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医学成像系统的最新发展现状 医学成像系统的最新发展现状医学成像是指外科医生用以诊断从身体外部无法看到的身体部位的过程，比较常见的方式包括使用内视镜、X光等方式。医学成像又称卤化银成像，因为从前的菲林(胶卷)是用感光材料卤化银化学感光物成像的。根据成像的形式，可以有影像诊断学、医学超声检查、超声诊断学、乳房摄影术、X射线断层成像、核磁共振成像（又称磁振造影）、X光成像、萤光成像等。医学图像在医学中占有重要地位。显微镜的发明对医学的发展是一次重大推动。因为它使人们以图像的形式观察到了直接由眼睛所不能看到的微观世界。德国物理学家伦琴(WilhelmConradRontgen)于1895年11月8日发现X射线，促使医学图像第二次得到重大发展。由于X线在医学上的应用使得人们能观察到过去看不到的人体内部的形态结构。1972年X线计算机断层成像设备X-CT)的问世，使医学成像技术出现了崭新的面貌，它可以给出无重叠的、清晰度相对比度有很大提高的断层图像，这是发现x线以来医学图像的又一次重大发展。100多年来放医学影像设备迅速发展。条件日臻完善，医学成像技术日新月异。特别近些年来，医学影像设备又有一些新的发展动向。第一动向是，技术的发展充实与完善了设备的硬件与软件功能；第二个动向是高档设备的技术指标主要用于临床研究与功能的开发，代表了生产厂家的技术实力，低档设备则在努力充实与不断提高硬件的性能，并且迅速把高、中档设备较成熟的功能与软件移植过来，从而显著改善了低档设备的性能指标，拓宽了低档设备的适用范围。不同的成像方式经历着不一样的发展阶段，但却给医学带来了客观的贡献。1、 X线成像技术1895年伦琴发现了X射线，这是19世纪医学诊断学上最伟大的发现。X-ray透视和摄影技术作为最早的医学影像技术，直到今天还是使用最普遍且有相当大的临床诊断价值的一种医学诊断方法。X线成像系统检测的信号是穿透组织后的X线强度，反映人体不同组织对X线吸收系数的差别，即组织厚度及密度的差异；图像所显示的是组织、器官和病变部位的形状。kfi影像园XCTMR.comkfi影像园XCTMR.com 随着计算机的发展，数字成像技术越来越广泛地代替传统的屏片摄影。数字X线检查技术包括计算机X线摄影、直接数字X线摄影、数字减影血管造影和XCT等。XCT的问世被公认为伦琴发现X射线以来的重大突破，是标志着医学影像设备与计算机相结合的里程碑。自20世纪70年代初开始在临床应用以来，经过多次升级换代，由最初的普通头颅CT机发展到现在的高档滑环式螺旋CT和电子束CT。其结构和性能不断完善和提高，可用于身体任何部位组织器官的检查，因其密度分辨率高，解剖结构显示清楚，对病变的定位和定性较高，已成为临床常用的影像检查方法。此外，双源CT 系统以及真三维容积成像技术成为近年来医学成像的研究热门。西门子公司和先灵公司于2005年共同研制的X 射线CT 新技术，首次在新SOMATOM Definition产品上同时使用两个X 射线源和两台探测器，它也是世界上第一个双源CT 系统。kfi影像园XCTMR.com2、 核医学成像技术 核医学成像系统又称放射性核素成像（RNI）系统，所检测信号是摄人体内的放射性核素所放出的射线，图像信号反映放射性核素的浓度分布，显示形态学信息和功能信息。核医学成像与其他影像学成像具有本质的区别，其影像取决于脏器或组织的血流、细胞功能、细胞数量、代谢活性和排泄引流情况等因素，而不是组织的密度变化。它是一种功能性影像，影像的清晰度主要取决于脏器或组织的功能状态，由于病变过程中功能代谢的变化往往发生在形态学改变之前，故核医学成像也被认为是最具有早期诊断价值的检查手段之一。早期开发的核医学成像仪器是放射性核素扫描仪。CT技术问世后，将放射性核素扫描与CT技术结合起来，开发出发射型计算机体层扫描术（ECT）。ECT技术不仅能动态观察脏器的形态、功能和代谢的变化，而且能进行体层显像和立体显像。ECT可分为单光子发射型计算机体层（SPECT）与正电子发射型计算机体层（PET）两类，两者的数据采集原理不同。PET/CT是将最先进的PET和CT的功能有机地结合在一起的一种全新的功能分子影像诊断设备。