撞出。于是內層形成電洞，外層電子躍遷回內層填補電洞，當原子外層電子移向內層電子空軌道時，放出的能量是移動兩個能階的能量差，這個能量差所形成射線，就是X射線。
此外，高強度的X射線亦可由同步加速器或自由電子激光產生。同步輻射光源，具有高強度、連續波長、光束準直、極小的光束截面積并具有時間脈波性與偏振性，因而成為科學研究最佳之X射線光源。
電腦斷層掃描（Computerized tomography, CT）
電腦斷層掃描是一種結合X光與電腦科技的診斷工具，利用電腦將資料組合成身體橫切面的影像，這些橫切面的影像可再進一步重組成精細的3D立體影像。電腦斷層攝影對于頭部、胸部、腹部與脊椎的問題是很好的工具，許多部位的腫瘤，例如：肺、肝、胰臟腫瘤能夠借由這個檢查來確定位置及測量大小，對周圍組織的侵犯程度亦能提供重要的訊息。利用在創傷的病人身上，電腦斷層可以快速診斷出大腦、肝臟、脾臟、腎臟或其他體內器官的傷害情形。
電腦斷層掃描雖然可將人體器官一層層掃描進電腦來觀察，但因為電腦斷層掃描也是用X光來成像的，所以所有電腦斷層掃描影像都是灰階的黑白影像。如果由靜脈注射含碘顯影劑，血管、腎臟、肝臟等構造會被強化變得比較白，比較容易辨認。而且大多數病灶，注射顯影劑后也會較清楚，因此注射顯影劑成為電腦斷層掃描檢查的重要步驟。
電腦斷層掃描最常用的部位是頭部、耳鼻喉、胸腔、腹部、骨盆腔、脊椎、骨關節，幾乎全身各部位都可用電腦斷層掃描來檢查。而頭部外傷、骨折、脫臼不必注射顯影劑，大多數脊椎檢查亦不必注射顯影劑。電腦斷層掃描檢查本身除須暴露輻射線外，并不會有副作用，單一檢查其輻射劑量并不會對人體造成危害。所有副作用都來自對顯影劑的過敏，例如輕微過敏、惡心、皮膚癢、皮膚蕁麻疹、呼吸急促等。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的医学影像MRI，CT和X-ray概述的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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