放射解剖学与医学影像学
放射解剖学是人体解剖学知识与临床实践的结合点,汇集了多种无创性体内结构可视化方法。最常用的成像方式为放射摄影(X 线)、计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)。X 线与 CT 需使用电离辐射,而 MRI 则利用磁场检测体内的质子。MRI 是三者中最安全的,但每种技术也均有其优势,首选方法取决于待检查的结构。
如果你分析过断层解剖图像,解读扫描图像对你来说会容易得多。建议你查看科纳博Kenhub关于此主题的资料。即使没有分析的经验也没关系,本专题是易于理解的。如果你一开始无法进行完美分析也无需担心,因为除了知识,成为影像解读专家还需要实践。在本专题中,我们汇集了你开始接触医学影像所需的一切知识。
X 线放射摄影 |
一种利用电磁波束(X射线)生成二维影像的成像技术,影像依据组织密度呈现。 |
|---|---|
计算机断层扫描(CT) |
一种利用 X射线束生成二维和三维影像的成像技术,影像依据组织密度呈现。 |
磁共振成像(MRI) |
一种利用无线电波和磁场,依据组织质子(氢)水平生成影像的成像技术。 |
超声检查(U/S) |
一种利用高频声波,依据组织密度呈现影像的成像方法。 |
核医学 |
一类利用发射γ射线的放射性药物,检查特定身体部位功能的成像方法。 |
常见医学影像学检查
X线
放射摄影是利用X线或电磁波的成像方法。这些波穿过人体,部分被组织吸收,其余到达后方的X线胶片,从而形成称为X线片的二维(平面)影像。致密组织(骨)吸收大部分射线,在X线片上呈白色;空气不阻挡任何射线,呈黑色;其他组织则介于灰度之间。
这些规则构成了基本的放射学语言;
- 致密/不透亮区:指图像中明亮的(白色)区域。例如:肱骨。
- 透亮区:指图像中暗的(黑色)区域。例如:肺部的空气。
X线仍是应用广泛的医学成像方式,因其具有高空间分辨率,可全面显示轴向(断层)视角下难以观察的结构。放射摄影最常用于胸部X线(CXR)、腹部X线和骨骼X线。
CT (计算机断层扫描)
计算机断层扫描(CT),早期称为计算机轴向断层扫描(CAT),是另一种无创成像技术。CT 同样使用X线,但设备更为先进。机器围绕静止的患者旋转,生成多个断层图像,这些图像可进一步重建为三维图像,从而获得特定身体区域的断层切面。由于CT使用X线,图像同样取决于组织密度。密度以亨氏单位(HU)表示,范围从骨的+1000(亮白色)、水的0(灰色)到空气的-1000(黑色)。人体内每种组织都有放射科医师熟悉的正常密度。当密度发生改变时,我们使用基本的CT术语描述:与其他结构相比,呈高密度、低密度或等密度。
CT 相较于X线摄影的优势在于,它能提供身体的三维视角,更准确地显示感兴趣区域。CT有多种技术,如单层CT(SSCT)、螺旋CT和多层CT(MSCT)。这些技术在 “层厚” 和成像所用辐射剂量上有所不同。CT机还可根据需要观察的结构,在骨窗和软组织窗之间切换。此外,CT成像可与放射造影剂结合使用,作为可视化辅助手段。
掌握CT扫描的方位至关重要。对于轴向扫描,想象你正从患者的脚部向上观察(从下方看CT层面),且你与患者面朝相反方向。然后可使用RALP缩写来确定层面上 9、12、3、6 点钟的方位:
- R (right) 9点方向 - 患者的右侧
- A (anterio) 12点方向 - 前侧
- L (left) 3点方向 - 左侧
- P (posterior) 6点方向 - 后侧
MRI (磁共振成像)
MRI是一种除解剖结构外,还可显示体内生理过程的成像方式(功能MRI - fMRI)。MRI利用磁场和射频脉冲激发体内的质子(氢离子)。被激发的氢离子向MRI扫描仪发射信号,扫描仪根据信号强度生成灰度图像。由于人体主要由脂肪和水构成,有大量氢质子可被检测。
组织中这些质子的密度与信号强度相关,即密度增加 = 信号增强。高信号强度显示为白色,中等信号强度为灰色,低信号强度为黑色。当某结构比正常更亮时,称为高信号;更暗时,则为低信号。质子密度在某些病变中升高,如水肿、感染、炎症、脱髓鞘、出血、部分肿瘤和囊肿;在另一些病变中降低,如瘢痕组织、钙化、部分肿瘤、包膜和膜形成。新手需要注意:CT 中使用 “密度”,MRI 中使用 “信号强度”,考试中切勿混淆这些术语!
