医学成像技术

医学成像技术

摘要：本文主要介绍了医学成像的方法。着重介绍了几种方法的特点及其在医学诊断中应用。

关键词：成像技术，X射线计算机断层成像(X-CT)， 磁共振成像(MRI) Medical Imaging Technology

Abstract: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 technology, X-ray computer tomography, magnetic rexonance imaging,

1 引言

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(Wilhelm Conrad Rontgen)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。

2 医学成像的方法

用于观察人体信息为目的的各种成像技术不断取得进展，各种成像方法都有各自的观察特征。现在常用的医学成像方法有X射线成像，核素成像(RI)，超声成像(USI)，X射线计算机断层成像(CT)，发射型计算机断层成像(ECT)，磁共振 成像（MRI）。

2.1 X射线成像

它是借助X射线通过人体时，各部组织对X线的吸收不同产生不同的

阴影所形成的图像。这种图像是三维的人体的X线吸收分布投射在二维的成像媒质(如胶片)上形成的。所以它是把三维(立体的)实体信息压缩或堆积重棱在一个二维平面上的图像,是具有重叠特点的二维图像。

20世纪80年代初，CR在把传统的X线摄影数字化，DR是计算机数字化能力与常规X线摄影相结合的产物。所不同的是数字化方式不一样，但究其原理和成像过程仍属间接数字影像技术，不是最终发展方向。DDR是20世纪90年代开始开发的直接数字成像技术，它是采用平板探测器将X线信息直接数字化，不存在任何的中间过程。数字图像不仅可以方便的将图像“冻结”在荧光屏上，而且可以进行各种各样的图像后处理。

2.2核素成像(R1)

把放射性核素注入体内，由于它们的化学性质的不同，在人体内各部有不同的分布。利用在体内不同分布的核素发射出的γ射线所形成的图像称为核素成像。核素成像和X射线成像不同的是：X线图像显示的是X线吸收的分布，而核素成像显示的放射性活性分布。尽管放射性核素成像所表现的图像性质和用X线获得的图像有明显的不同，但它仍是三维的放射性核素分布投射到二维的显示器上，和X线一样也是有重叠特点的二维图像。

利用γ照相机就可以得到放射性核素的图像。γ照相机是含有检测γ射线的探头系统，确定γ射线闪烁点坐标的位置电路，反映γ射线强度的辉度调制电路和显示记录系统等的大型现代化设备。

γ照相机在20世纪的60—70年代得以迅速发展，但其不足之处在于它只能进行平面显像而缺乏深度方面的信息。1963年Oavid kuhl提出了纵断层和栈断层的设想，但一直没能实现。1972年CT研制成功,是医学影像学的重大突破，亦向核医学提出挑战。

2.3超声成像(USI)

它是一种较早建立的成像方法，是把兆赫级超声脉冲辐照于人体，在体内传播过程中遇到声阻抗变化的界面时发生反射，利用反射回来的回波形成的图像。超声成像需要有十分精确的电子电路来变换超声信号，控制超声的方向，才能获得反射界面的二维图像信息。这些图像信息被存贮到计算机的矩阵存贮器中、随后被读出到监视器上。呈现一幅超声图像．如常用的B超图像。图像显示的是组织声阻抗的不同。超声图像是在三维的人体中经超声扫描某二维断面而产生的真正二维断层影像，不是三维投射于二维的图像。

在一维A超和二维B超的基础上二维超声已逐步进入临床实用阶段。M型超声成份以其回声随时间变化的特点，被广泛应用于心脏和大血管的检查；多普勒 超声能对血流信号进行无创性评价；彩色多普勒血流速度成像应用自相关技术，把获得的血流信息经彩色编码后，显示为彩色的二维图像，在心血管疾病诊断中起着重要作用；彩色多普勒能量图成像是依据运动散射体多普勒信号的强度或能量，作为参数进行成像，能提供一些血管方面的信息，对血管疾病的诊断有一定地帮助。

2.4 X射线计算机断层成像(X-CT)

它依赖于计算机，采用十分精密的扫描系统、探测系统、电子学电路和计算机图像处理系统等，获得人体真正二维截面的图像。这种图像代表了人体某一体层面的X线吸收分布情况，它不受被成像断层面以外的其他体层的影响。这种图像是将存贮在计算机矩阵存贮器中的数据读出并显示在监视器上获得的，所以CT图像的空间分辨力比X线胶片图像差些，但它对X线吸收差异的对比鉴别能力却非常高。

