醫(yī)學(xué)成像技術(shù)

1、醫(yī)學(xué)成像技術(shù)摘要：本文主要介紹了醫(yī)學(xué)成像的方法。 著重介紹了幾種方法的特點(diǎn)及其在醫(yī)學(xué) 診斷中應(yīng)用。關(guān)鍵詞：成像技術(shù)，X射線計(jì)算機(jī)斷層成像(X-CT),磁共振成像(MRI)Medical Imaging TechnologyAbstract:This paper mostly introduces methods of medical imaging .It emphasizes the characterristics of some methods and appliacations of these method in diagnoses.Key Words: imaging techno

2、logy, X-ray computer tomography, magnetic rexonance imaging,1引言醫(yī)學(xué)圖像在醫(yī)學(xué)中占有重要地位。 顯微鏡的發(fā)明對(duì)醫(yī)學(xué)的發(fā)展是一次重大推 動(dòng)。因?yàn)樗谷藗円詧D像的形式觀察到了直接由眼睛所不能看到的微觀世界。 德 國(guó)物理學(xué)家倫琴(Wilhelm Conrad Rontgen)于1895年11月8日發(fā)現(xiàn)X射線，促 使醫(yī)學(xué)圖像第二次得到重大發(fā)展。 由于 X 線在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用使得人們能觀察到過(guò) 去看不到的人體內(nèi)部的形態(tài)結(jié)構(gòu)。1972年X線計(jì)算機(jī)斷層成像設(shè)備X-CT)的問(wèn) 世，使醫(yī)學(xué)成像技術(shù)出現(xiàn)了嶄新的面貌， 它可以給出無(wú)重疊的、 清晰度相對(duì)比度

3、 有很大提高的斷層圖像，這是發(fā)現(xiàn) x 線以來(lái)醫(yī)學(xué)圖像的又一次重大發(fā)展。 100多 年來(lái)放醫(yī)學(xué)影像設(shè)備迅速發(fā)展 條件日臻完善， 醫(yī)學(xué)成像技術(shù)日新月異。 特別近 些年來(lái)，醫(yī)學(xué)影像設(shè)備又有一些新的發(fā)展動(dòng)向。 第一動(dòng)向是， 技術(shù)的發(fā)展充實(shí)與 完善了設(shè)備的硬件與軟件功能； 第二個(gè)動(dòng)向是高檔設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)主要用于臨床 研究與功能的開(kāi)發(fā)， 代表了生產(chǎn)廠家的技術(shù)實(shí)力， 低檔設(shè)備則在努力充實(shí)與不斷 提高硬件的性能， 并且迅速把高、 中檔設(shè)備較成熟的功能與軟件移植過(guò)來(lái)， 從而 顯著改善了低檔設(shè)備的性能指標(biāo)，拓寬了低檔設(shè)備的適用范圍。2醫(yī)學(xué)成像的方法用于觀察人體信息為目的的各種成像技術(shù)不斷取得進(jìn)展， 各種成像方法都

4、有 各自的觀察特征?，F(xiàn)在常用的醫(yī)學(xué)成像方法有 X射線成像，核素成像(RI)，超聲 成像(USI)，X射線計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)，發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像(ECT)，磁共振 成像( MRI)。2.1X 射線成像它是借助X射線通過(guò)人體時(shí)，各部組織對(duì) X線的吸收不同產(chǎn)生不同的 陰影所形成的圖像。這種圖像是三維的人體的X線吸收分布投射在二維的成像媒 質(zhì)(如膠片)上形成的。所以它是把三維 (立體的)實(shí)體信息壓縮或堆積重棱在一個(gè) 二維平面上的圖像 , 是具有重疊特點(diǎn)的二維圖像。20世紀(jì)80年代初，CR在把傳統(tǒng)的X線攝影數(shù)字化，DR是計(jì)算機(jī)數(shù)字化能 力與常規(guī)X線攝影相結(jié)合的產(chǎn)物。所不同的是數(shù)字化方式不一樣，但究