MRI无辐射,可结合造影剂使用,且能对身体任意平面成像。尽管看似完美的成像方法,但它也存在一些缺点。MRI 扫描时间比CT长,且机器噪音大,患者需置于狭窄的管道内(对幽闭恐惧症患者而言存在问题),部分人会感到不适。此外,由于产生强磁场,体内有金属植入物者绝对禁忌MRI。鉴于其特性,若无禁忌,MRI 是软组织成像的最佳技术。
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MRI 提供多种成像方式,放射技师可根据需要聚焦的结构进行切换。基本的 MRI 方法包括:
- T1w - T1 加权像:最适合显示以脂肪为主的结构(液体呈暗/黑色;脂肪呈亮/白色)。
- T2w - T2 加权像:显示由水和脂肪共同构成的结构(脂肪和液体均呈亮白色)。
- PD - 质子密度像:便于检查肌肉和骨骼。
- FLAIR - 液体衰减反转恢复像:最适合显示脑部,有助于识别中枢神经系统疾病,如脑卒中、多发性硬化和脑膜炎。
- DWI - 弥散加权成像:检测组织内(细胞外和细胞内)液体的分布。在某些疾病(梗死、肿瘤)中,液体腔室间的平衡会发生改变,因此 DWI 可用于软组织的结构和功能评估。
- 血流敏感成像:无需使用造影剂即可检查体液流动,可评估脑脊液流动和血管内血流是否正常。
MRI 主要用于神经影像学(NMRI)、肌肉骨骼、胃肠道和心血管系统评估。
超声检查
超声检查使用从换能器通过人体皮肤发射的高频声波。这些声波从内部身体结构的轮廓反射回换能器,然后换能器将其转换成像素化的图像显示在相连的监视器上。此处组织的密度决定了它们的回声性,即它们会反射回(回声)或穿透的声波量。
非常致密的组织(骨)呈高回声,显示为白色;疏松结构呈低回声,显示为灰色;而液体呈无回声,显示为黑色。超声可实时显示过程,因此适用于某些结构的即时评估。其应用广泛,如监测妊娠进展(产科超声)、病理筛查(如乳腺癌)以及检查空腔脏器的内容物(如胆囊)。用于检查动脉和静脉内血流的超声称为多普勒超声,经颅超声和颈动脉超声是很好的例子,前者检查脑血流,后者检查颈动脉内血流。
核医学成像
核医学成像用于可视化特定身体部位的功能,而非结构。将放射性药物(静脉注射)给予患者,生成该药物通过、积聚或排泄的图像,从而提供相关器官功能的信息。一种常见的核医学成像技术是正电子发射断层扫描(PET)。PET可用于几乎所有身体系统的功能检查 —— 骨骼、心血管、神经、内分泌系统。以下列举两种常见检查作为示例:
- 脑PET:给予¹⁸FDG(放射性氟代脱氧葡萄糖),其为葡萄糖类似物,分布于全脑以评估脑活动。有助于检测大脑皮质的功能减退和功能亢进区,从而诊断癫痫、痴呆、阿尔茨海默病和帕金森病等疾病。
- 心肌灌注:给予⁸²Rb(放射性铷),用于检测心肌梗死或冠状动脉缺血性疾病。
放射造影剂
造影剂是与成像工具特异性相互作用,提高被检查身体结构视觉对比度的物质。造影剂可吸收辐射(X 线、CT)、具有磁化能力(MRI)或改变超声传播(超声)。核医学(PET)使用向成像机发射辐射的放射性核素或放射性药物。常见造影材料包括碘、钡和钆基产品,可经口服、血管内注射或灌肠给药。
头颈部
