生物医学成像技术

生物医学成像技术——扩展医生的视野至患者身体内部

2023/7/11医学成像简介问题：什么是医学成像?

医学成像是借助于某种介质（如X线、电磁场、超声波、放射性核素等）与人体的相互作用，把人体内部组织、器官的形态结构、密度、功能等，以图像的方式表达出来，提供给诊断医生，使医生能根据自己的知识和经验对医学图像中所提供的信息进行判断，从而对病人的健康状况进行判断的一门科学技术。问题：医学成像的目的是什么？

通过各种方式探测人体，获得人体内部结构的形态、功能等信息，将其转变为各种图像显示出来，进行医学研究和诊断。医学成像简介医学成像（影像医学），即医学影像在临床方面的应用。通常是指研究影像构成、撷取与储存的技术、以及仪器设备的研究开发的科学。医学影像是指为了医疗或医学研究，对人体或人体某部份，以非侵入方式取得内部组织影像的技术与处理过程，是一种逆问题的推论演算，即成因(活体组织的特性)是经由结果(观测影像信号)反推而来。作为一门科学，医学影像属于生物影像，并包含影像诊断学、放射学、内视镜、医疗用热影像技术、医学摄影和显微镜。另外，包括脑波图和脑磁造影等技术，虽然重点在于测量和记录，没有影像呈显，但因所产生的数据俱有定位特性(即含有位置信息)，可被看作是另外一种形式的医学影像。医学成像简介医学成像并非我们平时认为的放射科。有些医院会设有影像医学中心、影像医学部或影像医学科，设置相关的仪器设备，并编制有专门的护理师、放射技师以及医师，负责仪器设备的操作、影像的解释与诊断(在台湾须由医师负责)，这与放射科负责放射治疗有所不同。研究如何判读、解释与诊断医学影像的是属于放射医学科，或其他医学领域(如神经系统学科、心血管病学科...)的辅助科学。2023/7/11医学成像简介作为生物医学工程专业的一门重要专业方向课程，医学成像技术将为学生对实现医学自动化所必须的图像化诊断提供依据，使学生从医学成像原理、医学成像设备及医学成像系统分析等方面系统掌握该研究领域的基础知识，了解该领域的最新发展方向。2023/7/11现在让我们来看看为生物医学成像做出贡献的大师们！2023/7/11X射线之父－伦琴伦琴夫人的手指伦琴的实验室伦琴因发现X射线获得首届诺贝尔物理学奖。

2023/7/11

Hounsfield和Cormack因发明CT获得1979年诺贝尔医学和生理学奖。2023/7/11Bloch和Purcell因发现NMR现象获得1952年诺贝尔物理学奖。2023/7/11发明MRI中Fourier重建方法的Ernst获得1991年诺贝尔化学奖。2023/7/11Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法获得2003年诺贝尔医学和生理学奖。2023/7/11专业现状及发展前景伦琴（wilhelmkonradRoentgen)1895年发现X线以后不久，X线就被用于对人体进行检测，从而形成了放射诊断学（diagnosticradiology)的新学科，并奠定了医学影像学（medicalimaging)的基础。上世纪50－60年代开始应用超声与核素扫描进行人体检查，出现了超声成像（USG）和γ闪烁成像（γ－scientigraphy)。2023/7/1170年代和80年代相继出现了X线计算机体层成像（X-CT)、磁共振成像（MRI)和发射体层成像（ECT),包括单光子发射体层成像（SPECT)与正电子发射体层成像（PET)等新的成像技术。70年代迅速兴起了介入放射学（interventionalradiology)，介入超声和超声组织定位，MRI和CT的立体组织定位等，以及PET在分子水平上利用影像技术研究人体心、脑代谢和受体功能，大大扩展了本专业的应用领域。

2023/7/11近年来，我国医学影像学发展非常迅速，医学影像设备不断更新，检查技术不断完善，介入治疗的效果已提高到一个新的水平，并有力地促进了临床医学的发展。现在，除了X线诊断设备外，USG、CT等已在较多医疗单位应用，PET、X-刀、全身γ刀等也在较高的医疗中心使用。作为学术团体的中华医学会放射、超声、磁共振等有力地推动了国内和国际地学术交流，世界性的北美放射学会也代表了世界医学影像学最高水平。我国医学影像学高等教育已开展十余年，是目前发展较快的一门学科。“全国高等医学影像教育研究会”于1999年8月23日在天津正式成立，这可以说是我国医学影像学高等教育发展史中的里程碑。2023/7/11我国医学成像设备的发展1951年

上海精密医疗器械厂试制第一台X线机1983年第一台颅脑CT试制成功1988年第二代颅脑CT问世1990年第三代全身CT装置研究成功近期永磁型和超导型MRI,X-刀,全身刀等设备2023/7/11现代医学成像按其信息载体基本类型X射线