5、其原理和 成像過(guò)程仍屬間接數(shù)字影像技術(shù)，不是最終發(fā)展方向。DDF是20世紀(jì)90年代開(kāi)始開(kāi)發(fā)的直接數(shù)字成像技術(shù)，它是采用平板探測(cè)器將X線信息直接數(shù)字化，不存 在任何的中間過(guò)程。 數(shù)字圖像不僅可以方便的將圖像“凍結(jié)”在熒光屏上， 而且 可以進(jìn)行各種各樣的圖像后處理。2.2核素成像 (R1)把放射性核素注入體內(nèi)， 由于它們的化學(xué)性質(zhì)的不同， 在人體內(nèi)各部有不同 的分布。利用在體內(nèi)不同分布的核素發(fā)射出的丫射線所形成的圖像稱為核素成像。核素成像和X射線成像不同的是：X線圖像顯示的是X線吸收的分布，而核 素成像顯示的放射性活性分布。盡管放射性核素成像所表現(xiàn)的圖像性質(zhì)和用 X 線獲得的圖像有明顯的不同， 但

6、它仍是三維的放射性核素分布投射到二維的顯示 器上，和X線一樣也是有重疊特點(diǎn)的二維圖像。利用丫照相機(jī)就可以得到放射性核素的圖像。丫照相機(jī)是含有檢測(cè)丫射線的 探頭系統(tǒng)，確定丫射線閃爍點(diǎn)坐標(biāo)的位置電路，反映丫射線強(qiáng)度的輝度調(diào)制電路 和顯示記錄系統(tǒng)等的大型現(xiàn)代化設(shè)備。丫照相機(jī)在20世紀(jì)的60 70年代得以迅速發(fā)展，但其不足之處在于它只能 進(jìn)行平面顯像而缺乏深度方面的信息。1963年 Oavid kuhl 提出了縱斷層和棧斷層的設(shè)想，但一直沒(méi)能實(shí)現(xiàn)。1972年CT研制成功,是醫(yī)學(xué)影像學(xué)的重大突破， 亦向核醫(yī)學(xué)提出挑戰(zhàn)。2.3超聲成像 （USI）它是一種較早建立的成像方法， 是把兆赫級(jí)超聲脈沖輻照于人體，

7、 在體內(nèi)傳 播過(guò)程中遇到聲阻抗變化的界面時(shí)發(fā)生反射，利用反射回來(lái)的回波形成的圖像。 超聲成像需要有十分精確的電子電路來(lái)變換超聲信號(hào)， 控制超聲的方向， 才能獲 得反射界面的二維圖像信息。 這些圖像信息被存貯到計(jì)算機(jī)的矩陣存貯器中、 隨 后被讀出到監(jiān)視器上。呈現(xiàn)一幅超聲圖像.如常用的B超圖像。圖像顯示的是組 織聲阻抗的不同。 超聲圖像是在三維的人體中經(jīng)超聲掃描某二維斷面而產(chǎn)生的真 正二維斷層影像，不是三維投射于二維的圖像。在一維A超和二維B超的基礎(chǔ)上二維超聲已逐步進(jìn)入臨床實(shí)用階段。M型超聲成份以其回聲隨時(shí)間變化的特點(diǎn)， 被廣泛應(yīng)用于心臟和大血管的檢查； 多普勒 超聲能對(duì)血流信號(hào)進(jìn)行無(wú)創(chuàng)性評(píng)價(jià)；彩

8、色多普勒血流速度成像應(yīng)用自相關(guān)技術(shù)， 把獲得的血流信息經(jīng)彩色編碼后， 顯示為彩色的二維圖像， 在心血管疾病診斷中 起著重要作用；彩色多普勒能量圖成像是依據(jù)運(yùn)動(dòng)散射體多普勒信號(hào)的強(qiáng)度或能 量，作為參數(shù)進(jìn)行成像， 能提供一些血管方面的信息， 對(duì)血管疾病的診斷有一定 地幫助。2.4X 射線計(jì)算機(jī)斷層成像 （X-CT）它依賴于計(jì)算機(jī)， 采用十分精密的掃描系統(tǒng)、 探測(cè)系統(tǒng)、 電子學(xué)電路和計(jì)算 機(jī)圖像處理系統(tǒng)等， 獲得人體真正二維截面的圖像。 這種圖像代表了人體某一體 層面的X線吸收分布情況，它不受被成像斷層面以外的其他體層的影響。這種圖像是將存貯在計(jì)算機(jī)矩陣存貯器中的數(shù)據(jù)讀出并顯示在監(jiān)視器上獲得的，所以

