医学成像发展与科技


  1895年威廉姆•伦琴无意中发现阴极射线管可以使一张涂有铂氰化钡的纸发光,即使把管子和纸分放在两间隔开的房间里也是一样.伦琴认为管子一定放射出某种具有穿透力的射线.他把这种未知射线命名为X射线.不久,他又发现如果让X射线穿过人手,射向一个涂有化学物质的屏幕,里面的骨胳就会清晰地显现在幕上.事实上,有史以来第一张X射线人体解剖照片上照的正是伦琴夫人的左手,此后几十年医学成像在科技发展的带动下经历了日新月异的发展。 1.传统的X线诊断学早期的X线机结构简单、成像的空间分辨率较低。50年代以后,X线机设备发展很快,普遍采用影像增强电视系统,提高了分辨率和图像清晰度,一直是最可靠的仪器,被广泛用于肺部及骨折的诊断。随着X线造影检查技术的迅速发展,出现了脑、心血管、消化道快速动态摄影。在许多发展中国家及不发达国家的乡间,仍是唯一可利用的诊断仪器。 2.B型超声诊断仪超声诊断技术具有无损伤、无痛苦、能反复进行,尤适宜于人体软组织检查,可以获得动态信息,进行动力学研究,具有较高的灵敏度和分辨度,且体积小、操作自动化程度高、可与电子计算机对接等优点。B型超声诊断仪具有电子直线扫描、电子扇形和机械扇形扫描三种扫描方式。不管方式如何,它都是一种辉度调制的二维显像法。目前先进的B超,采用一机配宽频带多探头电子线路采用数字化技术已从数字扫描转换器(DSC)发展到数字扫描信息处理器(DSP),自动可变动态聚焦系统,均具有灰阶显示、图像冻结等多种功能。 3. 伽玛照相机伽玛照相机即伽玛闪烁照相机,由探头、电子线路及显示装置三部分组成,是一种较新型的核素脏器成像装置。伽玛闪烁照相机的优点是可在短时间内同时观察到整个脏器影像的各部分。灵敏度高,能一次成像,并可对器官作连续动态的观察。配有电子计算机的照相机,最适合于器官和组织显影的定量分析和快速连续动态分析等,明显地提高了体外显影的诊断效果,对心血管、肿瘤等疾病的诊断尤有价值,分辨率可达2毫米。 4. 计算机X线断层摄影扫描(X—CT) X—CT扫描时,把病人暴露在X线当中,X线球管围绕病人旋转,由探测器把信号送给计算机,并组成图像。通过重复扫描还可以得到多层次的图像。能清晰地显示出人体的异常部位,图像数据还可以贮存。X—CT已发展到第5代,扫描时间已缩短到几十毫秒,空间分辨率已0.3毫米。 5. 核磁共振仪(NMR—CT) NMR—CT成像是利用人体水的质子能发出较强的信号,把人体置于强磁场中的螺线管内,螺线管与检测器相连,用射频发生器发射出短暂的射烦脉冲照射人体,利用人体内部水的氢原子核出现核磁共振频率变化,发出核磁共振信号,通过电子计算机转换成图像信号,就能清晰地显示出体内某一断层的图像。由于人体不同部位的组织出现不同病理变化时,所含水份、组织密度不尽相同,所发出的核磁共振信号也不同,通过正常情况下的核磁共振图像比较,来确定病变的部位、大小、性质。因为NMR—CT能清晰地辨别正常与异常的组织细胞,所以在临床诊断中优于X—CT,在图像方面不仅能反映组织密度的解剖学图像,还能显示功能的代谢过程等生理化学性图像,能识别良性肿瘤和恶性肿瘤,可使脑、心脏血管成像、测定血流速度和流量,这些都是X—CT所不能比拟的。同时,NMR—CT仪器结构简单、安全性好,对人体无辐射性损伤,所以NMR—CT的出现,使放射线又发展到一个新阶段。目前先进国家配置医学成像设备主要是NMR—CT。 6. 数字减影法血修境影(DSA) DSA是将血管造影的影像转换成数字,通过数字减法,再将数字复原并重建图像,这是电子与电子计算机进入X线设备,研制成功的新设备及相应产生的新诊断技术。数字减影法血管造影,只要静脉内注入造影剂后术须照相,而是通过影像增强系统与电视录像直接提取像素,再逐点转换成数字,然后进行减影增强过程,最后成为清晰的图像。它的优点是:应用范围广、造影操作简便、安全、准确、病人痛苦小、并发症少。注入少量造影剂后即可得到检查部位的清晰的动脉图像,还可作大量照相,迅速看到实时性血管的动态图像。 7. 