1、醫(yī)學成像進展綜述醫(yī)學成像技術(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。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、光學成像、電阻抗成像等。這些方法各有所長，互相補充，能為醫(yī)生做出確切診斷，提供愈來愈詳細和精確的信息。100多年來放醫(yī)學影像設(shè)備迅速發(fā)展條件日臻完善，醫(yī)學成像技術(shù)日新月異，各種影像設(shè)備的分辨率不斷提高，一些成像系統(tǒng)已具備了顯微分辨能力，將活體影像學帶進了基礎(chǔ)科學，使其可以深入到細胞、分子水平，即其成像技術(shù)從宏觀進入了微觀，

2、分子影像學應(yīng)運而生，醫(yī)學影像進入了新的時代。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世紀醫(yī)學診斷學上最偉大的發(fā)現(xiàn)。它是借助X射線通過人體時，各部組織對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)實體信息壓縮或堆積重棱在一個二維平面上的圖像,是具有重疊特點的二維圖像。隨著計算機的發(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)包括計算機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的問世被公認為倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來的重大突破，是標志著醫(yī)學影像

3、設(shè)備與計算機相結(jié)合的里程碑。自20世紀70年代初開始在臨床應(yīng)用以來，經(jīng)過多次升級換代，由最初的普通頭顱CT機發(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，對病變的定位和定性較高，已成為臨床常用的影像檢查方法。20世紀80年代初，CR在把傳統(tǒng)的X線攝影數(shù)字化，DR是計算機數(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，但究其原理和成像過程仍屬間接數(shù)字影像技術(shù)，不是最終發(fā)展方向。DDR是20世紀90年代開始開發(fā)的直接數(shù)字成像技術(shù)，它是采用平板探測器將X線信息直接數(shù)字化，不存在任何的中間過

4、程。數(shù)字圖像不僅可以方便的將圖像“凍結(jié)”在熒光屏上，而且可以進行各種各樣的圖像后處理。 2 核醫(yī)學成像技術(shù) 核醫(yī)學成像系統(tǒng)又稱放射性核素成像（RNI）系統(tǒng)，所檢測信號是攝人體內(nèi)的放射性核素所放出的射線，圖像信號反映放射性核素的濃度分布，顯示形態(tài)學信息和功能信息。核醫(yī)學成像與其他影像學成像具有本質(zhì)的區(qū)別，其影像取決于臟器或組織的血流、細胞功能、細胞數(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。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，但它仍是三維的放射性核素分布投射到

5、二維的顯示器上，和X線一樣也是有重疊特點的二維圖像。利用照相機就可以得到放射性核素的圖像。照相機是含有檢測射線的探頭系統(tǒng)，確定射線閃爍點坐標的位置電路，反映射線強度的輝度調(diào)制電路和顯示記錄系統(tǒng)等的大型現(xiàn)代化設(shè)備。照相機在20世紀的6070年代得以迅速發(fā)展，但其不足之處在于它只能進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，但一直沒能實現(xiàn)。1972年CT研制成功,是醫(yī)學影像學的重大突破，亦向核醫(yī)學提出挑戰(zhàn)。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)射型計算機體層掃描術(shù)（ECT）。ECT技術(shù)不僅能動態(tài)觀察臟器的形態(tài)、功能和代謝的變化，

6、而且能進行體層顯像和立體顯像。ECT可分為單光子發(fā)射型計算機體層（SPECT）與正電子發(fā)射型計算機體層（PET）兩類，兩者的數(shù)據(jù)采集原理不同。 PET/CT是將最先進的PET和CT的功能有機地結(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制定放療計劃對

7、于臨床來說是一個全新的分子影像領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。 3 超聲成像技術(shù) 超聲成像始于20世紀50年代后期，在80年代得到了迅速發(fā)展，是一種利用超聲的物理特性和人體器官組織的聲學性質(zhì)差異來顯示記錄器官組織斷面圖像的新型非創(chuàng)傷性醫(yī)學影像學技術(shù)。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算機體層成像系統(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（切面顯示）、M型（運動顯示）、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

8、統(tǒng)利用回聲的頻差，顯示運動器官的動態(tài)特性，實現(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動和心肌灌注質(zhì)量的對比諧波成像，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，明顯提高超聲診斷的分辨力、敏感性和特異性的技術(shù)。隨著儀器性能的改進和新型聲學造影劑的出現(xiàn)，超聲造影已能有效地增強心肌、肝、腎、腦等實質(zhì)器官的二維超聲影像和血流多普勒信號，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

9、一個十分重要和很有前途的發(fā)展方向。有學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)的差異可以被用來表示不同組織間的不同狀況，用精密檢測設(shè)備就可以探測到在共振條件下從質(zhì)子發(fā)射出的信號，用此信號便可產(chǎn)生這些質(zhì)子某些參數(shù)(密度分布、1T、2T)的二維分布圖像。這些成像信號在計算機矩陣存貯器內(nèi)以數(shù)值來表示。MRI的成像信號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不同的控制條件有不同樣式。 近年來，

