醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展

1、醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展作者linux查看254發(fā)表時(shí)間2008/4/3 19:19【論壇瀏覽】作者：吉強(qiáng)作者單位：300204 天津，天津醫(yī)科大學(xué)中華現(xiàn)代影像學(xué)雜志2007年6月4卷6期 影像教育隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)取得了長足的發(fā)展。它是借助于某種能量與生物體的相互作用，提取生物體內(nèi)組織或器官的形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及某些生理功能的信息，為生物組織研究和臨床診斷提供影像信息的一門科學(xué)。所涉及的范圍越來越廣，有X線成像、超聲波成像、磁共振成像、紅外線成像、放射性核素成像、光學(xué)成像等。這些方法各有所長，互相補(bǔ)充，能為醫(yī)生做出確切診斷，提供愈來愈詳細(xì)和精確的信息。隨著各種影像設(shè)備的分辨率不斷提高，一些

2、成像系統(tǒng)已具備了顯微分辨能力，將活體影像學(xué)帶進(jìn)了基礎(chǔ)科學(xué)，使其可以深入到細(xì)胞、分子水平，即其成像技術(shù)從宏觀進(jìn)入了微觀，分子影像學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，醫(yī)學(xué)影像進(jìn)入了新的時(shí)代。1 X線成像技術(shù)1895年倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線（X-ray），這是19世紀(jì)醫(yī)學(xué)診斷學(xué)上最偉大的發(fā)現(xiàn)。X-ray透視和攝影技術(shù)作為最早的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，直到今天還是使用最普遍且有相當(dāng)大的臨床診斷價(jià)值的一種醫(yī)學(xué)診斷方法。X線成像系統(tǒng)檢測的信號(hào)是穿透組織后的X線強(qiáng)度，反映人體不同組織對(duì)X線吸收系數(shù)的差別，即組織厚度及密度的差異；圖像所顯示的是組織、器官和病變部位的形狀。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)字成像技術(shù)越來越廣泛地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的屏片攝影。數(shù)字X線檢查技術(shù)

3、包括計(jì)算機(jī)X線攝影、直接數(shù)字X線攝影、數(shù)字減影血管造影和XCT等。XCT的問世被公認(rèn)為倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來的重大突破，是標(biāo)志著醫(yī)學(xué)影像設(shè)備與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的里程碑。自20世紀(jì)70年代初開始在臨床應(yīng)用以來，經(jīng)過多次升級(jí)換代，由最初的普通頭顱CT機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的高檔滑環(huán)式螺旋CT和電子束CT。其結(jié)構(gòu)和性能不斷完善和提高，可用于身體任何部位組織器官的檢查，因其密度分辨率高，解剖結(jié)構(gòu)顯示清楚，對(duì)病變的定位和定性較高，已成為臨床常用的影像檢查方法。2 核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)又稱放射性核素成像（RNI）系統(tǒng)，所檢測信號(hào)是攝人體內(nèi)的放射性核素所放出的射線，圖像信號(hào)反映放射性核素的濃度分布，顯示形態(tài)學(xué)信息和功

4、能信息。核醫(yī)學(xué)成像與其他影像學(xué)成像具有本質(zhì)的區(qū)別，其影像取決于臟器或組織的血流、細(xì)胞功能、細(xì)胞數(shù)量、代謝活性和排泄引流情況等因素，而不是組織的密度變化。它是一種功能性影像，影像的清晰度主要取決于臟器或組織的功能狀態(tài)，由于病變過程中功能代謝的變化往往發(fā)生在形態(tài)學(xué)改變之前，故核醫(yī)學(xué)成像也被認(rèn)為是最具有早期診斷價(jià)值的檢查手段之一。早期開發(fā)的核醫(yī)學(xué)成像儀器是放射性核素掃描儀。CT技術(shù)問世后，將放射性核素掃描與CT技術(shù)結(jié)合起來，開發(fā)出發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層掃描術(shù)（ECT）。ECT技術(shù)不僅能動(dòng)態(tài)觀察臟器的形態(tài)、功能和代謝的變化，而且能進(jìn)行體層顯像和立體顯像。ECT可分為單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層（SPECT）與正電

5、子發(fā)射型計(jì)算機(jī)體層（PET）兩類，兩者的數(shù)據(jù)采集原理不同。PET/CT是將最先進(jìn)的PET和CT的功能有機(jī)地結(jié)合在一起的一種全新的功能分子影像診斷設(shè)備。PET通過使用代謝顯像劑、乏氧顯像劑等藥物，可以將腫瘤病灶的代謝信息表達(dá)出來，通過這些信息可以容易地確定腫瘤組織和正常組織及病灶周圍的非腫瘤病變組織的界限，以及腫瘤病灶內(nèi)瘤細(xì)胞的分布情況，真正做到以生物靶區(qū)為基礎(chǔ)制定放療計(jì)劃。CT能夠精確提供腫瘤病灶解剖結(jié)構(gòu)。PET/CT融合的圖像既能提供精確的解剖結(jié)構(gòu)圖像，又能提供生物靶區(qū)的材料。使用PET/CT制定放療計(jì)劃對(duì)于臨床來說是一個(gè)全新的分子影像領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。3 超聲成像技術(shù)超聲成像系統(tǒng)的