正电子发射计算机辅助断层摄影(SPECT) SPECT是核医学体系中几种核射线图像系统中的一种,它利用核素衰减时发出的正电子,主要是碳、氧、氮等同位素。这些放射性物质进入人体后,正电子与负电子相遇,互相碰撞,放出两个 光子,以180°反向分开,可以得到两个信号,用旋转探测器就可以收到 射线,并确定其原始方位。在计算机配合下,不仅能把机体不同切面中的放射性分布用三维图像显示出来,而且还可测定出组织射性的绝量。 8. 热电式热像图系统红外温度记录法在病理学、风湿病、乳房以及血管疾病等医学领域具有重要的诊断价值。基于光电摄像扫描器和微处理机的热像图系统,配有由热像图诊断风湿性关节炎以及血管痉挛等疾病的软件。此系统主要由红外线扫描检测器、摄像机、微机、磁盘驱动器、打印机等组成。电子扫描检测耀是红外系统的基本部分。微机用于处理、分析和显示热像图。该系统不仅可以显示、贮存和打印出检测部位的热像图,而且能计算出某局部的平均温度值以及绘出温度变化的曲线。它绘制出手指、掌心的热像图以及温度变化的曲线,取得了令人满意的结果。 9. 新型断层照相术新型断层照相术完全可以避免X光透视、CT扫描和核磁共振成像对病人造成的有害辐射。这种新的断层照相术以低频电流通过人体,然后使用计算机收集人体器官产生的不同电阻率的数据,构成电视图像。例如:健康、充满空气的肺电阻率高,产生明亮的图像,而病态、存有液体的肺电阻率低,显示出相对阴暗的图像。这种照相术产生的是动态图像,医生可利用它对病人进行一天24小时连续监测。 10. 三维透视技术三维透视技术可以把数百幅人体CT照片合成在一个全息干板上,构成一幅人体立体图像,从而实现了CT成像与全息摄影的联姻。近年来,X—CT在医疗中的应用非常普及。但是不论是X—CT还是NMR—CT都只能得到人体某一部位“横断面”的平面图,使医生很难对病变部位作出确诊。既使医生可以连续观察多幅人体某部位不同层次的CT照片,也很难得得一个完整的立体感觉。该技术首先用分束器把激光器发出的激光束一分为二,一束光经过一个被称为光阀的投影系统,把CT照片投影到一个投影屏上,作为记录全息图的物光,另一束经过扩束后直接照射在置于投影屏一侧的全息干板上,作为记录全息图的参考光;物光和参考光在全息千板上汇合,形成的干涉图由全息干板记录下来。依次逐幅处理,人体某部位不同层次的众多CT照片,就可按同样比例再现人体三维图像。人体三维透视技术的问世为医生诊断疾病提供了一种更为直观可靠的观察手段,必将大幅度提高疾病诊断的准确率。人们普遍认为医学图像技术是现代医学最新成就之一,也是医学现代化的重要标志。可以预料,不久的将来还会有更新的图像技术出现,这不仅大大提高了诊断的范围及质量,更进而成为具有治疗功能的诊疗新学科。医学成像的目的不只是通过图像提供的有限信息实现对疾病的早期诊断,制定相应的治疗方案,判断疾病的危险程度,指出实施治疗方案成功的可能性。随着科学技术的发展,医学成像系统还会有更大的发展,正朝着实时、动态、立体、功能等方向发展,为医生提供高分辨率的多维、多参数、多模式图像,准确、直观地显示解剖结构和病变组织的空间位置、大小、几何形状以及与周围组织结构的空间关系,使医生能更准确、更全面地了解机体的内部结构,辅助医生对病变组织及其它感兴趣的区域进行分析,为临床诊断提供可靠依据,有利于制定客观、有效的治疗方案,对提高医疗诊断水平具有重要的意义。参考文献 [1]王志远,李树祥.医学图像技术发展中的分析与综合.医学与哲学,1998,19(8):410~413 [2]吴雅峰,张桂珍,主编.实用心脏超声诊断学.第1版.北京:中国医药科技出版社,1996.5 [3]李治安,王新房.经食管超声心动图学.第1版.北京:人民卫生出版社,1997.4 [4]张树斌,主编.临床实用超声心动图学.第1版.北京:北京医科大学、中国协和医科大学联合出版社,1996.2 [5]周永昌,郭万学.超声医学.第1版.北京:科学技术文献出版社,1989.10 [6]任超世,池学东,崔云莉等.电阻抗断层图像技术[J].中国医学物理学杂志,1997;14(2):122