10、MR技術(shù)在宏觀上實現(xiàn)了實時成像技術(shù)并產(chǎn)生了MR透視，在微觀上，突破以往的像學僅用于顯示大體解剖與大體病理學改變的技術(shù)范疇向顯微細胞學、分子水平以至基因水平的成像技術(shù)方面發(fā)展。MR設(shè)備的梯度場強度是人家共同關(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。實踐證明，梯度場強度的增加也帶來了一些弊端，如何既能增加梯度場強度，又能降低噪聲是MR設(shè)備方面的又一改進動向。在這些原則的指導下，中場超導開放式MR的梯度場強度分別可達到15MT/M/ms和20MT/M/ms，同時，它還具有較高的切換率、較好的場均勻性、較小的體積與較輕的重量，并兼?zhèn)溆懈?、低場MR的一些特點，如成

11、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。MR功能性成像也得到了進一步發(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)學信息，而是分子水平的動態(tài)信息，后者可以實施大腦皮質(zhì)的功能定性，張力成像可測定組織的張力差別。隨著新型磁共振機的開發(fā)，揭開了磁共振應(yīng)用領(lǐng)域新的一頁，即運動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、動脈血質(zhì)子標記技術(shù)、抗血管生成因子輔助MR功能成像等技術(shù)的應(yīng)用，使磁共振成像進一步突破了影像學僅應(yīng)用于顯示大體解剖和大體病理學改變的技術(shù)范圍，向顯

12、示細胞學的、分子水平的以至基因水平的成像方面發(fā)展。 5 電阻抗成像技術(shù)電阻抗成像（Electrical Impedance Tomography, EIT）是醫(yī)學成像技術(shù)的一個新方向，它的基本原理是根據(jù)人體內(nèi)不同組織在不同的生理、病理狀態(tài)下具有不同的電阻/電導率，采用各種方法給人體施加小的安全驅(qū)動電流/電壓，通過驅(qū)動電流或電壓在人體的測量響應(yīng)信息，重建人體內(nèi)部的電阻率分布或其變化的圖像。電阻抗成像（EIT）的起源可追溯到上個世紀20年代，地質(zhì)學研究者提出了線性電極陣列的斷層電阻率成像（Resistivity Imaging）技術(shù)，即通過把電流注入地層，測得地表電壓來重構(gòu)不同地層的導電特性，從而

13、確定礦藏的分布。70年代，生物醫(yī)學研究者提出了圓形電極陣列的斷層電阻率測量技術(shù)（Tomographic Resistivity Measurement Technique）。第一幅電阻抗圖像是由Henderson和Webster于1978年報道的，他們得到了可以顯示人體肺和心臟的圖像，但這還不是斷層圖像，而是類似X胸片的透視圖像。1984年英國謝菲爾德大學的Barber研究組報道了電導率斷層成像的實驗，獲得了電導率分布圖像，開辟了電阻抗層析成像技術(shù)這一新的研究領(lǐng)域。目前美國、英國和中國等有30多個研究組在進行電阻抗成像的研究。電阻抗成像技術(shù)在醫(yī)學方面有廣泛的應(yīng)用，關(guān)于EIT在檢測中風、肺氣腫、

14、心肌萎縮、膀胱疾病、乳腺癌等方面均有醫(yī)學報導。醫(yī)學電阻抗成像方法按照激勵器和測量器是否與成像目標體接觸來劃分，可以分為接觸式、不完全接觸式和非接觸式三類。接觸式電阻抗成像采用電極激勵、電極和非接觸形式共同接受的方式，提取與人體生理、病理相關(guān)的電特性信號，包括注入電流電阻抗成像方法，磁共振電阻抗成像方法和電磁阻抗成像等；不完全接觸式電阻抗成像采用線圈激勵和電極接收的方式，或者采用電極激勵和線圈接收的方式，包括感應(yīng)電流電阻抗成像方法和磁探測電阻抗成像；非接觸式電阻抗成像的激勵器和接收器都不與成像體接觸，主要包括磁感應(yīng)成像方法和電場電阻率成像方法。6 光學成像技術(shù) 近年來科學家們研制了一系列光學與光

15、子學取像方法，共焦掃描光學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薄層圖像，分辨率突破了光學衍射極限，可達10200 nm。采用亞波長尺寸的光學探針作為光源和探測器。當一個亞波長孔徑的微小光源在物體的近場范圍內(nèi)照射時，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”的信號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，特別是為生物單個大分子探測開辟了一條新的途徑。光學相干顯微術(shù)是從強散射介質(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，目前已實現(xiàn)的空間分辨率為4 m，探測深度達12 mm。其高性能的成像本