6、檢測信號(hào)是超聲回波，圖像信號(hào)反映人體組織聲學(xué)特性的不同，從而顯示甚至動(dòng)態(tài)顯示器官的大小和形狀。超聲成像設(shè)備主要應(yīng)用超聲波良好的指向性和其反射、折射、衰減規(guī)律及多普勒效應(yīng)等物理特性，采用各種掃查方法，將給定頻率的超聲波導(dǎo)入體內(nèi)，超聲波遇到不同組織或器官界面時(shí)，將發(fā)生不同程度的反射和透射，接收攜帶信息的回聲，利用不同的物理參數(shù)，將信號(hào)經(jīng)處理后，顯示為波形、曲線或圖像，觀察分析這個(gè)結(jié)果，結(jié)合臨床表現(xiàn)可對(duì)疾病做出診斷。超聲成像設(shè)備有利用超聲回波的超聲診斷儀、超聲多普勒系統(tǒng)、諧波成像系統(tǒng)，及利用超聲透射的超聲計(jì)算機(jī)體層成像系統(tǒng)。前者應(yīng)用更為廣泛，根據(jù)其顯示方式不同，可以分為A型（幅度顯示）、B型（切面顯

7、示）、M型（運(yùn)動(dòng)顯示）、P型（超聲多普勒）等。目前醫(yī)院中用得最多的是B型超聲波診斷儀，俗稱B超，其橫向分辨率可達(dá)到2 mm，所得到的軟組織圖像清晰而富有層次。超聲多普勒系統(tǒng)利用回聲的頻差，顯示運(yùn)動(dòng)器官的動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)血流和心臟參數(shù)的測量。諧波成像是近年來發(fā)展起來的又一種新超聲技術(shù)，顯示二次諧波和高頻傳遞的信息，用于觀察心臟室壁運(yùn)動(dòng)和心肌灌注質(zhì)量的對(duì)比諧波成像，改善深部組織圖像質(zhì)量。超聲分子顯像是一門新興發(fā)展的，以靶向超聲微泡造影劑為顯像劑，能夠?qū)w內(nèi)組織器官微觀病變進(jìn)行分子水平的探測與顯像的方法。超聲造影是利用造影劑后使散射回聲增強(qiáng)，明顯提高超聲診斷的分辨力、敏感性和特異性的技術(shù)。隨著儀器性能

8、的改進(jìn)和新型聲學(xué)造影劑的出現(xiàn)，超聲造影已能有效地增強(qiáng)心肌、肝、腎、腦等實(shí)質(zhì)器官的二維超聲影像和血流多普勒信號(hào)，反映和觀察正常組織和病變組織的血流灌注情況，已成為超聲診斷的一個(gè)十分重要和很有前途的發(fā)展方向。有學(xué)者把它看作是繼二維超聲、多普勒和彩色血流成像之后的第三次革命。4 磁共振成像技術(shù)磁共振（MRI）成像系統(tǒng)檢測的信號(hào)是生物組織中的原子核所發(fā)出的磁共振信號(hào)。原子核在外加磁場的作用下接受特定射頻脈沖時(shí)會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，MRI系統(tǒng)通過接收共振信號(hào)并經(jīng)計(jì)算機(jī)重建圖像，用圖像反映人體組織中質(zhì)子狀態(tài)的差異，從而顯示體層內(nèi)的組織形態(tài)和生理、生化信息，系統(tǒng)通過調(diào)整梯度磁場的方向和方式，可直接獲得橫、冠、矢狀

9、斷面等不同體位的體層圖像。MRI自20世紀(jì)80年代用于臨床，第一次使人體解剖三維成像。MR的進(jìn)步集中反應(yīng)在設(shè)備硬件發(fā)展基礎(chǔ)上，成像速度的提高及成像方式的改進(jìn)和擴(kuò)展，實(shí)時(shí)成像技術(shù)和其開發(fā)的回波平面序列，除提高已有的性能外，MR功能性成像進(jìn)一步得到了發(fā)展。灌注成像、彌散成像、血氧水平依賴性成像成為新的成像方式，前二者反映的已不是大體形態(tài)學(xué)信息，而是分子水平的動(dòng)態(tài)信息，后者可以實(shí)施大腦皮質(zhì)的功能定性，張力成像可測定組織的張力差別。隨著新型磁共振機(jī)的開發(fā)，揭開了磁共振應(yīng)用領(lǐng)域新的一頁，即運(yùn)動(dòng)MR和介入MR的應(yīng)用和研究。MR血管成像、MR水成像、MR血流成像、臟器功能的檢測、MR波譜分析、動(dòng)脈血質(zhì)子標(biāo)記