PET通过使用代谢显像剂、乏氧显像剂等药物，可以将肿瘤病灶的代谢信息表达出来，通过这些信息可以容易地确定肿瘤组织和正常组织及病灶周围的非肿瘤病变组织的界限，以及肿瘤病灶内瘤细胞的分布情况，真正做到以生物靶区为基础制定放疗计划。CT能够精确提供肿瘤病灶解剖结构。PET/CT融合的图像既能提供精确的解剖结构图像，又能提供生物靶区的材料。使用PET/CT制定放疗计划对于临床来说是一个全新的分子影像领域，具有广阔的应用前景。中国1983年才开始研制PET,起步较晚。1992年广东威达集团推出了中国第一台临床应用的双环三层结构PET,1996年又研制成功了中国第三代四环七层PET,该PET探头性能达到了国际20世纪80年代中期水平,具有20世纪90年代PET仪全身整体冠状和矢状断层显像的功能,可用于全身肿瘤显像、心肌活性判断和功能性癫痫病灶术前定位;同时SPECT的研制工作已经取得一定的成果,但是尚未研制出自己的SPECT,相信这种局面不会维持太久。3、 超声成像技术超声成像技术的发展得益于在二次大战中雷达与声纳技术的发展。超声成像由于价格便宜、操作简单，没有放射性等优点，是目前使用最为广泛的成像模式。目前医院中用的最多的是B型超声诊断仪，俗称B超。利用超声多普勒系统，可实现各种血流参量的测量，是近年来广泛应用的又一种超声技术。利用人体组织反射回波的二次谐波成像的方式称为自然谐波成像或组织谐波成像。目前大多数中高档超声诊断仪均具自然谐波成像功能。超声造影剂的使用，提高了超声图像的对比度，改善了图像质量。利用造影剂反射回波的二次谐波成像的方式称为造影剂谐波成像。造影剂二次谐波成像可以增强造影剂与周围组织的对比度，使成像更为清晰。为进一步提高超声图像的质量，近年来又发展出了脉冲反向谐波成像、功率造影谐波成像、高次谐波成像、激励增强成像等技术4。目前超声成像技术以二维平面成像的功能为主。由于价格和技术上的原因，三维超声成像尚未达到临床广泛应用的水平，但是三维超声成像在临床上有广泛的应用前景。随着实时三维超声成像(一般要求帧频必须大于20 帧Ps) 的研究成功，三维超声有望在心脏疾病检查中发挥更大的作用。4、 发射型计算机断层成像(ECT)把X-CT成像方法用到放射性核素成像中，也可以在二维断面上获得放射性核素的真正分布图像。这种成像方法叫做发射型计算机断层成像。利用发射单一光子的放射性核素通过CT成像方法所得到的图像叫单光子发射型计算机断层成像(SPECT)；利用发射正电子的核素所得到的计算机断层团像叫做正电子ECT(PECT或PET)。每一正电子湮没时产生能量相等、方向相反的两光子，所以也有的称它为双光子ECT，前述的单光子ECT就是相对于此面言。ECT和X-CT相比，它除能显示器官的外形外，还能显示器官的代谢功能，颇受医学界的重视。70年代后期单光子发射型计算机断层仪(SPECT)和正电子发射型计算机断层仪(PET)相继研制成功，但直到80年代才广泛投人临床应用，随着SPECT、PET仪器的不断更新和完善，不断拓展了其临床应用的领域。5、 磁共振成像技术(MRI)MRI自20世纪80年代用于临床，第一次使人体解剖三维成像。MR的进步集中反应在设备硬件发展基础上，成像速度的提高及成像方式的改进和扩展，实时成像技术和其开发的回波平面序列，除提高已有的性能外，MR功能性成像进一步得到了发展。灌注成像、弥散成像、血氧水平依赖性成像成为新的成像方式，前二者反映的已不是大体形态学信息，而是分子水平的动态信息，后者可以实施大脑皮质的功能定性，张力成像可测定组织的张力差别。 随着新型磁共振机的开发，揭开了磁共振应用领域新的一页，即运动MR和介入MR的应用和研究。MR血管成像、MR水成像、MR血流成像、脏器功能的检测、MR波谱分析、动脉血质子标记技术、抗血管生成因子辅助MR功能成像等技术的应用，使磁共振成像进一步突破了影像学仅应用于显示大体解剖和大体病理学改变的技术范围，向显示细胞学的、分子水平的以至基因水平的成像方面发展。在临床上，MR专用机也倍受青睬，目前，头颅专用机、心脏专用机以及骨关节专用机已用于临床。6、 红外线成像技术热像仪不主动发射任何射线，而是被动接收人体所辐射的“热线”红外线，形成人体的“热”影像，是人体的二维“热”（温度）分布图像。