9、 CT圖像的空間分辨力比X線膠片圖像差些，但它對(duì)X線吸收差異的對(duì)比鑒別能 力卻非常高。寬探測(cè)器多層采集螺旋CT已于1998年度推出.它與普通的螺旋CT相比較， 主要區(qū)別在于探測(cè)器在 Z 鈾方向的寬度和列數(shù)不同，進(jìn)而決定了掃描的最薄層 厚、最短采集時(shí)間并且較普通螺旋 CT更薄、更短。它較好的解決了層厚與掃描 劑量的關(guān)系、X線管熱容量對(duì)連續(xù)掃描時(shí)間的限制、以及對(duì)重建圖像質(zhì)量、微細(xì) 結(jié)構(gòu)顯示功能等問(wèn)題。在掃描參數(shù)方面，多層螺旋CT比普通的螺旋CT采用了更 大的螺距（1.25:18:1），更薄的層厚（0.5mm）,更快的進(jìn)床速度（100mnZs）和更 長(zhǎng)的掃描距離（達(dá)180cm）。另外多層螺旋CT還提

10、高了時(shí)間分辨力（可小于 100ms）、低對(duì)比分辨力（降低了 30%以上的Ma值）、空間分辨力（24Lp/cm），降 低了層面間的重疊效應(yīng) （螺距為 3:1 僅有 4的重疊）、對(duì)比劑的使用劑量 （大約 可減少60%)。還有，自動(dòng)設(shè)定螺距的多層螺旋 CT也已定型。在應(yīng)用上，各種 專業(yè)的軟件應(yīng)用包已發(fā)揮其獨(dú)特的作用。如腦 CT灌注成像能早期診斷急性腦卒 中；心臟CT成像輔以心電門(mén)控用低劑量的X線可以顯示心臟的形態(tài)并能精確定 量分析心臟容量、 射血分?jǐn)?shù)、 室壁運(yùn)動(dòng)等參數(shù)， 利用多維功能可顯示各支冠狀動(dòng) 脈的形態(tài)， 對(duì)狹窄、粥樣斑塊與潰瘍及鈣化斑塊的鑒別診斷有很大地幫助； 創(chuàng)傷 專塌軟件包通過(guò)長(zhǎng)距離快速

11、掃描能觀察多發(fā)性、 多器官的復(fù)合性損傷； 腦功能改 變的早期檢測(cè)軟件包能預(yù)測(cè)早、中期腦卒中及腦腫瘤的早期檢測(cè)。2.5發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像 (ECT)把X-CT成像方法用到放射性核素成像中，也可以在二維斷面上獲得放射性 核素的真正分布圖像。 這種成像方法叫做發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像。 利用發(fā)射單一 丫光子的放射性核素通過(guò)CT成像方法所得到的圖像叫單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層 成像(SPECT);利用發(fā)射正電子的核素所得到的計(jì)算機(jī)斷層團(tuán)像叫做正電子 ECT (PECT或PET)。每一正電子湮沒(méi)時(shí)產(chǎn)生能量相等、 方向相反的兩光子，所以也有 的稱它為雙光子ECT前述的單光子ECT就是相對(duì)于此面言。ECT和 X-

12、CT相比， 它除能顯示器官的外形外，還能顯示器官的代謝功能，頗受醫(yī)學(xué)界的重視。70年代后期單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層儀(SPECT和正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷 層儀(PET)相繼研制成功，但直到80年代才廣泛投人臨床應(yīng)用，隨著SPECT PET 儀器的不斷更新和完善，不斷拓展了其臨床應(yīng)用的領(lǐng)域。2.6磁共振成像 (MRI)磁共振成像是利用生物組織中氫、 磷原子序數(shù)為單數(shù)的原子核的磁共振現(xiàn)象 所成的像。 氫以水等許多化學(xué)形式大量存在于人體中。 質(zhì)子(氫核)的狀態(tài)決定于 它的周圍環(huán)境， 質(zhì)子狀態(tài)的差異可以被用來(lái)表示不同組織間的不同狀況， 用精密 檢測(cè)設(shè)備就可以探測(cè)到在共振條件下從質(zhì)子發(fā)射出的信號(hào)， 用此信號(hào)