宽探测器多层采集螺旋CT已于1998年度推出．它与普通的螺旋CT相比较，主要区别在于探测器在Z铀方向的宽度和列数不同，进而决定了扫描的最薄层厚、最短采集时间并且较普通螺旋CT更薄、更短。它较好的解决了层厚与扫描剂量的关系、X线管热容量对连续扫描时间的限制、以及对重建图像质量、微细结构显示功能等问题。在扫描参数方面，多层螺旋CT比普通的螺旋CT采用了更大的螺距(1.25:1～8:1)，更薄的层厚(0.5mm)，更快的进床速度(100mm／s)和更长的扫描距离(达180cm)。另外．多层螺旋CT还提高了时间分辨力(可小于100ms)、低对比分辨力(降低了30％以上的Ma值)、空间分辨力(24Lp／cm)，降低了层面间的重叠效应(螺距为3:1仅有4％的重叠)、对比剂的使用剂量(大约

可减少60％)。还有，自动设定螺距的多层螺旋CT也已定型。在应用上，各种专业的软件应用包已发挥其独特的作用。如脑CT灌注成像能早期诊断急性脑卒中；心脏CT成像辅以心电门控用低剂量的X线可以显示心脏的形态并能精确定量分析心脏容量、射血分数、室壁运动等参数，利用多维功能可显示各支冠状动脉的形态，对狭窄、粥样斑块与溃疡及钙化斑块的鉴别诊断有很大地帮助；创伤专塌软件包通过长距离快速扫描能观察多发性、多器官的复合性损伤；脑功能改变的早期检测软件包能预测早、中期脑卒中及脑肿瘤的早期检测。

2.5 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γ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。

2.6磁共振成像(MRI)

磁共振成像是利用生物组织中氢、磷原子序数为单数的原子核的磁共振现象所成的像。氢以水等许多化学形式大量存在于人体中。质子(氢核)的状态决定于它的周围环境，质子状态的差异可以被用来表示不同组织间的不同状况，用精密检测设备就可以探测到在共振条件下从质子发射出的信号，用此信号便可产生这些质子某些参数(密度分布、T1、T2)的二维分布图像。这些成像信号在计算机矩阵存贮器内以数值来表示。MRI的成像信号可以在很大的范围加以控制，所产生的最后图像的外貌对不同的控制条件有不同样式。

近年来，MR技术在宏观上实现了实时成像技术并产生了MR透视，在微观上，突破以往的像学仅用于显示大体解剖与大体病理学改变的技术范畴．向显微细胞学、分子水平以至基因水平的成像技术方面发展。

MR设备的梯度场强度是人家共同关心的重要参数。它决定了MR的最大切换率，最短TR、TE、最小矩阵，以及成像速度。实践证明，梯度场强度的增加也带来了一些弊端，如何既能增加梯度场强度，又能降低噪声是MR设备方面的又一改进动向。在这些原则的指导下，中场超导开放式MR的梯度场强度分别可达到15MT／M／ms和20MT／M／ms，同时，它还具有较高的切换率、较好的场均匀性、较小的体积与较轻的重量，并兼备有高、低场MR的一些特点，如成像速度快、扫描层面薄、空间分辨力高，以及很好的脂肪抑制，较小的视野和较高弥散“B”值。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。在应用上，MRA的主要改进有实时或近乎实时的血管成像，有注射对比剂的分期动态成像，有多层块重叠伴伪影抑制技术，长距离分段采集的拼接技术以及4DMRA等。MRI主要有灌注成像，弥散成像与脑皮质功能定位，心脏的灌注与弥散也开始应用于临床。另外，MRS也有较大的发展，最

主要的标志是显示技术的改进和显示信息范畴的拓宽，进一步开发的还有小部位的3DMRS,这种技术的府用，可以鉴别肿瘤与炎症以及肿瘤复发识别。

此外，医学成像还有热像图，微波CT和阻抗CT等成像方法。基于光声效应的热声断层成像是近几年出现的一种新的医学成像技术。

3结束语

各种医学成像技术和方法各有优势与不足，并非一种成像技术可以适用人体所有器官的检查和疾病诊断，也不是一种成像技术能取代另一种成像技术，而是相辅相成，相互补充和印证，从而保证了诊断的准确性。

近年来，医学成像技术的迅速发展，越发显现出它在诊断与治疗方面的重要性。已有技术不断完善，新的成像技术不断涌现，促进了现代医学的发展。

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