脑部MRI
脑部MRI用于观察大脑皮质(灰质)、白质、脑脊液(CSF)、脑室、脑池及颅骨的解剖结构。记住大致规律:T1 加权像中液体呈暗色、脂肪呈亮色;T2 加权像中脂肪和液体均呈亮色。具体表现为:
- T1加权像:皮质呈灰色,白质呈浅灰色,脑脊液呈黑色,骨髓呈白色。
- T2加权像:皮质呈浅灰色,白质呈深灰色,脑脊液呈白色,骨髓呈浅灰色。
以上图所示尾状核层面为例,需观察的主要结构包括:颅骨、皮质脑回、脑室、皮质下结构及脑叶(额叶、颞叶、枕叶、岛叶)。首先,外层白色环形结构为包绕大脑的颅骨骨髓;向内,颅骨与大脑间的黑色区域为肌肉、鼻窦及脑膜间隙。
其次,观察大脑外表面,薄层白色结构为皮质脑回,排列紧密但可分辨。再寻找第三脑室,为位于脑中央的裂隙状白色结构;其前外侧为侧脑室,呈正常的角状外观。脉络丛在T2加权像上亦呈高信号。皮质下结构(基底节、丘脑)位于第三脑室两侧,呈深灰色。最后,运用神经解剖知识定位脑叶:额叶、颞叶、枕叶及岛叶。
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头部CT
头部CT是观察脑部解剖的另一方法。先以灰度CT语言描述头部解剖:仅含空气的结构呈黑色(头部为副鼻窦、乳突小房);含钙结构(骨)呈白色;液体(血液、脑脊液)及软组织(脑、眼、肌肉等)呈各种深浅的灰色。
识别结构需注意两点:一是记住其解剖位置,预判观察部位;二是记住CT典型的灰度顺序:空气 > 水 > 白质 > 灰质 > 血液 > 骨。
首先,图像中亮白色结构为颅骨,可清晰辨认额骨、颧骨、蝶骨、下颌骨、颞骨及枕骨。重点观察骨内空腔:图像显示额窦、筛窦气房及乳突小房,因充满空气呈纯黑色。此外,还可见眼球及眼外肌(内直肌、外直肌),呈等密度,与对侧对称,符合正常CT表现。
脑组织整体呈灰色,灰质(大脑皮质、深部核团)略浅于内部白质(看似矛盾,却是记忆要点)。蛛网膜下池及脑室正常充满脑脊液,在正常头部CT中呈暗色(低密度)。
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颈部 CT
在解剖课上,你已经学习了颈部所有重要的结构,如椎骨、上呼吸道和消化道、腺体、血管和神经。现在你可以将这种知识应用到正常的颈部CT上。
在观察颈部CT时,按黑、白、灰三色模式来定位结构:
让我们从黑色开始。我们在这里应该看到的唯一黑色信号是气管内的空气,表现为图像前部的深黑色圆形区域。唯一的白色信号应该来自颈椎,在我们的图像中清晰地显示为唯一明亮的高密度结构。它清晰地展示了我们熟悉的椎体形状,中央有椎管(灰色)。颈部其余的内容物都是软组织,均呈现为各种深浅的灰色。这包括颈部的器官、结缔组织和肌肉。
气管正后方为肌性管道--食管;甲状腺叶位于气管两侧。颈动脉鞘包绕颈总动脉、颈内动脉、颈内静脉、迷走神经(CN X)及颈深淋巴结。根据头颈部解剖知识,能看到颈动脉鞘内的这些血管位于甲状腺叶外侧,管腔呈规则圆形。其余结构为颈部肌肉:尝试在图中定位胸锁乳突肌、斜角肌、胸骨舌骨肌、胸骨甲状肌、肩胛提肌及竖脊肌。
通过更多的颈部CT扫描和测验,掌握头颈部影像解剖学。
胸部
胸部X线