13、便可產(chǎn)生這 些質(zhì)子某些參數(shù)(密度分布、Ti、T2)的二維分布圖像。這些成像信號(hào)在計(jì)算機(jī)矩陣存貯器內(nèi)以數(shù)值來(lái)表示。MRI的成像信號(hào)可以在很大的范圍加以控制，所產(chǎn) 生的最后圖像的外貌對(duì)不同的控制條件有不同樣式。近年來(lái)，MF技術(shù)在宏觀上實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)成像技術(shù)并產(chǎn)生了 MF透視，在微觀上， 突破以往的像學(xué)僅用于顯示大體解剖與大體病理學(xué)改變的技術(shù)范疇 向顯微細(xì)胞 學(xué)、分子水平以至基因水平的成像技術(shù)方面發(fā)展。MF設(shè)備的梯度場(chǎng)強(qiáng)度是人家共同關(guān)心的重要參數(shù)。 它決定了 MR的最大切換 率，最短TR TE、最小矩陣，以及成像速度。實(shí)踐證明，梯度場(chǎng)強(qiáng)度的增加也 帶來(lái)了一些弊端，如何既能增加梯度場(chǎng)強(qiáng)度，又能降低噪聲是M

14、R設(shè)備方面的又一改進(jìn)動(dòng)向。在這些原則的指導(dǎo)下，中場(chǎng)超導(dǎo)開(kāi)放式MR的梯度場(chǎng)強(qiáng)度分別可達(dá)到15MT/MKms和20MT/Mkms同時(shí)，它還具有較高的切換率、較好的場(chǎng)均勻 性、較小的體積與較輕的重量，并兼?zhèn)溆懈?、低?chǎng) MR的一些特點(diǎn)，如成像速度 快、掃描層面薄、空間分辨力高，以及很好的脂肪抑制，較小的視野和較高彌散 “ B值。在臨床上，MR專用機(jī)也倍受青睬，目前，頭顱專用機(jī)、心臟專用機(jī)以 及骨關(guān)節(jié)專用機(jī)已用于臨床。在應(yīng)用上， MRA的主要改進(jìn)有實(shí)時(shí)或近乎實(shí)時(shí)的血 管成像，有注射對(duì)比劑的分期動(dòng)態(tài)成像， 有多層塊重疊伴偽影抑制技術(shù)， 長(zhǎng)距離 分段采集的拼接技術(shù)以及4DMR等。MRI主要有灌注成像，彌散成

15、像與腦皮質(zhì)功 能定位，心臟的灌注與彌散也開(kāi)始應(yīng)用于臨床。另外，MR迪有較大的發(fā)展，最 主要的標(biāo)志是顯示技術(shù)的改進(jìn)和顯示信息范疇的拓寬， 進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的還有小部位的3DMRS這種技術(shù)的府用，可以鑒別腫瘤與炎癥以及腫瘤復(fù)發(fā)識(shí)別。此外，醫(yī)學(xué)成像還有熱像圖，微波CT和阻抗CT等成像方法?；诠饴曅?yīng) 的熱聲斷層成像是近幾年出現(xiàn)的一種新的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。3結(jié)束語(yǔ)各種醫(yī)學(xué)成像技術(shù)和方法各有優(yōu)勢(shì)與不足， 并非一種成像技術(shù)可以適用人體 所有器官的檢查和疾病診斷， 也不是一種成像技術(shù)能取代另一種成像技術(shù)， 而是 相輔相成，相互補(bǔ)充和印證，從而保證了診斷的準(zhǔn)確性。近年來(lái)，醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的迅速發(fā)展， 越發(fā)顯現(xiàn)出它在診斷與治療方面的重要 性。已有技術(shù)不斷完善，新的成像技術(shù)不斷涌現(xiàn)，促進(jìn)了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展。參考文獻(xiàn) :1 梁廣明. 數(shù)字醫(yī)學(xué)成像技術(shù)概論 . 醫(yī)用放射技術(shù)雜志 , 2004, 6: 6-72 舒