10、技術(shù)、抗血管生成因子輔助MR功能成像等技術(shù)的應(yīng)用，使磁共振成像進(jìn)一步突破了影像學(xué)僅應(yīng)用于顯示大體解剖和大體病理學(xué)改變的技術(shù)范圍，向顯示細(xì)胞學(xué)的、分子水平的以至基因水平的成像方面發(fā)展。5 紅外線成像技術(shù)熱像儀不主動(dòng)發(fā)射任何射線，而是被動(dòng)接收人體所輻射的“熱線”紅外線，形成人體的“熱”影像，是人體的二維“熱”（溫度）分布圖像。由于人體器質(zhì)性的組織結(jié)構(gòu)和形態(tài)變化，只能在疾病發(fā)展到一定程度才會(huì)出現(xiàn)，而遠(yuǎn)紅外線診斷技術(shù)正是采集這種組織結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能的變化來診斷疾病，實(shí)踐證明，疾病在出現(xiàn)結(jié)構(gòu)和形態(tài)變化之前，就會(huì)在病灶區(qū)出現(xiàn)溫度的變化，而且變化范圍的大小、形狀和溫差的大小反映了疾病的性質(zhì)和嚴(yán)重程度，即紅外

11、熱像儀不僅可以診斷疾病病情，甚至可以提前陽性發(fā)現(xiàn)期，使醫(yī)患雙方密切注意病情發(fā)展，以贏得寶貴的確診時(shí)間。紅外線成像技術(shù)不僅對(duì)組織器官的炎癥、疼痛、血液循環(huán)狀態(tài)等有重要的診斷價(jià)值，而且對(duì)惡性腫瘤的診斷及轉(zhuǎn)移傾向，腫瘤狀況也有著重要的臨床價(jià)值。6 光學(xué)成像技術(shù)早期的光學(xué)顯微鏡為生命科學(xué)的研究提供了十分有用的工具。但由于生物組織的極度不均勻性，形成了對(duì)光波的強(qiáng)烈的散射作用，加之生物組織對(duì)光波的強(qiáng)烈吸收，致使光波無法深入到生物組織，也就不能從生物組織中取出清晰的圖像。隨著光子學(xué)的驟然興起，近年來科學(xué)家們研制了一系列光學(xué)與光子學(xué)取像方法。共焦掃描光學(xué)顯微鏡具有許多常規(guī)顯微鏡所沒有的特性。它只允許由處在焦平

12、面上的樣品薄層的反射光通過目鏡而被觀察和記錄，因此得到的是樣品中一個(gè)薄層圖像。圖像具有高的對(duì)比度和高的分辨率。掃描近場光學(xué)顯微術(shù)是在近場探測原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種光學(xué)掃描探針技術(shù)，其分辨率突破了光學(xué)衍射極限，可達(dá)10200 nm。采用一亞波長尺寸的光學(xué)探針作為光源和探測器。當(dāng)一個(gè)亞波長孔徑的微小光源在物體的近場范圍內(nèi)照射時(shí)，照射光斑的面積只和孔徑大小有關(guān)而與波長無關(guān)。把探針置于物體的近場區(qū)域(100 nm)，反射光或投射光中將攜帶物體亞波長尺寸結(jié)構(gòu)的信息，通過掃描采集樣品中各“點(diǎn)”的信號(hào)光即可得到分辨率小于半波長的樣品的近場圖像。結(jié)合相應(yīng)的光譜技術(shù)探測生物樣品微區(qū)的超微光譜圖像，特別是為生物單個(gè)大分子探測開辟了一條新的途徑。光學(xué)相干顯微術(shù)是從強(qiáng)散射介質(zhì)中獲取圖像的最有發(fā)展前途的一種新技術(shù)。這種新技術(shù)將低相干干涉儀與共焦掃描顯微鏡結(jié)合在一起，目前已實(shí)現(xiàn)的空間分辨率為4 m，探測深度達(dá)12 mm。其高性能的成像本領(lǐng)是通過下述兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的：一是利用靈敏的外差探測，二是離開焦點(diǎn)的散射光不被探測器探測。光學(xué)相干層析術(shù)和光學(xué)相干顯微術(shù)的原理和結(jié)構(gòu)是相同的，僅是物鏡的數(shù)值孔徑不一樣。它們非常適宜于對(duì)活體組織內(nèi)部進(jìn)行分層探測。利用這種技術(shù)已成功地監(jiān)測了胚胎發(fā)育過程中的形態(tài)變化，鑒別正常與非正?；虻谋磉_(dá)。用這種技術(shù)還可以