阅读胸部X线最简单的方法是遵循ABCD原则:气道(Airways)、呼吸(Breathing)、心脏(Cardiac)、膈肌(Diaphragm)。
呼吸(Breathing)意味着检查气管、肺和胸膜。如果你仔细观察,你会看到充满空气的气管位于正中矢状面,在椎骨前方并与椎骨的阴影重叠。跟随气管向下至气管隆突,它在此分为左、右主支气管。主支气管随后与肺动脉、静脉和淋巴结一起进入肺门。围绕肺门的淋巴结在健康人中通常不可见,而血管和支气管则在肺实质内继续分支。你可以看到这种从肺门方肺野内延伸的线状不透亮影。如果没有气管支气管的阴影,肺部会因充满空气而显示为全黑。只有在能看到胸膜时才需要注意它,因为在正常的胸部X光中胸膜是不可见的。
心影指心脏轮廓,可见其左右两缘。右缘有两个凸起;较低的来自右心房,较高的来自升主动脉。左缘显示两个由凹陷隔开的凸起。上凸起来自主动脉结,这是主动脉弓延续为降主动脉的部位。下凸起来自左心室。凹陷来自肺动脉干和左肺动脉。
观察膈肌时,我们会首先注意到右半膈肌略高于左半膈肌,因为它被下方的肝脏向上推。膈肌分别与肋骨和心脏汇合的角度称为肋膈角和心膈角。正常情况下,这些角度是锐角且清晰的。最后,看一下胸廓的骨性框架。识别锁骨、肩胛骨和胸骨,并尝试数一下肋骨和椎骨。
通过多幅胸部横断面图像来纵览胸部解剖,并通过带标注的X光片、文章和测验了解更多关于胸部X光的知识。
胸部CT
胸部CT是另一胸部成像方式,尤其适用于显示肺间质及器官、血管的大小与管径。
不同CT层面可见不同解剖标志:如T1层面的胸锁关节、T3层面的头臂干、T4层面的主动脉弓。下图可见头臂干,提示为T3层面CT扫描。
胸部CT中大部分区域呈黑色(空气呈黑色),代表充满空气的肺组织;另一含气结构为气管,位于图像中央,呈明确圆形。
图像中看到的白色部分是骨骼。追踪胸廓的每一块骨骼,并在此过程中运用你的解剖学知识。你能看到T3椎骨、肋骨、胸骨和锁骨吗?
灰色为软组织及器官:气管旁可见心脏及大血管(升主动脉、降主动脉、上腔静脉、肺动脉干),大血管呈圆形。胸廓外侧可见胸壁肌肉及皮下组织的灰色影。
腹盆部CT
与 X 线一同,CT是检查腹盆部解剖的首选方法,可清晰显示骨、空气、脂肪及液体。回忆一下:空气呈黑色,骨呈白色,软组织、器官及液体呈不同灰度。
首先,外层灰色环为皮肤;向内为皮下组织的暗带;再向内为躯干肌肉的灰色层。前方可辨认腹肌:腹直肌、腹外斜肌、腹内斜肌及腹横肌;后方为背部肌肉:背阔肌、竖脊肌、腰方肌及髂腰肌。后方肌肉间嵌有白色(高密度)的L3椎骨,其椎体与后弓间为灰色椎管。
腹部器官位于肌肉内侧。先看实质性器官:肝脏清晰可见,呈灰色,占据患者右侧大部分空间;胆囊密度略低,紧贴肝前方。其次为胰腺,呈中等灰色,位于CT图像中央。向后可见成对器官,左右对称,为肾脏;注意肾盂密度低于肾实质。
再看空腔脏器:胃、小肠及大肠,因充满空气,管腔呈黑色,管腔由白色软组织壁清晰分界。图像中央可见大血管的灰色圆形影:在图像中寻找下腔静脉、腹主动脉及肾动脉、肾静脉。
为便于定位,可以查看腹部横断面图像,然后进行更多的腹盆部CT和测验。
上肢
肩关节 MRI