测量穿过人体组织、器官后的X线强度

核医学成像

测量放射性药物在体内放射出的γ射线磁共振

测量人体组织中同类元素原子核的磁共振信号超声成像

测量人体组织、器官对超声的反射波或透射波光学摄影直接利用光学及电视技术，观察人体器官形态红外、微波测量体表的红外信号和体内的微波辐射信号其他

现代医学成像按其信息载体基本类型X射线伽马射线磁共振超声成像2023/7/11X射线2023/7/11X射线诊断用X线机分类：(1)透视用X线机(2)普通摄影用X线机(3)消化道造影用X线机(4)胸部摄影用X线机(5)心血管造影用X线机(6)其他X射线使用脑血管造影术显示的基底动脉和大后脑动脉的端平面血管摄影技术血管摄影，或称动脉摄影、血管造影，是一种医学影像技术，用x光照射人体内部，观察血管分布的情形，包括动脉、静脉或心房室。葡萄牙籍医师兼神经学家EgasMoniz（1949年诺贝尔奖的得主）在1927年发展出利用显影剂执行脑部的血管摄影，诊断出一些神经疾病，例如肿瘤以及动静脉畸形，他被认为是这个领域的先趋者之一。随着Seldinger技术于1953年的发明，不再需要将锐利的导入装置留在血管腔内，使得它更加地安全。X射线前臂X射线计算机断层扫描（CT）计算机断层成像（CT）X射线计算机断层成像（X-RayComputedTomography，简称X-CT）是一种利用数位几何处理后重建的三维放射线医学影像。该技术主要通过单一轴面的X射线旋转照射人体，由于不同的组织对X射线的吸收能力（或称阻射率）不同，可以用电脑的三维技术重建出断层面影像。经由窗宽、窗位处理，可以得到相应组织的断层影像。将断层影像层层堆栈，即可形成立体影像。现代医学成像按其信息载体基本类型X射线核医学成像磁共振超声成像2023/7/11核医学成像伽马射线成像属于核医学成像核医学成像：一种以脏器内外或脏器内正常组织与病变之间的放射性浓度差别为基础的脏器或病变的显像方法。经典的核医学成像系统

同位素闪烁扫描机照相机发射型计算机断层成像（ECT）单光子发射型计算机体层（SPECT)正电子发射型计算机体层（PET）

伽马射线典型的正电子发射计算机断层扫描（PET）设备图片正电子发射计算机断层扫描（英语：Positronemissiontomography，简称PET）是一种核医学成像技术，它为全身提供三维的和功能运作的图像。正电子发射计算机断层扫描既是医学也是研究的工具。在肿瘤学临床医学影像和癌扩散方面的研究方面有着大量的应用。现代医学成像按其信息载体基本类型X射线伽玛射线磁共振超声成像磁共振技术人类腹部冠状切面磁共振影像。

（所采成像脉冲序列：TurboSpinEcho,TSE。）磁共振成像（MRI）利用核磁共振（nuclearmagneticresonance，简称NMR）原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。将这种技术用于人体内部结构的成像，就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用，大大加快了核磁共振成像的速度，使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实，极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。从核磁共振现象发现到MRI技术成熟这几十年期间，有关核磁共振的研究领域曾在三个领域（物理、化学、生理学或医学）内获得了6次诺贝尔奖，足以说明此领域及其衍生技术的重要性。2023/7/11磁共振技术2023/7/11现代医学成像按其信息载体基本类型X射线伽玛射线磁共振超声成像2023/7/11超声成像超声成像是利用超声的物理特性和人体器官组织声学性质上的差异，以波形、曲线或图像的形式显示和记录，借以进行疾病诊断的检查方法。超声成像由于设备不似CT或MRI设备那样昂贵，可获得器官的任意断面图像，还可观察运动器官的活动情况，成像快，诊断及时，无痛苦与危险，属于非损伤性检查，因此在临床上应用已普及，是医学影像学中的重要组成部分。不足之处在于图像的对比分辨力和空间分辨力不如CT和MRI高。2023/7/11超声成像B型超声诊断仪B型显示是利用A型和M型显示技术发展起来的，它将A型的幅度调制显示改为辉度调制显示，亮度随着回声信号大小而变化，反映人体组织二维切面断层图像。B型显示的实时切面图像，真实性强，直观性好，容易掌握。它只有20多年历史，但发展十分迅速，仪器不断更新换代，近年每年都有改进的新型B型仪出现，B型仪已成为超声诊断最基本最重要的设备。目前较常用的B型超声显像方式有：扫查方式：线型(直线)扫查、扇形扫查、梯形扫查、弧形扫查、径向扫查、圆周扫查、复合扫查；扫查的驱动方式：手动扫查、机械扫查、电子扫查、复合扫查。

B超图像由不同亮度的像素构成，像素亮度由反射回声的强弱所决定。

黑色：没有反射

灰色：中等反射

白色：反射较强2023/7/11超声成像D型超声诊断仪超声多普勒诊断仪简称D型超声诊断仪，这类仪器是利用多普勒效应原理，对运动的脏器和血流进行探测。在心血管疾病诊断中必不可少，目前用于心血管诊断的超声仪均配有多普勒，分脉冲式多普勒和连续式多普勒。近年来许多新课题离不开多普勒原理，如外周血管、人体内部器官的血管以及新生肿瘤内部的血供探查等等，所以现在彩超基本上均配备多普勒显示模式。

彩超仪器

彩超属于D超，彩超简单的说就是高清晰度的黑白B超再加上彩色多普勒，首先说说超声频移诊断法，即D超。除B型、D型还有A型、M型等超声成像核磁共振成像X光血管造影CT血管造影描述大脑结构的新方法弥