由于人体器质性的组织结构和形态变化，只能在疾病发展到一定程度才会出现，而远红外线诊断技术正是采集这种组织结构、形态和功能的变化来诊断疾病，实践证明，疾病在出现结构和形态变化之前，就会在病灶区出现温度的变化，而且变化范围的大小、形状和温差的大小反映了疾病的性质和严重程度，即红外热像仪不仅可以诊断疾病病情，甚至可以提前阳性发现期，使医患双方密切注意病情发展，以赢得宝贵的确诊时间。红外线成像技术不仅对组织器官的炎症、疼痛、血液循环状态等有重要的诊断价值，而且对恶性肿瘤的诊断及转移倾向，肿瘤状况也有着重要的临床价值。红外热成像技术将临床医生看不见的携带着人体自身大量信息的红外热场生动地显示出来，客观地反映人体生物状态的特点及其变化规律，还可以与计算机相联进行信息处理，随时储存和提取病例，对增生、炎症、癌症的分辨和癌症的早期发现能起到很好的预报作用。对于癌症患者疗效观察、术后用药和生存指标预测，有较高的临床价值。7、 光学成像技术早期的光学显微镜为生命科学的研究提供了十分有用的工具。但由于生物组织的极度不均匀性，形成了对光波的强烈的散射作用，加之生物组织对光波的强烈吸收，致使光波无法深入到生物组织，也就不能从生物组织中取出清晰的图像。随着光子学的骤然兴起，近年来科学家们研制了一系列光学与光子学取像方法。 共焦扫描光学显微镜具有许多常规显微镜所没有的特性。它只允许由处在焦平面上的样品薄层的反射光通过目镜而被观察和记录，因此得到的是样品中一个薄层图像。图像具有高的对比度和高的分辨率。 扫描近场光学显微术是在近场探测原理的基础上发展起来的一种光学扫描探针技术，其分辨率突破了光学衍射极限，可达10200 nm。结合相应的光谱技术探测生物样品微区的超微光谱图像，特别是为生物单个大分子探测开辟了一条新的途径。 光学相干显微术是从强散射介质中获取图像的最有发展前途的一种新技术。这种新技术将低相干干涉仪与共焦扫描显微镜结合在一起，目前已实现的空间分辨率为4 m，探测深度达12 mm。它们非常适宜于对活体组织内部进行分层探测。利用这种技术已成功地监测了胚胎发育过程中的形态变化，鉴别正常与非正常基因的表达。用这种技术还可以对活体眼睛进行成像，测量视网膜结构、拍摄黄斑疾病等。 光学成像技术在活体生物组织内部微结构的测量和疾病诊断等方面有重要的应用价值。8、 重粒子成像技术 在医学上，快中子、质子、-介子以及氦、锉、硼、碳离子等，由于它们相对于光子和电子而言，质量较大，因而称为重粒子。回旋加速器产生的高能带电粒子均可用作人体透射式摄影的射线源，它们比X线对密度的分辨率更加敏感，而且散射角度和分散度都很小，因此不会影响照片质量。但因回旋加速器是一种大型带电粒子加速器，因其体积庞大、造价昂贵、运行费用高，因此真正成为商业性医用设备的并不多见，绝大多数的临床研究和治疗工作都是在各国国家实验室的装置上开展的。此外，中子照相技术在包括医学领域在内的各领域也得到了进一步的发展和应用。如医学中癌变组织的检查与诊断，如对骨骼中的肿瘤，用中子照相就能准确诊断，而且边界清晰，而X 射线照相对骨骼的检查很有效，对骨骼中的肿瘤就很难确定。9、 电阻抗成像技术(EIT) 电阻抗成像技术(EIT)是近年来发展起来的一种新型算法，该方法利用人体内部各器官和组织电导率的不同，通过对人体施加电信号并采集测量，获得人体内部电阻率分布，进而通过图像重建算法对人体内功能成像。自1995 年英国Sheffield大学实现第一台EIT 成像系统，电阻抗成像技术就引起了各个国家的广泛关注，欧洲已建立了欧洲EIT统一行动组织（CAIT）来组织和协调EIT研究工作。该方法具有结构简单、成本低廉、使用方便和对人体无辐射等优点，在临床监护等领域具有广泛的应用价值。关于EIT在检测中风、肺气肿、心肌萎缩、膀胱疾病、乳腺癌等方面均有医学报导。近年来，三维EIT技术、围线圈激励的感应EIT以及多频激励测量进行复阻抗成像的多频EIT，这些研究都得到了初步的实验结果。10、 医学图像融合技术 医学图像融合技术的兴起和发展，使医学成像技术更加综合化，其目的是利于对图像做进一步的分析、理解及获取决策。目前医学图像融合技术研究的图像以CT、MRI、核医学图像为主；超声等成本较低的图像研究较少，且研究主要集中于大脑，肿瘤成像等。小波变换在图像融合中的应用、基于有限元分析的非线性配准以及人工智能技术在图像融合中的应用，将是今后图像融合研究的热点与方向。11、 介入放