MRI 是检查关节的首选方法,可高分辨率显示肌肉骨骼结构。下图为肩关节轴位质子密度加权(PD)扫描。在此序列中,骨呈白色,肌肉呈深灰色,肌腱和韧带呈黑色。
图像外层白色环为皮肤及皮下组织,中央白色圆形结构为肱骨;同时可见高亮的喙突和肩胛骨,其余软组织呈灰至黑色。肩关节MRI中,软组织分为两类功能组:关节静态稳定结构(盂唇、纤维囊、盂肱韧带、喙肱韧带)和关节动态稳定结构(肩袖及周围肌肉)。
肩关节的静态稳定结构是纤维囊、盂唇和韧带。关节盂囊界定关节盂腔,在此处显示为围绕肱骨的黑色空间。其次,关节盂的纤维软骨边缘,即盂唇,在盂肱关节的边缘显示为黑色的三角形区域。肩关节的韧带——盂肱韧带、喙肱韧带和肱骨横韧带——通过防止肱骨头脱位来稳定关节。前两者附着于盂唇和肱骨之间,而后者覆盖肱骨的结节间沟。所有韧带都显示为在横断面上延伸的纯黑色条带。
动态稳定结构是肩袖肌群、肱二头肌和肱三头肌。它们在运动过程中加强关节的纤维囊。正常情况下,可以看到肩袖肌群的肌腹和肌腱向盂肱关节汇聚。注意,肱二头肌肌腱应附着于12点钟方向的位置,所以如果你在其他位置看到它,可能意味着存在肩部撞击损伤。这些肌肉的肌腱容易撕裂,撕裂时局部呈高信号(白色)。
了解更多正常肩关节MRI内容。
腕关节MRI
腕关节T1加权(T1w)MRI中,骨呈白色,血管呈亮灰色,肌肉呈深灰色,肌腱、韧带和神经呈黑色。最佳观察方式分为骨、韧带、腕管和肌腱四部分。
对骨骼而言,注意横跨我们图像中心的立方体状明亮结构,这些是腕骨。从内侧到外侧,识别豌豆骨、三角骨、钩骨、头状骨和舟骨。接下来看一下韧带,它们显示为填充骨骼之间空间的灰色组织。
嵌在腕弓弯曲之下的的是腕管。注意屈肌支持带的灰色组织、正中神经的大中灰色圆形区域,以及所有屈肌腱的深黑色圆形区域。测试自己,看能否命名在此MRI中看到的所有屈肌腱。屈肌支持带将腕管与尺管隔开,尺管中通过尺神经和尺动脉。你可以在手掌侧的尺侧看到这两个相邻的中灰色圆形结构。
伸肌腱穿过手背侧,被伸肌支持带覆盖。它们的形态与掌侧对应肌腱相同:肌腱是深黑色圆形,血管是灰色圆形。手部的背侧韧带和结缔组织也是灰色的。最后,在常规腕部MRI中可以看到手部内在肌的肌腹。在我们的扫描中,我们看到小指收肌的深灰色肌腹,被高信号的脂肪组织包围。
下肢
膝关节MRI是肌肉骨骼系统最常用的成像检查。下图为股骨髁层面质子密度加权(PD)MRI,此序列呈现膝关节三色图谱:韧带和半月板呈黑色,骨髓呈深灰色,关节软骨呈白色。
从前部开始,你首先看到的结构是髌韧带,显示为黑色。正后方是髌骨和髌下脂肪垫,两者都显示为灰色。接下来你会看到股骨髁,它们熟悉的弯曲形状显示为深灰色,占据了图像的大部分。在股骨髁的前后方,我们可以看到颜色较浅的关节软骨线。
下面关注正位于图像中心、髁间窝之间的黑色小结构,这是前交叉韧带。胫侧副韧带和腓侧副韧带也能看到,它们是股骨内侧和外侧的黑色结构。在质子密度加权MRI中,肌肉肌腱显示为黑色,而肌肉显示为灰色。定位股二头肌、缝匠肌、半膜肌、跖肌、腘肌和腓肠肌。
观察腓肠肌内、外侧头,两头之间可见圆形血管结构:腘动脉、腘静脉、腓肠静脉;其后方、形态不太圆的为胫神经。仔细观察,腓肠肌外侧还可见其他神经血管结构,尤其是腓总神经。
从此处开始学习膝关节MRI成像。